[发明专利]用于内燃机的起动装置的旋转电机以及起动装置和车辆

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的起动装置的旋转电机，该旋转电机包括转子和至少一个多层电刷，所述转子具有由多个导体段构成的换向器，所述至少一个多层电刷在旋转电机工作时在换向器上滑动，所述多层电刷具有沿换向器的旋转方向依次布置的、具有不同电阻值的多个层。本发明还涉及一种用于车辆内燃机的起动装置和一种车辆。

背景技术

开头所述类型的旋转电机由现有技术已知。它们通常是用于内燃机的起动装置的组成部分，并且相应地用于在起动内燃机时使该内燃机旋转。旋转电机具有换向器以及与该换向器共同作用的电刷或多层电刷。换向器通常由多个导体段组成并且被分配给旋转电机的转子。多层电刷被设置为，可以在旋转电机工作时在换向器上滑动。换向器和多层电刷在此基本上构成逆变器，以给转子的电枢绕组施以周期性变换极性的电流。电刷(也可称为碳刷)由多层构成，这些层沿换向器的旋转方向依次布置，也就是说在电流流动方面而言相互并列地设置。因此，通过层可以并行地给导体段输送电流，其中，电刷的层并非必须与导体段中的同一个电接触。

就此而言，旋转电机作为直流电机存在。在该直流电机中，多层电刷承担电流换向和将电流从旋转电机的外用端子传递到换向器的导体段的功能。在起动装置的旋转电机中，经常使用两层电刷作为多层电刷。在此，其中一层具有高的导电性，而另一层具有低的导电性。具有高导电性的层被称为功率层，具有低导电性的层被称为换向层。为了改善在内燃机起动和旋转时在旋转电机作为电动机运转时的换向，换向层沿旋转方向布置在多层电刷的后侧。通过这种方式，减小旋转电机在作为电动机运转期间的电损耗。

由现有技术例如已知WO2009/083433A1。其涉及一种多层电刷，该多层电刷主要具有由石墨成分以及铜成分组成的复合结构以及层状的结构，其中，第一层含有高的铜成分，另一层含有较低的铜成分。此外，由JP2001-351758A已知一种用于小直流电动机的电刷，该电刷构造为多层电刷，并且示出了一个位于具有大电阻的两层之间的具有较小电阻的层。

发明内容

与此相对，具有权利要求1中所述特征的旋转电机呈现出如下优点：特别是在旋转电机惰性运转期间的多层电刷的升温降低，因此多层电刷的使用寿命得以延长。在此，惰性运转可以理解为旋转电机的一种工作状态，在该工作状态下，旋转电机的转子由于惯性在主电流切断之后且特别是在内燃机起动或旋转之后仍继续转动，并且在这种情况下通过电的和机械的制动力矩被制动。根据本发明的优点通过如下方式实现，即，使多个层中的沿旋转方向布置在前侧的层与多个层中的沿旋转方向布置在后侧的层相比具有更大的电阻率。因此，与现有技术中已知旋转电机相反，现在应规定，将具有较大电阻率或者说具有较小导电性的换向层沿旋转方向布置在多层电刷的前侧。与此相反，沿旋转方向位于多层电刷后侧的、例如构成功率层的层应具有较小的电阻率或者说具有较大的导电性。

惰性运转期间旋转电机电刷中的电损耗通过电流产生，该电流在旋转电机的内部流过转子的电枢绕组，进而流经电刷和换向器的导体段之间的触点。在该触点上产生主要部分的电损耗。电刷和导体段之间的电流的时间变化曲线，更确切地说其与转子位置有关的变化曲线确定了功率损耗并影响电刷的使用寿命。通过在多层电刷的沿旋转方向位于前面的侧面(亦被称为前缘棱边)上的、导电性较低的层，也就是说电阻率较大的层，在旋转电机惰性运转期间可以实现有利的电流形式，使电功率损耗降低并且使电刷的使用寿命延长。

因此，这样构造的旋转电机特别是在作为发电机运转时具有低损耗，而在作为电动机运转时的损耗比在已知的实施方式中高。尽管如此，根据本发明的用于起动内燃机的旋转电机被应用于电动机工作模式。因为电动机式的运转总是仅短暂地进行，即直到成功地起动内燃机，所以在作为发电机运转时的惰性运转与作为电动机运转时相比，持续得更长，从而这里产生的损耗对于旋转电机使用寿命的影响要总体上大于在作为电动机运转期间产生的损耗影响。以这种方式，通过根据本发明实施的旋转电机，电刷或多层电刷的使用寿命能够明显得以改善。

本发明的一种改进方案规定，仅设有两个层。显然可以规定，多层电刷具有任意数量的层，其中仅仅是沿旋转方向布置在前侧的层与沿旋转方向布置在后侧的层相比应具有较大的电阻率，而有利的是，仅设有两个层。通过这种方式，可以实现多层电刷简单且低廉的制造，通过该多层电刷已经可以实现根据本发明的优点。出于此目的，层的数量的进一步增加是没有必要的，而仅会增加制造时的花费。该方案特别适用于在只能以唯一的旋转方向驱动旋转电机时的这种情况。