DE10138206A1

DE10138206A1 - Switch unit for changing over electric motor coils in starter-generator of IC engine, has contact pins connected to actuator elements for shifting pins to variously electrically connect connections with each other

Info

Publication number: DE10138206A1
Application number: DE2001138206
Authority: DE
Inventors: Hermann Baeumel; Dietrich George; Andreas Greif; Guenther Jesinger
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-20

Abstract

The device has a housing (5) in which several switch elements (7) are arranged, each with an axially movable contact pin (7.5). All contact pins are mechanically connected and mutually electrically isolated. Connections (7.1-7.4) are fed out of the housing for each switch element. All contact pins are connected to an actuator element (8.2) for shifting the pins to variously electrically connect the connections with each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit zum Umschalten der Spulen eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die als Teil eines Startergenerator in einem Verbrennungsmotor angeordnet ist. The invention relates to a switching unit for switching the coils Electric motor according to the preamble of claim 1, which is part of a Starter generator is arranged in an internal combustion engine.

Als Startergenerator wird ein System bezeichnet, das sowohl den Elektrostarter als auch die Lichtmaschine eines konventionellen Verbrennungsmotors ersetzen, und das vorzugsweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Im wesentlichen besteht ein Startergenerator aus einem Elektromotor, einer die Schalteinheit enthaltenden elektronischen Steuereinheit und einer Startbatterie. A starter generator is a system that describes both the electric starter also replace the alternator of a conventional internal combustion engine, and preferably between the internal combustion engine and the gearbox of the Internal combustion engine is arranged. A starter generator essentially consists of an electric motor, an electronic one containing the switching unit Control unit and a starter battery.

Der Elektromotor ist vorzugsweise als Synchron-Elektromotor ausgelegt, bei dem der Stator des Elektromotors die Spulen trägt und der Rotor in der Regel frei von Spulen ist. Der Stator des Elektromotors wird beispielsweise mit der Gehäusewandung des Getriebes verbunden. Der Rotor des Elektromotors wird anstelle einer Schwungscheibe zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe installiert und ist direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. The electric motor is preferably designed as a synchronous electric motor in which the stator of the electric motor carries the coils and the rotor is usually free of Is coils. The stator of the electric motor is, for example, with the Housing wall of the gearbox connected. The rotor of the electric motor is instead of one Flywheel installed between the internal combustion engine and the transmission and is directly connected to the crankshaft of the internal combustion engine.

Die Steuereinheit besteht aus der Schalteinheit zum Wechsel zwischen Anlasser- oder Generatorbetrieb sowie aus den Baugruppen zur Regelung und zur Überwachung der Systemfunktionen des Startergenerators. The control unit consists of the switching unit for changing between starter or generator operation as well as from the assemblies for control and Monitoring the system functions of the starter generator.

Die Startbatterie speichert die im Generatorbetrieb gewonnene elektrische Energie, die dem Elektromotor beispielsweise zum Starten der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Zudem kann die in der Startbatterie gespeicherte Energie während dem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine zur kurzfristigen Anhebung der abgegebenen Motorleistung genutzt werden, indem der Startergenerator entsprechend dem Anlasserbetrieb zugeschaltet wird. The starter battery stores the electrical energy generated during generator operation, which are supplied to the electric motor, for example, for starting the internal combustion engine becomes. In addition, the energy stored in the starter battery during the fired operation of the internal combustion engine for the short-term increase of the delivered Engine power can be used by the starter generator according to the Starter operation is switched on.

Das Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgt durch den als Elektrostarter arbeitenden Startergenerator, wobei die Spulen des Stators von der Startbatterie mit Gleichstrom versorgt werden. Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wird dabei bis auf die Leerlaufdrehzahl beschleunigt. Ein Vorteil des Startergenerators gegenüber konventionellen Elektrostartern besteht darin, daß durch den Startergenerator keine eigenen Startgeräusche verursacht werden. The internal combustion engine is started by the electric starter working starter generator, with the coils of the stator from the starter battery DC power can be supplied. The crankshaft of the internal combustion engine is thereby accelerated to idle speed. An advantage of the starter generator compared to conventional electric starters is that by the starter generator no own starting noises are caused.

Während dem befeuerten Motorbetrieb arbeitet der Startergenerator als Lichtmaschine, wobei ein Wechselstrom erzeugt wird, der nach seiner Gleichrichtung der Fahrzeugbatterie oder über einen Stromverteiler und das Bordnetz den elektrischen Stromverbrauchern beispielsweise eines Kraftfahrzeuges zugeführt wird. During the fired engine operation, the starter generator works as Alternator, generating an alternating current, which after rectification of the Vehicle battery or via a power distributor and the electrical system the electrical Electricity consumers, for example, a motor vehicle is supplied.

