包括用於增加電池電壓的裝置的機動車輛起動機電路、和配備有該類型電路的起動的製造方法
2023-04-28 14:19:56 2
包括用於增加電池電壓的裝置的機動車輛起動機電路、和配備有該類型電路的起動的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種起動機電路，其包括起動機和用於增加電池電壓的裝置的組合。用於增加電池電壓的裝置使得可以阻止當起動機被通電時由於起動機的電源電路中發生的電流突升而引起的電池電壓的降低。起動機通常包括電動機和電磁接觸器。根據本發明，用於增加電池電壓的裝置包括圓柱形頭部、兩個閉合部件、和軸向芯部，主繞組電路和短路的次繞組電路圍繞所述軸向芯部布置，所述主繞組電路串聯地插入到電源電路，且所述芯部具有至少一個空氣間隙。
【專利說明】包括用於增加電池電壓的裝置的機動車輛起動機電路、和配備有該類型電路的起動機
【技術領域】
[0001]總體上，本發明涉及用於機動車輛中的熱發動機的起動機領域。更具體地，本發明涉及起動機、和允許車輛的電池端子處的電壓在起動機接通時增加的裝置。
【背景技術】
[0002]在起動機接通時,為了確保車輛的熱發動機的起動，出現對大量電流的需求,其接近於起動機的短路電流水平，即大約1000A的電流。在起動機被接通時的這種電流需求的強度隨後隨著起動機電樞速度(對應於機器的轉子)的升高而降低。
[0003]隨之發生的電池端子處的電壓的降低對應於這種初始電流突升。隨後其他較小量的電壓降發生在起動階段，其對應於通過熱發動機的相繼的上死點。
[0004]所謂的「加強」起動機被設計用於熱發動機的自動停止/起動系統(所謂的「停止/起動」或「停止/運行」系統)，該「加強」起動機的發展對車輛部件製造商賦予了新的約束，所述約束與符合電池在起動機接通時的電流需求期間電池的最小電壓閾值相關。由此，在它們的說明書中，機動車輛製造商限定了第一電壓閾值，其通常包括在7至9V內，電池電壓必須不能低於該第一電壓閾值。對於接下來的對應於熱發動機上死點的電壓降，電池電壓必須保持高於第二電壓閾值，該第二電壓閾值通常包括在8至9V內。在熱發動機的起動期間，車載網絡的電壓由此保持在足以確保車輛設備所需要的功能性的值。
[0005]加強的起動機通常具有高於傳統起動機的功率，以便獲得快速的起動，用來令使用者更舒適。這導致功率接通時更高的電流需求，並因此導致超出慣用值，且與高的需求相關的第一電池電壓降。這給設計者帶來現實的困難，因為，為了高於所述電池電壓，起動機需要具有足夠高的內部電壓降，以至於將不再存在以足夠速度在低溫下驅動熱發動機所必須的功率。
[0006]現有技術中已經針對上述問題提出了解決方案。發明人已知的第一種解決方案是基於電子轉換器的使用以增大電壓，以便阻止車載網絡中的過低電壓水平。這些轉換器的主要缺點在於它們帶來大量的成本。
[0007]另一種已知的解決方案提出了藉助兩個繼電器、計時器和限流電阻器來控制起動機。在第一運作階段，其持續時間通過計時器確定，附加的電阻器串聯地被插入起動機電路中，並限制初始電流衝擊。在第二運作階段，附加的電阻器被從起動機電路去除，以便允許足夠的電流通入起動機電樞，以及允許起動機速度的增大。
