电磁开关及车辆起动的制造方法
【专利摘要】公开了一种用于车辆起动机中的电磁开关，包括：壳体，其限定出轴向；盖部，其支承着一对接线柱，所述盖部的前端被固定在壳体中；电磁铁心，其安装在所述壳体中，位于所述盖部前面；以及弹性元件，其在轴向上具有最大弹性压缩量，并且以小于所述最大弹性压缩量的预弹性压缩量在轴向上夹置于所述盖部与所述电磁铁心之间；其中，所述电磁铁心在前侧由所述壳体支撑，在后侧由所述弹性元件支撑。还公开了包含这种电磁开关的车辆起动机。本申请可减小盖部的轴向窜动。
【专利说明】电磁开关及车辆起动机
【技术领域】
[0001]本申请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】
[0002]机动车辆的起动机通常由电动机、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。
[0003]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不意图。该电磁开关主要包括:固定安装在壳体2中的电磁铁心4和电磁线圈6 ;由固定在壳体2上的盖部8支承的两个接线柱10 ;在电磁线圈6内侧可轴向移动的衔铁16 ;由电磁铁心4和衔铁16承载且可相对于二者轴向移动的开关轴12 ;固定在衔铁16上的拉杆18 ;固定在衔铁16内的撞杆20 ;装于开关轴12后端的接触桥14等等。拉杆18前端与拨叉(未示出)活动连接。
[0004]电磁铁心4的后端与盖部8的前端被彼此相对地夹持在壳体2的后部中的台阶22和壳体2的后端翻边24之间，电磁铁心4与盖部8之间夹有碟簧21，碟簧21被完全轴向压紧而不存在进一步轴向变形的能力。
[0005]在车辆点火开关接通后，电磁线圈6在衔铁16中产生电磁力，从而使得衔铁16向后朝向电磁铁心4移动。当撞杆20接触到开关轴12后，撞杆20推动开关轴12 —起轴向向后移动。接触桥14被开关轴12带动而接触到两个接线柱10以将二者电连接，由此接通电动机的主电路而驱动电动机旋转。在接触桥14接触到两个接线柱10并且在两个接线柱10之间建立电连接后，衔铁16继续朝向电磁铁心4移动一段行程，直至撞击到电磁铁心4并被其阻止。在此期间，拉杆18的前端通过拨叉拉动传动机构，从而其驱动齿轮向前移动而与发动机飞轮上的齿圈发生啮合，由此起动发动机。
[0006]在上述点火过程中，当衔铁16撞击电磁铁心4时，所产生的轴向撞击力会从电磁铁心4经碟簧21和盖部8传递到翻边24。该翻边24的厚度较小，从而会发生向后且径向向外的弹性变形。在这种情况下，盖部8会向后快速窜动很小的一段距离。然后，随着撞击力的消失，盖部8逐渐震荡返回原位。在盖部8快速向后窜动的瞬间，其承载的接线柱10也随之快速向后窜动，而接触桥14并不能完全跟上接线柱10的向后窜动动作。这样，接触桥14与接线柱10之间就有可能脱离，这会导致电动机的主电路发生瞬间的断路。这种瞬间的断路会导致电动机的主电路中的电流瞬间陡降，从而可能影响电动机的操作。同时，在接触桥14与接线柱10之间会产生电弧。试验表明，该电弧的最高功率可达30千瓦，产生的能量可达8焦，该能量会在接触桥14与接线柱10之间产生烧蚀和粘连。
【发明内容】
[0007]本申请旨在解决现有技术的车辆起动机电磁开关中因上述撞击导致的盖部窜动以及由此引起的接触桥与接线柱之间烧蚀和粘连的问题。
[0008]为此，根据本申请的一个方面，提供了一种用于车辆起动机中的电磁开关，其包括:壳体，其限定出轴向；盖部，其支承着一对接线柱，所述盖部的前端被固定在壳体中；电磁铁心，其安装在所述壳体中，位于所述盖部前面；以及弹性元件，其具有最大(极限)弹性压缩量，并且以小于所述最大弹性压缩量的预弹性压缩量在轴向上夹置于所述盖部与所述电磁铁心之间；其中，所述电磁铁心在前侧由所述壳体支撑，在后侧由所述弹性元件支撑。
[0009]根据本申请的优选实施方式，所述弹性元件选自:沿轴向具有波浪形轮廓的波形弹簧，碟簧，螺旋弹簧，组合弹簧，橡胶件。
[0010]根据本申请的优选实施方式，所述壳体具有大致圆筒形本体和相对于本体减小壁厚的第一减薄部分，所述本体与第一减薄部分之间限定出台阶形式的第一限位部，所述电磁铁心在前侧由所述第一限位部支撑。
