CN110397535A - 用于内燃机的起动机 - Google Patents

Abstract

一种起动机组件包括多相无刷电动马达，其包括定子、设置在可旋转轴上的转子，以及设置在所述定子的第一端处的马达端盖。电子换向器组件包括感测电路、控制电子器件子组件、电力电子器件子组件和散热器。所述感测电路邻近所述可旋转轴的所述第二端设置。所述控制电子器件子组件、所述电力电子器件子组件和所述散热器设置在盘形装置上，被布置成与由所述可旋转轴限定的轴线垂直的堆叠配置。所述控制电子器件子组件邻近所述感测电路设置，并且所述电力电子器件子组件邻近所述控制电子器件子组件设置。所述控制电子器件子组件插置在所述电力电子器件子组件与所述感测电路之间。所述散热器邻近所述电力电子器件子组件设置。

Description

用于内燃机的起动机

引言

内燃机可以具有电起动机，所述电起动机被设置成使曲轴转动直至起动事件。

发明内容

描述了一种用于内燃机的起动机组件，并且所述起动机组件包括多相无刷电动马达，所述多相无刷电动马达包括定子、设置在可旋转轴上的转子，以及设置在所述定子的第一端处的马达端盖。包括可伸缩小齿轮的发动机安装结构联接到行星齿轮组，并且所述发动机安装结构设置在所述定子的第二端处。电子换向器组件设置在所述马达端盖上，并且包括感测电路、控制电子器件子组件、电力电子器件子组件和散热器。所述电子换向器组件设置在盖子中。所述可旋转轴限定轴线。所述可旋转轴的第一端联接到所述行星齿轮组，并且所述可旋转轴的第二端穿过所述马达端盖中的孔隙突出。所述感测电路邻近所述可旋转轴的所述第二端设置。所述控制电子器件子组件、所述电力电子器件子组件和所述散热器设置在盘形装置上，所述盘形装置被布置成与由所述可旋转轴限定的所述轴线垂直的堆叠配置。所述控制电子器件子组件邻近所述感测电路设置，并且所述电力电子器件子组件邻近所述控制电子器件子组件设置。所述控制电子器件子组件插置在所述电力电子器件子组件与所述感测电路之间。所述散热器邻近所述电力电子器件子组件设置并远离所述控制电子器件子组件。所述电力电子器件子组件热联接到所述散热器。所述电力电子器件子组件和所述控制电子器件子组件各自包括电接地，并且所述电接地经由所述马达端盖电连接到所述发动机安装结构。所述电力电子器件子组件包括功率逆变器，其电连接到DC电源。所述控制电子器件子组件与所述电力电子器件子组件的起动机逆变器通信，并且所述电力电子器件子组件电连接到所述多相无刷电动马达的所述定子。

本公开的一个方面包括设置在所述可旋转轴的所述第二端上的转子位置目标，其中所述感测电路设置成监控所述转子位置目标。

本公开的另一个方面包括作为径向磁化的环形磁体的转子位置目标，其设置在所述转子轴的一端上，并且其中所述感测电路包括离轴感测电路。

本公开的另一个方面包括作为对径磁化的磁体的转子位置目标，其设置在所述转子轴的一端上，并且其中所述感测电路包括轴上感测电路。

本公开的另一个方面包括居中信号接口以实现所述电力电子器件子组件与所述控制电子器件子组件之间的通信。

本公开的另一个方面包括被设置成沿联接到所述转子的可旋转构件平移的小齿轮。

本公开的另一个方面包括作为三相电机的多相无刷电动马达。

本公开的另一个方面包括导热电绝缘体，其插置在电力电子器件子组件与散热器之间。

本公开的另一个方面包括多个传热通孔，其设置在电源电路板中以实现所述电力电子器件子组件的一部分与所述散热器之间的热连通。

本公开的另一个方面包括被设置成将所述电力电子器件子组件的部分与所述散热器电隔离的导热电绝缘体。

本公开的另一个方面包括设置在盖子中的电子换向器组件。

本公开的另一个方面包括被设置在盘形装置上的控制电子器件子组件和电力电子器件子组件。

本公开的另一个方面包括包含高密度印刷电路板的控制电子器件子组件，高密度印刷电路板包括多个栅极驱动器，多个栅极驱动器与设置在电力电子器件子组件上的电源开关通信。

上述特征和优点以及本教导的其它特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于执行如随附权利要求书中限定、结合附图取得的本教导的其它实施例将容易地显而易见。

附图说明

现在将参考附图以举例方式描述一个或多个实施例，其中：

图1示意性地示出了包括具有内燃机和用于其的无刷电起动机组件的推进系统的车辆。

图2示出了图1中所示的起动机组件的横截面侧视图。

图3示出了图2中所示的起动机组件的分解等距后视图。

图4示出了图2和3中所示的起动机组件的分解等距前视图。

图5示意性地示出了与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联的控制电路。

图6示出了电子换向器组件的一个实施例的剖视侧视图，所述电子换向器组件包括与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联的离轴位置感测电路。

