配备有内置电子控制电路的电磁开关 【技术领域】
本发明总体上涉及一种电磁开关，该电磁开关具备内置的电子控制电路且可被安装在起动机中以起动汽车发动机。
背景技术
日本专利首次公开No.9-105372披露了一种具备内置电子控制电路以控制激励线圈的通电的电磁开关。
该电磁开关设计成利用由激励线圈制造的电磁体所产生的吸引力来打开或闭合动力电路的主触点。电子控制电路布置在主触点安装所在的触点罩盖内。与电子控制电路布置在与电磁开关分开的壳体中的情形(在电子控制电路与电磁开关之间有电连接)相比，这种结构的尺寸相对小，从而便于电磁开关在汽车发动机舱中的安装。该结构也消除了对用于电连接电磁开关和电子控制电路的电缆和连接器的需求。
在触点罩盖内布置有主触点(即，固定的和可动的触点)，从而使在打开或闭合主触点时所产生的电弧将主触点的材料熔化并吹成导电尘屑。电子控制电路因此暴露于尘屑中，使得尘屑沉积在电子控制电路的表面上，这可能会造成安装在电子控制电路上的电子器件之间的电绝缘变差并且在它们之间发生短路。
因此，将电子控制电路安装在触点罩盖内要求电路板和与电路板相连的导线被电绝缘物阻断或屏蔽，这将造成电磁开关的体积和制造成本的增加。
也需要将电子控制电路放置在触点罩盖内远离一路径(沿着该路径可动触点将在触点罩盖的轴向方向上移动)处，这可能会导致电路板的复杂构造和电子器件在电路板上的复杂布局，从而造成电子控制电路安装容易性的降低。
【发明内容】
因此本发明的主要目的是避免现有技术的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种电磁开关的改进结构，其设计成将电子控制电路安装在电磁开关内而不暴露于由触点的磨损所引起的导电尘屑且不与可动触点会沿着移动的路径相干涉。
根据本发明的一个方面，提供了一种电磁开关，其可安装在用于内燃发动机的起动机中。该电磁开关包括：(a)具有底部和开口端的中空圆柱形开关盒；(b)激励线圈，其布置在开关盒内并在通电时作为电磁体工作；(c)固定芯体，其布置在激励线圈内部，与开关盒的底部邻接；(d)带有圆形中心孔的环形磁性板，该磁性板布置在开关盒内，比激励线圈更靠近开关盒的开口端，并作为磁路的一部分工作；(e)可动芯体，其布置成与固定芯体对齐以便被由激励线圈产生的磁引力移动而在开关盒的轴向方向上通过磁性板的中心孔进入激励线圈的内部；(f)包含底部部分和中空圆柱形部分的树脂罩盖，中空圆柱形部分具有延续到树脂罩盖底部部分的第一端和与第一端相对的第二端，树脂罩盖连接于开关盒，其中第一端与开关盒的开口端的内周边邻接，第二端与所述磁性板的端表面中远离所述激励线圈的那个端表面邻接，以在树脂罩盖与所述磁性板之间限定触点腔室；(g)保持在树脂罩盖的底部部分中的第一端子螺栓，第一端子螺栓具有布置在触点腔室内的第一固定触点；(h)保持在树脂罩盖的底部部分中的第二端子螺栓，第二端子螺栓具有布置在触点腔室内的第二固定触点；(i)布置在触点腔室内的可动触点，可动触点会由于可动芯体的运动而移动以选择性地在第一和第二固定触点之间建立和阻断电连接；以及(j)电子控制电路，其用于控制激励线圈的通电。电子控制电路布置在激励线圈和磁性板之间。
特别地，电子控制电路布置在由磁性板限定成与触点腔室分开的腔室内，从而避免由触点地磨损所引起的导电尘屑附着到或沉积在电子控制电路的表面上。这使电子控制电路的电绝缘的降低最小化并避免了电子控制电路的短路，也消除了对用于电绝缘和屏蔽电子控制电路的额外特殊零部件的需求，从而允许电磁开关的尺寸减小并以降低的成本生产。
导电尘屑在电子控制电路的表面上的附着可以可替代地通过将电子控制电路放置在离磁性板远的激励线圈的那侧(即，在开关盒的底部上)来避免。但是，这造成在操纵引线端子和接地端子以向电子控制电路供电上的困难。特别地，引线端子可通过形成在树脂罩盖的底部中的孔引出到树脂罩盖的外面。接地引线可焊接于磁性板离激励线圈远的那个端表面上。这要求引线端子和接地端子在激励线圈的外周边上方通过，从而导致开关盒的外径增大，这造成电磁开关的尺寸增大。
