电子控制起动机电磁开关及使用该开关的起动机的制作方法

本发明涉及机动车的电磁开关领域，具体是一种电子控制起动机电磁开关及使用该开关的起动机。

背景技术：

现代机动车如汽车几乎都是用电力起动机(简称起动机)来实现发动机的起动。起动机的作用是在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转换为机械能，将发动机曲轴从静止状态驱动到一定转速，使发动机完成点火，并以稳定的怠速自动运转。

起动机由直流电机、传动机构和控制机构组成。直流电机通电后在直流电压作用下，产生旋转力矩。在接通起动机车上的发动机时，直流电机旋转，通过传动机构、驱动齿轮来驱动发动机的曲轴旋转，实现发动机的起动。起动机的传动机构安装在直流电机的轴的延伸端上，在起动发动机时，使驱动齿轮与发动机飞轮上的齿环啮合。发动机起动后，通过传动机构使驱动齿轮自动退回，脱开啮合，以免起动机被发动机反拖损坏。

起动机的控制机构，也称操控机构，其作用是用于控制起动机的通断以及驱动齿轮的拔出和退回。目前，广泛使用的是电磁式操控机构(简称为电磁开关)，其使用方便简单可靠，便于远程控制。

图1中示出一种现有技术中的起动机结构示意图。图2是图1的局部放大图，其中已示出了已有电磁开关200的结构。图3是已有起动机的电路图。

参考图1、图2、图3对起动机工作进行说明。起动开关k接通时，继电器500线圈通电吸合，其触点接通。电磁开关200的两组线圈230和240同时得电，分别产生吸拉力。此两线圈匝数相等、绕向相同，产生的吸力是方向相同的合力。线圈230通过电机70内部的回路接地，此线圈230通常使电流在150-250a之间。电流流过电机内部回路时产生使电机慢速旋转的力矩，通过传动机构300，使驱动齿轮400缓慢转动。线圈240末端直接接地构成回路，电流15-30a。电磁开关200两组线圈(230和240)通电时，动铁芯210在电磁力作用下向开关触点220移动，同时通过传动机构300将驱动齿轮400拔出，同时驱动齿轮400缓慢转动，完成与发动机飞轮齿环啮合。在驱动齿轮400与飞轮齿环完成啮合后，开关的动触片211与开关触点220接触，开关的动铁芯210移动至与静铁芯260完全贴合，电机以全压工作，产生额定的旋转力矩，通过驱动齿轮400使发动机完成起动。开关的动触片211与开关触点220接触后，线圈230首末两端处于等电位状态，无电流通过，吸力消失。线圈240持续通电保持吸力，使开关保持接通状态，电机持续工作。

当发动机起动成功后，松开起动开关k，继电器500线圈断电，断开其触点，电磁开关线圈230和240共用首端断电。此时线圈230和线圈240处于电气串联状态，开关触点220处电压施加在线圈230末端经串联的线圈240再电气接地构成回路。两线圈处于反向串联，产生的磁场相互抵消。动铁芯210在回位弹簧250作用下回位，动触点211随着一起回位，断开动触片211与开关触点220的连接，使电机断电。动铁芯210回位时通过传动机构使驱动齿轮400退回，脱离与飞轮齿环的啮合。

然而，在某些情况下，当起动开关k按通，驱动齿轮400不能正常啮入发动机飞轮齿环时，开关的动触片211与开关触点220就不会接触，线圈230就会一直有大电流存在，线圈发热量大，温升快，短时间内就会烧毁开关；并且电磁开关200吸合时，由于线圈230大电流产生的吸合力很大，和线圈240一起产生的电磁力使驱动齿轮400在接触到飞轮齿环时的冲击力很大，易发生驱动齿轮400崩齿的故障。

现有电磁开关采取使用较大弹力的回位弹簧250以抵消部份吸拉力。但因开关正常吸合后只有线圈240通电保持吸合状态，而线圈240需要通电时间长，电流不能大，匝数也需与线圈230一致不能多，因而回位弹簧250的弹力也受限，只能抵消少部份吸拉力，因此崩齿故障在现有起动机中发生概率高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种电子控制起动机电磁开关及使用该开关的起动机，能够使起动机的可靠性、耐用性得到大大提高，同时大大降低起动机成本。