[0011]根据本申请的优选实施方式，所述壳体还具有相对于第一减薄部分减小壁厚的第二减薄部分，所述第一减薄部分与第二减薄部分之间限定出台阶形式的第二限位部，所述盖部在轴向上被固定夹持在所述第二限位部与所述壳体的后端的径向向内翻边之间。
[0012]或者，所述壳体还具有相对于第一减薄部分减小壁厚的第二减薄部分，所述第二减薄部分中具有径向向内压缩产生的变形部，所述盖部在轴向上被固定夹持在所述变形部与所述壳体的后端的径向向内翻边之间。
[0013]根据本申请的优选实施方式，所述变形部沿着所述第二减薄部分的圆周方向形成为整圈或多个离散段的形式。
[0014]根据本申请的优选实施方式，所述盖部与所述壳体之间设有用于实现所述盖部与所述壳体之间的圆周方向定位的形状配合结构。
[0015]根据本申请的优选实施方式，所述电磁铁心与所述壳体之间设有用于实现所述电磁铁心与所述壳体之间的圆周方向定位的形状配合结构。
[0016]根据本申请的优选实施方式，所述电磁铁心的后侧设有环形槽，所述弹性元件布置在所述环形槽中。
[0017]本申请在其又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；以及如前所述的电磁开关，其控制所述电动机和传动机构的操作。
[0018]根据本申请的电磁开关，弹性元件例如波形弹簧以小于其最大弹性压缩量的预弹性压缩量压紧在电磁铁心与盖部之间，即未被完全轴向压紧，从而具有进一步轴向弹性变形的能力，这种弹性变形能力使得弹性元件具有轴向减振能力。当电磁铁心受到衔铁的轴向撞击时，撞击力通过弹性元件的轴向弹性变形而被衰减或吸收。因此，在衔铁撞击电磁铁心时，盖部不会出现的明显轴向窜动，从而可以确保接触桥与接线柱之间不会脱离，从而不会引起电动机的主电路发生瞬间的断路。因此，现有技术中盖部窜动以及由此导致的电动机主电路中电流瞬间陡降和接触桥与接线柱之间烧蚀和粘连的问题都得以避免。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是一种根据现有技术的车辆起动机中的电磁开关的剖视图。
[0020]图2是根据本申请的一个优选实施方式的车辆起动机中的剖视图。[0021]图3是图2中的电磁开关中的电磁铁心的前侧示意性立体图。
[0022]图4是图3中的电磁铁心的后侧示意性立体图。
[0023]图5和6分别是图2中的电磁开关中的电磁铁心和盖部向壳体后端中安装时的放大剖视图。
[0024]图7是图2中的电磁开关中的壳体的示意图。
[0025]图8是图2中的电磁开关中的波形弹簧的示意图。
[0026]图9是图8所示波形弹簧的一段的放大侧视图。
[0027]图10是比较现有技术和本申请的电磁开关的关键不同之处的示意图；
[0028]图11是通过模拟进行比较现有技术和本申请的电磁开关在车辆点火过程中盖部窜动情况的曲线图；
[0029]图12是通过实验进行比较现有技术和本申请的电磁开关在车辆点火过程中传输电流情况的曲线图。
【具体实施方式】
[0030]下面参照附图描述本申请的一些优选实施方式。
[0031]图2中显示了根据本申请的一个实施方式的用于车辆起动机中的电磁开关。
[0032]首先需要指出，在描述本申请的电磁开关时，表示方位的词语“前”是指在轴向上靠近车辆发动机的那一侧，“后”是指在轴向上远离车辆发动机的那一侧。
[0033]该电磁开关包括壳体2，其具有大致圆筒形本体2a和设在该本体前端(图2中的左端，朝向车辆发动机那一侧的端部)的前端壁2b，该前端壁中形成有中央轴向通孔。
[0034]在壳体2的本体2a的后部中，固定安装着电磁铁心4。如图2_4等所示，该电磁铁心4包括大致圆盘形大径部分4a、从大径部分向前突出的大致圆柱形小径部分4b、从小径部分向前突出的大致截锥形部分4c。此外，在电磁铁心4中形成有沿轴向前后贯通的导向通孔4d。
[0035]此外，在大径部分4a的外周形成有径向向外突出的环形凸缘4e，在大径部分4a的后端面沿外周可以形成有环形槽4f。
[0036]此外，在大径部分4a的外周形成一对轴向延伸的安装缺口 4g以及一个轴向延伸的定位槽4h。
