技术领域

本发明涉及一种用于车辆起动机中的电磁开关 以及包含这种电磁开 关的车辆起动机。 背景技术

现代车辆通常使用电力起动机来起动车辆的发 动机， 起动机将车辆 蓄电池提供的电能转变为机械能， 带动车辆的发动机运转， 以将发动机 起动。

起动机大体上由直流电动机、 传动机构和控制机构等组成。 在起动 车辆的发动机时， 电动机产生旋转力矩， 该旋转力矩通过传动机构的驱 动齿轮传递到发动机飞轮上的齿圈， 来驱动发动机的曲轴旋转。

控制机构用于控制起动机电路的通断， 以及控制驱动齿轮与齿圈的 啮合和脱开。 目前， 广泛使用的起动机控制机构是电磁开关。 图 1 示出 了一种现有起动机电磁开关的结构示意图。 该电磁开关主要包括： 固定 安装着的固定铁心 4和电磁线圈 6; 固定安装着的两个接线柱 10; 可轴 向移动地安装在固定铁心 4中的推杆 12; 通过安装座 28夹持在推杆 12 后端的接触桥 14; 可轴向移动的活动铁心 16; 固定在活动铁心 16上的 推杆 18;固定在推杆 12前部并且在固定铁心 4中的导向通孔中滑动的套 筒 20; 以及分别用于实现接触桥 14、 活动铁心 16和推杆 12复位的压缩 弹簧 22、 24、 26。

在通过点火开关启动车辆时， 电磁线圈 6被供电， 以在活动铁心 16 中产生电磁力， 从而活动铁心 16带着推杆 18朝向固定铁心 4 (向后）移 动， 推杆 18的前端通过拨叉 （未示出） 拉动传动机构， 以使其驱动齿轮 朝向发动机飞轮上的齿圈的方向 （向前） 移动。 之后， 推杆 18将推杆 12 向后移动， 以使接触桥 14接触到两个接线柱 10而将二者电连接。 这样， 通过这两个接线柱 10使得电动机的主电路接通， 以使电动机旋转。 在与 两个接线柱 10实现接触后， 接触桥 14即被阻止而不能继续向后移动， 而推杆 12继续向后移动， 直至活动铁心 16推抵于固定铁心 4。在活动铁 心 16向后移动的过程中， 驱动齿轮与发动机飞轮上的齿圈发生啮合， 由 此将电动机的旋转运动传递到发动机飞轮， 以起动发动机。

在发动机起动之后， 松开点火开关， 电磁线圈 6在活动铁心 16中产 生的电磁力消失。 活动铁心 16在弹簧 24的复位力的作用下向前移动， 从而通过拨叉将驱动齿轮拉离发动机飞轮上的 齿圈。 同时， 推杆 12在弹 簧 26的复位力的作用下向前移动。 在推杆 12向前移动了一小段距离后， 其将接触桥 14拉离两个接线柱 10， 由此断开电动机的主电路， 从而使起 动机停止运转。

图 2 示出了另一种现有起动机电磁开关的结构示意 图， 其中， 图 1 中所示的推杆 18与推杆 12被替换为单一的推杆 30，该推杆 30固定于活 动铁心 16上。 图 2中的电磁开关的其它方面与图 1中的电磁开关相似。 在发动机起动之后松开点火开关时， 推杆 30同时受到后部复位弹簧 （未 示出， 对应于图 1中的弹簧 26 )和前部复位弹簧 24的推力， 从而更加强 力地将接触桥 14拉离两个接线柱 10。

在图 1和 2所示的电磁开关中， 推杆 12以及推杆 30—般由非磁性 材料制成， 例如， 铜、 铜合金、 不锈钢等等， 以避免对电磁线圈 6产生 的磁路造成影响。 然而， 构成推杆的上述材料都不理想。 例如， 同普通 钢相比， 不锈钢更硬， 难以制成复杂性状， 并且成本更高。 对于铜和铜 合金， 它们成本高于普通钢， 但机械性能低于普通钢。 因此， 希望能够 解决现有技术中存在的这种问题。 发明内容

