一種輔助嚙合式起動機及其電磁開關的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種電磁開關以及具有該電磁開關的輔助嚙合式起動機，電磁開關包括機體、線圈骨架、保持線圈、吸拉線圈、止動盤、柱塞件和回復彈簧，線圈骨架、保持線圈和吸拉線圈設置在機體內，保持線圈和吸拉線圈設置在線圈骨架上，止動盤設置在線圈骨架的端部，柱塞件穿過保持線圈、吸拉線圈和止動盤，保持線圈和吸拉線圈通電后產生電磁力使柱塞件沿軸向移動，電磁力消失后復位彈簧對柱塞件施加回復力使柱塞件沿軸向返回，其中，線圈骨架內裝有磁路磁阻調整環。在相同的系統電壓下，本發明電磁開關吸合電壓更高，所產生電磁吸力更小，也就達到了降低頂齒力的目的，減少了沖擊能量，降低了噪音，并且更容易實現柔性嚙合，對齒圈的損害更小。
【專利說明】一種輔助嚙合式起動機及其電磁開關
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電磁開關，具體地說，是涉及用于輔助嚙合式起動機上的電磁開關，本發明還涉及包含該電磁開關的輔助嚙合式起動機。
【背景技術】
[0002]圖1為目前已有的輔助嚙合式起動機的剖視圖，下面根據該圖對這種類型起動機的整體結構進行說明。在圖1中，對發動機施加起動力矩的輔助嚙合式起動機采用以下結構:用減速裝置2對電機I中的電樞11的旋轉力矩進行減速并增加旋轉力矩，通過單向器4安裝于輸出軸5的驅動齒輪6由上述電機I進行驅動而旋轉。
[0003]結合參閱圖2，輔助嚙合式起動機包括電機1、電磁開關3和控制繼電器12。在輔助嚙合式起動機中，電磁開關3包括吸拉線圈36、保持線圈37，其中，保持線圈37和吸拉線圈36設置在線圈骨架43上，機體7圓周地圍在吸拉線圈36和保持線圈37的外側且構成磁路一部分，止動盤16設在吸拉線圈36和保持線圈37的后端部且構成磁路一部，柱塞8配置在吸拉線圈36和保持線圈37的內周且沿軸向自由滑動。其中，柱塞8包括柱塞端81和心軸纟而82，柱塞纟而81為柱塞8兩纟而中的大纟而，心軸％5 82為柱塞8兩纟而中的小纟而。復位彈簧14對柱塞8向前方施力，動觸點17安裝在柱塞8的芯軸端82上，一對靜觸點30a、30b相對動觸點17配設而與外部配線進行連接。通過向該電磁開關的吸拉線圈36和保持線圈37進行通電而在柱塞8中產生圖1中B方向的電磁吸引力，由于該電磁吸引力，與上述柱塞8配合的撥叉9的上端向右側方向(箭頭B標示方向)移動、其下端向圖1中左側的方向移動(箭頭A標示方向)，因此，對單向器4、輸出軸5上的驅動齒輪6施加向圖1中左側方向移動的力，于是驅動齒輪6向與發動機的飛輪齒圈10 P齒合的方向移動。
[0004]繼續參閱圖2，蓄電池13的正級端與電磁開關3的端子18相連接，負極端接地，或與電機I的端子31相連。向電磁開關3的端子50進行通電開關的控制繼電器12包括:與蓄電池13相連接的端子50c、與端子18相連接的端子32、以及對該端子32和端子33進行控制的線圈34。位于線圈34 —端的端子50c通過按鍵開關35與蓄電池13的正級一端相連接，線圈34的另一端接地，或與電機的端子31相連。
[0005]在圖2中，若為了起動發動機而閉合按鍵開關35，則控制繼電器的線圈34通電，端子32和端子33之間成為閉合回路，從蓄電池13經過電磁開關3的吸拉線圈36向電機I通電，同時也向保持線圈37通電。兩個線圈通電對柱塞8產生吸引力，柱塞8 一邊拉伸復位彈簧14, 一邊向B方向移動,驅動齒輪6通過撥叉9向飛輪齒圈10 —側(即A方向)移動。
