抑制起停电机峰值起动电流的方法、继电器及起停电机

摘要

本发明公开了抑制起停电机峰值起动电流的方法，包括：（1）在包括蓄电池、点火开关、电磁开关的触点和起停电机的起停电机主回路上，增设一带有限流电阻的继电器，将限流电阻与继电器的两接线端子并联，然后接入到所述点火开关与电磁开关触点之间；（2）蓄电池电源分别为继电器的线圈、电磁开关的线圈供电。本发明还公开了实现上述抑制峰值起动电流方法的继电器和实施上述抑制起停电机峰值起动电流方法的起停电机。本发明在起停电机回路中点火时切入或切出限流电阻，以便实现在起停电机的起动瞬间抑制过大的起动电流，达到延长起停电机寿命的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车的起停电机，特别涉及抑制起停电机峰值起动电流的方法，本发明还涉 及实现上述方法的继电器以及实施上述方法的起停电机。

背景技术

起停电机，也称启停电机，用于起动汽车的发动机。目前一般汽车使用的是起动电机（或 称起动机），起停电机相比于一般起动电机，起停电机的寿命较长，功率较大。起停电机包 括电机、电磁开关，电机的输出轴上连接有起动齿轮。汽车的点火开关接通后，汽车的蓄电 池对电磁开关的线圈和电机分别供电，电磁开关的触点串接于电机的主回路上，用于控制电 机的得、失电。当点火开关接通时，蓄电池的电源接入电磁开关的线圈，电磁开关的线圈得 电后，一方面吸合电磁开关的触点使主回路接通，电机得电运转，另一方面电磁开关的吸合 力推动起动齿轮与发动机的齿圈啮合，从而带动发动机旋转。发动机正常起动后，点火开关 复位，电磁开关失电，电磁开关控制电机停止运转并使起动齿轮脱离齿圈。起停电机起动时， 由蓄电池流经电机的主回路的电流为起停电机起动电流，简称起动电流，该起动电流的曲线 图如图7所示。

现有一般汽车的起动电机功率仍较小，无法支持汽车发动机的快速起停。但是，如果增 大起停电机的功率来支持快速起停，又将进一步增大起停电机起动时的瞬间起动电流，起动 电流会有较大的瞬间峰值，致使起停电机的寿命缩短，同时还会影响汽车中的其它电子设备 （如点火开关）；如果减少起停电机的起动次数来延长寿命，又将导致发动机经常处于怠速 状态（如汽车遇到红绿灯时），从而浪费汽油资源，还增加了尾气排放和噪声，不利于环保 节能。

发明内容

本发明第一个目的是提供抑制起停电机峰值起动电流的方法，在起停电机回路中点火时 切入或切出限流电阻，以便实现在起停电机的起动瞬间抑制过大的起动电流，达到延长起停 电机寿命的目的。

本发明的第二个目的是提供一种实现上述抑制峰值起动电流方法的继电器。

本发明的第三个目的是提供一种实施上述抑制起停电机峰值起动电流方法的起停电机， 在起停电机回路中接入所述继电器，以在不影响起停电机正常工作的前提下抑制峰值起动电 流。

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：一种抑制起停电机 峰值起动电流的方法，包括：（1）在包括蓄电池、点火开关、电磁开关的触点和起停电机的 起停电机主回路上，增设一带有限流电阻的继电器，将限流电阻与继电器的两接线端子并联， 然后接入到所述点火开关与电磁开关触点之间；

（2）蓄电池电源分别为继电器的线圈、电磁开关的线圈供电。

本发明的工作原理是在起停电机的点火开关接通时，利用限流电阻将起动电流的瞬间峰 值抑制在设定值i值范围内，然后继电器复位，切出限流电阻，使起停电机主回路正常工作。 所述设定值i值是起动电流的最高限定值，一般可采用不影响起停电机寿命的安全电流值， 起停电机的功率不同，设定值i值可能会有所变化。

本发明可以做以下的改进：由于现有技术点火开关接通时，起停电机的起动电流从0首 次升至i值是需要一定的时间的，这个时间称为升流时间t₃，所以本发明接入限流电阻和继电 器后，可采用控制芯片来控制限流电阻马上切入或延时切入并按时切出起停电机主回路的方 式，实现抑制i值以上起动电流的目的，有助于改善频繁起停的大电流冲击所导致的寿命缩 短的问题：本发明可以在继电器的两接线端子处接入一控制芯片，该控制芯片具有延时及持 续一段维持时间后接通、断开的功能，由控制芯片控制继电器的通、断、或持续时间，从而 控制限流电阻的马上或延时切入和定时切出。