[0037]大致圆筒形的非磁性材料(例如黄铜)衬套3安装在壳体2中，其中，衬套3的前端插装于壳体2的前端壁2b中，后端套装在电磁铁心4的小径部分4b上，由此将衬套3固定在壳体2中。电磁线圈6安装在衬套3与壳体2的本体之间，并由衬套3支撑。电磁线圈6的引线通过所述一对安装缺口 4g向后引出。
[0038]在衬套3的大致前部中，以可轴向移动的方式布置着衔铁16。该衔铁16大致呈圆柱形。
[0039]衔铁16的前端固定着拉杆18，该拉杆的后端从衔铁16的前端向前延伸，该拉杆的前端用于可操作地连接拨叉(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，拉杆18沿轴向向后(图2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，拉杆18沿轴向向前(图2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。
[0040]衔铁16的大致前部内固定着撞杆20。撞杆20的前部可插入拉杆18的后部中，以有助于拉杆18相对于衔铁16的定位和固定。撞杆20的中部被固定在衔铁16的相应部位中。撞杆20的后部延伸到衔铁16内的轴向容置通孔16a中。
[0041]在衔铁16的容置通孔16a和电磁铁心4的导向通孔4d中，布置着开关轴12，该开关轴12可相对于衔铁16和电磁铁心4轴向移动。可以通过围绕开关轴12外周的导向套筒13实现开关轴12在容置通孔16a和导向通孔4d中的导向，同时有助于增大导向通孔4d的内周壁与开关轴12的外周面之间的空隙，以使得电磁铁心4与开关轴12之间的磁隙加大，从而开关轴12对电磁线圈6产生的磁路的影响减小。
[0042]装于开关轴12的前端与电磁铁心4 (大致截锥形部分4c)的前端之间的第一复位弹簧32向开关轴12施加向前的力，以使得在电磁开关的非操作状态下，开关轴12被保持在其最前的原位。
[0043]在容置通孔16a中装于衔铁16与开关轴12的前端之间的第二复位弹簧34向衔铁16施加向前的力，以使得在电磁开关的非操作状态下，衔铁16被保持在其最前的原位。
[0044]开关轴12的前部位于衔铁16的容置通孔16a中，开关轴12的中部穿过电磁铁心4的导向通孔4d，开关轴12的后端从电磁铁心4的后端面露出。
[0045]在开关轴12的后端装有接触桥14。具体而言，在开关轴12的后部上以可轴向滑动的方式装有安装座15，安装座15承载着接触桥14。
[0046]此外，在开关轴12上套装第三复位弹簧36，其位于导向套筒13的后端与安装座15之间。由安装座15承载着的接触桥14能够抵抗着第三复位弹簧36的推力而在开关轴12上轴向向前移动(滑动)，但接触桥14向后的移动将被固定在开关轴12后端上的紧固件17阻挡。
[0047]通常由塑料制成的盖部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。每个接线柱10的前端加大部分构成接触端10a，两个接触端IOa的前端面面对着接触桥14的后表面。每个接线柱10的前部固定在盖部8中,后部从盖部8的后表面露出而构成接线端。
[0048]如图2所示，电磁铁心4的后端(大径部分4a)与盖部8的前端8a被彼此相对地夹持在壳体2的后端部分中。电磁铁心4与盖部8之间夹有波形弹簧30。如图8、9所示，波形弹簧30具有沿轴向呈波浪形的轮廓，以使得波形弹簧30具有轴向弹性变形的能力。波形弹簧30未被完全轴向压紧在电磁铁心4与盖部8之间，从而具有进一步轴向弹性变形的能力。
[0049]为此，参看图5-7，在壳体2的大致圆筒形本体2a的后面形成有相对于本体2a减小壁厚的第一减薄部分2c，在第一减薄部分2c的后面形成有相对于第一减薄部分2c减小壁厚的第二减薄部分2d。这样，在本体2a与第一减薄部分2c之间产生面向后侧的第一台阶(第一限位部)22，在第一减薄部分2c与第二减薄部分2d之间产生面向后侧的第二台阶(第二限位部)26。
[0050]此外，如图7所示，在壳体2的本体2a的后端内壁中形成有径向向内突出的第一定位凸块2e,在第一减薄部分2c的内壁中形成有径向向内突出的第二定位凸块2f。
