CN203179803U - 一种辅助啮合式起动机及其电磁开关 - Google Patents

Abstract

一种辅助啮合式起动机及其电磁开关，该起动机包括电机、电磁开关和控制继电器，该电磁开关分别与该电机和该控制继电器连接，该电磁开关包括机体；柱塞芯轴，设置在该机体内并能沿轴向自由滑动；线圈组件，其保持线圈和吸引线圈设置在线圈骨架上并环绕该柱塞芯轴的外表面形成一通孔；止座，设置在该线圈组件的后端部，其上设置有用于该柱塞芯轴穿过的芯轴孔；弹性复位件，安装在该柱塞芯轴上；触点，其动触点安装在该柱塞芯轴的末端并位于该止座的芯轴孔外，其静触点相对于该动触点设置在该机体上，该动触点带动该柱塞芯轴相对于该静触点分别具有一吸合位置和一释放位置；该柱塞芯轴上设置有用于调整磁路磁阻的磁通调节结构。

Description

一种辅助啮合式起动机及其电磁开关

技术领域

本实用新型涉及一种起动机及其电磁开关，特别是一种减少冲击和噪音的辅助啮合式起动机及其电磁开关。

背景技术

参见图1，图1为现有技术的辅助啮合式起动机的剖视图。如图所示，现有技术的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。

参见图2，图2为图1中的辅助啮合式起动机的起动电路的电器接线图。该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由：吸引线圈36及保持线圈37（保持线圈37和吸引线圈36设置在线圈骨架43上），圆周地围在吸引线圈36和保持线圈37的外侧、构成磁路一部分的机体7，设在吸引线圈36和保持线圈37的后端部、构成磁路一部的止座16，配置在吸引线圈36和保持线圈37的内周、沿轴向自由滑动的柱塞8（以下内容中，柱塞大端为柱塞，小端为芯轴），对柱塞8向前方施力的复位弹簧14，安装在柱塞8后端的动触点17，相对动触点17配设而与外部配线进行连接的一对静触点30a、30b构成。通过向该电磁开关的吸引线圈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，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（箭头A标示方向）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的吸引线圈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8一边压缩复位弹簧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，因此在吸引线圈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，由于吸引线圈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，由于与吸引线圈36串联连接的电机1通过吸引线圈被通电，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的端面上平滑地滑动，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吸引线圈36被短路，电机部分不通过吸引线圈而进行通常的通电，辅助啮合式起动机对外大扭矩输出，拖动发动机旋转。

上述现有技术的辅助啮合式起动机主要存在以下问题：

由于流过吸引线圈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10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的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的端面上（后面简称顶齿），而无法实现旋转，导致驱动齿轮6与发动机的飞轮齿圈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的端面损伤严重；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。

若为了增加驱动齿轮6的旋转力矩，可以考虑减小吸引线圈36的电阻值，从而使电机1通电的电流增大，但为了减少吸引线圈36的电阻值，若不改变吸引线圈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，为了减小吸引线圈36的电阻值，若不改变吸引线圈36线径而减小匝数，则吸引线圈36的热容量降低、耐热性能降低，且伴随着吸引线圈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，若吸引线圈6的电阻值增大，则向电机1通电电流减小，电机1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引线圈36的电阻值。

为了解决上述问题，现有技术中有采用增大辅助旋转电流，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并不明显；此外，由于吸引线圈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，而且吸引线圈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，成本较高。

另外，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，流入吸引线圈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的吸引线圈36的直径，这样顶齿力是在一定程度上降低了，但通过吸引线圈36流向电机1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，从而无法啮入飞轮齿圈10。

现有技术中也有吸引线圈增加反绕线圈，既：增加部分线圈绕向与吸引线圈相反，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，但同时也存在成本增加、生产工艺要求较高和过程能力不易控制等缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能减少冲击和噪音的辅助啮合式起动机及其电磁开关。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于辅助啮合式起动机的电磁开关，包括：

