專利名稱：起動(dòng)繼電器的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于繼電器的電路裝置。
眾所周知，汽車內(nèi)采用起動(dòng)繼電器作為內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)裝置。這種起動(dòng)繼電器在接通大電流的同時(shí)，按比例提供小的控制電流。以轎車為例，所述大電流(指起動(dòng)電流，它是由起動(dòng)裝置起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)所必需的)大約可高達(dá)1000安培。在起動(dòng)過程中，流過起動(dòng)繼電器的繼電器線圈的電流約為80-100安培。與起動(dòng)電流值相比，這個(gè)電流相對(duì)較小，但是由于該電流直接經(jīng)過一個(gè)起動(dòng)開關(guān)(點(diǎn)火開關(guān))或經(jīng)過一個(gè)電子控制裝置，仍嫌其太大。為解決此問題，德國(guó)專利文獻(xiàn)DE 3737430C公開了配置有一個(gè)輔助繼電器的起動(dòng)繼電器，它通過汽車的起動(dòng)開關(guān)工作。這種方案的不足之處在于，不僅這個(gè)增加的輔助繼電器必須在汽車內(nèi)占據(jù)額外的空間，而且它也作為一個(gè)增加的消耗裝置，具有較大的損耗功率。
帶有權(quán)利要求1所述特征的本發(fā)明的電路裝置具有如下優(yōu)越性它的輔助繼電器是經(jīng)過優(yōu)化的，尤其是其結(jié)構(gòu)尺寸縮小化，使其安裝空間變小。本發(fā)明的電路具有影響輔助繼電器的工作電流的控制和/或調(diào)節(jié)電路，它提供了這樣的可能性，即輔助繼電器的工作電流受到可選擇的判據(jù)的影響，在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，輔助繼電器的工作電流只吸收其實(shí)際需要的大小，從而明顯減小了在輔助繼電器上出現(xiàn)的損耗功率。而且在起動(dòng)繼電器中的輔助繼電器盡可能集成化，從而具有緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，其控制電路包含一個(gè)受時(shí)序控制的控制或電流調(diào)節(jié)電路，它通過時(shí)鐘頻率和/或通過占空因數(shù)，使工作電流的大小隨著輔助繼電器的一定的工作狀態(tài)而變化。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，使輔助繼電器的工作電流與改變了的運(yùn)行條件相適配，例如運(yùn)行溫度和/或輔助繼電器的銜鐵位置的改變。這種工作電流與輔助繼電器的運(yùn)行狀態(tài)之間的優(yōu)化匹配降低了該輔助繼電器的功率損耗。特別是當(dāng)工作電流減小時(shí)，輔助繼電器的銜鐵被吸持或者立即開始沿其運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。在不同的工作條件下，例如不同的溫度比的情況下，由于輔助繼電器工作電流的節(jié)拍是優(yōu)化受控的，因此可以對(duì)固定大小的工作電流平均值實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。為此可以考慮，在不同的溫度下，一方面輔助繼電器銜鐵的復(fù)原彈簧的特征曲線變化，另一方面輔助繼電器的磁化性能及其線圈的歐姆電阻發(fā)生變化，導(dǎo)致輔助繼電器的工作電流變化。一般輔助繼電器的線圈是根據(jù)所出現(xiàn)的最大工作電流來確定容量的。利用本發(fā)明的電路控制輔助繼電器的工作電流，使輔助繼電器運(yùn)行在一個(gè)較小的和固定大小的脈動(dòng)工作電流平均值上，通過選擇節(jié)拍頻率的電流額定值和/或計(jì)算節(jié)拍比，能夠適應(yīng)各種不同的工作條件。于是從現(xiàn)在起，輔助繼電器的線圈可設(shè)計(jì)為在最高運(yùn)行溫度下流過最大電流。
本發(fā)明的其他優(yōu)選方案體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求所記載的技術(shù)特征中。
下面參照附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。
附圖為