[0008]文檔EP2080897A2和EP2128426A2描述了上述類型的起動機。不但額外控制繼電器、計時器和限流電阻器涉及附加成本這一缺點，而且，額外的繼電器的引入(包括承受磨損的活動機械部件)對起動機的使用壽命(關於起動機必須能夠無困難地承受的起動周期的數量)具有負面影響。關於起動周期次數的起動機使用壽命對於設計用於起動/停止系統的起動機來說是特別嚴格的限制。事實上，這種類型的起動機要求承受大約300000次起動周期，即傳統起動機所要求的大約30000次起動周期的十倍還多。[0009]除了上述缺點之外，根據現有技術的第二種解決方案的使用可以證明在符合電壓範圍(其在機動車輛製造商所要求的時間方面受到限制)時是不合適的。該類型的範圍通常包括對應於上述的第一電壓閾值的低電壓階躍、和對應於第二電壓閾值的高電壓階躍。升高的電壓梯度也包括在該範圍內，在低階躍和高階躍之間。
[0010]發明人通過製造商的用於所述範圍的斜率和低階躍的持續時間的常見值進行的測試顯示了存在於根據現有技術的保持在範圍內的第二解決方案中的困難。事實上，當電池電壓(在初始電流突升已經被吸收時已經被校準之後)在正時結束時又下降一次時，已經發現具有超出在其電壓梯度水平處的範圍的風險，同時通過起動機的電樞的電流則基本由於起動機電路的限流電阻器的輸出而顯著增大。在由此超出範圍之後，電池電壓可以保持低於所述範圍達到特定持續時間，並僅在升高的電壓梯度結束之後回到範圍內，然而高電壓梯度階躍瞬間已經被達到。
[0011]為了消除上述缺陷，發明人已經對根據現有技術的現有的起動機提出了改進，特別是應用於涉及熱發動機的自動停止/起動功能的機動車輛中的起動機。
[0012]總之，這些改進已經包括將感應式濾波裝置與電動機串聯地裝配到起動機的電源電路中，以諸如阻止電池的電壓降，並進一步阻止通過將電動機運行所引起的電流突升。
[0013]發明人進行的新研究使得可以優化這些改進的實施例。
【發明內容】
[0014]根據第一方面，本發明由此涉及機動車輛的電起動機電路中的、起動機和用於增加電池電壓的裝置的組合，所述起動機包括電動機和電磁接觸器，用於增加電池電壓的裝置被設計用來阻止電池電壓中的降低，以及阻止通過將起動機在電源電路中開始運行所引起的電流突升。
[0015]根據本發明，用於增加電池電壓的裝置包括感應類型的濾波裝置，該濾波裝置與電動機串聯地裝配在電源電路中，濾波裝置包括磁路，所述磁路包括由磁材料製成的殼體，該殼體包括圓柱形頭部、兩個閉合部件和軸向芯部，圍繞該軸向芯部設置有主繞組電路，所述繞組電路被設計為串聯地插入到電源電路中，且設置有次短路繞組電路，並包括具有至少一個空氣間隙的軸向芯部。
[0016]根據第一特定實施例，所述至少一個空氣間隙是中間空氣間隙。
[0017]根據第二特定實施例，所述至少一個空氣間隙包括在閉合部件之間的兩個端部空氣間隙。
[0018]根據第三特定實施例，閉合部件每一個具有環形空氣間隙。優選地，環形空氣間隙與主繞組電路或與次繞組電路軸向地對齊。
[0019]根據特定的特性，次繞組電路包括導電管。所述管包括銅或鋁，且具有預定的長度半徑比，以及預定的厚度。
[0020]根據另一特定實施例，所述濾波裝置插入在所述起動機電源電路中，在所述車輛的電池的正端子和所述電磁接觸器的電源觸點之間。
[0021]根據再一特定實施例，所述濾波裝置插入在所述起動機電源電路中，在所述電磁接觸器的電源觸點和所述電動機之間。
[0022]根據另一方面，本發明還涉及一種起動機，其可以併入在上文中簡要描述的組合中。根據本發明，包括在該組合中的所述濾波裝置固定到起動機的外殼上。
[0023]上文的一些描述將使得通過申請公司對其感應式濾波裝置的優化而獲得的附加優勢對於本領域技術人員來說更加明顯。
