JP2003083211A - 始動用電動機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助スイッチを小型化して効率的なエンジン
始動等を可能とする始動用電動機装置を得る。 【解決手段】 始動用電動機装置１は、バッテリ１０２
と、電動機１０３と、バッテリ１０２及び電動機１０３
の間に電気的に介在した接点部１０４、接点部１０４に
接続されたプランジャ１０５、駆動コイル１０６を有し
たメインスイッチ１０７と、駆動コイル１０６に電力供
給のスイッチングをする補助スイッチ２とを備えてい
る。補助スイッチ２は、制御回路部４と、半導体リレー
部３とを有しており、キースイッチ１１１の始動信号の
入力により制御回路部４が半導体リレー部３に動作信号
を出力してスイッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車の
エンジンを始動させる始動用電動機装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】通常、エンジンの始動は、電動機の駆動
力をエンジンに連結されたリングギアに伝達させて行
う。このリングギアに電動機の駆動力を伝達する手段と
して、駆動コイルの電磁吸引力を利用してシフトレバー
を移動させてシフトレバーが当接する軸方向移動体に設
けられたピニオンを移動させ、このピニオンをリングギ
アに噛合させることによりエンジンを始動させる方法が
用いられる。

【０００３】また、主に大型ディーゼル用のエンジンを
始動させる為には、大きな回転トルクが必要である。従
って、ピニオンギアあるいはリングギアに大きな回転ト
ルクが加わる。この時、ピニオンギア及びリングギアが
不完全な噛合の場合に電動機からの全力トルクをピニオ
ンあるいはリングギアが受けるとピニオンギアあるいは
リングギアが破損する可能性がある。このことから、主
に大型ディーゼル用エンジン等の始動用電動機装置には
補助スイッチが設けられており、この補助スイッチを介
してメインスイッチを動作させることにより、ピニオン
ギアあるいはリングギアが破損することを防止してい
る。即ち、ピニオンギア及びリングギアが完全に噛合し
てからメインスイッチの接点を閉じることにより、始動
用電動機装置が全力トルクを発生する。

【０００４】図９は、従来の始動用電動機装置の構成を
示す要部断面図であり、図１０は、図９の外観を示す側
面図である。また、図１１は、従来の始動用電動機装置
の結線図である。これら図において、始動用電動機装置
１０１は、電源であるバッテリ１０２と、エンジンを始
動させる電動機１０３と、バッテリ１０２及び電動機１
０３の間でバッテリ１０２からの電力供給の開閉を行う
メインスイッチ１０７と、このメインスイッチ１０７の
開閉のためにメインスイッチ１０７に電力供給のスイッ
チングする補助スイッチ１０８とを備えている。メイン
スイッチ１０７は、電動機１０３及びバッテリ１０２に
電気的に接続された接点部１０４、この接点部１０４に
一端部が接続されたプランジャ１０５、及びこのプラン
ジャ１０５を往復移動させて接点部１０４を開閉する駆
動コイル１０６を有し、接点部１０４が閉路されること
によりバッテリ１０２から電動機１０３に電力を供給す
るようになっている。補助スイッチ１０８は、駆動コイ
ル１０６及びバッテリ１０２に電気的に接続され、バッ
テリ１０２から駆動コイル１０６に電力を遮断又は供給
して駆動コイル１０６に接点部１０４を開閉させるよう
になっている。

【０００５】補助スイッチ１０８は、バッテリ１０２及
び駆動コイル１０６に電気的に接続された補助接点部１
０９と、この補助接点部１０９を開閉させる補助駆動コ
イル１１０とを有している。補助駆動コイル１１０は、
外部からの始動信号を出力するキースイッチ１１１を介
してバッテリ１０２の正極に電気的に接続されている。
また、補助駆動コイル１１０は、接地された保護リレー
１１２に電気的に接続されており、保護リレー１１２は
エンジンが着火して回転駆動しているときには開路状態
となるようになっている。エンジンが着火しているかど
うかは、エンジンに連結しているオルタネータ等の回転
数を検知し、設定した所定の回転数（例えば、４００ｒ
ｐｍ）を超えるかどうかによって判断するようになって
いる。即ち、この所定の回転数を超えたときに、エンジ
ンが着火していると判断し、保護リレー１１２が開路状
態になる。補助接点部１０９は、バッテリ１０２の正極
に電気的に接続されたバッテリ側補助固定電極１０９ａ
と、駆動コイル１０６に電気的に接続された駆動コイル
側補助固定電極１０９ｂと、補助駆動コイル１１０の通
電により往復移動してバッテリ側補助固定電極１０９ａ
及び駆動コイル側補助固定電極１０９ｂに接離する補助
可動電極１０９ｃとを有している。

【０００６】また、補助スイッチ１０８は、図１２に示
すように、取付部１２０を有した金属製のケース１２１
に補助接点部１０９及び補助駆動コイル１１０が収納さ
れて構成されている。この補助スイッチ１０８は、通
常、メインスイッチ１０７近傍のブラケットに取付部１
２０をねじ１２２で螺着することにより取り付けられて
いる。

