专利名称：电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有起动电动机的起动装置的运行方法。
背景技术：
为了起动内燃机主要使用机械式换向的直流电动机。电流通过一个或者多个电刷对且通过换向器被导入电枢绕组中。这些电刷大多数由烧结材料制成，该烧结材料主要含有铜成分和石墨成分。这些碳刷以及换向器在工作中都会受到磨损。此外，典型地，起动机被设计用于短时间工作并且在正常情况下适用于30，000-60, 000个通断循环。
发明内容
已经证实，对于永磁激励的起动机应被设计用于较高的负荷以及用于较长的运行时间(例如在起/停工作模式下所需要的)，为了提高能达到的通断次数，在碳刷中的最大电流密度对碳刷的总通断次数具有决定性的影响。为了保证碳刷的理想磨损特性，电流密度必须足够小。在起动机中的最大电流密度受多种结果的影响。一方面，在起动机中的最终有效的最大电流密度是由电机(整个装置)的设计，当然还由所使用的引线电阻决定。电流密度最大的时刻在接通时达到。在短接(电枢静止的，即没有旋转)时达到最大的电流。如果传统起动机的必要的通断次数由于在内燃机上的经常重复起动的工作模式 (例如起/停工作模式)而增加，那么必须提供最优的磨损特性。为了保持在换向部件中的磨损尽可能小，因此必须降低在碳刷内的电流密度。已经证实，对于正常的起动机应用，在短接的情况下(采用最大限度允许的电池以及最小的引线电阻)，碳刷中的4. 5至7. 5A/mm2 的电流密度是可以接受的。电流密度由最大短接电流除以正极电刷或者负极电刷的电刷面积(横截面面积)算出。对于1400A的最大短接电流和6mmX 16mm的电刷尺寸，在2个正极电刷的情况下，由此得到j = 1400A/(2*(6*16mm2)) = 7. 3A/mm2的值。但是如果要实现起动机通断次数的显著提高，那么这些电流密度过高。必须根据需要的通断次数降低电流密度。已经证实，对于在短接情况下(采用最小的引线电阻和最大限度允许的电池)小于 4. OA/mm2的电流密度，可以实现通断次数的显著提高。
图1示出了起动装置的纵剖视图，图2示出了依据第一种实施例的装置的示意性轴向视图，图3示出了依据第二种实施例的装置的示意性轴向视图，图4和图5分别示出了一个正极电刷和一个负极电刷的横截面图，图6示出了具有起动装置的机动车辆。
具体实施方式
图1以纵剖视图示出了起动装置。在图1中示出了起动装置10。这个起动装置 10例如具有起动电动机13和起动继电器16。所述起动电动机13和起动继电器16固定在一个共同的驱动端轴承盖19上。所述起动电动机13在功能上用于当起动小齿轮啮合到内燃机(这里未示出)的齿圈25中时，驱动起动小齿轮22。起动电动机13具有作为壳体的极管观，所述极管在其内周上支承多个永磁磁极 31。磁极31又包围着转子37 (电枢)，该转子具有由薄片40构成的电枢铁心43和设置在多个槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43压紧在驱动轴44上。此外在驱动轴44的远离起动小齿轮22的端部上还安装了换向器52，所述换向器52尤其由多个单个的换向器薄片55 构成。换向器薄片55通过已知的方法与电枢绕组49电连接，使得在通过电刷58给换向器薄片55通电时在极管观中产生转子37的旋转运动。设置在起动继电器16和起动电动机 13之间的电流引线61在接通状态时不仅为电刷58而且为励磁绕组34供电。驱动轴44在换向器一侧通过轴颈64支撑在滑动轴承67中，该滑动轴承67又位置固定地保持在换向器轴承盖70中。所述换向器盖70又借助于拉杆73固定在驱动端轴承盖19中，所述拉杆73 分布在极管观的周边上(如螺钉，例如两个、三个或者四个)。在此，极管观支撑在驱动端轴承盖19上，而且换向器轴承盖70支撑在极管28上。沿驱动方向看，在转子37上连接了一个所谓的太阳轮80，该太阳轮是行星齿轮机构83的一部分。太阳轮80被多个行星齿轮86，通常是借助于滚动轴承89支撑在轴颈92 上的三个行星齿轮86包围。行星齿轮86在内齿圈95中滚动，所述内齿圈95以外侧支撑在极管28中。在朝输出侧的方向，行星架98与行星齿轮86相接，轴颈92容纳在所述行星架中。行星架98又支承在中间支承件101和设置在该中间支承件101中的滑动轴承104中。 中间支承件101被设计为盆形，以便于在其中容纳行星架98以及行星齿轮86。此外，在盆形的中间支承件101里还设置了内齿圈95，该内齿圈最后通过盖107相对于转子37封闭。 中间支承件101也通过其外周边支撑在极管观的内侧。转子37在驱动轴44的远离换向器 52的端部上具有另一个同样容纳在滑动轴承113中的轴颈110。