机体；

柱塞芯轴，设置在所述机体内并能沿轴向自由滑动；

线圈组件，设置在所述机体内，所述线圈组件包括线圈骨架、保持线圈和吸引线圈，所述保持线圈和吸引线圈设置在所述线圈骨架上并环绕所述柱塞芯轴的外表面形成一通孔；

止座，设置在所述线圈组件的后端部，所述止座上设置有用于所述柱塞芯轴穿过的芯轴孔，所述止座的定位端延伸入所述通孔内，所述柱塞芯轴上相对于所述定位端设置有定位凸台；

弹性复位件，安装在所述柱塞芯轴上；

触点，包括动触点和静触点，所述动触点安装在所述柱塞芯轴的末端并位于所述止座的芯轴孔外，所述静触点相对于所述动触点设置在所述机体上，所述动触点带动所述柱塞芯轴相对于所述静触点分别具有一吸合位置和一释放位置；

其中，所述柱塞芯轴上设置有用于调整磁路磁阻的磁通调节结构。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述柱塞部的中部的第一环形凹槽，所述柱塞芯轴在所述释放位置处所述第一环形凹槽位于所述通孔外，所述柱塞芯轴在所述吸合位置处所述第一环形凹槽位于所述通孔内。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴在所述第一环形凹槽处的直径为13-18毫米。

上述的电磁开关，其中，所述第一环形凹槽与所述柱塞部的连接处设置有倒角或圆角。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述芯轴部的第二环形凹槽，所述第二环形凹槽与所述定位凸台相邻设置。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴在所述第二环形凹槽处的直径为5-8毫米。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述芯轴部的圆柱体结构，所述圆柱体的直径为9-11毫米，与所述圆柱体配合的所述芯轴孔的直径为10.6-12.5毫米。

上述的电磁开关，其中，所述止座的定位端的端面上设置有第三环形凹槽。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞芯轴的定位凸台的端面上设置有第四环形凹槽。

为了更好地实现上述目的，本实用新型还提供了一种辅助啮合式起动机，包括电机、电磁开关和控制继电器，所述电磁开关分别与所述电机和所述控制继电器连接，其中，所述电磁开关为上述电磁开关。

本实用新型的有益功效在于：本实用新型的电磁开关，吸合时：增加了开关磁路磁阻，从而减小了相同电流下所产生的磁场强度，进而降低了电磁开关线圈对柱塞的吸力；释放时：减小漏磁通，增加磁通的利用率，使得释放电压得以降低。当辅助啮合式起动机采用上述电磁开关后，能降低驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面上的顶齿力，同时保证电磁开关吸引线圈通电时，电机部分产生的辅助啮合力矩不变，这样可以让起动机啮合效果更好，飞轮齿圈及驱动齿轮端面磨损损坏更小，起动机的耐久性能更优。由于起动机驱动齿轮可以快速啮入齿圈，降低了驱动齿轮打出时顶在飞轮齿圈端面上无法旋转故障的发生，可以显著地降低电磁开关烧毁故障率的发生。另外，由于降低了起动机的顶齿力，使起动时驱动齿轮对飞轮齿圈的冲击力降低，并且能够有效地减小起动时的噪音。此外，本实用新型仅对柱塞进行改进，电磁开关原有工艺仍保留使用，这样使改进成本降到最低。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

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器接线图；

图3为本实用新型一实施例辅助啮合式起动机结构示意图；

图4为本实用新型一实施例电磁开关在起动机静止时的剖视图；

图5为本实用新型一实施例电磁开关触点释放瞬间剖视图；

图6为本实用新型一实施例电磁开关触点闭合瞬间剖视图；

图7为本实用新型另一实施例电磁开关在起动机静止时的剖视图；

图8为本实用新型又一实施例电磁开关剖视图。

其中，附图标记

现有技术

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

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吸引线圈     37保持线圈

43线圈骨架     50端子

50c端子

本实用新型

100电机

200电磁开关

201机体

202柱塞芯轴

2021定位凸台

2022柱塞部

2023芯轴部

203线圈组件

2031通孔

204止座

2041芯轴孔

2042定位端

205弹性复位件

206触点

2061动触点

2062静触点

207磁通调节结构

2071第一环形凹槽

2072倒角

2073第二环形凹槽

2074圆柱体

2075第三环形凹槽

2076第四环形凹槽

300    控制继电器

400    飞轮齿圈

500    驱动齿轮

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图3，图3为本实用新型一实施例辅助啮合式起动机结构示意图。本实用新型的辅助啮合式起动机，包括电机100、电磁开关200和控制继电器300，所述电磁开关200分别与所述电机100和所述控制继电器300连接，其中，各个零部件之间的相互位置关系、连接关系及工作原理等均为较成熟的现有技术，在背景技术部分也有详细地说明，故在此不做赘述。下面仅对本实用新型的电磁开关予以详细说明。