【０００７】メインスイッチ１０７の接点部１０４は、
バッテリ１０２の正極に電気的に接続されたバッテリ側
固定電極１０４ａと、電動機１０３の内部コイルに電気
的に接続された電動機側固定電極１０４ｂと、往復移動
してバッテリ側固定電極１０４ａ及び電動機側固定電極
１０４ｂに接離するメイン可動電極１０４ｃとを有して
いる。メイン可動電極１０４ｃは、プランジャ１０５の
一端部１０５ａに絶縁固定されており、メイン可動電極
１０４ｃからプランジャ１０５を介して漏電しないよう
になっている。駆動コイル１０６は、電動機１０３の内
部コイルに電気的に接続されたプルインコイル１０６ａ
と、接地されたホールドコイル１０６ｂとを有してい
る。この駆動コイル１０６に通電されて発生した電磁吸
引力によりプランジャ１０５が移動して接点部１０４が
閉路するようになっている。

【０００８】電動機１０３は、内部コイルである互いに
電気的に接続されたフィールドコイル１０３ａ（固定子
巻線）及びアマチュアコイル１０３ｂ（電機子巻線）を
有し、フィールドコイル１０３ａが電気的に電動機側固
定電極１０４ｂ及びプルインコイル１０６ａに接続さ
れ、アマチュアコイル１０３ｂが接地されている。この
フィールドコイル１０３ａ及びアマチュアコイル１０３
ｂに通電されることにより、電動機１０３のアマチュア
シャフト１０３ｃが回転するようになっている。

【０００９】バッテリ１０２は、正極がキースイッチ１
１１、接点部１０４のバッテリ側固定電極１０４ａ及び
補助接点部１０９のバッテリ側補助固定電極１０９ａに
電気的に接続され、負極が接地されている。

【００１０】また、始動用電動機装置１０１は、図９に
示すように、プランジャ１０５の他端部１０５ｂに一端
部１１３ａが係止し、プランジャ１０５の往復移動によ
り支点１２３を中心に回動するシフトレバー１１３と、
電動機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃに減速用ギ
アを介して連結され、シフトレバー１１３の他端部１１
３ｂが当接される当接部１１４及びエンジンに連結して
いるリングギア１１６に噛合するとともにシフトレバー
１１３の回動により軸線方向に往復移動するピニオン１
１５を有する軸方向移動体１１７とを備えている。

【００１１】当接部１１４は、シフトレバー１１３の他
端部１１３ｂの電動機１０３側に設けられたカラー部１
１４ａと、ピニオン１１５側に設けられた一方向クラッ
チであるオーバランニングクラッチ１１８の側面１１４
ｂとから構成されている。シフトレバー１１３の他端部
１１３ｂは、オーバランニングクラッチ１１８の側面１
１４ｂに当接してこの側面１１４ｂをリングギア１１６
に向かって押圧するようになっている。この押圧によ
り、側面１１４ｂがピニオン１１５とともにリングギア
１１６に向かって移動し、それとともにオーバランニン
グクラッチ１１８がアマチュアシャフト１０３ｃの回転
力をピニオン１１５に伝達するようになっている。ま
た、逆に他端部１１３ｂがカラー部１１４ａに当接して
カラー部１１４ａを電動機１０３側に向かって押圧する
ことにより、リングギア１１６に噛合していたピニオン
１１５を電動機１０３に向かって移動させ、リングギア
１１６との噛合を外すようになっている。

【００１２】このような構成の始動用電動機装置１０１
は、エンジンを始動する際に、キースイッチ１１１をＯ
Ｎにすると、バッテリ１０２から補助駆動コイル１１０
に電力が供給されて補助駆動コイル１１０が励磁され
る。この励磁により補助接点部１０９の補助可動電極１
０９ｃがバッテリ側補助固定電極１０９ａ及び駆動コイ
ル側補助固定電極１０９ｂに向かって移動し接触する。
この接触により補助接点部１０９は閉路状態となり、メ
インスイッチ１０７の駆動コイル１０６が通電状態とな
る。このとき、プルインコイル１０６ａを流れた電流は
電動機１０３のフィールドコイル１０３ａ及びアマチュ
アコイル１０３ｂにも流れている。従って、この段階で
電動機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃは回転し始
めるが、プルインコイル１０６ａによってバッテリ１０
２から供給された電力が一部消費されるので、その回転
速度は小さい。

【００１３】プルインコイル１０６ａ及びホールドコイ
ル１０６ｂに電流が流れると、これらプルインコイル１
０６ａ及びホールドコイル１０６ｂはそれぞれ励磁され
電磁吸引力が発生する。この電磁吸引力によりプランジ
ャ１０５とともにメイン可動電極１０４ｃがバッテリ側
固定電極１０４ａ及び電動機側固定電極１０４ｂに向か
って移動する。このプランジャ１０５の移動は、図９に
おいては、左方向への移動であり、従って、この他端部
１０５ｂに係止されたシフトレバー１１３の一端部１１
３ａもプランジャ１０５とともに左方向に向かって移動
する。シフトレバー１１３は支点１２３に回動自在に設
けられているので、その一端部１１３ａが左方向に移動
すると、他端部１１３ｂは右方向に移動する。

