CN103580433B - 用于起动装置的起动电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于起动装置的起动电机，具有在定子内的励磁绕组和在转动的电枢内的电枢绕组，所述电枢绕组可通过具有电刷的换向装置被通电。起动电机能选择性地以最大极数或以减少的极数运行。

Description

用于起动装置的起动电机

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机起动装置的起动电机，其具有在定子内的励磁绕组和在转动的电枢内的电枢绕组，其中，电枢绕组能够通过具有多个在刷握中的电刷的换向装置被通电。

背景技术

内燃机的起动装置是已知的，其具有用于驱动起动小齿轮的起动电机，该起动小齿轮可借助电磁致动器在回撤的非工作位置和轴向前推的接合位置之间被调整移动，在接合位置上该起动小齿轮与内燃机的齿圈啮合。作为起动电机，考虑由机动车的车载电网来供电的直流电机。

另外由US1399948公开了，为了驱动起动电机，可选择地安装两种不同的电池，每种电池通过一个开关装置与起动电机相连。

在减排减耗的过程中知道了再生系统，其中制动能量借助发电机被回馈入车载电网或蓄能器中。为了经济运行，发电机和蓄能器通常在提高的电压水平下工作。

发明内容

本发明基于以下任务，以简单措施使用于起动装置的起动电机与不同的蓄能器相匹配而不会出现效率损失。

根据本发明，该任务将利用一种用于内燃机的起动装置的起动电机来完成。

该起动电机被应用于内燃机的起动装置并且用于驱动起动小齿轮，该起动小齿轮可在非工作位置和与内燃机齿圈接合的接合位置之间调整移动。在接合位置，该起动小齿轮被起动电机驱动。该起动小齿轮的调整移动优选是轴向调整运动并且例如借助电磁起动继电器来执行。

该起动电机具有在定子内的可通电的励磁绕组以及在转动的电枢内的电枢绕组，其中，所述电枢绕组可通过具有多个在刷握中的电刷的换向装置来通电。起动电机可选择性地以最大极数或以减少的极数来运行，其中，在减少的极数的情况下，通电的励磁绕组的数量和与换向装置的集电器相接触的导电电刷的数量被限制至减少的极数。起动电机因此能按照两种不同运行模式来运行：其一，以全极数，在此情况下所有励磁绕组被通电，并且所有电刷也起效用于传导电流或将电流转至集电器；其二，起动电机可按照具有减少的极数的第二模式运行，此时在定子内只有一部分励磁绕组被通电，并且还只通过一部分电刷来传导电流。

此实施方式具有以下优点，当运行从最大极数切换至减少的极数时，电枢电阻显著增大，这尤其在供电电压变换的情况下不会导致所需要的起动电机的功率和转矩的损失且不会导致增高的热负荷或机械负荷。因此可以将不同的电压源用于起动电机的运行，其尤其是也可具有不同的电池内电阻，而不会不利地影响到起动电机的功率和转矩，而且还是照顾到足够高的热学安全性和机械安全性。

例如可行的是，通过传统的12伏车载电压网从常见的电池中给起动电机馈电，或者从第二电池(如锂离子电池)的第二48伏电压网中馈电，第二电池尤其可在低温下具有较高的内电阻。因此，车辆可以在不同的运行状态下可选择地通过12伏电池或48伏电池被起动。适当的是，在冷起动或初次起动时，起动电机由12伏车载电网供电，而不是由48伏车载电网供电，这是因为48伏车载电网因在低温下有高的内电阻而无法提供足够高的功率。而在较高温度时和/或在起-停运行中，48伏电网被用于起动该起动电机，因为48伏电池的内电阻在较高温度下显著减小且电压故障或功率故障比在通过12伏车载电网起动时低，从而车辆舒适性较高。