[0024]本發明的詳細說明將在結合附圖提供的以下描述中給出。應注意到，這些附圖僅用來對文字描述進行圖解，不構成對本發明範圍的任何限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是以透視圖顯示了申請公司先前開發的感應式濾波裝置和起動機的組合的視圖。
[0026]圖2是包括圖1中所示組合的電起動機的流程圖。
[0027]圖3a、3b和3c分別顯示了，在根據本發明(正方形)的濾波裝置的情況下，以及在現有技術(菱形)的濾波裝置的情況下，根據在起動機的電源電路中流通的電流以及電流基於時間的發展變化，濾波裝置中的磁能和磁通量的變化，。
[0028]圖4是申請公司先前開發的感應式濾波裝置的截面視圖。
[0029]圖5是第一優選實施例中的根據本發明的濾波裝置的軸向截面視圖。
[0030]圖6是第二優選實施例中的根據本發明的濾波裝置的軸向截面視圖。
[0031]圖7a和7b是第三優選實施例中的根據本發明的濾波裝置的示例的軸向截面視圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1顯示了起動機和感應式濾波裝置LPF的組合1，所述起動機包括直流電動機DCM和電磁接觸器EC，申請公司已經對所述感應式濾波裝置LPF進行了優化工作。
[0033]在該實施例中，濾波裝置LPF機械地固定到起動機的外殼，在接觸器EC附近。
[0034]濾波裝置LPF、接觸器EC和電動機DCM之間的電連接在圖2中示出。
[0035]濾波裝置LPF電串聯地裝配在接觸器EC的電壓觸點CP和電動機DCM之間。
[0036]根據替代實施例(未示出)，濾波裝置LPF沒有併入在起動機EC、DCM中，而是插入在電源電路中，在電池的正端子B+和電壓觸點CP之間。
[0037]在該情況中，接觸器EC是傳統的起動機接觸器，具有簡單的電源觸點CP，並包括通過吸引線圈和保持線圈(pull-1n coil and a hold-1n coil)而形成的螺線管。
[0038]根據本領域技術人員熟知的順序，車輛的起動機觸點CS的閉合指令吸引和保持線圈的激勵以及起動機的致動，該順序將不在這裡詳細描述。
[0039]前述的初始電流突升發生在電源觸點CP閉合時，當電動機DCM被供應全功率時。
[0040]電源觸點CP的閉合還弓I起供應電動機DCM的電源電流在濾波裝置LPF中的循環。
[0041]如圖2中通過其電路圖所示的，濾波裝置LPF在該情況中是感應式的，其在該情況中採取壁殼式變壓器的形式，其具有磁性聯接的繞組。將注意到，根據應用，簡單的感應電阻器可被用來形成優化工作所涉及的低通濾波裝置。然而，具有變壓器的實施例使得可以具有用於根據應用調節裝置LPF的頻率響應的更多的參數。由此，可以通過調節主和次電路W1、W2的感應電阻器，以及通過這些電路之間的聯接所引入的互感來優化該響應。
[0042]主繞組電路Wl是插入到起動機的電源電路中的那個。次繞組電路W2是短路的。[0043]通常，針對大約300A至1000A大小的電流，感應濾波裝置LPF的等效電感包括在大約0.1至IOmH之間。
[0044]所獲得的增加電池電壓的效果來自於這一事實:當電動機DCM接通時，由於在短路的次電路W2中感應的強電流的產生，初始電流突升被降低(大約減弱一半)，所述強電流對抗產生它們的磁通量的突然變化。。
[0045]圖3a顯示了在未優化的濾波裝置LPF (菱形2的曲線)的磁路中、以及根據本發明的被優化的濾波裝置LPF (正方形3的曲線)的磁路中的磁通量Φ的變化。
[0046]在未優化的濾波裝置LPF的情況中，磁通量Φ與磁強度一起快速增大並穩定在最大值。
[0047]圖3b顯示了對應於少量磁能量Em (菱形4的曲線)的存儲的飽和值。
