CN114829765B - 具有集成的热保护的车辆起动机 - Google Patents

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Abstract

起动机组件(22)，其包括用于给螺线管(34)通电的开关(40)。给螺线管通电将起动机齿轮(30)偏置成接合并且给起动机马达(32)通电。热响应开关(44)定位成吸收由运行电动马达所产生的热，并且设置在对控制螺线管的开关的操作进行控制的电气线路(46)中，热响应开关的断开导致螺线管开关的断开。这样的热响应开关的使用在电动马达经受升高的工作温度时对电动马达断电，否则可能引起对电动马达的损坏。起动机组件还可以包括控制电路(66)，该控制电路包括微处理器(68)，其中，控制电路与控制螺线管的开关可操作地耦联。控制电路编程为在满足预定条件的情况下对螺线管断电，以便因此防止对电动马达的损坏。

Description

具有集成的热保护的车辆起动机
相关应用的交叉引用
本申请要求2019年12月19日提交的名称为VEHICLE STARTER WITH INTEGRATEDTHERMAL PROTECTION(具有集成的热保护的车辆起动机)的美国临时专利申请序列号62/950 568的优先权，其公开内容在此通过引用并入在此。
技术领域
本公开涉及一种用于内燃发动机的起动机系统，并且特别是涉及一种用于商用车辆和其他大型应用的起动机系统。
背景技术
在用于乘用车辆的起动机系统中最近已经有许多重大的发展。例如，目前对于这样的乘用车辆的电子控制单元(ECU)通常使发动机停止并且随后自动致动车辆起动机来重新起动该车辆。在这种由车辆的ECU控制起动机系统操作的车辆中，可以对ECU编程来限制或防止由于不同操作者动作而引起的对起动机系统的损坏。
商用车辆和设备(例如牵引车-拖车组合的半挂车、重型设备、商用巴士和其他大型车辆以及大型固定发电机组)通常采用不太复杂的起动机系统。这样的大型车辆和设备的制造商通常从单独的制造商处采购发动机。发动机制造商通常设计这样的发动机以用于广泛应用而不是单一应用。因此，发动机制造商通常提供相对简单的起动系统。许多这样的起动机系统容易受到由于车辆/应用的操作者的误用而导致的热损坏。
在这样的起动系统中仍然需要限制或防止由于使用者误用而对起动系统造成损害的可能性的有成本有利的解决方案。
发明内容
本公开内容提供一种成本有利的起动马达组件，所述起动马达组件能够限制由于操作者误用而对起动系统造成的损坏并且无需车辆具有特定的线束。
本发明在其一些实施方式中提供一种用于内燃发动机的起动机组件，其中，所述起动机组件适用于与电压源和内燃发动机一起工作以起动发动机，并且所述起动机组件包括电动马达，该电动马达驱动起动机齿轮。所述起动机齿轮可选择性地在接合位置与分离位置之间切换，其中，起动机齿轮在接合位置中与内燃发动机可操作地耦联，而在分离位置中与内燃发动机解耦。螺线管与起动机齿轮耦联，其中，给螺线管通电将起动机齿轮切换到接合位置中，并且当对螺线管断电时，起动机齿轮被偏置到分离位置。给螺线管通电因此闭合马达开关。马达开关设置在适于将电动马达与电压源耦联的第一电气线路中，由此，闭合所述马达开关将给电动马达通电，而断开马达开关将给电动马达断电。螺线管开关设置在与螺线管连通的第二电气线路中，其中，闭合螺线管开关将给螺线管通电，而断开螺线管开关将给螺线管断电。热响应开关定位成吸收由运行电动马达所产生的热，其中所述热响应开关在经受升高的温度时断开。所述热响应开关设置在与螺线管开关可操作地耦联的第三电气线路中(例如，第三线路可以形成由磁性开关形成的螺线管开关的线圈)，其中，给所述第三电气线路通电将闭合螺线管开关，而给所述第三电气线路断电将断开螺线管开关，并且所述第三电气线路通过附接到起动机组件而接地，热响应开关在第三电气线路中设置在螺线管开关与接地位置之间，其中，热响应开关的断开防止对第三电气线路通电并且导致螺线管开关断开。当电动马达经受升高的运行温度时，这样的热响应开关的使用将使电动马达断电，否则可能引起对电动马达的损坏。