本发明还可以进一步做以下的改进：采用常闭式继电器，以便提高抑制峰值起动电流的 可靠性，当采用常闭式继电器时，控制芯片通过以下方法控制继电器：

（1）控制芯片由得电开始，使控制芯片的控制端延时时间t_a后接通所述继电器的线圈回 路，即使继电器延时断开，从而切入限流电阻；

（2）控制芯片由得电开始，使控制芯片的控制端经维持时间t_b后，断开所述继电器的 线圈回路，即使继电器在得电维持时间t_b后恢复闭合接通状态，从而切出限流电阻。

为了精确控制限流电阻的切入和切出，本发明还可以就控制芯片的延时时间和维持时间 做以下的改进：

当控制芯片设置延时时间t_a为0ms时，即为马上切入限流电阻；或者，

当t₁>t₂时，t_a≤t₁－t₂+t₃（A），

当t₁<t₂时，t_a≤t₁+t₃（B），

式（A）、（B）中，控制芯片中设定需要抑制i值以上的起动电流，t₃为当起停电机未接 入所述继电器时起动电流从0首次升至i值所用的升流时间；t₁为电磁开关的线圈由得电至闭 合电磁开关的触点所用的吸合时间；t₂为所述继电器的线圈由得电至动、静触头完全分离所 用的分离时间；

t_b=t₁+T－t₄（C），

式（C）中，T为起动电流由0到首次下降至i值所用的时间；t₄为所述继电器的线圈由 失电至动、静触头完全接合所用的接合时间。

本发明的第二个目的通过以下技术方案实现：一种实现上述抑制起停电机峰值起动电流 的方法的继电器，包括壳体及安装于壳体内的绕组、衔铁、动触头、静触头、弹簧，壳体上 安装有用于串接在电机的主回路上的两接线端子，其中，绕组位于壳体的下部，衔铁从绕组 中轴处穿出至位于壳体上部的动、静触头附近，两柱状的接线端子分列于静触头外旁，并与 静触头电连接，动触头在弹簧的作用下贴合静触头，衔铁则被弹簧压向下方，所述衔铁在绕 组通电后才会上移将动触头顶离静触头从而断开两接线端子，其特征在于：在壳体内增设了 一限流电阻，所述限流电阻位于两接线端子的下方，其两端分别与两接线端子电连接，以便 在动、静触头分离时通过限流电阻接通两接线端子。

在上述基础上，本发明可做如下改进：在上述的继电器中增设一控制芯片，所述控制芯 片具有用于控制绕组通电时间的控制端，该控制端串接至绕组的线圈回路中；通过控制芯片 的控制端在设定时间内接通或断开绕组的线圈回路，以使动、静触头分离而接通限流电阻， 或使动、静触头接合而短接限流电阻，以通过在电机的主回路上串入限流电阻来抑制起停电 机的峰值起动电流。

本发明所述衔铁由动铁芯和具有杆头和杆身的顶杆构成，所述顶杆呈“⊥”形，杆头与 动铁芯相连；所述壳体由壳体本体和上盖构成，所述绕组和衔铁通过一支架安装在壳体本体 内，所述支架的中轴处具有导向通孔，所述杆身从导向通孔穿出，而接线端子由上盖穿出并 固定在上盖端面上，静触头通过接线端子而安装在上盖内，动触头被静触头与接线端子与上 盖围括而限位在静触头与上盖端面之间的空间中，当所述上盖与壳体本体接合成一体时，所 述动、静触头与接线端子均位于所述的支架上方，与支架之间形成一定的第一间隙，所述限 流电阻和控制芯片均安装在该第一间隙中。

本发明继电器中所述弹簧包括有衔铁弹簧、动触头弹簧两个弹簧，衔铁弹簧一端与杆头 相抵，另一端与支架相抵，用于继电器在未通电时将衔铁压向下方；所述静触头包括两个分 别与两接线端子连接的静触片，两静触片相隔形成第二间隙；动触头弹簧一端与上盖相抵， 另一端与动触头相连，用于继电器在未通电时使所述动触头贴合在两静触片上以接通两接线 端子；所述顶杆的杆身穿过导向通孔后正对静触头之间的第二间隙，所述绕组通电后吸合动 铁芯带动顶杆克服上述二弹簧弹力而向上移动，顶起动触头，使动、静触头分离。