图7示出了电子换向器组件的另一个实施例的剖视侧视图，所述电子换向器组件包括与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联的轴上位置感测电路。

图8示出了用于控制电子器件子组件的处理器电路板的实施例的第一侧的平面图，所述控制电子器件子组件与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联。

图9示出了用于控制电子器件子组件的处理器电路板的实施例的第二侧的平面图，所述控制电子器件子组件与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联。

图10示出了与参考图2、3和4描述的起动机组件的实施例相关联的电力电子器件子组件的实施例的等距视图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现如本文所公开的本公开的包括例如具体尺寸、定向、位置和形状等各种优选特征的略微简化的表示。与此类特征相关联的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

具体实施方式

如本文所描述和说明的所公开的实施例的部件可以各种不同的配置来设置和设计。因此，具体实施方式并不旨在限制如所要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示其可能的实施例。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以提供对本文所公开的实施例的透彻理解，但是在没有某些这样的细节的情况下可实践某些实施例。另外，为了清楚起见，没有详细描述相关领域中理解的某些技术材料，以避免不必要地使本公开变得混淆。另外，附图是简化的形式，而不按精确的比例绘制。另外，如本文所说明和描述的本公开可在没有在本文没有具体公开的元件的情况下实践。

参考附图，其中相同的附图标记在若干附图中对应于相同或类似的部件，图1示出了具有包括动力传动系统的传动系11的车辆10的系统示意图。车辆10可以具有仅采用内燃机(发动机)12的推进系统。替代地，车辆10可以是混合动力电动车辆(HEV)，其具有采用发动机12和电动推进源两者的动力传动系统。在车辆10的HEV实施例的情况下，可以选择性地激活发动机12和电动推进源中的任一者或两者以基于车辆工况和其它因素来提供推进。

在一个实施例中，发动机12可以设置在车辆10上，并且车辆可以包括但不限于商用车辆、工业车辆、农用车辆、客车、飞机、船只、火车、全地形车、个人移动设备、机器人等形式的移动平台以实现本公开的目的。替代地，发动机12可以设置在固定电源上。

发动机12将转矩传递到轴14。沿轴14可以包括一个或多个分离机构以将发动机12的转矩输出与动力传动系统的其余部分分离。提供离合器16以允许选择发动机12的部分或完全转矩分离。离合器16可以是摩擦离合器，其具有多个摩擦板，所述摩擦板在离合器关闭时至少部分地接合以传递转矩并且在离合器打开时脱离以隔离动力传动系统的下游部分与发动机12之间的转矩流。还可以包括变矩器18，以在发动机12的输出部分与车辆传动系11的下游部分之间提供流体联接。变矩器18操作以平稳地提升从发动机12到传动系11的其余部分的转矩传递。而且，变矩器18允许发动机12分离，使得发动机12可以继续以低转速操作而不产生车辆10的推进，例如，在固定怠速状况下。

在车辆10的HEV实施例的情况下，电动推进源可以是由高压外部电源供电的第一电机20和包括高压牵引电池22的能量存储系统，即，直流电源。在一个实施例中，高压牵引电池是具有额定值大于约36伏但小于60伏的工作电压的电池。例如，牵引电池可以是标称电压为48伏的锂离子高压电池。在车辆10的HEV实施例中，高压直流电在传递到第一电机20之前由逆变器24进行调节。逆变器24包括多个开关和控制电路，所述控制电路操作以将直流电转换为三相交流电以驱动第一电机20。高压牵引电池22的负极端子电连接到底盘接地95。

另外，在HEV动力传动系统的情况下，取决于功率流的方向，第一电机20可以具有多种操作模式。在马达模式中，从高压牵引电池22传递的功率允许第一电机20产生到轴26的输出转矩。然后，第一电机20的输出转矩可以通过变速比变速器28传递以促进在将输出转矩传递到最终驱动机构30之前选择期望的齿轮比。最终驱动机构30可以是多齿轮差速器，其被配置为将转矩分配到联接到车轮32的一个或多个侧轴或半轴31。第一电机20可以设置在变速器28的上游、变速器28的下游，或者集成在变速器28的壳体内。

第一电机20还可以被配置为以发电模式操作以将各种传动系11部件的旋转运动转换成电能，包括存储在高压牵引电池22中。当车辆10移动时，无论是由发动机12推进还是因其自身的惯性滑行，轴26的旋转都会使第一电机20的电枢或转子(未示出)转动。此类旋转运动导致电磁场产生交流电，所述交流电传递通过逆变器24以转换成直流电。然后可以将直流电提供给高压牵引电池22以补充其充电状态。单向或双向DC-DC转换器33可以用于对低压(例如，12伏)电池34充电并供应低压负载35，诸如12伏负载。当使用双向DC-DC转换器33时，可以从低压电池34发动高压牵引电池22。可以采用低压电池34或高压牵引电池22来向起动机40供应电功率以旋转和起动发动机12。