在一些实施方式中，所述第三电气线路还包括使用者操作的开关。这样的使用者操作的开关可以采用由点火钥匙操作的开关的形式。在这样的实施方式中，螺线管开关可以采用磁性开关的形式，其中所述第三电气线路形成磁性开关的线圈。在这样的实施方式中，所述第三电气线路可以从电压源串联地延伸到使用者操作的开关、到磁性开关、到热响应开关、到接地。在更进一步的变型方案中，所述电动马达可以安装在主壳体之内，其中，将所述主壳体接地，并且所述磁性开关设置在开关壳体中，将所述开关壳体安装在主壳体上并且与所述主壳体电绝缘，并且所述第三电气线路通过将其连接到主壳体而接地，将所述热响应开关在第三线路中设置在开关壳体与主壳体之间。
在另外的实施方式中，热响应开关可以采用双金属开关的形式。
在一些实施方式中，所述热响应开关安装在电动马达的刷盘组件上并且从所述刷盘组件吸收热。
结合上述实施方式的不同特征，在一些实施方式中，所述热响应开关是设置在第三电气线路中的双金属开关，其中，所述第三电气线路还包括使用者操作的开关，所述螺线管开关是磁性开关，并且所述第三电气线路形成所述磁性开关的线圈并且从电压源串联地延伸到使用者操作的开关、到磁性开关、到热响应开关、到接地。在这样的实施方式中，电动马达可以安装在主壳体之内，将所述主壳体接地，其中所述磁性开关设置在开关壳体中，将所述开关壳体安装在主壳体上并且与所述主壳体电绝缘，并且所述第三电气线路通过将其连接到主壳体而接地，将所述热响应开关在第三电气线路中设置在开关壳体与主壳体之间，并且螺线管也支撑在主壳体上。这样的实施方式会要求闭合使用者操作的开关来闭合螺线管开关。
在上述任一个实施方式中，所述起动机组件还可以包括控制电路，该控制电路包括微处理器，其中，所述控制电路与螺线管开关可操作地耦联。将控制电路与马达电压感应线路连通，由此所述控制电路响应于所述电动马达中的电压变化。还将所述控制电路与同电压源连通的电气线路连通，由此所述控制电路响应于电压源的电压。将控制电路编程为在满足预定条件的情况下断开螺线管开关，以便因此防止对电动马达的损坏。
在包括控制电路的一些实施方式中，所述控制电路包括MOSFET开关，其中将所述MOSFET开关设置在对螺线管开关的操作进行控制的电气线路中，其中，所述热响应开关的断开引起螺线管开关的断开，将所述MOSFET开关与所述热响应开关串联设置。在这样的具有MOSFET开关的实施方式中，电路优选地布置成使得在MOSFET开关短路至闭合配置的情况下，热响应开关仍然可操作以断开对螺线管开关的操作进行控制的电气线路，并且因此断开螺线管开关。
在包括控制电路的实施方式中，可以将所述控制电路编程为：
a)要求在螺线管开关的相继闭合之间至少三秒的延迟(以便因此提供快速重新接合锁定)；
b)当所述电压源的电压超过预定的发动机运行电压阈值时，防止所述螺线管开关闭合(以便因此提供发动机运行锁定)；
c)如果电压源的电压降低到预定的第一低电压阈值之下，则防止所述螺线管开关闭合(以便因此提供低电压锁定)；
d)如果电压源的电压降低到预定的第二低电压阈值之下，则断开所述螺线管开关(以便因此提供低电压锁定)；
e)在螺线管开关闭合的情况下经过预定的时间限制之后断开所述螺线管开关(以便因此提供限时盘车(time-limited-crank)功能)；
f)热响应开关设置在第三电气线路中，并且所述第三电气线路还包括使用者操作的开关，并且当使用者操作的开关闭合并且电动马达的电压降低到预定阈值之下时，螺线管开关立即断开并且随后闭合，并且如果电动马达的电压没有上升到预定阈值之上并且实施了螺线管开关的三次这样相继的断开和闭合，则断开所述螺线管开关(以便因此提供自动重试功能)；和
g)所述控制电路响应于包含使用者操作的开关的电气线路中的电压，并且如果在闭合螺线管开关和给所述螺线管通电之后，包含使用者操作的开关的电气线路的电压回弹到预定阈值之上，则断开所述螺线管开关(以便因此提供起动时自动分离功能)。
在包括控制电路的不同实施方式中，所述控制电路可以安装在控制单元壳体之内，其中使所述控制单元壳体附接到开关壳体。减振的和电绝缘的安装组件可以用于将控制单元壳体和开关壳体固定到主壳体，其中，所述安装组件将主壳体与控制单元壳体以及与开关壳体电绝缘。
在上述任何实施方式中，如在一些不太复杂的起动机系统中所要求的那样，可以要求闭合使用者操作的开关以闭合螺线管开关。
附图说明
通过参考以下结合附图对本发明的实施方式的描述，本发明的上述和其他特征以及实现它们的方式将变得更加清楚并且将更好地理解发明本身，图中：
图1示出采用如在此所述的起动组件的车辆的视图。
图2示出现有技术的具有热响应开关的系统的示意图。