本发明所述动、静触头均采用碲铜材料制成，以延长使用寿命。

本发明所述限流电阻为电阻率在0.8×10^-6Ω·m～2.0×10^-6Ω·m之间、熔点大于1000 ℃的合金材料，以利于保证电阻抑制电流的可靠性。

本发明也可以采用常开式继电器，只需要将继电器的衔铁弹簧改为将衔铁压向动触头， 同时，控制芯片中的控制继电器的时间设定适应性调整即可。

本发明的第三个目的通过以下技术方案实现：

一种实施上述抑制起停电机峰值起动电流方法的起停电机，包括所述继电器、电机、电 磁开关和由外部蓄电池供电输入的电源输入端，其特征在于：所述电源输入端一路依次经所 述继电器的两常闭接线端子、电磁开关的常开触点后接至电机，形成用于电机供电启停的主 回路；

所述电源输入端具有第二路连接继电器的线圈，形成用于控制继电器的动触头、静触头 接合或分离的继电器线圈控制回路，其中，通过继电器的控制芯片控制继电器的线圈的接通 或断开；

所述电源输入端具有第三路连接电磁开关的线圈，形成用于控制电磁开关的触点闭合或 打开的电磁开关线圈控制回路；

通过所述控制芯片在设定时间内接通或断开继电器的的线圈回路（即绕组的线圈回路）， 以在电机的主回路上串入限流电阻而抑制峰值起动电流。

与现有技术相比，本发明技术具有以下有益效果：

1）本发明在起停电机主回路中串入的限流电阻可大大减小起停电机起动瞬间电流，减轻 蓄电池负荷和对电池的冲击；

2）本发明进一步采用控制芯片以实现在设定的时间上切入限流电阻，并在设定时间后切 出电阻，精确控制限流电阻的切入、切除时间，不但能进一步提高起停电机和点火开关寿命， 减小起动电流对汽车其它电子设备的影响；而且，还解决了频繁起停的大电流冲击所导致的 寿命缩短的问题，起停电机可根据需要来控制起动或停止，有利于减少尾气排放和噪声，也 利于环保节能；

3）实施本发明方法的继电器结构简单，工作可靠，限流电阻直接连接于两接线端子之间， 与动、静触头形成常闭触点（常闭接线端子），保证了切入限流电阻的可靠性，以保证抑制 起停电机起动瞬间的峰值起动电流；

4）本发明继电器直接具有限流电阻的切入、切出功能，方便安装使用，由于能够抑制大 电流，因此，有利于起动机在一定范围内提高功率，用于支持汽车发动机的快速起停；

5）本发明继电器的线圈、电磁开关的线圈和控制芯片均同时得电，控制芯片则可根据具 体获得的继电器、电磁开关触点的接合、分离时间来进行时间设定的调整，实现精确控制继 电器线圈的接通和断电时间，以保证衔铁精确动作，顶开或复位动触头，从而串入或断开限 流电阻，达到精确抑制起动电流瞬间峰值的目的，同时还又不影响起停电机的正常工作。

附图说明

图1为本发明继电器限流电阻被短接时的结构剖视图；

图2为本发明继电器限流电阻切入时的结构剖视图；

图3为本发明限流电阻位置处的仰视图；

图4为本发明的顶杆、绕组、衔铁、接线端子、支架、控制芯片的安装示意图；

图5为本发明继电器接入起停电机的连接示意图；

图6本发明继电器接入起停电机的结构示意图；

图7为现有起动电流的曲线图；

图8为本发明起动电流和现有起动电流的曲线对比示意图。

图中：1、壳体；101、壳体本体；102、上盖；2、绕组；3、衔铁；31、动铁芯；4、 动触头；5、静触头；51、第一间隙；52、第二间隙；6、衔铁弹簧；7、动触头弹簧；8、 顶杆；81、杆头；82、杆身；9、支架；91、导向通孔；10、电机；11、接线端子；12、 限流电阻；13、控制芯片；14、电磁开关；15、接入本发明继电器前起动电流的曲线； 16、接入本发明继电器后起动电流的曲线；17、电源输入端；18、蓄电池；19、起动齿 轮；20、齿圈。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步加以阐述。