本文讨论的各种推进系统部件可以具有一个或多个相关控制器以控制和监控操作。虽然示意性地描绘为单个控制器，但是电子控制器36也可以被实施为协作控制器系统以共同管理推进系统。多个控制器可以经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由分立导体进行通信。控制器36包括一个或多个数字计算机，每个数字计算机具有微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模数转换(A/D)和数模转换(D/A)电路、输入/输出电路和装置(I/O)，以及适当的信号调节和缓冲电路。控制器36还可以存储发布命令以执行根据本公开的动作所需的多个算法或计算机可执行指令。

控制器36被编程为监控和协调本文讨论的各种推进系统部件的操作。控制器36与发动机12通信并且接收指示发动机转速、冷却剂温度和/或其它发动机工况的信号。控制器36还可以与第一电机20通信并且接收指示马达转速、转矩和电流消耗的信号。控制器36还可以与高压牵引电池22通信并且接收指示诸如电池充电状态(SOC)、电池温度和电流消耗等状态指示器的信号。控制器36还可以接收指示高压总线两端的电路电压的信号。控制器36还可以与被设置成监控驾驶员输入踏板38的一个或多个传感器通信，以接收指示特定踏板位置的信号，所述信号可以反映驾驶员的加速需求。在一个实施例中，驾驶员输入踏板38可以包括加速器踏板和/或制动踏板。在诸如自动驾驶自主车辆等替代实施例中，加速需求可以由车辆10上或车辆外部的计算机来确定。

如上所述，在车辆10的HEV实施例的情况下，发动机12和第一电机20中的任一者或两者可以至少基于对象车辆的推进要求在特定时间操作。在高转矩需求状况期间，控制器36可以使发动机12和第一电机20两者都被激活，使得每个推进源提供相应的输出转矩以用于车辆10的同时或组合推进。在某些适度的转矩需求状况下，发动机12有效地操作并且可以用作唯一的推进源。例如，在以相对恒定的速度驾驶HEV的高速公路期间，可以停用第一电机20，使得仅发动机12提供输出转矩。

在HEV的其它工况下，可以停用发动机12，使得仅第一电机20提供输出转矩。可以打开离合器16以使轴14与动力传动系统的下游部分分离。具体地，在HEV的驾驶员允许车辆10在传动系和道路摩擦以及空气阻力下减速的滑行状况期间，可以停用发动机12并且以发电机模式操作第一电机20以恢复能量。另外，即使车辆10仅使用发动机12进行推进，在临时车辆停止期间，诸如在交通信号灯处，也可能需要停用发动机12。代替允许发动机12怠速的是，可以通过在车辆10固定时停用发动机来减少燃料消耗。在两个示例中，响应于随后的推进需求的恢复或增加而快速重启发动机12可能是有益的。发动机12的迅速启动可以避免车辆10的驾驶员感知到的功率传递的粗糙度和/或等待时间。

车辆10还包括第二电机，以下称为起动机组件40，其采用多相无刷电动马达54。起动机组件40联接到发动机12，并且被设置成产生起动转矩作为发动机起动例程的一部分，包括用在发动机停止-起动例程中。

当起动机组件40与发动机12接合直至发动机起动事件时，起动机组件40转动发动机12的曲轴以促进冷起动或其重启。具体地，起动机组件40被配置为与外部环形齿轮12A接合并选择性地将输入转矩T施加到所述外部环形齿轮，所述外部环形齿轮附接到发动机12的曲轴飞轮或柔性板(未示出)以便旋转发动机。根据本公开的方各面，控制器36被编程为响应于加速需求(诸如经由驾驶员输入踏板38处的传感器(未示出)在加速需求降低之后检测到的)而使用起动机组件40发出起动发动机12的命令。

如图2至4中所示，起动机组件40被配置为轴上电机。如本文所定义，“轴上”表示起动机组件40被设计和被配置为使得起动机的齿轮系部件、电动马达和电子换向器组件布置在公共的第一轴线X1上。起动机组件40包括部分行星齿轮组42，其经由单向离合器45可操作地连接到起动机小齿轮44，所述单向离合器被配置为沿第一轴线X1滑动。部分行星齿轮组42提供所需的减速，诸如在25∶1至55∶1之间，以在发动机曲轴处输出适当量的起动转矩。如图2至4中所示，起动机组件40包括齿轮组壳体46，其被配置为容纳部分行星齿轮组42并且具有安装凸缘46A以用于经由适当的紧固件附接到发动机12。