根据一个有利的实施方式规定，起动电机在减少的极数的情况下双极运行。与此相应，起动电机只以一个电刷对和只以两个励磁绕组运行，在此，这些电刷以180度相互错开。电枢绕组优选地实施为环线绕组(Schleifenwicklung)或导体绕组(Leiterwicklung)，其中电枢内每个槽的导体绕组数量相比于具有波形绕组的传统起动机得到提高，尤其是以一个等于最大极数与减少极数之比的倍数提高。因此，如果最大极数例如为6且减少的极数为2，则例如代替电枢内每个槽只有两个导体，电枢内每个槽有六个导体或者说六匝。通过此方式，补偿了在极数减少时的较差的导体绕组力矩形成。同时，在极数减少时的最终有效的电枢电阻显著较高，从而在较高的电压源上运行时电枢电流没有过度增大。相反，电枢电阻在最大极数时减小，从而在运行中在较低的电压源上有较高的电流在起作用。

该起动电机有利地以串联电机形式构成，此时所述励磁绕组相互并行且相对于电枢绕组串联。励磁绕组的北极和南极在周向上交替。最大极数例如为6，减少的极数为2；但原则上也可以考虑不同的极数，例如最大极数为4，或者在最大极数为6的情况下，减少的极数为4。

将电流传输至或转至电枢绕组利用换向装置来实现，换向装置具有刷握的对应于最大极数的电刷数量。如果起动电机以最大极数运行，则通过换向装置的所有电刷来通电。而在极数减少的情况下，与起动电机电枢上的集电器接触的导电电刷的数量相应减少。这例如通过以下方式实现：借助执行元件将一部分电刷调整移动到与集电器不接触的非工作位置中，而余下的电刷处于与集电器接触的工作位置上。而当以最大极数运行时，所有的电刷处于与集电器接触的工作位置上。通过例如设置在刷握上或调整刷握的执行元件，电刷相对于集电器的径向位置被调整。

在一个替代实施方式中也可行的是，所有的电刷都留在其在集电器周面上的位置上，取而代之的是停止对需移动到非工作位置的电刷的通电。这种做法的优点是，不需要用于径向调整移动该电刷或刷握的执行元件，取而代之的是只控制经电刷的通电。

附图说明

从其它权利要求、附图说明和附图中得到其它的优点和合适的实施方式，其中：

图1示出用于内燃机的起动装置，它具有起动小齿轮，该起动小齿轮在轴向上可通过起动继电器来调整移动并且可通过起动电机被驱动转动，

图2示出了用于起动电机的换向装置，其在刷握中具有共六个分布于周围的电刷，其中四个电刷可通过执行元件在径向上在与集电器接触的工作位置和与集电器不接触的非工作位置之间调整移动，

图3是具有六个电枢绕组的起动电机电枢的展开视图，其配属有带有六个电刷的换向装置，

图4是包括分布于周围的六个励磁绕组的电机定子的剖视图，

图5是励磁绕组接线的原理图,

图6-8是对应于图3-5的示意图，但是在起动电机仅以两个极运行时。

具体实施方式

在附图中，相同的构件带有相同的附图标记。

图1所示的用于内燃机的起动装置1具有起动小齿轮2，起动小齿轮为了起动该内燃机4而被置入与内燃机齿圈3的啮合中。起动小齿轮2以如用双箭头表示的那样可以轴向移动的方式支承在轴5上，其中，起动小齿轮2与轴5不可相对转动地联接。起动小齿轮2在回撤的非工作位置和与内燃机4的齿圈3相啮合的前推的接合位置之间通过起动继电器6被调整移动，起动继电器以电磁方式构成并且包括可通电的继电器绕组7和升降衔铁8，升降衔铁在继电器绕组7通电时被轴向吸合到继电器绕组中。升降衔铁8通过接通杆9在运动方面与起动小齿轮2相关联，从而升降衔铁8在静止位置和调整位置之间的轴向调整运动被转换成起动小齿轮2在非工作位置和接合位置之间的对应的轴向调整运动。