但是，电磁开关的结构设计成，电子控制电路布置在激励线圈和磁性板之间，从而消除了将引线端子和接地引线延伸越过激励线圈的外周边上方的需要，并且避免了电磁开关尺寸的增加。
在本发明的优选实施方式中，电磁开关还可包括树脂线圈架以及具有外周壁和内周壁的环形支撑部件，其中激励线圈缠绕在该树脂线圈架周围。支撑部件与线圈架的一端整体成形。电子控制电路具有电路板，该电路板具有内周边和外周边。电路板的内周边和外周边中的至少一个配装在支撑部件的内周壁和外周壁之一上。这种结构致使减少了当外部振动施加在电磁开关上时，电子控制电路的电路板和缠绕在线圈架周围的激励线圈之间的相对振动，从而减小了由施加在连接于电子控制电路和激励线圈之间的导线上的振动所引起的应力，以确保电子控制电路和激励线圈之间连接的稳定性。上述结构也消除了对用于保持电子控制电路的额外特殊部件的需求，从而便于容易地进行电子控制电路的牢固安装并最大限度地降低电磁开关的生产成本。
电子控制电路的电路板可与线圈架整体模制成形。这提高了对作用在电路板和线圈架上的外部振动的抵抗能力。
本发明的电磁开关还包括在树脂线圈架的一端和电子控制电路的电路板之间限定的腔室。该腔室中填充有在导热性上比线圈架低的树脂材料。这减少了由激励线圈的通电所产生并传递给电子控制电路的热，这允许电子控制电路有经受住激励线圈温度升高的能力。
【附图说明】
通过下文所给出的详细描述和本发明优选实施例的附图将更完全地理解本发明，但是其不应该被用来将本发明限制为特殊实施例，而是仅用作解释和理解目的。
在附图中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例的副电磁开关的内部结构的纵向剖视图；
图2是沿着图1中的线A-A所取的横向剖视图；
图3是示出了具备图1的副电磁开关的起动机的侧视图；
图4是示出了图3的起动机的电路结构的框图；以及
图5是显示图3的起动机的工作的时间图。
【具体实施方式】
参照附图，其中在几个视图中相似的标号表示相似的零部件，尤其参照图1，其示出了电磁开关9，作为实例，该电磁开关9安装在图3所示的汽车发动机起动机1中。图1是电磁开关9的纵向剖视图。图2是沿着图1中的线A-A所取的横向剖视图。图3是起动机1的平面视图。图4是示出了起动机1的电路的图。
如图3和图4所示，起动机1具备壳体2、电动机4、小齿轮6、拨叉7、主电磁开关8和电磁开关9。电磁开关9被用作辅助开关，以下将称作副电磁开关。
壳体2会被固定到汽车内燃发动机(未示出)上。电动机4利用贯穿螺栓3连接于壳体2。如可从图4看到的，小齿轮6用于将由电动机4产生的扭矩传递给附接于发动机的环形齿轮5。如稍后将详细描述的，主电磁开关8用于打开或闭合安装在动力电路中的主触点，且也用于通过拨叉7推动小齿轮6远离电动机4(即，朝左的方向，如在图4中可见的)。副电磁开关9在动力电路中就电关系而言位于主电磁开关8的上游。
壳体2包括法兰2a和开关安装部2b，其中法兰2a会被固定到发动机的起动机安装表面上，在开关安装部2b上牢固地安装有主电磁开关8。
如图4所示，电动机4为换向器电动机类型，其具有电枢4a和布置在电枢4a一端的换向器4b。当主电磁开关8闭合主触点时，将使电枢4a通过搭在换向器4b上的电刷10由来自蓄电池11的电力通电，使得电枢4a产生扭矩。
小齿轮6与单向离合器13整体地配装在由电动机4所驱动的输出轴12的外周边上。输出轴12的扭矩通过单向离合器13传递给小齿轮6。
如图4所示，主电磁开关8由螺线管制成，该螺线管具有开关线圈14和安装于其中的插棒式可动芯15。当开关线圈14受到激励时，它将作为电磁体产生磁引力以吸引可动芯15。可动芯15的这种运动促使主触点闭合。当开关线圈14断电使得磁引力消失时，它将使可动芯15被弹簧(未示出)产生的反作用压力移回以打开主触点。如在图3中可以看到的，主电磁开关8通过两个螺栓16紧紧地连接于壳体2的开关安装部2b。