[0006]此時，若驅動齒輪6和飛輪齒圈10順利嚙合，則柱塞8進一步移動直至與止動盤16端面接觸，動觸點17與兩靜觸點30a、30b接觸，電機I從蓄電池13進行直接通電，產生通常的旋轉力矩，驅動齒輪6驅動飛輪齒圈10旋轉，向發動機施加起動力矩。在動靜觸點接觸時，端子50和端子19之間的電位基本相同，因此在吸拉線圈36中不再流過電流，僅利用保持線圈37產生的保持力來將柱塞8保持在與止動盤16的端面接觸的位置。[0007]起動后，若斷開按鍵開關35，則不向線圈34通電，端子32和端子33之間被斷路，不向端子50施加電壓。因此，保持線圈37產生的保持力消失，柱塞8利用復位彈簧14的彈力回位到圖1的狀態，驅動齒輪6也部分利用與柱塞8配合的撥叉9與飛輪齒圈10脫離。同時，動觸點17也復位到圖1中的狀態，結束向電機通電。
[0008]此時,若驅動齒輪6的端面和飛輪齒圈10的端面相抵接,未直接與齒圈哨合，由于吸拉線圈36和保持線圈37對上述柱塞8產生的電磁吸引力(圖中的B方向)，驅動齒輪6對發動機飛輪齒圈10端面產生一個作用力(圖中的A方向)，在這個狀態下，由于與吸拉線圈36串聯連接的電機I通過吸拉線圈36被通電，并且線圈中流過的電流較大，電機I可產生輔助嚙合力矩，因此向驅動齒輪6作用旋轉力矩，這樣可以利用該小扭矩使驅動齒輪6在飛輪齒圈10端面上平滑地滑動，最終嚙入飛輪齒圈10。同樣，在驅動齒輪6旋轉而與飛輪齒圈10嚙合后，電磁開關3的動觸點17與兩靜觸點30a、30b接觸閉合，電磁開關3的吸拉線圈36被短路，電機部分不通過吸拉線圈36而進行通常的通電，輔助嚙合式起動機對外大扭矩輸出，拖動發動機旋轉。
[0009]以往這類的輔助嚙合式起動機主要存在以下問題:
[0010]由于流過吸拉線圈36的電流所產生的強吸引力，在驅動齒輪6中產生對飛輪齒圈的較大的作用力(后面稱為頂齒力)。這樣，起動機使用一段時間之后，飛輪齒圈10端面磨損嚴重，驅動齒輪6在飛輪齒圈10端面滑動時的阻力增大，這樣，當起動機通電時，驅動齒輪6容易頂在飛輪齒圈10端面上(后面簡稱頂齒)，而無法實現旋轉，導致驅動齒輪6與發動機飛輪齒圈10無法嚙合，這樣電磁開關3容易產生燒毀現象。此外，如果頂齒力過大，會產生很大的沖擊，特別是安裝了起動頻繁的怠速起停系統和大排量的發動機的車輛，其結果是驅動齒輪6和飛輪齒圈10端面損傷嚴重；嚙合系統中的如撥叉9等也可能造成過早失效。并且，起動時，過大的頂齒力也會產生巨大的噪音。
[0011 ] 以上，若為了增加驅動齒輪6的旋轉力矩，可以考慮減小吸拉線圈36的電阻值，從而使電機I通電的電流增大，但為了減少吸拉線圈36的電阻值，若不改變吸拉線圈36的匝數而增大線徑，則吸引力進一步增大，頂齒力增大。因而，驅動齒輪6的旋轉力矩增大的效果減小。
[0012]另外，為了減小吸拉線圈36的電阻值，若不改變吸拉線圈36線徑而減小匝數，則吸拉線圈36的熱容量降低、耐熱性能降低，且伴隨著吸拉線圈36的匝數的減少，還需要變更保持線圈37的規格。
[0013]另一方面，為了抑制柱塞8的吸引力，使頂齒力降低，從而使驅動齒輪6的旋轉變得容易，若吸拉線圈36的電阻值增大，則向電機I通電電流減小，電機的旋轉力矩降低，驅動齒輪6的旋轉力矩也降低。若驅動齒輪6的旋轉力矩減小，則在驅動齒輪6和飛輪齒圈10磨損或有傷痕的情況下，由于驅動齒輪6無法旋轉而可能產生不嚙合(頂齒)，因此需要向驅動齒輪6提供一定程度的旋轉力矩，而最好不要過度增大吸拉線圈36的電阻值。