对轴5或起动小齿轮2的旋转驱动运动借助起动电机11来产生，起动电机通过传动装置12例如行星齿轮箱与轴5相联接。当操纵起动电机11时，该轴5和进而还有起动小齿轮2被置于旋转中。起动电机11以包括励磁绕组和电枢绕组的内转子直流串联电机的形式构成，这些绕组通过换向装置来通电。

起动装置1配设有调整设备或控制设备10，借此来控制起动继电器6和起动电机11的功能。

当升降衔铁8在起动继电器6的操纵期间做轴向调整运动时，当达到调整位置时通过开关机构与升降衔铁8的调整运动的运动关联而接通用于起动电机11的电流，从而起动电机11被置入运动中并且驱动轴5和起动小齿轮2转动。

起动装置1设有自由轮机构，该自由轮机构以滚子自由轮离合器14形式构成。接通杆9作用于弹簧元件13，弹簧元件对滚子自由轮离合器14的带动件15施以轴向力，其中滚子自由轮离合器14的支承轴环或滚子轴环16与带动件15共同作用并且该支承轴环16与起动小齿轮2一体构成。滚子自由轮离合器14允许在起动电机11的驱动方向上传递转动运动。但一旦在内燃机4起动后齿圈3的转速高到驱动方向倒转的程度，则通过滚子自由轮离合器14解除带动件15和支承轴环16之间的运动关联。

图2示出了用于起动电机11的换向装置20。换向装置20包括与以内转子电机形式构成的电机的电枢22不可相对转动的集电器21以及可径向移动地设置在刷握24中并与集电器21的周面接触的电刷23。通过电刷23，电流经集电器21被传递至电枢22内的电枢绕组。电刷23能在刷握24内执行径向间隙补偿并且有利地通过电刷弹簧朝向集电器21地被施力。

起动电机以六极电机形式构成并且相应地在定子内具有分布在周围的六个励磁绕组以及在对应的刷握24内均匀分布于周围的六个电刷23。起动电机能以不同的运行方式来运行，即，其一，以最大极数六，其二，以减少的极数二。六极运行在内燃机的冷起动或初次起动时进行，此时起动电机11的供电通过车辆内的具有12伏车载电压的第一电池来进行。而双极运行在较高温度下或起-停运行中进行，此时供电通过车辆内的具有48伏车载电压的第二电池来进行。在六极运行和双极运行之间的切换通过在换向装置20中的执行元件25如此进行，即，执行元件25如用双箭头所示地沿径向使电刷23或刷握24在电刷和集电器周面之间有接触的工作位置和电刷和集电器之间无接触的非工作位置之间调整移动。在六极运行中，所有的电刷处于与集电器接触的工作位置上，而在双极运行时配备有执行元件25的电刷23或刷握24在径向上被调整移动到抬离集电器21的非工作位置中。

总共六个电刷23或刷握24中有两个沿直径对置的电刷或刷握没有配设执行元件25，因而不仅在起动电机的六极运行中也在其双极运行中处于与集电器21周面接触的工作位置上。而另外四个电刷23或刷握24配备有执行元件25并且能如上所述地在径向上在与集电器21接触的工作位置和非工作位置之间被调整移动。

图3示出了处于展平状态的包含换向装置20在内的电枢22。电枢22具有电枢绕组26，其以环线绕组或导体绕组形式构成，其中电刷对的数量总是等于极对的数量。通过此方式保证在六极的实施方式中在一个导体环线中的电流方向在60°的电枢转动角度之后倒转，因而使电流换向。换向装置20相应具有六个电刷23，为了更好地理解，它们用数字1-6逐一编号。六个电刷23中，如以数字2所示，用数字2、3、5和6编号的四个电刷被构造为可沿径向在工作位置和非工作位置之间调整移动的电刷。如从图3和图6的对照中得到地，在六极运行中(图3)，所有的电刷23与集电器21的周面接触，而在双极运行(图6)时，只有沿直径对置的电刷1和4与集电器20接触。带有编号2、3、5、6的电刷处于非工作位置并且没有与集电器接触。