【００１４】シフトレバー１１３の他端部１１３ｂが右
方向に移動すると、当接部１１４を構成するオーバラン
ニングクラッチ１１８の側面１１４ｂに他端部１１３ｂ
が当接しつつ右方向に押圧する。このことにより、電動
機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃの回転がピニオ
ン１１５に伝達するとともにこのピニオン１１５が軸線
方向にリングギア１１６に向かって移動する。

【００１５】ピニオン１１５及びリングギア１１６はと
もに歯車であるので、ピニオン１１５がリングギア１１
６に向かって移動すると互いの側面に当たって完全に噛
合しない場合がある。このような状態では、シフトレバ
ー１１３の他端部１１３ｂが完全に右方向に移動してい
ないため、一端部１１３ａが係止しているプランジャ１
０５も完全には左方向に移動していない。従って、図１
１における接点部１０４のメイン可動電極１０４ｃはバ
ッテリ側固定電極１０４ａ及び電動機側固定電極１０４
ｂに接触することはなく、接点部１０４が閉路状態にな
ることはない。従って、アマチュアシャフト１０３ｃは
ゆっくりとした回転を保ち、この回転がピニオン１１５
に伝達しているので、ピニオン１１５がゆっくり回転す
ることにより衝撃が少なく完全に噛合することができ
る。

【００１６】ピニオン１１５がリングギア１１６に完全
に噛合すると、接点部１０４のメイン可動電極１０４ｃ
はバッテリ側固定電極１０４ａ及び電動機側固定電極１
０４ｂに接触し、接点部１０４が閉路状態となる。これ
により、バッテリ１０２から接点部１０４を介して電動
機１０３のフィールドコイル１０３ａ及びアマチュアコ
イル１０３ｂに電力が供給されアマチュアシャフト１０
３ｃが全力回転する。また、接点部１０４が閉路状態と
なると、プルインコイル１０６ａの両端の電位差がなく
なるため、プルインコイル１０６ａに電流が流れなくな
るが、接地されたホールドコイル１０６ｂに電流が流れ
続けるので、接点部１０４の閉路状態は保持される。

【００１７】エンジンが着火して回転駆動し始めると、
キースイッチ１１１をＯＦＦ状態にしてメインスイッチ
１０７の駆動コイル１０６への電力供給を遮断する。電
力供給が遮断された駆動コイル１０６は電磁吸引力がな
くなりプランジャ１０５が、図９での右方向に移動して
元の状態に戻る。この移動により、ピニオン１１５はシ
フトレバー１１３の回動により左方向に移動してリング
ギア１１６との噛合が外れ、接点部１０４は開路状態に
なり電動機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃの回転
が停止する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、補助ス
イッチ１０８は、導電性金属で作製された補助接点部１
０９、補助駆動コイル１１０及び磁束集中させるための
鉄心等の金属製の部品が多く用いられ、重量が大きくな
る傾向にある。従って、この補助可動電極１０９ｃを駆
動するのに多くの電力を消費してしまい、効率的にエン
ジン始動をすることができないという問題点があった。

【００１９】また、このように補助駆動コイル１１０に
多くの電流を流すため、キースイッチ１１１により補助
駆動コイル１１０への通電を遮断すると大きなサージ電
圧が補助駆動コイル１１０に発生し、例えばエンジンの
コントロールユニット等のバッテリ１０２に接続された
電子部品に悪影響を与える虞があるという問題点があっ
た。

【００２０】また、保護リレー１１２は始動用電動機装
置１０１の故障を防止するための安全装置であるため、
取り付ける必要があるがこれを取り付けるために新たに
スペースが必要となり、補助スイッチ１０８と一体化す
るにも結線等をする手間がかかり、小型化にも限界があ
るという問題点があった。

【００２１】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解決することを課題とするもので、補助スイッチを小型
化して効率的なエンジン始動等を可能とする始動用電動
機装置を得ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る始動用電
動機装置は、電源と、エンジンを始動させる電動機と、
前記電動機及び前記電源に電気的に接続された接点部、
前記接点部に一端部が接続されたプランジャ、及び前記
プランジャを往復移動させて前記接点部を開閉する駆動
コイルを有し、前記接点部が閉路されることにより前記
電源から前記電動機に電力を供給し、前記電動機を始動
させるメインスイッチと、前記駆動コイル及び前記電源
に電気的に接続され、前記電源から前記駆動コイルに電
力を遮断又は供給して前記駆動コイルに前記接点部を開
閉させる補助スイッチとを備え、前記補助スイッチは、
外部からの始動信号の入力に基づいて動作信号を出力す
る制御回路部と、前記電源及び前記駆動コイルに電気的
に接続され、前記動作信号の入力によりスイッチングす
る半導体リレー部とを有している。

