CN105050877A - 可变通量式起动机和切换系统 - Google Patents

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Abstract

可变通量式起动机和切换系统(222、222-1)包括：具有电机励磁绕组的第一和第二部分(74a、74b)的起动电机(234)；能够选择性地发出起动机启动信号和期望的通量水平信号(68、70)的控制单元(150、150-1)；在发出起动机启动信号(68)之后可在打开和闭合位置之间移动的电机通电开关(76)；以及在发出通量水平信号(70)之后在默认和启动操作状态之间转变的调节装置(84、84-1)，调节装置(84、84-1)具有可移动的阻挡构件(94b)和可相对移动的接触构件(86、88)，并且在默认和启动操作状态之一下，阻挡构件(94b)可允许或阻挡接触构件(86、88)之间的电接触。当允许接触构件(86、88)之间的电接触时，通过闭合的电机通电开关(76)的电流大体上绕过电机励磁绕组部分(74b)，并且在被阻止时，被引导通过两部分(74a、74b)。此外，提供用于改变起动电机通量水平的方法。

Description

可变通量式起动机和切换系统
相关申请的优先权要求
本申请要求2013年3月15日提交的名称为“可变通量式起动机和切换系统”的美国临时专利申请序列号61/791,362的优先权，其全部公开内容通过引用明确地合并于此。
背景技术
本发明涉及包括内燃机的车辆，更具体地，涉及与这类车辆联用的起动机和它们的切换系统。
常规的内燃机车辆在最初起动内燃机时利用起动机。通常，电池为起动电机供电，起动电机转动飞轮并由此使发动机运转。螺线管通常用于移动小齿轮，使其与被固定到发动机飞轮上的齿圈接合或断开接合。起动机在一小段时间内为发动机提供转矩，直到发动机开始正常操作并且不再需要其辅助。
在常规车辆中，将在最初起动发动机时使用起动机，并且发动机将继续运转，直到操作者故意停止发动机。此外，许多车辆已开始使用停止-起动系统，其中，车辆的电子控制单元基于车辆的操作情况故意停止发动机，随后基于车辆的操作情况快速重新起动发动机。在许多车辆中，当作为停止-起动系统的一部分的ECU在停止发动机之后自动地重新起动发动机时也使用用于最初起动发动机的相同起动机组件。
当使车辆停止时或者当车辆的向前推进力完全由牵引电机提供时，混合动力车辆通常利用停止-起动系统使内燃机暂停操作，但这类停止-起动系统也用于完全依赖内燃机来推进的非混合动力车辆。在这类非混合动力车辆中，当刹车并且车辆正在停止时或者当车辆已停止时停止-起动系统通常将停止发动机的操作，并且必须快速重新起动内燃机以恢复动力车辆的移动。
在基于起动机的停止-起动系统中，起动机必须快速地重新起动内燃机，以确保可接受的车辆驾驶性能，尤其是在内燃机作为单独的推进动力源的非混合动力车辆中。停止-起动系统可具有“思维改变(change-of-mind)”能力，由此能够在发动机操作已停止并且飞轮仍惯性地旋转时非常快地重新起动发动机。在这类基于起动机的停止-起动系统中，起动机通常将具有能够接合与飞轮耦接的齿圈的小齿轮，由此重新起动发动机。这类起动机可具有被称作同步设计的结构，其中，感测小齿轮和齿圈两者的转速并且小齿轮仅当两个齿轮的速度同步时才与齿圈接合。
图1示意性地描绘具有起动机和切换系统22的车辆20。车辆20包括内燃机24和将转矩从发动机24传送到从动轮28的传动系统26。虽然所描绘的车辆20是前轮驱动轿车，但车辆可以具有包含常规式或停止-起动式内燃机的任何动力系统配置或混合动力系统。此外，如所描绘的，车辆20可以是具有根据现有技术的或更加本发明的起动机和切换系统22的车辆；下面进一步提供对后者的详细描述。换言之，起动机和切换系统22是通用的。
在车辆20中，齿圈30被安装在与发动机24的驱动轴耦接的飞轮的外周上。车辆20的起动机和切换系统22包括用于在起动发动机24时旋转飞轮的通用起动机组件32。起动机组件32包括具有励磁绕组、电枢或转子的电机34、电枢轴、换向器、碳刷、支撑框架和电机外壳。电枢和换向器被安装在电枢轴36上，电枢轴通过过速离合器40耦接到小齿轮轴38。
起动电机34通常是有刷直流电机并且以常规方式操作，其中，励磁绕组形成静电磁场。当电枢旋转时，多个换向器区段接触不同的电刷并且倒转极性，由此致使电枢持续旋转。场和电枢绕组可形成串激电机、并励电机或复激电动机，这是本领域普通技术人员熟知的。
小齿轮42被安装在起动机组件32的小齿轮轴38上，并且可选择性地与齿圈30接合。通过起动机组件32的螺线管44，小齿轮42随小齿轮轴38沿轴向转移，与齿圈30接合和断开接合，该螺线管44通过包括细长的小齿轮拨杆46的连杆组件作用于小齿轮轴38和小齿轮42。合适的直流电流源，例如，诸如，常规的12V汽车电池48，用于通过起动机切换系统为起动电机34和螺线管44提供电功率。
可以注意到，图1是通用的起动机和切换系统的简化示意图。例如，未示出包括车辆20的点火开关和空档安全开关，该空档安全开关防止点火开关在车辆20正常运转时启动起动电机34。车辆20还包括电子控制单元(“ECU”)50，其利用继电器或其他合适的切换机构控制起动机组件32的起动电机34和螺线管44的操作。ECU50接收指示车辆系统状态的信号，并且发出相应的控制信号，以产生应答的车辆操作或防止某些操作，这将是本领域普通技术人员容易明白的。通常，起动机继电器开关52连接到螺线管44和电机34的励磁绕组两者。ECU50的输出信号控制起动机继电器开关52的操作，以选择性地打开和闭合电池电路，从而使起动机组件32的电机34和螺线管44通电和断电。
一旦发动机24开始运转，小齿轮42就与齿圈30断开接合。但是，在断开小齿轮42之前，发动机的速度可能超过起动电机34的电枢的速度，并且过速离合器40在这种情形中防止起动电机34受损。过速离合器40沿一个旋转方向将转矩从起动电机34传送到小齿轮42，但是飞轮沿相反方向阻止齿圈30将转矩传送到起动电机34的电枢。因此，如果发动机24以高于起动电机电枢的速度的速度运转，同时小齿轮42与齿圈30接合，则过速离合器40将容许小齿轮轴38和小齿轮42以比电枢轴36的速度快的速度旋转，其中，电枢可旋转地固定到电枢轴上。在起动电机和齿圈之间使用过速离合器是本领域普通技术人员已知的，并且所示的过速离合器40以常规方式操作，从而防止将转矩从齿圈30传送到起动电机34的电枢。
起动机螺线管44包括线圈54，线圈54在通电时吸引螺线管可动铁芯56并且相对于螺线管外壳55沿轴向向内电磁地压动螺线管可动铁芯56，螺线管外壳被固定到起动电机外壳，从而使得螺线管可动铁芯56和电枢轴36的轴线大体平行。如上所述，螺线管44用于通过细长的拨杆46沿轴向转移小齿轮42的位置，使其与齿圈30接合和断开接合。在它的两个相反端部中的第一端处，拨杆46销接到螺线管44的可动铁芯56或者销接到从可动铁芯56延伸出的突起58上。可动铁芯突起58可以是由螺线管可动铁芯56承托的弹簧偏置式小齿轮接合跳动装置60。拨杆46在其中点附近被可枢转地安装到起动机框架62上，并且在其两个相反端部中的第二端处，经由围绕轴放置的滑动套管63与电枢轴36或小齿轮轴38耦接在一起。
通过压缩螺线管复位弹簧64，相对于螺线管外壳55沿向外的轴向方向偏置螺线管可动铁芯56。当拨杆46在其中点附近可枢转地连接到起动机框架62时，螺线管复位弹簧64朝向电机34沿轴向向内地偏置小齿轮42，并且将其偏置到起动机的完全收缩的原位置，这在图1中示出。在起动机的原位置，小齿轮42沿轴向远离齿圈30并且不能与其交缠。当螺线管线圈54通电时，螺线管可动铁芯56克服螺线管复位弹簧64的偏置力被沿轴向电磁地拉入螺线管外壳55中。因此，拨杆46被小齿轮接合跳动装置60推动，以围绕其中点枢转，并通过套管63推动小齿轮42，使其沿轴向向外远离起动电机34并到达起动机的伸展的接合位置，在该位置，小齿轮42与齿圈30接合。
在起动机接合期间，当滑动套管63朝向齿圈30转移时，过速离合器40和小齿轮42将也朝向齿圈30转移。当螺线管可动铁芯56沿轴向被电磁地拉入螺线管外壳55中时，如果小齿轮42的齿最初未与齿圈30的齿啮合，则小齿轮接合跳动装置60的跳动弹簧66将收缩并通过拨杆46向滑动套管63施加朝向齿圈30推动小齿轮42的偏置力。一旦小齿轮和齿圈的齿对齐以容许它们的齿啮合，跳动弹簧66通过拨杆46施加在滑动套管63上的偏置力就将压动小齿轮42使其与齿圈30啮合接合。为了起到类似的作业，小齿轮接合跳动装置60及其跳动弹簧66可替代性地位于电枢轴36上。滑动套管和/或具有跳动弹簧的小齿轮接合跳动装置的这种使用是本领域普通技术人员熟知的。
