CN101354001A - 用于引擎的启动器及其启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于引擎的启动器及其启动电路。启动器具有通过使用电磁开关的吸引力经由变速杆沿反电机侧的方向推动主动齿轮的系统。电磁开关的开关线圈由与电机电路电分离的一个线圈构成。主动齿轮的质量设置为100g或更小，驱动弹簧中存储的开关推压力被设置为70N(牛顿)或更小，并且电磁开关的工作电流被设置为12安培或更小。在该启动器中，因为开关线圈和电机电路可以被电分离，所以可以去除用于连接传统的吸引线圈和传统的“M端螺栓”的用于连接的端子。此外，通过将电磁开关的工作电流设置为12安培或更小，可以直接由ECU控制工作电流。

Description

用于引擎的启动器及其启动电路

技术领域

本发明涉及一种用于启动引擎的启动器及其启动电路，尤其涉及一种具有通过使用由电磁开关驱动的变速杆沿反电机(anti-motor)侧的方向推动主动齿轮齿轮的系统的启动器。

背景技术

如日本专利第3478211号中所公开的，存在一种利用传统类型的技术启动引擎的启动器，其具有通过对电枢供电来生成转矩的电机以及断开和闭合设置在电机电路中的主触点以利用来自电池的电流对电机供电的电磁开关。提供了一种变速杆，其通过使用由电磁开关的开关线圈生成的磁力来驱动，并且经由活塞和变速杆沿反电机侧的方向推动主动齿轮和离合器。

因为该启动器具有主动齿轮和离合器作为整体一起运动的结构并且可移动体的质量较大，因此需要增加磁力的大小。由于该原因，采用了具有两个线圈作为开关线圈的电磁开关，一个线圈用来吸引活塞，另一个用来保持活塞。

在具有两个线圈的电磁开关中，通过对吸引线圈和保持线圈二者供电、减小开关线圈的合成抵抗(resistance)以增大工作电流来增大吸引力。在活塞被吸引并且主触点闭合之后，吸引线圈被主触点短路并且保持在活塞只由保持线圈产生的磁力吸引的状态。因此，只在直到主触点闭合为止的短时间内对吸引线圈供电。

然而，因为对于具有两个线圈的电磁开关来说用于对开关线圈供电的工作电流大(大约40安培)，因此无法由具有ECU(electronic control unit，电子控制单元)的开关直接控制工作电流。

然后，如图6所示，已知由ECU控制启动器继电器140的励磁电流的启动器启动电路160。启动器继电器140设置在用于对开关线圈(吸引线圈100和保持线圈110)150供电的端子120(一般称为50端子)和点火开关(下文中称为IG开关130)之间。

因为上述启动器具有主动齿轮与离合器作为整体一起运动的结构并且可移动体的质量大，所以不可避免地需要增加磁力(吸引力)的大小。

即，电磁开关具有吸引线圈100和保持线圈110，当吸引活塞并且对吸引线圈100和保持线圈110二者供电时，线圈100和110二者的合成抵抗减小，从而工作电流增大。

此外，如果活塞被吸引并且主触点闭合，则吸引线圈100被主触点短路，并且保持在活塞只由保持线圈110生成的磁力吸引的状态。因此，只在直到主触点闭合为止的短时间内对吸引线圈100供电。

然而，对于具有两个线圈即吸引线圈100和保持线圈110的电磁开关，需要将吸引线圈连接到电机电路。更具体地说，连接端子附着到固定到电磁开关的触点盖的M端螺栓，并将吸引线圈100的一端通过焊接等连接到连接端子。

采用这种结构，部件的数目增加，还需要将连接端子附着到M端螺栓的处理以及将吸引线圈100的一端连接到连接端子的处理(焊接)，因此，成本可能上升。

此外，因为需要在上述启动电路160中形成经由启动器继电器140对用于供电的端子120供电的开关电路170和利用ECU 150控制启动器继电器140的励磁电流的继电器电路180，所以电路结构变得复杂，并使车辆系统的成本上升。

此外，需要以两条线路构成IG开关130，以便连接开关电路170和继电器电路180，因此IG开关130变得复杂并且昂贵。

发明内容

为了解决上述问题做出了本发明，本发明的目的是通过减少部件的数目以低成本提供启动器。

本发明的另一个目的是提供一种启动器的启动电路，其通过减少部件的数目并简化电路结构来实现成本的降低。

在根据第一方面的用于引擎的启动器中，用于引擎的启动器包括：电机，其具有产生转矩的电枢(通过闭合设置在电机电路中的主触点从电池对电机供电)；输出轴，电机的转矩经由离合器传送到该输出轴；主动齿轮，其经由螺旋花键啮合与输出轴的外周连接；开关线圈，通过闭合启动开关从电池对该开关线圈供电；活塞，其响应于开关线圈产生的磁力在开关线圈中移动；以及电磁开关，其与活塞的运动联锁地断开和闭合主触点，并经由变速杆沿反电机侧的方向推出主动齿轮，其中，电磁开关由一个线圈组成，使得开关线圈和启动电路被电分离。