【００２３】また、前記制御回路部及び前記半導体リレ
ー部は、電気絶縁性のケースに一括収納されている。

【００２４】また、前記プランジャの他端部に一端部が
係止し、前記プランジャの往復移動により回動するシフ
トレバーと、前記電動機に連結され、前記シフトレバー
の他端部が当接される当接部及びエンジンに連結してい
るリングギアに噛合するとともに前記シフトレバーの回
動により軸線方向に往復移動するピニオンを有する軸方
向移動体とを備え、前記プランジャの移動により前記ピ
ニオンが前記リングギアに完全に噛合したときに前記接
点部が閉路されるようになっている。

【００２５】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部にお
ける電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有
し、前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて
前記電動機の通電による発熱量を計算して前記通電され
ている間に発生した全熱量を積算し、前記電動機の近傍
に設けられ雰囲気温度を測定する温度センサにより検知
した温度信号の入力に基づいて、前記電動機から放出さ
れる熱量を計算し、前記全熱量から前記放出される熱量
を差し引いて残存熱量を算出するようになっており、前
記残存熱量が所定の値を超えると前記動作信号の出力を
停止するようになっている。

【００２６】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量に基づく電流信号を出力する
電気出力部を有し、前記制御回路部は、前記エンジンの
着火により前記電動機の負荷変動が小さくなって、前記
制御回路部に入力された前記電流信号の変動がほとんど
無くなると、前記動作信号の出力を停止するようになっ
ている。

【００２７】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部にお
ける電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有
し、前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて
前記電動機に通電される電流量を計算し、前記電動機に
通電される電流量が所定の値を超える状態が所定時間以
上続くと、前記動作信号の出力を停止するようになって
いる。

【００２８】また、前記制御回路部は、前記動作信号を
多数のパルス信号として出力し、前記半導体リレー部が
前記パルス信号に応じてスイッチングすることにより、
前記駆動コイルに通電される電流をＰＷＭ制御するよう
になっている。

【００２９】また、前記半導体リレー部及び前記電源の
間、又は前記半導体リレー部及び前記駆動コイルの間に
電気的にヒューズが介在している。

【００３０】また、前記半導体リレー部は、前記電動機
に接触固定された良熱伝導性の部材に接触している。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態につ
いて説明するが、従来例のものと同一又は同等部材、部
位は、同一符号を付して説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１に係る
始動用電動機装置の結線図である。図１において、始動
用電動機装置１は、半導体リレー部３と、この半導体リ
レー部３に電気的に接続された制御回路部４とを有した
補助スイッチ２を備えている。半導体リレー部３は、ト
ランジスタ等が用いられたスイッチング部５を有してお
り、例えばＭＯＳ ＦＥＴではゲート電極Ｇが制御回路
部４に、ドレイン電極Ｄがバッテリ１０２に、ソース電
極Ｓが駆動コイル１０６にそれぞれ電気的に接続されて
いる。制御回路部４は、アース端子Ｅから接地され、ま
たスイッチ端子ＳＷから外部のキースイッチ１１１に電
気的に接続されており、キースイッチ１１１の閉路動作
による始動信号の入力に基づいてドレイン電極Ｄ及びソ
ース電極Ｓ間のスイッチングをする動作信号であるゲー
ト電圧をＭＯＳ ＦＥＴに出力するようになっている。

【００３２】図２は、この発明の実施の形態１に係る始
動用電動機装置の補助スイッチの外形を示す斜視図であ
り、図３は、図２の補助スイッチの内部構成を示す破断
斜視図である。図において、補助スイッチ２は、制御回
路部４が搭載された基板６と半導体リレー部３とが一括
収納されたケース７を有している。ケース７は、内部に
空間を有するように形成された良熱伝導性の金属部材８
と樹脂９とが一体形成されたものである。金属部材８は
外壁に同一材質の取付部８ａを有しており、この取付部
８ａは樹脂９に密着せずに露出している。また、ケース
７内面においても一部が樹脂９に密着せずに露出してい
る。半導体リレー部３は基板６に接続固定されており、
この半導体リレー部３がアルミ製のヒートシンク１０及
び電気絶縁性のセラミック板１１を介してケース７内面
の金属部材８が露出した部分に接着固定されている。さ
らに、ケース７内部の半導体リレー部３のドレイン電極
Ｄ及びソース電極Ｓ、制御回路部４のスイッチ端子ＳＷ
及びアース端子Ｅがケース７の外部回路に電気的に接続
できるように、ケース７外壁にこれらドレイン電極Ｄ、
ソース電極Ｓ、スイッチ端子ＳＷ及びアース端子Ｅが露
出して固定されている。このような補助スイッチ２は、
図４に示すように、メインスイッチ１０７の外壁に取付
部８ａが接触した状態でねじ１２２により固定されてい
る。他の構成は従来例と同様であり、その説明は省略す
る。