图3示出现有技术的具有热响应开关的起动机组件的透视图。
图4示出现有技术的具有用于对磁性开关的操作进行控制的微控制器的起动机组件的透视图。
图5示出具有集成的热保护特征的起动机组件的透视图。
图6示出图5的起动机组件的磁性开关壳体和控制电路壳体的透视图。
图7示出可以与图5的起动机组件一起使用的备选的磁性开关壳体的透视图。
图8示出包括图5的起动机组件的起动机系统的示意图。
图9示出图5的起动机组件的控制电路的示意图。
图10示出图5的起动机组件的控制电路逻辑图，所述起动机组件能够方便地适用于多种不同的应用。
相应的附图标记在各个视图中指示相应的部分。尽管在此阐述的示例以不同形式示出本发明的若干实施方式，以下公开的实施方式并不旨在穷举或并不旨在解释为将本发明的范围限制为所公开的精确形式。
具体实施方式
在图1中示出其中可以使用如在此所述的起动机组件22的车辆20的一个示例。示出的车辆20是半挂车并且形成牵引车-拖车组合的一部分。起动机组件22也可以用于其他商用车辆、诸如巴士、农用设备、工业和建筑设备以及类似的大型车辆。所述起动机组件也可以用于大型发电机组和其他固定设备。虽然起动机组件22特别良好地适用于大型设备和车辆，但是所述起动机组件也可以用于具有内燃发动机的小型车辆和设备。
图2示出现有技术的起动机系统10。系统10包括两个使用者操作的开关：一个钥匙开关11和一个按钮点火开关12。在将钥匙开关11转到闭合或接通位置之后，可以致动/闭合按钮开关12以启动起动程序。当两个开关11、12都闭合时，这引起磁性开关13闭合，从而给螺线管14通电。应注意的是，图2示出与起动机组件分开定位的磁性开关13，而图3示出其中磁性开关13安装在起动机组件的主壳体上的起动机组件。
给螺线管14通电则给起动马达15通电并且在起动发动机时使小齿轮16偏置成与内燃发动机上的齿圈接合。在起动机系统10中还包括恒温连接器17，所述恒温连接器提供热响应开关以在起动机马达15变得过热时将其断电。所述热响应开关设置在将起动马达15接地的电气线路中。所述恒温连接器17是用于形成起动机组件的接地端子的非标准的两引脚连接器。标准接地连接装置应是单引脚连接器，并且对所述恒温连接器17的使用需要对车辆的线束进行特定修改，以用于与具有这样的恒温连接器17的起动机组件一起使用。
图4示出现有技术的起动机组件的另一个示例。图4的起动机组件不包括恒温连接器17或热响应开关。而是，图4的组件包括控制电路18，该控制电路以限制起动机组件的损坏的逻辑来编程，并且类似于在美国专利第10 082 122号中公开的起动机组件，其中该专利的公开内容通过引用并入在此。
在图5中示出起动机组件22，所述起动机组件提供使用类似于在图2和3中示出的起动机组件的热响应开关的优点以及使用类似于在图4中示出的起动机组件的控制电路的优点，同时如将在以下描述中所讨论的那样克服这些现有技术的起动机组件的若干缺点。在图8中示出具有起动机组件22的起动机系统的示意图。
当起动内燃发动机24时使用起动机组件22。通过将在所示实施方式中以小齿轮形式的起动机齿轮30与发动机24的齿圈26相接合而使起动机组件22选择性地耦联到发动机24。电压源28(例如车辆的电池组)用于给形成起动机马达的电动马达32供电。当起动发动机24时，起动机齿轮30与齿圈26接合，并且由电压源28供电的电动马达32可旋转地驱动起动机齿轮30，所述起动机齿轮又驱动齿圈26以起动发动机24。
应注意的是，电动马达32由在起动发动机24时用作马达的电机形成。在一些实施方式中，所述电机可以仅作为电动马达操作，而在另一些实施方式中，所述电机可以选择性作为电动马达或发电机操作。当提及所述电机时使用术语“马达”并不意味着它仅可以作为马达操作，而是在此还可以用于指代能够作为发电机操作的电机。
起动机齿轮30可移动地处于与齿圈26接合的接合位置和与齿圈26分离的分离位置之间，由此所述起动机齿轮30和电动马达32在接合位置中可操作地与内燃发动机24耦联，而在分离位置与内燃发动机24解耦。
在起动机齿轮30与电动马达32之间设置有过速离合器33，使得如果在起动发动机24之后齿轮30保持与齿圈26接合，起动机齿轮30的所引起的过大转速将不会传递回电动马达32。在起动机组件中使用这种过速离合器对于本领域技术人员是熟知的。
