用于機動車輛的具有優(yōu)化尺寸的低功率起動機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機動車輛的具有優(yōu)化尺寸的低功率起動機。本發(fā)明具有與所謂的停止和起動系統(tǒng)的起動機一起的特別有利但非排他的應(yīng)用，這允許車輛的熱機尤其根據(jù)交通條件而停止和再起動。
【背景技術(shù)】
[0002]為了起動熱發(fā)動機，尤其是機動車輛的熱發(fā)動機，已知使用具有啟動器的起動機，該啟動器能夠?qū)⑵饎訖C的旋轉(zhuǎn)能量借助于起動機齒圈傳遞到熱發(fā)動機的曲軸。這個啟動器配裝在驅(qū)動軸上。根據(jù)一個實施方式，減速器介于這個驅(qū)動軸和電機的軸之間。
[0003]這個電機首先包括轉(zhuǎn)子，也已知為電樞，并其次包括定子，也已知為電感器，該電感器圍繞轉(zhuǎn)子同軸配裝。定子包括多個永久磁鐵或者線繞的磁極(電磁鐵)。
[0004]轉(zhuǎn)子包括一組板件形式的主體，和形成繞組的插入到在所述組板件的外周邊中設(shè)置的縱向凹槽中的導(dǎo)體。導(dǎo)體具有端部，該端部焊接到集電器的板件上，電刷在所述集電器上摩擦，用于向繞組供電。
[0005]由于它們性能的提高或者在混合動力車輛的情況下與電牽引馬達結(jié)合使用，熱發(fā)動機能夠具有減小的尺寸。機動車輛制造商由此需要相應(yīng)的起動機的尺寸的減小，該起動機對功率具有減小的需求，以便減小車輛引擎蓋下的尺寸。
[0006]傳統(tǒng)上，轉(zhuǎn)子設(shè)置有銅制成的繞組，它與其他材料相比具有良好導(dǎo)電性的優(yōu)點，由此使之有可能減小轉(zhuǎn)子的尺寸。只要涉及使用比銅更大電阻的材料的可能的選項，例如，如鋁，眾所周知的是，對于所產(chǎn)生的相同水平的扭矩，這導(dǎo)致電機更長，并因此體積更大。
[0007]圖1A、1A’、IB和1B’中的曲線是表示電樞長度隨扭矩變化的曲線，并且是帕累托前沿，即，它們將具有不同設(shè)計特性的優(yōu)化限定的點相連接。這些特性是凹槽的數(shù)量;導(dǎo)線的直徑;導(dǎo)線的材料;鐵氧體磁鐵的厚度;端頭(head)的厚度。實際上，通過使5個設(shè)計特性不受約束并且在電樞電阻的約束下，獲得優(yōu)化前沿(借助于使用算法)。這在起動機中是關(guān)鍵的，因為它需要具有非常低的電阻，以便保證功率，但是電阻也足夠大以確保在初始電流需要期間在電池處的低電壓降。電流/電樞長度曲線是根據(jù)由表征為OA和11.5V電壓的并且在起動機的端子處10毫歐姆的源電阻的電壓/電流線的供電規(guī)律產(chǎn)生的。這個測量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 8856來進行。在4.62減速器的輸出處，扭矩對應(yīng)于最大扭矩(轉(zhuǎn)子閉鎖)。換言之，50N.m的扭矩對應(yīng)于大約10.82N.m的最大轉(zhuǎn)子扭矩。
[0008]圖1A表示起動機轉(zhuǎn)子的曲線，其導(dǎo)體由銅制成。這個曲線示出優(yōu)化點，考慮了5個上述特性。以已知的方式，電樞的長度越短，扭矩減小越大。
[0009]圖1A’表示起動機轉(zhuǎn)子的曲線，其導(dǎo)體由鋁制成。這個曲線示出優(yōu)化點，考慮了5個上述特性。
[0010]可以看出，為了使轉(zhuǎn)子具有較短長度，優(yōu)選地是導(dǎo)體由銅制成。
[0011]在作為將IA的曲線朝向低功率延伸的曲線的曲線IB中未預(yù)料地看到，當(dāng)扭矩低于55N.m，即，11.9N.m的最大轉(zhuǎn)子扭矩時，曲線是平的，S卩，用于轉(zhuǎn)子優(yōu)化的長度保持為100_。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]于是，本發(fā)明形成未預(yù)料的發(fā)現(xiàn)的一部分，根據(jù)本發(fā)明，在起動機的一些減小的功率范圍內(nèi)，使用鋁導(dǎo)體而非銅導(dǎo)體，這使得有可能保證在電機的最小體積下所要求的電機械性能水平。