Ein wesentlicher Vorteil des Startergenerators gegenüber einer konventionellen Lichtmaschine besteht in dem hohen Wirkungsgrad von mehr als 80%, der nahezu im gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors erreicht wird. Dabei werden Wechselspannungen von bis zu 42 Volt generiert. A major advantage of the starter generator over a conventional one Alternator consists in the high efficiency of more than 80%, which is almost is achieved in the entire speed range of the internal combustion engine. In doing so Alternating voltages of up to 42 volts are generated.

Besondere Anforderungen werden an die Schalteinheit zum Wechsel zwischen Anlasserbetrieb oder Generatorbetrieb der Steuereinheit gestellt. Dabei sind für den Anlasserbetrieb die Spulen des Stators in Reihe geschaltet, wobei Ströme von bis zu 1500 Ampere fließen. Für den Generatorbetrieb sind die Spulen des Stators parallel geschaltet, wobei Ströme von bis zu 400 Ampere erreicht werden. Special requirements are placed on the switching unit to switch between Starter operation or generator operation of the control unit. Here are for the Starter operation connected the stator coils in series, with currents of up to 1500 amps flow. The coils of the stator are parallel for generator operation switched, with currents of up to 400 amperes being reached.

Das eigentliche Einschalten und Ausschalten der Ströme erfolgt mittels einer aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Schaltungsanordnung, die vorteilhaft als Teil der Steuereinheit ausgebildet ist. Das Umschalten zwischen der Reihenschaltung und der Parallelschaltung der Spulen des Elektromotors durch die Schalteinheit erfolgt in der Regel im Spannungsfreien Zustand. The actual switching on and switching off of the currents takes place by means of an off Semiconductor components built circuit arrangement, which is advantageous as part the control unit is formed. Switching between series connection and the parallel connection of the coils of the electric motor by the switching unit usually takes place in a de-energized state.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinheit zum Umschalten der Spulen eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die einen einfachen mechanischen Aufbau aufweist, die aus einer geringen Anzahl von Einzelteilen aufgebaut ist, die zudem einen geringen Bauraum benötigt und dadurch eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. The invention has for its object a switching unit for switching the Coils of an electric motor according to the preamble of claim 1 specify that has a simple mechanical structure, consisting of a low Number of individual parts is built, which also requires a small amount of space and therefore has a high reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. This object is achieved by the features in the characteristics of the Claim 1 solved.

Demnach besteht die Schalteinheit zum Umschalten der Spulen des Elektromotors eines Startergenerator zwischen der Reihenschaltung für den Anlasserbetrieb und der Parallelschaltung für den Generatorbetrieb aus einem Gehäuse, in dem mehrere Schaltelemente angeordnet sind. Accordingly, there is the switching unit for switching the coils of the electric motor a starter generator between the series connection for starter operation and the parallel connection for generator operation from a housing in which several Switching elements are arranged.

Jedes Schaltelement enthält einen Kontaktstift, der in einer Achse zu verschieben ist. Dabei sind alle Kontaktstifte der Schalteinheit mechanisch miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert. Each switching element contains a contact pin that can be moved in one axis is. All contact pins of the switching unit are mechanically connected to each other connected and electrically isolated from each other.

Zudem sind für jedes Schaltelement Anschlüsse aus dem Gehäuse der Schalteinheit herausgeführt, die entsprechend der Position der Kontakte aufweisenden Kontaktstifte unterschiedlich miteinander elektrisch verbunden sind. In addition, there are connections from the housing of the switching unit for each switching element led out, which according to the position of the contacts Contact pins are electrically connected to each other differently.

Zum Verschieben der Kontaktstifte der Schalteinheit sind alle Kontaktstifte mit einem Stellglied verbunden. To move the contact pins of the switching unit, all contact pins are included connected to an actuator.

Die Kontaktstifte sind vorteilhaft aus hohlzylindrischen, ineinander geschachtelten elektrischen Leitern aufgebaut, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die elektrischen Leiter sind mit Kontakten verbunden, die axial auf den Kontaktstiften angeordnet sind, und die Kontaktstifte beispielsweise radial umgeben. The contact pins are advantageously made of hollow cylindrical nested electrical conductors that are electrically insulated from each other. The electrical conductors are connected to contacts that are axially on the contact pins are arranged, and radially surround the contact pins, for example.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Kontaktstift vier Kontakte aufweist, von denen die zwei inneren Kontakte und die zwei äußeren Kontakte miteinander durch die elektrischen Leiter elektrisch verbunden sind. Die Kontaktstifte weisen dabei zwei Schaltpositionen auf, wobei in der ersten Schaltposition durch die vier Kontakte des Kontaktstiftes der erste Anschluß mit dem vierten Anschluß verbunden ist und der zweite Anschluß mit dem dritten Anschluß verbunden ist. In der zweiten Schaltposition ist lediglich der zweite Anschluß mit dem vierten Anschluß verbunden. In an advantageous development of the invention it is provided that a Contact pin has four contacts, of which the two inner contacts and the two external contacts are electrically connected to each other through the electrical conductors. The contact pins have two switching positions, the first Switch position through the four contacts of the contact pin with the first connection is connected to the fourth connection and the second connection to the third Connection is connected. Only the second connection is in the second switching position connected to the fourth port.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stellglied zum Bewegen der Kontaktstifte innerhalb des Gehäuses der Schalteinheit angeordnet ist. Das Stellglied zum Bewegen der Kontaktstifte ist beispielsweise als Hubmagnet ausgebildet. In a further advantageous development of the invention it is provided that the Actuator for moving the contact pins within the housing of the switching unit is arranged. The actuator for moving the contact pins is, for example, as Lift magnet designed.