螺线管34与起动机齿轮30耦联，使得给螺线管34通电将使起动机齿轮30移动到接合位置中。起动机齿轮30通过弹簧35偏向分离位置，并且当螺线管34断电时，起动机齿轮30移动到其分离位置。
给螺线管34通电也闭合开关36，所述开关由于控制对电动马达32的通电而在此称为马达开关。所述马达开关36设置在将电动马达32与电压源28耦联的电气线路38中，从而闭合马达开关36将给电动马达32通电，而断开马达开关36将给电动马达32断电。这种对螺线管的使用以用于对起动机齿轮与发动机齿圈的接合与分离的切换进行控制以及对用于给起动机马达通电的开关进行操作对于本领域技术人员是熟知的。
开关40由于其控制给螺线管34的通电而在此称为螺线管开关。所述螺线管开关40设置在与螺线管连通的电气线路42中，其中，闭合螺线管开关40将给螺线管34通电，而断开螺线管开关40将给螺线管34断电。在示出的实施方式中，螺线管开关40是具有线圈41和柱塞的磁性开关。当给线圈41通电时，线圈使柱塞移动以闭合开关40，当线圈41未通电时，柱塞通过弹簧偏置到开关40断开的位置。使用磁性开关来控制给起动机螺线管的通电对于本领域技术人员是熟知的。
热响应开关44定位成吸收由操作电动马达32而产生的热，使得热响应开关44在经受升高的温度时断开。热响应开关44设置在对螺线管开关40的操作进行控制的电气线路46中，其中，热响应开关44的断开导致螺线管开关40的断开。由此，当电动马达32经受升高的操作温度时，热响应开关44使电动马达32断电，否则可能导致电动马达32损坏。
在示出的实施方式中，热响应开关44是双金属开关。这种双金属开关的一个合适的示例在2007年4月24日公布的Bradfield等人的名称为Electrical Thermal OverstressProtection Device(电气热过应力保护装置)的美国专利第7 209 337号中公开，该专利的公开内容通过引用并入在此。
在示出的实施方式中，电动马达32是直流(DC)马达，所述直流马达具有与转子50和采用场线圈形式的定子52连通电流的刷盘组件48。刷盘组件48、转子50和定子52以本领域技术人员熟知的方式操作。
热响应开关44安装在电动马达32的刷盘组件48上并且从所述刷盘组件吸收热。刷盘组件48在电动马达32运行期间与转子50连通电流，并且在电动马达32过热的情况下将经受升高的温度。尽管刷盘组件48在示出的实施方式中用作用于热响应开关44的安装位置，开关44也可以安装在任意数量的备选位置中，只要这些位置将热能传递到开关44使得允许开关44感应代表电动马达32的运行温度的热能。开关44例如可以备选地安装在定子52上、在与转子50或定子52热连通的部件上、或者紧邻转子50或定子52。
应注意的是，将热响应开关44安装在刷盘组件上描述开关44的物理位置，并且开关44将响应于在该物理位置上的温度。将热响应开关44安装在该位置并不意味着该开关控制由刷盘组件48传输的电流。
如上所述，在示出的实施方式中，热响应开关44设置在电气线路46中，并且当热响应开关44断开时，螺线管开关40也将断开，从而引起所述起动机齿轮30移向其分离位置并且使电动马达32断电。电气线路46包括使用者操作的开关54，所述使用者操作的开关可以采用由点火钥匙操作的开关的形式。
如能在图8中看出的那样，电气线路46从电压源28串联延伸到使用者操作的开关54、到螺线管开关40、到热响应开关44、到接地56。还如能在图8中看出的那样，电气线路46形成构成螺线管开关40的磁性开关的线圈。因此，当电气线路46有电流流过时，开关40的线圈将被通电并且闭合螺线管开关40。还应注意的是，螺线管开关40不断开或不闭合电气线路46，而是使形成螺线管34的线圈的电气线路42断开或闭合，由此流过线路42的电流给螺线管34通电，并且因此闭合马达开关36并且将起动机齿轮30切换到与齿圈26接合。
尽管在图8中示出的起动机系统中仅使用单个使用者操作的开关54，备选的实施方式可以采用多个这样的使用者操作的开关。例如，备选的实施方式可以采用串联设置的钥匙操作的开关和按钮开关二者，其中必须闭合这两个使用者操作的开关来闭合螺线管开关40。
在示出的实施方式中，电动马达32安装在主壳体58之内，所述主壳体58通过附接到车辆框架而接地。因此，对于起动机组件的那些需要电气接地的部件，这样的接地可以通过附接到主壳体58来实现。
