CN103229410A - 用于电机的电路装置、电路装置的方法、起动装置 - Google Patents

Abstract

描述了用于电机（2）的电路装置（1），尤其是用于在机动车中起动内燃机（15）的起动电动机（2），具有用于限制电机（2）的接通电流的限流装置（3）。为了尽可能可靠地避免在借助电机进行内燃机的起动过程时的电压扰动，设置有用于桥接限流装置（3）的桥接装置（4），其中桥接装置（4）能够直接连接到电压源（10）的高电势。

Description

用于电机的电路装置、电路装置的方法、起动装置

技术领域

本发明涉及用于电机、尤其是用于在机动车中起动内燃机的起动电动机的电路装置，具有用于限制电机的接通电流的限流装置。本发明还涉及用于运行尤其是前面描述的、用于电机、尤其是用于起动机动车内燃机的起动电动机的电路装置的方法，所述电路装置具有用于限制电机的接通电流的限流装置。此外，本发明还涉及用于起动机动车中内燃机的起动装置，具有上面描述的电路装置、起动电动机和用于限制电机的接通电流的限流装置。

背景技术

具有用于起动内燃机的起动电动机的起动装置是已知的。为了接合（Einspuren）已知的是，例如通过接合继电器的馈电绕组限制起动电动机的电流，以便使起动电动机容易开动并且由此无磨损地将起动电动机的起动器齿轮接合到内燃机的齿环中。

在越来越多地用在机动车中的起动-停止系统中，在车载电网中的高电压扰动基本上通过使用用于起动内燃机的电机而引起。这在车辆的冷起动时是无问题的。在起动-停止运行中，电压扰动影响已经激活的其它电设备，这些电设备或者短暂地被关断或者被复位，这被驾驶者感觉为干扰。为了将电压扰动最小化，设置有用于起动电动机的限流装置，通过该限流装置可以开动起动电动机并且接着桥接该限流装置。

本发明的任务是，改进开始所描述类型的电路装置、用于运行电路装置的方法和起动装置，使得尽可能可靠地避免在借助电机的内燃机起动过程中的电压扰动。

发明内容

该任务按照本发明通过权利要求1、9和10的主题所解决。从属权利要求定义了本发明的优选改进方案。

本发明的思想是，利用由有源和无源器件构成的附加电路来补充并且布置该电路装置，使得更好地避免电机的启动电流并且由此避免在车载电网中的电压扰动。因此，本发明的思想是，设置用于电机的启动电流限制装置，其可靠地使用在内燃机的起动时并且也可靠地被桥接，以便给起动电动机加载最大电压。为了可靠并且与其他有源和/或无源器件无关地连接桥接装置，可以优选地将桥接装置连接到电压源的高电势。由此避免，在该桥接装置上降落过小的、例如在2-4伏范围中的电势，该电势会影响在大的运行范围上的可靠连接。本发明的电路装置因此规定，桥接装置因此直接施加在电流回路中的电压源上并且必要时可与电机串联连接。

按照优选的实施方式，该电路装置被构造为具有带有单功能的第一开关装置和带有双功能的第二开关装置，其中尤其是第二开关装置被构造为电流回路开关装置并且被构造为机械接合装置。限流装置包括对电机接通电流进行限流的启动电阻或者串联电阻。这具有如下优点：在给定数量的有源器件作为优选被构造为继电器的开关装置的情况下，它们可以根据所要求的预定参数和要求被相应地配备以功能。在此，各个功能可以不同地被分配并且不同地被实施，如下面阐述并且描述的那样。第一和第二开关装置可以强制性或者基于电子部件并且基于电路装置被相继或者同时通电。在此，第一和第二开关装置的通电顺序可以根据该命名或者反过来地并且依据实施方式地来设置。

按照另一优选的实施方式，第二开关装置被构造为桥接装置。这对以下应用是有利的：例如应当首先对起动电动机加速一次以便接合到旋转的内燃机的惯性运行的齿环中，并且然后借助第二开关装置来被接合，并且接着为了起动而以最大电流和电压来加载起动电动机，以便又起动内燃机。