【００３３】このような構成の始動用電動機装置１は、
キースイッチ１１１が閉路動作すると、制御回路部４に
バッテリ１０２から電流が流れる。この通電が始動信号
として働き、この始動信号の入力に基づき半導体リレー
部３のスイッチング部５に動作信号を出力する。動作信
号はゲート電圧であり、ドレイン電極Ｄ及びソース電極
Ｓ間のスイッチングをする。この後の動作は従来例と同
様である。

【００３４】従って、補助スイッチ２は、従来に比べて
半導体リレー部３、制御回路部４を搭載した基板６等と
いった小型で軽い部品で構成できるので、補助スイッチ
２の小型軽量化をすることができる。

【００３５】また、補助スイッチ２のスイッチング動作
は、従来のようにコイルの励磁により接点を移動させる
必要はないので、消費する電力が少なく電動機１０３に
バッテリ１０２の電力をより多く供給することができ、
効率的にエンジンを始動させることができる。また、従
来のように補助駆動コイルがないのでサージ電圧が発生
せず、バッテリ１０２に接続された電子部品への悪影響
も無くなる。

【００３６】また、半導体リレー部３はヒートシンク１
０を介して金属部材８に接触したセラミック板１１に設
けられているので、半導体リレー部３から金属部材８へ
の漏電が防止されるとともに、半導体リレー部３で発生
した熱がヒートシンク１０、セラミック板１１及び金属
部材８を伝達して外気及びメインスイッチ１０７近傍の
ブラケットの外壁に放出される。

【００３７】なお、制御回路部４に通電される電流が小
さいので、キースイッチ１１１によらなくても、例えば
タッチスイッチのような微弱電流にしか適応できないス
イッチも用いることができる。

【００３８】また、半導体リレー部３は微弱な電圧で動
作可能であるので、キースイッチ１１１の閉路動作によ
るバッテリ１０２からの通電によらないで、例えばエン
ジンのコントロールユニットのような他の制御装置から
微弱電圧等を始動信号として半導体リレー部３に直接入
力させることもできる。

【００３９】また、仮に、図５に示すように、半導体リ
レー部３のスイッチング部５が駆動コイル１０６を介し
てバッテリ１０２の正極に電気的に接続しているような
構成とすると、図１におけるプルインコイル１０６ａの
通電の制御ができず、駆動コイル１０６はホールドコイ
ル１０６ｂのみの構成となってしまう。このような構成
でもエンジンを始動させることはできるが、プルインコ
イル１０６ａによって電動機１０３のアマチュアシャフ
ト１０３ｃをゆっくり回転させることができず、ピニオ
ン１１５とリングギア１１６との噛合が円滑に行われな
い虞がある。また、従来の始動用電動機装置１０１は駆
動コイル１０６はプルインコイル１０６ａ及びホールド
コイル１０６ｂを有しているので、このような駆動コイ
ル１０６を有するメインスイッチ１０７に適用できる補
助スイッチ２のほうが互換性等の観点から都合がよい。
従って、図１に示すように半導体リレー部３をバッテリ
１０２の正極及び駆動コイル１０６の間に電気的に介在
させる構成とするのが望ましい。

【００４０】また、制御回路部４は、動作信号であるゲ
ート電圧をスイッチング部５にパルス信号として出力
し、半導体リレー部３のスイッチング部５がパルス信号
に応じてスイッチングするようになっている構成として
もよい。スイッチング部５がトランジスタ等の半導体で
あるため、スイッチング部５はパルス信号のような動作
速度の大きい制御にも適応することができる。このよう
なスイッチング動作が可能となったことにより、メイン
スイッチ１０７の駆動コイル１０６に通電される電流を
ＰＷＭ制御することができる。駆動コイル１０６の通電
電流をＰＷＭ制御することにより、駆動コイル１０６で
消費される電力を抑えて電磁吸引力を小さくし、プラン
ジャ１０５の移動速度を小さくすることができる。従っ
て、プランジャ１０５の移動に連動して移動するピニオ
ン１１５の移動速度も小さくなり、ピニオン１１５とリ
ングギア１１６との衝突による衝撃を小さくできる。

【００４１】さらに、接点部１０４が閉路状態のとき
は、駆動コイル１０６の電磁吸引力は接点部１０４の閉
路動作時のようにプランジャ１０５を吸引して移動させ
るほど大きくする必要はなく、接点部１０４の閉路状態
を保持できる程度の吸引力でよいので、このときはさら
にＰＷＭ制御により駆動コイル１０６の消費電力を小さ
くできる。このことにより、駆動コイル１０６の発熱を
抑えることができ、またその分、電動機１０３に電力を
多く供給でき効率的にエンジンを始動できる。