[0014]作為前述的對策，有的是增大輔助旋轉電流，以擴大輔助嚙合轉矩，但同時驅動齒輪6作用在飛輪齒圈10端面的力增加，即驅動齒輪6旋轉的阻力矩相應的增加，這樣增加輔助旋轉力矩的效果將不明顯；此外，由于吸拉線圈36中的輔助嚙合電流增加，這樣控制繼電器12的觸點之間流過的電流增大，因此繼電器觸點需要容量大、難熔敷的高價材料，而且吸拉線圈36需要使用直徑粗的導線，電磁開關3的體積也相應的增加，分別成為成本提聞的原因。
[0015]還有，當發動機起動不良時，有時驅動器會使按鍵開關持續接通，尤其是在輔助旋轉電流較大的場合，流入吸拉線圈36的電流會使起動開關容易受熱損傷，甚至產生燒毀現象。
[0016]若為了降低驅動齒輪6作用在飛輪齒圈10端面的頂齒力，減小電磁開關3的吸拉線圈36的直徑，這樣頂齒力是在一定程度上降低了，但通過吸拉線圈36流向電機的電流降低，即起動機的輔助嚙合力矩降低更多。這樣當飛輪齒圈10及驅動齒輪6端面有傷痕時甚至損壞較嚴重時，驅動齒輪6有可能無法旋轉，從而無法嚙入齒圈10。
[0017]為了解決以上問題，有專利指出方法:吸拉線圈增加反繞線圈，既:增加部分線圈繞向與吸拉線圈相反，并且保證正向線圈匝數與反向線圈匝數之差與保持線圈匝數相同；此方法降低了軟嚙合電流與頂齒力，能夠起到解決上述問題的目的；但同時也存在缺點:成本增加；生產工藝要求較高；過程能力不易控制。
[0018]專利號為ZL 2013 2 0171891.8的中國實用新型專利公開了一種輔助嚙合式起動機及其電磁開關，該專利給出在柱塞中部開槽的方式，實現不降低軟嚙合電流的同時降低頂齒力；但是上述專利方案可能存在以下問題，即在吸合過程中，增加了柱塞運動過程中的阻力，存在卡滯的風險。
【發明內容】
[0019]本發明的目的是針對現有輔助嚙合式起動機存在的上述問題，提供一種輔助嚙合式電磁開關及包含該電磁開關的輔助嚙合式起動機。
[0020]為了實現上述目的，本發明提供一種電磁開關，包括機體、線圈骨架、保持線圈、吸拉線圈、止動盤、柱塞件和回復彈簧，所述線圈骨架、所述保持線圈和所述吸拉線圈設置在所述機體內，所述保持線圈和所述吸拉線圈設置在所述線圈骨架上，所述止動盤設置在所述線圈骨架的端部，所述柱塞件穿過所述保持線圈、所述吸拉線圈和所述止動盤，所述保持線圈和所述吸拉線圈通電后產生電磁力使所述柱塞件沿軸向移動，電磁力消失后所述復位彈簧對所述柱塞件施加回復力使所述柱塞件沿軸向返回，其中，所述線圈骨架內裝有磁路磁阻調整環。
[0021 ] 上述的電磁開關，其中，所述磁路磁阻調整環的材料為導磁材料。
[0022]上述的電磁開關，其中，所述磁路磁阻調整環預埋在所述線圈骨架內。
[0023]上述的電磁開關，其中，所述磁路磁阻調整環的表面具有多個通孔。
[0024]上述的電磁開關，其中，所述柱塞件包括芯軸端和柱塞端，所述柱塞端的軸徑大于所述芯軸端的軸徑，其中，所述芯軸端的材料為阻磁材料，所述柱塞端的材料為導磁材料。
[0025]上述的電磁開關，其中，所述磁路磁阻調整環包括第一端面和第二端面，所述止動盤包括止動端面，所述第一端面與所述止動端面之間形成有第一間隙LI。
[0026]上述的電磁開關，其中，所述第二端面與所述機體之間形成有第二間隙L2，所述第二端面突出于所述線圈骨架或所述第二端面埋設于所述線圈骨架內部。
[0027]上述的電磁開關，其中，所述磁路磁阻調整環還包括本體部和卷邊部，所述卷邊部靠近所述第二端面設置，所述本體部具有第一厚度W1，所述卷邊部具有第二厚度W2，所述第二厚度W2大于所述第一厚度Wl。[0028]上述的電磁開關，其中，通過第一厚度W1、第二厚度W2、第一間隙LI和第二間隙L2對所述電磁開關的磁路磁阻大小進行調整。
[0029]本發明還提供一種輔助嚙合式起動機，包括電磁開關，其中，所述電磁開關為上述的電磁開關。