按照代替的实施方式，将第一开关装置构造为桥接装置。这具有的优点是，利用第二开关装置首先将起动器齿轮接合到内燃机的齿环中并且接着又以通过限流装置限制的电流使起动电动机继续转动，在此之前起动电动机短时地例如通过第二开关装置的馈电绕组被开动。此后，起动电动机通过闭合第一开关装置的电流回路最大地被加载电压。也可能的是，接通电流首先通过第二开关装置的馈电绕组和限流装置（也即串联电阻），其中只要第二开关装置闭合电流回路，馈电绕组就转接到保持绕组上。

为了使桥接装置更可靠地在宽的运行范围上、也即在低和以及还在高的运行温度情况下无误地工作，优选可将桥接装置与尤其是在电机上降落的电压连接。由此，桥接装置不再如迄今已知的那样是在低压范围中的分压器。桥接装置可借助电压源的全电势来开关。

按照改进本发明的一种实施方式，第二开关装置被布置用于闭合带有针对启动电流的限流装置的电流回路，其中按照方法首先被接合。由此起动电动机首先通过第二开关装置通电，接着通过电流源的电压给起动电动机加载更高的电压，在其中在电流源和起动电动机之间连接有桥接装置的串联电阻。在第三步骤中，通过第一开关装置的开关桥接该串联电阻并且该起动电动机给起动装置施加全电势。

为了将用于克服电压扰动的时间延迟保持得尽可能短并且精确设定，按照另一优选的实施方式，电路装置被构造为具有延迟装置、尤其是具有开关装置、优选特定于应用的芯片，特别优选的是微计算机控制的延迟装置被设置在电路装置的电流回路中。

为了尽可能可靠地设计功能流程，第一开关装置由第二开关装置强制控制或者尤其是反过来连接，特别优选的是，能够借助接通和断开开关操控第一和第二开关装置。该接通和断开开关例如被构造为电子开关，其与钥匙开关或起动按钮连接，并且只要被闭合，就应当执行起动过程。接通和断开开关可以由起动-停止控制装置来操控。开关作为强制控制具有如下优点：电路装置可以无故障地在大的运行范围中工作。

按照改进本发明的实施，利用限流装置、也即串联电阻能够调整对桥接装置、尤其是第一开关装置的电感特性的影响。因此通过该串联电阻可以调整桥接装置的接通持续时间。

为了尽可能与起动电动机无关地构造电路装置并且由此提供组装箱系统，将第一开关装置和/或第二开关装置和/或针对起动电动机的限流装置构造为可单独布置的结构单元。因此，开关装置和限流装置可以单独地针对每个所要求的应用情形例如组合并连接为组装箱系统。

为了提高功能安全性，优选的是，在桥接装置的电流回路中连接防电流逆流装置，尤其是二极管。由此避免了，由于在关断电机时的电感而又激活第一和/或第二开关装置并且对电机通电。

为了精确地定义接通延迟并且由此保证尽可能无磨损的运行，优选可以通过合适地选择开关装置的电感和电阻来调整开关装置的接通延迟，其中所述开关装置尤其是被构造为开关继电器。

为了尽可能可靠地利用尽可能高的电势来开关桥接装置，优选可以将桥接装置直接连接到地，尤其是与第二开关装置的馈电绕组串联连接，可替换地，特别有利的是将桥接装置通过具有单功能的第三开关装置强制控制地连接为带有单功能的第一开关装置。该桥接装置因此在电流回路中与其余的有源器件去耦并且由此可以非常可靠地开关。

该任务也通过用于运行电路装置的方法来解决，其中电机在启动时的接通电流借助限流装置来受到限制并且接着该限流装置利用桥接装置被桥接，其中借助电压源、尤其是电机的电压源的高电势来直接加载该桥接装置。

这如上已经阐述的具有优点：桥接装置可靠地在宽的运行范围上工作并且在桥接装置上不出现不同的或者过低的电压，所述电压会使得可靠的开关受到威胁。因此，与已知的带有桥接装置的电路装置不同，在桥接装置上出现较高的、在9-12伏特范围中的电压。