如图4所示，主触点实施为两个固定触点17a和18a，它们通过两个端子螺栓17和18连接于动力电路。可动芯15在其上布置有可动触点19，可动触点19打开或闭合，即电断开或电连接固定触点17a和18a。
端子螺栓17和18用作典型的B-端子和典型的M-端子。如图3所示，B-端子连接于动力电路的高电势侧，而M-端子通过电动机引线20电连接于正极侧电刷10。端子螺栓17和18固定于触点罩盖21。端子螺栓17和18的头部布置在触点罩盖21内且固定触点17a和18a整体地布置在该头部上。
开关线圈14由两个线圈的组装而制成：吸引线圈14a和保持线圈14b。如图4所示，吸引线圈14a在其一端电连接于固定在触点罩盖21上的激励端子22，并在另一端电连接于M-端子螺栓18。保持线圈14b在其一端和吸引线圈14a一起电连接于激励端子22，并在另一端接地(例如，主电磁开关8的固定芯体)。
激励端子22通过起动机继电器23连接于电池11。当车辆的点火开关24闭合使得起动机继电器23开启时，电流通过起动机继电器23从电池11供应到激励端子22。
将参照图1和图3详细描述副电磁开关9的结构。
如图3所示，副电磁开关9在主电磁开关8的半径方向上位于主电磁开关8的附近。副电磁开关9通过支架25固定于壳体2。
支架25由具有一大致圆形的端部且另一端具有两个圆孔(未示出)的带坯制成，副电磁开关9焊接于该大致圆形的端部上。该另一端保持在壳体2的开关安装部2b和主电磁开关8之间，并通过配装在两个圆孔中的螺栓16和主电磁开关8一起连接于壳体2。
如图1所示，副电磁开关9包括具有底部和开口端的中空圆柱形开关盒26、激励线圈27、磁性板28、固定芯体29(即，磁芯)、可动芯体30、树脂罩盖31、端子螺栓32和33、电阻34、设置在端子螺栓32和33上的副触点(稍后将详细描述)、可动触点35以及电子控制电路36。激励线圈27布置在开关盒26内。磁性板28布置在开关盒26的开口端内并作为磁路的一部分工作。固定芯体29通过激励线圈27的激励而被磁化。可动芯体30放置成与固定芯体29对齐。树脂罩盖31部分地布置在开关盒26中，与磁性板28邻接。端子螺栓32和33紧紧地配装在树脂罩盖31中。电阻34放置在开关盒26中，与端子螺栓32和33相连。可动芯体30的运动会使可动触点35移动以打开或闭合副触点。电子控制电路36用于控制激励线圈27的激励。
开关盒26具有小直径部分和大直径部分，激励线圈27布置在小直径部分内，磁性板28布置在大直径部分内。大直径部分通向开口端且外径大于小直径部分以在它们之间限定内部台肩。
激励线圈27缠绕在树脂线圈架37周围并在通电时用作电磁体。
磁性板28为带有中心孔的环形形状。磁性板28放置成与开关盒26的台肩邻接，使得其位于距激励线圈27的固定距离处。磁性板28通过嵌件上注塑成型(outsert-molded)有树脂部件38。
固定芯体29在激励线圈27的内周中布置成与开关盒26的底部26a邻接。
可动芯体30布置在激励线圈27内以便在激励线圈27的轴向方向上可移动通过磁性板28的中心孔。复位弹簧39布置在可动芯体30的外台肩和固定芯体29的外台肩之间，以迫使可动芯体30远离固定芯体29(即，朝右的方向，如在图1中可见的)。
树脂罩盖31为具有底部部分的中空圆柱形状并具有支柱部分(即，中空圆柱形大直径部分)31a。底部部分在其中安装有端子螺栓32和33。支柱部分31a具有放置成与开关盒26的开口端邻接的外台肩和放置成与磁性板28的端表面的外周边邻接的后端。开关盒26的开口端的整个或部分圆周被折边以牢固地保持住树脂罩盖31的支柱部分31a。树脂罩盖31具有由它的内壁和磁性板28限定的触点腔室40。
