本分案申請是基于中國發(fā)明專利申請?zhí)?01180045316.7(國際申請?zhí)杙ct/us2011/051918)、發(fā)明名稱“具有可變磁阻柱塞的起動器馬達(dá)螺線管”、申請日為2011年9月16日的專利申請的分案申請。

本申請涉及車輛起動器的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及用于起動器馬達(dá)組件的螺線管。

背景技術(shù)：

協(xié)助起動發(fā)動機(jī)例如車輛發(fā)動機(jī)的起動器馬達(dá)組件是眾所周知的。圖15中示出了常規(guī)的起動器馬達(dá)組件。圖23的起動器馬達(dá)組件200包括螺線管210、電機(jī)202、以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)204。螺線管210包括線圈212，線圈212在點(diǎn)火開關(guān)閉合時由電池通電。當(dāng)螺線管212通電時，柱塞216沿線性方向運(yùn)動，從而導(dǎo)致?lián)Q檔桿205樞轉(zhuǎn)，并且迫使小齒輪206與車輛發(fā)動機(jī)(未示出)的環(huán)形齒輪嚙合。當(dāng)柱塞216抵達(dá)柱塞止擋部時，電觸頭閉合，從而將電機(jī)202連接到電池上。通電的電機(jī)202隨后旋轉(zhuǎn)并且向驅(qū)動機(jī)構(gòu)204提供輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動機(jī)構(gòu)204通過各種驅(qū)動部件將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給與車輛發(fā)動機(jī)的環(huán)形齒輪嚙合的小齒輪206上。因此，電機(jī)202和小齒輪206的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動曲柄開動直到發(fā)動機(jī)起動為止。

很多起動器馬達(dá)組件例如圖15的起動器馬達(dá)組件200配置有“軟起動”起動器馬達(dá)接合系統(tǒng)。軟起動起動器馬達(dá)接合系統(tǒng)的意圖為在將充分的電力施加到起動器電機(jī)之前使起動器的小齒輪與發(fā)動機(jī)的環(huán)形齒輪嚙合。如果小環(huán)形齒輪在該接合期間抵接到環(huán)形齒輪內(nèi)，則電機(jī)提供較小的轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)動小齒輪并且使小齒輪能夠在高電流被施加之前正確地嚙合到環(huán)形齒輪內(nèi)。螺線管、換檔撥叉、電觸頭和電機(jī)起動器的配置為使得在齒輪被正確嚙合之前高電流沒有被施加到電機(jī)上。因此，在具有軟起動接合系統(tǒng)的起動器電機(jī)中防止小齒輪與環(huán)形齒輪的軋齒。

具有軟起動接合系統(tǒng)的起動器例如圖15的起動器通常包括具有兩個不同線圈的螺線管。第一線圈為吸入線圈212，第二線圈為保持線圈214。如圖15中所示，吸入線圈212首先纏繞在卷軸220上。保持線圈214纏繞在該繞組的上方。有時，該順序被反轉(zhuǎn)，使得保持線圈214首先纏繞在卷軸220上并且隨后為吸入線圈212。

在起動器的操作期間，點(diǎn)火開關(guān)的閉合(通常在操作者轉(zhuǎn)動鑰匙后)使吸入線圈212和保持線圈214均通電。此刻流過吸入線圈212的電流也抵達(dá)電機(jī)202，從而向電極施加一些有限的功率，并且導(dǎo)致使小齒輪轉(zhuǎn)動的一些較低的轉(zhuǎn)矩。吸入線圈212和保持線圈214的通電使螺線管軸(本文也被稱為“柱塞”)沿軸向方向運(yùn)動。螺線管柱塞的軸向運(yùn)動使換檔桿205運(yùn)動并且將小齒輪206朝向與發(fā)動機(jī)環(huán)形齒輪的嚙合偏置。一旦螺線管柱塞抵達(dá)柱塞止動部，一組電觸點(diǎn)就閉合，從而向電機(jī)提供全功率。電觸頭的閉合有效地使吸入線圈212短路，從而消除由吸入線圈所產(chǎn)生的非期望的熱量。但是，當(dāng)吸入線圈短路時，保持線圈214提供足夠的電磁力以將柱塞保持在位并且將電觸點(diǎn)維持在閉合位置中，從而能夠繼續(xù)朝向電機(jī)202的全功率輸送。全功率的電機(jī)202驅(qū)動小齒輪206，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)環(huán)形齒輪的旋轉(zhuǎn)，并且由此起動車輛發(fā)動機(jī)。

在發(fā)動機(jī)點(diǎn)火后(即，車輛起動)之后，車輛的操作者打開點(diǎn)火開關(guān)。起動器馬達(dá)組件的電路配置為使得點(diǎn)火開關(guān)的打開導(dǎo)致電流沿相反的方向流過保持線圈和吸入線圈。吸入線圈212和保持線圈214配置為使得當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開時兩個線圈212、214的電磁力相互抵消，而復(fù)位彈簧將柱塞216迫壓回到其初始斷電位置。由此，將電機(jī)202連接到電功率源上的電觸點(diǎn)斷開，而電機(jī)斷電。

為了生產(chǎn)高性能的具有軟起動器馬達(dá)接合系統(tǒng)的車輛起動器，例如如上述的，設(shè)計者面臨著很多設(shè)計挑戰(zhàn)。首先，吸入線圈必須被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計以避免可能在起動器的操作期間出現(xiàn)的各種問題。如上所述，當(dāng)軟起動起動器馬達(dá)接合系統(tǒng)的吸入線圈通電時(即，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)觸點(diǎn)由于操作者接通發(fā)動機(jī)開關(guān)鑰匙而閉合時)，吸入線圈提供電磁力以將柱塞朝向柱塞止動部和閉合位置拉動。但是，吸入線圈與起動器電機(jī)串聯(lián)地電連接，并且應(yīng)當(dāng)僅僅具有低電阻。利用經(jīng)過吸入線圈的低電阻，足夠的電流流過吸入線去不去到達(dá)電機(jī)，使得電機(jī)能夠輸送足夠的輸出轉(zhuǎn)矩以使小齒輪旋轉(zhuǎn)并且避免與環(huán)形齒輪抵接，正如前述的。這種所需的扭矩通常為8-12n-m。對于12v電機(jī)，電阻可以為0.030歐姆的量級，使得在軟起動期間幾百安培流過電機(jī)并且也串聯(lián)連接到吸入線圈上。但是，吸入線圈的這種低電阻生成其他的設(shè)計挑戰(zhàn)。首先，如果軟起動時間段被延長，或者重復(fù)的起動被執(zhí)行，則由于流過吸入線圈的較大量的電流而在吸入線圈中產(chǎn)生較大量的歐姆熱。對于12v系統(tǒng)，這能夠?yàn)?-4kw的量級，并且這可能導(dǎo)致形成線圈的布線的絕緣系統(tǒng)的熱故障。其次，通過吸入線圈的較大電流在閉合期間在柱塞上生成比需求強(qiáng)太多的電磁力。當(dāng)在小齒輪與環(huán)形齒輪之間的抵接發(fā)生時，這可能成為問題，并且小齒輪作用在環(huán)形齒輪上的撞擊力可能超過4500n。由此，環(huán)形齒輪可能破裂或碎裂。隨著時間的推移和數(shù)千次的起動，環(huán)形齒輪的表面可能惡化并且需要被替換以用于更適當(dāng)?shù)钠饎印?/p>