圖1是本發(fā)明電路裝置的方框示意圖；圖2是輔助繼電器工作電流的額定值和實(shí)際值曲線圖；圖3-圖6是輔助繼電器的脈動(dòng)的工作電流的不同占空因數(shù)的信號(hào)波形圖；圖7和圖8表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。
圖1中用標(biāo)號(hào)10表示的電路裝置是一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)裝置。電路裝置10包括一接通器件12，它可以是點(diǎn)火開關(guān)或起動(dòng)開關(guān)，它與一個(gè)電子控制設(shè)備14相連接。電子控制設(shè)備14接有一個(gè)用于與控制設(shè)備14連接的輔助繼電器18的控制電路16。這個(gè)控制電路16又連接一個(gè)溫度探測(cè)電路20，該溫度探測(cè)電路還與位于輔助繼電器18附近的或裝在電機(jī)箱內(nèi)的溫度傳感器(圖中未示出)相連接?？刂齐娐?6內(nèi)包括一個(gè)起火密特觸發(fā)器作用的觸發(fā)級(jí)19，其起動(dòng)參數(shù)值a)和b)是可調(diào)的，而且從控制設(shè)備14的輸出端可讀出輸出電流特性曲線。
控制設(shè)備14還包括其他實(shí)現(xiàn)汽車功能的必要的電路成分，由于與本發(fā)明無關(guān)，這里未示出。圖中未示出的輔助繼電器18的開關(guān)觸點(diǎn)與起動(dòng)繼電器22的線圈相連接，由這些開關(guān)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)起動(dòng)裝置24的電流回路的接通和斷開。
參照附圖的圖示，現(xiàn)在簡(jiǎn)要描述一下電路裝置10的作用方式。當(dāng)接通器件12工作時(shí)，輔助繼電器18的線圈接收來自電子控制設(shè)備14的電流。流過輔助繼電器18的線圈的電流也流向控制繼電器18的工作電流的控制電路16。與輔助繼電器18的開關(guān)觸點(diǎn)連接的起動(dòng)繼電器22的繼電器線圈帶有工作電壓，于是起動(dòng)繼電器22的起動(dòng)使起動(dòng)裝置24的主電流觸點(diǎn)閉合，它一般連接到某個(gè)電壓源，例如汽車上的汽車電池。流過起動(dòng)裝置24的主電流觸點(diǎn)的起動(dòng)電流比較大，最高約可達(dá)1000安培左右。輔助繼電器18的開關(guān)觸點(diǎn)與連接電壓源的起動(dòng)繼電器22的繼電器線圈相連接，流過該開關(guān)觸點(diǎn)的開關(guān)電流約為80-100安培，而流過輔助繼電器18的線圈的工作電流I受到控制設(shè)備14的控制電路16的影響，約為40安培。
圖2中為說明圖1所示的工作電流I的控制過程，給出了該實(shí)施例中工作電流的額定值和實(shí)際值曲線。這里工作電流的額定值Isoll由控制電路16控制在時(shí)間點(diǎn)t2處下降到某一較低的值。由此可實(shí)現(xiàn)工作電流I實(shí)際的實(shí)測(cè)值(左側(cè)的簡(jiǎn)化的再現(xiàn)曲線)的可調(diào)節(jié)性。根據(jù)電流特性曲線進(jìn)行物理對(duì)比計(jì)算，要停止輔助繼電器18的銜鐵只需很小的磁通密度即可，相對(duì)而言，主要計(jì)算吸持住銜鐵所必要的電流。由于工作電流I大約下降了50％，因此損耗功率大約減小了25％，這是由于對(duì)于閉合的管路來說，維持必要的磁通密度只需很小的電流即可。這個(gè)很小的工作電流I流過線圈的線圈電阻，從而產(chǎn)生熱能損耗，這一功率損耗與時(shí)間點(diǎn)t2之前的大工作電流I相比是非常小的。
關(guān)于控制電路16的具體結(jié)構(gòu)就不在這里詳細(xì)描述了，其中一部分控制在控制設(shè)備14內(nèi)工作電流I的節(jié)拍，另一部分負(fù)責(zé)工作電流I的下降。除了觸發(fā)級(jí)19外，該控制電路還包含一個(gè)關(guān)于時(shí)間t2的時(shí)間級(jí)，用于將觸發(fā)級(jí)從較高的反應(yīng)值a1和b1轉(zhuǎn)換成較低的反應(yīng)值a2和b2，用于斷開(a1)和接通(b1)工作電流Iist。在本實(shí)施例中，工作電流I的額定值在t2為30ms時(shí)從25安培下降到12安培。控制電路16可采用眾所周知的多諧振蕩器、精密施密特觸發(fā)器或其他的適配的振蕩器電路，還有微處理器。直到電流下降的時(shí)間間隔t2是這樣確定的，即繼電器銜鐵在前一個(gè)時(shí)刻t1可靠地從其靜止位置升起。采用溫度探測(cè)電路20，工作電流Iist的臨界值隨著溫度的升高根據(jù)觸發(fā)級(jí)19的變化的反應(yīng)值a和b而下降。此外，直到工作電流下降的時(shí)間間隔t2隨著溫度升高而變短。以此方式，使活動(dòng)的繼電器銜鐵的取決于溫度的摩擦以及銜鐵復(fù)位彈簧的取決于溫度的彈力能夠得到補(bǔ)償。