图1示出了在螺线管复位弹簧64的影响下处于其伸展位置的断电的螺线管44的螺线管可动铁芯56，由此将小齿轮42压动到起动机的完全收缩的原位置，在该位置，小齿轮42沿轴向远离齿圈30并与其打开接合。当螺线管线圈54断电时，螺线管复位弹簧64相对于螺线管外壳55朝向螺线管可动铁芯56的伸展位置沿轴向向外地压动螺线管可动铁芯56，由此致使拨杆46围绕其枢转点旋转并朝向电机34推动滑动套管63，从而移动小齿轮42使其与齿圈30断开接合并将小齿轮42推至起动机的收缩的原位置。在起动机的原位置，电枢轴36上的机械止动件(未示出)与滑动套管63形锁合地接合，以限制其沿该轴朝向电机34的轴向向内行进。小齿轮42的远离电机34的轴向向外行进可类似地受机械止动件限制，以建立起动机的完全伸展的接合位置。
在起动机的接合位置，当螺线管线圈54通电时，螺线管可动铁芯56位于其完全收缩位置。当螺线管可动铁芯56到达其完全收缩位置时，杆臂46已经将起动电机34朝向起动机的完全伸展的接合位置沿轴向向外地移动远离小齿轮轴38和小齿轮42，在该接合位置，小齿轮42将与齿圈30交缠。当起动电机34断电并且小齿轮42不旋转时，如当起动不旋转的发动机24时，可进入起动机的接合位置。替代性地，当起动电机34通电并且小齿轮42受迫旋转时，如当飞轮在惯性负荷下仍旋转的同时重新起动发动机24时，可进入起动机的接合位置。例如，在一些现有的起动机系统中，当起动机进入其接合位置以重新起动发动机24时，旋转的小齿轮的速度与仍旋转的齿圈的速度基本同步。无论起动机接合时起动电机是否旋转，一旦小齿轮和齿圈交缠，它们就在起动机用曲柄起动发动机时一起加速。通常，起动机的曲柄起动速度由供应到起动电机励磁绕组的功率和用曲柄起动发动机所需的转矩水平决定的。对于供应到起动电机励磁绕组的指定功率水平，曲柄起动速度和起动机转矩之间发生折衷。因此，可调整功率、速度和转矩，以改善车辆起动机系统的性能。
例如，发生于车辆操作者最初起动发动机时的冷发动机起动通常处于发动机油黏稠并且汽缸中的燃料不如发动机刚刚进行了操作时那么容易蒸发的情况下。在冷起动期间用曲柄起动发动机不如暖起动时容易，并且不那么容器打火。因此，与软起动期间相比，冷起动期间通常产生更高的转矩和更长的曲柄起动时间。在暖起动期间，发动机油不那么黏稠，并且发动机燃烧室中的燃料将更容易蒸发和燃烧。与冷起动相比，在暖起动期间，通常产生相对短的曲柄起动时间，并且需要较小的曲柄起动转矩，这是需要快速重新起动的具有停止-起动能力的车辆尤其期望的。因此，起动机可帮助重新起动的发动机更迅速地再次达到操作速度。
对于一些车辆应用，尤其是具有停止-起动系统的那些，期望的是提供能够为起动电机34提供可变通量的起动机和切换系统22，由此可选择和/或获得不同的起动机转矩、速度和功率特性。在这些起动机和切换系统中可通过短路起动电机励磁绕组的一部分来控制起动机通量，并且这类可变通量的起动机和切换系统通常已知具有暖起动能力。图1所示的通用起动机组件32可以是具有暖起动能力的可变通量型组件。
参照图2A和2B可最佳地理解根据现有技术的具有暖起动能力的可变通量式起动机和切换系统的操作，所述附图示意性地示出了本申请的受让人研制的现有可变通量式起动机和切换系统122。上述通用系统22的元件中为系统122所特有的元件类似地由相应的通用系统元件的附图标记加100的和来表示。下面，在描述根据本发明的系统时，该系统中与现有系统122的相应元件不同的元件将由通用系统元件的附图标记加200的和来描述。
在图2A和2B所描绘的现有可变通量式起动机和切换系统122中，ECU150以它们各自的端子处发出单独的电机启动信号68和期望的电机通量水平信号70。起动机启动信号68的发出指示期望的起动机组件启动。通量水平信号70的发出指示与不存在通量水平信号70时产生的默认电机通量水平不同的期望电机通量水平。在系统122中，默认电机通量水平提供冷起动操作，而通量水平信号70的发出提供暖起动操作。响应于信号68和70的发出，系统122相应地启动起动机组件132，并且对起动电机励磁绕组74的一部分应用暖起动短路状态。如上论述的，当起动发动机24时，起动电机34通电，并且小齿轮42与齿圈30接合，以旋转附接到齿圈30的发动机24的飞轮并且提供起动发动机24所需的初始转矩。图2A和2B都示出了系统122，其中，起动机组件132的电机134和螺线管144被启动，该状态由起动机继电器开关52接收到从其ECU端子发出的起动机启动信号68产生，如端子附近的钩形符号(√)指示的。在系统122中，起动机继电器开关52具有可从ECU端子68接收起动机启动信号的2A线圈并且能够切换30A。当被启动时，起动机继电器开关52通过将来自电池48的电流转送到螺线管线圈54来为螺线管144通电。
图2A示出处于冷起动操作状态的系统122，并且没有从其ECU端子发出的通量水平信号70，如从该端子引出的导线上的×指示的；尽管这里不存在信号70，但包括附图标记70，以在图2A中指示ECU150的相应通量水平信号端子。图2B示出处于暖起动操作状态的系统122，并且具有从其ECU端子发出的通量水平信号70，如该端子附近的钩形符号(√)指示的。可变通量式起动机和切换系统122适于选择性地短路起动电机绕组74的第一部分74a和第二部分74b中的一个，以增加起动电机134的旋转速度，以便暖起动。在本文描述的例子中，起动电机励磁绕组的第二部分74b被选择性地短路，以执行暖起动操作。
由于暖起动通常以比冷起动通常所需的更快的速度和更小的曲轴起动转矩来用曲柄起动发动机，因此图2A和2B所示的设计已被发现有利于具有基于起动机的停止-起动能力的车辆，其中，期望尽可能快地发生暖起动。通过不短路起动电机励磁绕组74的一部分74a或74b，即，经由容许利用通过其整个绕组74的电池电流为其起动电机的旋转供能，如之前在非可变通量起动机中完成的那样，可变通量起动机组件132提供较低速度的高转矩发动机曲轴起动性能，这更适合冷起动。但是，选择性地短路起动电机励磁绕组74的部分74a或(如所描绘的)部分74b促进适合暖起动的高速、低转矩的发动机曲轴起动，并且对于需要快速的、反复的发动机重新起动的停止-起动系统是优选的。
在现有起动机和切换系统122中，在冷起动和暖起动操作期间，从ECU150发出起动机启动信号68。起动机组件132的螺线管144被通电，并且其可动铁芯156收缩到螺线管外壳55中，通过拨杆46朝向起动机的伸展的接合位置移动小齿轮42。起动机组件132包括电机134和用于将电池电流引导至电机的励磁绕组74的电机通电开关76。
电机通电开关76通常位于起动机螺线管144的外壳55内并且包括可移动的接触板78和一对固定的分离的接触垫80。接触板78由螺线管可动铁芯156承托并且移动进而与接触垫80电接合，由此闭合开关76并通过开关76将来自电池48的电流传导至电机134。因此，在螺线管144通电的情况下，电池电压被应用到起动电机励磁绕组74。在图2A所示的冷起动操作期间，穿过电机通电开关76的电池电流被引导通过起动电机励磁绕组74的串联的第一部分74a和第二部分74b两者，引起起动电机134以适于冷起动的第一低曲轴起动速度和第一高曲轴起动转矩旋转。
起动机和切换系统122还包括主短路继电器开关72，其响应于从ECU150发出的(暖起动)通量水平信号70选择性地短路起动电机励磁绕组74的第二部分74b。参照图2B，在主短路继电器开关72响应于信号70的发出而被闭合的情况下，穿过闭合的电机通电开关76的电池电流基本上绕过起动电机励磁绕组的第二部分74b，并且仅传导通过励磁绕组的第一部分74a，引起起动电机134以适合暖起动的较高的第二曲轴起动速度和较低的第二曲轴起动转矩旋转。
在现有系统122的暖起动操作下，全部起动电机电流行进通过主短路继电器开关72，其因此需要适应高功率水平。全部起动电机电流可以高达500A，因此主短路开关72必须被设计为具有能够可靠地选择性地切换500A的高电机冷曲轴起动电流的30A的线圈。来自ECU150的信号通常最高2A。因此，中间或暖起动控制继电器开关82被电气地设置在ECU150和主短路继电器开关72之间。中间控制继电器开关82具有2A的线圈，其可从ECU150接收(暖起动)通量水平信号70并能够切换30A。通常，2A继电器开关52和82在车辆中的位置都远离起动机组件132，尤其是在轻型车辆应用中。由中间控制继电器开关82转送的30A电流信号闭合高功率的主短路继电器开关72，开关72选择性地短路起动电机励磁绕组的第二部分74b，以便进行暖起动操作。
