CN105023807B - 电磁开关及使用该电磁开关的起动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁开关包括：一开关绕组、一动铁芯、一静铁芯、一触片轴以及一触点，该开关绕组产生一电磁力驱动该动铁芯推动该触片轴，该动铁芯和该触片轴之间包括一动铁芯回位弹簧，当该电磁力驱动该动铁芯时该动铁芯回位弹簧发生弹性形变。

Description

电磁开关及使用该电磁开关的起动机

技术领域

本发明涉及汽车发动机和其它发动机的起动机技术领域，尤其涉及一种电磁开关及使用该电磁开关的起动机。

背景技术

起动机(或称作“启动机”)由电磁开关、起动电机和传动机构三大部分组成。当电磁开关触点闭合时,一方面要求触片先接触接触螺栓时必须稳定可靠,接触电阻尽可能小,接触时的振动尽可能小,从而降低触点的电蚀或焊死风险,所有这些要求触片接触弹簧能够提供足够大的压力。同时触点存在结冰的情况,这时也要求触片接触弹簧提供足够的力来破坏冰层。另一方面当开关工作完触点打开时,要求触片需要迅速脱离接触螺栓从而降低触点的电蚀。同时当触片和接触螺栓有焊死的情况存在时,也要保证触片能够迅速脱离接触螺栓,这时要求触片回位弹簧提供足够的回位力来使触片及时脱离接触螺栓。

图1是现有技术中一种常见的起动机电磁开关。如图1所示，该电磁开关包括：动铁芯1、开关绕组2、触片轴3、静铁芯4、开关盖5、触片6、啮合弹簧7、垫片8、动铁芯回位弹簧9、开关壳10、触片接触弹簧11以及触片回位弹簧12组成。其中，动铁芯1、开关壳10和静铁芯4形成一磁路。开关绕组2在该电磁开关工作时产生安匝数，即磁动势。触片轴3被该动铁芯1驱动触片6与接触螺栓(图中未示出)相结合。在该现有技术中，动铁芯1与动铁芯回位弹簧9的一端接触，动铁芯回位弹簧9的另一端与静铁芯4接触。触片轴3的一端位于该动铁芯回位弹簧9所形成的内部空腔中，触片轴3的另一端通过一挡片13与触片回位弹簧12的一端连接，触片回位弹簧12的另一端与该开关盖5接触。触片轴3上穿过该触片6，触片6与触片轴的挡台之间包括触片接触弹簧11。

图2是现有技术中另一种常见的起动机电磁开关。与图1中所示出的技术方案不同的是动铁芯回位弹簧9的位置关系的不一致。动铁芯回位弹簧9位于动铁芯1的外部。动铁芯回位弹簧9的一端与动铁芯的挡片14接触，另一端与开关壳10接触。

以上两种常见的技术方案的电磁开关工作时的动作顺序如下：

第一阶段：动铁芯1运动直到垫片8接触触片轴3，开关绕组2产生的电磁力克服动铁芯回位弹簧9力F1。

第二阶段：动铁芯1推触片轴3直到触片6接触接触螺栓,开关绕组2产生的电磁力克服动铁芯回位弹簧力和触片回位弹簧力。在此时，开关绕组2产生的电磁力不仅需要克服两个弹簧力(即动铁芯回位弹簧力F1和触片回位弹簧力F2),而且要克服触片回位弹簧的预压力F2’,这就需要较大的电磁力。

第三阶段：动铁芯1推触片轴3直到动铁芯1接触静铁芯4,电磁力克服动铁芯回位弹簧力F1,触片回位弹簧力F2和触片接触弹簧力F3。在此时，开关绕组2产生的电磁力需要同时克服三个弹簧力,这也需要较大的电磁力。

由此可见，以上两种技术方案中，开关触点闭合时,触片6先接触接触螺栓,然后动铁芯1还会继续运动1-2mm才能接触静铁芯4,在这两个接触的过程中都会导致触片6的振动而导致接触不良,从而增加触点的电蚀或焊死风险,这时要求触片接触弹簧11能够提供较大的接触弹簧力。另一方面，当开关工作完触点打开时,触片6需要迅速脱离接触螺栓从而降低触点的电蚀,同时当触片和接触螺栓有焊死的情况存在时,也要保证触片能够迅速脱离接触螺栓,这时要求触片回位弹簧提供较大的回位力来打开触点。如果增强触片回位弹簧力和触片接触弹簧力来降低触点的电蚀或焊死风险,就必须增加安匝数(即增加绕组的用铜量)或增加开关的体积(即增强磁路)，这又会导致成本的增加和电磁开关体积的增加。

有鉴于此，现有技术中亟需要一种新的技术方案，在不增加开关安匝数(或开关体积)的情况下,可以显著增强触片接触弹簧力和触片回位弹簧力，与此同时还能增加触点闭合时的稳定性,降低触点电蚀或焊死的风险。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新的电磁开关能在不增加开关安匝数(或开关体积)的情况下,可以显著增强触片接触弹簧力和触片回位弹簧力。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种电磁开关包括：一开关绕组、一动铁芯、一静铁芯、一触片轴以及一触点，该开关绕组产生一电磁力驱动该动铁芯推动该触片轴，该动铁芯和该触片轴之间包括一动铁芯回位弹簧，当该电磁力驱动该动铁芯时该动铁芯回位弹簧发生弹性形变。

