用於電機的電路裝置、電路裝置的方法、起動裝置的製作方法

2023-05-28 20:14:41

專利名稱：用於電機的電路裝置、電路裝置的方法、起動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電機、尤其是用於在機動車中起動內燃機的起動電動機的電路裝置，具有用於限制電機的接通電流的限流裝置。本發明還涉及用於運行尤其是前面描述的、用於電機、尤其是用於起動機動車內燃機的起動電動機的電路裝置的方法，所述電路裝置具有用於限制電機的接通電流的限流裝置。此外，本發明還涉及用於起動機動車中內燃機的起動裝置，具有上面描述的電路裝置、起動電動機和用於限制電機的接通電流的限流裝置。
背景技術：
具有用於起動內燃機的起動電動機的起動裝置是已知的。為了接合(Einspuren)已知的是，例如通過接合繼電器的饋電繞組限制起動電動機的電流，以便使起動電動機容易開動並且由此無磨損地將起動電動機的起動器齒輪接合到內燃機的齒環中。在越來越多地用在機動車中的起動-停止系統中，在車載電網中的高電壓擾動基本上通過使用用於起動內燃機的電機而引起。這在車輛的冷起動時是無問題的。在起動-停止運行中，電壓擾動影響已經激活的其它電設備，這些電設備或者短暫地被關斷或者被復位，這被駕駛者感覺為幹擾。為了將電壓擾動最小化，設置有用於起動電動機的限流裝置，通過該限流裝置可以開動起動電動機並且接著橋接該限流裝置。本發明的任務是，改進開始所描述類型的電路裝置、用於運行電路裝置的方法和起動裝置，使得儘可能可靠地避免在藉助電機的內燃機起動過程中的電壓擾動。

發明內容
該任務按照本發明通過權利要求1、9和10的主題所解決。從屬權利要求定義了本發明的優選改進方案 本發明的思想是，利用由有源和無源器件構成的附加電路來補充並且布置該電路裝置，使得更好地避免電機的啟動電流並且由此避免在車載電網中的電壓擾動。因此，本發明的思想是，設置用於電機的啟動電流限制裝置，其可靠地使用在內燃機的起動時並且也可靠地被橋接，以便給起動電動機加載最大電壓。為了可靠並且與其他有源和/或無源器件無關地連接橋接裝置，可以優選地將橋接裝置連接到電壓源的高電勢。由此避免，在該橋接裝置上降落過小的、例如在2-4伏範圍中的電勢，該電勢會影響在大的運行範圍上的可靠連接。本發明的電路裝置因此規定，橋接裝置因此直接施加在電流迴路中的電壓源上並且必要時可與電機串聯連接。按照優選的實施方式，該電路裝置被構造為具有帶有單功能的第一開關裝置和帶有雙功能的第二開關裝置，其中尤其是第二開關裝置被構造為電流迴路開關裝置並且被構造為機械接合裝置。限流裝置包括對電機接通電流進行限流的啟動電阻或者串聯電阻。這具有如下優點:在給定數量的有源器件作為優選被構造為繼電器的開關裝置的情況下，它們可以根據所要求的預定參數和要求被相應地配備以功能。在此，各個功能可以不同地被分配並且不同地被實施，如下面闡述並且描述的那樣。第一和第二開關裝置可以強制性或者基於電子部件並且基於電路裝置被相繼或者同時通電。在此，第一和第二開關裝置的通電順序可以根據該命名或者反過來地並且依據實施方式地來設置。按照另一優選的實施方式，第二開關裝置被構造為橋接裝置。這對以下應用是有利的:例如應當首先對起動電動機加速一次以便接合到旋轉的內燃機的慣性運行的齒環中，並且然後藉助第二開關裝置來被接合，並且接著為了起動而以最大電流和電壓來加載起動電動機，以便又起動內燃機。按照代替的實施方式，將第一開關裝置構造為橋接裝置。這具有的優點是，利用第二開關裝置首先將起動器齒輪接合到內燃機的齒環中並且接著又以通過限流裝置限制的電流使起動電動機繼續轉動，在此之前起動電動機短時地例如通過第二開關裝置的饋電繞組被開動。