在现有的起动机和切换系统122中，在冷起动操作期间，当ECU150未发出信号70(由相应的端子导线上的×指示)时，中间控制继电器开关82保持打开，并且30A电流信号未被中间控制继电器开关82转送至高功率主短路继电器开关72，开关72因此也保持打开。在主短路继电器开关72打开的情况下，在起动机启动期间穿过电机通电开关76的电池电流被引导通过起动电机励磁绕组74的串联的第一部分74a和第二部分74b两者，引起起动电机134以适于冷起动的低第一曲轴起动速度和高第一曲轴起动转矩旋转。起动机和切换系统122提供暖起动能力，其中冷起动操作是默认的。显然，这些较低的曲轴启动速度和较高的转矩的冷起动操作条件也可应用于齿圈30，以便在发生导致起动电机励磁绕组的第二部分74b的短路未按期望发生的系统或部件故障时进行暖起动，提供故障安全起动机操作。
虽然图2A和2B的现有可变通量式起动机和切换系统122成功地提供了暖起动能力，但OEM制造商及其供应商的持续目标是降低成本、提高可靠性和最小化车辆部件的包装空间需求。需要一种朝着这些目标改进技术的可变通量式起动机和开关系统。
发明内容
本发明提供一种可变通量式起动机和切换系统，其降低成本和包装空间需求并相比现有的这类系统改进了可靠性。根据本发明的可变通量式起动机和切换系统可应用于具有常规内燃机的车辆、具有设置有停止-起动能力的内燃机的车辆以及包括这类内燃机的混合动力系统。
相对于现有的起动机和切换系统122，根据本发明的可变通量式起动机和切换系统提供的优点包括以下：
(1)用单个非继电器开关型的调节装置替换两个继电器开关82、72；
(2)OEM车辆制造商(尤其是情形车辆的制造商)仅需要供应一个远程继电器开关，而非两个远程继电器开关52、82，并且现在为了有利于调节装置而删除了用于选择性地改变起动电机励磁绕组通量的现有远程继电器开关，即，现有的中间控制继电器开关82；
(3)从ECU至起动机组件的长引线现在仅需要额定为2A，并且删除从现有的中间控制继电器开关82至高功率主短路继电器开关72的30A引线，因而节省成本；
(4)可合并到起动机组件中的2A调节装置比其替换的30A中间控制继电器开关82小并因而价格更低；并且
(5)相比用于致动删除的主短路继电器开关72的转送的30A切换电流，2A调节装置将消耗更少的电流。
因此，利用根据本发明的起动机和切换系统可实现降低直接的车辆材料和人力成本和伴随的间接成本(例如，清查所删除的部件)，通过删除磨损部件提高车辆可靠性，以及减小起动机组件和切换系统的车辆包装空间需求。
本发明提供一种用于起动发动机的可变通量式起动机和切换系统，其包括具有电机和小齿轮的起动机组件。所述小齿轮被所述电机可旋转地驱动并且可与所述发动机接合。所述电机具有包括第一部分和第二部分的可通电励磁绕组，所述电机选择性地以与通电的电机励磁绕组部分的数量相对应的不同电机通量水平操作。由此，用于旋转地驱动所述小齿轮的速度和转矩中的至少一个在不同电机通量水平之间改变。所述系统还控制单元，其能够选择性地发出指示期望的起动机组件启动的起动机启动信号，并且能够选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号。提供电机通电开关，其与所述电机励磁绕组电连通并且能够连接到所述控制单元，在发出所述起动机启动信号之后。所述电机通电开关在打开和闭合位置之间移动，在所述电机通电开关的闭合位置，所述电机励磁绕组可通电。所述系统还包括调节装置，其与所述电机励磁绕组电连通并且能够连接到所述控制单元。所述调节装置具有默认操作状态和启动操作状态，在发出所述通量水平信号之后，所述调节装置从所述默认操作状态转变到所述启动操作状态。所述调节装置还包括在所述电机通电开关闭合期间朝向彼此相对移动的多个接触构件，并且包括能够移动的阻挡构件。在所述默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下所述阻挡构件阻止至少两个接触构件之间的电接触，在所述默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下所述阻挡构件允许多个接触构件之间的电接触。在允许多个调节装置的接触构件之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关传导至所述电机励磁绕组的电流基本绕过所述电机励磁绕组的第二部分，由此在第一电机通量水平下对所述电机励磁绕组的通电不包括对所述电机励磁绕组的第二部分通电。在阻止至少两个调节装置的接触构件之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关传导至所述电机励磁绕组的电流传导通过所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分两者，由此在第二电机通量水平下对所述电机励磁绕组的通电包括对所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分两者通电。
根据所述系统的另一方面，所述第一电机通量水平对应于暖起动系统操作，并且所述第二电机通量水平对应于冷起动系统操作，并且与在暖起动系统操作下相比，在冷起动系统操作下，小齿轮的速度较低并且小齿轮的转矩较高。
根据所述系统的另一方面，所述起动机组件包括起动机螺线管，所述起动机螺线管包括在发出所述起动机启动信号之后移动的螺线管可动铁芯。多个调节装置的接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路。在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个下，所述调节装置的接触构件中的一个可通过所述螺线管可动铁芯移动至与另一个调节装置的接触构件电接触。
所述系统的额外方面在于，所述多个接触构件包括由所述螺线管可动铁芯承托的接触板和由所述起动机螺线管容纳的一对固定的间隔开的接触垫。
所述系统的额外方面在于，在发出所述起动机启动信号之后对所述起动机螺线管通电，调节装置接触构件由所述螺线管可动铁芯承托。在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，并且在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。
所述系统的另一方面在于，所述调节装置的阻挡构件选择性地位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之中和之外。由此，在螺线管可动铁芯移动期间分别阻止和允许其间的电连接。
此外，所述系统的一个方面在于，所述阻挡构件具有伸展位置和收缩位置，在所述伸展位置，所述阻挡构件位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之中，在所述收缩位置，所述阻挡构件位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之外，所述所述阻挡构件在其伸展位置和收缩位置之间的移动发生在发出所述通量水平信号之后。
所述系统的另一方面在于，在所述调节装置启动操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。由此，在发出所述通量水平信号之后，促进系统在所述第一电机通量水平下操作。在所述调节装置的默认操作状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。由此，在未发出通量水平信号的情况下，促进系统在所述第二电机通量水平下操作。
所述系统的另一方面在于，在所述调节装置默认操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。由此，在发出所述通量水平信号之后，促进系统在所述第二电机通量水平下操作。在所述调节装置的启动操作状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。由此，在未发出通量水平信号的情况下，促进系统在所述第一电机通量水平下操作。
根据所述系统的另一方面，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路。在所述调节装置的默认操作状态下，所述阻挡构件阻止多个调节装置接触构件之间的电接触。由此，所述系统促进在默认的第二电机通量水平下操作。
根据所述系统的另一方面，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路。在所述调节装置的启动操作状态下，所述阻挡构件阻止多个调节装置接触构件之间的电接触。由此，所述系统促进在默认的第一电机通量水平下操作。