本发明的目的是提供一种用于车辆起动机中的 电磁开关， 其能够使 用由普通钢制成的推杆， 同时又不明显改变当前电磁开关的结构和组装 方式。

为此， 根据本发明的一个方面， 提供了一种用于车辆起动机中的电 磁开关， 包括： 固定铁心； 可前后移动的活动铁心； 电磁线圈， 用于产 生促使活动铁心向后移动的磁路； 设于固定铁心后面位置处的一对接线 柱； 由磁性材料制成的推杆， 所述推杆由活动铁心驱动， 并且沿轴向延 伸穿过固定铁心中的导向通孔， 以使得推杆的后端从固定铁心的后部露 出； 安装在推杆后端并且面对着所述一对接线柱的 接触桥； 以及套装于 所述推杆上并且可滑动地配合在固定铁心的导 向通孔中的套筒， 所述套 筒包括厚壁段和与厚壁段衔接的薄壁段， 所述厚壁段装配于所述推杆上， 所述薄壁段与所述推杆之间限定出环形空间。

根据本发明的一个优选实施方式，所述接触桥 以可相对于推杆向前移 动的方式安装于推杆后端； 并且在所述套筒与所述接触桥之间设有套装 在推杆上的接触桥复位弹簧， 所述接触桥复位弹簧的前端插入所述环形 空间中， 后端向所述接触桥施加推力。

根据本发明的一个优选实施方式，所述接触桥 借助于安装座安装在所 述推杆上， 所述接触桥复位弹簧的前端推抵于套筒的厚壁 段与薄壁段之 间形成的台阶面， 后端推抵于所述安装座。

根据本发明的一个优选实施方式， 所述套筒由绝缘塑料制成。 或者， 所述套筒由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝 缘塑料制成。

根据本发明的一个优选实施方式， 所述推杆固定在所述活动铁心上， 并且包括一体的大径前段和小径后段， 所述大径前段和小径后段之间形 成过渡台阶； 所述套筒的厚壁段推抵于所述过渡台阶。

根据本发明的一个优选实施方式，所述套筒的 薄壁段包括位于所述厚 壁段轴向两侧的一对薄壁段， 其中， 位于前面的那个薄壁段环绕着所述 大径前段的后端部分， 位于后面的那个薄壁段与所述小径后段之间形 成 所述环形空间。

根据本发明的一个优选实施方式，所述推杆具 有两段式结构，包括固 定在活动铁心上的第一杆段和可移动地安装在 固定铁心中的第二杆段， 所述第二杆段可被所述第一杆段至少向后移动 （即， 第二杆段也可能能 够被所述第一杆段前后移动）， 所述套筒套装于所述第二杆段上。

根据本发明的一个优选实施方式，所述第一杆 段和第二杆段通过所述 套筒相连。 在这种情况下， 所述套筒被构造成允许所述第一杆段和第二 杆段之间沿前后方向彼此相对移动一段距离。

根据本发明的一个优选实施方式， 制成推杆的所述磁性材料为普通 本发明在其另一方面提供了一种车辆起动机， 包括： 电动机； 与电动 机的输出轴相连的传动机构； 以及如前面所描述的电磁开关， 其控制所 述电动机和传动机构的操作。 根据本发明， 对车辆起动机中的电磁开关进行了改进， 采用了新颖 的套筒结构， 使得推杆能够由磁性材料例如普通钢制成， 从而可以降低 推杆的成本， 同时能够满足推杆的机械性能要求， 并且提高可加工性。 此外， 电磁开关本身的结构和组装方式不需要明显改 动。 附图说明