端子螺栓32通过电池电缆连接于电池11的正极端子且也将被称作第一端子螺栓32。如图3所示，端子螺栓33通过金属连接板41机械地且电地连接于主电磁开关8的B-端子螺栓17，也将被称作第二端子螺栓。第一和第二端子螺栓32和33穿过垫圈42和43固定于树脂罩盖31。第一和第二端子螺栓32和33中的每个都在其外圆周中形成有环形槽，诸如O形圈的密封部件配装到该环形槽中以在它自身和形成于树脂罩盖31中的相应螺栓安装孔之间建立密闭性密封。
第一和第二端子螺栓32和33分别具有附接于其上的第一和第二固定触点45和46，如上所述，它们将作为副触点。第一和第二固定触点45和46布置在树脂罩盖31的触点腔室40内。第一和第二固定触点45和46在图1中示出为压配在第一和第二端子螺栓32和33头部的压花周边部分上，但是可以可替代地通过硬钎焊(brazing)或软钎焊(soldering)与之连接。
可动触点35布置在触点腔室40中并面向副触点(即，第一和第二固定触点45和46)。可动触点35通过树脂棒47连接于可动芯体30。如上所述，复位弹簧39迫使可动芯体30远离固定芯体29以使可动触点35与形成在树脂罩盖31的底部上的触点挡块31b持续邻接。树脂罩盖31的底部在截头圆锥形触点挡块31b周围形成有环形槽或腔室，触点按压弹簧48布置在其中。当可动触点35位于与第一和第二固定触点45和46邻接时，触点按压弹簧48用于在可动触点35上施加给定的接触压力。
电阻34作为电流控制装置工作，用于控制供应给电动机4的电流。电阻34布置在触点腔室40中，并在其一端电地且机械地连接于第一端子螺栓32而在其另一端电地且机械地连接于第二端子螺栓33。电阻34位于分别距磁性板28和副触点(即，第一和第二固定触点45和46)给定距离处。另外，电阻34也位于距树脂罩盖31的内周边的给定距离处，以在电阻34连续通电使得其发热时避免对树脂罩盖31造成热损害。
如图2所示，电子控制电路36具有环形电路板36a(电子器件36b制造在其上)，并用于在点火开关24开启以为主电磁开关8的开关线圈14通电给定的秒数t之后为副电磁开关9的激励线圈27通电。如图1所示，电子控制电路36在开关盒26中布置在激励线圈27和磁性板28之间。电路板36a在其外周边和/或内周边处配装在与线圈架37整体形成为一体式单元的支撑件49上。
如图1所示，支撑件49为具有内圆柱形壁和外圆柱形壁的杯状，该内圆柱形壁和外圆柱形壁从线圈架37的邻接于激励线圈27的面向电磁板28的端部的端表面的内周边缘和外周边缘延伸(向右，如在图中可见的)。
电子控制电路36的电路板36a布置成离开线圈架37的端部，以限定填充有树脂材料50的环形腔室，该树脂材料50在导热性上比线圈架37低。
如图2所示，电子控制电路36具有从其延伸的两根导线36c和36d以及一个接地引线36e。导线36c电地且机械地连接于第一连接器51中的激励线圈27的端部27a。导线36d电地且机械地连接于第二连接器52中的激励线圈27的端部27b。接地引线36e电地且机械地连接于或焊接于，例如，电磁板28的远离激励线圈27的端部。
外部引线端子53机械地且电地连接于第一连接器51。外部引线端子53通过形成在树脂罩盖31中的孔(未示出)延伸到树脂罩盖31的外面，并如图4所示，与点火开关24连接。
下面将参照图5的时间图描述起动机1的工作情况。
当点火开关24开启时，起动机继电器23开启。这使主电磁开关8的开关线圈14在时刻t1由供应自电池11的电力通电。如可从图1看到的，副电磁开关9的激励线圈27并联地连接于起动机继电器23的线圈23a，且如上所述的，在开关线圈14通电t秒之后，激励线圈27由电子控制电路36通电。如在图4中可见的，这使主电磁开关8朝向左的方向吸引插棒式可动芯15，从而通过拨叉7推动小齿轮6远离电动机4(即，在图4中的朝右方向)。