【００４２】実施の形態２．図６は、この発明の実施の
形態２に係る始動用電動機装置の構成を示す結線図であ
る。図６において、補助スイッチ２の半導体リレー部３
は、例えばＭＯＳＦＥＴであるスイッチング部５と、こ
のスイッチング部５に接続され、スイッチング部５のド
レイン電極Ｄ及びソース電極Ｓの間を流れる電流の大き
さ及びドレイン電圧を検知して電気信号を出力する電流
電圧検出回路である電気出力部２０とを有している。こ
の電気出力部２０は、スイッチング部５及び制御回路部
４それぞれに電気的に接続されている。また、電動機１
０３の近傍（例えば、補助スイッチ２のケース７内部）
には、温度センサが設けられており、電動機１０３の雰
囲気温度を測定して温度信号を制御回路部４に出力する
ようになっている。

【００４３】制御回路部４は、以下のようにして電動機
１０３のフィールドコイル１０３ａ及びアマチュアコイ
ル１０３ｂに流れる電流の大きさを計算するようになっ
ている。図７は、駆動コイル１０６に通電されている
が、まだメインスイッチ１０７の接点部１０４が閉路し
ていない補助回転の状態での等価回路である。図６及び
図７において、制御回路部４にはあらかじめ、プルイン
コイル１０６ａのＰコイル抵抗Ｒｐ、ホールドコイル１
０６ｂのＨコイル抵抗Ｒｈ、及び電動機１０３のフィー
ルドコイル１０３ａ及びアマチュアコイル１０３ｂの合
成抵抗である電動機内部抵抗Ｒｓｔの値が記憶されてい
る。

【００４４】ここで、バッテリ１０２の内部抵抗及び起
電力をそれぞれＲｂ及びＶ０、バッテリ１０２の正極か
ら接点部１０４のバッテリ側固定電極１０４ａまでの配
線（Ｂ回路配線）抵抗をＲ１、バッテリ１０２の正極か
ら制御回路部４のスイッチ端子ＳＷまでの配線（Ｓ回路
配線）抵抗をＲ２、制御回路部４の基板インピーダンス
をＲ３としている。また、図７に示される等価回路で示
される補助回転状態におけるスイッチング部５のドレイ
ン電圧をＶｄ１、このスイッチング部５のドレイン電極
Ｄ及びソース電極Ｓ間を流れる電流量をＩ１としてい
る。

【００４５】まず、Ｐコイル抵抗Ｒｐ、Ｈコイル抵抗Ｒ
ｈ及び電動機内部抵抗Ｒｓｔの合成抵抗Ｒ０を記憶され
たデータを用いて式（１）により計算する。 Ｒ０＝（Ｒｐ＋Ｒｓｔ）×Ｒｈ／（Ｒｐ＋Ｒｓｔ＋Ｒｈ）…（１） また、図７の等価回路から式（２）及び式（３）が導か
れる。 Ｖ０ ＝（Ｒｂ＋Ｒ１＋Ｒ０）×Ｉ１…（２） Ｖｄ１＝Ｒ０×Ｉ１…（３） さらに、式（２）及び式（３）から、式（４）が導かれ
る。 Ｒｂ＋Ｒ１＝（Ｖ０−Ｖｄ１）／Ｉ１…（４） 電気出力部２０からの電気信号の入力に基づいて制御回
路部４はＩ１及びＶｄ１を取得しているので、この式
（４）によりＢ回路配線抵抗Ｒｂ及びバッテリ内部抵抗
Ｒ１の合成抵抗を計算する。

【００４６】図８は、メインスイッチ１０７の接点部１
０４が完全に閉路して電動機１０３のアマチュアシャフ
ト１０３ｃが全力回転している状態の等価回路である。
図８において、全力回転状態でのスイッチング部５のド
レイン電圧をＶｄ２、Ｂ回路配線を流れる電流量をＩ２
としている。このＩ２は回路内で電動機内部抵抗Ｒｓｔ
とＨコイル抵抗Ｒｈとに分岐して流れるが、電動機内部
抵抗Ｒｓｔに流れる電流量がＨコイル抵抗Ｒｈに流れる
電流量に比べて極めて大きいため、Ｈコイル抵抗Ｒｈに
流れる電流量を無視して、Ｉ２が電動機内部抵抗Ｒｓｔ
に流れる電流量であると扱っても差し支えない。

【００４７】このことによりＩ２を計算するために、ま
ず図８の等価回路から式（５）が導かれる。 Ｉ２＝（Ｖ０−Ｖｄ２）／（Ｒｂ＋Ｒ１）…（５） そして、図８の等価回路から導かれた式（５）に、上記
式（２）及び式（４）で計算したＶ０及び（Ｒｂ＋Ｒ
１）と電気出力部２０からの電気信号の入力に基づいて
制御回路部４が取得したＶｄ２とを代入することにより
Ｉ２を計算する。