该任务也通过用于起动内燃机的起动装置经过以下方式解决，即起动装置具有用于桥接限流装置的桥接装置，其中可借助电压源的高电势来开关该桥接装置。这种起动装置可以可靠地在宽的温度运行范围上使用并且因此由于稳定的电势电压保证了稳定的开关特性。在迄今建议的解决方案中，该电压在起动过程期间是不同的，或者说该电压被降低到了使得桥接装置的可靠开关不完全能够被保证的程度。

可以理解，前述的和后面还要阐述的特征不仅仅可以以分别说明的组合、而且也以其他组合被使用。

附图说明

下面参照附图进一步阐述本发明。其中：

图1示出电路装置的示意性电路图，

图2示出按照第二实施方式的电路装置的示意性电路图，

图3示出第三电路装置的示意性电路图，

图4示出第四电路装置的示意性电路图，

图5示出第五电路装置的示意性电路图，

图6示出第六电路装置的示意性电路图，

图7示出第七电路装置的示意性电路图，

图8示出第八电路装置的示意性电路图。

具体实施方式

图1示出了电路装置1连同电机2的示意性电路图。电路装置1连同电机2构成用于起动内燃机15的起动装置17。该电机为此是起动电动机2。电路装置1包括作为限流装置的串联电阻3和桥接串联电阻3的装置4。该桥接装置4是开关装置，其优选由于非常高的电流而优选被构造为继电器。电路装置1包括两个继电器，即第一开关装置5和第二开关装置7。第一开关装置5通过开关6被操控。开关6例如是与起动按钮连接的点火钥匙开关或电子开关，或者是被起动-停止控制装置激活或者停用的开关。第一开关装置5闭合开关接触部51，以便对电机2和第二开关装置7施加电压。第一继电器5因此首先被通电并且被闭合并且接着第二继电器7被通电并且被闭合。第一开关装置5优选通过电压源、也即电池10的全电势来开关。第一开关装置5因此负极置于地电势E，而正极置于电势U。

第二开关装置7优选具有双功能。它一方面是带有开关接触部71的电流回路开关装置，并且它还是机械接合装置，以便将起动齿轮25接合到内燃机15的齿环18中并且从其中脱出。第二开关装置7包括高欧姆的馈电绕组14和低欧姆的保持绕组13。馈电绕组和保持绕组连接在电池10的最大电势U和地电势E之间。馈电绕组14与起动电动机2串联连接。因此起动电动机2容易被开动，以便起动齿轮25至齿环18中的接合过程无损耗地进行。在开关接触部51闭合的情况下，起动电动机2也通过串联连接的串联电阻2来被通电。因此，当例如由于起动-停止运行而起动电动机2应当被加速以便接合到内燃机15的旋转惯性运行的齿环中时，起动电动机2可以被加速到一定转速。为此，可选地由未示出的控制装置适时地操控第二开关装置7，其中所述控制装置出于简化的原因被取消。一旦第二开关装置7接合了起动齿轮25，第二开关接触部71就被闭合，其由此桥接串联电阻3。在开始被加载了较小电压的起动电动机2现在被加载电池10的最大电势U。在该情况下电压扰动被最小化或者消除，因为起动电动机已经启动并且达到了相应的转速。作为桥接装置4的第二开关装置7可靠地开关，因为开关装置直接连接在高的、电池10的最大电势U上。因此，保证本发明电路装置的稳定的功能。

图2示出了可代替的本发明电路装置，其中带有单功能的第一开关装置5与图1中不同被构造为限流装置3的桥接装置4。因此当开关接触部51闭合时其桥接串联电阻3。第二开关装置7常规地被开关，其方式是，该开关装置通过馈电绕组14开动起动电动机2并且通过开关接触部71闭合电流回路，使得起动电动机在绕开馈电绕组14的情况下被加载较高的电压。因此根据本发明，附加地连接限流装置3并且与起动电动机2串联和与馈电绕组14并联地连接第一开关装置5。第一和第二开关装置5，7共同地借助开关6被激活和停用。可选地，当由于第一开关装置5的电感而快速地开关第一开关装置5时，可以在第一开关装置5之前连接延迟装置30。借助延迟装置30可以设定：当起动电动机2被加载最大电压、即电势U时，起动电动机2被足够地通电，以避免电压扰动。