[0030]本發明電磁開關相較于現有技術的電磁開關，吸合時其磁能量產生的電磁力減小，釋放時，其磁能量的利用率更高，這樣在相同的系統電壓下，本發明電磁開關吸合電壓更高，所產生電磁吸力更小，也就達到了降低頂齒力的目的，減少了沖擊能量，降低了噪音，并且更容易實現柔性嚙合，對齒圈的損害更小，裝配有按本發明制造生產的電磁開關的起動機，其正常工作下，使用壽命可達10萬次以上。
[0031]此外，本發明的輔助嚙合式起動機及其電磁開關還具有以下優點:
[0032]I)繞線整齊程度不變化，保留現有工藝即可實現裝配，當然吸拉線圈也可以繞制在保持線圈外側，即:無論吸拉線圈與保持線圈的繞制順序如何，本發明均能夠實現繞線的整齊、快捷；
[0033]2)柱塞不用開槽，降低了由于開槽導致的一些問題(增加了柱塞運動過程中的阻力，容易卡滯等問題)。
[0034]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為現有技術的輔助嚙合式起動機的剖視圖；
[0036]圖2為圖1中的輔助嚙合式起動機的起動電路的電氣接線圖；
[0037]圖3為本發明的實施例一中電磁開關在起動機靜止時的剖視圖及磁路展示；
[0038]圖4為本發明的實施例一中電磁開關觸點閉合后的剖視圖及磁路展示；
[0039]圖5為本發明的實施例一的磁路磁阻調整環的剖視圖；
[0040]圖6為本發明的實施例二的電磁開關的剖視圖；
[0041]圖6-1為本發明的實施例二的I位置的放大圖；
[0042]圖7為本發明的實施例三的I位置的放大圖；
[0043]圖7-1為本發明實施例三的磁路磁阻調整環剖視圖；
[0044]圖8為本發明實施例四的電磁開關剖視圖。
[0045]其中，附圖標記
[0046]1-電機
[0047]2-減速裝置
[0048]3-電磁開關
[0049]4-單向器
[0050]5-輸出軸
[0051]6-驅動齒輪
[0052]7-機體
[0053]8-柱塞芯軸
[0054]81-芯軸部分
[0055]82-柱塞部分[0056]9-撥叉
[0057]10-飛輪齒圈
[0058]11-電樞
[0059]12-控制繼電器
[0060]13-蓄電池
[0061]14-復位彈簧
[0062]16-止動盤
[0063]17-動觸點
[0064]18、19-端子
[0065]30a、30b-靜觸點
[0066]31-電機的端子
[0067]32、33-端子
[0068]34-線圈
[0069]35-按鍵開關
[0070]36-吸拉線圈
[0071]37-保持線圈
[0072]43-線圈骨架
[0073]50-端子
[0074]50c-端子
[0075]200-電磁開關
[0076]201-機體
[0077]202-柱塞件
[0078]2021-芯軸端
[0079]2022-柱塞端
[0080]203-吸拉線圈
[0081]204-保持線圈
[0082]205-線圈骨架
[0083]206-磁路磁阻調整環
[0084]2061-第一端面
[0085]2062-第二端面
[0086]2063-本體部
[0087]2064-通孔
[0088]2065-卷邊部
[0089]207-止動盤
[0090]20了1-止動端面
[0091]208-動觸點
[0092]20如、20%-靜端子
【具體實施方式】[0093]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案進行詳細的描述，以更進一步了解本發明的目的、方案及功效，但并非作為本發明所附權利要求保護范圍的限制。
[0094]本發明的輔助嚙合式起動機的結構與圖1所示的輔助嚙合式起動機結構大致相似，唯一不同的是電磁開關的結構，以下僅針對電磁開關的結構的不同部分進行介紹。