【００４８】また、制御回路部４には、あらかじめ電動
機１０３の温度と、雰囲気温度と、その温度の電動機１
０３に侵入した熱量に対する温度上昇値及びその温度の
電動機１０３から熱量がその雰囲気温度の外気に放出さ
れることによる電動機１０３の温度下降値とがデータと
して記憶されている。そして、制御回路部４は、上記Ｉ
２の値及び電動機内部抵抗Ｒｓｔから電動機１０３の発
熱量を計算し、通電されている時間によりこの発熱量を
積算し全熱量を求めて、記憶データから電動機１０３の
温度上昇値を取得するようになっている。また、制御回
路部４は、温度センサからの温度信号の入力に基づいて
雰囲気温度の値を取得し、記憶データからその取得した
ときの電動機１０３の温度での電動機１０３の温度下降
値を取得するようになっている。そして、制御回路部４
は、通電され始めたときの雰囲気温度、取得した電動機
１０３の温度上昇値及び温度下降値から電動機１０３の
温度を特定するようになっている。さらに、制御回路部
４は、この特定した電動機１０３の温度が所定の焼き付
け等の熱的ダメージを生じる虞のある温度となると、動
作信号の出力を停止するようになっている。他の構成は
実施の形態１と同様である。

【００４９】このように構成された始動用電動機装置１
は、全力回転状態で電動機内部抵抗Ｒｓｔに流れる電流
Ｉ２の大きさが計算できるので、電動機１０３の温度を
特定でき、電動機１０３の焼き付け等を未然に防止する
ことができる。

【００５０】なお、制御回路部４は、全力回転状態にお
ける電動機内部抵抗Ｒｓｔの通電電流Ｉ２の大きさの変
動（以下、脈動という）がほとんど無くなったときに、
動作信号の出力を停止するようになっていてもよい。エ
ンジンは、着火せずにまだクランキング状態にあるとき
は、電動機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃの回転
力により駆動されている。このとき、エンジンでは圧縮
行程及び膨張行程が繰り返し行われており、圧縮行程で
は電動機１０３の負荷が大きく、膨張行程では電動機１
０３の負荷が小さくなる。この負荷の変動によって通電
電流Ｉ２の大きさも当然に変動し、通電電流Ｉ２は圧縮
行程では大きく、膨張行程では小さくなり、脈動が発生
する。エンジンが着火してそれ自体で駆動し始めると、
電動機１０３のアマチュアシャフト１０３ｃはエンジン
の駆動により回転するようになる。このとき、電動機１
０３は無負荷の状態となり、通電電流Ｉ２の脈動もほと
んど無くなる。従って、通電電流Ｉ２の脈動がほとんど
無くなったときに、エンジンが着火したと判断でき、こ
のときに半導体リレー部３への動作信号の出力を停止す
ることにより、エンジンが着火しないうちにキースイッ
チ１１１をＯＦＦ状態にしてしまったり、逆にエンジン
が着火してもキースイッチ１１１をＯＮ状態にしたまま
余分に電力を消費することが無くなる。

【００５１】なお、この脈動は電動機内部抵抗Ｒｓｔの
通電電流Ｉ２だけでなく、スイッチング部５のドレイン
電極Ｄ及びソース電極Ｓの間を流れる電流にも発生する
ので、電気出力部２０が電流信号のみを制御回路部４に
出力するようになっていても、この電流の脈動がほとん
ど無くなったときに、動作信号の出力を停止するように
することにより同様の効果を得ることができる。

【００５２】また、エンジンあるいは電動機１０３が何
らかの原因でロックしたときにも、この電動機内部抵抗
Ｒｓｔの通電電流、又はスイッチング部５のドレイン電
極Ｄ及びソース電極Ｓの間を流れる電流の脈動がほとん
ど無くなるので、このときに制御回路部４からの動作信
号の出力を停止することにより、電動機１０３の過負荷
による焼き付け等の損傷を防止することができる。ま
た、このようにロックした場合、制御回路部４は、電動
機内部抵抗Ｒｓｔの通電電流Ｉ２が過負荷の電流値を超
えて、この状態が所定時間（例えば、１ｓ）続くと動作
信号の出力を停止するようにしても、同様に電動機１０
３の損傷を防止できる。

【００５３】また、スイッチング部５のドレイン電極Ｄ
及びバッテリ１０２の正極の間、又はスイッチング部５
のソース電極Ｓ及び駆動コイル１０６の間にヒューズを
電気的に介在させた構成としてもよい。このような構成
とすると、半導体リレー部３が故障して常にスイッチン
グ部５が閉路状態となった場合でも、例えば上記のよう
にロックしたとき、過負荷による大電流が流れてヒュー
ズが切れることにより電動機１０３の損傷を防止するこ
とができる。