根据图2-5的六极运行对应于在12伏电池上的冷起动。电枢构造有导体绕组26的构造方式和布线方式使电枢总电流分到六个并行电流路径上，其中每个独立的电流路径由三个前后接线的导体环线构成。

图4示出了定子30，在其内壁上设有包括励磁绕组32的径向内凸的承载齿31。总共有六个励磁绕组32均匀分布于内周，它们被通电，使得北极和南极沿周向交替。图5示出了属于定子30的励磁绕组32布线图。六个极彼此平行且相对于电枢22串联，从而是一种串联机器。

因为在导体绕组情况下的并行电流路径的数量与包括波形绕组的传统起动机相比提高到三倍，故电枢22内的绕组匝数被提高到3倍，从而每个槽共有六个导体。通过此方式，导体绕组的较差的力矩形成得以补偿。

在起动电机的在热起动时或在起-停运行中以48伏特电池进行的双极运行中，带有编号2、3、5、6的电刷23处于非工作位置。另外，如图7和图8所示，只有定子30内的带有编号1、4的沿直径对置的两个励磁绕组32由电压源33供电，该电压源在根据图3-5的实施例中是12伏电池，而在根据图6-8的实施例中是48伏电池。因为只有两个沿直径对置的电刷与集电器接触且传导电枢总电流，故在导体环线内的电流方向不再在60°之后倒转，而是在180°之后才倒转。这种布线方式使电枢总电流分到两个并行电流路径上，其中每个单独的电流路径由现在总共11个前后接线的导体环线构成。由此，最终有效的电枢电阻显著增大且通过此方式确保在以48伏电压源运行时电流不会过度增大。

因为同时在定子内只还有一个极对起效，即带有编号1和4的沿直径对置的励磁绕组，故保证了力只在一个旋转方向上作用，并且产生一个大于零的最终转矩。通过将六个电流路径减少到两个电流路径，在励磁绕组内的电流增大到3倍，从而在电枢电流保持不变的情况下，总磁通势至少近似保持不变。通过这种方式，可以通过较大的电流至少近似补偿在双极运行中的较差的力矩形成。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的起动装置(1)的起动电机，具有在定子(30)内的励磁绕组(32)和在转动的电枢(22)内的电枢绕组，其中，所述电枢绕组能够通过具有多个在刷握(24)中的电刷(23)的换向装置(20)被通电，其特征在于，所述起动电机(11)通过具有不同电压水平的两种不同的电池供电，使得所述起动电机(11)能够选择性地通过两种不同的电池来运行并且能选择性地以最大极数或以减少的极数运行，其中，在减少的极数的情况下，被通电的励磁绕组(32)的数量以及与换向装置(20)的集电器(21)接触的导电电刷(23)的数量相应地减少，其中，所述起动电机(11)在以较低的车载电压运行时以最大极数来运行，并且在以较高的车载电压运行时以减少的极数来运行，其中，至少一部分电刷(23)在与集电器(21)接触的工作位置和不与集电器(21)接触的非工作位置之间能够被调整移动。

2.根据权利要求1所述的起动电机，其特征在于，所述起动电机(11)为串联电机。

3.根据权利要求1或2所述的起动电机，其特征在于，所述最大极数为6，所述减少的极数为2。

4.根据权利要求3所述的起动电机，其特征在于，在减少的极数的情况下，两个沿直径对置的电刷(23)将电流传输至所述换向装置(20)的集电器(21)。

5.根据权利要求1或2所述的起动电机，其特征在于，所述电枢绕组为导体绕组。

6.根据权利要求5所述的起动电机，其特征在于，每个槽的导体绕组的数量与极数相当。

7.一种运行根据权利要求1至6之一所述的起动电机的方法，其特征在于，所述起动电机(11)在以较低的车载电压运行时以最大极数来运行，并且在以较高的车载电压运行时以减少的极数来运行。

8.一种用于内燃机的起动装置，包括根据权利要求1至6之一所述的起动电机(11)。