[0095]實施例一:
[0096]參閱圖3，本發明的電磁開關200包括機體201、柱塞件202、吸拉線圈203、保持線圈204、線圈骨架205、磁路磁阻調整環206、止動盤207、動觸點208、靜端子209a、209b和復位彈簧210。線圈骨架205、保持線圈204和吸拉線圈203設置在機體201內，保持線圈204和吸拉線圈203設置在線圈骨架205上，止動盤207設置在線圈骨架205的端部，柱塞件202穿過保持線圈204、吸拉線圈203和止動盤207，保持線圈204和吸拉線圈203通電后產生電磁力使柱塞件202沿軸向移動，動觸點208和靜端子209a、209b相接觸；電磁力消失后復位彈簧210對柱塞件202施加回復力使柱塞件202沿軸向返回，動觸點208和靜端子209a、209b相分離。其中，磁路磁阻調整環206安裝在線圈骨架205內。
[0097]磁路磁阻調整環206磁阻較小，可以為導磁鋼或其他導磁材料。磁路磁阻調整環206形狀呈環形，圖示磁路磁阻調整環206的形狀僅為示例，不作為此零件形狀的約束。
[0098]止動盤207具有一止動端面2071，吸合時，由于磁路磁阻調整環206的分流作用，柱塞件202的端面與止動端面2071之間的磁通變小，磁場變弱，即產生的電磁吸力變弱。但是，軟嚙合力矩保持不變，將會提高起動機的嚙合成功率，同時降低飛輪齒圈的損壞程度。
[0099]較佳地，磁路磁阻調整環206與線圈骨架205同軸，且磁路磁阻調整環206預埋于線圈骨架205中。其中，磁路磁阻調整環206包括第一端面2061、第二端面2062和本體部2063,第一端面2061和第二端面2062分別設置于本體部2063的兩端。其中，第一端面2061與止動端面2071相對，第二端面2062與機體201相對。本體部2063具有第一厚度W1，第一端面2061與止動端面2071之間具有第一間隙LI。電磁吸力減弱的程度可以通過增加磁路磁阻調整環206的第一厚度Wl和增加第一間隙LI的大小進行調整，從而使驅動齒輪作用在飛輪齒圈上的作用力同樣變小。
[0100]參閱圖4，在電磁開關觸點實現閉合時，各個磁路中，柱塞件202的端面與止動端面2071之間的磁阻最小，這樣該回路的磁通最大，磁場最強；即僅保持線圈204工作時產生的電磁吸引力基本可以保持不變。
[0101]參閱圖5，可在上述磁路磁阻調整環206上加工有多個通孔2064，使得預埋時該磁路磁阻調整環206更加穩固、可靠；附圖中通孔2064的數量及形狀僅為示意，實際使用時，可采用其他形狀及數量。
[0102]同時，參見圖3，可以通過調整第一間隙LI和磁路磁阻調整環206的本體部2063的第一厚度Wl調整開關產生的吸拉力和保持線圈產生的保持力。其中，上述第一間隙LI為磁路磁阻調整環206與止動盤207的止動端面2071的最小距離，其大小主要影響保持線圈204的保持力；上述磁路磁阻調整環206的本體部2063的第一厚度Wl主要影響初始工作位置時所產生的電磁力大小。
[0103]實施例二:
[0104]本實施例的大部分與實施例一基本相同，其區別在于，參閱圖6及圖6-1,磁路磁阻調整環206的第二端面2062突出于線圈骨架205，且磁路磁阻調整環206的第二端面2062與機體201之間具有第二間隙L2，通過增加第二間隙L2的大小，能夠進一步的調整電磁開關200吸合時的漏磁，能夠實現更大幅度的降低電磁吸力，從而驅動齒輪作用在飛輪齒圈上的作用力變得更小。
[0105]實施例三:
[0106]本實施例的大部分與實施例二基本相同，其區別在于，參閱圖7及圖7-1，磁路磁阻調整環206的第二端面2062突出于線圈骨架205，磁路磁阻調整環206的第二端面2062與機體201之間具有第二間隙L2，進一步地，磁路磁阻調整環206還包括卷邊部2065，卷邊部2065靠近第二端面2062設置，卷邊部2065具有第二厚度W2，第二厚度W2大于第一厚度W1。此方式較實施例二而言，邊緣處露出部分面積更大，進而在第二間隙L2與實施例二相同時，本實施例降低起動機頂齒力的幅度比實施例二更大。
[0107]本發明可通過對第一厚度W1、第二厚度W2、第一間隙L1、第二間隙L2對電磁開關200的磁路磁阻大小進行調整，進而調整電磁力。
[0108]實施例四:
[0109]參閱圖8，柱塞件202包括芯軸端2021與柱塞端2022，芯軸端2021和柱塞端2022為裝配連接，裝配方式可以為螺紋連接、壓裝或者銷連接等，芯軸端2021為阻磁材料，比如不銹鋼等，柱塞端2022為導磁材料(軟磁)。此實施例的電磁開關200吸合時，通過磁路磁阻調整環206進行調節，使得電磁開關整體磁路漏磁增加，進而使得驅動齒輪作用在飛輪齒圈上的作用力變得更小；并且，由于芯軸端2021阻磁能力較高，使得保持線圈204產生的電磁力增加，進而增加電磁開關200吸合的可靠性。
[0110]當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種電磁開關，包括機體、線圈骨架、保持線圈、吸拉線圈、止動盤、柱塞件和回復彈簧，所述線圈骨架、所述保持線圈和所述吸拉線圈設置在所述機體內，所述保持線圈和所述吸拉線圈設置在所述線圈骨架上，所述止動盤設置在所述線圈骨架的端部，所述柱塞件穿過所述保持線圈、所述吸拉線圈和所述止動盤，所述保持線圈和所述吸拉線圈通電后產生電磁力使所述柱塞件沿軸向移動，電磁力消失后所述復位彈簧對所述柱塞件施加回復力使所述柱塞件沿軸向返回，其特征在于，所述線圈骨架內裝有磁路磁阻調整環。
2.根據權利要求1所述的電磁開關，其特征在于，所述磁路磁阻調整環的材料為導磁材料。
3.根據權利要求1所述的電磁開關，其特征在于，所述磁路磁阻調整環預埋在所述線圈骨架內。
4.根據權利要求1所述的電磁開關，其特征在于，所述磁路磁阻調整環的表面具有多個通孔。
5.根據權利要求1所述的電磁開關，其特征在于，所述柱塞件包括芯軸端和柱塞端，所述柱塞端的軸徑大于所述芯軸端的軸徑，其中，所述芯軸端的材料為阻磁材料，所述柱塞端的材料為導磁材料。
6.根據權利要求1至5任一項所述的電磁開關，其特征在于，所述磁路磁阻調整環包括第一端面和第二端面，所述止動盤包括止動端面，所述第一端面與所述止動端面之間形成有第一間隙LI。
7.根據權利要求6所述的電磁開關，其特征在于，所述第二端面與所述機體之間形成有第二間隙L2，所述第二端面突出于所述線圈骨架或所述第二端面埋設于所述線圈骨架內部。
8.根據權利要求7所述的電磁開關，其特征在于，所述磁路磁阻調整環還包括本體部和卷邊部，所述卷邊部靠近所述第二端面設置，所述本體部具有第一厚度Wl，所述卷邊部具有第二厚度W2，所述第二厚度W2大于所述第一厚度Wl。
9.根據權利要求7所述的電磁開關，其特征在于，通過第一厚度W1、第二厚度W2、第一間隙LI和第二間隙L2對所述電磁開關的磁路磁阻大小進行調整。
10.一種輔助嚙合式起動機，包括電磁開關，其特征在于，所述電磁開關為權利要求1至9任一項所述的電磁開關。
【文檔編號】H01H50/16GK103745889SQ201310713445
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】劉超, 秦建旭, 栗小云 申請人:北京佩特來電器有限公司