[0051]在将电磁铁心4和盖部8向壳体2中安装时，如图5所示，首先将电磁铁心4以其截锥形部分4c面向前方的方式从壳体2的后端放入壳体2中，以使得电磁铁心4的环形凸缘4e的位于第一减薄部分2c内，环形凸缘4e的前表面推抵于第一台阶22。此时，壳体2的第一定位凸块2e插在电磁铁心4的定位槽4h中，以实现电磁铁心4相对于壳体2的圆周方向定位，以避免电磁铁心4相对于壳体2绕中心轴线旋转。在这一点上需要指出，第一定位凸块2e并非必需的。如果波形弹簧30的弹簧力足以防止电磁铁心4相对于壳体2旋转，则可以取消第一定位凸块2e以及相应的定位槽4h，这样可以便于生产安装。
[0052]然后，将波形弹簧30从壳体2的后端放入壳体2中并且安置在环形槽4f内。可以理解，环形槽4f有助于波形弹簧30的定位，但并非必需的。
[0053]然后，如图6所示，将开关轴12穿过电磁铁心4中的导向通孔4d，将接触桥14通过安装座15和紧固件17安装到开关轴12的后端。
[0054]然后，将盖部8以其前端8a装入壳体2中，以使前端8a的前表面推抵于波形弹簧30。盖部8的前端8a的外周形成有径向向外突出的环形定位凸缘8b。此外,盖部8的前端8a的外周还形成有径向向内且轴向延伸的定位槽(未示出)，壳体2的第二定位凸块2f插在该定位槽中，以实现盖部8相对于壳体2的圆周方向定位。
[0055]将盖部8以一定的轴向力向前推压，从而使得波形弹簧30发生一定的轴向压缩变形，但波形弹簧30并未被完全轴向压紧，从而具有进一步轴向弹性变形的能力。在这种状态下，将第二减薄部分2d的位于定位凸缘8b轴向前方的部位径向向内压缩变形而形成内缩变形部28，并将第二减薄部分2d的位于定位凸缘Sb轴向后方的部位(后端部分)径向向内收缩变形而形成后端翻边24。这样，定位凸缘Sb被夹持并固定在内缩变形部28与后端翻边24之间。
[0056]内缩变形部28可以沿着第二减薄部分2d的圆周方向形成为整圈环形槽的形式，也可以沿着第二减薄部分2d的圆周方向形成为多个离散段的形式。可以理解，也可以在盖部8装入壳体2中之前在第二减薄部分2d中形成内缩变形部28。
[0057]或者，也可以省略内缩变形部28，而是使得盖部8的前端部分(例如盖部8)的前表面直接推抵于第二台阶26。
[0058]在将电磁开关的其它元件装到壳体2中或壳体2上后，就完成了图2所示电磁开关的组装。
[0059]图2所示根据本申请的这种电磁开关与图1所示现有技术中的电磁开关之间的关键结构差异在图10中示意性表示出来。
[0060]具体而言，图10中右半部分显示的是图1所示现有技术中的电磁开关的壳体2的后端部处的示意性结构，其中，盖部8、碟簧21、电磁铁心4被以一定轴向预加载力夹持在壳体2的台阶22与后端翻边24之间，碟簧21被完全轴向压紧在盖部8和电磁铁心4之间而不存在进一步轴向变形的能力，也就没有任何轴向减振能力。当电磁铁心4受到衔铁16的轴向撞击时，撞击力通过碟簧21和盖部8直接传递到后端翻边24，这导致后端翻边24出现较大的轴向变形或窜动。
[0061]与此不同，图10中左半部分显示的是图2所示本申请的电磁开关的壳体2的后端部处的示意性结构，其中，盖部8的前端外周(例如定位凸缘8b)被固定在第二台阶26 (或内缩变形部28)与后端翻边24之间。波形弹簧30和电磁铁心4被以一定轴向预加载力夹持在盖部8的前端面与壳体2的台阶22之间。波形弹簧30未被完全轴向压紧在电磁铁心4与盖部8之间，从而具有进一步轴向弹性变形的能力，这种弹性变形能力使得波形弹簧30具有轴向减振能力。当电磁铁心4受到衔铁16的轴向撞击时，撞击力通过波形弹簧30的轴向弹性变形而被衰减或吸收，如此减小了的撞击力通过电磁铁心4传递到后端翻边24，这使得后端翻边24的轴向变形或窜动减小。
[0062]可以理解，波形弹簧30可以被替换为其它形式的弹性元件，例如碟簧、螺旋弹簧、组合弹簧、橡胶件等。
[0063]图11是通过模拟比较现有技术和本申请的电磁开关在车辆点火过程中盖部窜动情况的曲线图。其中，横坐标表示车辆点火开关接通后经历的时间，纵坐标表示盖部的轴向窜动。曲线A表示图1所示现有技术中的电磁开关的盖部窜动情况，曲线B表示图2所示本申请的电磁开关的盖部窜动情况。可以看到，在衔铁撞击电磁铁心时，根据现有技术，现有技术的电磁开关的盖部出现明显的轴向窜动(峰值C)，而根据本申请，盖部没有出现明显的轴向窜动。