Dem Steilglied ist eine Steuerung zugeordnet, wobei die Steuerung vorteilhaft direkt bei dem Stellglied im Gehäuse des Umschalters angeordnet ist. A control is assigned to the steep link, the control advantageously being direct is arranged in the actuator in the housing of the switch.

In einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Gehäuse der Schalteinheit ein Grundkörper angeordnet ist, in dem Führungen und Aussparungen ausgebildet sind. Die Führungen dienen der Lagerung der Kontaktstifte, während die Aussparungen zur Aufnahme der Anschlüsse vorgesehen sind. In a next development of the invention it is provided that in the housing the switching unit a base body is arranged in the guides and Recesses are formed. The guides serve to store the contact pins, while the recesses are intended to accommodate the connections.

Zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes sind zwischen den Führungen des Grundkörpers und den Kontakten der Kontaktstifte federnde Lamellen angeordnet. To improve the electrical contact between the guides of the Base body and the contacts of the contact pins arranged resilient slats.

Der Elektromotor des Startergenerators weist als wesentliche Komponenten einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator die Spulen des Elektromotors trägt. Zur Reduzierung langer elektrischer Verbindungsleitungen und zur Vermeidung von Durchführungen für die elektrischen Verbindungsleitungen ist vorgesehen, daß die Schalteinheit in unmittelbarer Nähe des Stators angeordnet ist. The electric motor of the starter generator has one as essential components Stator and a rotor, the stator carrying the coils of the electric motor. to Reduction of long electrical connection lines and to avoid Bushings for the electrical connecting lines are provided that the Switching unit is arranged in the immediate vicinity of the stator.

Der Startergenerator ist für den Verbrennungsmotor eines Personenkraftwagens vorgesehen. Die Schalteinheit ist dabei innerhalb des vom Verbrennungsmotors und/oder dem Getriebe des Verbrennungsmotors eingenommenen Bauraumes angeordnet. The starter generator is for the internal combustion engine of a passenger car intended. The switching unit is within that of the internal combustion engine and / or the gearbox of the internal combustion engine occupied space arranged.

Die Anschlüsse der Schaltelemente sind als Kupferschienen ausgebildet, die vorzugsweise in Stanzgittertechnik hergestellt sind. The connections of the switching elements are designed as copper bars are preferably manufactured using lead frame technology.

In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Kontaktstifte der Schalteinheit mittels eines Isolierkörpers mechanisch miteinander verbunden sind. In a last development of the invention it is provided that all contact pins the switching unit mechanically connected to each other by means of an insulating body are.

Die beschriebene Schalteinheit zum Umschalten der Spulen eines Elektromotors weist einen einfachen mechanischen Aufbau mit einer geringen Anzahl von Einzelteilen auf, die einen dementsprechend geringen Bauraum benötigt und die eine hohe Zuverlässigkeit beim Betrieb aufweist. The switching unit described for switching the coils of an electric motor has a simple mechanical structure with a small number of Individual parts that require a correspondingly small installation space and one has high reliability in operation.

Im folgenden ist eine Schalteinheit zum Umschalten der Spulen eines Elektromotors, der als Teil eines Startergenerator ist, der in dem von einem Verbrennungsmotor mit einen Getrieben eingenommenen Bauraum angeordnet ist, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit drei Figuren dargestellt und erläutert. The following is a switching unit for switching the coils of an electric motor, which is part of a starter generator which is used in the by an internal combustion engine a gearbox occupied space is arranged based on a Exemplary embodiment shown and explained in connection with three figures.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs eines Personenkraftwagens mit dem zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe angeordneten Startergenerator, Fig. 1 is a schematic representation of the drive train of a passenger car with the disposed between the combustion engine and gearbox starter generator,

Fig. 2a eine Frontalansicht der aus drei Schaltelementen bestehenden Schalteinheit, wobei die Schaltelemente in der Stellung für die Parallelschaltung stehen, Fig. 2a shows a frontal view of the three-switching elements switching unit, wherein the switching elements are in the position for the parallel circuit,