通过将壳体附接到车辆框架来使起动机马达壳体接地在本领域中是熟知的。对于图3和4中示出的现有技术实施方式，起动机马达壳体电气接地，而磁性开关的接地是通过将线路附接到磁性开关的壳体上并且然后将该磁性开关壳体直接附接到起动机马达的主壳体上来实现。
对图5和8的实施方式的螺线管开关40的接地以与对图3和4中示出的起动机组件的接地不同的方式实现。对于图5和8的实施方式，螺线管开关40如上所述地通过热响应开关44接地。以磁性开关形式的螺线管开关40设置在开关壳体60之内，并且线路46附接到开关壳体60。然而，开关壳体60与主壳体58电绝缘，并且线路46的附接到开关壳体60外部的延伸部延伸到热响应开关44，并且然后附接到主壳体58以形成接地56。
在示出的实施方式中，开关壳体60通过橡胶安装组件62安装到主壳体58，所述橡胶安装组件不仅将开关壳体60与主壳体58电绝缘，而且提供减振。
应注意的是，热响应开关44在用于将控制螺线管通电的磁性开关进行接地的线路中的放置不同于在图2和3中示出的起动机组件的放置。在图2和3中示出的实施方式中的热响应开关的位置在电压源28与车辆框架形式的接地64之间。(在图8的示意图中附图标记19指示该位置。)在图5和8的实施方式中，热响应开关44的位置提供若干优点。这些优点之一是不再需要非标准的两引脚连接器和不再需要对车辆线束的修改。另一个优点当热响应开关与微处理器一起使用时出现，如以下将讨论的那样。
图5和8的起动机组件22还包括控制电路66，所述控制电路包括微处理器68。控制电路66可操作地与螺线管开关40耦联，由此，所述控制电路可以使形成螺线管开关40的磁性开关的线圈断电，从而断开螺线管开关40并且因此使螺线管34断电并且将起动机齿轮30切换到其分离位置并且使电动马达32断电。在使用者操作的开关54保持闭合的情况下，控制电路66可以选择性地断开和闭合螺线管开关40。控制电路66包括MOSFET开关70(图9)，所述MOSFET开关用于断开和闭合电气线路46，以便因此进行对螺线管开关40的这种控制。
控制电路66设置在控制单元壳体72之内。控制单元壳体附接到开关壳体60，并且多个减振的和电绝缘的安装件形成用于将控制单元壳体72和开关壳体60固定到主壳体58的安装组件62。绝缘安装件62将主壳体58与彼此附接的控制单元壳体72和开关壳体60电绝缘。电气线路46用于将控制电路66和电气线路42接地。在此方面应注意的是，在图9中示出若干个单独的接地位置，这些单独的接地位置最终都通过电气线路46和热响应开关44接地。
控制电路66与马达电压感应线路74连通，由此控制电路响应于电动马达中的电压变化。这可以通过与起动机组件的M端子连通的线路来实现。
控制电路66还与同电压源连通的电气线路76连通，由此所述控制电路响应于电压源的电压。这可以通过与起动机组件的B+端子连通的线路来实现。
控制电路66还与感应线路78连通，所述感应线路与使用者操作的开关所在的电气线路连通。当使用者操作的开关闭合时，所述感应线路应该感应到与B+端子相同的电压。换句话说，当使用者操作的开关闭合时，该线路中的电压对应于电压源的电压。这可以通过与起动机组件的S+端子连通的线路来实现。
所述控制电路编程为在满足预定条件的情况下断开螺线管开关，以便因此防止对电动马达的损坏。更具体地说，可以将所述控制电路编程为：
a)要求在螺线管开关的相继闭合之间至少三秒的延迟(以便因此提供快速重新接合锁定)；
b)当电压源的电压超过预定的发动机运行电压阈值时防止螺线管开关闭合(以便因此提供发动机运行锁定)；
c)如果电压源的电压降低到预定的第一低电压阈值之下，则防止螺线管开关闭合(以便因此提供低电压锁定)；
d)如果电压源的电压降低到预定的第二低电压阈值之下，则断开螺线管开关，所述第二低电压阈值低于所述第一低电压阈值(以便因此提供低电压锁定)；
e)在螺线管开关闭合的情况下经过预定的时间限制之后断开螺线管开关(以便因此提供限时盘车功能)；
f)所述热响应开关设置在第三电气线路中，并且所述第三电气线路还包括使用者操作的开关，并且当使用者操作的开关闭合并且电动马达的电压降低到预定的阈值之下时，螺线管开关立即断开并且随后闭合，并且如果电动马达的电压没有上升到所述预定的阈值之上并且对螺线管开关实施了三次这样的相继的断开和闭合，则断开螺线管开关(以便因此提供自动重试功能)；以及
