CN103745889B - 一种辅助啮合式起动机及其电磁开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁开关以及具有该电磁开关的辅助啮合式起动机，电磁开关包括机体、线圈骨架、保持线圈、吸拉线圈、止动盘、柱塞件和复位弹簧，线圈骨架、保持线圈和吸拉线圈设置在机体内，保持线圈和吸拉线圈设置在线圈骨架上，止动盘设置在线圈骨架的端部，柱塞件穿过保持线圈、吸拉线圈和止动盘，保持线圈和吸拉线圈通电后产生电磁力使柱塞件沿轴向移动，电磁力消失后复位弹簧对柱塞件施加回复力使柱塞件沿轴向返回，其中，线圈骨架内装有磁路磁阻调整环。在相同的系统电压下，本发明电磁开关吸合电压更高，所产生电磁吸力更小，也就达到了降低顶齿力的目的，减少了冲击能量，降低了噪音，并且更容易实现柔性啮合，对齿圈的损害更小。

Description

一种辅助啮合式起动机及其电磁开关

技术领域

本发明涉及一种电磁开关，具体地说，是涉及用于辅助啮合式起动机上的电磁开关，本发明还涉及包含该电磁开关的辅助啮合式起动机。

背景技术

图1为目前已有的辅助啮合式起动机的剖视图，下面根据该图对这种类型起动机的整体结构进行说明。在图1中，对发动机施加起动力矩的辅助啮合式起动机采用以下结构：用减速装置2对电机1中的电枢11的旋转力矩进行减速并增加旋转力矩，通过单向器4安装于输出轴5的驱动齿轮6由上述电机1进行驱动而旋转。

结合参阅图2，辅助啮合式起动机包括电机1、电磁开关3和控制继电器12。在辅助啮合式起动机中，电磁开关3包括吸拉线圈36、保持线圈37，其中，保持线圈37和吸拉线圈36设置在线圈骨架43上，机体7圆周地围在吸拉线圈36和保持线圈37的外侧且构成磁路一部分，止动盘16设在吸拉线圈36和保持线圈37的后端部且构成磁路一部，柱塞8配置在吸拉线圈36和保持线圈37的内周且沿轴向自由滑动。其中，柱塞8包括柱塞端81和芯轴端82，柱塞端81为柱塞8两端中的大端，芯轴端82为柱塞8两端中的小端。复位弹簧14对柱塞8向前方施力，动触点17安装在柱塞8的芯轴端82上，一对静触点30a、30b相对动触点17配设而与外部配线进行连接。通过向该电磁开关的吸拉线圈36和保持线圈37进行通电而在柱塞8中产生图1中B方向的电磁吸引力，由于该电磁吸引力，与上述柱塞8配合的拨叉9的上端向右侧方向(箭头B标示方向)移动、其下端向图1中左侧的方向移动(箭头A标示方向)，因此，对单向器4、输出轴5上的驱动齿轮6施加向图1中左侧方向移动的力，于是驱动齿轮6向与发动机的飞轮齿圈10啮合的方向移动。

继续参阅图2，蓄电池13的正级端与电磁开关3的端子18相连接，负极端接地，或与电机1的端子31相连。向电磁开关3的端子50进行通电开关的控制继电器12包括：与蓄电池13相连接的端子50c、与端子18相连接的端子32、以及对该端子32和端子33进行控制的线圈34。位于线圈34一端的端子50c通过按键开关35与蓄电池13的正级一端相连接，线圈34的另一端接地，或与电机的端子31相连。

在图2中，若为了起动发动机而闭合按键开关35，则控制继电器的线圈34通电，端子32和端子33之间成为闭合回路，从蓄电池13经过电磁开关3的吸拉线圈36向电机1通电，同时也向保持线圈37通电。两个线圈通电对柱塞8产生吸引力，柱塞8一边拉伸复位弹簧14，一边向B方向移动，驱动齿轮6通过拨叉9向飞轮齿圈10一侧(即A方向)移动。

此时，若驱动齿轮6和飞轮齿圈10顺利啮合，则柱塞8进一步移动直至与止动盘16端面接触，动触点17与两静触点30a、30b接触，电机1从蓄电池13进行直接通电，产生通常的旋转力矩，驱动齿轮6驱动飞轮齿圈10旋转，向发动机施加起动力矩。在动静触点接触时，端子50和端子19之间的电位基本相同，因此在吸拉线圈36中不再流过电流，仅利用保持线圈37产生的保持力来将柱塞8保持在与止动盘16的端面接触的位置。