图 1是一种根据现有技术的车辆起动机中的电磁� �关的结构示意图。 图 2 是另一种根据现有技术的车辆起动机中的电磁 开关的结构示意 图。

图 3 是根据本发明的一个优选实施方式的车辆起动 机中的电磁开关 的结构示意图。

图 4是图 3中的电磁开关中所用的单一推杆以及一些与� �相关元件 的示意图。

图 5、 6是图 3中的电磁开关中所用的套筒剖开后的不同角� �的立体 图。 具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一些优选实施方式 。

图 3中显示的本发明的一个基本实施方式是基于� � 2所示车辆起动 机电磁开关做出的改进。 然而， 可以理解、 并如后面讨论， 本发明的基 本原理也可应用于其它结构的车辆起动机电磁 开关， 例如图 1所示的。

在图 3 中， 根据本发明的电磁开关处在非操作状态。 该电磁开关包 括壳体 2， 其具有大致圆筒形本体和设在本体前端（图 3中的左端， 朝向 发动机那一侧的端部） 的减径部分 2a。

在壳体 2 的本体的后部中， 固定安装着固定铁心 4。 该固定铁心 4 优选为一体形成的单件， 包括固定在壳体 2 的本体中的大致圆盘形大径 部分 4a， 从大径部分 4a向前突出的大致圆柱形小径部分 4b， 以及从小 径部分 4b向前突出的大致截锥形配合部分 4c。此外， 在固定铁心 4的后 端面中， 形成有止挡槽 4d。 并且， 在固定铁心 4中形成有沿轴向前后贯 通的导向通孔 4e。 非磁性材料 （例如黄铜） 衬套 32安装在壳体 2中。 具体而言， 衬套 32呈大致圆筒形， 其前端插装于壳体 2的减径部分 2a中， 后端套装在固 定铁心 4的小径部分 4b上， 由此将衬套 32固定在壳体 2中。

在衬套 32与壳体 2的本体之间， 限定出环形安装空间。 电磁线圈 6 安装在该环形安装空间中， 并由衬套 32支撑。 该电磁线圈 6包括保持线 圈和吸拉线圈两部分， 这两部分优选如图 3 所示那样同轴布置， 当然也 不排除其它布置方式。

在衬套 32的大致前部中， 以可轴向移动的方式布置着活动铁心 16。 该活动铁心 16大致呈圆柱形， 其内从前至后依次形成有小直径的安装通 孔 16a、 直径大于安装通孔 16a的弹簧容置槽 16b、 径向尺寸大于弹簧容 置槽 16b的配合槽 16c。

单一的推杆 30由活动铁心 16固定地承载， 从而可随活动铁心 16— 起轴向移动。 具体而言， 参看图 3， 推杆 30具有大致圆柱形的大径前段 30a和大致圆柱形的小径后段 30b， 二者同轴设置且前后衔接。 大径前段 30a的前侧部分固定在活动铁心 16的安装通孔 16a中， 后侧部分在活动 铁心 16的弹簧容置槽 16b中延伸。 大径前段 30a与小径后段 30b之间的 过渡台阶位于所述弹簧容置槽 16b或配合槽 16c中， 在轴向上靠近弹簧 容置槽 16b与配合槽 16c之间的过渡部位。

推杆 30的小径后段 30b从大径前段 30a沿轴向向后延伸， 穿过固定 铁心 4的导向通孔 4e， 从而小径后段 30b的后端从固定铁心 4的后端面 露出。

大径前段 30a的前端从活动铁心 16的前端面向前伸出， 并且大径前 段 30a的前端安装有或一体形成有扁头部 30c， 用于连接拨叉 （未示出） 的上端， 该拨叉的大致中部被可枢转地支撑， 该拨叉的下端与传动机构 相连。 这样， 推杆 30沿轴向向后 （图 3中向右） 移动时， 可通过拨叉带 动传动机构轴向向前移动， 以使传动机构的驱动齿轮朝向发动机飞轮上 的齿圈移动并与其啮合。 反之， 推杆 30沿轴向向前 （图 3中向左） 移动 时， 可通过拨叉带动传动机构轴向向后移动， 以使传动机构的驱动齿轮 脱离发动机飞轮上的齿圈。