此後，起動電動機通過閉合第一開關裝置的電流迴路最大地被加載電壓。也可能的是，接通電流首先通過第二開關裝置的饋電繞組和限流裝置(也即串聯電阻)，其中只要第二開關裝置閉合電流迴路，饋電繞組就轉接到保持繞組上。為了使橋接裝置更可靠地在寬的運行範圍上、也即在低和以及還在高的運行溫度情況下無誤地工作，優選可將橋接裝置與尤其是在電機上降落的電壓連接。由此，橋接裝置不再如迄今已知的那樣是在低壓範圍中的分壓器。橋接裝置可藉助電壓源的全電勢來開關。按照改進本發明的一種實施方式，第二開關裝置被布置用於閉合帶有針對啟動電流的限流裝置的電流迴路，其中按照方法首先被接合。由此起動電動機首先通過第二開關裝置通電，接著通過電流源的電壓給起動電動機加載更高的電壓，在其中在電流源和起動電動機之間連接有橋接裝置的串聯電阻。在第三步驟中，通過第一開關裝置的開關橋接該串聯電阻並且該起動電動機給起動裝置施加全電勢。為了將用於克服電 壓擾動的時間延遲保持得儘可能短並且精確設定，按照另一優選的實施方式，電路裝置被構造為具有延遲裝置、尤其是具有開關裝置、優選特定於應用的晶片，特別優選的是微計算機控制的延遲裝置被設置在電路裝置的電流迴路中。為了儘可能可靠地設計功能流程，第一開關裝置由第二開關裝置強制控制或者尤其是反過來連接，特別優選的是，能夠藉助接通和斷開開關操控第一和第二開關裝置。該接通和斷開開關例如被構造為電子開關，其與鑰匙開關或起動按鈕連接，並且只要被閉合，就應當執行起動過程。接通和斷開開關可以由起動-停止控制裝置來操控。開關作為強制控制具有如下優點:電路裝置可以無故障地在大的運行範圍中工作。按照改進本發明的實施，利用限流裝置、也即串聯電阻能夠調整對橋接裝置、尤其是第一開關裝置的電感特性的影響。因此通過該串聯電阻可以調整橋接裝置的接通持續時間。為了儘可能與起動電動機無關地構造電路裝置並且由此提供組裝箱系統，將第一開關裝置和/或第二開關裝置和/或針對起動電動機的限流裝置構造為可單獨布置的結構單元。因此，開關裝置和限流裝置可以單獨地針對每個所要求的應用情形例如組合併連接為組裝箱系統。為了提高功能安全性，優選的是，在橋接裝置的電流迴路中連接防電流逆流裝置，尤其是二極體。由此避免了，由於在關斷電機時的電感而又激活第一和/或第二開關裝置並且對電機通電。為了精確地定義接通延遲並且由此保證儘可能無磨損的運行，優選可以通過合適地選擇開關裝置的電感和電阻來調整開關裝置的接通延遲，其中所述開關裝置尤其是被構造為開關繼電器。為了儘可能可靠地利用儘可能高的電勢來開關橋接裝置，優選可以將橋接裝置直接連接到地，尤其是與第二開關裝置的饋電繞組串聯連接，可替換地，特別有利的是將橋接裝置通過具有單功能的第三開關裝置強制控制地連接為帶有單功能的第一開關裝置。該橋接裝置因此在電流迴路中與其餘的有源器件去耦並且由此可以非常可靠地開關。該任務也通過用於運行電路裝置的方法來解決，其中電機在啟動時的接通電流藉助限流裝置來受到限制並且接著該限流裝置利用橋接裝置被橋接，其中藉助電壓源、尤其是電機的電壓源的高電勢來直接加載該橋接裝置。這如上已經闡述的具有優點:橋接裝置可靠地在寬的運行範圍上工作並且在橋接裝置上不出現不同的或者過低的電壓，所述電壓會使得可靠的開關受到威脅。因此，與已知的帶有橋接裝置的電路裝置不同，在橋接裝置上出現較高的、在9-12伏特範圍中的電壓。
該任務也通過用於起動內燃機的起動裝置經過以下方式解決，即起動裝置具有用於橋接限流裝置的橋接裝置，其中可藉助電壓源的高電勢來開關該橋接裝置。這種起動裝置可以可靠地在寬的溫度運行範圍上使用並且因此由於穩定的電勢電壓保證了穩定的開關特性。在迄今建議的解決方案中，該電壓在起動過程期間是不同的，或者說該電壓被降低到了使得橋接裝置的可靠開關不完全能夠被保證的程度。可以理解，前述的和後面還要闡述的特徵不僅僅可以以分別說明的組合、而且也以其他組合被使用。


