CN209496790U - 一种电磁开关及具有该电磁开关的软啮合起动机 - Google Patents

Abstract

一种电磁开关及具有该电磁开关的软啮合起动机，该电磁开关安装在软啮合起动机上，包括机体和安装在该机体内的柱塞芯轴组件、线圈组件和止座，该止座上设置有定位端和芯轴孔，该柱塞芯轴组件包括柱塞和芯轴，该柱塞的一端与软啮合起动机的拨叉连接，该柱塞的另一端设置有定位凸台，该柱塞与该机体之间具有连接表面，该芯轴安装在该柱塞内并穿过该芯轴孔与动触片连接；该定位凸台与定位端之间设置有弹性复位件，该柱塞芯轴组件相对于该止座分别具有一初始位置和一闭合位置，该柱塞上设置有磁路磁阻调整结构，该磁路磁阻调整结构的截面积小于该柱塞的截面积；该磁路磁阻调整结构于该初始位置与该连接表面正对；于该闭合位置与该连接表面错开。

Description

一种电磁开关及具有该电磁开关的软啮合起动机

技术领域

本实用新型涉及一种软啮合起动机及其电磁开关，特别是一种可以提高软啮合起动机啮合成功率，并提高起动机啮合系统耐久可靠性的电磁开关及具有该电磁开关的软啮合起动机。

背景技术

参见图1，图1为现有技术的软啮合起动机剖视图。如图所示，现有技术对发动机施加起动力矩的软啮合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5上的驱动齿轮6驱动发动机上的飞轮齿圈4，从而使得发动机着车。

同时参见图2，图2为图1中的软啮合起动机的起动电路接线图。该软啮合起动机包括电机1、电磁开关3和控制继电器12。在软啮合起动机中，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34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32，设在吸引线圈36和保持线圈37的后端部、构成磁路一部分的止座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芯轴组件8，对柱塞芯轴组件8向前方施力的回位弹簧14，安装在柱塞芯轴组件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30、30b构成。

通过向该电磁开关的吸引线圈36和保持线圈37进行通电而在芯轴组件8中产生图1中的B向电磁吸引力，由于该电磁吸引力，与上述柱塞芯轴组件8配合的拨叉9的上端向右侧方向移动、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4啮合的方向移动。

继续参阅图2，蓄电池13的正极端与电磁开关3的端子30端相连接，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、一对静触点(两个端子)和对两个端子进行控制的线圈38。位于线圈38一端的点火端子(或s端子)50c通过按键开关35与蓄电池13的正极一端相连接，线圈38的另一端接地，或与电机的负极端子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38通电，两个端子之间成为闭合回路，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4一侧(即A方向)移动。

此时，若驱动齿轮6和飞轮齿圈4顺利啮合，则柱塞8进一步移动直至与止座16的端面接触，动触点17与两静触点30、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4旋转，向发动机施加起动力矩。在动静触点接触时，端子50和静触点30b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保持在与止座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38通电，静触点30和端子50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4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4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4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36被通电，并且电机1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4的端面上平滑地滑动，最终啮入飞轮齿圈4。同样，在驱动齿轮6旋转而与飞轮齿圈4啮合后，电磁开关3的动触点17与两静触点30、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36而进行通常的通电，软啮合起动机对外大扭矩输出，拖动发动机旋转。

上述现有技术的软啮合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4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4端面磨损严重，驱动齿轮6在飞轮齿圈4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4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4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4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。