延迟装置的任务也可以通过精确确定的第一开关装置5的电感而产生，该电感确定开关接触部51的开关时间。但是为了例如补偿第一开关装置5的取决于温度的特性，可以设置延迟装置30。

图3示出了可代替的、电路装置的第三实施方式。在该电路装置1中，第一开关装置5的开关接触部51首先闭合带有串联电阻3的起动电动机2的电流回路。第一开关装置5与起动电动机2串联地连接并且与第二开关装置7的馈电绕组14并联地连接。第二开关装置7除了接合功能之外也在第二功能中用作桥接装置4并且因此在开关接触部71上桥接串联电阻3的闭合的电流回路。为了精确调整串联电阻3的桥接并且因此精确最小化电压扰动，在第二开关装置7之前连接延迟装置30。利用该电路装置可以如在按照图1的电路装置中一样地将起动电动机2例如为了接合到内燃机15的旋转惯性运行的齿环18中而加速到某转速，并且借助相应的控制装置在期望的或者计算的时间通过操控开关装置7来接合起动齿轮25。可选地，为了操控第一开关装置5而前接另一控制装置，以便例如在冷起动的情况下对第一开关装置进行操控或者停用，如果电压扰动无关紧要的话。

图4示意性示出了第四电路装置1的电路图。如在图1至3的电路装置中一样，馈电绕组14与起动电动机2串联连接。在该实施方式中，第一开关装置5被布置为串联电阻3的桥接装置4并且与起动电动机并联与馈电绕组14和串联电阻3串联连接。由第二开关装置7闭合的开关接触部71因此是用于起动电动机2的主开关，如在图2中一样。被延迟的开关时间通过第一开关装置5的电感来调整。继电器7首先被闭合，并且接着继电器5被通电并且由此被闭合。

图5示出了第五电路装置1的示意性电路图。在该电路装置中，桥接装置4如图4中一样是第一开关装置5，区别在于，该第一开关装置5直接处于电势U并且由此可通过图1中所示电池10的全电势来连接。由此，保证了桥接装置4的更加稳定和可靠的连接。串联电阻3与第二开关装置7的馈电绕组14串联连接。第二开关装置7的开关接触部71如在第四电路装置1中一样用作起动电动机2的主开关。因此，在闭合开关接触部71时，其同时通过前接的串联电阻3和第一开关装置5对起动电动机2通电。作为桥接装置4的第一开关装置5时间上延迟地桥接了串联电阻3。由此，尤其是对于起动-停止运行如所希望的一样避免了电压扰动。这些开关状态的流程被依据开关6的闭合地强制控制。继电器7、即第二开关装置7因此首先被通电并且闭合开关接触部71，然后对继电器5、即第一开关装置5通电，第一开关装置5然后闭合开关接触部51。

图6示出了第二实施方式的另一构造。电路装置1与图2的电路装置不同地被构造为具有二极管9作为第一开关装置5的防电流逆流装置。由此避免了，在关断起动电动机2时不会由于第一开关装置5和第二开关装置7的电感而又对第一和第二开关装置通电，这里尤其是馈电绕组14。开关接触部71不会又闭合，这否则会导致起动电动机2的错误运行并且由此会导致起动器装置的提高的损耗或者损坏。

图7相应于图3示出了可代替的第七电路装置。这里，也设置有延迟装置30，以便延迟地闭合起动电动机的主电流回路的主开关。这里，该主开关是第一开关装置5的开关接触部51，其如在图1、4和5中一样通过最大电势来被加载。第一开关装置5因此是桥接装置4，第二开关装置7通过馈电绕组14短暂开动起动电动机2，并且进一步经由串联电阻3通过闭合开关接触部71对起动电动机2通电。