[0064]图12是通过实验进行比较图1所示现有技术(曲线A)和本申请的电磁开关(曲线B)在车辆点火过程中接线柱之间传输电流情况。
[0065]实验证明，在车辆点火开关接通后，图1所示现有技术的电磁开关中，接线柱之间传输的电流在上升过程中会经历陡降(见图12中的方框D所示的区域)，对应于盖部的明显轴向窜动。与此不同，而本申请的电磁开关的接线柱之间传输的电流在上升过程中没有陡降。
[0066]根据现有技术，在衔铁撞击电磁铁心时，盖部出现的明显轴向窜动可能导致接触桥与接线柱之间脱离，从而引起电动机的主电路发生瞬间的断路。这种瞬间断路会导致电动机的主电路中的电流瞬间陡降，从而可能影响电动机的操作。同时，在接触桥与接线柱之间会产生电弧，从而引起接触桥与接线柱之间产生烧蚀和粘连。
[0067]相反，根据本申请，在衔铁撞击电磁铁心时，盖部不会出现的明显轴向窜动，因此可以确保接触桥与接线柱之间不会脱离，从而不会引起电动机的主电路发生瞬间的断路。因此，现有技术中电动机主电路中电流瞬间陡降以及接触桥与接线柱之间烧蚀和粘连的问题都得以避免。
[0068]本申请的其它方面涉及具有前述结构的电磁开关以及包含这种电磁开关的车辆起动机。
[0069]虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。
【权利要求】
1.一种用于车辆起动机中的电磁开关，包括: 壳体，其限定出轴向； 盖部，其支承着一对接线柱，所述盖部的前端被固定在壳体中； 电磁铁心，其安装在所述壳体中，位于所述盖部前面；以及 弹性元件，其在轴向上具有最大弹性压缩量，并且以小于所述最大弹性压缩量的预弹性压缩量在轴向上夹置于所述盖部与所述电磁铁心之间； 其中，所述电磁铁心在前侧由所述壳体支撑，在后侧由所述弹性元件支撑。
2.如权利要求1所述的电磁开关，其中，所述弹性元件选自:沿轴向具有波浪形轮廓的波形弹簧，碟簧，螺旋弹簧，组合弹簧，橡胶件。
3.如权利要求1或2所述的电磁开关，其中，所述壳体具有大致圆筒形本体和相对于本体减小壁厚的第一减薄部分，所述本体与第一减薄部分之间限定出台阶形式的第一限位部，所述电磁铁心在前侧由所述第一限位部支撑。
4.如权利要求3所述的电磁开关，其中，所述壳体还具有相对于第一减薄部分减小壁厚的第二减薄部分，所述第一减薄部分与第二减薄部分之间限定出台阶形式的第二限位部，所述盖部在轴向上被固定夹持在所述第二限位部与所述壳体的后端的径向向内翻边之间。
5.如权利要求3所述的电磁开关，其中，所述壳体还具有相对于第一减薄部分减小壁厚的第二减薄部分，所述第二减薄部分中具有径向向内压缩产生的变形部，所述盖部在轴向上被固定夹持在所述变形部与所述壳体的后端的径向向内翻边之间。
6.如权利要求5所述的电磁开关，其中，所述变形部沿着所述第二减薄部分的圆周方向形成为整圈或多个离散段的形式。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电磁开关，其中，所述盖部与所述壳体之间设有用于实现所述盖部与所述壳体之间的圆周方向定位的形状配合结构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电磁开关，其中，所述电磁铁心与所述壳体之间设有用于实现所述电磁铁心与所述壳体之间的圆周方向定位的形状配合结构。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电磁开关，其中，所述电磁铁心的后侧设有环形槽，所述弹性元件布置在所述环形槽中。
10.一种车辆起动机，包括: 电动机； 与电动机的输出轴相连的传动机构；以及 电磁开关，其控制所述电动机和传动机构的操作； 其中，所述电磁开关是如权利要求1至9中任一项所述的电磁开关。
【文档编号】H01H51/04GK103943414SQ201310024805
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2013年1月23日
【发明者】郭佳, 田泽彪, 赵江 申请人:博世汽车部件(长沙)有限公司