若为了降低驱动齿轮6作用在飞轮齿圈4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4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4，从而导致起动机无法顺利起动发动机。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种电磁开关及具有该电磁开关的软啮合起动机，该电磁开关的机体与柱塞之间的磁路中磁阻是变化的，软啮合起动机驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面的顶齿力较小，飞轮齿圈端面的磨损量较小。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种软啮合起动机的电磁开关，包括机体和安装在所述机体内的柱塞芯轴组件、线圈组件和止座，所述止座设置在所述机体的末端，所述止座上设置有定位端和用于所述芯轴穿过的芯轴孔，所述柱塞芯轴组件包括柱塞和芯轴，所述柱塞的一端与软啮合起动机的拨叉连接，所述柱塞的另一端设置有与所述定位端适配的定位凸台，所述柱塞的外表面与所述机体之间具有一连接表面，所述芯轴安装在所述柱塞内并穿过所述芯轴孔与所述软啮合起动机的动触片连接；所述定位凸台与所述定位端之间设置有弹性复位件，所述柱塞芯轴组件相对于所述止座分别具有一初始位置和一闭合位置，所述线圈组件对应所述柱塞设置，其中，所述柱塞上设置有磁路磁阻调整结构，所述磁路磁阻调整结构的截面积小于所述柱塞的截面积；所述磁路磁阻调整结构于所述初始位置与所述连接表面正对；所述磁路磁阻调整结构于所述闭合位置与所述连接表面错开。

上述的电磁开关，其中，所述线圈组件包括线圈骨架、保持线圈和吸引线圈，所述线圈骨架具有一通孔，所述定位凸台和定位端均位于所述通孔内，所述保持线圈和吸引线圈沿径向环绕在所述线圈骨架上。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞为导磁材料件，所述芯轴为非导磁材料件。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞为回转轴结构，所述磁路磁阻调整结构的横截面为矩形、圆形、半圆形或者多边形。

上述的电磁开关，其中，所述磁路磁阻调整结构包括沿轴向顺序排列的多个调整段，所述多个调整段的截面积各自相异。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞为一体结构件。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞为分体结构件，所述柱塞包括柱塞头部和柱塞本体，所述柱塞头部固定在所述柱塞本体的一端。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞本体和柱塞头部均为低碳钢材料件，所述柱塞头部为热处理件，所述柱塞本体为非热处理件。

上述的电磁开关，其中，所述柱塞本体为低碳钢材料件，所述柱塞头部为高碳钢材料件，所述柱塞头部和柱塞本体均为非热处理件。

为了更好地实现上述目的，本实用新型还提供了一种软啮合起动机，其中，包括上述的电磁开关。

本实用新型的技术效果在于：

本实用新型的电磁开关，初始吸合时，该磁路磁阻调整结构正好与机体的连接表面对应，使得初始位置磁路的磁阻较大，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；当电磁开关触点处于闭合位置时，该磁路磁阻调整结构处于与机体的连接表面错开状态，使得柱塞与止座之间的磁阻较小，基本与未增加磁路磁阻调整结构基本一致，以便使得电磁开关的释放电压不变。

此外，该柱塞芯轴组件可以采用分体结构，仅柱塞头部进行热处理，柱塞本体及芯轴均不作热处理,这样既可以降低电磁开关的成本，并降低磁路磁阻的噪音(公差)，使得电磁开关的释放电压和顶齿力分布更加稳定一致，过程能力更高。

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为现有技术的软啮合起动机剖视图；

图2为图1的软啮合起动机起动电路接线图；

图3为本实用新型一实施例的电磁开关剖视图；

图4为本实用新型一实施例的柱塞芯轴组件剖视图；

图5为本实用新型一实施例的电磁开关初始位置磁路示意图；

图6为本实用新型一实施例的电磁开关闭合位置磁路示意图；

图7A为本实用新型一实施例的柱塞磁路磁阻调整结构示意图；

图7B为本实用新型一实施例的图7A的A-A剖面图；

图7C为本实用新型另一实施例的图7A的A-A剖面图；

图7D为本实用新型又一实施例的图7A的A-A剖面图；

图8为本实用新型另一实施例的电磁开关剖视图；

图9为本实用新型另一实施例的柱塞芯轴组件剖视图。

其中，附图标记

1 电机

2 减速装置

3 电磁开关

4 发动机飞轮齿圈

5 单向器

6 驱动齿轮

8 柱塞芯轴组件

81 柱塞

811 磁路磁阻调整结构

812 滑动面

82 芯轴

83 柱塞头部

84 柱塞本体

9 拨叉

11 电枢总成

12 控制继电器

13 蓄电池

14 回位弹簧

16 止座

17 动触片

30、30b 静触点

31 负极端子

32 机体

321 连接表面

33 线圈组件

34 线圈骨架

35 按键开关

36 吸引线圈

37 保持线圈

38 线圈

50c 点火端子(或s端子)