圖3-圖6表示工作電流I的節(jié)拍頻率的信號(hào)曲線圖。信號(hào)特性曲線為精確的方波信號(hào)所構(gòu)成，具有精確的占空因數(shù)和節(jié)拍頻率。關(guān)于方波信號(hào)的產(chǎn)生，控制電路16例如可以配置相關(guān)的函數(shù)發(fā)生器。在圖3中，信號(hào)曲線的節(jié)拍頻率為2KHz，具有30％的占空因數(shù)，這也就是說，在一個(gè)時(shí)間單元(周期)內(nèi)，工作電流I在這個(gè)時(shí)間單元內(nèi)的30％為接通狀態(tài)，其余的70％為斷開狀態(tài)。類似地，在圖4中信號(hào)曲線的占空因數(shù)為60％，圖5中信號(hào)曲線的占空因數(shù)為90％，圖6中信號(hào)曲線的占空因數(shù)為100％。相應(yīng)于所選擇的占空因數(shù)產(chǎn)生一個(gè)沿工作電流I的曲線走向所包絡(luò)的面積和輸入所述線圈的能量。節(jié)拍越小，也就是說占空因數(shù)接通/斷開已選定，輸入線圈的能量也就越小，于是在該線圈內(nèi)所產(chǎn)生的功率損耗越小。
隨著工作電流I的節(jié)拍的變化，占空因數(shù)根據(jù)輔助繼電器18的確定的運(yùn)行參數(shù)而變化。例如，占空因數(shù)根據(jù)維持預(yù)定的工作電流強(qiáng)度這樣一個(gè)輔助繼電器18的運(yùn)行參數(shù)變化。同時(shí)，通過減小占空因數(shù)實(shí)現(xiàn)工作電流I的下降以及改變溫度關(guān)系。
因此，在一個(gè)輔助繼電器18中，由控制電路16的觸發(fā)級(jí)19提供的工作電流I的占空因數(shù)在接通瞬間(大約30毫秒)為60％的節(jié)拍，同時(shí)在時(shí)間點(diǎn)t2(圖2)的占空因數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?0％。可見，簡(jiǎn)單地由觸發(fā)級(jí)19產(chǎn)生方波信號(hào)就能有效地減小輔助繼電器18的線圈的能量需求。通過控制電路16與溫度探測(cè)電路20的耦合，可以以簡(jiǎn)單的方式使工作電流I的節(jié)拍與各個(gè)存在的工作條件相適配，如果處于冷卻狀態(tài)的繼電器，在合閘的瞬間，人們可以使具有60％節(jié)拍頻率的工作電流I在時(shí)刻t2時(shí)變?yōu)榫哂?0％節(jié)拍頻率。對(duì)于處于正常工作溫度的輔助繼電器18，合閘瞬間時(shí)的占空因數(shù)為90％，而在時(shí)刻t2時(shí)轉(zhuǎn)換成50％。對(duì)于已發(fā)熱的輔助繼電器18，合閘瞬間時(shí)的占空因數(shù)或節(jié)拍可達(dá)100％，而到時(shí)刻t2時(shí)轉(zhuǎn)換成60％。利用控制電路16和溫度探測(cè)電路20的作用，可以影響和調(diào)節(jié)從時(shí)刻t2起占空因數(shù)的轉(zhuǎn)換過程。例如對(duì)于冷卻態(tài)下的輔助繼電器18，時(shí)間點(diǎn)t2的時(shí)間長(zhǎng)度為30毫秒，對(duì)于正常發(fā)熱的輔助繼電器18而言，時(shí)間點(diǎn)t2的時(shí)間長(zhǎng)度為25毫秒，而對(duì)于已較熱的輔助繼電器18來說，時(shí)間點(diǎn)t2的時(shí)間長(zhǎng)度為15毫秒。
顯然，在輔助繼電器18的吸持范圍和停止不動(dòng)范圍之間，人們利用占空因數(shù)和該占空因數(shù)的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)能夠控制輔助繼電器18的操作，從而可以明顯地節(jié)約能源。
總之，盡管輔助繼電器18具有不同的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是不同的運(yùn)行溫度，該繼電器的運(yùn)行仍可由一個(gè)固定的工作電流平均值來調(diào)節(jié)。利用工作電流I的節(jié)拍頻率如前所述，我們能夠減少輔助繼電器18的功率損耗。