部分行星齿轮组42包括固定到齿轮组壳体46的内部环形齿轮42-1。部分行星齿轮组42还包括与内部环形齿轮42-1啮合的多个小齿轮42-2，以及被配置为保持小齿轮的行星架42-3。具体地，部分行星齿轮组42可以经由轴48通过单向离合器45直接连接到起动机小齿轮44。为此，轴48可以包括外花键48A，而小齿轮44和单向离合器45包括匹配的内花键44A，使得在一个实施例中，小齿轮44和单向离合器45能够在小齿轮被推出以与发动机飞轮上的环形齿轮12A啮合时沿小齿轮轴滑动。如所示，齿轮组壳体46被配置为经由轴承表面46B支撑轴48的前端。

起动机组件40还包括马达壳体50。齿轮组壳体46可以诸如经由参考图3所示的卡环71与马达端盖68一起固定到马达壳体50。马达壳体50包括第一轴承52，并且被配置为容纳无刷电动马达54，所述无刷电动马达是永磁AC或DC电动马达。无刷电动马达54可以是例如多种马达类型中的一种，诸如感应电机、表面安装永磁(PM)电机、内部PM电机、同步磁阻电机、PM辅助同步磁阻电机、拖杯形感应电机或开关磁阻电机。无刷电动马达54也可以是径向或轴向磁通电机。无刷电动马达54上的电线选择可以例如包括单个线导体，其可以具有圆形、方形或矩形横截面，其可以用于集中或分布式绕组。

与有刷电动马达相比，由于消除了换向器处的电刷接触引起的物理磨损，无刷马达可以表现出延长的使用寿命。此外，与有刷马达相比，电子换向电机能够更精确地控制马达转速。在一些示例中，可以使用弱磁控制策略来操作第二电机以进一步改善功率输出的控制。根据本公开的各方面，起动机组件40输出的旋转与环形齿轮12A的旋转同步，以减少在发动机12重新起动事件期间可能发生的噪音、振动和不平稳性(NVH)。

参考图2，其描绘了起动机组件40的横截面，并且在图3中以分解图描绘，无刷电动马达54包括具有定子芯56B的多相定子组件56，所述定子芯相对于第一轴线X1同心地布置在马达壳体50内部。多个绕组56A设置在定子芯56B上以产生旋转磁场。绕组56A通过多根相导线57电连接到电子换向器组件74的电力电子器件子组件78，所述多根相导线是高温(＞240℃)额定绝缘导线，其从电动马达54与第一轴线X1平行线性地向外突出，并且朝向电子换向器组件74突出以与其电连接。相导线57定位在定子组件56的外圆周上并且以120度机械间隔定位。无刷电动马达54还包括转子组件58，其被布置成在定子组件56内部旋转。转子组件58包括转子58A。当绕组56A依次供电以产生旋转电磁场时，无刷电动马达54被驱动，并且当定子芯56B因此通电时，使得转子组件58旋转。

定子芯56B的形状为圆柱形，并且限定了中空的中心部分以接纳转子58A。根据至少一个示例，定子芯56B的外径可以限制为不大于80毫米。转子58A被配置为相对于定子芯56B围绕第一轴线X1旋转。转子58A可以形成为层或叠片，其沿第一轴线X1在轴向方向上堆叠，其中叠片堆叠限定起动机组件40的有效长度。根据一个示例，叠片堆叠长度被限制为不大于40毫米。起动机组件40的总大小可以取决于封装约束，使得定子芯56B的外径与叠片堆叠长度的比率在约1.5至3.5之间的范围内。

转子58A可以限定设置在转子的外周边部分附近的多个开口59，并且每个开口可以被配置为保持永磁体59A。开口59的大小设计成增强可制造性，例如具有至少约2毫米的开口宽度。多个永磁体59A可以由诸如钕等铁基合金形成，并且配合以产生磁场，所述磁场在通电时与定子相互作用以引起转子58A的移动。例如，每个永磁体59A可以是矩形形状，以增强简单性并降低制造成本。然而，根据本公开，其它磁体形状可以适用于无刷电动马达54的特定应用。

永磁体59A被布置成围绕转子58A产生多个磁极。每个永磁体59A固定在转子58A的一个开口59内，并用作旋转电机的磁极。在垂直于磁体59A的主体的方向上产生磁通量。转子58A的开口59可以成形为在每个永磁体59A的两侧包括气隙(未示出)。每个极之间的气隙的大小可以设计成减少转子58A的磁极之间的磁通泄漏。每个永磁体59A被定向成相对于相邻磁体具有相反的极性方向，以便在相反方向上产生磁通量。可以根据无刷电动马达54的性能要求来选择极数。