50 端子

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

本实用新型的软啮合起动机及起动机其他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。

实施方式一

参见图3-图6，图3为本实用新型一实施例的电磁开关剖视图，图4为本实用新型一实施例的柱塞芯轴组件剖视图，图5为本实用新型一实施例的电磁开关初始位置磁路示意图，图6为本实用新型一实施例的电磁开关闭合位置磁路示意图。本实用新型的电磁开关3，用于软啮合起动机，包括机体32和安装在所述机体32内的柱塞芯轴组件8、线圈组件33和止座16，机体32构成电磁开关3的外廓并形成磁路；所述止座16设置在所述机体32的末端，所述止座16上设置有定位端和用于所述芯轴82穿过的芯轴82孔，所述柱塞芯轴组件8设置在所述机体32内并能沿轴向自由滑动，包括柱塞81和芯轴82，可优选所述柱塞81为导磁材料件，所述芯轴82为非导磁材料件或使用导磁性能差的材料。所述柱塞81的一端与软啮合起动机的拨叉连接，所述柱塞81的另一端设置有与所述定位端适配的定位凸台，所述柱塞81的外表面与所述机体32之间具有一连接表面321，所述芯轴82安装在所述柱塞81内并穿过所述芯轴82孔与所述软啮合起动机的动触片17连接；所述定位凸台与所述定位端之间设置有弹性复位件，该弹性复位件优选为回位弹簧14，所述柱塞芯轴组件8相对于所述止座16分别具有一初始位置和一闭合位置，所述线圈组件33对应于所述柱塞81设置，当线圈组件33通电后，柱塞81在线圈产生的电磁吸力作用下会克服回位弹簧14的回位弹力朝着与止座16接触方向移动，并与止座16的端面接触到达闭合位置；线圈断电后，柱塞芯轴组件8在回位弹簧14的作用下返回初始位置。

如图4所示，所述柱塞81上设置有磁路磁阻调整结构811，所述磁路磁阻调整结构811的截面积小于所述柱塞81其他滑动面812的截面积；所述磁路磁阻调整结构811在所述初始位置时与所述连接表面321正对；所述磁路磁阻调整结构811在所述闭合位置时与所述连接表面321错开。

其中，线圈组件33设置在所述机体32内，止座16设置在所述线圈组件33的后端部，所述线圈组件33包括线圈骨架34、保持线圈37和吸引线圈36，所述线圈骨架34具有一通孔，或者说保持线圈37和吸引线圈36设置在所述线圈骨架34上并环绕所述柱塞芯轴组件8的外表面形成该通孔，所述定位凸台、定位端和所述弹性复位件均位于所述通孔内，或者该弹性复位件不设置在该通孔内，所述保持线圈37和吸引线圈36沿径向分布环绕在所述线圈骨架34上。

当电磁开关3处于初始状态时，如图3或5所示，该磁路磁阻调整结构811正好与机体32的连接表面321对应，使得柱塞81与止座16之间的磁阻较大，电磁开关3产生的吸引力更小，即起动机产生的顶齿力更小，飞轮齿圈端面损坏程度更轻；当电磁开关3触点处于闭合位置时，该磁路磁阻调整结构811处于与机体32的连接表面321错开状态，使得柱塞81与止座16之间的磁阻较小，基本与未增加磁路磁阻调整结构811基本一致，以便使得电磁开关3的释放电压不变，如图6所示。该磁路磁阻调整结构811的截面积小于柱塞81的滑动面812处的截面积，磁路磁阻调整结构811可采用多个不同的截面积，如图4所示，其中，所述柱塞81为回转轴结构，所述柱塞81可优选为一体结构件。所述磁路磁阻调整结构811的横截面可为矩形、圆形、半圆形或者多边形，优选为圆形，如图7A-图7D所示，以便在初始位置使得电磁开关3的吸引力减低幅度较大，即起动机的顶齿力下降幅度较大，飞轮齿圈端面磨损量较小，而电磁开关3的释放电压比较合理。