一种电子控制起动机电磁开关，包括电磁线圈、动铁芯、开关触点，电磁线圈通电后可使动铁芯轴向运动，动铁芯通过传动机构推出驱动齿轮与发动机上的飞轮齿环啮合，同时使动铁芯上的动触片与开关触点接触，开关触点具有第一接触头螺栓和第二接触头螺栓，其特征在于：还包括电子控制单元，所述电子控制单元具有电源端、慢转输出端、开关线圈输出端、起动开关端，起动开关串接在蓄电池正极端与电子控制单元的起动开关端之间，第一接触头螺栓接蓄电池正极端和电子控制单元的电源端，第二接触头螺栓接电机正极端和电子控制单元的慢转输出端，电磁线圈正极端接电子控制单元的开关线圈输出端，电磁线圈负极端与静铁芯焊接接地，电机串接有电阻。

进一步的，所述电子控制单元通过判断电磁开关的开关触点是否接通来确认驱动齿轮是否拔出与发动机的飞轮齿环啮合。

进一步的，电磁开关通电并延时一定的时间后，所述电子控制单元通过对与电机串联的电阻端电压取样判定电磁开关的开关触点是否接通，当电阻两端有压降时判定开关触点未接通，即驱动齿轮与发动机的飞轮齿环未啮合；当电阻两端压差消失时，判定开关触点接通，即驱动齿轮与发动机的飞轮齿环已啮合。

进一步的，若电磁开关在设定时间内未接通，则判断所取样电压是否异常，所取样电压异常则停止起动机的起动；若所取样电压在设定的正常范围内，则慢转输出端输出慢转电压，施加到电机的正极端，使电机慢转完成与驱动齿轮的啮合，经过一定延时后再判断电磁开关是否接通，如此循环达到设定的次数后，停止起动机的起动以进行保护。

进一步的，若电磁开关在设定时间内接通，通过对电阻端电压变化取样，若电阻两端电压消失即表示发动机已发动，则停止起动机，若电阻两端存在压差即表示发动机未发动，则起动机运转时间达到设定值后停止起动机以进行保护。

进一步的，当接通起动开关时，电子控制单元中的微处理器自动判断蓄电池的电源电压是否大于设定值，如果大于设定值则判断发动机上的发电机已正常发电，此次接通起动开关属误操作，不执行起动；反之，则由开关线圈输出端接通电磁线圈，使电磁线圈产生磁场力使动铁芯轴向移动，通过传动机构推出驱动齿轮与飞轮齿环啮合。

进一步的，所述设定值为27.8v。

进一步的，还包括壳体、设于壳体的开关盖，第一接触头螺栓和第二接触头螺栓安装于开关盖上，动铁芯、电磁线圈、电磁线圈均安装于壳体内。

进一步的，动铁芯上套设有回位弹簧，电子控制单元停止起动机工作后，动铁芯在回位弹簧的回弹力作用下回位，断开开关触点，通过传动机构使驱动齿轮回位退出啮合。

一种用于发动机的起动机，包括起动开关、蓄电池、电机以及如上所述的电子控制起动机电磁开关。

本发明能能够避免起动时开关线圈通入大电流带来的高发热问题，能够避免驱动齿轮对齿环的大的冲击力带来的齿轮损坏，能够使电磁开关在长时间通电情况下不烧毁，能够使起动机在起动发动机时自动判断是否已啮入，从而使起动机的可靠性、耐用性得到大大提高；同时，也非常需要这样一种电磁开关，能满足起动时起动机慢转大电流的需求，而又不需使用继电器，以大大降低起动机成本。