参看图 4， 并结合图 3、 5、 6， 在推杆 30的小径后段 30b上套装有 套筒 20、 位于套筒 20后侧的安装座 28、 位于套筒 20与安装座 28之间 的压缩弹簧 22。

套筒 20可以由绝缘塑料制成。 采用塑料材料， 可使得套筒成本低。 作为一种可行实施方式， 套筒 20可由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料 的绝缘塑料制成。 采用磁屏蔽材料， 可使得推杆对磁路的影响减小。

套筒 20呈大致圆筒状， 具有中间厚壁段 20a和位于套筒 20轴向两 侧的薄壁段 20b。 中间厚壁段 20a与每个薄壁段 20b之间形成与套筒 20 的轴线垂直的台阶面 20c。两个薄壁段 20b优选具有彼此相同的形状和尺 寸， 以使得套筒 20在纵向上具有对称结构， 从而便于套筒 20在小径后 段 30b上的安装 （不必考虑套筒 20的朝向）。

如图 3、 4所示， 套筒 20的中间厚壁段 20a的内周壁可滑动地配合 于小径后段 30b上， 位于前侧的薄壁段 20b围绕着大径前段 30a的后端 部， 位于后侧的薄壁段 20b与小径后段 30b之间限定出供压缩弹簧 22的 前部插入的环形容置空间。 此外， 套筒 20的位于前侧的台阶面抵靠于大 径前段 30a与小径后段 30b之间的过渡台阶， 位于后侧的台阶面被压缩 弹簧 22的前端推抵。 压缩弹簧 22的后端推抵于安装座 28的前端面。

在图 3所示的电磁开关的非操作状态， 活动铁心 16与固定铁心 4之 间分隔一段轴向距离。 套筒 20的前侧薄壁段 20b以及中间厚壁段 20a的 一部分插入活动铁心 16的弹簧容置槽 16b与配合槽 16c中。 套筒 20的 前端面在轴向上未到达弹簧容置槽 16b的底部。

安装座 28可以由绝缘塑料制成。作为一种可行实施方� ��， 安装座 28 也可由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝缘塑 料制成。

安装座 28呈大致圆筒状，其内周面可滑动地配合于小� ��后段 30b上。 安装座 28包括前部圆筒段 28a、 中部凸缘 28b和后部圆筒段 28c。 中部 凸缘 28b 的外径大于前部圆筒段 28a和后部圆筒段 28c。 在后部圆筒段 28c上装有接触桥 14， 该接触桥 14被夹持于中部凸缘 28b与紧固件 （例 如螺合于推杆 30后端的螺母） 42之间。

在接触桥 14被如上所述的方式夹持于推杆 30后端的状态下， 推杆 30能够抵抗着压缩弹簧 22的推力而在推杆 30的小径后段 30b上轴向向 前移动 （滑动）， 但其向后的移动将被紧固件 42阻挡。 可以理解， 利用诸如螺母等紧固件 42以及安装座 28将接触桥 14夹 持于推杆 30后端的方式仅仅是示例性的。 在此， 任何允许接触桥 14在 推杆 30上向前移动、 但阻止其向后移动的结构和元件都可以采用。

此外， 中部凸缘 28b的尺寸设置成适于进入固定铁心 4的止挡槽 4d 中并被止挡于此。

盖部 8固定在壳体 2的后部， 并且两个接线柱 10穿通盖部 8并固定 于其中。 两个接线柱 10的前端面面对着接触桥 14的后表面。 压缩弹簧 26设于推杆 30的后端与盖部 8之间。 例如， 压缩弹簧 26的前部推抵于 紧固件 42，压缩弹簧 26的中部和后部容置于形成在盖部 8的前端面中的 弹簧容置槽 8a中。