g)控制电路响应于包含使用者操作开关的电气线路中的电压，并且如果在闭合螺线管开关和给螺线管通电之后，包含使用者操作开关的电气线路的电压回弹到预定的阈值之上，则断开螺线管开关(以便因此提供起动时自动分离功能)。
这些功能也总结在图10中提供的图表中。还应注意的是，2018年9月25日公布的Kirk的名称为Starter System Having Controlling Relay Switch(具有控制继电器开关的起动机系统)的美国专利第10082 122号提供了对可以与本公开内容一起使用的控制电路和程序逻辑的描述，其公开内容通过引用并入在此。
从上述功能中明显的是，所述控制电路66编程为包括操作用于保护电动马达32以防热损坏的若干功能。然而，其中一些功能提供除热保护以外的功能。例如，低压锁定特征和接合监控/自动重试特征提供了除热保护之外的其他益处。然而，本申请的发明人已经认识到所述控制电路66确实具有某些限制。例如，虽然电路逻辑根据正常使用模式用来防止热损坏，但是反复尝试起动发动机的使用者可能重复这种尝试很多次，以致即使每次单独的尝试都通过控制电路66暂停，电动马达仍会经受热损坏。然而，在图5和8的包括热响应开关44的实施方式中，开关44将在电动马达32经受过热时断开以限制或防止这样的热损坏，而不管所发生的使用者动作的程序是否造成这种情况。
如上所述，控制电路66包括MOSFET开关70，其中MOSFET开关70设置在对螺线管开关40的操作进行控制的电气线路46中。更具体地，MOSFET开关70与磁性开关40的线圈41串联设置并且位于该线圈的低压侧。热响应开关44与MOSFET开关70串联设置在电气线路46中，并且MOSFET开关70或热响应开关44的断开防止开关40的线圈接地，并且因此引起螺线管开关40断开。如可以从图8和9中看出的那样，这种布置使得在MOSFET开关70短路到闭合配置的情况下，热响应开关44仍然可操作以断开电气线路46，并且因此断开螺线管开关。
虽然控制电路66被认为是鲁棒的，但是应注意MOSFET开关70确实存在潜在的故障点。当这样的MOSFET开关故障时，所述MOSFET开关通常短路至闭合位置。如果MOSFET开关70确实发生故障至闭合位置，则图5、8和9中示出的起动机组件22仍将用作手动致动的起动机组件，但是不会提供任何由控制电路66的逻辑所提供的保护。然而，在MOSFET开关70短路到闭合位置的情况下，热响应开关44仍为起动机组件22提供热保护。
在此方面，应注意的是，代替使用热响应开关44和控制电路66二者，起动机组件22的备选实施方式可以省略控制电路66并且仅依赖于电气线路46中热响应开关44，所述热响应开关将磁性开关40的线圈41连接至接地。在此方面，应注意的是，图6示出在图5的实施方式中使用的开关壳体60和控制单元壳体72的组合。图7对应于不包括控制电路66而仅具有开关壳体60的备选的实施方式，所述开关壳体使用减振的和电绝缘的安装组件62安装到主壳体58。在此方面，应当注意的是，开关壳体60通过线路46的包含热响应开关44的延伸部以与图5和8的包括控制电路66的实施方式相同的方式接地到主壳体58。
在此所述的起动机组件非常适合用于大型车辆和应用。这种应用的电压源可能具有多种不同的标称电压。例如，美国的大型卡车通常具有12伏系统，而欧洲的大型卡车更普遍地使用24伏系统，并且有迹象表明卡车运输行业将转向48伏系统。非公路设备在全球范围内通常是24伏。柴油机车起动机通常为32伏或64伏。在此所述的起动系统适用于所有这样的标称电压系统以及未提及的其他系统。
虽然所公开的起动机系统特别良好地适用于大型车辆/应用，但它们不限于任何特定应用并且也可以用于乘用车和其他轻型车辆和应用。在此方面，应注意的是，所公开的起动机组件在具有相对简单的起动机系统(例如仅有限地依赖于ECU和/或需要闭合使用者操作的开关以启动起动机程序的系统)的那些车辆/应用中提供显著的益处，但是也可以有利地用于具有包括ECU的更复杂的起动机系统的车辆/应用中。
在图5至9的实施方式中，热响应开关44是双金属开关，所述双金属开关在150℃断开，以便因此使起动机齿轮30分离和因此使电动马达32断电，并且直到该开关冷却到130℃才重新闭合。该温度范围非常良好地适合保护电机32以防热损坏并且不直接依赖于系统的标称电压。但是一些应用可能需要不同的温度范围，这可能由于电机的物理尺寸和容量、使用电机所处的环境或其他一些因素的差异。