附图说明

图1是一种现有技术中的起动机的结构示意图；

图2是图1的局部放大图，其中示出电磁开关的结构；

图3是一种现有技术中的起动机的电路示意图；

图4是根据本发明的起动机电磁开关外形图；

图5是根据本发明的起动机电磁开关结构图；

图6是根据本发明的起动机电磁开关电子控制逻辑图；

图7是根据本发明的起动机电路图；

图8是根据本发明的起动机电磁开关电子控制单元板的电路图；

图9是根据本发明的起动机电磁开关电子控制单元板的外形图；

图10是电子控制部件安装位置的另一个变型实例图；

图11是电子控制部件安装位置的另一个变型实例的局部剖切图；

图12是电子控制部件另一个变型独立安装的实例图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图4显示了根据本发明的电磁开关的外形。结合参考图7，起动开关k的接线端通过连接线接入电子控制单元600的起动开关端p4。开关盖上一个接触头螺栓220a接蓄电池60正极端，接触头螺栓220a还通过连接片接电子控制单元600的电源端p1。开关盖上另一个接触头螺栓220b在起动机上接电机70正极端，还通过连接片接入电子控制单元600的慢转输出端p2，由电子控制单元600控制提供电机慢转电压。

图5显示了根据本发明的电磁开关的结构图。电子控制单元600完成对起动信号识别和对起动机的起动控制。电磁线圈240正极端接电子控制单元600的开关线圈输出端p3，电磁线圈240负极端与静铁芯700焊接接地。电磁线圈240用铜线绕在线圈骨架上，动铁芯210安装在线圈骨架内孔中，可以灵活轴向运动。

起动时，电磁线圈240通电产生磁场，动铁芯210轴向移动，通过传动机构300推出驱动齿轮400(图1示)，当驱动齿轮400与发动机飞轮齿环正常啮合后，动触片211才能与开关触点220的接触头螺栓220a及220b接触接通。此时电机70正极端与蓄电池60正极端接通，电机70开始运转，通过传动机构300和驱动齿轮400传递扭矩拖动发动机。

停止起动时，起动开关k断电，电磁线圈240断电，磁场消失，动铁芯210在回位弹簧250作用下回位，驱动齿轮400回位，同时动触片211与触头螺栓220a及220b断开，电机70停止。

起动控制开关k接通时，电子控制单元600一路输出接通电机70，使电机70产生慢速转动；与此同时，电子控制单元600另一路输出使电磁开关的电磁线圈240通电产生电磁力，动铁芯210轴向移动，通过传动机构300将驱动齿轮400拔出与发动机飞轮齿环啮合。输出延时后，电子控制单元600自动判断电磁开关的触头是否接通来确认驱动齿轮400拔出与发动机飞轮齿环啮合、电机是否在正常工作。如电机70正常工作，则判断发动机是否已经发动：当发动机已经发动，则电子控制单元600自动停止起动机工作；当驱动齿轮400与发动机飞轮齿环啮合，电机70在正常工作，而发动机未发动，则输出延时设定时间后电子控制单元600自动停止起动机工作以保护起动机；如果驱动齿轮400与发动机飞轮齿环未啮合、电机70未正常工作，则输出延时设定的短暂时间后电子控制单元600自动停止起动机以保护起动机。电子控制单元600停止起动机工作后，动铁芯210在回位弹簧的回弹力作用下回位，断开触头接触副，通过传动机构300使驱动齿轮400回位退出啮合。