起动后，若断开按键开关35，则不向线圈34通电，端子32和端子33之间被断路，不向端子50施加电压。因此，保持线圈37产生的保持力消失，柱塞8利用复位弹簧14的弹力回位到图1的状态，驱动齿轮6也部分利用与柱塞8配合的拨叉9与飞轮齿圈10脱离。同时，动触点17也复位到图1中的状态，结束向电机通电。

此时，若驱动齿轮6的端面和飞轮齿圈10的端面相抵接，未直接与齿圈啮合，由于吸拉线圈36和保持线圈37对上述柱塞8产生的电磁吸引力(图中的B方向)，驱动齿轮6对发动机飞轮齿圈10端面产生一个作用力(图中的A方向)，在这个状态下，由于与吸拉线圈36串联连接的电机1通过吸拉线圈36被通电，并且线圈中流过的电流较大，电机1可产生辅助啮合力矩，因此向驱动齿轮6作用旋转力矩，这样可以利用该小扭矩使驱动齿轮6在飞轮齿圈10端面上平滑地滑动，最终啮入飞轮齿圈10。同样，在驱动齿轮6旋转而与飞轮齿圈10啮合后，电磁开关3的动触点17与两静触点30a、30b接触闭合，电磁开关3的吸拉线圈36被短路，电机部分不通过吸拉线圈36而进行通常的通电，辅助啮合式起动机对外大扭矩输出，拖动发动机旋转。

以往这类的辅助啮合式起动机主要存在以下问题：

由于流过吸拉线圈36的电流所产生的强吸引力，在驱动齿轮6中产生对飞轮齿圈的较大的作用力(后面称为顶齿力)。这样，起动机使用一段时间之后，飞轮齿圈10端面磨损严重，驱动齿轮6在飞轮齿圈10端面滑动时的阻力增大，这样，当起动机通电时，驱动齿轮6容易顶在飞轮齿圈10端面上(后面简称顶齿)，而无法实现旋转，导致驱动齿轮6与发动机飞轮齿圈10无法啮合，这样电磁开关3容易产生烧毁现象。此外，如果顶齿力过大，会产生很大的冲击，特别是安装了起动频繁的怠速起停系统和大排量的发动机的车辆，其结果是驱动齿轮6和飞轮齿圈10端面损伤严重；啮合系统中的如拨叉9等也可能造成过早失效。并且，起动时，过大的顶齿力也会产生巨大的噪音。

以上，若为了增加驱动齿轮6的旋转力矩，可以考虑减小吸拉线圈36的电阻值，从而使电机1通电的电流增大，但为了减少吸拉线圈36的电阻值，若不改变吸拉线圈36的匝数而增大线径，则吸引力进一步增大，顶齿力增大。因而，驱动齿轮6的旋转力矩增大的效果减小。

另外，为了减小吸拉线圈36的电阻值，若不改变吸拉线圈36线径而减小匝数，则吸拉线圈36的热容量降低、耐热性能降低，且伴随着吸拉线圈36的匝数的减少，还需要变更保持线圈37的规格。

另一方面，为了抑制柱塞8的吸引力，使顶齿力降低，从而使驱动齿轮6的旋转变得容易，若吸拉线圈36的电阻值增大，则向电机1通电电流减小，电机的旋转力矩降低，驱动齿轮6的旋转力矩也降低。若驱动齿轮6的旋转力矩减小，则在驱动齿轮6和飞轮齿圈10磨损或有伤痕的情况下，由于驱动齿轮6无法旋转而可能产生不啮合(顶齿)，因此需要向驱动齿轮6提供一定程度的旋转力矩，而最好不要过度增大吸拉线圈36的电阻值。

作为前述的对策，有的是增大辅助旋转电流，以扩大辅助啮合转矩，但同时驱动齿轮6作用在飞轮齿圈10端面的力增加，即驱动齿轮6旋转的阻力矩相应的增加，这样增加辅助旋转力矩的效果将不明显；此外，由于吸拉线圈36中的辅助啮合电流增加，这样控制继电器12的触点之间流过的电流增大，因此继电器触点需要容量大、难熔敷的高价材料，而且吸拉线圈36需要使用直径粗的导线，电磁开关3的体积也相应的增加，分别成为成本提高的原因。