根据上述配置，启动器的电磁开关是用一个开关线圈产生用于吸引活塞的吸引力和用于保持活塞的保持力的单线圈型的。在这种情况下，开关线圈不需要连接到启动电路，从而开关线圈和启动电路被电分离。由此，可以去除用于电连接传统的吸引线圈和M端螺栓的连接端子，并且不需要通过焊接等将吸引线圈的一端连接到连接端子的处理。因此，通过减少部件的数目和制造过程可以保持低成本。

在根据第二方面的用于引擎的启动器中，电磁开关具有：接触盖，其在内部包含主触点；以及用于供电的端子，其利用从电池流出的电流对开关线圈供电，该用于供电的端子被固定到所述接触盖上，其中，开关线圈的一端连接到用于供电的端子，开关线圈的另一端连接到接地侧。

在根据第三方面的用于引擎的启动器中，启动器还具有：驱动弹簧，其根据所述主动齿轮接触引擎的齿圈之后直到所述主触点闭合为止的所述活塞的移动量存储推力，其中，所述主动齿轮被所述电磁开关向反电机侧方向推动，所存储的推力向经由所述变速杆向所述齿圈侧推动所述主动齿轮的方向作用，其中，当将存储在驱动弹簧中的推力定义为开关推压力时，以100克或更小的质量形成主动齿轮，并将开关推压力设置为70牛顿以下，使得电磁开关的工作电流被设置为12安培或更小。

根据第四方面的用于引擎的启动器中，永磁体被用于产生电机的磁场。

在根据第一方面的用于引擎的启动器的启动电路中，用于引擎的启动器的启动电路包括：电机，其具有产生转矩的电枢(通过闭合设置在电机电路中的主触点从电池对该电机供电)；输出轴，电机的转矩经由离合器传送到该输出轴；主动齿轮，其经由螺旋花键啮合与输出轴的外周连接；开关线圈，通过闭合启动开关从电池对开关线圈供电；活塞，其响应于开关线圈产生的磁力在开关线圈中移动；电磁开关，其与活塞的运动联锁地断开和闭合主触点，并经由变速杆沿反电机侧的方向推出主动齿轮，电机电路，用于经由主触点将电流从电池传输到电枢；以及开关电路，用于经由启动开关将电流从电池传输到开关线圈，其中，使用来自电池的电流对开关线圈供电的用于供电的端子设置在开关电路中，并且控制启动器的启动的启动器控制设备连接在用于供电的端子和启动开关之间，使得启动器控制设备将提供到用于供电的端子的供电控制到预定值。

根据本发明的启动器启动电路，在控制提供到用于供电的端子的供电的例如ECU的启动器控制设备中，可以将来自用于供电的端子的在开关线圈中供电的电流设置为启动器控制设备的限电流(可以传输到启动器控制设备的最大电流)以下。从而，不需要在开关电路中设置启动器继电器，并且通过去除启动器继电器还可以去除用于控制启动器继电器的励磁电流的继电器电路。因为不需要将继电器电路连接到启动开关，所以可以以一个线路构成启动开关。

其结果是，由于简化了电路结构并减少了部件数目，可以降低启动器启动电路的成本。

在根据第二方面的用于引擎的启动器的启动电路中，启动器控制设备控制提供到用于供电的端子的供电，使得流到开关线圈的电流变为12安培或更小。

附图说明

在附图中：

图1是包含局部截面的启动器的侧视图；

图2是启动器的启动电路图；

图3是主动齿轮质量、开关推压(extrusion)力以及开关电流的关系图；

图4是关于传统技术的“50端子”的电压波形图；

图5是关于本发明的50端子的电压波形图；以及

图6是关于传统技术的启动器的启动电路图。

具体实施方式

下文中，参考附图说明本发明的实施例。

图1是包含局部截面的启动器的侧视图，图2是启动器的启动电路图。

如图1所示，本实施例的启动器1包括对内置到电机3中的电枢2生成转矩的电机3、减慢电机3的旋转的减速器4、经由离合器5连接到减速器4的输出轴6、以螺旋花键(helical spline)方式啮合到输出轴6的外周的主动齿轮7、以及电磁开关10等。电磁开关10使设置在电机电路51中的主触点(稍后说明)断开和闭合以从电池8(参考图2)对电枢2供电，并且经由变速杆9朝反电机侧(图1中的左侧)推动主动齿轮7。