虽然本发明已被描述为具有示例性的设计，但是本发明可以在本公开内容的精神和范围之内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用本发明的普遍原理的任何变型、应用或修改。

Claims (16)

1.用于内燃发动机(24)的起动机组件(22)，所述起动机组件适于与电压源(28)和内燃发动机一起工作以起动所述内燃发动机，所述起动机组件包括：
电动马达(32)，所述电动马达驱动起动机齿轮(30)，所述起动机齿轮能够选择性地在接合位置与分离位置之间切换，所述起动机齿轮在接合位置中与内燃发动机可操作地耦联，而在分离位置中与内燃发动机解耦，所述电动马达安装在主壳体(58)之内，所述主壳体接地；
螺线管(34)，所述螺线管与起动机齿轮耦联，给所述螺线管通电将起动机齿轮切换到接合位置中，并且当对所述螺线管断电时，所述起动机齿轮被偏置到分离位置；并且给所述螺线管通电将闭合马达开关(36)，所述马达开关设置在适于将电动马达与电压源耦联的第一电气线路(38)中，使得闭合所述马达开关将给电动马达通电，而断开所述马达开关将给电动马达断电；
螺线管开关(40)，所述螺线管开关设置在与所述螺线管连通的第二电气线路(42)中，闭合所述螺线管开关将给螺线管通电，而断开所述螺线管开关将给螺线管断电，所述螺线管开关(40)设置在开关壳体(60)中，所述开关壳体安装在所述主壳体上并且与所述主壳体电绝缘；
控制电路(66)，所述控制电路包括与所述螺线管开关可操作地耦联的微处理器(68)，所述控制电路与马达电压感应线路(74)连通，使得所述控制电路响应于所述电动马达中的电压变化，所述控制电路还与同所述电压源连通的电气线路(76)连通，使得所述控制电路响应于电压源的电压，并且所述控制电路被编程为在满足预定条件的情况下断开所述螺线管开关，以便因此防止对电动马达的损坏；
所述控制电路安装在控制单元壳体(72)之内，所述控制单元壳体附接到所述开关壳体(60)；
用于将所述控制单元壳体和所述开关壳体固定到主壳体上的减振的和电绝缘的安装组件(62)，所述安装组件使主壳体与控制单元壳体以及与开关壳体电绝缘；以及
热响应开关(44)，所述热响应开关定位成吸收由运行电动马达(32)所产生的热，并且所述热响应开关在经受升高的温度时断开，所述热响应开关设置在与所述螺线管开关可操作地耦联的第三电气线路(46)中，给所述第三电气线路通电将闭合所述螺线管开关，而给所述第三电气线路断电将断开所述螺线管开关，并且所述第三电气线路通过附接到所述起动机组件而接地，所述热响应开关在第三电气线路中设置在所述螺线管开关与接地(56)之间，所述热响应开关的断开防止对所述第三电气线路的通电并且通过断开所述第三电气线路导致螺线管开关断开并且由此防止所述螺线管开关和所述控制电路接地。
2.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述第三电气线路还包括使用者操作的开关(54)。
3.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述螺线管开关(40)是磁性开关，并且所述第三电气线路形成所述磁性开关的线圈(41)。
4.根据权利要求3所述的起动机组件，其中，所述第三电气线路(46)包括使用者操作的开关(54)并且从所述电压源(28)串联地延伸到所述使用者操作的开关(54)、到磁性开关(40)、到热响应开关(44)、到接地(56)。
5.根据权利要求3所述的起动机组件，其中，所述热响应开关在第三电气线路中设置在开关壳体与主壳体之间。
6.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述热响应开关(44)是双金属开关。
7.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述热响应开关安装在所述电动马达的刷盘组件(48)上并且从所述刷盘组件吸收热。
8.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述热响应开关(44)是双金属开关，并且所述第三电气线路(46)还包括使用者操作的开关(54)；