在不同的溫度比條件下利用固定的工作電流平均值提供了這樣的可能性可優(yōu)化輔助繼電器18的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這指的是，可提高輔助繼電器18的銜鐵的復(fù)位彈簧的彈力，其原因在于該繼電器已不再會(huì)工作在最惡劣的工作環(huán)境下，即不會(huì)在最高溫度時(shí)工作在最大電流I的極端情況。由于輔助繼電器18的銜鐵的彈力提高了，使開關(guān)觸點(diǎn)的振動(dòng)趨向變小，于是延長(zhǎng)了觸點(diǎn)的壽命。還有，由于提高了彈力，減小了振動(dòng)趨向，可以將輔助繼電器18安裝在起動(dòng)繼電器22的殼體內(nèi)。此外，在起動(dòng)繼電器22的開關(guān)過程期間，會(huì)產(chǎn)生可達(dá)5000-10000g大小的加速及碰撞到起動(dòng)裝置上，然而由于輔助繼電器18的復(fù)位彈簧的彈力提高，可以很好地對(duì)上述力予以緩沖。
對(duì)于無需克服較大的彈簧力的情況下，可以減少輔助繼電器18的繞組匝數(shù)，原因在于總體上只需較小的能量需求去作功。這樣該繼電器的安裝空間可減小，需要時(shí)可將輔助繼電器18安裝在起動(dòng)繼電器22內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)高集成化。
起動(dòng)器輔助繼電器的節(jié)拍頻率不僅可以由圖1和2所述的控制電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用圖7和8的控制和調(diào)節(jié)電路來實(shí)現(xiàn)?？刂评^電器的工作電流從調(diào)節(jié)器17流過一個(gè)位于控制設(shè)備14’內(nèi)的脈沖節(jié)拍級(jí)，產(chǎn)生節(jié)拍，根據(jù)某一預(yù)定的電流額定值Isoll調(diào)節(jié)由各節(jié)拍比構(gòu)成的電流平均值，于是從輔助繼電器18按節(jié)拍讀出持續(xù)變化的工作電流的實(shí)際值Iist。當(dāng)繼電器合閘后，電流額定值可隨時(shí)間出現(xiàn)下降，或者借助于另一個(gè)傳感器21根據(jù)輔助繼電器銜鐵的位置而下降。
根據(jù)附圖8所示，繼電器銜鐵初始動(dòng)作之前，電流為額定電流IS1，在銜鐵活動(dòng)期間，電流變?yōu)檩^小的額定電流IS2，當(dāng)繼電器銜鐵完全接合時(shí)，電流再次下降變?yōu)楦〉念~定電流IS3。
線圈是如此設(shè)計(jì)的，例如在0℃條件下，電流調(diào)節(jié)到IS1，占空因數(shù)為60％，這對(duì)于繼電器銜鐵動(dòng)作是足夠的(指同樣的繼電器銜鐵位置條件下的占空因數(shù)，并且IS2時(shí)取為40％，IS3時(shí)取20％)。在最高繞組溫度(例如+100℃)條件時(shí)，如果仍為上述已調(diào)節(jié)的繼電器電流的話，根據(jù)最大線圈電阻，在IS1時(shí)得到100％的占空因數(shù)，(IS2時(shí)為66％，IS3時(shí)為33％)。
本實(shí)施例中的繼電器的電流也基本上不受擾動(dòng)作用的影響(例如溫度、電池電壓擾動(dòng)等)，但是它與繼電器銜鐵的狀態(tài)(例如位置、速度)有關(guān)，并且根據(jù)磁動(dòng)力需要量來調(diào)節(jié)。這個(gè)占空因數(shù)是由調(diào)節(jié)器自動(dòng)地進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整的。
綜上所述，根據(jù)繼電器銜鐵動(dòng)力需要量來調(diào)節(jié)繼電器電流的方案具有如下優(yōu)越之處-限熱作用，-在銜鐵沖擊時(shí)減小碰撞，減小觸點(diǎn)抖動(dòng)，-具有高動(dòng)作可靠性(高的銜鐵起動(dòng)吸引力)，-提高了繼電器壽命。