更进一步地，该动铁芯包括一垫片，该动铁芯回位弹簧的一端与该垫片接触。

更进一步地，该触片轴包括一第一端和一第二端，该第一端的内径小于该静铁芯的内径，该第一端还包括一台阶，该动铁芯回位弹簧穿过该第一端与该台阶接触。

更进一步地，该第一端和第二端之间包括一限位凸台。

更进一步地，该第二端包括一凹槽。

更进一步地，该垫片上包括一凸台，该凸台穿过该动铁芯回位弹簧。

本发明还公开一种电磁开关，包括：一开关绕组、一动铁芯、一静铁芯、一触片轴以及一触点，该开关绕组产生一电磁力驱动该动铁芯推动该触片轴，该触片轴包括一第一端和一第二端，该动铁芯和该触片轴第一端之间包括一动铁芯回位弹簧，该触片轴第二端连接一触片回位弹簧，该动铁芯回位弹簧与该触片回位弹簧通过该触片轴串联。

更进一步地，该动铁芯回位弹簧的一端与该动铁芯的垫片接触，另一端穿过该触片轴第一端，且与该触片轴接触。

更进一步地，该触片轴上还包括一触片接触弹簧，触片接触弹簧通过触片轴与触片回位弹簧并联。

本发明还公开了一种起动机，包括如上文任一项所述的电磁开关、起动电机和传动机构，其特征在于，电磁开关用于控制所述起动电机导通或停止，所述起动电机产生一扭矩，所述传动机构，用于将所述扭矩传递给一发动机。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：

第一、在不增加电磁开关安匝数(或开关体积)的情况下,可以显著增强触片接触弹簧力和触片回位弹簧力来增加触点闭合时的稳定性,降低触点电蚀或焊死的风险。

第二、可以显著增强触片回位弹簧力来迅速可靠的打开闭合的触点(即使触片迅速脱离触点,降低触点的电蚀，或帮助打开焊死的触点。

第三、显著增强触片接触弹簧力可以帮助破坏触点处的冰层。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中所涉及的起动机电磁开关的结构示意图之一；

图2是现有技术中所涉及的起动机电磁开关的结构示意图之二；

图3是本发明所涉及的起动机电磁开关的结构示意图；

图4是本发明所涉及的起动机电磁开关的技术效果的仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种在不增加开关安匝数(或开关体积)的情况下,可以显著增强触片接触弹簧力和触片回位弹簧力，与此同时还能增加触点闭合时的稳定性,降低触点电蚀或焊死的风险的电磁开关。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种电磁开关，包括：开关绕组、动铁芯、静铁芯、触片轴以及一触点，开关绕组产生电磁力驱动所述动铁芯推动所述触片轴，所述动铁芯和所述触片轴之间包括动铁芯回位弹簧，当电磁力驱动动铁芯时动铁芯回位弹簧发生弹性形变。

图3是本发明所涉及的起动机电磁开关的结构示意图。如图3所示，该电磁开关包括动铁芯10、开关绕组20、触片轴30、静铁芯40、开关盖50、接触螺栓B60、触片回位弹簧70、触片80、接触螺栓M90、触片接触弹簧100、开关壳110、动铁芯回位弹簧120、凸台垫片130以及啮合弹簧140。

如图3所示，该动铁芯回位弹簧120一端与动铁芯10接触，优选地与动铁芯10的垫片接触。为了减少弹簧工作时的摆动，该垫片设计为一凸台垫片130，在另一种优选实施方式中，该凸台垫片130可以设计为一圆柱形实心轴。动铁芯回位弹簧120的另一端与触片轴30接触。优先地，触片轴30部分地穿过动铁芯回位弹簧120，通过一台阶与该铁芯回位弹簧120接触。这样做同样是为了减少弹簧工作时的摆动。

触片轴除了与该动铁芯回位弹簧120连接，其另一端还与触片回位弹簧70相连，动铁芯回位弹簧120与触片回位弹簧70同时装在触片轴30上，这等于是动铁芯回位弹簧120与触片回位弹簧70串联,动铁芯回位弹簧120通过触片轴30与触片回位弹簧70串联，触片回位弹簧70通过触片轴30与触片接触弹簧100并联。

本发明所提供电磁开关工作时，动作顺序如下：

第一阶段：开关绕组20产生的电磁力驱动动铁芯10开始运动，动铁芯回位弹簧发生形变，直到凸台垫片130接触触片轴30。在该第一阶段，电磁力克服动铁芯回位弹簧力F1。因为动铁芯回位弹簧120与触片回位弹簧70串联，动铁芯回位弹簧120压缩时逐步抵消触片回位弹簧70的预压力，但触片回位弹簧70的预压力稍大于动铁芯回位弹簧完成压缩时的力，所以该过程中触片回位弹簧不产生变形，即触片不能移动。