所述螺线管开关(40)是磁性开关，并且所述第三电气线路形成所述磁性开关的线圈并且从所述电压源(28)串联地延伸到所述使用者操作的开关(54)、到磁性开关(40)、到热响应开关(44)、到接地(56)；并且
所述第三电气线路通过将其连接到主壳体而接地，所述热响应开关在第三电气线路中设置在开关壳体与主壳体之间。
9.根据权利要求8所述的起动机组件，其中，所述控制电路包括MOSFET开关(70)，所述MOSFET开关设置在对螺线管开关的操作进行控制的所述第三电气线路(46)中，所述热响应开关的断开引起所述螺线管开关的断开，所述MOSFET开关与所述热响应开关串联地设置。
10.根据权利要求9所述的起动机组件，其中，所述热响应开关(44)能够操作为断开对所述螺线管开关(40)的操作进行控制的所述第三电气线路(46)，并且因此在MOSFET开关(70)短路至闭合配置的情况下断开所述螺线管开关。
11.根据权利要求10所述的起动机组件，其中，所述控制电路(66)被编程为：
a)要求在所述螺线管开关的相继闭合之间至少三秒的延迟；
b)当所述电压源(28)的电压超过预定的发动机运行电压阈值时，防止所述螺线管开关(40)闭合；
c)如果所述电压源的电压降低到预定的第一低电压阈值之下，则防止所述螺线管开关闭合；
d)如果所述电压源的电压降低到预定的第二低电压阈值之下，则断开所述螺线管开关，所述第二低电压阈值低于所述第一低电压阈值；
e)在所述螺线管开关闭合的情况下，在经过预定的时间限制之后断开所述螺线管开关；
f)所述热响应开关(44)设置在第三电气线路(46)中，并且所述第三电气线路还包括使用者操作的开关(54)，并且当所述使用者操作的开关闭合并且所述电动马达(32)的电压降低到预定阈值之下时，所述螺线管开关立即断开并且随后闭合，并且如果所述电动马达的电压没有上升到所述预定阈值之上并且实施了所述螺线管开关的三次这样相继的断开和闭合，则断开所述螺线管开关；以及
g)所述控制电路响应于包含所述使用者操作的开关(54)的电气线路中的电压，并且如果在闭合所述螺线管开关并给所述螺线管通电之后，包含所述使用者操作的开关的所述电气线路的电压回弹到预定阈值之上，则断开所述螺线管开关。
12.根据权利要求11所述的起动机组件，其中，所述使用者操作的开关(54)被要求闭合以闭合所述螺线管开关(40)。
13.根据权利要求1所述的起动机组件，其中，所述控制电路包括MOSFET开关(70)，所述MOSFET开关设置在对所述螺线管开关(40)的操作进行控制的所述第三电气线路(46)中，所述热响应开关(44)的断开引起所述螺线管开关断开，所述MOSFET开关与所述热响应开关串联地设置。
14.根据权利要求13所述的起动机组件，其中，所述热响应开关能够操作成断开对所述螺线管开关的操作进行控制的所述第三电气线路(46)，并且因此在所述MOSFET开关(70)短路至闭合配置的情况下断开所述螺线管开关。
15.根据权利要求14所述的起动机组件，其中，所述控制电路(66)被编程为：
a)要求在所述螺线管开关的相继闭合之间至少三秒的延迟；
b)当所述电压源(28)的电压超过预定的发动机运行电压阈值时，防止所述螺线管开关(40)闭合；
c)如果所述电压源的电压降低到预定的第一低电压阈值之下，则防止所述螺线管开关闭合；
d)如果所述电压源的电压降低到预定的第二低电压阈值之下，则断开所述螺线管开关，所述第二低电压阈值低于所述第一低电压阈值；
e)在所述螺线管开关闭合的情况下，在经过预定的时间限制之后断开所述螺线管开关；
f)所述热响应开关(44)设置在第三电气线路(46)中，并且所述第三电气线路还包括使用者操作的开关(54)，并且当所述使用者操作的开关闭合并且所述电动马达(32)的电压降低到预定阈值之下时，所述螺线管开关立即断开并且随后闭合，并且如果所述电动马达的电压没有上升到所述预定阈值之上并且实施了所述螺线管开关的三次这样相继的断开和闭合，则断开所述螺线管开关；以及
g)所述控制电路响应于包含所述使用者操作的开关(54)的电气线路中的电压，并且如果在闭合所述螺线管开关并给所述螺线管通电之后，包含所述使用者操作的开关的所述电气线路的电压回弹到预定阈值之上，则断开所述螺线管开关。
16.根据权利要求15所述的起动机组件，其中，所述使用者操作的开关(54)必须被闭合以闭合所述螺线管开关(40)。
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