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)設(shè)備的起動(dòng)繼電器的電路裝置，含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)起動(dòng)繼電器的繼電器線圈的輔助繼電器，其特征在于，該電路裝置還具有影響和控制輔助繼電器(18)的工作電流(I)的控制電路和/或調(diào)節(jié)電路(16，16’)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述控制和/或調(diào)節(jié)電路(16，16’)包含一個(gè)脈動(dòng)電流電路的節(jié)拍級(jí)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述控制和/或調(diào)節(jié)電路(16，16’)具有一個(gè)使工作電流(I)節(jié)拍脈動(dòng)的觸發(fā)級(jí)(19)，它具有確定的可調(diào)制的占空因數(shù)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，工作電流(I)的占空因數(shù)可隨時(shí)間發(fā)生變化。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述脈動(dòng)的工作電流(I)在到達(dá)某個(gè)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)(t2)之后減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路裝置，其特征在于，當(dāng)輔助繼電器(18)的銜鐵開始動(dòng)作后所述脈動(dòng)的工作電流(I)由其靜止位置和/或在到達(dá)其工作位置時(shí)變小。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，下降的工作電流(I)具有比未下降的工作電流(I)小的占空因數(shù)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，占空因數(shù)的變化取決于輔助繼電器(18)和/或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的電路裝置，其特征在于，使占空因數(shù)減小的時(shí)間點(diǎn)(t2)是隨輔助繼電器(18)和/或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度的變化而變化的。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電路裝置，其特征在于，脈動(dòng)的工作電流(I)的占空因數(shù)隨著輔助繼電器(18)的銜鐵位置的變化而變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的電路裝置，其特征在于，在最高允許工作溫度條件下，當(dāng)脈動(dòng)工作電流(I)的占空因數(shù)為100％時(shí)輔助繼電器(18)產(chǎn)生足夠的吸引力。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的電路裝置，其特征在于，脈動(dòng)的工作電流(I)由控制和/或調(diào)節(jié)電路(16，16’)控制從一個(gè)第一額定值(Isoll)經(jīng)一定時(shí)間(t1，t2，t3)后調(diào)節(jié)到至少一個(gè)更低的額定值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電路裝置，其特征在于，脈動(dòng)的工作電流(I)的下降取決于分兩步實(shí)現(xiàn)的輔助繼電器(18)的接通時(shí)間(t1，t3)或其銜鐵位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)裝置的起動(dòng)繼電器的電路裝置,帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)起動(dòng)繼電器的線圈的輔助繼電器,還包括一個(gè)控制調(diào)節(jié)輔助繼電器(18)的工作電流(Ⅰ)的脈動(dòng)的控制和/或調(diào)節(jié)電路(16),從而有效地降低繼電器的功率消耗。
文檔編號(hào)F02N11/08GK1172549SQ96191726
公開日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1996年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月3日
發(fā)明者S·舒斯特克, M·阿克曼, G·基斯滕 申請(qǐng)人:羅伯特-博希股份公司