Fig. 2b eine Frontalansicht der aus drei Schaltelementen bestehenden Schalteinheit, wobei die Schaltelemente in der Stellung für die Reihenschaltung stehen, FIG. 2b shows a frontal view of the three-switching elements switching unit, wherein the switching elements are in the position for the series connection,

Fig. 3a eine Seitenansicht der Schalteinheit, wobei das Schaltelement in der Stellung für die Parallelschaltung steht, Fig. 3a shows a side view of the switching unit, wherein the switching element is in the position for the parallel circuit,

Fig. 3b eine Seitenansicht der Schalteinheit, wobei das Schaltelement in der Stellung für die Reihenschaltung steht, FIG. 3b is a side view of the switching unit, wherein the switching element is in the position for the series connection,

Fig. 4a einen Schaltplan, bei dem die Spulen parallel geschaltet sind, FIG. 4a is a circuit diagram in which the coils are connected in parallel,

Fig. 4b einen Schaltplan, bei dem die Spulen in Reihe geschaltet sind. Fig. 4b is a circuit diagram in which the coils are connected in series.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den zwischen Verbrennungsmotor 2 und Getriebe 3 angeordneten Startergenerators 1 im Antriebsstrang eines Personenkraftwagens. Fig. 1 shows a schematic representation of the between engine 2 and transmission 3 arranged starter generator 1 in the drive train of a passenger car.

Der Startergenerator 1 besteht im wesentlichen aus einem Synchron-Elektromotor, dessen Spulen tragender Stator mit dem Gehäuse des Getriebes 3 verbunden ist, und dessen Rotor auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 befestigt ist. The starter generator 1 consists essentially of a synchronous electric motor, the coil-bearing stator of which is connected to the housing of the transmission 3 , and the rotor of which is fastened to the crankshaft of the internal combustion engine 2 .

Der Startergenerator 1 wird im Anlasserbetrieb zum Starten des Verbrennungsmotors 2 verwendet, und während dem befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors 2 im Generatorbetrieb zum Generieren elektrischer Leistung. Während die Spulen des Stators für den Anlasserbetrieb in Reihe geschaltet sind, werden die Spulen des Stators für den Generatorbetrieb parallel geschaltet. The starter generator 1 is used in the starter mode to start the internal combustion engine 2 , and during the fired operation of the internal combustion engine 2 in the generator mode to generate electrical power. While the stator coils are connected in series for starter operation, the stator coils are connected in parallel for generator operation.

Zum Umschalten zwischen der Reihenschaltung oder der Parallelschaltung der Spulen des Stators weist der Startergenerator 1 eine Schalteinheit 4 auf, die zur Reduzierung langer elektrischer Verbindungsleitungen und zur Vermeidung von Durchführungen für die elektrischen Verbindungsleitungen in unmittelbarer Nähe des Stators innerhalb des von Verbrennungsmotor 2 und Getriebe 3 eingenommenen Bauraumes angeordnet ist. To switch between the series connection or the parallel connection of the coils of the stator, the starter generator 1 has a switching unit 4 , which is used to reduce long electrical connection lines and to avoid bushings for the electrical connection lines in the immediate vicinity of the stator within that of the internal combustion engine 2 and transmission 3 Installation space is arranged.

Bei der Verwendung von einem Elektromotor mit beispielsweise zwölf äquidistant auf dem Stator angeordneten Spulen weisen die Spulen einen Abstand von jeweils 30 Grad zueinander auf. Im Anlasserbetrieb des Startergenerators 1 werden jeweils drei um 120 Grad versetzt auf dem Startor angeordneten Spulen in gleicher Weise bestromt, wodurch durch die Schalteinheit 4 vier mal drei parallel geschaltete Spulen zwischen der Reihenschaltung und der Parallelschaltung umgeschaltet werden müssen. When using an electric motor with, for example, twelve coils arranged equidistantly on the stator, the coils are at a distance of 30 degrees from one another. In the starter mode of the starter generator 1 , three coils arranged at 120 degrees from the starter are energized in the same way, as a result of which the switching unit 4 has to switch four times three coils connected in parallel between the series connection and the parallel connection.

Das separate Ansteuern der vier mal drei Spulen zum erzeugen eines Drehfeldes für den Anlasserbetrieb erfolgt durch Schaltelemente, die nicht Teil der Schalteinheit sind, und die von einem dem Startergenerator 1 zugeordnetes Steuergerät betätigt werden. The separate activation of the four by three coils to generate a rotating field for starter operation is carried out by switching elements which are not part of the switching unit and which are actuated by a control unit assigned to the starter generator 1 .

Die Fig. 2a, 2b, 3a und 2c zeigen das Gehäuse 5 der Schalteinheit 4 zum Umschalten zwischen der Reihenschaltung und der Parallelschaltung. Das Gehäuse 5 ist aus einem sehr widerstandsfähigen Material gefertigt, das hohen Temperaturen, Motor- und Getriebeöl sowie Wasserdampf widersteht. FIGS. 2a, 2b, 3a and 2c show the housing 5 of the switch unit 4 for switching between the series circuit and the parallel circuit. The housing 5 is made of a very resistant material that withstands high temperatures, engine and transmission oil and water vapor.