根据所述系统的另一方面，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的短路，并且所述调节装置的阻挡构件能够在收缩位置和伸展位置之间选择性地移动，在所述收缩位置，所述阻挡构件允许在所述电机通电开关闭合情况下的多个调节装置接触构件之间的电接触，在所述伸展位置，所述阻挡构件阻止在所述电机通电开关闭合情况下的多个调节装置接触构件之间的电接触。
所述系统的额外方面在于，所述调节装置包括螺线管机构，所述螺线管机构包括能够移动的阻挡可动铁芯，所述阻挡可动铁芯的移动引起所述阻挡构件的移动。在所述螺线管机构接收到发出的通量水平信号之后，所述阻挡构件被偏置到所述阻挡构件的延伸位置并且能够移动到所述阻挡构件的收缩位置。
所述系统的额外方面在于，所述调节装置包括螺线管机构，所述螺线管机构包括能够移动的阻挡可动铁芯，所述阻挡可动铁芯的移动引起所述阻挡构件的移动。在所述螺线管机构接收到发出的通量水平信号之后，所述阻挡构件被偏置到所述阻挡构件的收缩位置并且能够移动到所述阻挡构件的伸展位置。
根据所述系统的另一方面，所述起动机组件包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
根据所述系统的另一方面，所述起动机组件包括被固定到所述电机上的起动机螺线管。所述起动机螺线管包括与电机的旋转轴线基本平行地进行轴向移动的螺线管可动铁芯，并且所述起动机组件包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
所述系统的额外方面在于，所述起动机螺线管包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
本发明还提供一种在第一电机通量水平和第二电机通量水平之间改变起动机通量水平的方法，所述第二电机通量水平具有较低的小齿轮速度和较高的小齿轮转矩。所述方法包括步骤：利用控制单元选择性地发出指示期望的起动机组件启动的起动机启动信号；利用控制单元选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号；在未发出或发出通量水平信号之后，在默认操作状态和启动操作状态之间选择性地转变调节装置；在发出所述起动机启动信号之后，闭合与电机励磁绕组电连通的电机通电开关；利用穿过闭合的电机通电开关的电流为所述电机励磁绕组通电；在所述电机通电开关的闭合期间，朝向彼此相对地移动的至少两个调节装置接触构件；在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，允许多个调节装置接触构件之间的电接触，以限定横跨所述电机励磁绕组的一对部分中的一个的电短路，从而促进在所述第一电机通量水平下的起动机组件的操作；以及在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，通过将阻挡构件插置在所述调节装置接触构件之间，阻止至少两个调节装置接触构件之间的电接触，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件的操作。
根据所述方法的另一方面，所述方法还包括步骤：在发出所述电机启动信号之后，通过启动起动机螺线管闭合所述电机通电开关；以及利用被启动的起动机螺线管的所述螺线管可动铁芯，至少两个调节装置接触构件朝向彼此相对地移动。
根据所述方法的另一方面，所述方法还包括步骤：在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，使调节装置接触构件中的一个靠着所述阻挡构件，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件的操作。
附图说明
通过参照结合附图进行的对示例性实施例的以下描述，根据本发明的设备和/或方法的上述方面及其他特征和优点将变得更加显然并且将被更好地理解，在附图中：
图1是具有根据现有技术或本发明的通用起动机和切换系统的车辆的示意图；
图2A是具有暖起动能力的现有起动机和切换系统的示意图，示出了被启动的起动机和未发出ECU暖起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分未发生电短路并且促进了冷起动操作；
图2B是图2A的现有起动机和切换系统的示意图，示出了被启动的起动机和发出ECU暖起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分发生电短路并且促进了暖起动操作；
图3A是根据本发明的具有暖起动能力和默认的冷起动操作的起动机和切换系统的第一实施例的示意图，示出了被启动的起动机和未发出ECU暖起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分未发生电短路并且促进了默认的冷起动操作；
图3B是图3A的起动机和切换系统的第一实施例的示意图，示出了被启动的起动机和发出ECU暖起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分发生电短路并且促进了暖起动操作；
图4A是根据本发明的第一实施例的起动机组件的剖视侧视图并示出其用于图3A和3B所示的系统中的例子，其中，起动机组件未被启动并且其小齿轮处于起动机的完全收缩的原位置；
图4B是与图4A的第一实施例的起动机组件类似的视图，但示出了被启动的起动机并且其小齿轮处于起动机的完全伸展的接合位置；
图5是图4A的起动机组件的螺线管组件的放大局部剖视侧视图；
图6A是沿图5的线6A-6A截取的剖视图；
图6B是沿图4B的线6B-6B截取的剖视图；
图7A是根据本发明的具有暖起动能力和默认的暖起动操作的起动机和切换系统的第二实施例的示意图，示出了被启动的起动机和未发出ECU冷起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分发生电短路并且促进了默认的暖起动操作；
图7B是图7A的起动机和切换系统的第一实施例的示意图，示出了被启动的起动机和发出ECU暖起动信号，由此，横跨起动电机励磁线圈的一部分未发生电短路并且促进了冷起动操作。
在这几个附图中，相应的附图标记表示相应的零件。虽然附图描绘了所公开的设备、系统和/或方法的实施例，但附图不必按比例或按同一比例绘制并且可夸大某些特征，以便更好地图示和解释本发明。此外，在示出剖视图的附图中，为了清楚起见，可能省略了各个剖视元件的交叉影线部分。应该理解，对交叉影线部分的任何省略都仅是为了图示清楚。
具体实施方式
本发明的实施例并非试图穷举或使本发明受限于以下详细描述中公开的明确的形式或步骤，反之，这些实施例是被选择的并且在此对其进行描述，从而使得本领域其他技术人员可明白和理解本发明的原理和实践。因此，应该理解，在此描述的本发明的应用不受限于在以下描述中列举或在附图中图示的部件的结构和布置或步骤的细节，并且本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式被实践或执行。
图3A和3B示出了根据本发明的第一系统实施例的可变通量式起动机和切换系统222。图4A至6B提供了根据本发明的第一起动机实施例的示例性起动机组件232的各个视图和操作状态，其可用于第一实施例起动机和切换系统222中，其中，冷起动操作因默认而容易。图3A示出系统222处于其默认的冷起动操作状态，其中，ECU150未发出通量水平信号70，如从相应的ECU端子引出的导线上的×指示的。图3B示出响应于ECU150发出的通量水平信号70处于暖起动操作状态的系统222，如相应端子附近的钩形符号(√)指示的。
相对于图2A和2B所示的现有系统122，第一实施例系统222用具有起动电机234和包括螺线管可动铁芯256的起动机螺线管244的第一实施例起动机组件232替换现有的起动机组件132。此外，与依赖分开且远离的中间控制继电器开关82和高功率主短路继电器开关72来选择性地短路电机励磁绕组的第二部分74b的现有系统122不同，系统222可在不用继电器开关的情况下促进对是否将短路起动电机励磁绕组的第二部分74b的切换控制。在系统222中，通过调节装置84在较高和较低的电机通量水平之间改变由起动电机234的励磁绕组74产生的磁通量。系统222删除了现有系统122的高功率主短路继电器开关72和中间控制继电器开关82。在系统222中，通过调节装置84，一种由ECU150发出的暖起动信号70致动的非继电器型切换装置，控制选择性地电短路起动电机励磁绕组的第二部分74b的方式。图3A和3B都示出了系统222的起动机组件232，其中，起动机组件232的电机234和螺线管244被启动，由起动机继电器开关52接收到ECU150发出的起动机启动信号68(这由其相应端子附近的钩形符号(√)指示)而引起的状态。