[0013]實際上，可以看出，與針對銅的曲線B相反，在圖1B’中的針對鋁的曲線中，如果扭矩減小，則起動機轉(zhuǎn)子的長度減小。
[0014]實際上，如從圖1C中清楚看到的，該圖1C表示針對范圍Pl內(nèi)的功率水平的所有曲線14、^’、18、18’，在給定扭矩下對最小主動電樞體積的要求導(dǎo)致使用銅制成的而非鋁制成的電樞繞組。實際上，在這個范圍Pl內(nèi)，鋁電樞LAl的長度大于銅電樞的長度LCu。
[0015]但是，對于低功率機器的限定而言，在給定扭矩下對最小有效體積的要求導(dǎo)致使用鋁而非銅。實際上，對于這種類型的機器，使用銅，如傳統(tǒng)情況下那樣，將使得需要產(chǎn)生較長的機器(對于相同外徑而言)，以便獲得用于電樞繞組的充分高的電阻。由此可以看出，在范圍P2中，鋁電樞的長度LAl變得短于銅電樞的長度LCu。
[0016]圖2表示定義為對于所產(chǎn)生的相同扭矩，在鋁電樞的有效長度LAl和銅電樞的有效長度LCu之間的差ε的積分J的特征值的變化。這個圖清楚示出:超過極限尺寸E，鋁的使用使得有可能獲得比使用銅更短并因此更緊湊的機器。極限尺寸E是針對50N.m的扭矩獲得的，該扭矩與大約1830_.N.m的積分值J相關(guān)聯(lián)，該積分值J對應(yīng)于電機的大約1.3kW的功率。
[0017]起動機X，X kW意味著根據(jù)表征為OA和11.5V電壓的在起動機端子處10毫歐姆的源電阻的電壓/電流線的供電規(guī)律，起動機的最大功率。這個測量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 8856進行。
[0018]由此，本發(fā)明涉及用于機動車輛的起動機，該起動機包括設(shè)置有轉(zhuǎn)子的電機，該轉(zhuǎn)子包括:
[0019]配裝在軸上具有圓柱形式的主體；
[°02°]包括一組導(dǎo)電板件的集電器；
[0021]設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的主體的外周內(nèi)的凹槽；以及
[0022]—組導(dǎo)體形成的繞組，該組導(dǎo)體至少部分插入所述凹槽內(nèi)部并電連接到所述集電器的板件，
[0023]其特征在于，插入所述凹槽中的導(dǎo)體是基于鋁的，用于低于1.3kW功率的起動機。
[0024]本發(fā)明還涉及用于機動車輛的起動機，其包括設(shè)置有轉(zhuǎn)子的電機，該轉(zhuǎn)子包括:
[0025]配裝在軸上具有圓柱形形式的主體；
[0026]包括一組導(dǎo)電板件的集電器；
[0027]設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的主體的外周內(nèi)的凹槽；以及
[0028]由一組導(dǎo)體形成的繞組，所述組導(dǎo)體至少部分插入到所述凹槽內(nèi)部并電連接到所述集電器的板件，
[0029]其特征在于，在表征為OA和11.5V電壓的在起動機的端子處10毫歐姆的源電阻的直流電壓/電流的情況下，針對具有低于10.82N.m的最大扭矩的起動機，插入所述凹槽中的導(dǎo)體是基于鋁的。
[0030]實際上，可以看出，對于低于這個閾值的起動機而言，優(yōu)選地具有鋁制成的凹槽導(dǎo)體，甚至存在如下的特性的修改的情況下:凹槽的數(shù)量;導(dǎo)線的直徑;導(dǎo)線的材料;鐵氧體磁鐵的厚度;端頭的厚度。實際上，與具有銅導(dǎo)體的起動機具有相同特性(轉(zhuǎn)子長度等)的具有鋁導(dǎo)體的起動機將具有更大的最大扭矩。
[0031]根據(jù)這些發(fā)明的一個實施方式，導(dǎo)體包括絕緣層，該絕緣層直接在基于鋁的核心層上。
[0032]根據(jù)這些發(fā)明的一個實施方式，導(dǎo)體包括單個導(dǎo)體芯層，該單個導(dǎo)體芯層包括基于招的一種合金。
[0033]根據(jù)這些發(fā)明的一個實施方式，導(dǎo)體包括單個導(dǎo)體芯層，該單個導(dǎo)體芯層包括基于鋁的一種合金或單獨的鋁。
[0034]根據(jù)這些發(fā)明的一個實施方式，導(dǎo)體使其基于鋁的層直接焊接到集電器上。
