[发明专利]利用脉冲式控制信号控制电动机的设备

说明书

技术领域

本发明涉及控制电动机的领域，所述电动机尤其是起动器系统的电动机。

背景技术

为了起动内燃发动机，通常采用具有电动机的起动器，该起动器例如借助小齿轮-齿环啮合来驱动内燃发动机。但是为此需要高功率和高电流，从而起动器所需要的峰值电流根据内燃发动机的大小可以是几百安培至1000安培或甚至更高。这些高电流在常规车载电网拓扑中通常由车载电网电池或由起动器电池馈电，并且只通过车载电网中的导线和部件（例如电池和起动器）的电阻比来限制。

但是，这种峰值电流导致起动器的高的脉冲形起动力矩，该起动力矩促使要提高所采用的部件的机械应力并由此减小部件的寿命。此外，通过高的峰值电流在常规的车载电网中产生电压的强烈扰动以及EMV（电磁兼容性）的负面干扰。常见的解决方案是在电流路径中采用功率电阻以限制电流。该解决方案的主要缺点在于，电阻中的电能被转换为热量，这会减小装置的效率并且使得相应地配置电阻成为必要。

另一个解决方案是电机的电流时钟化，例如在文献EP1 369 569 B1中所描述的，用于限制起动电流。为了实现电流时钟化，例如可以采用晶体管开关，晶体管开关例如断开和闭合以产生时钟化或脉冲式的控制信号来用于起动器。通过时钟化来减小损耗功率并且实现更高的效率。但是在对大电流进行时钟化的情况中，由于尤其是在晶体管开关断开时的引线电感，形成可能破坏和/或电磁地负面影响其它汽车环境、特殊的电子部件的电压峰值，这在时钟化的情况下对EMV产生负面作用。

发明内容

本发明基于以下认识：在使用开关元件的条件下通过延长断开开关元件的控制信号边缘可以实现对在时钟化地、即脉冲式地控制电动机情况下的电压峰值和电磁干扰的避免。由此开关元件被转换到模拟运行，在模拟运行中该开关元件作为具有明显减小的电阻值的可变电阻运行。由此引起尤其是关于去活边缘的“软”时钟化，从而对不期望的电压峰值的形成产生反作用。如果开关元件例如通过为了时钟化而被激活和去活的晶体管（例如通过MOSFET晶体管或双极晶体管）实现，则该晶体管可以在其去活时例如通过外部接线而转换为线性运行，该线性运行可以具有包括减小的、取决于特征曲线的电阻值的欧姆范围。所述接线例如可以通过位于晶体管的控制电极和电池引线之间的齐纳二极管或电容来实现。

但是所述已知概念的缺点是，电压峰值直接被传输到车载电网中并且可能在那里干扰或甚至破坏电子电路。因此必须在相应的电流路径中插入具有高击穿电压的高成本的组件，此外这会使得电路设计过程变贵。另外，起动器电池和功率电子电路必须被定位得尽可能相互靠近，以获得更小的导线电感，这才不会或只能产生很小的电压过高。

根据一个方面，本发明涉及一种利用脉冲式控制信号控制电动机的设备。该设备包括用于将恒定的信号（例如电池信号）转换为脉冲式控制信号的开关元件，其中该开关元件可转换到具有第一电阻值的第一开关状态并且可转换到具有第二电阻值的第二开关状态。该设备还包括控制设备，该控制设备设计为将开关元件在转换到第二开关状态时转换到具有可以固定或可变的第三电阻值的状态，该第三电阻值小于第二电阻值。通过减小电阻值，可以排出可能的电压峰值，从而本发明的设备也允许更高的导线电感。另外不需要关于起动器电池布置和功率电子电路的特殊预防措施。此外，本发明使得可以放弃具有高击穿电压的组件，这可以导致成本的降低。

根据实施方式，所述控制设备设计为将开关元件从第二开关状态转换到第一开关状态，而开关元件没有被转换到所述具有第三电阻值的状态。由此第一开关状态被直接引入，使得具有第三电阻值的状态有利地仅在所述开关元件在转换到第二开关状态时（例如转换到断开的开关状态时）才执行。

根据实施方式，所述控制设备设计为将开关元件转换到第一开关状态或转换到第二开关状态。由此控制设备有利地设计为接管对所述开关元件的全部控制。

根据实施方式，所述第三电阻值大于所述第一电阻值。由此第三电阻值形成第一电阻值和第二电阻值之间的有利的电阻中间级。

根据实施方式，所述控制设备构成为，开关元件为了转换到具有第三电阻值的状态而与电开关元件—尤其是与电容器或齐纳二极管—尤其是可开断地连接。由此本发明的电阻减少有利地用简单的手段实现。