与现有的可变通量式起动机和开关系统122一样，系统222包括具有(第一)接触板78和接触垫80的电机通电开关76，其中，接触板78由起动机螺线管可动铁芯承托。电机通电开关76在其接触板78和接触垫80之间形成电接触时闭合，这种电接触由对起动机螺线管线圈54通电及因而产生的螺线管可动铁芯的收缩移动引起。接触板78和螺线管可动铁芯可具有相对轴向移动，其中，接触板78朝向接触垫80偏置并抵靠止动件83，止动件被设置在具有压缩弹簧85的可动铁芯上。因而，在接触板78和接触垫80之间接合之后螺线管可动铁芯可继续收缩移动一段。
调节装置84包括一对固定的分离的接触垫88，以及与第一接触板78一样由螺线管可动铁芯256承托的第二接触板86。选择性地物理地阻止移动第二接触板86使其与接触垫88电接触。接触板86和螺线管可动铁芯256具有相对轴向移动，其中，接触板86朝向接触垫88偏置并抵靠止动件102，止动件位于具有压缩弹簧98的可动铁芯上。接触板86可被安装到螺线管可动铁芯256上，使得板86和可动铁芯256具有沿可动铁芯的移动轴线的相对移动。利用位于止动件83和接触板86之间的压缩弹簧98朝向止动件102(其限制接触板86的行进)沿螺线管可动铁芯256轴向地偏置调节装置84的接触板86。在螺线管可动铁芯256移动期间，止动件102可在调节装置84的接触垫88之间穿过。因此，在接触板86和接触垫88之间形成接合之后，允许螺线管可动铁芯继续收缩移动一段。接触板86与接触垫88的接合闭合了短路起动电机励磁绕组的第二部分74b的电池电路，由此减少起动电机234产生的通量并引起起动机组件232的暖起动操作，即，以比冷起动操作期间显示的其速度和转矩更高的速度和更低的转矩操作。如图所示，调节装置84可位于螺线管外壳55内，并且在操作上响应于从ECU150发出的通量水平信号70。阻挡接触板86朝向接触垫88的移动会阻止它们的接合，这阻止短路电机励磁绕组的第二部分74b，并由此致使穿过电机通电开关76的电池电流被引导通过起动电机励磁绕组的第一部分74a和第二部分74b两者，引起起动机232的冷起动操作。
利用调节装置84的螺线管机构90选择性地阻止接触板86移动至接触接触垫88。螺线管机构90包括由ECU150所发出的(暖起动)通量水平信号70选择性地通电的2A螺线管线圈92以及具有主体部分94a和从主体部分94a沿轴向延伸出的阻挡部分94b并限定阻挡构件的细长的阻挡可动铁芯94。阻挡可动铁芯94具有伸展位置和收缩位置。在其伸展位置，阻挡部分94b位于第二接触板86和接触垫88之间，由此阻挡收缩螺线管可动铁芯256时第二接触板86朝向接触垫88的移动。在阻挡可动铁芯94的收缩位置，阻挡部分94b离开接触板86朝向接触垫88移动的路径，并且不会阻碍它们在螺线管可动铁芯256收缩移动期间的接合，允许其间发生电接触。在调节装置84中，通过压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96将阻挡可动铁芯94偏置到其伸展位置。参照图6A，在调节装置84中，压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96邻接在圆柱形阻挡可动铁芯主体部分94a的与阻挡可动铁芯阻挡部分94b相反放置的轴向端上，并且将阻挡可动铁芯94向下偏置到其伸展位置，在该位置，阻止接触板86和接触垫88电接触，由此阻止短路起动电机励磁绕组的第二部分74b并促进冷起动操作。
阻挡可动铁芯94的阻挡部分94b可由塑料、钢或另一种合适的材料制成，但是可用于阻挡部分94b的导电材料与地或与螺线管可动铁芯256电绝缘。塑料结可位于阻挡部分94b的正后方，从而使得阻挡部分94b不会承受接触板86施加在其上的全部弯矩力。
参照图3A，在ECU150未发出(暖起动)通量水平信号70的情况下，如从相应的ECU端子引出的导线上的×指示的，螺线管线圈92未通电并且阻挡可动铁芯94在偏置压缩弹簧96的影响下仍位于其伸展位置。与图2A中相同，虽然图3A中不存在信号70，但附图标记70指示ECU150的相应通量水平信号端子。在响应于ECU端子68发出的起动机启动信号启动起动机232期间，在螺线管可动铁芯256收缩移动的过程中，电机通电开关76的第一接触板78和调节装置84的第二接触板86随着可动铁芯256移动。第二接触板86与阻挡可动铁芯94的部分94b邻接并被阻止在间隔开的接触垫88之间形成短路，这阻止短路起动电机励磁绕组的第二部分74b。通过使接触板86与阻挡可动铁芯94邻接，接触板弹簧98收缩，容许可动铁芯256和第一接触板78进一步移动，随后通过使第一接触板78与电机通电开关76的接触垫80接合来闭合电机通电开关76。穿过闭合的开关76的全部电池电流都被引导通过起动电机励磁绕组74的第一和第二部分74a、74b，引起起动机组件232的冷起动操作。因此，调节装置84促进起动机和切换系统222中默认的冷起动操作。
响应于从ECU150发出的通量水平信号70，阻挡可动铁芯94抵抗复位收缩弹簧96的偏置力收缩，这将阻挡部分94b从接触板86在起动机起动期间朝向接触垫88移动的路径中移开，由此允许接触板86在螺线管可动铁芯256的收缩移动期间与接触垫88接合，这会短路起动电机励磁绕组的第二部分74b并且提供起动机组件232的暖起动操作。
图7A和7B示出了根据本发明的可变通量式起动机和切换系统的第二实施例。与第一实施例系统222的相应部件显著不同的第二实施例系统及其部件的附图标记设置有后缀“-1”。第二实施例的可变通量式起动机和系统222-1包括具有螺线管机构90-1的调节装置84-1。利用压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96-1将螺线管机构90-1的阻挡可动铁芯94-1偏置到其收缩位置并离开接触板86的移动路径。当ECU150-1未发出通量水平信号70时，如从相应的ECU端子引出的导线上的×指示的，发生图7A所示的阻挡可动铁芯94-1的默认收缩位置。与图2A和3A中相同，虽然图7A中不存在信号70，但附图标记70指示ECU的相应通量水平信号端子。当在弹簧96-1的影响下收缩时，阻挡可动铁芯94-1容许接触板86在起动机232-1启动期间朝向接触垫88移动并与其电接触，引起电短路起动电机励磁绕组的第二部分74b。参照图6A和6B，其示出了调节装置84，可容易地理解，在调节装置84-1中，压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96-1可以，例如，被放置为邻接在阻挡可动铁芯94-1的圆柱形阻挡可动铁芯主体部分94a的轴向端上，该轴向端是阻挡部分94b延伸出的轴向端，以将阻挡可动铁芯94-1向上偏置到其收缩位置。在阻挡可动铁芯94-1的收缩位置，允许接触板86和接触垫88之间的电接触，由此促进短路起动电机励磁绕组的第二部分74b并促进暖起动操作。因此，系统222-1提供默认的暖起动操作。相反，响应于从ECU150-1发出的(冷起动)通量水平信号70，如相应的ECU端子附近的钩形符号(√)指示的，螺线管机构90-1的线圈92被通电，其使阻挡可动铁芯94-1向下(如在图7B中观看的)延伸到接触板86的路径中，并阻止接触板86和接触垫88之间的电接触，短路起动电机励磁绕组的第二部分74b，引起冷起动操作。
因此，发生于ECU未发出通量水平信号70时的默认起动机操作状态在第一实施例起动机和切换系统222和第二实施例起动机和切换系统222-1之间不同：第一实施例系统222促进默认的冷起动操作；第二实施例系统222-1促进默认的暖起动操作。
第一实施例系统222可在不修改用于现有的起动机和切换系统122的ECU150的情况下被实现，并且对螺线管机构90通电，以抵抗压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96的偏置力移动阻挡可动铁芯94，从而允许第二接触板86和接触垫88之间的接触。这仅在ECU150发出(暖起动)通量水平信号70时促进短路电机励磁绕组的第二部分74b和暖起动操作。在ECU150未发出信号70来启动调节装置84的阻挡螺线管线圈92时，系统222默认冷起动操作。显然，如果发生导致未按期望地短路起动电机励磁绕组的第二部分74b的系统或部件故障，则也可向齿圈30应用较低的曲轴起动速度和较高的转矩冷起动操作状态，以便暖起动，像现有系统122那样，为系统222提供故障安全操作。