與吸入線圈相關(guān)的設(shè)計挑戰(zhàn)，例如在前述段落中討論的那些導(dǎo)致與起動器的其他部件例如保持線圈相關(guān)的另外的設(shè)計挑戰(zhàn)。例如，如在前述段落中討論的，吸入線圈具有與流過吸入線圈的電流相關(guān)的特定設(shè)計限制。由于電磁激勵為線圈匝數(shù)乘以電流的乘積，并且由于電流為固定的，因此這通常將吸入線圈的匝數(shù)留著為對于吸入線圈的主要設(shè)計變量。盡管吸入線圈的匝數(shù)能夠減小以減小前述的撞擊抵接力問題，但是這對于保持線圈而言是一個問題。具體地，保持線圈的匝數(shù)應(yīng)當(dāng)與吸入線圈匹配，使得在小齒輪和環(huán)形齒輪在車輛起動之后脫開期間，兩個線圈的電磁力將彼此抵消并且使小齒輪能夠從環(huán)形齒輪中完全拉出。但是，在車輛起動之前，保持線圈比吸入線圈保持通電長很多時間段。由此，保持線圈不應(yīng)當(dāng)為低電阻的否則其將熱失效。由此，保持線圈的電阻通常比吸入線圈的電阻高一個數(shù)量級。保持線圈的高電阻意味著電流在起動為較低之前流過保持線圈，從而導(dǎo)致較低的安培-匝數(shù)乘積。如果保持線圈的匝數(shù)太低，則保持線圈將輸送不足的磁力以將柱塞保持閉合并且起動器電機(jī)將在車輛起動之前脫開。

如在前述段落中解釋的，具有軟起動馬達(dá)接合系統(tǒng)的車輛起動器的設(shè)計者面臨著對于兩個線圈的相反設(shè)計的挑戰(zhàn)，這兩個線圈應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生相同的電磁力。一方面，設(shè)計者努力限制吸入線圈的匝數(shù)以減少在小齒輪與環(huán)形齒輪的嚙合期間的撞擊力。另一方面，設(shè)計者努力增加保持線圈的匝數(shù)，使得保持線圈輸送足夠的電磁力以在發(fā)動機(jī)起動期間將柱塞保持在閉合位置中。因此，理想的是提供用于具有吸入線圈的車輛起動器的螺線管，所述螺線管限制在小齒輪與環(huán)形齒輪的嚙合期間的撞擊力。還理想的是提供用于所述螺線管的保持線圈，所述保持線圈在發(fā)動機(jī)起動期間將所述柱塞保持在閉合位置中。另外，理想的是這種螺線管在設(shè)計上為較簡單的并且實(shí)施起來為便宜的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，提供了用于車輛起動器的螺線管。所述螺線管包括至少一個線圈，所述至少一個線圈具有延伸穿過所述線圈的通道。柱塞可滑動地設(shè)置在所述通道內(nèi)并且配置為沿軸向方向在第一位置與第二位置之間運(yùn)動。所述柱塞包括大致圓筒形外表面部分，具有在所述外表面部分中形成的周向凹口。

在所述螺線管的至少一個實(shí)施例中，所述至少一個線圈包括第一線圈和第二線圈，其中所述第一線圈沿所述軸向方向與所述第二線圈相鄰。所述第一線圈為吸入線圈，所述第二線圈為保持線圈。所述保持線圈和所述吸入線圈纏繞到卷軸上，所述通道延伸穿過所述卷軸。板構(gòu)件設(shè)置在所述卷軸的一個端部處，其中所述板構(gòu)件與所述柱塞以徑向距離分隔開。當(dāng)所述柱塞由于所述凹口相對于所述板構(gòu)件運(yùn)動而從所述第一位置運(yùn)動到所述第二位置時，所述徑向距離改變。

在至少一個實(shí)施例中，操作用于車輛起動器的螺線管的方法包括使所述螺線管的至少一個線圈通電。所述方法還包括使柱塞由于所述至少一個線圈的通電而沿軸向方向運(yùn)動。另外，所述方法包括由于所述柱塞沿所述軸向方向的運(yùn)動而改變在所述柱塞與螺線管壁之間的磁阻。

參照下面的詳細(xì)描述和分解圖，上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變?yōu)楦语@而易見。盡管理想的是提供能夠提供這些或其他有利特征中的一個或多個的螺線管，但是本文公開的教導(dǎo)擴(kuò)展到落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的那些實(shí)施例，而無論它們是否實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)中的一個或多個。

附圖說明

圖1示出了包括電機(jī)和螺線管的車輛起動器的示意圖；

圖2示出了圖1的螺線管的卷軸、吸入線圈和保持線圈的立體圖；

圖3示出了視圖，圖示了當(dāng)圖2的吸入線圈和保持線圈通電且柱塞從柱塞止動部中移開時穿過螺線管的磁力線；

圖4示出了視圖，圖示了當(dāng)圖2的吸入線圈和保持線圈通電且柱塞朝向柱塞止動部過渡時穿過螺線管的磁力線；

圖5示出了視圖，圖示了當(dāng)圖2的僅僅保持線圈通電且柱塞與柱塞止動部相接合時穿過螺線管的磁力線；

圖6示出了圖2的卷軸沿著卷軸的中心線截取的截面圖；

圖6a示出了卷軸沿著圖6的線a-a截取的截面圖，圖示了卷軸的中間凸緣的一側(cè)；

圖6b示出了卷軸沿著圖6的線b-b截取的截面圖，圖示了卷軸的中間凸緣的另一側(cè)；

圖6c示出了卷軸沿著圖6的線c-c的側(cè)視圖，圖示了卷軸的端部凸緣；

圖7示出了圖2的卷軸的可選實(shí)施例的立體圖；

圖8示出了圖7的卷軸，其中保持線圈沿一個方向纏繞到卷軸的第二線圈托架上；

圖9示出了圖8的卷軸，其中保持線圈沿相反的方向纏繞到卷軸的第二線圈托架上；

圖10示出了圖9的卷軸，其中保持線圈完全纏繞到卷軸的第二線圈托架上；

圖11示出了圖10的卷軸，其中吸入線圈纏繞到卷軸的第一線圈托架上；

圖12示出了圖11的卷軸，其中吸入線圈完全纏繞到卷軸的第一線圈托架上；

圖13示出了卷軸沿著圖12的線d-d截取的截面圖，包括位于卷軸上的保持線圈和吸入線圈；

圖14示出了圖13的卷軸、保持線圈和吸入線圈的可選實(shí)施例的截面圖；

圖15示出了圖2的卷軸、吸入線圈和保持線圈的截面圖，具有可選實(shí)施例的螺線管柱塞，所述柱塞具有設(shè)置在內(nèi)部通道內(nèi)的周向凹口；

圖16示出了曲線圖，圖示了當(dāng)軸向柱塞間隙閉合時在標(biāo)準(zhǔn)柱塞與圖15的可變磁阻柱塞之間的柱塞軸向力的差異；

圖17示出了當(dāng)柱塞位于圖16的位置a時周向凹口的位置的截面圖；

圖18示出了當(dāng)柱塞位于圖16的位置b時周向凹口的位置的截面圖；

圖19示出了當(dāng)柱塞位于圖16的位置c時周向凹口的位置的截面圖；

圖20示出了當(dāng)柱塞位于圖16的位置d時周向凹口的位置的截面圖；

圖21示出了具有圖15的周向凹口的柱塞的孤立側(cè)視圖，其中套筒構(gòu)件設(shè)置在周向凹口上；

圖21a示出了圖21a的套筒構(gòu)件的一個實(shí)施例的立體圖；

圖21b示出了圖21a的套筒構(gòu)件的另一實(shí)施例的立體圖；

圖22示出了圖15的柱塞、卷軸、吸入線圈和保持線圈的可選實(shí)施例的截面圖，其中圖21的套筒設(shè)置在柱塞上；以及

圖23示出了具有軟起動式起動器馬達(dá)接合系統(tǒng)常規(guī)起動器馬達(dá)的剖視圖。

具體實(shí)施方式

整體起動器結(jié)構(gòu)