还有，当发动机起动不良时，有时驱动器会使按键开关持续接通，尤其是在辅助旋转电流较大的场合，流入吸拉线圈36的电流会使起动开关容易受热损伤，甚至产生烧毁现象。

若为了降低驱动齿轮6作用在飞轮齿圈10端面的顶齿力，减小电磁开关3的吸拉线圈36的直径，这样顶齿力是在一定程度上降低了，但通过吸拉线圈36流向电机的电流降低，即起动机的辅助啮合力矩降低更多。这样当飞轮齿圈10及驱动齿轮6端面有伤痕时甚至损坏较严重时，驱动齿轮6有可能无法旋转，从而无法啮入齿圈10。

为了解决以上问题，有专利指出方法：吸拉线圈增加反绕线圈，既：增加部分线圈绕向与吸拉线圈相反，并且保证正向线圈匝数与反向线圈匝数之差与保持线圈匝数相同；此方法降低了软啮合电流与顶齿力，能够起到解决上述问题的目的；但同时也存在缺点：成本增加；生产工艺要求较高；过程能力不易控制。

专利号为ZL201320171891.8的中国实用新型专利公开了一种辅助啮合式起动机及其电磁开关，该专利给出在柱塞中部开槽的方式，实现不降低软啮合电流的同时降低顶齿力；但是上述专利方案可能存在以下问题，即在吸合过程中，增加了柱塞运动过程中的阻力，存在卡滞的风险。

发明内容

本发明的目的是针对现有辅助啮合式起动机存在的上述问题，提供一种辅助啮合式电磁开关及包含该电磁开关的辅助啮合式起动机。

为了实现上述目的，本发明提供一种电磁开关，包括机体、线圈骨架、保持线圈、吸拉线圈、止动盘、柱塞件和复位弹簧，所述线圈骨架、所述保持线圈和所述吸拉线圈设置在所述机体内，所述保持线圈和所述吸拉线圈设置在所述线圈骨架上，所述止动盘设置在所述线圈骨架的端部，所述柱塞件穿过所述保持线圈、所述吸拉线圈和所述止动盘，所述保持线圈和所述吸拉线圈通电后产生电磁力使所述柱塞件沿轴向移动，电磁力消失后所述复位弹簧对所述柱塞件施加回复力使所述柱塞件沿轴向返回，其中，所述线圈骨架内装有磁路磁阻调整环。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整环的材料为导磁材料。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整环预埋在所述线圈骨架内。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整环的表面具有多个通孔。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞件包括芯轴端和柱塞端，所述柱塞端的轴径大于所述芯轴端的轴径，其中，所述芯轴端的材料为阻磁材料，所述柱塞端的材料为导磁材料。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整环包括第一端面和第二端面，所述止动盘包括止动端面，所述第一端面与所述止动端面之间形成有第一间隙L1。

上述的电磁开关，其中，所述第二端面与所述机体之间形成有第二间隙L2，所述第二端面突出于所述线圈骨架或所述第二端面埋设于所述线圈骨架内部。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整环还包括本体部和卷边部，所述卷边部靠近所述第二端面设置，所述本体部具有第一厚度W1，所述卷边部具有第二厚度W2，所述第二厚度W2大于所述第一厚度W1。

上述的电磁开关，其中，通过第一厚度W1、第二厚度W2、第一间隙L1和第二间隙L2对所述电磁开关的磁路磁阻大小进行调整。

本发明还提供一种辅助啮合式起动机，包括电磁开关，其中，所述电磁开关为上述的电磁开关。

本发明电磁开关相较于现有技术的电磁开关，吸合时其磁能量产生的电磁力减小，释放时，其磁能量的利用率更高，这样在相同的系统电压下，本发明电磁开关吸合电压更高，所产生电磁吸力更小，也就达到了降低顶齿力的目的，减少了冲击能量，降低了噪音，并且更容易实现柔性啮合，对齿圈的损害更小，装配有按本发明制造生产的电磁开关的起动机，其正常工作下，使用寿命可达10万次以上。

此外，本发明的辅助啮合式起动机及其电磁开关还具有以下优点：

1)绕线整齐程度不变化，保留现有工艺即可实现装配，当然吸拉线圈也可以绕制在保持线圈外侧，即：无论吸拉线圈与保持线圈的绕制顺序如何，本发明均能够实现绕线的整齐、快捷；

2)柱塞不用开槽，降低了由于开槽导致的一些问题(增加了柱塞运动过程中的阻力，容易卡滞等问题)。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的辅助啮合式起动机的剖视图；