图6显示了根据本发明的电磁开关的控制逻辑。接通起动开关k，电子控制单元600中的微处理器自动判断蓄电池60的电源电压是否大于27.8v，如果大于27.8v则判断发动机上的发电机已正常发电，发动机已在工作，属误操作，不执行起动；反之，则控制电路接通电磁线圈240，电磁线圈240产生磁场力使动铁芯210轴向移动，通过传动机构300推出驱动齿轮400与飞轮齿环啮合；本发明电磁开关(图5)(装在图1所示起动机的200处)通电并延时一定的时间后(起动机的驱动齿轮400被推出与飞轮啮合，随即拖动发动机运转，至发动机发动成功需要数秒时间)，控制电路通过对与电机70串联的电阻r4端(图8所示r4锰铜电阻)电压取样，判断电磁开关220是否接通(开关220触点副未接通时，通过控制电路经过r4，p2,220b给电机供电，此电流使电机产生缓慢转动，以使驱动齿轮400顺利啮合入飞轮齿环。电流在r4两端产生压降。只有当齿轮啮入飞轮齿环后，电磁开关的220a,220b触点接通，蓄电池直接通过此触点融供电给电机。此时r4两端的压差消失，由r4两端电压变化状态可判断电磁开关是否接通)。分两种结果进行判断：第一种结果是在设定时间内未接通，则判断所取样电压是否异常，所取样电压异常则停止起动(例如电机出现短路，短路大电流会造成取样电压异常高)，若所取样电压在设定的正常范围内，则p2输出慢转电压，施加到电机70的正极端，使电机70慢转完成与驱动齿轮400的啮合，经过一定延时后(3-5s)再判断开关是否接通(有可能因为飞轮齿环损坏使啮合无法完成)。如此循环进行，达到设定的次数后，停止起动进行保护(例如设定为重复接通五次)。这样，起动机驱动齿轮与飞轮齿环没有啮合且起动机没有运转时，起动机通电短暂延时后自动停止工作以保护起动机，解决了起动机没有啮合的情况下仍高速旋转而导致的齿轮损坏。通过mcu判断取样端电压，判断啮合情况，在没有正常啮合时，能迅速断开起动机端的电源，从而可靠保护了起动机。

第二种结果是电磁开关接通，通过对电阻r4端电压变化取样，发动机如已发动(r4两端电压消失)，则停止起动机(发动机发动后，必须使起动机电磁开关断电，驱动齿轮立即退出与飞轮的啮合，起动机停止工作)，发动机发动后能自动停止起动机，解决了现有起动机只要控制端通电，起动机就会一直运转不停，极易发生起动机被发动机反拖损坏的问；若发动机未发动(r4一直在通电，两端一直存在压差)，则起动机运转时间达到设定值后停止起动机，以进行保护，这样起动机驱动齿轮与飞轮齿环正常啮合且起动机正常运转而发动机没有发动时，起动机运转延时后自动停止工作以保护起动机，解决了起动机只要控制端不断电或因控制线路故障长时间通电导致的起动机长时间大电流运转而烧坏的问题。当断开起动开关k，电子控制单元600的微处理器则自动停止控制输出，再次接通起动开关时k，重新完成上述程序工作过程。

图7显示了根据本发明的电磁开关的起动机路图。起动机在车上只接入蓄电池60正极线、起动控制线，电机通过自身壳体搭铁接电气地。连线与现有技术起动机在车上的连线无任何区别，不需对车用线路作任何变化，应用简单方便。下面描述起动机内部电路连接，电子控制单元的电源端p1在开关上通过连接片与接蓄电池端的接触头螺栓220a连接；电子控制单元的慢转输出端p2在开关内部通过连线接到220b端与电机正极边接；电子控制单元的开关线圈输出端p3在开关内部通过连线接到电磁线圈40的正极端，电磁线圈40的负极端与开关静铁芯搭铁连接。

作为另一个优选实施方式，如图9、图10所示，电子控制单元600安装在开关盖一侧内部，电子控制单元600的p1、p2、p3通过在开关盖内布置连线与220a、220b、240连接。

作为另一个优选实施方式，如图12，电子控制单元600封装在一个独立的壳体内，通过引线与开关进行连接。

最后，本发明还公开了一种用于发动机的起动机，其包括前述电子控制单元、结构特征的电磁开关。具体而言，开关只有一个电磁线圈240；电子控制单元600提供慢转电压；控制电磁线圈；50接收起动控制信号。起动时，电磁开关的动铁芯210轴向移动，通过传动机构300推出驱动齿轮400，开关触头220接通前根据需要提供电机慢转电压，完成啮合与起动发动机，起动后自动停止起动机。起动发动机时，当出现啮合不正常或长时间发动机不发动，自动保护起动机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。