Zum Umschalten der vier mal drei Spulen des Stators zwischen der Reihenschaltung und der Parallelschaltung ist die Schalteinheit 4 aus drei gegeneinander isolierten Schaltelementen 7 aufgebaut. Zum Umschalten eines Stators mit 24 Spulen, wobei entsprechend acht mal drei Spulen umgeschaltet würden, müßte die Schalteinheit 4 aus sechs Schaltelementen 7 aufgebaut sein. To switch the four by three coils of the stator between the series connection and the parallel connection, the switching unit 4 is constructed from three switching elements 7 which are insulated from one another. To switch a stator with 24 coils, whereby eight times three coils would be switched accordingly, the switching unit 4 would have to be constructed from six switching elements 7 .

Jedes der drei Schaltelement 7 weist vier Anschlüsse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 auf, die durch einen in einer Achse verschiebbaren Kontaktstift 7.5 unterschiedlich miteinander verbunden werden können. Die jeweils vier Anschlüsse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 der drei Schaltelemente 7 bilden an der Schalteinheit 4 vier Anschlußreihen, wobei alle Anschlüsse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Each of the three switching element 7 has four connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 , which can be connected to one another differently by a contact pin 7.5 which can be displaced in one axis. The four connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 of the three switching elements 7 each form four rows of connections on the switching unit 4 , all connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 being electrically insulated from one another.

Die Fig. 2a und 2b zeigen eine Frontalansicht der aus drei Schaltelementen 7 bestehende Schalteinheit 4. In dem Gehäuse 5 der Schalteinheit 4 ist ein Grundkörper 6 angeordnet, in dem Führungen und Aussparungen ausgebildet sind. Die Führungen dienen der Aufnahme der drei in einer Achse verschiebbaren Kontaktstifte 7.5. Die Aussparungen dienen zur Aufnahme und zur Isolation der jeweils vier Anschlüsse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 der Schaltelemente 7. FIGS. 2a and 2b show a front view of the three switching elements consisting of 7 switching unit 4. A base body 6 is arranged in the housing 5 of the switching unit 4 , in which guides and recesses are formed. The guides serve to accommodate the three contact pins 7.5 which can be moved in one axis. The cutouts serve to receive and isolate the four connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 of the switching elements 7 .

Die drei in einer Achse verschiebbaren Kontaktstifte 7.5 sind durch einen elektrisch nicht leitfähigen Isolierkörper 8.1 mechanisch miteinander verbunden. Der Isolierkörper 8.1 ist mit zwei im Gehäuse 5 der Schalteinheit 4 angeordneten Stellgliedern 8.2 verbunden, durch welche die Kontaktstifte 7.5 der drei Schaltelemente 7 der Schalteinheit 4 gleichzeitig und gleichsinnig verschoben werden. Das Stellglied 8.2 kann vorteilhaft als Hubmagnet ausgebildet sein. Alternativ zu den zwei Stellgliedern 8.2 könnte unter dem mittleren Schaltelement 7 auch ein einzelnes Stellglied angeordnet werden, wodurch jedoch die Bauhöhe der Schalteinheit 4 zunehmen würde. Bei einer Schalteinheit mit 6 Schaltelementen 7 könnte ein Stellglied vorteilhaft zwischen den Schaltelementen 7 angeordnet werden. The three contact pins 7.5, which are displaceable in one axis, are mechanically connected to one another by an electrically non-conductive insulating body 8.1 . The insulating body 8.1 is connected to two actuators 8.2 arranged in the housing 5 of the switching unit 4 , by means of which the contact pins 7.5 of the three switching elements 7 of the switching unit 4 are displaced simultaneously and in the same direction. The actuator 8.2 can advantageously be designed as a solenoid. As an alternative to the two actuators 8.2 , a single actuator could also be arranged under the middle switching element 7 , but this would increase the overall height of the switching unit 4 . In the case of a switching unit with 6 switching elements 7 , an actuator could advantageously be arranged between the switching elements 7 .

Fig. 2a zeigt die Kontaktstifte 7.5 in der Position für die Parallelschaltung, und Fig. 2a shows the contact pins 7.5 in the position for the parallel connection, and

Fig. 2b zeigt die Kontaktstifte 7.5 in der Position für die Reihenschaltung der Spulen des Stators. FIG. 2b shows the contact pins 7.5 in the position for the series connection of the coils of the stator.