转子组件58包括轴58B。轴58B被布置在第一轴线X1上，由第一轴承52支撑，并且直接连接到太阳齿轮60，所述太阳齿轮被配置为接合部分行星齿轮组42。如所示，太阳齿轮60可以与轴58B一体地形成。轴58B的前端62可以经由配置在轴48内的轴承表面64引导，使得轴48和轴58B各自围绕第一轴线X1旋转。转子组件58还包括转子位置目标66。如图2中所示，转子位置目标66可以被配置为一个或多个径向或对径定向的磁体，其固定到转子轴58B的一端。所述目标还可以由导电或软磁材料制成，以结合在传感器板上用带高频激励的感应传感器(代替霍尔效应传感器)来使用。

无刷电动马达54还包括马达端盖68，其被配置为与马达壳体50配合并包围所述马达壳体。如图3和4中所示，马达端盖68可以经由多个螺栓69紧固到齿轮组壳体46，因此将马达壳体50保持在它们之间。马达端盖68包括孔隙，所述孔隙提供用于第二轴承70的安装结构，所述第二轴承被配置为支撑轴58B以相对于第一轴线X1旋转。如图3和4中所示，卡环71可以用于将第二轴承70保持在马达端盖68的孔隙内。无刷电动马达54另外包括电子器件盖72，其具有用于从高压牵引电池22接收电功率的功率连接器73(如图3和4中所示)和用于与发动机控制器通信的控制信号连接器(未示出)以接收自动起动和自动停止命令。电子器件盖72被配置为与马达端盖68配合并容纳或封闭电子换向器组件74。电子换向器组件74包括控制电子器件子组件76和电力电子器件子组件78，它们封装在导热介电材料中以减轻机械冲击和振动，并提供通向电子器件盖72的热路径以便散热。控制电子器件子组件76布置在马达端盖68与电力电子器件子组件78之间。因此，如所示，无刷电动马达54布置或夹在部分行星齿轮组42与电子换向器组件74之间，而部分行星齿轮组42布置在起动机小齿轮44与电动马达54之间。电子器件盖72可以经由适当的紧固件(诸如图3中所示的螺钉79)附接到电力电子器件子组件78。

如图2至4中所示，起动机组件40另外包括螺线管组件80。螺线管组件80包括小齿轮换挡螺线管82和致动器83，并且小齿轮换挡螺线管82布置在平行于第一轴线X1布置的第二轴线X2上。螺线管组件80被配置为诸如经由合适的紧固件安装并紧固到齿轮组壳体46。螺线管组件80还被配置为使起动机小齿轮44和单向离合器45沿第一轴线X1换挡或滑动，如箭头84所指示，用于与环形齿轮12A啮合，以在控制器36命令时重启发动机12。小齿轮换挡螺线管82可以例如经由杠杆臂85(图2中示出)使起动机小齿轮44和单向离合器45换挡。

控制电子器件子组件76可以包括垂直于第一轴线X1布置的处理器电路板86，以及被配置为监控转子位置目标66的一个或多个转子位置感测电路88，诸如霍尔效应传感器。转子位置感测电路88被放置成与转子轴58B的端部处的目标磁体66保持预定距离(例如，0.5mm至1.5mm)。电力电子器件子组件78可以包括与处理器电路板86平行布置的电源电路板90、电流波纹滤波器92，以及被配置为从电源电路板90吸收热能的散热器94。电力电子器件子组件78可以另外包括导热电绝缘体96，其布置在电源电路板90与电流波纹滤波器92之间。电流波纹滤波器92可以包括多个滤波电容器98，其布置在以第一轴线X1为中心并垂直于所述第一轴线的节圆Cp(图4中所示)上。如图2至4中所示，多个滤波电容器98中的每一者被布置有与电源电路板90平行的第一纵向轴线，所述滤波电容器沿第一轴线X1布置在电源电路板90与处理器电路板86之间。

转子位置传感器的实施例包括提供增量或绝对位置信号的原始角位置传感器。无论转子是固定的还是移动的，来自绝对位置传感器的位置信号都与真实位置成比例。增量位置传感器检测位置变化。在一个实施例中，用于本申请的转子位置感测电路88包括乘法编码器或数字霍尔传感器，例如其使用聚合物键合的多极磁体并且其中产生编码器/霍尔脉冲和换向脉冲作为信号输出。转子位置感测电路88还包括基于智能微处理器的芯片以提取和传输位置信号。另一个传感器是模拟霍尔效应传感器，例如使用钕磁体的传感器，或可操作用于产生正弦和余弦信号作为传感器输出的其它基于磁场的传感器。产生类似正弦和余弦输出的其它传感器类型是电感型和磁阻型位置传感器，其放弃在其操作中使用磁体。