參照圖1，在至少一個實(shí)施例中，用于車輛的起動器100包括電機(jī)102和螺線管110。盡管圖1中未示出，但是起動器100還包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和小齒輪，類似于以上參照圖15描述的常規(guī)的起動器組件200。圖1的實(shí)施例中的電機(jī)102設(shè)置在馬達(dá)電路104中，馬達(dá)電路104配置為經(jīng)由b+端子將電機(jī)連接到車輛電池(未示出)上。螺線管110設(shè)置在馬達(dá)電路104中以有利于將電機(jī)連接到車輛電池上。螺線管包括吸入線圈112、保持線圈114、柱塞116和點(diǎn)火開關(guān)118。

圖1的馬達(dá)電路104包括配置為向電機(jī)102提供電功率的第一電流路徑106和第二電流路徑108。第一電流路徑106在b+端子處開始，穿過點(diǎn)火開關(guān)118的觸點(diǎn)119，繼續(xù)到節(jié)點(diǎn)115，穿過吸入線圈，并且終止在電機(jī)102的輸入端子103處。因此，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)118的觸點(diǎn)119閉合時，該第一電流路徑106只為閉合路徑。

第二電流路徑108在b+端子處開始，穿過與柱塞116相關(guān)聯(lián)的電機(jī)觸點(diǎn)117并且終止在電機(jī)102的輸入端子103處。因此，當(dāng)柱塞116已經(jīng)閉合電機(jī)觸點(diǎn)117時，該第二電流路徑108只為閉合路徑。此外，當(dāng)?shù)诙娏髀窂?08閉合時，第一電流路徑106由第二電流連接108短路，并且沒有電流流過吸入線圈112。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)118閉合后，螺線管110和電機(jī)102協(xié)作以提供用于車輛的軟起動馬達(dá)接合系統(tǒng)。

軸向相鄰的線圈

圖2示出了設(shè)置在螺線管110的卷軸102上的、螺線管110的吸入線圈112和保持線圈114。在圖2的實(shí)施例中，吸入線圈112和保持線圈114沿卷軸120的軸向方向彼此相鄰。軸向方向在圖2中由軸線132表示。

吸入線圈112包括繞卷軸120的第一部分纏繞的第一長度導(dǎo)線以形成第一多個導(dǎo)體繞組(即，線匝)。用于吸入線圈112的導(dǎo)線具有較大的橫截面面積，使得導(dǎo)體繞組的電阻較低。類似地，保持線圈114包括繞卷軸的第二部分纏繞的第二長度導(dǎo)線以形成第二多個導(dǎo)體繞組(即，線匝)。用于保持線圈114的導(dǎo)線具有較小的橫截面面積，使得導(dǎo)體繞組的電阻較高。

吸入線圈112和保持線圈114以并列的結(jié)構(gòu)保持在卷軸120上。在圖2的實(shí)施例中，卷軸120為包括玻璃填充尼龍材料的單個部件。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，卷軸可以可選地包括不同的材料。卷軸120可以使用各種已知工藝中的任一種例如直拉模制或其它模制工藝制成。

卷軸120包括第一端部凸緣122、中間凸緣124、第二端部凸緣126和轂128。卷軸120的轂128通常在形狀上為圓筒形的，并且提供用于吸入線圈112和保持線圈114的線圈保持表面。盡管右側(cè)圓形圓桶在圖1的實(shí)施例中被示出，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，轂128可以采取其他形式，包括圓筒形和非圓筒形形式。另外，如本文使用的術(shù)語“卷軸”指的是任意合適的螺線管的線圈保持器，無論轂是否設(shè)置為圓筒或者凸緣是否被包括在轂的端部上。

在圖2的實(shí)施例中的轂128從第一端部凸緣122延伸到第二端部凸緣126。轂128限定圓筒形內(nèi)部通道130，內(nèi)部通道130穿過卷軸120從第一端部凸緣122延伸到第二端部凸緣126。圓筒形轂128還限定延伸穿過內(nèi)部通道130的卷軸軸線132。卷軸軸線132限定用于卷軸120的中心線和沿著卷軸的軸向方向

第一端部凸緣122提供用于卷軸120的端部壁，該端部壁配置為將線圈繞組保持在卷軸上。第一端部凸緣122通常為盤形的，并且包括位于卷軸的內(nèi)部通道130處的圓形中心孔。該端部壁可以為實(shí)心的，具有用于柱塞通道130的中心孔(如圖2中所示)，或者可以包括多個開口。此外，盡管凸緣122在圖2的實(shí)施例中示出為較薄的圓形盤，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，端部凸緣122可以設(shè)置為任意不同的形式和形狀。

中間凸緣124也設(shè)有配置為將線圈繞組保持在卷軸上的壁部。中間凸緣124在第一端部凸緣122與第二端部凸緣126之間設(shè)置在轂128上，但是并非必然地居中于第一端部凸緣122與第二端部凸緣126之間。事實(shí)上，在圖2的實(shí)施例中，中間凸緣124設(shè)置為更靠近第二端部凸緣126而非第一端部凸緣122。在第一端部凸緣122與中間凸緣124之間的空間中提供了位于卷軸120上的第一線圈托架142，吸入線圈112在該第一線圈托架142處纏繞到轂128上。

類似于第一端部凸緣122，在圖2的實(shí)施例中的中間凸緣124也為盤狀的。中間凸緣124通常比第一端部凸緣厚并且包括線圈安裝結(jié)構(gòu)134例如沿著凸緣124的外周緣的凹槽136。這些凹槽136提供用于在吸入線圈112上的導(dǎo)線引腳的通道。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，另外的線圈安裝結(jié)構(gòu)134也是可能的，并且這種線圈安裝結(jié)構(gòu)將在下文參照圖6-圖12進(jìn)一步詳細(xì)討論。盡管中心凸緣在圖2中示出為具有圓形周緣，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，中間凸緣124可以設(shè)置為各種不同的形式和形狀。例如，盡管中間凸緣124示出為實(shí)心的而具有單個中心開口，但是中間凸緣也可包括多個開口。

第二端部凸緣126提供了用于卷軸120的另一端部壁，其配置為將線圈繞組保持在卷軸上。在第二端部凸緣126與中間凸緣124之間的空間提供了位于卷軸上的第二線圈托架144，其沿軸向方向與第一線圈托架142相鄰。保持線圈112在第二線圈托架144處繞轂128纏繞。類似于第一端部凸緣122，第二端部凸緣126通常也為盤形的并且包括位于卷軸的內(nèi)部通道130處的圓形中心孔。第二端部凸緣126與第一端部凸緣122大致為相同厚度。類似于中間凸緣124，包括安裝結(jié)構(gòu)134例如沿著凸緣126的外周緣的凹槽138。這些凹槽138提供在吸入線圈112和保持線圈114上的用于導(dǎo)線引腳的通道。第二端部凸緣126可以為實(shí)心的，如在圖2中所示，或者可以包括多個開口。此外，盡管第二端部凸緣126在圖2的實(shí)施例中示出為較薄的圓形盤，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，凸緣126可以設(shè)置為多種不同的形式和形狀。