[0048]因此，儘管電流衝擊被減弱，但電源電流I在未優化的濾波裝置LPF的磁路達到飽和時非常快速地增大，如圖3c中清晰地示出(菱形5的曲線)。
[0049]為了延遲飽和現象的發生，根據本發明的優化的濾波裝置LPF包括具有至少一個空氣間隙AG的磁路。
[0050]圖3a清晰地顯示了相比於磁路不具有空氣間隙AG (菱形2的曲線)的情況，磁通量Φ根據電源電流I增大得不那麼強烈(正方形3的曲線)。飽和現象也不那麼明顯。
[0051]在該情況中，被存儲的磁能Em達到的值(圖3b中的正方形6的曲線)高於對應於未優化的濾波裝置LPF (菱形4的曲線)的值。
[0052]空氣間隙AG的實施的結果是，當電動機DCM運行時，相比於未優化的濾波裝置LPF，在飽和之後電源電流I的發展緩慢(如圖3c中正方形7的曲線所示)。
[0053]圖4顯示了申請公司之前開發類型的感應式濾波裝置，其基本對應於由磁性材料(比如鋼)製成的殼體C、Y0、CM、CM』，以及主繞組電路Wl和次繞組電路W2。
[0054]殼體包括圓柱形頭部Y0、兩個閉合部件CM、CM』、和軸向芯部C，繞組電路W1、W2圍繞所述軸向芯部設置。
[0055]主繞組電路Wl被設計為串聯地插入在電源電路中，次繞組電路W2是短路的。
[0056]次繞組電路W2包括多個匝，或替代地可以以環的形式產生。
[0057]根據圖5中所示出的第一優選實施例，被優化的裝置LPF包括與未優化的濾波裝置LPF相同的主要元件，即由磁性材料製成的殼體C、Y0、CM、CM』、和主繞組電路Wl和次繞組電路W2。區別在於大約0.5mm至5mm的中間空氣間隙AG的存在，其沿軸向方向，基本位於中央芯部C的中部。
[0058]根據圖6中示出的第二優選實施例，被優化的裝置LPF包括軸向芯部C，其具有在閉合部件CM、CM』之間的兩個端部空氣間隙AG1、AG2。這些空氣間隙AG1、AG1』優選地為大約 0.5mm 至 5mm。
[0059]根據圖7a和7b中示出的第三優選實施例，優化的裝置LPF包括閉合部件CM、CM』，其每一個具有環形空氣間隙AG2、AG2 』 ；AG3、AG3 』。
[0060]這些環形空氣間隙AG2、AG2』 ；AG3、AG3或與主繞組電路Wl (圖7a)或與次繞組電路W2 (圖7b)軸向對齊，即限定空氣間隙的母面基本與包圍主和次繞組電路W1、W2的母面
I=I TT O
[0061 ] 磁路C、Y0、CM、CM』中的空氣間隙AG使得可以更晚地達到磁路C、Y0、CM、CM』的飽和，由此通過減弱的電流水平(藉助濾波裝置LPF)更長時間地為起動機DCM、EC的電動機DCM供電。
[0062]由此，電動機DCM達到了更高速的旋轉，並由此在飽和時刻產生更高的反電動勢，這有助於限制電源電流I。
[0063]在本發明的特定實施例中，次繞組電路W2可有利地由導電管構成(其例如由銅或鋁製成)，所述導電管與主繞組電路Wl同中心，且位於後者的外部上或其外部。
[0064]該類型的結構能夠形成這樣的濾波裝置LPF，其比具有多個匝的次繞組電路W2更容易生產。注意到，保持與具有多個匝的次繞組電路相同的長度半徑比將要求管的厚度的正確尺寸。由於描述變壓器特徵的比值N1/N2，如果存在從對於N2匝的電阻向管的圈的電阻R/N22的轉換，濾波裝置LPF的電功能將不被修改，N2和NI分別是繞組電路W2和Wl的匝數。
[0065]將注意到，本發明不限於上述優選實施例。
[0066]特別地，所列舉的空氣間隙(一個或多個)AG的磁路C、Y0、CM、CM』的各種布置僅僅是實施例的示例。