图8示出了带有第三开关装置19的第八电路装置，该第三开关装置与起动电动机2并联并且与第二开关装置7的馈电绕组14串联连接。第二开关装置7利用开关接触部71将起动电动机2的主电流回路闭合。第三开关装置19将开关接触部20闭合，该开关接触部20将第一开关装置5的电流回路闭合，使得第一开关装置5直接处于电池10的电势。第一开关装置5因此被通过第三开关装置19强制控制。第一开关装置5被布置为用于桥接串联电阻3的桥接装置4。利用开关6如已知地一样控制电路装置1。第三开关装置19与起动电动机2并联连接。

所有按照本发明的电路装置描述了用于桥接电机的限流装置的、稳定开关的开关装置。所有的图仅仅示出了示意性的不合乎比例的示图。此外，尤其是主要参照针对本发明的图绘的示图。

Claims (10)

1. 用于电机（2）、尤其是用于在机动车中用于起动内燃机（15）的起动电动机（2）的电路装置（1），具有用于限制电机（2）接通电流的限流装置（3），具有用于桥接限流装置（3）的桥接装置（4），其中桥接装置（4）能够直接连接到电压源（10）的高电势。

2. 根据权利要求1所述的电路装置（1），其特征在于，电路装置（1）被构造为具有带有单功能的第一开关装置（5）和带有双功能的第二开关装置（7），其中尤其是第二开关装置（7）包括电流回路开关装置和机械接合装置。

3. 根据权利要求1或2所述的电路装置（1），其特征在于，桥接装置（4）被构造为第二开关装置（7）和第一开关装置（5），或者尤其是第一开关装置（5）被构造为桥接装置（4），其中进一步优选的，第二开关装置（7）被布置为用于闭合带有针对启动电流的限流装置的电流回路，其中按照方法首先被接合。

4. 根据权利要求1至3之一所述的电路装置（1），其特征在于，延迟装置尤其是被构造为具有开关逻辑、优选特定于应用的芯片，特别优选的是微计算机控制的延迟装置被构造在电路装置的电流回路中。

5. 根据权利要求1至4之一所述的电路装置（1），其特征在于，第一开关装置（5）由第二开关装置（7）强制控制或者尤其是反过来连接，特别优选的是，能够借助接通和断开开关来操控第一开关装置（5）和第二开关装置（7）。

6. 根据权利要求1至5之一所述的电路装置（1），其特征在于，利用限流装置能够调整对桥接装置、尤其是第一开关装置（5）的电感特性的影响。

7. 根据权利要求1至6之一所述的电路装置（1），其特征在于，将第一开关装置（5）和/或第二开关装置（7）和/或针对起动电动机（2）的限流装置（3）构造为可单独布置的结构单元。

8. 根据权利要求1至7之一所述的电路装置（1），其特征在于，能够通过选择开关装置（5、7、19）的电感和电阻来调整接通延迟，其中所述开关装置尤其是被构造为开关继电器。

9. 用于在机动车中运行针对电机（2）的电路装置（1）、尤其是根据权利要求1至8之一所述的电路装置（1）的方法，所述电机尤其是用于起动内燃机（15）的起动电动机（2），具有用于限制电机（2）的接通电流的限流装置（3），和用于桥接限流装置（3）的桥接装置（4），其中在启动时电机（2）的接通电流借助限流装置（3）来加以限制并且接着利用桥接装置（4）来桥接限流装置（3），其中借助电压源（10）、尤其是电机（2）的电压源（10）的高电势直接加载桥接装置。

10. 用于起动机动车中的内燃机（15）的起动装置（17），具有尤其是根据权利要求1至8之一所述的电路装置（1），具有起动电动机（2）并且具有用于限制起动电动机（2）的接通电流的限流装置（3），和具有用于桥接限流装置（3）的桥接装置（4），其中能够借助电压源的高电势来直接连接桥接装置（4）。

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