所述滑动轴承113又容纳在行星架98的中央孔里。行星架98与输出轴116—体地连接。这个输出轴116通过它远离中间支承件101的端部119支承在另一个轴承122中，该另一轴承固定在驱动端轴承盖 19中。输出轴116分为不同的区段接在设置在中间支承件101的滑动轴承104中的区段后面的是带有所谓的直齿125(内齿)的区段，该直齿是所谓的轴-毂连接结构的一部分。 在这种情况下，这个轴-毂连接结构1 使带动件131沿轴向的直线滑动成为可能。该带动件131是套筒状的突出部，该突出部和自由轮机构137的盆形外圈132是一体的。这个自由轮机构137 (定向制动器)此外还包括沿径向设置在外圈132内部的内圈140。在内圈 140和外圈132之间设置了夹紧体138。这个夹紧体138与内圈和外圈共同作用，防止在外圈和内圈之间朝第二个方向的相对转动。换句话说，自由轮机构137能实现内圈140和外圈132之间只朝一个方向的相对运动。在本实施例中，所述内圈140被实施为与起动小齿轮22和该起动小齿轮的斜齿143(外斜齿)是一体的。为了完整起见，在这里还要讨论啮合机构。所述起动继电器16具有接线柱150，该接线柱是电接触件并且连接在起动机电池(这里未示出)的正极上。这个接线柱150穿过继电器盖153。所述继电器盖153封闭继电器壳体156，该继电器壳体借助于多个固定元件 159(螺钉)固定在驱动端轴承盖19上。在起动继电器16中还设置了吸引绕组162和所谓的保持绕组165。所述吸引绕组162和保持绕组165两者分别在接通的状态时产生一个电磁场，该电磁场不仅穿过继电器壳体156(由电磁传导性材料制成)，而且穿过可线性运动的衔铁168和衔铁轭铁171。所述衔铁168具有推杆174，当线性吸引所述衔铁168时， 所述推杆174朝向开关销177方向运动。通过推杆174朝向开关销177运动，使这个开关销177从其静止位置向两个接触件180和181的方向移动，从而安装在开关销177朝向接触件180和181的端部上的接触桥184使两个接触件180和181相互电连接。由此电功率从接线柱150经过接触桥184传输到电流引线61并由此传输到电刷58。所述起动电动机 13在此时被通电。但是，所述起动继电器16或者更具体地说衔铁168还有一项任务，即，通过拉动元件187使一个可转动地设置在驱动端轴承盖19中的杠杆运动。通常被构造为叉形杠杆的该杠杆190通过两个这里没有示出的“尖齿”在其外周上包住两个盘片193和194，以使夹在这两个盘片之间的传动环197克服弹簧200的阻力向自由轮机构137运动，并且由此使起动小齿轮22啮合到齿圈25中。转子37能借助于换向器52和电刷58被通电。电刷58为至少两个正极电刷250 和至少两个负极电刷253。在所谓的短接情况下，在各电刷58中分别产生一个电流密度， 其中，所述电流密度是流经电刷58的电流Ib和一个电刷58的横截面面积( 之比。该电刷 58要么是正极电刷要么是负极电刷，其中，在短接情况下的所述电流密度小于4. OA/mm2 (安培每平方毫米)。短接情况由在接通起动装置10之后转子37刚好尚未旋转的时刻确定。在这个时刻，最大的电流Ib流经电刷。在此，当在馈电线263和回线沈4的电阻极小的情况下选择了最大限度允许的起动机电池沈0(参见图6)作为电源时，短接对于电刷58是最不利的。一个电刷58(不管是正极电刷250还是负极电刷253)具有切向宽度B和轴向长度L，其中，L/B的比例大于等于4，最大不超过5. 5，优选最大为5。轴向长度L的方向为旋转轴线的方向。在图3中示出了具有三个正极电刷250和三个负极电刷253的装置。依据一种变型方案，正极电刷250具有垂直于电流方向的横截面Q，并且负极电刷 253具有垂直于电流方向的横截面Q，其中，正极电刷250的横截面Q与负极电刷253的横截面Q具有不同的尺寸。图4和图5示出了正极电刷250和负极电刷253的横截面Q。依据在图6中示出的在机动车辆300中的装置，设有起动机电池260作为电源，起动装置10连接在该起动机电池上。起动机电池在此具有12V的稳恒电压。本发明规定，在电源和起动装置10之间的馈电线263和回线沈4的电阻R大约为 ImOhm (毫欧)。对于起动装置10具有至少2. Okff的额定功率的情况，规定电源的内电阻氏大约为3. 7m0hm ；这个值例如能借助于容量为90Ah的常规铅酸电池(起动机电池沈0)达到。因此，在由起动装置10 (额定功率至少为2. OkW)、在电源(起动机电池沈0)和起动装置10之间的电阻大约为ImOhm(毫欧)的馈电线263和回线264构成的结构中，能实现在短接情况下的电流密度小于4. OA/mm2。