如上參照圖2所述，螺線管110的主軸120配置為使得吸入線圈112設(shè)置為沿軸向方向與螺線管的保持線圈114相鄰。由于這種相鄰的線圈布置，增大很多的磁通量泄露能繞吸入線圈發(fā)生，如下文參照圖3-圖5所述。增大的磁通量泄露減小由柱塞因吸入線圈112而經(jīng)受的磁力，由此容許吸入線圈112的電阻較低而同時仍然最大限度地減小前述抵接力問題。同時，當(dāng)柱塞間隙為零并且觸點(diǎn)閉合時，相鄰的線圈布置提供了保持線圈114的最小磁通量泄露，由此容許保持線圈中的線圈匝數(shù)較低但最大限度增大其保持力。

圖3-圖5為圖示了當(dāng)吸入線圈112和保持線圈114處于各種通電和斷電狀態(tài)時穿過螺線管的磁力線的視圖。在圖3-圖5中的每一個中，吸入線圈112、保持線圈114、柱塞116、螺線管殼體150和柱塞止動部152圖示為從螺線管中心線132徑向向外截取的螺線管的截面圖。為了清楚起見，圖2的螺線管卷軸120在圖3-圖5中未示出，從而容許穿過螺線管110的磁力線170被更清楚地顯示。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，卷軸120在圖3-圖5的視圖中呈現(xiàn)為具有繞卷軸纏繞的吸入線圈112和保持線圈114，并且柱塞116被插入到卷軸120的內(nèi)部通道130中。

具體參照圖3，螺線管110由螺線管殼體150容置。柱塞止動部152為大致盤形構(gòu)件，其固定到螺線管殼體150上并且從螺線管殼體徑向向內(nèi)延伸。柱塞止動部152包括圓筒形突出部154，其裝配到卷軸120(圖3中未示出)的內(nèi)部通道132的端部內(nèi)。該圓筒形突出部152提供止動表面154，其配置為當(dāng)柱塞沿軸向方向通過吸入線圈112運(yùn)動時與柱塞116相接合。

柱塞116為具有圓筒形形狀的實(shí)心部件。柱塞116的圓筒形形狀設(shè)有第一較大直徑部分160和第二較小直徑部分162。肩部164在較大直徑部分160與較小直徑部分162之間形成。柱塞116可滑動地設(shè)置在螺線管殼體150內(nèi)。具體地，柱塞116配置為沿軸向方向沿著中心線132滑動以閉合在柱塞肩部164與柱塞止動部152的止動表面154之間的空氣間隙168(其在本文也可以被稱為“柱塞間隙”)。柱塞116、螺線管殼體150和柱塞止動部152中的每一個包括具有較低磁阻的金屬材料，使得磁力線可以容易地穿過螺線管殼體和柱塞。

繼續(xù)參照圖3，螺線管112的吸入線圈110設(shè)置在螺線管殼體150內(nèi)并且圍繞柱塞116的較大直徑部分160。吸入線圈112沿軸向方向從柱塞止動部移開距離d。當(dāng)柱塞位于圖3的最左位置時，吸入線圈的軸向端部與柱塞116的肩部164對準(zhǔn)。如先前討論的，吸入線圈112包括導(dǎo)體長度，其包括繞卷軸120(圖3中未示出)纏繞的多個繞組。當(dāng)吸入線圈112被初始通電時，柱塞116沿軸向方向被迫壓向右，如由箭頭166指示的。

保持線圈114設(shè)置為在螺線管殼體150內(nèi)沿軸向方向與吸入線圈112相鄰。保持線圈114圍繞柱塞152的突出部154和關(guān)聯(lián)的止動表面156。因此，保持線圈114也包圍柱塞的較小半徑部分162，其延伸穿過柱塞止動部152。此外，當(dāng)柱塞位于圖3的最左位置時，吸入線圈圍繞空氣間隙168。如先前討論的，保持線圈114包括導(dǎo)體長度，其包括繞卷軸120(圖3中未示出)纏繞的多個繞組。當(dāng)保持線圈114被初始通電時，柱塞116沿軸向方向被向右推動，如由箭頭166指示的。

在螺線管內(nèi)的線圈位置導(dǎo)致泄露磁通量

如由圖3和圖4中的磁力線170表示的，當(dāng)吸入線圈112和保持線圈114通電時，磁力線在螺線管內(nèi)生成。漏磁通為不會貢獻(xiàn)作用在柱塞116上的軸向力的任意磁通。作用以將柱塞116朝向柱塞止動部152拉動并且閉合柱塞間隙168的軸向力依賴于在吸入線圈112與柱塞116之間以及在保持線圈114與柱塞116之間的總磁通泄漏。當(dāng)磁通泄漏發(fā)生時，磁通鏈減小并且由此在柱塞116上產(chǎn)生的力減小。

如圖3和圖4中所示，通過將吸入線圈112遠(yuǎn)離于柱塞間隙168和柱塞止動表面156布置，吸入線圈112的漏磁通被有意地極大增加以減小在柱塞116上產(chǎn)生的力。如圖3和圖4中所示，替代于直接從柱塞116到達(dá)柱塞止動部152，增大量的磁通繞過柱塞116并且直接從殼體150的一側(cè)聯(lián)接到止動部152或者甚至在壁152的外側(cè)返回到殼體152。這種漏磁通的示例在圖3中由線171指示。對于吸入線圈112的給定的安培-線匝勵磁，漏磁通171有效地降低作用在柱塞116上的磁力。由于作用在柱塞116上的磁力減小，并且由于小齒輪經(jīng)由樞轉(zhuǎn)換擋桿機(jī)械連接到柱塞上，因此小齒輪作用在環(huán)形齒輪上的撞擊力和穩(wěn)定狀態(tài)抵接力也被減小。由此利用圖1-圖5的實(shí)施例，吸入線圈112的電阻能夠形成為較低以增大朝向電機(jī)102的軟起動電流。因此，電機(jī)102的轉(zhuǎn)矩在軟起動期間增大而沒有在小齒輪與環(huán)形齒輪之間的過大的抵接力，該抵接力常規(guī)地源自于吸入線圈112的高安培-線匝勵磁。

盡管在圖1-圖5的實(shí)施例中的線圈布置配置為增大對于吸入線圈112的漏磁通，但是該布置配置為對于保持線圈114做相反的事情。具體地，圖1-圖5中的保持線圈114配置為最大限度地減小柱塞116的漏磁通，以對于保持線圈114的給定匝數(shù)最大限度地增大作用在柱塞116上的電磁保持力。這通過將保持線圈114居中于柱塞止動表面156界面處而實(shí)現(xiàn)。以該方式，漏磁通171對于保持線圈114最小化，而作用在柱塞上的電磁力最大化。因此，通過吸入線圈112和保持線圈114的繞組的幾何形狀布局，可能的是將柱塞116的力-位移曲線再定形到對于具有軟起動系統(tǒng)的起動器更理想的值。