[0035]根據(jù)一個實施方式，插入凹槽內(nèi)的導(dǎo)體是基于鋁的，用于在I至1.2kW范圍內(nèi)的功率范圍。
[0036]根據(jù)一個實施方式，位于所述凹槽內(nèi)部的每個導(dǎo)體的部分由合金制成，該合金大部分由鋁構(gòu)成。
[0037]根據(jù)一個實施方式，所述導(dǎo)體是銷的形式。
[0038]根據(jù)一個實施方式，所述電機包括具有大約60mm外徑的起動機。
[0039]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子具有大約44mm的外徑。
[0040]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子具有大約30mm的長度。
[0041]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子包括2至29凹槽。
[0042]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子包括19個凹槽。
[0043]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子包括23個凹槽。
[0044]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子包括25個凹槽。
[0045]根據(jù)一個實施方式，所述轉(zhuǎn)子包括29個凹槽。
[0046]根據(jù)一個實施方式，所述電機包括起動機，該起動機設(shè)置有永久磁鐵形成的磁極。
[0047]根據(jù)一個實施方式，具有六個定子的磁極。
[0048]根據(jù)一個實施方式，所述導(dǎo)體具有在1.5至2mm范圍內(nèi)的直徑，并優(yōu)選地在1.5至
1.9mm范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0049]通過閱讀以下的描述并審閱附圖，本發(fā)明將得以更好地理解。這些圖單純通過圖解本發(fā)明的方式提供，而絕不在于限制。
[0050]圖1A、IA’和IB、IB’已經(jīng)被描述，示出根據(jù)針對相同的電機外徑和相同電阻產(chǎn)生的扭矩，銅和鋁電樞的長度的變化；
[0051]圖1C已經(jīng)描述，示出根據(jù)針對相同的電機外徑和相同電阻產(chǎn)生的扭矩，銅和鋁電樞的長度的變化；
[0052]圖2已經(jīng)被描述，是從圖1的曲線獲得的特征值的變化的圖示，該特征值定義為對于所產(chǎn)生的相同扭矩，鋁電樞的有效長度和銅電樞的有效長度之間的差的積分；
[0053]圖3示出為根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)動機的起動機的縱向截面的視圖；
[0054]圖4示出為根據(jù)本發(fā)明的與起動機一起使用的轉(zhuǎn)子的透視圖；
[0055]圖5示出為定位在轉(zhuǎn)子中的凹槽內(nèi)部的兩層導(dǎo)體的橫向截面的視圖。
[0056]相同、相似或類似的元件從一幅圖到另一幅圖保持相同附圖標(biāo)記。
【具體實施方式】
[0057]參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的起動機I包括驅(qū)動軸2、配裝在驅(qū)動軸2上的啟動器3以及以電動機模式運行的電機5，該電機包括感應(yīng)器定子8和被感應(yīng)的轉(zhuǎn)子9，該定子和轉(zhuǎn)子根據(jù)軸線X同軸配裝。定子8包圍與軸14成一體的轉(zhuǎn)子9。電機5包括配裝在起動機I的金屬支架12上的殼體51，其被設(shè)計成固定到機動車輛的固接部分上。
[0058]根據(jù)一個實施方式，以已知的方式，定子8包括多個永久磁鐵，該永久磁鐵形成定子8的脈沖并且由端頭10的內(nèi)周邊支撐。作為變型，如圖3中的實施方式所示，通過繞組11形成磁極，磁極每一個圍繞一體的極靴15定位。極靴15借助于螺釘16固定到端頭10上，在這種情況下，端頭10是金屬的，如