此外， 如图 3所示， 在活动铁心 16与固定铁心 4之间装有压缩弹簧 24。该压缩弹簧 24的前端位于弹簧容置槽 16b中并推抵于弹簧容置槽 16b 的底部。 该压缩弹簧 24的中部和后部套设于套筒 20的前侧薄壁段 20b 和中间厚壁段 20a上。 该压缩弹簧 24的后端推抵于固定铁心 4的前端面 (即配合部分 4c的前端面）。

如后面所描述， 所述压缩弹簧 22用作接触桥 14的复位弹簧， 压缩 弹簧 24、 26用作推杆 30的复位弹簧。 在压缩弹簧 24本身就能够为推杆 30提供足够的复位力的情况下， 可省略压缩弹簧 26。

在组装图 3所示的电磁开关时， 可以先将固定铁心 4带着衬套 32和 电磁线圈 6安装在壳体 2中； 再将活动铁心 16带着推杆 30、 套筒 20、 压缩弹簧 24从前侧装入壳体 2中， 使推杆 30的后端穿过固定铁心 4而 从壳体 2的后端露出； 然后， 从后侧向推杆 30上安装压缩弹簧 22、 安装 座 28、 接触桥 14和紧固件 42; 然后， 将盖部 8带着两个接线柱 10从后 侧安装到壳体 2上， 压缩弹簧 26被安装在推杆 30的后端与盖部 8之间 (插在弹簧容置槽 8a 中）。 可以看出， 本发明的电磁开关能够以简便的 方式组装， 安装过程与现有技术基本相同。

下面描述本发明的车辆起动机及其电磁开关的 操作。

在通过点火开关启动车辆后， 电磁开关的电磁线圈 6被供电， 电磁线 圈 6 保持线圈和吸拉线圈二者的磁通方向相同， 互相叠加， 从而在活动 铁心 16中产生强电磁力， 以将活动铁心 16带着推杆 30并且抵抗着弹簧 24、 26的推力而朝向固定铁心 4 (向后） 移动， 推杆 30的前端通过拨叉 (未示出） 拉动传动机构， 以使其驱动齿轮朝向发动机飞轮上的齿圈的方 向（向前）移动； 推杆 30的后端带着接触桥 14朝向两个接线柱 10移动。 之后， 接触桥 14接触到两个接线柱 10， 并将二者电连接。 这样， 通过这 两个接线柱 10使得电动机的主电路接通， 以使电动机旋转。 在与两个接 线柱 10实现接触后， 接触桥 14即被阻止而不能继续向后移动， 而推杆 30抵抗着弹簧 22、 24、 26的推力而继续向后移动， 直至活动铁心 16推 抵于固定铁心 4，即固定铁心 4的配合部分 4c与活动铁心 16的配合槽 16c 接合。 同时， 在活动铁心 16向后移动的过程中， 驱动齿轮与发动机飞轮 上的齿圈发生啮合， 由此将电动机的旋转运动传递到发动机飞轮， 以将 发动机起动。

在发动机起动之后，在松开点火开关的瞬间， 电磁线圈 6的保持线圈 和吸拉线圈二者的磁通相互抵消， 从而在活动铁心 16中产生的电磁力消 失。 活动铁心 16在压缩弹簧 24、 26的复位力的作用下 （甚至还有压缩 弹簧 22的作用） 向前移动， 从而通过拨叉将驱动齿轮拉离发动机飞轮上 的齿圈。 在推杆 30 向前移动了一小段距离后， 紧固件 42接触到接触桥 14并将其拉离两个接线柱 10， 由此断开电动机的主电路， 从而使起动机 停止运转。 在安装座 28的中部凸缘 28b进入固定铁心 4的止挡槽 4d中 并被止挡于此后， 活动铁心 16的向前移动被终止。

在将接触桥 14拉离两个接线柱 10时， 推杆 30受到复位弹簧 24、 26 所产生的向前的复位力， 该复位力足以使得接触桥 14 从两个接线柱 10 快速分离， 从而避免接触桥 14与接线柱 10之间发生材料粘连 （这种材 料粘连有可能导致接线柱烧蚀）。