实施例一

本实施例的抑制起停电机峰值起动电流的方法，包括：

（1）在包括蓄电池、点火开关、电磁开关的触点和起停电机的起停电机主回路上，增设 一带有限流电阻的继电器，将限流电阻与继电器的两接线端子并联，然后接入到所述点火开 关与电磁开关触点之间；在继电器的两接线端子处接入一控制芯片，该控制芯片具有延时及 持续一段维持时间后接通、断开控制端功能，可采用现有常规控制芯片并编制相应程序实现， 由控制芯片延时控制继电器的通、断、或持续时间，从而控制限流电阻的延时切入和定时切 出，蓄电池电源分别为继电器的线圈、电磁开关的线圈、控制芯片供电；其中，本实施例采 用的继电器是采用常闭式继电器；

（2）控制芯片由得电开始，此时继电器的线圈（即继电器的绕组中的线圈）和电磁开关 的线圈也同时得电，通过设置控制芯片，使控制芯片的控制端延时时间t_a后接通继电器的线 圈回路，使继电器延时断开，从而切入限流电阻，该延时时间t_a一般为0～30ms，延时时间 t_a由下式确定：

当t₁>t₂时，t_a≤t₁－t₂+t₃；（A）

当t₁<t₂时，t_a≤t₁+t₃；（B）

式（A）、（B）中，如图7所示，t₃为先在控制芯片中设定需要抑制i值以上的起动电流 （即峰值起动电流），当起停电机未接入所述继电器时起动电流从0首次升至i值所用的升流 时间，一般根据抑制的需要来设置i的大小；t₁为电磁开关的线圈由得电至闭合电磁开关的触 点所用的吸合时间；t₂为所述继电器的线圈由得电至动、静触头完全分离所用的分离时间；

（3）控制芯片由得电开始，此时继电器的线圈和电磁开关的线圈也同时得电，通过设置 控制芯片，使控制芯片的控制端经维持时间t_b后，断开继电器的线圈回路，该维持时间t_b一 般为30～80ms，其中：

t_b=T₁+T-t₄；（C）

式（C）中，如图7所示，T为起动电流由0到首次下降至i值所用的时间；t₄为继电器 的线圈由失电至动、静触头完全接合所用的接合时间。

如图8所示，采用本方法后起动电流未超过所设置的i值，一般轿车的起停电机功率为 1.4-1.8千瓦，已验证起动电流在600A以下为安全电流值，故本实施例的i值为560A。

如图1～2、图4所示的实现上述抑制起停电机峰值起动电流的方法的继电器，包括壳体 1及均安装于壳体1内的绕组2、衔铁3、动触头4、静触头5、弹簧，以及安装于壳体1上 的两接线端子11。如图3所示，壳体1呈圆柱形，其内还安装有限流电阻12和控制芯片13， 限流电阻12绕制呈弯拱形，两端分别与两接线端子11电连接。绕组2位于壳体1的下部， 衔铁3从绕组2中轴处穿出至位于壳体1上部的动、静触头4、5附近，两柱状的接线端子 11分列于静触头5外旁，并与静触头5电连接，动触头4在弹簧的作用下贴合静触头5，衔 铁3则被弹簧压向下方，衔铁3在绕组2通电后将动触头4顶离静触头5从而断开两接线端 子11。

衔铁3由动铁芯31具有杆头81和杆身82的顶杆8构成，顶杆呈“⊥”形，杆头81与 动铁芯31相连。壳体1由壳体本体101和上盖102构成，绕组2和衔铁3通过一支架9安装 在壳体本体101内。支架9的中轴处具有导向通孔91，杆身82从导向通孔91穿出，而接线 端子由上盖102上11穿出并固定在上盖102端面上，静触头5通过接线端子11而安装在上 盖102内，动触头4被静触头5与接线端子11与上盖102围括而限位在静触头5与上盖102 端面之间的空间中，当上盖102与壳体本体101接合成一体时，动、静触头4、5与接线端子 11均位于的支架9上方，与支架9之间形成一定的第一间隙51，限流电阻12和控制芯片13 均安装在该第一间隙51中。

弹簧分为衔铁弹簧6、动触头弹簧7，衔铁弹簧6一端与杆头81相抵，另一端与支架9 相抵，用于继电器在未通电时将衔铁3压向下方。

其中，上盖102上安装用于串接在电机10的主回路上的两接线端子11，动铁芯31在绕 组2通电后的吸引力及衔铁弹簧6、动触头弹簧7的弹力作用下，带动动、静触头4、5接合 或分离，从而接通或断开两接线端子11。本实施例的动触头4呈片状，静触头5包括两个分 别与两接线端子连接的静触片，两静触片相隔形成第二间隙52；动触头弹簧7一端与上盖102 相抵，另一端与动触头4相连，用于继电器在未通电时使动触头4在动触头弹簧7贴合在两 静触片上以接通两接线端子，使动、静触头4、5接合，组成常闭触点，即常闭的两接线端子 11，常态下限流电阻12被动、静触头4、5短接，此时的电流流向如图1的虚线箭头所示。 顶杆8的杆身82穿过导向通孔91后正对第二间隙52，绕组2通电后吸合动铁芯31带动顶 杆8克服衔铁弹簧6、动触头弹簧7弹力而顶起动触头4，使动、静触头4、5分离，使限流 电阻12串入电机的主回路中，此时的电流流向如图2的虚线箭头所示。