图2为图1中的辅助啮合式起动机的起动电路的电气接线图；

图3为本发明的实施例一中电磁开关在起动机静止时的剖视图及磁路展示；

图4为本发明的实施例一中电磁开关触点闭合后的剖视图及磁路展示；

图5为本发明的实施例一的磁路磁阻调整环的剖视图；

图6为本发明的实施例二的电磁开关的剖视图；

图6-1为本发明的实施例二的I位置的放大图；

图7为本发明的实施例三的I位置的放大图；

图7-1为本发明实施例三的磁路磁阻调整环剖视图；

图8为本发明实施例四的电磁开关剖视图。

其中，附图标记

1—电机

2—减速装置

3—电磁开关

4—单向器

5—输出轴

6—驱动齿轮

7—机体

8—柱塞芯轴

81—芯轴部分

82—柱塞部分

9—拨叉

10—飞轮齿圈

11—电枢

12—控制继电器

13—蓄电池

14—复位弹簧

16—止动盘

17—动触点

18、19—端子

30a、30b—静触点

31—电机的端子

32、33—端子

34—线圈

35—按键开关

36—吸拉线圈

37—保持线圈

43—线圈骨架

50—端子

50c—端子

200—电磁开关

201—机体

202—柱塞件

2021—芯轴端

2022—柱塞端

203—吸拉线圈

204—保持线圈

205—线圈骨架

206—磁路磁阻调整环

2061—第一端面

2062—第二端面

2063—本体部

2064—通孔

2065—卷边部

207—止动盘

2071—止动端面

208—动触点

209a、209b—静端子

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

本发明的辅助啮合式起动机的结构与图1所示的辅助啮合式起动机结构大致相似，唯一不同的是电磁开关的结构，以下仅针对电磁开关的结构的不同部分进行介绍。

实施例一：

参阅图3，本发明的电磁开关200包括机体201、柱塞件202、吸拉线圈203、保持线圈204、线圈骨架205、磁路磁阻调整环206、止动盘207、动触点208、静端子209a、209b和复位弹簧210。线圈骨架205、保持线圈204和吸拉线圈203设置在机体201内，保持线圈204和吸拉线圈203设置在线圈骨架205上，止动盘207设置在线圈骨架205的端部，柱塞件202穿过保持线圈204、吸拉线圈203和止动盘207，保持线圈204和吸拉线圈203通电后产生电磁力使柱塞件202沿轴向移动，动触点208和静端子209a、209b相接触；电磁力消失后复位弹簧210对柱塞件202施加回复力使柱塞件202沿轴向返回，动触点208和静端子209a、209b相分离。其中，磁路磁阻调整环206安装在线圈骨架205内。

磁路磁阻调整环206磁阻较小，可以为导磁钢或其他导磁材料。磁路磁阻调整环206形状呈环形，图示磁路磁阻调整环206的形状仅为示例，不作为此零件形状的约束。

止动盘207具有一止动端面2071，吸合时，由于磁路磁阻调整环206的分流作用，柱塞件202的端面与止动端面2071之间的磁通变小，磁场变弱，即产生的电磁吸力变弱。但是，软啮合力矩保持不变，将会提高起动机的啮合成功率，同时降低飞轮齿圈的损坏程度。

较佳地，磁路磁阻调整环206与线圈骨架205同轴，且磁路磁阻调整环206预埋于线圈骨架205中。其中，磁路磁阻调整环206包括第一端面2061、第二端面2062和本体部2063，第一端面2061和第二端面2062分别设置于本体部2063的两端。其中，第一端面2061与止动端面2071相对，第二端面2062与机体201相对。本体部2063具有第一厚度W1，第一端面2061与止动端面2071之间具有第一间隙L1。电磁吸力减弱的程度可以通过增加磁路磁阻调整环206的第一厚度W1和增加第一间隙L1的大小进行调整，从而使驱动齿轮作用在飞轮齿圈上的作用力同样变小。

参阅图4，在电磁开关触点实现闭合时，各个磁路中，柱塞件202的端面与止动端面2071之间的磁阻最小，这样该回路的磁通最大，磁场最强；即仅保持线圈204工作时产生的电磁吸引力基本可以保持不变。

参阅图5，可在上述磁路磁阻调整环206上加工有多个通孔2064，使得预埋时该磁路磁阻调整环206更加稳固、可靠；附图中通孔2064的数量及形状仅为示意，实际使用时，可采用其他形状及数量。