除了與漏磁通相關(guān)的益處以外，吸入線圈112和保持線圈114的并列布置也能夠具有熱學(xué)益處。具體地，利用常規(guī)的線圈在線圈上的繞組例如圖15中所示的，如果在小齒輪206與環(huán)形齒輪之間的抵接時間延長，則保持線圈214強(qiáng)度不足。在延長時間的抵接期間，吸入線圈212將快速加熱并且隨后增大保持線圈214的溫度。當(dāng)保持線圈214的溫度增大時，電阻增大而電流減小。這減小由保持線圈所提供的保持力并且由此柱塞觸點(diǎn)打開和柱塞脫開的風(fēng)險增大。但是，例如在圖1-圖5的起動器實(shí)施例中所示的并列線圈布置，在起動期間吸入線圈112作用在保持線圈114上的熱影響是最小的，這是由于利用沿軸向方向彼此間隔開的兩個線圈，導(dǎo)熱路徑電阻高很多。

具有另外的安裝結(jié)構(gòu)的卷軸

現(xiàn)在參照圖6-圖7，示出了圖2的卷軸120的可選實(shí)施例。類似于圖2的卷軸，可選實(shí)施例的卷軸通常也包括第一端部凸緣122、中間凸緣124、第二端部凸緣126和轂128。轂128為繞軸向中心線132的大致圓筒形的，并且內(nèi)部通道130從卷軸120的一個端部延伸穿過轂到達(dá)另一端部。但是，如在下文進(jìn)一步詳述的，在圖6-圖7的實(shí)施例中，中間凸緣124和第二端部凸緣126包括多個另外的安裝結(jié)構(gòu)134。

圖6a和圖7示出了中間凸緣124面對第一線圈托架142這側(cè)的視圖。中間凸緣124包括多種安裝結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在引入凹槽174與引出凹槽176之間的第一繞組柱172。第一繞組柱172從卷軸120的中心線徑向向外延伸并且配置為與來自保持線圈的導(dǎo)線相接合。足夠的空間設(shè)置在第一繞組柱172的周圍以使保持線圈114能夠繞繞組柱纏繞。此外，第一繞組柱172足夠長以使來自保持線圈114的導(dǎo)線能夠繞第一繞組柱172纏繞若干次。因此，如在下文進(jìn)一步詳述的，第一繞組柱172提供安裝結(jié)構(gòu)134，其使保持線圈能夠牢固地錨定到卷軸120上，并且還提供用于使保持線圈114在卷軸上轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。反向轉(zhuǎn)動柱在用于具有軟起動系統(tǒng)的起動器的螺線管中可能是有利的，如在2010年4月26日提交的美國專利申請no.12/767,710中所述的，該申請的全部內(nèi)容通過參引的方式并入本文。

繼續(xù)參照圖6a和圖7，引入凹槽174提供在中間凸緣124的外周緣中的軸向溝槽，該溝槽設(shè)計為且尺寸被定為接收用來形成吸入線圈112的導(dǎo)線。另外，在圖6a和圖7的實(shí)施例中，引入凹槽174包括用于吸入線圈112的起始引線的入口斜面175。該入口斜面175沿基本徑向方向延伸到卷軸120的轂128。入口斜面175配置為使得在中間凸緣124內(nèi)的凹槽174的深度朝向轂128運(yùn)動時略呈錐形。因此，具有入口斜面175的引入凹槽174容許吸入線圈112的起始引線從中間凸緣124的周緣朝向轂128被引導(dǎo)到卷軸120上而不會在起始引線抵達(dá)轂128之前占據(jù)第一線圈托架142中的空間。一旦起始引線確實(shí)抵達(dá)轂128，用于吸入線圈112的第一次線匝開始。盡管引入凹槽174已經(jīng)公開為包括入口斜面175，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，在至少一個可選實(shí)施例中，引入凹槽直接延伸到轂中而沒有設(shè)置在凹槽174中的入口斜面175。

類似于引入凹槽174，引出凹槽176提供在中間凸緣124的外周緣中的另一軸向溝槽，該溝槽設(shè)計為且尺寸被定為接收用來形成吸入線圈112的導(dǎo)線。但是，不同于在圖6a-圖7的實(shí)施例中的引入凹槽174，引出凹槽176不會包括沿徑向方向延伸到卷軸的轂128的斜面部分。相反，引出凹槽174僅僅設(shè)置在中間凸緣124的周緣上并且徑向延伸大約導(dǎo)線的厚度以容許一旦吸入線圈完全纏繞到第一線圈托架142中吸入線圈的結(jié)束引線就穿過中間凸緣124切斷。

現(xiàn)在參照圖6b，示出了中間凸緣124的相反表面。圖6b中所示的中間凸緣124的表面為呈現(xiàn)給卷軸120的第二線圈托架144的表面。第一繞組柱172、引入凹槽174和引出凹槽176在中間凸緣124的這側(cè)上全都可見。另外，中間凸緣124的該側(cè)包括用于保持線圈114的起始引線的入口斜面182。該入口斜面182類似于用于吸入線圈的入口斜面175，沿大致徑向方向朝向轂128延伸并且當(dāng)斜面朝向轂128延伸時逐漸成錐形。此外，圖6b中所示的中間凸緣124的側(cè)面包括第二繞組柱178，其僅僅在中間凸緣124的該側(cè)上可見。因此，凹口180在中間凸緣124的該表面中形成，而第二繞組柱178位于該凹口180中。如在下文進(jìn)一步詳述的，該第二繞組柱178提供用于吸入線圈114的安裝結(jié)構(gòu)，該安裝結(jié)構(gòu)可以用作錨定器或反向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在參照圖6c，第二端部凸緣126包括另外的安裝結(jié)構(gòu)，包括雙起始引線凹槽184、第一完成引線凹槽186和第二完成引線凹槽188。雙起始引線凹槽184設(shè)計為且尺寸被定為使用于吸入線圈112和保持線圈114的起始引線能夠穿過第二端部凸緣126的周緣。當(dāng)兩根起始引線設(shè)置在凹槽184中時，用于保持線圈114的起始引線從用于吸入線圈112的起始引線徑向向內(nèi)設(shè)置。第一完成引線凹槽186配置為使用于吸入線圈112的完成引線能夠穿過第二端部凸緣126的周緣。類似地，第二完成引線凹槽188配置為使用于保持線圈114的完成引線能夠穿過第二端部凸緣126的周緣。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，中間凸緣124沿軸向方向比兩個端部凸緣122和126厚。該增大的厚度由于吸入線圈112和保持線圈114沿軸向方向的期望分隔而自然發(fā)生，使得線圈適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在卷軸120上。但是，增大的厚度也提供了用于各種線圈安裝結(jié)構(gòu)134(包括在中間凸緣124上)的增大的空間。沒有這種中間凸緣設(shè)計，端部凸緣122、126將需要為中間凸緣的厚度以提供相同的結(jié)構(gòu)，并且這將減小用于線圈托架142、144的可用空間。

現(xiàn)在參照圖8-圖12描述位于卷軸120上的吸入線圈112和保持線圈114的繞組以提供對卷軸120的前述安裝結(jié)構(gòu)134的設(shè)計和位于卷軸上的線圈112和114的布置的更好理解。