相反，在第二实施例系统222-1中，ECU150-1在ECU发出(冷起动)通量水平信号70时为螺线管机构90-1通电，以抵抗压缩阻挡可动铁芯复位弹簧96-1的偏置力移动阻挡可动铁芯94-1并将其移动到接触板86朝向接触垫88移动的路径中，以防止接触垫88之间的短路和起动电机励磁绕组的第二部分74b的短路，由此促进冷起动操作。在ECU150-1未发出信号70来启动调节装置84-1的阻挡螺线管线圈92时，系统222-1默认暖起动操作。可由ECU150-1和/或调节装置84-1的故障引起的低转矩暖起动性能可能不足以起动冷的发动机，因此，与第二实施例起动机和切换系统222-1相比，第一实施例起动机和切换系统222可更好地确保冷起动车辆20的发动机24。
以下是根据本发明的一系列优选实施例：
1.一种用于起动发动机的可变通量式起动机和切换系统，包括：
具有电机和小齿轮的起动机组件，所述小齿轮能够被所述电机旋转地驱动并且能够与所述发动机接合，所述电机具有包括第一部分和第二部分的可通电励磁绕组，所述电机选择性地以与通电的电机励磁绕组部分的数量相对应的不同电机通量水平操作，由此用于旋转地驱动所述小齿轮的速度和转矩中的至少一个在不同电机通量水平之间改变；
控制单元，其能够选择性地发出指示期望的起动机组件启动的起动机启动信号，并且能够选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号；
电机通电开关，其与所述电机励磁绕组电连通并且能够连接到所述控制单元，在发出所述起动机启动信号之后，所述电机通电开关在打开和闭合位置之间移动，在所述电机通电开关的闭合位置，所述电机励磁绕组能够通电；以及
调节装置，其与所述电机励磁绕组电连通并且能够连接到所述控制单元，所述调节装置具有默认操作状态和启动操作状态，在发出所述通量水平信号之后，所述调节装置从所述默认操作状态转变到所述启动操作状态，所述调节装置包括在所述电机通电开关闭合期间朝向彼此相对移动的多个接触构件，并且包括能够移动的阻挡构件，在所述默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下所述阻挡构件阻止至少两个接触构件之间的电接触，在所述默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下所述阻挡构件允许多个接触构件之间的电接触；
其中，在允许多个调节装置的接触构件之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关传导至所述电机励磁绕组的电流基本绕过所述电机励磁绕组的第二部分，由此在第一电机通量水平下对所述电机励磁绕组的通电不包括对所述电机励磁绕组的第二部分通电，并且在阻止至少两个调节装置的接触构件之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关传导至所述电机励磁绕组的电流传导通过所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分两者，由此在第二电机通量水平下对所述电机励磁绕组的通电包括对所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分两者通电。
2.如优选实施例1所述的系统，其中，所述第一电机通量水平对应于暖起动系统操作，并且所述第二电机通量水平对应于冷起动系统操作，并且与在暖起动系统操作下相比，在冷起动系统操作下，小齿轮的速度较低并且小齿轮的转矩较高。
3.如优选实施例1或2所述的系统，其中，所述起动机组件包括起动机螺线管，所述起动机螺线管包括在发出所述起动机启动信号之后移动的螺线管可动铁芯，多个调节装置的接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路，并且在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个下，所述调节装置的接触构件中的一个能够通过所述螺线管可动铁芯移动至与另一个调节装置的接触构件电接触。
4.如优选实施例3所述的系统，其中，所述多个接触构件包括由所述螺线管可动铁芯承托的接触板和由所述起动机螺线管容纳的一对固定的间隔开的接触垫。
5.如优选实施例3或4所述的系统，其中，在发出所述起动机启动信号之后对所述起动机螺线管通电，调节装置接触构件由所述螺线管可动铁芯承托，在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，并且在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触。
6.如优选实施例3至5之一所述的系统，其中，所述调节装置的阻挡构件选择性地位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之中和之外，由此在螺线管可动铁芯移动期间分别阻止和允许其间的电连接。
7.如优选实施例5或6所述的系统，其中，所述阻挡构件具有伸展位置和收缩位置，在所述伸展位置，所述阻挡构件位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之中，在所述收缩位置，所述阻挡构件位于所述调节装置接触构件朝向彼此相对移动的路径之外，所述所述阻挡构件在其伸展位置和收缩位置之间的移动发生在发出所述通量水平信号之后。
8.如优选实施例5至7之一所述的系统，其中，在所述调节装置启动操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，由此，在发出所述通量水平信号之后，促进系统在所述第一电机通量水平下操作，并且在所述调节装置的默认操作状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，由此，在未发出通量水平信号的情况下，促进系统在所述第二电机通量水平下操作。
9.如优选实施例5至7之一所述的系统，其中，在所述调节装置默认操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，由此，在发出所述通量水平信号之后，促进系统在所述第二电机通量水平下操作，并且在所述调节装置的启动操作状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁承托的所述调节装置接触构件在螺线管可动铁芯移动期间与另一个调节装置接触构件电接触，由此，在未发出通量水平信号的情况下，促进系统在所述第一电机通量水平下操作。
10.如优选实施例1至8之一所述的系统，其中，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路，并且在所述调节装置的默认操作状态下，所述阻挡构件阻止多个调节装置接触构件之间的电接触，由此所述系统促进在默认的第二电机通量水平下操作。
11.如优选实施例1至7之一或优选实施例9所述的系统，其中，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的电短路，并且在所述调节装置的启动操作状态下，所述阻挡构件阻止多个调节装置接触构件之间的电接触，由此所述系统促进在默认的第一电机通量水平下操作。
12.如优选实施例1至7之一所述的系统，其中，多个调节装置接触构件之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分的短路，并且所述调节装置的阻挡构件能够在收缩位置和伸展位置之间选择性地移动，在所述收缩位置，所述阻挡构件允许在所述电机通电开关闭合情况下的多个调节装置接触构件之间的电接触，在所述伸展位置，所述阻挡构件阻止在所述电机通电开关闭合情况下的多个调节装置接触构件之间的电接触。
13.如优选实施例1至8之一或优选实施例12所述的系统，其中，所述调节装置包括螺线管机构，所述螺线管机构包括能够移动的阻挡可动铁芯，所述阻挡可动铁芯的移动引起所述阻挡构件的移动，在所述螺线管机构接收到发出的通量水平信号之后，所述阻挡构件被偏置到所述阻挡构件的延伸位置并且能够移动到所述阻挡构件的收缩位置。
14.如优选实施例1至7之一或优选实施例9或11或12所述的系统，其中，所述调节装置包括螺线管机构，所述螺线管机构包括能够移动的阻挡可动铁芯，所述阻挡可动铁芯的移动引起所述阻挡构件的移动，在所述螺线管机构接收到发出的通量水平信号之后，所述阻挡构件被偏置到所述阻挡构件的收缩位置并且能够移动到所述阻挡构件的伸展位置。