电机3是经由可滑动地接触整流器(未示出)的电刷11对电枢2供电的使用永磁体52产生磁场的磁场式整流器电机(commutator motor)。

减速器4是公知的行星减速器，其减慢电机3的电枢轴2a(参考图1)和同轴设置的输出轴6。

离合器5被构造为单向离合器5，其将减速器4放大的电机3的驱动转矩传输给输出轴6，而在引擎(未示出)已经启动并且输出轴6变为超限(overrun)状态之后切断输出轴6和减速器4之间的转矩传送。

壳体13通过轴承12可旋转地支持输出轴6的反电机侧(图中的左侧)端，通过离合器5电机侧端作为一体构成。

通过将主动齿轮7从图1所示的其停止位置向反电机侧的方向移动，主动齿轮7啮合到引擎侧的齿圈14，并通过与输出轴6一起旋转来驱动齿圈14。本实施例的主动齿轮7被形成为具有100克或更小的质量。

电磁开关10具有通过对形成电磁体的公知的螺线管53供电和固定到螺线管53的接触盖15，主触点54设置在该接触盖15内部。

螺线管53具有开关线圈16(下面详细说明)以及在开关线圈16的内圆周中沿轴(图1中的水平方向)移动的活塞17。当通过对开关线圈16供电形成电磁体并且活塞17被吸引时，主触点54闭合，与活塞17的运动联锁。另一方面，当停止对开关线圈16供电，电磁体的磁力消失时，返回弹簧18(参考图1)将活塞17推回，主触点54断开。

开关线圈16的端部的一端连接到固定到接触盖15的供电用端子(下文中称为“50端子”19)，开关线圈16的另一端部的另一端通过电连接到形成装置的一部分的螺线管容器(未示出)或固定铁心(未示出)等而连接到接地侧。因此，开关线圈16由与电机电路51电分离的一个线圈构成。即，利用一个开关线圈16产生用于吸引活塞17以使主触点54闭合的力以及用于保持活塞17以使主触点54保持在闭合状态的力。

沿活塞17的轴的方向在反触点侧(图1中的左侧)形成凹部55。在凹部55中插入将活塞17的运动传送到变速杆9的杆钩20和存储用于将主动齿轮7放入到齿圈14的推力的驱动弹簧21。当将存储在驱动弹簧21中的推力定义为开关推压力时，在本实施例的启动器1中将开关推压力设置为70N(牛顿)以下。

主触点54包括通过B端螺栓22连接到电机电路51的高电压侧(电池侧)的B(即电池)固定触点23、通过M端螺栓24连接到电机电路51的低电压侧(电机侧)的M(即电机)固定触点25、以及与活塞17一起在固定触点23和25之间间歇移动的移动触点26。当移动触点26接触固定触点23和25二者时，固定触点23和25二者被电连接，主触点54处于闭合状态。另一方面，当移动触点26从固定触点23和25二者分开时，固定触点23和25二者之间的电连接断开，主触点54将处于断开状态。

B端螺栓22和M端螺栓24都固定到接触盖15。电池线缆56的端子(未示出)连接到从接触盖15沿轴向伸出的B端螺栓22的尖端，类似地，电机引线57的端子27连接到沿接触盖15的轴向伸出的M端螺栓24的尖端。电机引线57连接到电机3内部的电刷11(参考图2)的正端。

接下来，基于图2说明启动器1的启动电路58。

如图2所示，本实施例的启动器启动电路58包括上述电机电路51(用于从电池8对电枢2供电的电路)以及从电池8对电磁开关10的开关线圈16供电的开关电路59。

在开关电路59中，在50端子19和点火(启动)开关(下文中称为IG开关28)之间连接有涉及启动器1的启动控制的ECU 29(电子控制单元，或启动器控制设备)。将ECU 29提供给50端子19的电压控制为预定值(本实施例中为12伏)。

另外，可以在50端子19和ECU 29之间设置空档开关30。当变速箱(未示出)的换档位置在空档位置时，该空档开关30处于接通(ON)状态，当变速箱的换档位置处于空档位置以外的其它位置时，该空档开关30处于断开(OFF)状态。因此，当空档开关30处于OFF状态时，即使IG开关28接通，也不对50端子19供电。也就是说，当空档开关30处于ON状态时，如果IG开关28接通，则来自电池8的电流经由ECU 29对50端子19供电。