电磁开关3处于初始装配状态时，如图5所示，吸引线圈36和保持线圈37通电后，线圈会产生磁场，磁场的磁路会通过止座16、机体32、柱塞81、连接表面321及柱塞81之间的气隙、柱塞81与止座16之间的气隙等形成一个回路，如图5所示，磁场中的磁感应线会沿着磁路中磁阻最小的方向流动。相比现有技术的电磁开关3，本实用新型的电磁开关3处于初始装配状态时，该磁路磁阻调整结构811正好与机体32的连接表面321对应，使得柱塞芯轴组件8中的柱塞81与机体32连接表面321之间气隙增加或者磁路调整位置柱塞81的导磁截面积变小，从而使得磁路磁阻增加，柱塞81端面与止座16端面之间的磁场强度较弱，对柱塞芯轴组件8产生的电磁吸力较小，起动机的顶齿力较小。

如图2所示，当电磁开关3触点闭合后，由于电磁开关3静触点30端和静触点30b端电压基本一致，电磁开关3中的吸引线圈36被短路，电磁开关3只有保持线圈37通过电流，即仅保持线圈37产生磁场，磁场的磁路一路会通过止座16、机体32、柱塞81、连接表面321及柱塞81之间的气隙、柱塞81与止座16之间的气隙等形成一个回路，如图6所示，从而使得止座16对柱塞81产生吸附力。另一路磁路会通过止座16、机体32、柱塞81、芯轴82、芯轴82与止座16之间的气隙等形成一个回路，该磁路中的磁场对柱塞81不产生吸附力，产生的磁场是浪费的。两个磁路中有一部分近似于并联，由于芯轴82与止座16之间的距离大于柱塞81与止座16的距离，此刻柱塞81与止座16的距离理论为0mm，这样芯轴82与止座16之间通过的磁场强度较强，柱塞81与止座16端面之间的磁场较大。为了进一步减少磁场的浪费，可以将芯轴82采用导磁较差的材料，如不锈钢、高碳钢等，以增加磁路的磁阻。

如图6所示，当电磁开关3触点闭合时，磁路磁阻调整结构811处于与机体32的连接表面321错开状态，相比现有技术的电磁开关3，柱塞芯轴组件8中的柱塞81与机体32连接表面321之间气隙保持不变，即柱塞81与连接表面321之间的磁阻不变，这样电磁开关3中的止座16与柱塞81之间的磁场强度不变，吸附力不变，即电磁开关3的释放电压保持不变。

需要进一步说明的是，磁路磁阻调整结构811及位置会涉及到对起动机顶齿力和电磁开关3释放电压的影响，设置不当甚至可能会产生负面影响，如造成电磁释放电压过高、柱塞81移动过程中出现卡滞等问题。为了使得起动机的顶齿力和电磁开关3释放电压匹配最优，所述磁路磁阻调整结构811包括沿轴向顺序排列的多个调整段，所述多个调整段的截面积各自不相等。即磁路磁阻调整结构811的可采用多个不同的截面积，如本实施例采用两个不同的截面积，以避免由于磁路磁阻调整结构811局部的导磁截面积太小，使得柱塞81的磁路饱和，影响电磁开关3的释放电压。所述磁路磁阻调整结构811与所述柱塞81的外表面之间还可设置有过渡圆角或倒角。此外，为了避免柱塞81移动过程中出现卡滞现象，柱塞81磁路磁阻调整结构811的截面积A1可以设置成半圆形或者矩形，如图7B-7D所示，这样半圆形的直径或矩形的对角线长度与柱塞81其他滑动移动面的直径φd基本大小一致，这样既可以降低起动机的顶齿力，并且对电磁开关3的释放电压和移动不产生负面影响。