15.如前述优选实施例之一所述的系统，其中，所述起动机组件包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
16.如前述优选实施例之一所述的系统，其中，所述起动机组件包括被固定到所述电机上的起动机螺线管，所述起动机螺线管包括与电机的旋转轴线基本平行地进行轴向移动的螺线管可动铁芯，并且所述起动机组件包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
17.如优选实施例16所述的系统，其中，所述起动机螺线管包括所述电机通电开关和所述调节装置中的至少一个。
18.一种在第一电机通量水平和第二电机通量水平之间改变起动机通量水平的方法，所述第二电机通量水平具有较低的小齿轮速度和较高的小齿轮转矩，所述方法包括步骤：
利用控制单元选择性地发出指示期望的起动机组件启动的起动机启动信号；
利用控制单元选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号；
在未发出或发出通量水平信号之后，在默认操作状态和启动操作状态之间选择性地转变调节装置；
在发出所述起动机启动信号之后，闭合与电机励磁绕组电连通的电机通电开关；
利用穿过闭合的电机通电开关的电流为所述电机励磁绕组通电；
在所述电机通电开关的闭合期间，朝向彼此相对地移动的至少两个调节装置接触构件；
在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，允许多个调节装置接触构件之间的电接触，以限定横跨所述电机励磁绕组的一对部分中的一个的电短路，从而促进在所述第一电机通量水平下的起动机组件的操作；以及
在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，通过将阻挡构件插置在所述调节装置接触构件之间，阻止至少两个调节装置接触构件之间的电接触，以阻止横跨所述一个电机励磁绕组部分的电短路，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件的操作。
19.如优选实施例18所述的方法，还包括步骤：
在发出所述电机启动信号之后，通过启动起动机螺线管闭合所述电机通电开关；以及
利用被启动的起动机螺线管的所述螺线管可动铁芯，多个调节装置接触构件中的至少两个朝向彼此相对地移动。
20.如优选实施例18或19所述的方法，还包括步骤：在所述调节装置的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关闭合时，使调节装置接触构件中的一个靠着所述阻挡构件，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件的操作。
虽然以上公开了示例性实施例，但本发明不必受限于所公开的实施例。相反，本申请意图覆盖利用其总体原理的本发明的任何变体、用途或改编。此外，本申请意图覆盖这类对本发明的偏离，即，其在本发明所属领域已知或惯用的做法范围内并且落在所附权利要求的限制范围内。

Claims (20)

1.一种用于起动发动机(24)的可变通量式起动机和切换系统(222、222-1)，包括：
具有电机(234)和小齿轮(42)的起动机组件(232、232-1)，所述小齿轮(42)能够被所述电机(234)旋转地驱动并且能够与所述发动机(24)接合，所述电机(234)具有包括第一部分和第二部分(74a、74b)的可通电励磁绕组(74)，所述电机(234)选择性地以与通电的电机励磁绕组部分(74a、74b)的数量相对应的不同电机通量水平操作，由此用于旋转地驱动所述小齿轮(42)的速度和转矩中的至少一个在不同电机通量水平之间改变；
控制单元(150、150-1)，其能够选择性地发出指示期望的起动机组件(232、232-1)启动的起动机启动信号(68)，并且能够选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号(70)；
电机通电开关(76)，其与所述电机励磁绕组(74)电连通并且能够连接到所述控制单元(150、150-1)，在发出所述起动机启动信号(68)之后，所述电机通电开关(76)在打开和闭合位置之间移动，在所述电机通电开关(76)的闭合位置，所述电机励磁绕组(74)能够通电；以及
调节装置(84、84-1)，其与所述电机励磁绕组(74)电连通并且能够连接到所述控制单元(150、150-1)，所述调节装置(84、84-1)具有默认操作状态和启动操作状态，在发出所述通量水平信号(70)之后，所述调节装置(84、84-1)从所述默认操作状态转变到所述启动操作状态，所述调节装置(84、84-1)包括在所述电机通电开关(76)闭合期间朝向彼此相对移动的多个接触构件(86、88)，并且包括能够移动的阻挡构件(94b)，在所述默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下所述阻挡构件(94b)阻止至少两个接触构件(86、88)之间的电接触，在所述默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下所述阻挡构件(94b)允许多个接触构件(86、88)之间的电接触；
其中，在允许所述多个调节装置的接触构件(86、88)之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关(76)传导至所述电机励磁绕组(74)的电流基本绕过所述电机励磁绕组的第二部分(74b)，由此在第一电机通量水平下对所述电机励磁绕组(74)的通电基本不包括对所述电机励磁绕组的第二部分(74b)通电，并且在阻止至少两个调节装置的接触构件(86、88)之间的电接触的情况下，能够通过闭合的电机通电开关(76)传导至所述电机励磁绕组(74)的电流传导通过所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分(74a、74b)两者，由此在第二电机通量水平下对所述电机励磁绕组(74)的通电基本包括对所述电机励磁绕组的第一部分和第二部分(74a、74b)两者通电。
2.如权利要求1所述的系统(222、222-1)，其中，所述第一电机通量水平对应于暖起动系统操作，并且所述第二电机通量水平对应于冷起动系统操作，并且与在暖起动系统操作下相比，在冷起动系统操作下，小齿轮(42)的速度较低并且小齿轮(42)的转矩较高。
3.如权利要求1或2所述的系统(222、222-1)，其中，所述起动机组件(232、232-1)包括起动机螺线管(244、244-1)，所述起动机螺线管(244、244-1)包括在发出所述起动机启动信号(68)之后移动的螺线管可动铁芯(256)，所述多个调节装置的接触构件(86、88)之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分(74b)的电短路，并且在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的一个下，所述调节装置的接触构件(86、88)中的一个能够通过所述螺线管可动铁芯(256)移动至与另一个调节装置的接触构件(86、88)电接触。
4.如权利要求3所述的系统(222、222-1)，其中，所述多个接触构件(86、88)包括由所述螺线管可动铁芯(256)承托的接触板(86)和由所述起动机螺线管(244、244-1)容纳的一对固定的间隔开的接触垫(88)。
5.如权利要求3或4所述的系统(222、222-1)，其中，在发出所述起动机启动信号(68)之后对所述起动机螺线管(244、244-1)通电，调节装置接触构件(86)由所述螺线管可动铁芯(256)承托，在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，所述阻挡构件允许由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触，并且在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触。
6.如权利要求3至5中的任意一项所述的系统(222、222-1)，其中，所述调节装置的阻挡构件(94b)选择性地位于所述调节装置接触构件(86、88)朝向彼此相对移动的路径之中和之外，由此在螺线管可动铁芯(256)移动期间分别阻止和允许其间的电连接。