Dem Stellglied 8.2 ist eine Steuerung 8.3 zugeordnet, die beispielsweise eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Isolierkörpers 8.1 aufweist, und die direkt in dem Gehäuse 5 der Schalteinheit 4 angeordnet ist. Die Steuerung 8.3 des Stellgliedes 8.2 ist mit dem Steuergerät des Startergenerators verbunden. A control 8.3 is assigned to the actuator 8.2 , which has, for example, a device for determining the position of the insulating body 8.1 , and which is arranged directly in the housing 5 of the switching unit 4 . The control 8.3 of the actuator 8.2 is connected to the control unit of the starter generator.

Jeder der drei in einer Achse verschiebbaren Kontaktstifte 7.5 ist eine aus Leitern und Isolatoren zusammengesetzte Baugruppe, die vorteilhaft aus übereinander gesetzten Zylindern und Zylindermänteln besteht, und die entsprechend ihrem Aufbau die vier Anschlüsse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 der Schaltelemente 7 miteinander verbinden. Die zylindrischen Leiter sind mit an den Kontaktstiften 7.5 ausgebildeten Kontakten verbunden, welche die Kontaktstifte 7.5 radial umgeben. Bei den dargestellten Kontaktstiften 7.5 sind die äußeren beiden Kontakte und die inneren beiden Kontakte durch die zylindrischen Leiter miteinander verbunden. Each of the three contact pins 7.5 , which can be moved in one axis, is an assembly composed of conductors and insulators, which advantageously consists of cylinders and cylinder jackets placed one above the other, and which, according to their structure, connect the four connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 of the switching elements 7 to one another. The cylindrical conductors are connected to contacts formed on the contact pins 7.5 , which radially surround the contact pins 7.5 . In the contact pins 7.5 shown , the outer two contacts and the inner two contacts are connected to one another by the cylindrical conductors.

Die Fig. 3a und 3b zeigen die Schalteinheit 4 in einer Seitenansicht, wobei die Fig. 3a die Kontaktstifte 7.5 in der Position für die Parallelschaltung zeigt und die Fig. 3b die Kontaktstifte 7.5 in der Position für die Reihenschaltung der Spulen darstellt. FIGS. 3a and 3b show the switching unit 4 in a side view, FIG. 3a shows the contact pins 7.5 in the position for the parallel circuit and 7.5 represents the Fig. 3b, the contact pins in the position for the series connection of the coils.

An den Kontakten der Kontaktstiften 7.5 sind federnde Lamellen 9 angeordnet, die in den Führungen des Grundkörpers 6 gleiten, die ein Verkannten der Kontaktstifte 7 im Grundkörper 6 verhindern und die den elektrischen Kontakt zwischen den Anschlüssen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 und den Kontaktstiften 7.5 verbessern. Zudem ermöglichen die federnden Lamellen 9 durch in den Führungen 6.1 des Grundkörpers 6 zu den Lamellen 9 komplementäre Ausformungen, daß die Kontaktstifte 7 in definierten Positionen im Grundkörper 6 einrasten, wodurch die Kontaktfläche zwischen den Lamellen 9 und den Anschlüssen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 (oder den Kontaktstiften 7) vergrößert wird, und wodurch ein ungewolltes verschieben der Kontaktstifte 7 beim Einwirken äußerer Kräfte auf die Schalteinheit 4 vermieden wird. On the contacts of the contact pins 7.5 , resilient lamellae 9 are arranged, which slide in the guides of the base body 6 , which prevent the contact pins 7 from being tilted in the base body 6 , and which make the electrical contact between the connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 and the contact pins 7.5 improve. In addition, the resilient lamellae 9, which are complementary in the guides 6.1 of the base body 6 to the lamellae 9 , allow the contact pins 7 to engage in defined positions in the base body 6 , so that the contact surface between the lamellae 9 and the connections 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 (or the contact pins 7 ) is increased, and thereby an undesired displacement of the contact pins 7 is avoided when external forces act on the switching unit 4 .

Zur Parallelschaltung wird durch die Kontaktstifte 7.5 die elektrische Verbindung zwischen dem Anschluß 7.1 und dem Anschluß 7.4 sowie zwischen dem Anschluß 7.2 und dem Anschluß 7.3 hergestellt. For parallel connection, the electrical connection between the connector 7.1 and the connector 7.4 and between the connector 7.2 and the connector 7.3 is established by the contact pins 7.5 .

Zur Reihenschaltung wird durch die Kontaktstifte 7.5 die elektrische Verbindung lediglich zwischen dem Anschluß 7.2 und dem Anschluß 7.3 hergestellt. For series connection, the electrical connection is made only between the connection 7.2 and the connection 7.3 by the contact pins 7.5 .