下面參照附圖進一步闡述本發明。其中:
圖1示出電路裝置的示意性電路圖，
圖2示出按照第二實施方式的電路裝置的示意性電路圖，
圖3示出第三電路裝置的示意性電路圖，
圖4示出第四電路裝置的示意性電路圖，
圖5示出第五電路裝置的示意性電路圖，
圖6示出第六電路裝置的示意性電路圖，
圖7示出第七電路裝置的示意性電路圖，
圖8示出第八電路裝置的示意性電路圖。
具體實施例方式圖1示出了電路裝置I連同電機2的示意性電路圖。電路裝置I連同電機2構成用於起動內燃機15的起動裝置17。該電機為此是起動電動機2。電路裝置I包括作為限流裝置的串聯電阻3和橋接串聯電阻3的裝置4。該橋接裝置4是開關裝置，其優選由於非常高的電流而優選被構造為繼電器。電路裝置I包括兩個繼電器，即第一開關裝置5和第二開關裝置7。第一開關裝置5通過開關6被操控。開關6例如是與起動按鈕連接的點火鑰匙開關或電子開關，或者是被起動-停止控制裝置激活或者停用的開關。第一開關裝置5閉合開關接觸部51，以便對電機2和第二開關裝置7施加電壓。第一繼電器5因此首先被通電並且被閉合併且接著第二繼電器7被通電並且被閉合。第一開關裝置5優選通過電壓源、也即電池10的全電勢來開關。第一開關裝置5因此負極置於地電勢E，而正極置於電勢U。第二開關裝置7優選具有雙功能。它一方面是帶有開關接觸部71的電流迴路開關裝置，並且它還是機械接合裝置，以便將起動齒輪25接合到內燃機15的齒環18中並且從其中脫出。第二開關裝置7包括高歐姆的饋電繞組14和低歐姆的保持繞組13。饋電繞組和保持繞組連接在電池10的最大電勢U和地電勢E之間。饋電繞組14與起動電動機2串聯連接。因此起動電動機2容易被開動，以便起動齒輪25至齒環18中的接合過程無損耗地進行。在開關接觸部51閉合的情況下，起動電動機2也通過串聯連接的串聯電阻2來被通電。因此，當例如由於起動-停止運行而起動電動機2應當被加速以便接合到內燃機15的旋轉慣性運行的齒環中時，起動電動機2可以被加速到一定轉速。為此，可選地由未示出的控制裝置適時地操控第二開關裝置7，其中所述控制裝置出於簡化的原因被取消。一旦第二開關裝置7接合了起動齒輪25，第二開關接觸部71就被閉合，其由此橋接串聯電阻
3。在開始被加載了較小電壓的起動電動機2現在被加載電池10的最大電勢U。在該情況下電壓擾動被最小化或者消除，因為起動電動機已經啟動並且達到了相應的轉速。作為橋接裝置4的第二開關裝置7可靠地開關，因為開關裝置直接連接在高的、電池10的最大電勢U上。因此，保證本發明電路裝置的穩定的功能。圖2示出了可代替的本發明電路裝置，其中帶有單功能的第一開關裝置5與圖1中不同被構造為限流裝置3的橋接裝置4。因此當開關接觸部51閉合時其橋接串聯電阻
3。第二開關裝置7常規地被開關，其方式是，該開關裝置通過饋電繞組14開動起動電動機2並且通過開關接觸部71閉合電流迴路，使得起動電動機在繞開饋電繞組14的情況下被加載較高的電壓。因此根據本發明，附加地連接限流裝置3並且與起動電動機2串聯和與饋電繞組14並聯地連接第一開關裝置5。第一和第二開關裝置5，7共同地藉助開關6被激活和停用。可選地，當由於第一開關裝置5的電感而快速地開關第一開關裝置5時，可以在第一開關裝置5之前連接延遲裝置30。藉助延遲裝置30可以設定:當起動電動機2被加載最大電壓、即電勢U時，起動電動機2被足夠地通電，以避免電壓擾動。延遲裝置的任務也可以通過精確確定的第一開關裝置5的電感而產生，該電感確定開關接觸部51的開關時間。但是為了例如補償第一開關裝置5的取決於溫度的特性，可以設置延遲裝置30。圖3示出了可代替的、電路裝置的第三實施方式。