7.如权利要求5或6所述的系统(222、222-1)，其中，所述阻挡构件(94b)具有伸展位置和收缩位置，在所述伸展位置，所述阻挡构件(94b)位于所述调节装置接触构件(86、88)朝向彼此相对移动的路径之中，在所述收缩位置，所述阻挡构件(94b)位于所述调节装置接触构件(86、88)朝向彼此相对移动的路径之外，所述阻挡构件(94、94-1)在其伸展位置和收缩位置之间的移动发生在发出所述通量水平信号(70)之后。
8.如权利要求5至7中的任意一项所述的系统(222、222-1)，其中，在所述调节装置(84、84-1)的启动操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触，由此，在发出所述通量水平信号(70)之后，促进系统(222、222-1)在所述第一电机通量水平下操作，并且在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态下，阻止由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触，由此，在未发出通量水平信号(70)的情况下，促进系统(222、222-1)在所述第二电机通量水平下操作。
9.如权利要求5至7中的任意一项所述的系统(222-1)，其中，在所述调节装置(84-1)的默认操作状态下，允许由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触，由此，在发出所述通量水平信号(70)之后，促进系统(222-1)在所述第二电机通量水平下操作，并且在所述调节装置(84-1)的启动操作状态下，所述阻挡构件阻止由所述螺线管可动铁芯(256)承托的所述调节装置接触构件(86)在螺线管可动铁芯(256)移动期间与另一个调节装置接触构件(88)电接触，由此，在未发出通量水平信号(70)的情况下，促进系统(222-1)在所述第一电机通量水平下操作。
10.如权利要求1至8中的任意一项所述的系统(222)，其中，所述多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分(74b)的电短路，并且在所述调节装置(84)的默认操作状态下，所述阻挡构件(94b)阻止多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触，由此所述系统(222)促进在默认的第二电机通量水平下操作。
11.如权利要求1至7中的任意一项或权利要求9所述的系统(222-1)，其中，所述多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分(74b)的电短路，并且在所述调节装置(84-1)的启动操作状态下，所述阻挡构件(94b)阻止多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触，由此所述系统(222-1)促进在默认的第一电机通量水平下操作。
12.如权利要求1至7中的任意一项所述的系统(222、222-1)，其中，所述多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触限定横跨所述电机励磁绕组的第二部分(74b)的短路，并且所述调节装置的阻挡构件(94b)能够在收缩位置和伸展位置之间选择性地移动，在所述收缩位置，所述阻挡构件(94b)允许在所述电机通电开关(76)闭合情况下所述多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触，在所述伸展位置，所述阻挡构件(94b)阻止在所述电机通电开关(76)闭合情况下所述多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触。
13.如权利要求1至8中的任意一项或权利要求12所述的系统(222)，其中，所述调节装置(84)包括螺线管机构(90)，所述螺线管机构(90)包括能够移动的阻挡可动铁芯(94)，所述阻挡可动铁芯(94)的移动引起所述阻挡构件(94b)的移动，在所述螺线管机构(90)接收到发出的通量水平信号(70)之后，所述阻挡构件(94b)被偏置到所述阻挡构件的延伸位置并且能够移动到所述阻挡构件的收缩位置。
14.如权利要求1至7中的任意一项或权利要求9或11或12所述的系统(222-1)，其中，所述调节装置(84-1)包括螺线管机构(90-1)，所述螺线管机构(90-1)包括能够移动的阻挡可动铁芯(94-1)，所述阻挡可动铁芯(94)的移动引起所述阻挡构件(94b)的移动，在所述螺线管机构(90-1)接收到发出的通量水平信号(70)之后，所述阻挡构件(94b)被偏置到所述阻挡构件的收缩位置并且能够移动到所述阻挡构件的伸展位置。
15.如前述权利要求中的任意一项所述的系统(222、222-1)，其中，所述起动机组件(232、232-1)包括所述电机通电开关(76)和所述调节装置(84、84-1)中的至少一个。
16.如前述权利要求中的任意一项所述的系统(222、222-1)，其中，所述起动机组件(232、232-1)包括被固定到所述电机(234)上的起动机螺线管(244、244-1)，所述起动机螺线管(244、244-1)包括与电机(234)的旋转轴线基本平行地进行轴向移动的螺线管可动铁芯(256)，并且所述起动机组件(232、232-1)包括所述电机通电开关(76)和所述调节装置(84、84-1)中的至少一个。
17.如权利要求16所述的系统(222、222-1)，其中，所述起动机螺线管(244、244-1)包括所述电机通电开关(76)和所述调节装置(84、84-1)中的至少一个。
18.一种在第一电机通量水平和第二电机通量水平之间改变起动机通量水平的方法，所述第二电机通量水平具有较低的小齿轮(42)速度和较高的小齿轮(42)转矩，所述方法包括以下步骤：
利用控制单元(150、150-1)选择性地发出指示期望的起动机组件(232、232-1)启动的起动机启动信号(68)；
利用控制单元(150、150-1)选择性地发出指示期望的电机通量水平的通量水平信号(70)；
在未发出或发出通量水平信号(70)之后，在默认操作状态和启动操作状态之间选择性地转变调节装置(84、84-1)；
在发出所述起动机启动信号(68)之后，闭合与电机励磁绕组(74)电连通的电机通电开关(76)；
利用穿过闭合的电机通电开关(76)的电流为所述电机励磁绕组(74)通电；
在所述电机通电开关(76)的闭合期间，使至少两个调节装置接触构件(86、88)朝向彼此相对地移动；
在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的一个状态下，在所述电机通电开关(76)闭合时，允许多个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触，以限定横跨所述电机励磁绕组(74)的一对部分(74a、74b)中的一个的电短路，从而促进在所述第一电机通量水平下的起动机组件(232、232-1)的操作；以及
在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关(76)闭合时，通过将阻挡构件(94、94-1)插置在所述调节装置接触构件(86、88)之间，阻止至少两个调节装置接触构件(86、88)之间的电接触，以阻止横跨所述一个电机励磁绕组部分(74a、74b)的电短路，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件(232、232-1)的操作。
19.如权利要求18所述的方法，还包括步骤：
在发出所述电机启动信号(68)之后，通过启动起动机螺线管(244、244-1)闭合所述电机通电开关(76)；以及
利用被启动的起动机螺线管(244、244-1)的所述螺线管可动铁芯(256)，使所述多个调节装置接触构件(86、88)中的至少两个朝向彼此相对地移动。
20.如权利要求18或19所述的方法，还包括步骤：在所述调节装置(84、84-1)的默认操作状态和启动操作状态中的另一个状态下，在所述电机通电开关(76)闭合时，使调节装置接触构件(86、88)中的一个靠着所述阻挡构件(94、94-1)，从而促进在所述第二电机通量水平下的起动机组件(232、232-1)的操作。
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