部分行星齿轮组42连同齿轮组壳体46以及起动机小齿轮44和单向离合器45可以是第一子组件100的一部分。螺线管组件80可以是第二子组件102的一部分。马达壳体50、无刷电动马达54和马达端盖68可以是第三子组件104的一部分。电子器件盖72和电子换向器组件74可以是第四子组件106的一部分。根据本公开，第一子组件100可以被配置为与第二子组件102预组装，第三子组件104可以被配置为与预组装的第一子组件100和第二子组件102预组装，第四子组件106被配置为与预组装的第一子组件100、第二子组件102和第三子组件104预组装，以提供完整的电起动机组件40。此外，在单独的子组件被组装到起动机组件40中，第一子组件100、第二子组件102、第三子组件104和第四子组件106可以分别地和单独地针对相应的预设操作参数进行测试，以验证每个子组件所需的性能。在替代实施例中，电子换向器组件的部分(例如，控制电子器件子组件、电力电子器件子组件和/或散热器)可以设置在远离三相无刷电动马达的位置处，诸如设置在控制器36中。

图5示意性地示出了与参考图2、3、4和8描述的起动机组件40的实施例相关联的控制电路。起动机组件40包括无刷电动马达54，其包括转子58和转子轴58B，所述转子轴经由行星齿轮组42和单向离合器45联接到小齿轮轴48。小齿轮44可滑动地设置在小齿轮轴48上。小齿轮换挡螺线管82可控制以致动杠杆臂85以将小齿轮44推动到伸出位置以响应于小齿轮控制信号101而啮合地接合发动机飞轮12，所述小齿轮控制信号可以由控制器36产生作为发动机起动事件的一部分。电子换向器组件74包括转子位置感测电路88、控制电子器件子组件76和电力电子器件子组件78。控制电子器件子组件76包括DSP(数字信号处理)控制器120，其与多个栅极驱动器110和转子位置感测电路88通信。电力电子器件子组件78包括起动机逆变器140和其它元件。响应于起动机马达控制信号103，DSP控制器120控制栅极驱动器110以产生控制信号，所述控制信号被传送到起动机逆变器140的电源开关142，所述电源开关产生电流信号，所述电流信号被传递到定子56的定子绕组56A以产生旋转磁场以促使转子58A旋转。转子位置感测电路88监控转子58A和转子轴58B的旋转。控制器36同时产生起动机马达控制信号103和小齿轮控制信号101以实现发动机起动事件。起动机组件40包括外部可访问的编程通信端口128(参考图8示出)，其被配置为发送和接收消息105。

图6示出了电子换向器组件74的一个实施例的剖面侧视图，所述电子换向器组件包括离轴转子位置感测电路88、控制电子器件子组件76、电力电子器件子组件78、导热电绝缘体96和散热器94。离轴转子位置感测电路88、控制电子器件子组件76、电力电子器件子组件78、导热电绝缘体96和散热器94布置成堆叠，在第一轴线X1上正交定向，并且封闭在盖子72中(参考图2、3和4所示)。马达端盖68可以经由多个螺栓269紧固到齿轮组壳体46。转子轴58B穿过马达端盖68中的孔隙突出。转子位置目标66被配置为径向磁化的环形磁体，其在一个实施例中通过按压配合到形成在电机端盖68的一端上的肩部而设置在转子轴58B的一端上。环形磁体的轴向长度为3-5mm，并且可以具有单个N-S极布置，或者可选地具有多个N-S极布置。离轴转子位置感测电路88以预定间隔设置在转子轴58B的端部处的径向磁化的环形磁体附近。替代地(参考图7示出)，转子位置目标可以被布置为径向磁化的磁体，其设置在转子轴的一端和相关的轴上感测电路89上。

控制电子器件子组件76设置在盘形处理器电路板86上并包括多个栅极驱动器110，其经由DSP控制器120控制以提供经脉冲宽度调制的控制信号。参考图8示出了这种布置。控制电子器件子组件子76被设置在离轴转子位置感测电路88附近，并插置在电力电子器件子组件78与离轴转子位置感测电路88之间。

电力电子器件子组件78被设置在盘形电源电路板90上并包括起动机逆变器140，所述起动机逆变器包括多个电源开关142。电力电子器件子组件78邻近控制电子器件子组件76设置并热联接到散热器94。

控制电子器件子组件76经由居中接口连接件与电力电子器件子组件78通信，所述接口连接件通过安装在控制电子器件子组件76上的第一连接器75与安装在电力电子器件子组件78上的第二连接器77之间的连接件形成。控制电子器件子组件76的多个栅极驱动器110将经脉冲宽度调制的控制信号传送到起动机逆变器140的单独电源开关142以实现和控制输出电流幅度和相位控制。