在該電路裝置I中，第一開關裝置5的開關接觸部51首先閉合帶有串聯電阻3的起動電動機2的電流迴路。第一開關裝置5與起動電動機2串聯地連接並且與第二開關裝置7的饋電繞組14並聯地連接。第二開關裝置7除了接合功能之外也在第二功能中用作橋接裝置4並且因此在開關接觸部71上橋接串聯電阻3的閉合的電流迴路。為了精確調整串聯電阻3的橋接並且因此精確最小化電壓擾動，在第二開關裝置7之前連接延遲裝置30。利用該電路裝置可以如在按照圖1的電路裝置中一樣地將起動電動機2例如為了接合到內燃機15的旋轉慣性運行的齒環18中而加速到某轉速，並且藉助相應的控制裝置在期望的或者計算的時間通過操控開關裝置7來接合起動齒輪25。可選地，為了操控第一開關裝置5而前接另一控制裝置，以便例如在冷起動的情況下對第一開關裝置進行操控或者停用，如果電壓擾動無關緊要的話。圖4示意性示出了第四電路裝置I的電路圖。如在圖1至3的電路裝置中一樣，饋電繞組14與起動電動機2串聯連接。在該實施方式中，第一開關裝置5被布置為串聯電阻3的橋接裝置4並且與起動電動機並聯與饋電繞組14和串聯電阻3串聯連接。由第二開關裝置7閉合的開關接觸部71因此是用於起動電動機2的主開關，如在圖2中一樣。被延遲的開關時間通過第一開關裝置5的電感來調整。繼電器7首先被閉合，並且接著繼電器5被通電並且由此被閉合。圖5示出了第五電路裝置I的示意性電路圖。在該電路裝置中，橋接裝置4如圖4中一樣是第一開關裝置5，區別在於，該第一開關裝置5直接處於電勢U並且由此可通過圖1中所示電池10的全電勢來連接。由此，保證了橋接裝置4的更加穩定和可靠的連接。串聯電阻3與第二開關裝置7的饋電繞組14串聯連接。第二開關裝置7的開關接觸部71如在第四電路裝置I中一樣用作起動電動機2的主開關。因此，在閉合開關接觸部71時，其同時通過前接的串聯電阻3和第一開關裝置5對起動電動機2通電。作為橋接裝置4的第一開關裝置5時間上延遲地橋接了串聯電阻3。由此，尤其是對於起動-停止運行如所希望的一樣避免了電壓擾動。這些開關狀態的流程被依據開關6的閉合地強制控制。繼電器
7、即第二開關裝置7因此首先被通電並且閉合開關接觸部71，然後對繼電器5、即第一開關裝置5通電，第一開關裝置5然後閉合開關接觸部51。圖6示出了第二實施方式的另一構造。電路裝置I與圖2的電路裝置不同地被構造為具有二極體9作為第一開關裝置5的防電流逆流裝置。由此避免了，在關斷起動電動機2時不會由於第一開關裝置5和第二開關裝置7的電感而又對第一和第二開關裝置通電，這裡尤其是饋電繞組14。開關接觸部71不會又閉合，這否則會導致起動電動機2的錯誤運行並且由此會導致起動器裝置的提高的損耗或者損壞。圖7相應於圖3示出了可代替的第七電路裝置。這裡，也設置有延遲裝置30，以便延遲地閉合起動電動機的主電流迴路的主開關。這裡，該主開關是第一開關裝置5的開關接觸部51，其如在圖1、4和5中一樣通過最大電勢來被加載。第一開關裝置5因此是橋接裝置4，第二開關裝置7通過饋電繞組14短暫開動起動電動機2，並且進一步經由串聯電阻3通過閉合開關接觸部71對起動電動機2通電。圖8示出了帶有第三開關裝置19的第八電路裝置，該第三開關裝置與起動電動機2並聯並且與第二開關裝置7的饋電繞組14串聯連接。第二開關裝置7利用開關接觸部71將起動電動機2的主電流迴路閉合。第三開關裝置19將開關接觸部20閉合，該開關接觸部20將第一開關裝置5的電流迴路閉合，使得第一開關裝置5直接處於電池10的電勢。第一開關裝置5因此被通過第三開關裝置19強制控制。第一開關裝置5被布置為用於橋接串聯電阻3的橋接裝置4。利用開關6如已知地一樣控制電路裝置I。第三開關裝置19與起動電動機2並聯連接。所有按照本發明的電路裝置描述了用於橋接電機的限流裝置的、穩定開關的開關裝置。所有的圖僅僅示 出了示意性的不合乎比例的示圖。此外，尤其是主要參照針對本發明的圖繪的示圖。