纏繞卷軸120的過程開始與保持線圈114。圖8示出了正纏繞到卷軸的第二線圈托架144中的保持線圈114。為了開始纏繞過程，保持線圈144的起始引腳190繞第一繞組柱172纏繞以將用于保持線圈的導(dǎo)線錨定到卷軸120上。起始引線190隨后向下通過位于中間凸緣124上的入口斜面182(圖8中未示出)而朝向轂128。在起始引線190抵達(dá)轂128之后，卷軸120沿箭頭191的方向旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致來自線軸(未示出)的導(dǎo)線長度繞轂纏繞，并且生成用于保持線圈114的繞組線匝。這些繞組線匝沿第一線軸方向纏繞到卷軸120的第二線圈托架144上。

如圖9中所示，在沿第一方向的預(yù)定數(shù)量的線匝在第二線圈托架144中生成之后，用于保持線圈的導(dǎo)線長度繞第一繞組柱纏繞，而卷軸120沿如由箭頭192指示的相反方向旋轉(zhuǎn)。卷軸沿箭頭192的方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致在卷軸120上的第二線圈托架144中沿第二方向生成的反向繞組線匝。這種反向繞組線匝可以在車輛起動器中的保持線圈上為有利的，如在2010年4月26日提交的美國專利申請no.12/767,710中描述的，該申請的全部內(nèi)容通過參引的方式并入本文。

現(xiàn)在參照圖10，在反向繞組線匝生成之后，用于保持線圈的導(dǎo)線繞位于中間凸緣上的第二繞組柱178纏繞以將保持線圈牢固地錨定到第二線圈托架144中。保持線圈的完成引線194隨后被引導(dǎo)穿過位于第二端部凸緣126上的第二完成引線凹槽188。起始引線190也被引導(dǎo)穿過位于第二端部凸緣126上的雙起始引線凹槽18，這完成了卷軸120上的保持線圈114。

圖11示出了在保持線圈114纏繞到第二線圈托架144中之后正被纏繞到卷軸120的第一線圈托架142上的吸入線圈112。為了開始纏繞吸入線圈，吸入線圈144的起始引線196定路線穿過位于第二端部凸緣126上的雙起始引線凹槽184并且穿過位于中間凸緣124上的引入凹槽174。起始引線196隨后被向下引導(dǎo)穿過位于中間凸緣124上的入口斜面175而朝向轂128。在起始引線196抵達(dá)轂128之后，卷軸120沿箭頭197的方向旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致來自線軸(未示出)的導(dǎo)線長度繞轂纏繞，并且在卷軸120的第一線圈托架142中生成用于吸入線圈112的繞組線匝。

現(xiàn)在參照圖12，在吸入線圈112的線匝完全纏繞到第一線圈托架142中之后，完成引線198定路徑穿過位于中間凸緣124上的引出凹槽176。完成引線198隨后被引導(dǎo)穿過保持線圈114的線匝并且穿過位于第二端部凸緣126上的第一完成引線凹槽186。這完成位于卷軸120上的吸入線圈112的繞組。

包括矩形導(dǎo)線的線圈

圖13示出了卷軸120沿著圖12的線d-d的截面圖。在該實(shí)施例的螺線管110中，吸入線圈112包括矩形導(dǎo)線146(即，具有大致矩形橫截面的導(dǎo)線)，而保持線圈114包括常規(guī)的圓形導(dǎo)線147。具體地，用于吸入線圈112的矩形導(dǎo)線146在圖12和圖13的實(shí)施例中為方形導(dǎo)線。矩形導(dǎo)線146利用位于外周緣上的絕緣層形成護(hù)套。導(dǎo)線146還包括稍微圓角的角部148，其設(shè)置用于生產(chǎn)關(guān)注并且避免在導(dǎo)線上的任意銳利邊緣，該銳利邊緣可能切入位于相鄰導(dǎo)線上的絕緣層。如下文所述，矩形導(dǎo)線146對于在吸入線圈112中的使用是有利的，這是由于其提供了用于線圈的增大的堆積因子而同時也提供了用于線圈的熱效益。

線圈的堆積因子是僅僅由導(dǎo)體(即，不包括在導(dǎo)體之間的氣隙)所占據(jù)的總體積與由整個線圈(即，包括所有的導(dǎo)體和在導(dǎo)體之間的氣隙)所占據(jù)的總體積的比率。常規(guī)的圓形導(dǎo)線具有大約78％的有效堆積因子。作為對比，本文公開的方形導(dǎo)線具有90％或更多的有效堆積因子。具體地，在圖12和圖13的實(shí)施例中使用的方形導(dǎo)線146具有92％的堆積因子。由此，當(dāng)將方形導(dǎo)線與圓形導(dǎo)線進(jìn)行比較時，方形導(dǎo)線將需要更小的空間以提供想嘔吐那個的電磁力(即，更小的空間以提供相同的安培-線匝)。這種空間節(jié)約對于其中起動器常常位于擁擠的發(fā)動機(jī)腔室中的車輛起動器而言是特別有用的。

圖12和圖13的矩形導(dǎo)線146的另一益處在于其提供了比圓形導(dǎo)線的更佳的熱傳導(dǎo)路徑以用于將線圈112的歐姆熱傳遞到線圈的邊緣，在該邊緣，熱量可以通過傳導(dǎo)和對流而被出去。利用圓形導(dǎo)線線圈，在相鄰繞組之間僅僅存在點(diǎn)接觸，這是由于導(dǎo)體層在彼此的頂部上纏繞(即，兩個相鄰的圓將僅僅在單個點(diǎn)處接觸)。作為對比，如圖13中所示，利用方形導(dǎo)線146，在相鄰繞組上的導(dǎo)體之間的界面大很多，這是由于存在相鄰導(dǎo)體之間的沿著導(dǎo)體的側(cè)面的整個平坦部分的接觸。由此，從線圈導(dǎo)線到線圈導(dǎo)線傳遞的熱經(jīng)由銅導(dǎo)線而非在導(dǎo)線之間的空氣傳遞，并且這種銅-銅傳導(dǎo)提供了顯著的熱效益。例如，改進(jìn)的傳導(dǎo)減小在線圈的外側(cè)邊緣與線圈的常見中心熱點(diǎn)之間的溫度差。

現(xiàn)在參照圖14，示出了又一可選實(shí)施例的螺線管120和線圈112、114。在本實(shí)施例中，吸入線圈112包括矩形導(dǎo)線146，保持線圈114也包括矩形導(dǎo)線149。吸入線圈112的矩形導(dǎo)線146基本上與保持線圈的矩形導(dǎo)線149相同，但是吸入線圈導(dǎo)線146的寬度大于保持線圈導(dǎo)線149的寬度。因此，保持線圈導(dǎo)線為具有圓形角部的方形導(dǎo)線。另外，矩形導(dǎo)線149利用位于外周緣上的絕緣層形成護(hù)套。保持線圈114的矩形導(dǎo)線149也提供了以上對于吸入線圈112所述的那些相似的有點(diǎn)。例如，矩形導(dǎo)線149提供了用于保持線圈114的增大的堆積因子而同時也提供了用于線圈的熱效益

可變磁阻柱塞

在上述實(shí)施例中，柱塞116已經(jīng)描繪為具有較大直徑部分160和較小直徑部分162，其中每個部分具有恒定截面輪廓(即，恒定直徑)。但是，在圖15中所示的至少一個可選實(shí)施例中，柱塞116的較大直徑部分160的直徑改變?yōu)槭沟迷趯?dǎo)向板72與柱塞116之間的徑向間隙70隨著柱塞沿軸向方向的滑動而改變。由此，磁路的磁阻和作用在柱塞上的相關(guān)磁力能夠在操作的吸入和保持區(qū)段被調(diào)節(jié)，正如在下文更詳細(xì)解釋的。