在推杆 30前后移动的过程中， 套筒 20在固定铁心 4的导向通孔 4e 中滑动， 从而对推杆 30起到支撑和导向的作用。 此外， 在推杆 30前后 移动的过程中，套筒 20的大部分在轴向上处在电磁线圈 6限定的范围内。

可以看到， 同图 2所示的现有技术相比， 在图 3中所示的本发明的 电磁开关中， 套筒 20具有增大的直径， 这就要求固定铁心 4的导向通孔 4e的直径相应地增大。 结果， 固定铁心 4的导向通孔 4e的内周壁与推杆 30的小径后段 30b的外周面之间的空隙增大， 以使得固定铁心 4与推杆 30之间的磁隙加大， 从而推杆 30对电磁线圈 6产生的磁路的影响减小， 这使得利用磁性材料制成推杆 30成为可能。

因此， 根据本发明的一个重要方面， 推杆 30由磁性材料制成。 该磁 性材料可以是钢材。 同现有技术中采用的非磁性材料例如铜、 铜合金、 不锈钢等相比， 采用钢材可以降低成本， 同时能够满足推杆的机械性能 要求， 并且提高可加工性。

本领域技术人员可以理解， 按品质分类， 钢材大体包括： 普通钢 (P<0.045%, S<0.050% ); (2 ) 优钢材质钢 （P、 S均≤0.035% )； ( 3 ) 高 级优质钢 (P<0.035%, S<0.030% ) o

采用， 普通钢 （例如 10#钢）， 可以使得推杆成本最低， 并且推杆本 身的机械性能仍能满足。 此外， 电磁开关本身的结构和组装方式不需要 明显改动。

此外， 套筒 20的薄壁段 20b与推杆 30的小径后段 30b之间限定出 供压缩弹簧 22的插入的环形容置空间。 这样， 压缩弹簧 22的一部分被 保持在该容置空间， 从而大大地提高了压缩弹簧 22的稳定性， 以确保压 缩弹簧 22 不会因变形而触及固定铁心 4， 这样可以避免因压缩弹簧 22 触及固定铁心 4而引起磁路受到干扰。

综上所述， 本发明提供了一种改进的套筒结构， 使得推杆能够由磁 性材料例如普通钢制成。

可以理解， 上述参照图 3 描述的套筒以及相关结构可以与各种形式 的推杆组合使用。

例如，在图 3所示的例子中，推杆 30的大径前段 30a与小径后段 30b 一体地形成。 然而， 作为另一种可行方式， 大径前段 30a与小径后段 30b 可以彼此单独形成、 再连接到一起， 即推杆 30具有两段式结构 （固定在 活动铁心上的第一杆段和可移动地安装在固定 铁心中的第二杆段）。 例 如， 可通过套筒 20实现两个杆段之间的连接， 并且套筒 20可以构造成 具有可释放的连接结构， 例如卡爪。 此外， 套筒 20可构造成使得两个杆 段之间可具有一小段彼此相对轴向移动距离。

此外， 上述参照图 3描述的套筒以及相关结构还可以用于对图 1所 示的现有技术的电磁开关进行改造。

例如， 图 1中的套筒 20可以同样增大外径， 而固定铁心 4中形成直 径相应加大的导向通孔。 同时， 形成类似的薄壁段， 压缩弹簧 22的一部 分插入该薄壁段与推杆 12之间限定出的容置空间中。 在这种情况下， 推 杆 12可由磁性材料例如普通钢制成。 此外， 推杆 12和推杆 18可以通过 套筒 20实现连接。 在这种情况下， 可以认为推杆 18和推杆 12构成分段 式推杆的第一杆段和第二杆段。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本发明， 但是本发明的范围并 不局限于所示的细节。 在不偏离本发明的基本原理的情况下， 可针对这 些细节做出各种修改。