[0067]在上述描述中，空氣間隙AG暗含地是在磁路C、Y0、CM、CM』的兩個部件之間的自
由間隔。
[0068]替代地，空氣間隙AG的功能可以藉助磁路C、Y0、CM、CM』中的可以被飽和的塊形成，該塊突然或漸進地被飽和。例如，具有不足以令總流動通過的塊的閉合部件CM、CM』將從中間開始飽和，其等價於漸進形成的空氣間隙。飽和度可以通過根據半徑選擇閉合部件CM、CM』的厚度而被確定。類似地，芯部C中或外部流中的節流調節可以被用來藉助飽和產生漸進的空氣間隙效應。
[0069]本發明由此在以下的權利要求的主題的限制內併入所有可能的變形形式。
【權利要求】
1.一種電動車輛的電起動機電路中的、起動機(DCM、EC)和用於增加電池電壓的裝置(LPF)的組合(1)，所述起動機(DCM、EC)包括電動機(DCM)和電磁接觸器(EC)，所述用於增加電池電壓的裝置(LPF)被設計為阻止電池電壓(Vbat)的降低，並進一步阻止通過將所述起動機(DCM、EC)在電源電路中開始運行而引起的電流突升，其特徵在於，所述用於增加電池電壓的裝置(LPF)包括感應式濾波裝置(LPF)，該感應式濾波裝置與所述電動機(DCM)串聯地裝配在所述電源電路中，所述濾波裝置包括磁路(Y0、C、CM、CM』)，所述磁路包括磁材料製成的殼體(Y0、C)，該殼體包括圓柱形頭部(Y0)、兩個閉合部件(CM、CM』)和軸向芯部(C)，圍繞該軸向芯部設置有主繞組電路(W1)，所述主繞組電路被設計為串聯地插入到電源電路中，以及次、短路繞組電路(W2)，且所述軸向芯部(C)具有至少一個空氣間隙(AG ;AG1、AG1，)。
2.如權利要求1所述的組合，其特徵在於，所述至少一個空氣間隙是中間空氣間隙(AG)。
3.如權利要求1所述的組合，其特徵在於，所述至少一個空氣間隙包括在所述閉合部件(CM、CM』)之間的兩個端部空氣間隙(AG1、AG1』)。
4.如權利要求1所述的組合，其特徵在於，所述閉合部件(CM、CM』)每一個具有環形空氣間隙(AG2、AG2』 ；AG3、AG3』)。
5.如權利要求4所述的組合，其特徵在於，所述環形空氣間隙(AG2、AG2』；AG3、AG3』 )與所述主繞組電路(Wl)或與所述次繞組電路(W2)軸向對齊。
6.如前述權利要求1-5中任一項所述的組合，其特徵在於，所述次繞組電路(W2)包括導電管。
7.如權利要求6所述的組合，其特徵在於，所述管由銅或鋁製成，且具有預定的長度-半徑比，以及預定的厚度。
8.如權利要求1至7中任一項所述的組合，其特徵在於，所述濾波裝置(LPF)插入在所述起動機電源電路(DCM、EC)中，在所述車輛的電池的正端子(B+)和所述電磁接觸器(EC)的電源觸點(CP)之間。
9.如權利要求1至7中任一項所述的組合，其特徵在於，所述濾波裝置(LPF)插入在所述起動機電源電路(DCM、EC)中，在所述電磁接觸器(EC)的電源觸點(CP)和所述電動機(DCM)之間。
10.一種起動機(DCM、EC)，其可以併入到根據權利要求1至9中任一項所述的組合(I)中，其特徵在於，包括在所述組合(I)中的濾波裝置(LPF)固定在所述起動機(DCM、EC)的外殼上。
【文檔編號】F02N11/08GK103717878SQ201280037964
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月5日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】N.拉比, J-C.馬特 申請人:法雷奧電機設備公司