然后，当主触点(即，固定触点17a和18a)闭合时，将使已由电池11供应且由电阻34控制的电流值A1施加给电动机4，使得电动机4以低速旋转。
在电动机4使小齿轮6旋转且小齿轮6与环形齿轮5啮合之后，电子控制电路36在时刻t2为副电磁开关9的激励线圈27通电。可动触点35因此被吸引以闭合副触点(即，第一和第二固定触点45和46)，从而形成短路通路以使电阻34短路。这导致由电池11产生的整个电压施加到电动机4上，使得大于电流值A1的电流值A2流经电动机4。电动机4从而以高速旋转，使得扭矩通过小齿轮6传递给环形齿轮5，从而转动曲柄以起动发动机。
这个实施例的起动机1设计成将由电阻34控制的电流值A1在从主触点的闭合到副触点的闭合的初始阶段供应给电动机4，从而减小由小齿轮6与环形齿轮5的啮合所引起的机械冲击，以便最大限度地减少小齿轮6和环形齿轮5的机械磨损，这确保了它们的耐久性。
电动机4开始旋转时流经其的起动电流也减小，从而致使主电磁开关8的主触点和电动机4的电刷10的使用寿命增长了。
电子控制电路36布置在激励线圈27和磁性板28之间的腔室中，由磁性板28将该腔室与开关腔室40隔开，从而消除了由副触点的磨损所产生的导电尘屑附着到电子控制电路36的表面上。这使电子控制电路36的电绝缘的降低最小化并避免了电子控制电路短路，也消除了对用于电绝缘和屏蔽电子控制电路36的额外特殊零部件的需求。
可动触点35不位于电子控制电路36安装所在的腔室内，从而允许电路板36a的构造和电路期间36b的布局可不管可动触点35的移动路径而选择，并且便于电子控制电路36容易地安装在副电磁开关9中。
由开关腔室40内的副触点的磨损引起的导电尘屑在电子控制电路36的表面上的附着，可以可替代地通过将电子控制电路36放置在激励线圈27远离磁性板28的那侧(即，在开关盒26的底部26a上)来避免。但是，这造成难以操纵外部引线端子53和接地端子36e以向电子控制电路36供电。特别地，外部引线端子53可通过形成在树脂罩盖31的底部中的孔引出到树脂罩盖31的外面。电子控制电路36的接地引线36e连接于或者焊接于电磁板28远离激励线圈27的那个端表面。这要求外部引线端子53和接地端子36e在激励线圈27的外周边上方通过，从而导致开关盒26的外径增大，这造成副电磁开关9的尺寸增大。
但是，这个实施例的起动机1的结构设计成，电子控制电路36布置在激励线圈27和磁性板28之间，从而消除了将外部引线端子53和接地引线36e延伸越过激励线圈27的外周边的需要，并且避免了副电磁开关9尺寸的增大。
如上所述，电子控制电路36的电路板36a在其外周边和/或内周边处配装在支撑件49的外周壁和/或内周壁上。这致使减少了当外部振动传递给副电磁开关29时，电子控制电路36的电路板36a和缠绕在线圈架37周围的激励线圈27之间的相对振动，从而减小了由施加在连接于电子控制电路36和激励线圈27之间的导线上的振动所引起的应力，以确保电子控制电路36和激励线圈27之间连接的稳定性。上述结构也消除了对用于保持电子控制电路36的额外特殊部件的需求，从而便于容易地进行电子控制电路的牢固安装并最大限度地降低起动机1的生产成本。
形成在线圈架37的一端和电子控制电路36的电路板36a之间的腔室中填充有在导热性上比线圈架37差的树脂材料50，从而减少了由激励线圈27的通电所产生并传递给电子控制电路36的热，这允许电子控制电路36有经受住激励线圈27温度升高的能力。
尽管通过优选实施例披露了本发明以便于对其更好地理解，但应该理解，在不偏离本发明原理的情况下本发明能以各种方式实施。因此，本发明应该理解成包括在不偏离如所附权利要求中限定的本发明原理的情况下能够实施的所有可能的实施例和对所示实施例的修改。
电子控制电路36的电路板36a可与激励线圈27的线圈架37整体模制成形。在这种情况下，激励线圈27与电子控制电路36的电路板36a保持在一起，从而提高了对外部振动的抵抗能力。