参见图4-6，图4为本实用新型一实施例电磁开关在起动机静止时的剖视图，图5为本实用新型一实施例电磁开关触点释放瞬间剖视图，图6为本实用新型一实施例电磁开关触点闭合瞬间剖视图。本实用新型的用于辅助啮合式起动机的电磁开关200，包括：机体201；柱塞芯轴202，设置在所述机体201内并能沿轴向自由滑动；线圈组件203，设置在所述机体201内，所述线圈组件203包括线圈骨架、保持线圈和吸引线圈，所述保持线圈和吸引线圈设置在所述线圈骨架上并环绕所述柱塞芯轴202的外表面形成一通孔2031；止座204，设置在所述线圈组件203的后端部，所述止座204上设置有用于所述柱塞芯轴202穿过的芯轴孔2041，所述止座204的定位端2042延伸入所述通孔2031内，所述柱塞芯轴202上相对于所述定位端2042设置有定位凸台2021；弹性复位件205，用于对柱塞芯轴202施加弹性回复力，通常选复位弹簧，安装在所述柱塞芯轴202上；触点206，包括动触点2061和静触点2062，所述动触点2061安装在所述柱塞芯轴202的末端并位于所述止座204的芯轴孔2041外，所述静触点2062相对于所述动触点2061设置在所述机体201上，所述动触点2061带动所述柱塞芯轴202相对于所述静触点2062分别具有一吸合位置和一释放位置；所述柱塞芯轴202上设置有用于调整磁路磁阻的磁通调节结构207。

本实施例中，所述柱塞芯轴202包括柱塞部2022和芯轴部2023，所述磁通调节结构207为设置在所述柱塞部2022的中部的第一环形凹槽2071，所述柱塞芯轴202在所述释放位置处（参见图5）所述第一环形凹槽2071位于所述通孔2031外，所述柱塞芯轴202在所述吸合位置（参见图6）处所述第一环形凹槽2071位于所述通孔2031内。吸合时，该第一环形凹槽2071位置在电磁开关200的线圈外部，使得磁路磁阻加大，这样便使得电磁开关200吸合电压升高，即额定电压下产生的磁动势降低，进而降低了额定电压下开关线圈产生的吸引力，这样起动机驱动齿轮500打出时，作用在飞轮齿圈400端面的顶齿力可以得到有效降低；并且在电磁开关200触点实现闭合时，此第一环形凹槽2071能够完全停止在线圈内部，对释放情况影响较小，并且在释放瞬间，由于柱塞芯轴202上第二环形凹槽2073的存在，使得漏磁减小，能够达到增加磁通利用率的目的，进而降低释放电压；其中，所述柱塞芯轴202在所述第一环形凹槽2071处的直径优选为13-18毫米。其中，由于第一环形凹槽2071为机加工而成，在收/进刀时难免会产生毛刺，并且在吸合过程中，第一环形凹槽2071边缘处会有一定机会与壳体产生触碰，会造成加大吸合摩擦力或者出现磨损的现象，甚至导致卡死，为解决此问题，所述第一环形凹槽2071与所述柱塞部2022的连接处设置有倒角2072和/或圆角，使得在电磁开关200吸合过程中，柱塞芯轴202能够完全的与壳体相隔离，免去触碰的可能性。

在本实施例中，所述柱塞芯轴202包括柱塞部2022和芯轴部2023，所述磁通调节结构207还可为设置在所述芯轴部2023的第二环形凹槽2073，所述第二环形凹槽2073与所述定位凸台2021相邻设置。所述柱塞芯轴202在所述第二环形凹槽2073处的直径优选为5-8毫米。