本实施例的控制芯片13具有用于控制绕组2通电时间的控制端，该控制端串接至绕组2 的线圈回路中；通过控制芯片13的控制端在设定时间内接通或断开绕组2的线圈回路，以使 动触头4、静触头5分离而接通限流电阻12，或使动、静触头4、5接合而短接限流电阻12。 使用时，将本继电器的两接线端子11传接入电机10的主回路中，继电器的线圈由蓄电池供 电，通过在电机10的主回路上串入限流电阻12来抑制起停电机的瞬间峰值起动电流。接入 本发明继电器后的起动电流曲线16如图8所示，对比接入本发明继电器前的起动电流曲线 15可知，切入的限流电阻12可抑制瞬间峰值起动电流，且在起停电机正常工作时，限流电 阻12切除，使起停电机不受影响。

本实施例的动、静触头4、5均采用碲铜材料制成，限流电阻12采用Cr20Ni80或 0Cr21AI16Nb材料制成，两者均属于20℃时电阻率在0.8×10^-6Ω·m～2.0×10^-6Ω·m之间、 熔点大于1000℃的合金材料，以利于保证限流电阻12抑制电流的可靠性。

如图5、图6所示，本实施例的实施上述抑制起停电机峰值起动电流方法的起停电机， 包括上述的继电器、电机10、电磁开关14、由外部蓄电池供电输入的电源输入端17和上述 本实施例的继电器，电源输入端17一路依次经继电器的两接线端子11、电磁开关14的触点 后接至电机10，形成用于电机10供电启停的主回路；电源输入端17具有第二路连接继电器 的线圈（即绕组2中的线圈），形成用于控制继电器的动触头4、静触头5接合或分离的继 电器线圈控制回路，其中，通过继电器的控制芯片13控制继电器的线圈的接通或断开；电源 输入端17具有第三路连接电磁开关14的线圈，形成用于控制电磁开关14的触点闭合或打开 的电磁开关线圈控制回路；通过控制芯片13在设定时间内接通或断开继电器的线圈回路（即 绕组的线圈回路），以在电机10的主回路上串入抑制电阻12抑制瞬间峰值起动电流。其中， 继电器的两接线端子11即为继电器的触点。当点火开关L闭合接通后，因为继电器的两接线 端子11处于常闭状态，所以当电磁开关14的触点闭合时则形成了如图7、8所示的起动电流。

汽车的点火开关K接通后，汽车的蓄电池18接入起停电机的电源输入端17，分别对电 磁开关14的线圈、继电器的控制芯片、电机10进行供电，由于继电器的常闭触点和电磁开 关14的常开触点是串联连接，所以可以确保切入限流电阻12前，可由电磁开关14控制电机 10的主回路。当点火开关K接通时，蓄电池18的电源分别接入电磁开关14的线圈、继电器 的控制芯片13，两者同时得电，控制芯片13控制继电器的线圈延时由常闭切换至旁路而接 入限流电阻12，电磁开关14的线圈得电后，一方面吸合电磁开关14的触点使电机10的主 回路接通，电机10得电运转，另一方面吸合推动起动齿轮19与发动机的齿圈20啮合，从而 带动发动机旋转。发动机正常起动后，点火开关K复位，继电器、电磁开关14的线圈失电， 电磁开关14的触点断开，继电器触点切换为常闭，电机10停止运转，并且起动齿轮19脱离 齿圈20。

实施例二

本实施例二与实施例一的不同之处在于：在控制芯片13中设置延时时间t_a为0ms，使控 制芯片13控制继电器的线圈马上由常闭切换至旁路而接入限流电阻12，实现限流电阻12 的马上切入。

本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段， 在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替 换或变更，例如起动电流的设定值i值可根据延长起停电机寿命的需要、起停电机的功率来 设定为其它数值，这些变更均可实现本发明目的。