如圖15中所示，柱塞116的較大直徑部分包括大致圓筒形表面部分80，其具有在其中形成的周向凹口82。周向凹口82包括具有錐形邊緣86的中央圓筒形部段84。凹口82的中央圓筒形部段84的直徑小于大致圓筒形表面部分80的剩余部分的直徑。

如圖15中所示，柱塞116的凹口82設(shè)置為與導(dǎo)向板72相對。導(dǎo)向板72為從柱塞116徑向向外延伸的大致盤狀結(jié)構(gòu)。在圖15的實(shí)施例中，導(dǎo)向板72設(shè)置為螺線管殼體150的一部分并且與殼體150的外壁151成一體。導(dǎo)向板72設(shè)置為與卷軸120的最遠(yuǎn)離于柱塞止動部152的端部相鄰。因此，卷軸120通過導(dǎo)向板72和柱塞止動部152限界在螺線管殼體150內(nèi)。

在圖5的實(shí)施例中，較薄的芯部76管沿著卷軸120的內(nèi)徑設(shè)置在柱塞116與卷軸120之間。芯部管76相對于卷軸120固定在位，柱塞116配置為在芯部管76內(nèi)滑動。芯部管76沿軸向方向延伸卷軸的整個長度并且經(jīng)過導(dǎo)向板72。柱塞回位彈簧78從卷軸120設(shè)置到導(dǎo)向板72的相對側(cè)上并且與導(dǎo)向板72和芯部管76均接合。芯部管76可以包括不同材料中的任一種例如黃銅或者非磁性不銹鋼。

芯部管76延伸超出螺線管殼體150的導(dǎo)向板72，用于至少兩個目的。首先，延伸的芯部管76提供用于柱塞116的連續(xù)滑動表面。由芯部管76提供的連續(xù)表面在柱塞在螺線管的線圈通電和斷電時的運(yùn)動期間防止凹口82的邊緣86被捕獲在導(dǎo)向板72上。其次，延伸的芯部管76在線圈112的通電期間防止回位彈簧78(其與柱塞116共軸設(shè)置并且靠置抵靠導(dǎo)向板72的外側(cè))被容納到柱塞116中的凹口82內(nèi)。如果這將發(fā)生，則柱塞116將擁塞抵靠殼體150的導(dǎo)向板72。

圖15中所示的柱塞116提供了一種設(shè)計，其中磁路的磁阻和作用在柱塞116上的相關(guān)磁力在螺線管110的吸入和保持操作期間為可變的。圖16提供了曲線圖，圖示了當(dāng)軸向柱塞間隙168閉合時在標(biāo)準(zhǔn)柱塞(即，不具有周向凹口的柱塞)與圖15的可變磁阻祖塞116之間的柱塞軸向力的差異。在該曲線圖中，頂部實(shí)線曲線60代表具有恒定直徑的標(biāo)準(zhǔn)柱塞的軸向力，虛線曲線62代表具有周向凹口82的可變磁阻柱塞116(例如圖15的實(shí)施例的柱塞)的軸向力。圖16中的下端實(shí)線64代表回位彈簧的軸向力。在位置a與c之間，下端實(shí)線64代表回位彈簧的軸向力，在位置c與d之間，下端實(shí)線64代表回位彈簧和接觸超程彈簧(contactover-travelspring)的軸向力。

柱塞的四種不同位置在圖16中具體表示。這四個位置包括以下：在吸入操作開始處的位置a，其中軸向柱塞間隙168為最大值，而吸入線圈112和保持線圈114初始通電；在吸入操作中間的位置b，當(dāng)吸入線圈112和保持線圈均通電時；在吸入操作結(jié)束和保持操作開始處的位置c，其中柱塞116已經(jīng)運(yùn)動到柱塞觸點(diǎn)閉合并且吸入線圈112短路；以及在保持操作期間的位置d，其中軸向柱塞間隙168完全閉合并且僅僅保持線圈114通電。

繼續(xù)參照圖16，在吸入操作期間作用在柱塞上的凈做功為在通電長度上作用在柱塞上的凈作用力(磁力減去彈簧力)的積分。這由在圖16中的曲線60和62中的每一個下面的面積表示。該能量在起動器驅(qū)動小齒輪和環(huán)形齒輪在抵接期間的撞擊期間消散。

圖17-圖20示出了具有周向凹口82的柱塞116在圖16的四個位置a、b、c和d中的每一個處的運(yùn)動。圖17示出了位于位置a的柱塞，其中軸向柱塞間隙168位于最大距離處，并且吸入線圈112和保持線圈114被初始通電。在該位置a，柱塞116的凹口82設(shè)置為與導(dǎo)向板72相對。具體地，在位置a，導(dǎo)向板72設(shè)置為與凹口82的正面錐形邊緣86直接相對。利用在該位置的柱塞116，在柱塞116與導(dǎo)向板72之間的徑向間隙70被最大化。由于該較大的徑向間隙70，增大了螺線管磁路的生成磁阻。由此，如通過比較圖17中的曲線60和62注意到的，作用在柱塞116上的軸向力顯著減小。

圖18示出了位于位置b中的柱塞，其中軸向柱塞間隙168在柱塞116朝向柱塞止動部152運(yùn)動時閉合，而保持線圈112和吸入線圈均保持通電。在該位置b，柱塞116的凹口82保持與導(dǎo)向板72相對。具體地，在位置b，導(dǎo)向板72設(shè)置為與凹口82的后部錐形邊緣直接相對。利用在該位置的柱塞116，在柱塞116與導(dǎo)向板72之間的徑向間隙70保持最大化。由于該較大的徑向間隙70，螺線管磁路的生成磁阻維持增大，這是由于作用在柱塞116上的軸向力比在標(biāo)準(zhǔn)柱塞仍然顯著減小。

圖19示出了位于位置c中的柱塞116，其中軸向柱塞間隙168幾乎閉合并且柱塞116已經(jīng)使柱塞觸點(diǎn)117(參見圖1)運(yùn)動到閉合位置。利用閉合的柱塞觸點(diǎn)117，如先前參照圖1所述，吸入線圈112短路。另外，位于位置c處的柱塞凹口82不再直接相對于導(dǎo)向板72，而是已經(jīng)沿軸向方向運(yùn)動經(jīng)過導(dǎo)向板72。利用在該位置的柱塞116，在柱塞116與導(dǎo)向板72之間的徑向間隙70被最小化。由于該較小的徑向間隙70，螺線管磁路的生成磁阻減小，從而使保持線圈114能夠產(chǎn)生作用在柱塞116上的最大軸向力。

圖20示出了位于位置d中的柱塞，其中保持線圈114維持通道而吸入線圈112維持短路。在該位置d，軸向柱塞間隙168完全閉合，這是由于保持線圈114已經(jīng)克服柱塞回位彈簧和接觸超程彈簧(未示出)的力使柱塞116運(yùn)動為與柱塞止動部152相接合。此外，在位置d處的柱塞凹口82沿軸向方向甚至更遠(yuǎn)離于導(dǎo)向板72，使得在柱塞116與導(dǎo)向板72之間的徑向間隙70保持最小化。因此，利用在該位置d的柱塞，保持線圈114能夠產(chǎn)生作用在柱塞上的最大軸向力。