导热电绝缘体96是由导热的电绝缘材料形成的装置，并且被设置成将电力电子器件子组件78的部分与散热器94电隔离。导热电绝缘体96插置在散热器94与电力电子器件子组件78之间，并且多个热通孔108穿过电源电路板设置以在电力电子器件子组件78与散热器94之间进行连接以从电力电子器件子组件78的选定区域向散热器94传递热量。

散热器94是由导热材料形成的盘形装置。散热器94设置在电力电子器件子组件78的近侧并远离控制电子器件子组件76，并且被布置成将热量从电力电子器件子组件78中传出。

多个相端子97垂直于电源电路板90的表面向外突出。当无刷电动马达54被布置为三相马达时，存在三个相端子97，每个相端子与其一个相相关联。每个相端子97电连接到起动机逆变器140的一个支路以传导相控电流。每个相端子97被布置成电连接到相导线57中的相应相导线，所述相导线电连接到多相定子组件56的绕组56A以将相控电流传导到其上以产生旋转磁场。

电力电子器件子组件78的电源电路板90包括多个电镀贯通安装孔134，其电连接到用于电力电子器件子组件78的各种元件的电路接地。

控制电子器件子组件76的处理器电路板86包括多个电镀贯通安装孔114，其电连接到用于控制电子器件子组件76的各种元件的电路接地。螺栓269被设置成穿过电镀贯穿安装孔114和134以将控制电子器件子组件76和电力电子器件子组件78固定到马达端盖68，并且还提供通向底盘接地95的电接地路径，其电连接到DC电源(例如高压牵引电池22和低压辅助电池34)的负端子。

图7示出了电子换向器组件74的另一个实施例的剖面侧视图，所述电子换向器组件包括轴上位置感测电路89、控制电子器件子组件76、电力电子器件子组件78、导热电绝缘体96和散热器94。轴上位置感测电路89、控制电子器件子组件76、电力电子器件子组件78、导热电绝缘体96和散热器94布置成堆叠，在第一轴线X1上正交定向，并且封闭在盖子72中(参考图2、3和4所示)。转子轴58B穿过马达端盖68中的孔隙突出。无铁支架65设置在转子轴58B的端部上，并且提供用于对径磁化的磁体67形式的转子位置目标的实施例的安装表面。对径磁化的磁体67被布置为盘形装置，其具有6mm至8mm的直径并且具有单个N-S极布置。对径磁化的磁体67被布置成紧靠轴上位置感测电路89。在一个实施例中，径向磁化的磁体67被布置成具有与轴上位置感测电路89相距小于1mm至1.5mm的轴向气隙，其中最小轴向气隙间隔为至少0.2mm。该实施例的其它方面与参考图6描述的那些方面相同。

图8示意性地示出了用于控制电子器件子组件76的处理器电路板86的实施例的第一侧，所述第一侧包括(如所示)设置在其上并与其通信的轴上位置感测电路89。处理器电路板86被布置为高密度印刷电路板，其上布置有多个表面安装的集成电路芯片，所述集成电路芯片包括DSP控制器120、用作电源开关142的驱动器电路的栅极驱动器110、电流传感器放大器122、外部可访问的编程通信端口128、与电子控制器36通信的第二通信端口116，以及被设置成向各种电子装置供应低压调节电功率的电压调节器124。处理器电路板86上的机械特征包括设置在其外圆周上的多个间隙部分118，其容纳相导线57的贯穿孔。还示出了三个电镀的贯穿安装孔114。

图9示意性地示出了用于控制电子器件子组件76的处理器电路板86的实施例的第二相对侧。处理器电路板86被布置为高密度印刷电路板，其上布置有多个表面安装的集成电路芯片，所述集成电路芯片包括处理器电源132、用于起动机逆变器140的电源开关142的电源开关驱动器电路144、栅极驱动器电源111、噪声去耦电容器130、第一连接器75、设置在其外圆周上的间隙部分118以及电镀的贯穿安装孔114。控制电子器件子组件76经由居中接口连接件与电力电子器件子组件78通信，所述接口连接件通过第一连接器75与安装在电力电子器件子组件78上的第二连接器77之间的连接件形成。电力电子器件子组件78相对于控制电子器件子组件76的布置实现了期望的分离，其减轻了电磁干扰和它们之间的热传递。