附带地，在从电池8提供给50端子19的电压是12伏时，当电流(其被定义为工作电流)通过50端子19流到开关线圈16中时，ECU 29将该工作电流控制在12安培以下。基于主动齿轮7的质量确定工作电流。

即，本实施例的启动器1采用仅使用电磁开关10的吸引力推动主动齿轮7(离合器5不移动)的方法，并且将主动齿轮7的质量设置为100克或更小。这里，当将主动齿轮7和齿圈14的期望啮合寿命设置为50,000次时，如图3所示，需要将开关推压力设置为70牛顿或更小，将电磁开关10的工作电流设置为12安培或更小，以便100％满足啮合寿命。尽管可以通过减少齿数来减小主动齿轮7的质量，但是因为如果齿数变成例如7或更小，则齿底部的强度的物理力量不足，所以需要至少40克或更大的质量。对于齿数，可以在8至11个齿之间选择。

接下来，说明启动器1的操作。如果IG开关28接通，则对线圈16供电，活塞17被吸引到其中，从而活塞17的运动经由变速杆9传送到主动齿轮7。因此，主动齿轮7沿着输出轴6上的螺旋花键沿反电机侧的方向被推出，主动齿轮7的端表面与齿圈14的端表面接触并且停止。

然后，如果活塞17进一步移动并且使主触点54闭合，同时在驱动弹簧21中存储推力，则从电池8对电机3供电，并且对电枢2产生转矩。减速器4使电枢2的旋转减慢，电枢2的旋转经由离合器5传送到输出轴6。

如果在主动齿轮7和齿圈14的端表面接触的情况下通过输出轴6的旋转使主动齿轮7旋转到可以与齿圈14啮合的位置，则主动齿轮7被存储在驱动弹簧21中的推力(开关推压力)推出，并啮合到齿圈14。从而，将减速器4放大的电机3的驱动转矩从主动齿轮7传送到齿圈14，并使引擎转动曲柄(crank)。

如果引擎从转动曲柄完全启动并且引擎旋转的速度超过启动器旋转的速度，则因为离合器5空转，所以引擎的旋转不经由减速器4传送到电枢2，从而可以防止电枢2的超限。

在引擎启动并且IG开关28断开之后，停止对开关线圈16供电，吸引力消失，因此活塞17被返回弹簧18的推力推回。相应地，因为主触点54断开，停止从电池8对电机3供电，所以电枢2的旋转逐渐减慢并停止。

此外，当活塞17被推回时，变速杆9摆动到与启动引擎的方向相反的方向，抵消对主动齿轮7的推力，从而在通过主动齿轮弹簧31(参考图1)的推压力从齿圈14分离之后，主动齿轮7被推回图1所示的停止位置。

因为本实施例的电磁开关10是单线圈型的，其用一个开关线圈16生成用于吸引活塞17的吸引力以及用于保持活塞17的保持力，所以与具有分开的吸引线圈和保持线圈的双线圈型的传统技术相比，线圈的数目可以减小，并且不需要在开关线圈16和M端螺栓24之间进行电连接。由此，可以去除用于电连接传统的吸引线圈和M端螺栓的连接端子，并且不需要通过焊接等将吸引线圈的一端连接到连接端子的处理。因此，通过减少部件数目和制造过程可以保持低成本。

因为开关线圈16有一个线圈，所以与具有吸引线圈和保持线圈的传统的双线圈型电磁开关类似，开关线圈16的端部的一端连接到50端子19(用于供电的端子)。此外，不需要将开关线圈16的端部的另一端连接到电机电路51，但可以通过例如电连接到电磁开关10的螺线管容器或形成磁路的一部分的固定铁心来将其接地。

此外，因为本实施例的启动器1采用独立于离合器5只推出主动齿轮7的系统，并且与具有将离合器和主动齿轮一起推出的传统系统的启动器相比，可以使可移动体的质量小，所以可以使电磁开关10所需的用于移动可移动体的质量的吸引力(开关线圈产生的磁力)小。

具体来说，通过将主动齿轮7的质量设置为100克或更小并将开关推压力设置为70牛顿或更小，可以将开关线圈16的供电电流设置为12安培或更小。由此，可以使电磁开关10所需的用于沿反电机侧的方向推出主动齿轮7的吸引力即开关线圈16产生的磁力小，因此即使在开关线圈16由一个线圈构成的情况下，与双线圈型的电磁开关相比，也开始使电磁开关10也更小并且更轻。