同时，参见图3，可以通过调整第一间隙L1和磁路磁阻调整环206的本体部2063的第一厚度W1调整开关产生的吸拉力和保持线圈产生的保持力。其中，上述第一间隙L1为磁路磁阻调整环206与止动盘207的止动端面2071的最小距离，其大小主要影响保持线圈204的保持力；上述磁路磁阻调整环206的本体部2063的第一厚度W1主要影响初始工作位置时所产生的电磁力大小。

实施例二：

本实施例的大部分与实施例一基本相同，其区别在于，参阅图6及图6-1，磁路磁阻调整环206的第二端面2062突出于线圈骨架205，且磁路磁阻调整环206的第二端面2062与机体201之间具有第二间隙L2，通过增加第二间隙L2的大小，能够进一步的调整电磁开关200吸合时的漏磁，能够实现更大幅度的降低电磁吸力，从而驱动齿轮作用在飞轮齿圈上的作用力变得更小。

实施例三：

本实施例的大部分与实施例二基本相同，其区别在于，参阅图7及图7-1，磁路磁阻调整环206的第二端面2062突出于线圈骨架205，磁路磁阻调整环206的第二端面2062与机体201之间具有第二间隙L2，进一步地，磁路磁阻调整环206还包括卷边部2065，卷边部2065靠近第二端面2062设置，卷边部2065具有第二厚度W2，第二厚度W2大于第一厚度W1。此方式较实施例二而言，边缘处露出部分面积更大，进而在第二间隙L2与实施例二相同时，本实施例降低起动机顶齿力的幅度比实施例二更大。

本发明可通过对第一厚度W1、第二厚度W2、第一间隙L1、第二间隙L2对电磁开关200的磁路磁阻大小进行调整，进而调整电磁力。

实施例四：

参阅图8，柱塞件202包括芯轴端2021与柱塞端2022，芯轴端2021和柱塞端2022为装配连接，装配方式可以为螺纹连接、压装或者销连接等，芯轴端2021为阻磁材料，比如不锈钢等，柱塞端2022为导磁材料(软磁)。此实施例的电磁开关200吸合时，通过磁路磁阻调整环206进行调节，使得电磁开关整体磁路漏磁增加，进而使得驱动齿轮作用在飞轮齿圈上的作用力变得更小；并且，由于芯轴端2021阻磁能力较高，使得保持线圈204产生的电磁力增加，进而增加电磁开关200吸合的可靠性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电磁开关，包括机体、线圈骨架、保持线圈、吸拉线圈、止动盘、柱塞件和复位弹簧，所述线圈骨架、所述保持线圈和所述吸拉线圈设置在所述机体内，所述保持线圈和所述吸拉线圈设置在所述线圈骨架上，所述止动盘设置在所述线圈骨架的端部，所述柱塞件穿过所述保持线圈、所述吸拉线圈和所述止动盘，所述保持线圈和所述吸拉线圈通电后产生电磁力使所述柱塞件沿轴向移动，电磁力消失后所述复位弹簧对所述柱塞件施加回复力使所述柱塞件沿轴向返回，所述止动盘包括止动端面，其特征在于，所述线圈骨架内装有磁路磁阻调整环，所述磁路磁阻调整环包括与所述止动端面相对的第一端面，所述第一端面与所述止动端面之间形成有第一间隙L1，其中所述磁路磁阻调整环的材料为导磁材料。

2.根据权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述磁路磁阻调整环预埋在所述线圈骨架内。

3.根据权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述磁路磁阻调整环的表面具有多个通孔。

4.根据权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞件包括芯轴端和柱塞端，所述柱塞端的轴径大于所述芯轴端的轴径，其中，所述芯轴端的材料为阻磁材料，所述柱塞端的材料为导磁材料。

5.根据权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述磁路磁阻调整环还包括与所述机体相对的第二端面，所述第二端面与所述机体之间形成有第二间隙L2，所述第二端面突出于所述线圈骨架或所述第二端面埋设于所述线圈骨架内部。

6.根据权利要求5所述的电磁开关，其特征在于，所述磁路磁阻调整环还包括本体部和卷边部，所述卷边部靠近所述第二端面设置，所述本体部具有第一厚度W1，所述卷边部具有第二厚度W2，所述第二厚度W2大于所述第一厚度W1。

7.根据权利要求5所述的电磁开关，其特征在于，通过第一厚度W1、第二厚度W2、第一间隙L1和第二间隙L2对所述电磁开关的磁路磁阻大小进行调整。

8.一种辅助啮合式起动机，包括电磁开关，其特征在于，所述电磁开关为权利要求1至7任一项所述的电磁开关。