Die Fig. 4a und 4b zeigen jeweils einen Schaltplan für die Reihenschaltung und für die Parallelschaltung der Spulen 10 des Stators. Da durch einen Kontaktstift zwei Schaltkreise geschaltet werden sind in dem Schaltplan für jedes Schaltelement 7 zwei Schalter dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur jeweils eine Schaltelement 7 mit den Bezugszeichen für die Anschlüsse 7.1 bis 7.4 versehen. FIGS. 4a and 4b respectively show a circuit diagram for the series connection and the parallel connection of the coils 10 of the stator. Since two circuits are switched by a contact pin, two switches are shown in the circuit diagram for each switching element 7 . For reasons of clarity, only one switching element 7 is provided with the reference numerals for the connections 7.1 to 7.4 .

Fig. 4a zeigt den Schaltplan, bei dem die Spulen 10 des Stators durch die Schalteinheit parallel geschaltet sind. Dabei verbinden die Kontakte der Kontaktstifte die Anschlüsse 7.1 mit den Anschlüssen 7.4, und die Anschlüsse 7.2 mit den Anschlüssen 7.3. FIG. 4a shows the circuit diagram, in which the coils are connected in parallel with the stator 10 by the switching unit. The contacts of the contact pins connect the connectors 7.1 to the connectors 7.4 and the connectors 7.2 to the connectors 7.3 .

Fig. 4b zeigt den Schaltplan, bei dem die Schalteinheit die Spulen 10 des Stators in Reihe geschaltet sind. Dabei verbinden die Kontakte der Kontaktstifte die Anschlüsse 7.2 mit den Anschlüssen 7.4, die Anschlüsse 7.1 und 7.3 sind nicht kontaktiert. FIG. 4b shows the circuit diagram, wherein the switching unit, the coils 10 of the stator are connected in series. The contacts of the contact pins connect the connectors 7.2 to the connectors 7.4 , the connectors 7.1 and 7.3 are not contacted.

Die erfindungsgemäße Schalteinheit 4 zum Umschalten der Spulen 10 des Elektromotors zwischen einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung ist aus einer geringen Anzahl von Einzelteilen aufgebaut, die einen geringen Bauraum benötigen und dabei eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten. The switching unit 4 according to the invention for switching the coils 10 of the electric motor between a parallel connection or a series connection is constructed from a small number of individual parts which require a small installation space and at the same time ensure high reliability.

Claims

1. Schalteinheit (4) zum Umschalten der Spulen (10) eines Elektromotors, der als Teil eines Startergenerator (1) in einem Verbrennungsmotor (2) angeordnet ist, und dessen Spulen (10) zwischen einer Reihenschaltung für einen Anlasserbetrieb und einer Parallelschaltung für einen Generatorbetrieb umzuschalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schalteinheit (4) ein Gehäuse (5) aufweist, in dem mehrere Schaltelemente (7) angeordnet sind,
jedes Schaltelement (7) einen Kontaktstift (7.5) enthält, der in einer Achse zu verschieben ist,
alle Kontaktstifte (7.5) der Schalteinheit (4) mechanisch miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert sind,
für jedes Schaltelement (7) Anschlüsse (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aus dem Gehäuse (5) der Schalteinheit (4) herausgeführt sind,
alle Kontaktstifte (7.5) der Schalteinheit (4) mit einem Stellglied (8.2) zum Verschieben der Kontaktstifte (7.5) verbunden sind, und daß durch das Verschieben der Kontaktstifte (7.5) die Anschlüsse (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) unterschiedlich miteinander elektrisch verbunden sind. 1. switching unit ( 4 ) for switching the coils ( 10 ) of an electric motor, which is arranged as part of a starter generator ( 1 ) in an internal combustion engine ( 2 ), and the coils ( 10 ) between a series connection for a starter operation and a parallel connection for one Generator operation are to be switched, characterized in that
the switching unit ( 4 ) has a housing ( 5 ) in which a plurality of switching elements ( 7 ) are arranged,
each switching element ( 7 ) contains a contact pin ( 7.5 ) which can be moved in one axis,
all contact pins ( 7.5 ) of the switching unit ( 4 ) are mechanically connected to one another and are electrically insulated from one another,
for each switching element ( 7 ), connections ( 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 ) are led out of the housing ( 5 ) of the switching unit ( 4 ),
all contact pins ( 7.5 ) of the switching unit ( 4 ) are connected to an actuator ( 8.2 ) for moving the contact pins ( 7.5 ), and that by moving the contact pins ( 7.5 ) the connections ( 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 ) are electrically different from one another are connected.

2. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (7.5) aus hohlzylindrischen, ineinander geschachtelten elektrischen Leitern aufgebaut sind, die gegeneinander elektrisch isoliert sind, und daß die elektrischen Leiter mit Kontakten verbunden sind, die axial auf den Kontaktstiften (7.5) angeordnet sind. 2. Switching unit according to claim 1, characterized in that the contact pins ( 7.5 ) are constructed from hollow cylindrical, nested electrical conductors which are electrically insulated from one another, and that the electrical conductors are connected to contacts which are axially on the contact pins ( 7.5 ) are arranged.

3. Schalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstift (7.5) vier Kontakte aufweist, von denen die zwei inneren Kontakte und die zwei äußeren Kontakte miteinander elektrisch verbunden sind, und daß die Kontaktstifte zwei Schaltpositionen aufweisen, wobei in der ersten Schaltposition durch die vier Kontakte des Kontaktstiftes (7.5) der erste Anschluß (7.1) mit dem vierten Anschluß (7.5) und der zweite Anschluß (7.2) mit dem dritten Anschluß (7.3) miteinander elektrisch verbunden sind, und daß in der zweiten Schaltposition der zweite Anschluß (7.2) mit dem vierten Anschluß (7.4) miteinander elektrisch verbunden ist. 3. Switching unit according to claim 2, characterized in that a contact pin ( 7.5 ) has four contacts, of which the two inner contacts and the two outer contacts are electrically connected to one another, and that the contact pins have two switching positions, in the first switching position by the four contacts of the contact pin ( 7.5 ), the first connection ( 7.1 ) with the fourth connection ( 7.5 ) and the second connection ( 7.2 ) with the third connection ( 7.3 ) are electrically connected to one another, and that in the second switching position the second connection ( 7.2 ) is electrically connected to one another with the fourth connection ( 7.4 ).

4. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8.2) zum Bewegen der Kontaktstifte (7.5) innerhalb des Gehäuses (5) der Schalteinheit (4) angeordnet ist. 4. Switching unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuator ( 8.2 ) for moving the contact pins ( 7.5 ) within the housing ( 5 ) of the switching unit ( 4 ) is arranged.

5. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8.2) zum Bewegen der Kontaktstifte (7.5) ein Hubmagnet ist. 5. Switching unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the actuator ( 8.2 ) for moving the contact pins ( 7.5 ) is a solenoid.

6. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellglied (8.2) eine Steuerung (8.3) zugeordnet ist, und daß die Steuerung (8.3) des Stellglieds (8.2) bei dem Stellglied (8.2) im Gehäuse (5) des Umschalters (4) angeordnet ist. 6. Switching unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that a control ( 8.3 ) is assigned to the actuator ( 8.2 ), and that the control ( 8.3 ) of the actuator ( 8.2 ) in the actuator ( 8.2 ) in the housing ( 5th ) of the switch ( 4 ) is arranged.

7. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (5) der Schalteinheit (4) ein Grundkörper (6) angeordnet ist, und daß in dem Grundkörper (6) Führungen und Aussparungen ausgebildet sind, und daß in den Führungen die Kontaktstifte (7.5) angeordnet sind, und daß in den Aussparungen die Anschlüsse (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) angeordnet sind. 7. Switching unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the housing ( 5 ) of the switching unit ( 4 ) a base body ( 6 ) is arranged, and that in the base body ( 6 ) guides and recesses are formed, and that the contact pins ( 7.5 ) are arranged in the guides and the connections ( 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 ) are arranged in the cutouts.

8. Schalteinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Führungen des Grundkörpers (6) und den Kotakten der Kontaktstifte (7.5) federnde Lamellen (9) angeordnet sind. 8. Switching unit according to claim 7, characterized in that between the guides of the base body ( 6 ) and the cotacts of the contact pins ( 7.5 ) resilient slats ( 9 ) are arranged.

9. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator die Spulen (10) des Elektromotors trägt, und daß die Schalteinheit (4) in unmittelbarer Nähe des Stators angeordnet ist. 9. Switching unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electric motor has a stator and a rotor, the stator carrying the coils ( 10 ) of the electric motor, and that the switching unit ( 4 ) is arranged in the immediate vicinity of the stator ,

10. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Startergenerator (1) für den Verbrennungsmotor (2) eines Personenkraftwagens vorgesehen ist, und daß die Schalteinheit (4) innerhalb des vom Verbrennungsmotors (2) und/oder innerhalb des von Getriebes des Verbrennungsmotors eingenommenen Bauraumes angeordnet ist. 10. Switching unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that the starter generator ( 1 ) for the internal combustion engine ( 2 ) of a passenger car is provided, and that the switching unit ( 4 ) within that of the internal combustion engine ( 2 ) and / or within the of space occupied by the gearbox of the internal combustion engine is arranged.

11. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) als Kupferschienen ausgebildet sind, die in Stanzgittertechnik hergestellt sind. 11. Switching unit according to one of claims 1 to 10, characterized in that the connections ( 7.1 , 7.2 , 7.3 , 7.4 ) are constructed as copper bars which are produced using leadframe technology.

12. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktstifte (7.5) der Schalteinheit (4) mittels eines Isolierkörpers (8.1) mechanisch miteinander verbunden sind. 12. Switching unit according to one of claims 1 to 11, characterized in that all contact pins ( 7.5 ) of the switching unit ( 4 ) are mechanically connected to one another by means of an insulating body ( 8.1 ).