实施方式二

参见图8及图9，图8为本实用新型另一实施例的电磁开关剖视图，图9为本实用新型另一实施例的柱塞芯轴组件剖视图。为了降低电磁开关3的成本，本实施例中，该柱塞芯轴组件8可以采用分体结构。本实施例的电磁开关3的结构及工作原理与实施方式一基本相同，如图7A所示；主要区别在于所述柱塞81优选为分体结构件，即电磁开关3的柱塞芯轴组件8采用分体式结构，如图8及图9所示，所述柱塞81包括柱塞头部83和柱塞本体84，所述柱塞头部83固定优选铆接在所述柱塞本体84的一端。其中，所述柱塞本体84和柱塞头部83均为低碳钢材料件，芯轴82采用高碳钢或不锈钢等导磁性能差的材料；所述柱塞头部83为热处理件，所述柱塞本体84为非热处理件，即仅柱塞头部83进行热处理，柱塞本体84和芯轴82不进行热处理，柱塞头部83通过铆接的方式固定在柱塞本体84上。或者，所述柱塞本体84为低碳钢材料件，所述柱塞头部83为高碳钢材料件，所述柱塞头部83和柱塞本体84均为非热处理件，不进行热处理。本实施例由于仅柱塞头部83进行热处理，柱塞本体84及芯轴82均不作热处理，相比实施方式一的柱塞芯轴组件8成本更低，此外，柱塞本体84没有进行热处理，零件表面没有其他元素的渗层，并降低磁路磁阻的噪音(公差)，这样批量生产时零件间的导磁效果更加稳定，使得电磁开关3产生的顶齿力及释放电压分布更加稳定，过程能力更高。

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)

1.一种电磁开关，包括机体和安装在所述机体内的柱塞芯轴组件、线圈组件和止座，所述止座设置在所述机体的末端，所述止座上设置有定位端和用于所述芯轴穿过的芯轴孔，所述柱塞芯轴组件包括柱塞和芯轴，所述柱塞的一端与软啮合起动机的拨叉连接，所述柱塞的另一端设置有与所述定位端适配的定位凸台，所述柱塞的外表面与所述机体之间具有一连接表面，所述芯轴安装在所述柱塞内并穿过所述芯轴孔与所述软啮合起动机的动触片连接；所述定位凸台与所述定位端之间设置有弹性复位件，所述柱塞芯轴组件相对于所述止座分别具有一初始位置和一闭合位置，所述线圈组件对应所述柱塞设置，其特征在于，所述柱塞上设置有磁路磁阻调整结构，所述磁路磁阻调整结构的截面积小于所述柱塞的截面积；所述磁路磁阻调整结构于所述初始位置与所述连接表面正对；所述磁路磁阻调整结构于所述闭合位置与所述连接表面错开。

2.如权利要求1所述的电磁开关，其特征在于，所述线圈组件包括线圈骨架、保持线圈和吸引线圈，所述线圈骨架具有一通孔，所述定位凸台和定位端均位于所述通孔内，所述保持线圈和吸引线圈沿径向环绕在所述线圈骨架上。

3.如权利要求1或2所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞为导磁材料件，所述芯轴为非导磁材料件。

4.如权利要求3所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞为回转轴结构，所述磁路磁阻调整结构的横截面为矩形、圆形、半圆形或者多边形。

5.如权利要求3所述的电磁开关，其特征在于，所述磁路磁阻调整结构包括沿轴向顺序排列的多个调整段，所述多个调整段的截面积各自相异。

6.如权利要求3所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞为一体结构件。

7.如权利要求3所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞为分体结构件，所述柱塞包括柱塞头部和柱塞本体，所述柱塞头部固定在所述柱塞本体的一端。

8.如权利要求7所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞本体和柱塞头部均为低碳钢材料件，所述柱塞头部为热处理件，所述柱塞本体为非热处理件。

9.如权利要求7所述的电磁开关，其特征在于，所述柱塞本体为低碳钢材料件，所述柱塞头部为高碳钢材料件，所述柱塞头部和柱塞本体均为非热处理件。

10.一种软啮合起动机，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任意一项所述的电磁开关。