参见图7，图7为本实用新型另一实施例电磁开关在起动机静止时的剖视图。在本实用新型的另一实施例中，所述柱塞芯轴202包括柱塞部2022和芯轴部2023，所述磁通调节结构207还可为设置在所述芯轴部2023的圆柱体2074结构，所述圆柱体2074的直径优选为9-11毫米，与所述圆柱体2074配合的所述芯轴孔2041的直径优选为10.6-12.5毫米。本实施例即在图4所示电磁开关200的基础上，增加了芯轴部2023的芯轴较粗部分的直径，同时相应的增加了止座204与芯轴配合处的内孔直径，这样便进一步的增加了漏磁通，达到增加吸合电压，降低顶齿力的目的，且本方案吸合电压更高，顶齿力下降幅度更大。

参见图8，图8为本实用新型又一实施例电磁开关剖视图。在本实用新型的又一实施例中，所述止座204的定位端2042的端面上设置有第三环形凹槽2075。所述柱塞芯轴202的定位凸台2021的端面上设置有第四环形凹槽2076。上述第三环形凹槽2075和第四环形凹槽2076可同时存在，以使电磁开关200在释放时在开槽处的漏磁通减小，从而起到降低释放电压的作用，增加了起动机使用寿命

本实用新型电磁开关200相较于现有技术的电磁开关，吸合时其浪费的磁能量更多，释放时，浪费的磁能量更少，这样在相同的系统电压下，本实用新型电磁开关200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，装配该电磁开关200的起动机，其正常工作下，使用寿命可达10万次以上。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型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实用新型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实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于辅助啮合式起动机的电磁开关，包括：

机体；

柱塞芯轴，设置在所述机体内并能沿轴向自由滑动；

线圈组件，设置在所述机体内，所述线圈组件包括线圈骨架、保持线圈和吸引线圈，所述保持线圈和吸引线圈设置在所述线圈骨架上并环绕所述柱塞芯轴的外表面形成一通孔；

止座，设置在所述线圈组件的后端部，所述止座上设置有用于所述柱塞芯轴穿过的芯轴孔，所述止座的定位端延伸入所述通孔内，所述柱塞芯轴上相对于所述定位端设置有定位凸台；

弹性复位件，安装在所述柱塞芯轴上；

触点，包括动触点和静触点，所述动触点安装在所述柱塞芯轴的末端并位于所述止座的芯轴孔外，所述静触点相对于所述动触点设置在所述机体上，所述动触点带动所述柱塞芯轴相对于所述静触点分别具有一吸合位置和一释放位置；

其特征在于，所述柱塞芯轴上设置有用于调整磁路磁阻的磁通调节结构。

2.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述柱塞部的中部的第一环形凹槽，所述柱塞芯轴在所述释放位置处所述第一环形凹槽位于所述通孔外，所述柱塞芯轴在所述吸合位置处所述第一环形凹槽位于所述通孔内。

3.如权利要求2所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴在所述第一环形凹槽处的直径为13-18毫米。

4.如权利要求2或3所述的电磁开关，其特征在于，所述第一环形凹槽与所述柱塞部的连接处设置有倒角或圆角。

5.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述芯轴部的第二环形凹槽，所述第二环形凹槽与所述定位凸台相邻设置。

6.如权利要求5所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴在所述第二环形凹槽处的直径为5-8毫米。

7.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴包括柱塞部和芯轴部，所述磁通调节结构为设置在所述芯轴部的圆柱体结构，所述圆柱体的直径为9-11毫米，与所述圆柱体配合的所述芯轴孔的直径为10.6-12.5毫米。

8.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述止座的定位端的端面上设置有第三环形凹槽。

9.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞芯轴的定位凸台的端面上设置有第四环形凹槽。

10.一种辅助啮合式起动机，包括电机、电磁开关和控制继电器，所述电磁开关分别与所述电机和所述控制继电器连接，其特征在于，所述电磁开关为上述权利要求1-9中任意一项所述的电磁开关。

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