如以上參照圖15-圖20所述，通過使用可變磁阻柱塞，在吸入?yún)^(qū)間期間的凈做功能夠被減小，而同時仍然完成螺線管的所有功能需求?？勺兘孛嬷O(shè)置用于可變磁阻磁路，其導(dǎo)致在吸入操作期間的增大的磁阻(即，比較在圖16中的點(diǎn)a與c之間的曲線60和62)。因此，作用在柱塞上的軸向力在吸入操作期間減小，由此減小在起動器驅(qū)動小齒輪與環(huán)形齒輪在抵接期間的撞擊期間消散的能量。同時，可變截面柱塞設(shè)置用于可變磁阻磁路，該磁路設(shè)置用于在保持操作期間的增大(即，標(biāo)準(zhǔn))磁阻(即，比較在圖16中的點(diǎn)c與d之間的曲線60和62)。這容許在保持操作期間將作用在柱塞上的作用力保持在增大的水平上。

盡管在圖15-圖20中示出了僅僅一個實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，存在對于柱塞的多種可選實(shí)施例，包括很多可能的可選幾何形狀構(gòu)型，其將表現(xiàn)出期望的磁性能并且可以對于給定應(yīng)用和需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，盡管可變磁阻柱塞116已經(jīng)在圖15-圖20中描述為與軸向相鄰的保持線圈和吸入線圈相關(guān)聯(lián)地使用，但是在其他實(shí)施例中，可變磁阻柱塞可以與更常規(guī)的繞組布置相關(guān)聯(lián)地使用，其中保持線圈徑向相鄰于吸入線圈(即，保持線圈繞吸入線圈纏繞)例如圖23中所示的線圈布置，或者反之(即，其中吸入線圈繞保持線圈纏繞)。

可變磁阻柱塞套筒

圖21和圖22中示出了對于圖15的可變磁阻柱塞的至少一個可選實(shí)施例。如圖21中所示，圓筒形套筒92設(shè)置在位于柱塞116的較大直徑部分160上的周向凹口82上。套筒92在直徑上略大于柱塞116并且可以包括錐形邊緣94。因此，套筒92可以用作在柱塞116與芯部管之間的、在螺線管的該端部處的表面接觸。但是，在其他實(shí)施例中，套筒92可以為與較大直徑部分160的剩余部分基本相同的直徑或者甚至在直徑上略小。

在至少一個實(shí)施例中，套筒92形成為在柱塞116上的包覆模制成型塑料套筒。在該實(shí)施例中，如圖21a中所示，套筒92在其整個外表面96上為連續(xù)的和基本平滑的。在另一實(shí)施例中，套筒92為插入到柱塞116上的位置內(nèi)的單獨(dú)模制成型塑料套筒。在該實(shí)施例中，套筒92可以包括軸向凹槽98以容許套筒92在其被插入到柱塞116上時直徑增大，并且隨后當(dāng)套筒92抵達(dá)軸向凹口82時彈性地折回，從而使套筒92能夠被固定到柱塞116上。

套筒可以由多種不同材料形成，包括例如不銹鋼或黃銅。在至少一個實(shí)施例中，套筒包括聚四氟乙烯(ptfe)，其以名稱被商業(yè)市場化。ptfe提供在柱塞運(yùn)動期間對于套筒的較低摩擦系數(shù)。

如圖22中所示，通過利用套筒92(在圖22中以虛線示出以示出其在凹口82上的位置)覆蓋柱塞116上的周向凹口82，芯部管76不需要延伸經(jīng)過螺線管殼體150的導(dǎo)向板72。這與圖15的實(shí)施例形成對比，其中芯部管76延伸完全經(jīng)過導(dǎo)向板72。在圖15中，細(xì)長芯部管的存在需要在柱塞116與導(dǎo)向板72之間的徑向間隙增大以容納芯部管。這增大了磁路的磁阻。磁阻的這種增大不會在吸入操作期間使螺線管的設(shè)計惡化，這是由于如前述，可能有利的是在吸入操作期間增大磁阻。但是，磁阻的這種增大可以在保持操作期間預(yù)設(shè)定缺點(diǎn)，這是由于也如前述，有利的是在保持操作期間減小磁阻以最大化柱塞的磁通量以及由此的軸向力。但是，在圖22的實(shí)施例中，消除了用于容納延伸的芯部管76所需的這種另外的徑向間隙距離。通過減小徑向間隙距離，磁路的磁阻也被減小。利用減小的磁阻，作用在柱塞上的生成軸向力在保持操作期間增大。在吸入操作期間，周向凹口82作用以提供期望的增大磁阻。

除了前述優(yōu)點(diǎn)以外，套筒82還消除了對于因振動原因和壓印芯部管而使全柱塞直徑覆蓋導(dǎo)向板的一部分的需求。具體地，柱塞116由在套筒92與導(dǎo)向板72之間的界面支承。此外，這使柱塞116中的周向凹口能夠被延伸并且進(jìn)一步減小過大的吸入磁力，特別時在“靜止”位置處。

除了有套筒92本身解決的問題以外，ptfe套筒對于其他問題也是特別有用的。例如，當(dāng)柱塞116靜止時，柱塞的一部分應(yīng)當(dāng)位于導(dǎo)向板72的區(qū)域內(nèi)的全直徑處，使得振動力從柱塞116傳遞到導(dǎo)向板72。如果不是如此，則抵靠不受支承的、懸臂式芯部管的柱塞116的振動力將導(dǎo)致在較薄的管中形成折痕。隨著時間，這種折痕和磨損將在通電和斷電時需要較高的機(jī)械力以克服其本身，并且可能變?yōu)楦叩阶阋詫?dǎo)致螺線管功能失效。對于磨損抵抗而言，ptfe/不銹鋼界面通常優(yōu)于碳鋼/不銹鋼界面。在車輛或設(shè)備使用期間，柱塞位于“靜止”條件。由于振動，柱塞/芯部管界面在兩個部件相對于彼此運(yùn)動時恒定地經(jīng)受小振幅刷擦動作。這能夠?qū)е履p破壞。但是，當(dāng)表面中的一個為ptfe例如上述ptfe套筒92時，鋼-鋼磨擦被消除并且該問題被最小化。另外，ptfe的潤滑性在螺線管的接合和脫開期間提供幫助。具體地，ptfe很可能提供無困難滑動表面，其不受表面上的腐蝕破壞，這種破壞有時能夠?qū)ΤＲ?guī)的金屬-金屬布置造成麻煩。

上面對具有可變磁阻柱塞的起動器馬達(dá)螺線管的一個或多個實(shí)施例的詳細(xì)描述在本文已經(jīng)僅僅作為示例而非限制而給出。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，對于本文所述的某些單獨(dú)的結(jié)構(gòu)和功能存在優(yōu)點(diǎn)，其可以在沒有結(jié)合本文所述的其他結(jié)構(gòu)和功能的情況下獲得。此外，還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識的是，以上公開的實(shí)施例的各種替代、修改、變化或改進(jìn)以及其其他的結(jié)構(gòu)和功能、或替代可以理想地結(jié)合到很多不同的實(shí)施例、系統(tǒng)或應(yīng)用中。本文現(xiàn)在未可預(yù)見或未構(gòu)想到的替代、修改、變化或改進(jìn)可以隨后由本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行，這些也旨在由所附權(quán)利要求包括。由此，任意所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)當(dāng)限制于本文包括的實(shí)施例的描述。