第二阶段：动铁芯10推触片轴30直到触片80接触接触螺栓60、90,此阶段电磁力克服触片回位弹簧力F2。因为动铁芯回位弹簧120不能被进一步压缩，其力变为内力，电磁力只克服触片回位弹簧力,其预压力也在前一阶段抵消而不需要额外电磁力来克服触片回位弹簧力F2。

第三阶段：动铁芯10推触片轴30直到动铁芯10接触静铁芯40,动铁芯回位弹簧力变为内力，电磁力只克服触片回位弹簧力F2和触片接触弹簧力F3。

由于动铁芯回位弹簧120与触片回位弹簧70串联，因此在一个力同时压缩两个弹簧时，可能会发生三种情况：第一、动铁芯回位弹簧120发生形变、触片回位弹簧70不发生形变；第二、动铁芯回位弹簧120不发生形变、触片回位弹簧70发生形变；第三、动铁芯回位弹簧120、触片回位弹簧70同时发生形变。这意味着可以通过一个力，实现两个弹簧的形变，将现有技术中因弹簧发生弹性形变所产生的挤压力转换为另一个弹簧变形所需要的推力。

在第二阶段，电磁力只需要可克服动铁芯回位弹簧力F1，而不是像现有技术一样需要增加触片回位弹簧力F2，而且在凸台垫片接触时，动铁芯回位弹簧力F1已经抵消了触片回位弹簧力的预压力F2’，因此本发明的技术方案在第二阶段，不需要去克服触片回位弹簧的预压力F2’(见表1)。

在第三阶段，电磁力只需要可克服触片回位弹簧力F2和触片接触弹簧力F3，而不需要像现有技术一样需要去克服触片回位弹簧的预压力F2’(第二阶段已被抵消)，也不需要和常规设计一样去克服动铁芯回位弹簧力F1(已变成内力)。

因此该电磁开关需要克服的弹簧力减少。

图4是本发明所涉及的起动机电磁开关的技术效果的仿真示意图。其中电磁开关气隙长度是指动铁芯与静铁芯之间的空气部分,开关闭合时,气隙长度逐渐变小。由该仿真效果图可以看出，在第一阶段，即动铁芯与静铁芯之间的距离从10mm减少至6mm的阶段，本发明和现有技术所需要的弹簧力相同。在第二阶段，即动铁芯与静铁芯之间的距离从6mm减少至2mm的阶段，本发明所需要的弹簧力远远低于现有技术所需要的弹簧力。在第三阶段，本发明所需要的弹簧力略低于现有技术所需要的弹簧力。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：

第一、在不增加电磁开关安匝数(或开关体积)的情况下,可以显著增强触片接触弹簧力和触片回位弹簧力来增加触点闭合时的稳定性,降低触点电蚀或焊死的风险。

第二、可以显著增强触片回位弹簧力来迅速可靠的打开闭合的触点(即使触片迅速脱离触点,降低触点的电蚀，或帮助打开焊死的触点。

第三、显著增强触片接触弹簧力可以帮助破坏触点处的冰层。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种电磁开关，其特征在于，包括：一开关绕组、一动铁芯、一静铁芯、一触片轴以及一触点，所述开关绕组产生一电磁力驱动所述动铁芯推动所述触片轴，所述动铁芯和所述触片轴之间包括一动铁芯回位弹簧，当所述电磁力驱动所述动铁芯时所述动铁芯回位弹簧发生弹性形变，所述触片轴包括一第一端和一第二端，所述第一端的内径小于所述静铁芯的内径，所述第一端还包括一台阶，所述动铁芯回位弹簧穿过所述第一端与所述台阶接触。

2.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述动铁芯包括一垫片，所述动铁芯回位弹簧的一端与所述垫片接触。

3.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述第一端和第二端之间包括一限位凸台。

4.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述第二端包括一凹槽。

5.如权利要求2所述的电磁开关，其特征在于，所述垫片上包括一凸台，所述凸台穿过所述动铁芯回位弹簧。

6.一种电磁开关，其特征在于，包括：一开关绕组、一动铁芯、一静铁芯、一触片轴以及一触点，所述开关绕组产生一电磁力驱动所述动铁芯推动所述触片轴，所述触片轴包括一第一端和一第二端，所述动铁芯和所述触片轴第一端之间包括一动铁芯回位弹簧，所述触片轴第二端连接一触片回位弹簧，所述动铁芯回位弹簧与所述触片回位弹簧通过所述触片轴串联。

7.如权利要求6所述电磁开关，其特征在于，所述动铁芯回位弹簧的一端与所述动铁芯的垫片接触，另一端穿过所述触片轴第一端，且与所述触片轴接触。

8.如权利要求6所述电磁开关，其特征在于，所述触片轴上还包括一触片接触弹簧，所述触片接触弹簧通过所述触片轴与所述触片回位弹簧并联。

9.一种起动机，包括如权利要求1至8任一项所述的电磁开关、起动电机和传动机构，其特征在于，电磁开关用于控制所述起动电机导通或停止，所述起动电机产生一扭矩，所述传动机构，用于将所述扭矩传递给一发动机。