对于起动装置10具有小于2. Okff的额定功率的情况，规定电源的内电阻氏大约为4. 5m0m ；这个值例如能借助于容量为53Ah且低温试验电流为470A的常规铅酸电池(起动机电池沈0)达到。因此，在由起动装置10 (额定功率小于2. Okff)、在电源(起动机电池 260)和起动装置10之间的电阻大约为ImOhm(毫欧)的馈电线263和回线264构成的结构中，能实现在短接情况下的电流密度小于4. OA/mm2。本发明规定，在正极电刷和负极电刷之内旋转的换向器52的外周长最高为 2*PI*16. 5mm，优选为 2*PI*15mm(PI 为圆周率)。本发明规定，起动装置10以起/停工作方法运转，其中，起动装置10设置在车辆 300中，该车辆具有起/停工作方式。起/停工作方式在对于车辆300不需要驱动的情况下关闭内燃机。这种情况尤其借助于传感器识别。例如在遇到指示“停止”的交通信号灯的情况下或者在所谓的走走停停的情况下(交通堵塞)。由于这种工作方式，必须成倍提高起动次数(起动内燃机300)。
权利要求
1.具有起动电动机(π)的起动装置(10)的运行方法，其中，所述起动电动机(13) 具有转子(37)，该转子能借助于一个换向器(5 和多个电刷(58)被通电，所述多个电刷 (58)是至少两个正极电刷(250)和至少两个负极电刷053)，其中，在短接情况下在各电刷 (58)中分别产生一个电流密度，所述电流密度是一个电刷(58)的电流(Ib)和横截面面积 (Qb)之比，其中，该电刷(58)要么是正极电刷(253)要么是负极电刷(250)，其特征在于， 在短接情况下的所述电流密度小于4. OA/mm2。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一个电刷(58)具有切向宽度(B)和轴向长度(L)，其中，切向宽度(B)和轴向长度(L)之比大于或者等于4，但最大不超过5. 5，优选最大为5。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装置具有三个正极电刷(250)和三个负极电刷053)。
4.按照权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述正极电刷(250)具有垂直于电流方向的横截面(Qb)并且所述负极电刷(253)具有垂直于电流方向的横截面 (Qb)，其中，所述正极电刷(250)的横截面(Qb)具有与所述负极电刷(25 的横截面(Qb)不同的尺寸。
5.按照上述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述起动装置(10)与电源连接，该电源具有12V的稳恒电压。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述电源和所述起动装置(10)之间的引线的电阻大约为ImOhm。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述起动装置(10)具有至少2.OkW 的额定功率，并且电源的内电阻大约为3. 7m0hm。
8.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述起动装置具有小于2.Okff的额定功率，并且电源的内电阻大约为4. 5m0hm。
9.按照上述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，在正极和负极电刷之内旋转的所述换向器(52)的外周长最高为2*PI*16. 5mm，优选为2*PI*15mm。
10.按照权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述起动装置以起/停工作方法运行，其中，所述起动装置设置在具有起/停工作方式的车辆中。
全文摘要
本发明涉及一种具有起动电动机的起动装置的运行方法，其中，所述起动电动机具有转子，该转子能借助于一个换向器和多个电刷被通电，所述多个电刷是至少两个正极电刷和至少两个负极电刷，其中在短接情况下在各电刷中分别产生一个电流密度，所述电流密度是一个电刷的电流和横截面面积之比，其中该电刷要么是正极电刷要么是负极电刷，其中在短接情况下的所述电流密度小于4.0A/mm2。
文档编号H02K5/14GK102204035SQ200980142709
公开日2011年9月28日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年8月29日
发明者M·拜尔, S·哈特曼, T·博岑哈特, W·格施维兹 申请人:罗伯特·博世有限公司