图10示意性地示出了电力电子器件子组件74的实施例的等距视图，所述电力电子器件子组件设置在盘形电源电路板90上并且包括起动机逆变器140，所述起动机逆变器包括多个电源开关142。电力电子器件子组件74上的元件的布置提供了具有低寄生电阻、低电感和相控布置中的部件的对称布置的高密度装置。电力电子器件子组件78包括第二连接器77、起动机逆变器140的电源开关142、滤波电容器98、温度传感器158和相脚电流传感器152(示出其中一个)。向外突出的相端子97垂直于电源电路板90的表面设置以电连接相应的相导线57，所述相导线电连接到多相定子组件56的绕组56A以向其传导相控电流以当电子换向器组件74组装到起动机组件40的第三子组件104上时产生旋转磁场。电源开关142是低电感表面安装固态开关，其安装在电源电路板90上，导热电绝缘体96插置在所述电源开关与所述电源电路板之间。电源开关142的各部分采用通孔108与散热器94热连通以进行热传导和散热。电镀的贯穿安装孔114(示出其中一个)，电连接到用于电力电子器件子组件78的各种元件的电路接地。第二低电感电容器154电连接到起动机逆变器140的每个相脚，并且被配置为抑制高频电磁干扰。每个电流传感器152设置成监控起动机逆变器140的一个相脚上的电流。

术语“控制器”和诸如控制模块、模块、控件、控制单元、处理器等相关术语以及类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)以及呈存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)的形式的相关非暂时性存储器部件中的任一者或各种组合。非暂时性存储器部件能够存储呈一个或多个软件或固件程序或例程的形式的机器可读指令，是组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路，以及可由提供所描述功能性的一个或多个处理器存取的其它部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监控来自传感器的输入的相关装置，其中这些输入以预设采样频率或响应于触发事件而监控。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望功能。例程可以规则的间隔而执行，例如正进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或另一种合适的通信链路而实现。通信包括以任何合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入的离散、模拟或数字化模拟信号、致动器命令和控制器之间的通信。术语“信号”是指传达信息的物理上可辨别指示器，并且可以是能够行进通过介质的任何合适的波形(例如，电、光学、磁性、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方形、振动等。

详述和图或图式支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于执行本教导的某些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践随附权利要求书中限定的本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的起动机组件，其包括：

多相无刷电动马达，其包括定子、设置在可旋转轴上的转子，以及设置在所述定子的第一端处的马达端盖；

包括可伸缩小齿轮的发动机安装结构，所述发动机安装结构设置在所述定子的第二端处；以及

电子换向器组件，其设置在所述马达端盖上并且包括感测电路、控制电子器件子组件、电力电子器件子组件和散热器；

其中：

所述可旋转轴限定轴线；

所述可旋转轴的第一端可联接到所述小齿轮，

所述可旋转轴的第二端穿过所述马达端盖中的孔隙突出，

所述感测电路被设置成监控所述可旋转轴的旋转位置，

所述控制电子器件子组件、所述电力电子器件子组件和所述散热器被布置成与由所述可旋转轴限定的所述轴线垂直的堆叠配置，

所述控制电子器件子组件邻近所述感测电路设置，并且所述电力电子器件子组件邻近所述控制电子器件子组件设置，其中所述控制电子器件子组件插置在所述电力电子器件子组件与所述感测电路之间，

所述散热器设置成邻近所述电力电子器件子组件并远离所述控制电子器件子组件，

所述电力电子器件子组件热联接到所述散热器，

所述电力电子器件子组件和所述控制电子器件子组件各自包括电接地，并且每个所述电接地经由所述马达端盖电连接到所述发动机安装结构，

所述电力电子器件子组件包括功率逆变器，其可电连接到DC电源，

所述控制电子器件子组件与所述电力电子器件子组件的所述起动机逆变器通信，并且

所述电力电子器件子组件电连接到所述多相无刷电动马达的所述定子。

2.根据权利要求1所述的起动机组件，其还包括设置在所述可旋转轴的所述第二端上的转子位置目标，其中所述感测电路设置成监控所述转子位置目标。

3.根据权利要求2所述的起动机组件，其中所述转子位置目标包括径向磁化的环形磁体，所述环形磁体设置在所述可旋转轴的一端上，并且其中所述感测电路包括离轴感测电路。

4.根据权利要求2所述的起动机组件，其中所述转子位置目标包括对径磁化的磁体，所述对径磁化的磁体设置在所述可旋转轴的一端上，并且其中所述感测电路包括轴上感测电路。

5.根据权利要求1所述的起动机组件，其还包括居中信号接口以实现所述电力电子器件子组件与所述控制电子器件子组件之间的通信。

6.根据权利要求1所述的起动机组件，其中所述小齿轮被设置成沿联接到所述转子的可旋转构件平移。

7.根据权利要求1所述的起动机组件，其中所述多相无刷电动马达包括三相电机。

8.根据权利要求1所述的起动机组件，其还包括导热电绝缘体，所述导热电绝缘体插置在所述电力电子器件子组件与所述散热器之间。

9.根据权利要求8所述的起动机组件，其还包括多个传热通孔，所述传热通孔设置在所述导热电绝缘体中以实现所述电力电子器件子组件的一部分与所述散热器之间的热连通。

10.根据权利要求8所述的起动机组件，其中所述导热电绝缘体被设置成将所述电力电子器件子组件的部分与所述散热器电隔离。