權利要求
1.用於電機(2)、尤其是用於在機動車中用於起動內燃機(15)的起動電動機(2)的電路裝置(I )，具有用於限制電機(2 )接通電流的限流裝置(3 )，具有用於橋接限流裝置(3 )的橋接裝置(4)，其中橋接裝置(4)能夠直接連接到電壓源(10)的高電勢。
2.根據權利要求1所述的電路裝置(I)，其特徵在於，電路裝置(I)被構造為具有帶有單功能的第一開關裝置(5)和帶有雙功能的第二開關裝置(7)，其中尤其是第二開關裝置(7)包括電流迴路開關裝置和機械接合裝置。
3.根據權利要求1或2所述的電路裝置(I)，其特徵在於，橋接裝置(4)被構造為第二開關裝置(7)和第一開關裝置(5)，或者尤其是第一開關裝置(5)被構造為橋接裝置(4)，其中進一步優選的，第二開關裝置(7)被布置為用於閉合帶有針對啟動電流的限流裝置的電流迴路，其中按照方法首先被接合。
4.根據權利要求1至3之一所述的電路裝置(I)，其特徵在於，延遲裝置尤其是被構造為具有開關邏輯、優選特定於應用的晶片，特別優選的是微計算機控制的延遲裝置被構造在電路裝置的電流迴路中。
5.根據權利要求1至4之一所述的電路裝置(I)，其特徵在於，第一開關裝置(5)由第二開關裝置(7)強制控制或者尤其是反過來連接，特別優選的是，能夠藉助接通和斷開開關來操控第一開關裝置(5)和第二開關裝置(J)。
6.根據權利要求1至5之一所述的電路裝置(I)，其特徵在於，利用限流裝置能夠調整對橋接裝置、尤其是第一 開關裝置(5)的電感特性的影響。
7.根據權利要求1至6之一所述的電路裝置(I)，其特徵在於，將第一開關裝置(5)和/或第二開關裝置(7)和/或針對起動電動機(2)的限流裝置(3)構造為可單獨布置的結構單元。
8.根據權利要求1至7之一所述的電路裝置(I)，其特徵在於，能夠通過選擇開關裝置(5、7、19)的電感和電阻來調整接通延遲，其中所述開關裝置尤其是被構造為開關繼電器。
9.用於在機動車中運行針對電機(2)的電路裝置(I)、尤其是根據權利要求1至8之一所述的電路裝置(I)的方法，所述電機尤其是用於起動內燃機(15)的起動電動機(2)，具有用於限制電機(2 )的接通電流的限流裝置(3 )，和用於橋接限流裝置(3 )的橋接裝置(4 )，其中在啟動時電機(2)的接通電流藉助限流裝置(3)來加以限制並且接著利用橋接裝置(4)來橋接限流裝置(3)，其中藉助電壓源(10)、尤其是電機(2)的電壓源(10)的高電勢直接加載橋接裝置。
10.用於起動機動車中的內燃機(15)的起動裝置(17)，具有尤其是根據權利要求1至8之一所述的電路裝置(I)，具有起動電動機(2 )並且具有用於限制起動電動機(2 )的接通電流的限流裝置(3)，和具有用於橋接限流裝置(3)的橋接裝置(4)，其中能夠藉助電壓源的高電勢來直接連接橋接裝置(4 )。
全文摘要
描述了用於電機(2)的電路裝置(1)，尤其是用於在機動車中起動內燃機(15)的起動電動機(2)，具有用於限制電機(2)的接通電流的限流裝置(3)。為了儘可能可靠地避免在藉助電機進行內燃機的起動過程時的電壓擾動，設置有用於橋接限流裝置(3)的橋接裝置(4)，其中橋接裝置(4)能夠直接連接到電壓源(10)的高電勢。
文檔編號H02P1/18GK103229410SQ201180058762
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月16日 優先權日2010年12月7日
發明者S.哈特曼, R.皮爾施, S.圖姆巴克, F.森格布施, B.文卡塔蘇布拉馬尼姆 申請人:羅伯特·博世有限公司