另外，因为可以使电磁开关10的吸引力小，所以对开关线圈16供电的电磁开关10的工作电流可以保持在12安培以下或更小。因此，电磁开关10能够直接利用ECU 29控制工作电流，从而对于开关电路59不需要使用启动器继电器，并且通过以一个配线路径构成可以使IG开关28简化，因此可以削减成本。此外，因为不需要使大电流(例如大约40安培的电流)在开关电路59中流动，所以还有开关电路59使用的配线可以更细的优点。

因为承载很多电子元件的ECU 29一般不希望产生热，所以其不能直接控制大约40安培的大电流，但是如果电流是12安培或更小，则因为启动器每次的工作时间短(大约几秒)，所以不会发生特别的问题。

在使用永磁体52来产生磁场的电机3中，在IG开关28断开之后电机3的惯性旋转期间，产生反向电压。在这种情况下，在具有吸引线圈和保持线圈的双线圈型电磁开关中，因为开关电路和电机电路被电连接，所以该反向电压被提供到开关电路。因此，如图4所示，在50端子处产生电压波形(图中画圆的部分)，存在由于检测到该电压波形ECU误判断为电机被再次接通的风险。

另一方面，因为在本实施例中电磁开关10的开关线圈16具有一个线圈，所以电机电路51和开关电路59可以被电分离。即，因为开关线圈16不与电机电路51连接，所以没有反向电压进入开关电路59。由此，如图5所示，因为没有反向电压提供到50端子19，所以ECU 29可以检测对50端子19提供的电动势设置为“0伏”，并且可以立刻判断出对50端子19的供电的停止。

Claims (6)

1.一种用于引擎的启动器，包括：

电机，其具有产生转矩的电枢，通过闭合设置在电机电路中的主触点从电池对所述电机供电；

输出轴，所述电机的转矩经由离合器传送到所述输出轴；

主动齿轮，其经由螺旋花键啮合与所述输出轴的外周连接；

开关线圈，通过闭合启动开关从电池对所述开关线圈供电；

活塞，其响应于所述开关线圈产生的磁力在所述开关线圈中移动；以及

电磁开关，其与所述活塞的运动联锁地断开和闭合所述主触点，并且经由变速杆沿反电机侧的方向推出主动齿轮，

其中，所述电磁开关由一个线圈组成，使得所述开关线圈和启动电路被电分离。

2.根据权利要求1所述的启动器，

所述电磁开关包括：

接触盖，其将所述主触点设置在内部；以及

用于供电的端子，利用从电池流出的电流对所述开关线圈供电，该用于供电的端子被固定到所述接触盖，

其中，所述开关线圈的一端连接到所述用于供电的端子，所述开关线圈的另一端连接到接地侧。

3.根据权利要求1所述的启动器，

所述启动器还包括：

驱动弹簧，其根据所述主动齿轮接触引擎的齿圈之后直到所述主触点闭合为止所述活塞的移动量存储推力，其中，所述主动齿轮被所述电磁开关向反电机侧方向推动，所存储的推力向经由所述变速杆向所述齿圈侧推动所述主动齿轮的方向作用，

其中，当将存储在所述驱动弹簧中的推力定义为开关推压力时，以100克或更小的质量形成所述主动齿轮，并将所述开关推压力设置为70牛顿以下，使得所述电磁开关的工作电流被设置为12安培或更小。

4.根据权利要求1所述的启动器，

永磁体被用于产生所述电机的磁场。

5.一种用于引擎的启动器的启动电路，包括：

电机，其具有产生转矩的电枢，通过闭合设置在电机电路中的主触点从电池对所述电机供电；

输出轴，所述电机的转矩经由离合器传送到所述输出轴；

主动齿轮，其经由螺旋花键啮合与所述输出轴的外周连接；

开关线圈，通过闭合启动开关从电池对所述开关线圈供电；

活塞，其响应于所述开关线圈产生的磁力在所述开关线圈中移动；

电磁开关，其与所述活塞的运动联锁地断开和闭合主触点，并经由变速杆沿反电机侧的方向推出所述主动齿轮，

电机电路，用于经由所述主触点将电流从电池传输到电枢；以及

开关电路，用于经由所述启动开关将电流从电池传输到所述开关线圈，

其中，用于使用来自电池的电流对所述开关线圈通电的用于通电的端子设置在所述开关电路中，并且控制所述启动器的启动的启动器控制设备连接在用于通电的端子和所述启动开关之间，使得启动器控制设备将提供到所述用于通电的端子的通电控制到预定值。

6.根据权利要求5所述的用于引擎的启动器的启动电路，

其中，所述启动器控制设备控制提供到用于通电的端子的通电，使得流到所述开关线圈的电流为12安培或更小。

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