【００５４】

【発明の効果】上記の説明から明らかな通り、この発明
に係る始動用電動機装置は、電源と、エンジンを始動さ
せる電動機と、前記電動機及び前記電源に電気的に接続
された接点部、前記接点部に一端部が接続されたプラン
ジャ、及び前記プランジャを往復移動させて前記接点部
を開閉する駆動コイルを有し、前記接点部が閉路される
ことにより前記電源から前記電動機に電力を供給し、前
記電動機を始動させるメインスイッチと、前記駆動コイ
ル及び前記電源に電気的に接続され、前記電源から前記
駆動コイルに電力を遮断又は供給して前記駆動コイルに
前記接点部を開閉させる補助スイッチとを備え、前記補
助スイッチは、外部からの始動信号の入力に基づいて動
作信号を出力する制御回路部と、前記電源及び前記駆動
コイルに電気的に接続され、前記動作信号の入力により
スイッチングする半導体リレー部とを有しているので、
前記スイッチングするための電力消費も削減でき、効率
的なエンジン始動が可能となる。

【００５５】また、前記制御回路部及び前記半導体リレ
ー部は、電気絶縁性のケースに一括収納されているの
で、小型、軽量で、しかも取り扱いが容易な前記補助ス
イッチを得ることができる。

【００５６】また、前記プランジャの他端部に一端部が
係止し、前記プランジャの往復移動により回動するシフ
トレバーと、前記電動機に連結され、前記シフトレバー
の他端部が当接される当接部及びエンジンに連結してい
るリングギアに噛合するとともに前記シフトレバーの回
動により軸線方向に往復移動するピニオンを有する軸方
向移動体とを備え、前記プランジャの移動により前記ピ
ニオンが前記リングギアに完全に噛合したときに前記接
点部が閉路されるようになっているので、前記電動機が
全力回転したときに、噛合状態が不安定で前記ピニオン
又は前記リングギアが損傷する虞がなくなる。

【００５７】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部にお
ける電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有
し、前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて
前記電動機の通電による発熱量を計算して前記通電され
ている間に発生した全熱量を積算し、前記電動機の近傍
に設けられ雰囲気温度を測定する温度センサにより検知
した温度信号の入力に基づいて、前記電動機から放出さ
れる熱量を計算し、前記全熱量から前記放出される熱量
を差し引いて残存熱量を算出するようになっており、前
記残存熱量が所定の値を超えると前記動作信号の出力を
停止するようになっているので、前記電動機の温度上昇
に伴う焼き付け等の弊害を防止することができる。

【００５８】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量に基づく電流信号を出力する
電気出力部を有し、前記制御回路部は、前記エンジンの
着火により前記電動機の負荷変動が小さくなって、前記
制御回路部に入力された前記電流信号の変動がほとんど
無くなると、前記動作信号の出力を停止するようになっ
ているので、確実に前記エンジンの着火を確認でき、前
記エンジンが着火していない状態でも前記動作信号の出
力が停止されること、あるいは前記エンジンが着火して
いる状態でもなお前記動作信号が出力され続けているこ
とを防止することができる。

【００５９】また、前記半導体リレー部は、前記半導体
リレー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部にお
ける電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有
し、前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて
前記電動機に通電される電流量を計算し、前記電動機に
通電される電流量が所定の値を超える状態が所定時間以
上続くと、前記動作信号の出力を停止するようになって
いるので、前記電動機の温度上昇に伴う焼き付け等の弊
害、及び前記電動機に連動している前記ピニオン、前記
リングギア等の破損を防止することができる。

【００６０】また、前記制御回路部は、前記動作信号を
多数のパルス信号として出力し、前記半導体リレー部が
前記パルス信号に応じてスイッチングすることにより、
前記駆動コイルに通電される電流をＰＷＭ制御するよう
になっているので、前記プランジャの移動速度を小さく
なって前記駆動コイルでの消費電力が低減し、効率的に
前記電源の電力を消費でき、また前記プランジャの移動
速度が小さくなることにより前記ピニオン及び前記リン
グギアの衝突による衝撃が小さくなり前記ピニオン及び
前記リングギアの破損を防止できる。

【００６１】また、前記半導体リレー部及び前記電源の
間、又は前記半導体リレー部及び前記駆動コイルの間に
電気的にヒューズが介在しているので、例えば前記半導
体リレー部が破損して閉路状態で固まってしまった場合
でも、前記電動機、前記エンジン等がロックしたとき、
過負荷電流により前記ヒューズが切れて前記電動機が停
止することにより、前記電動機等の破損を防止できる。

【００６２】また、前記半導体リレー部は、前記電動機
に接触固定された良熱伝導性の部材に接触しているの
で、前記半導体リレー部に発生した熱を前記電動機及び
外気に放出して、前記半導体リレー部の温度が上昇して
損傷することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る始動用電動機
装置の結線図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る始動用電動機
装置の補助スイッチの外形を示す斜視図である。

【図３】 図２の補助スイッチの内部構成を示す破断斜
視図である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係る始動用電動機
装置の外観を示す側面図である。

【図５】 バッテリと半導体リレー部との間に駆動コイ
ルが電気的に接続されている始動用電動機装置の結線図
である。

【図６】 この発明の実施の形態２に係る始動用電動機
装置の構成を示す結線図である。

【図７】 補助回転の状態での等価回路である。

【図８】 全力回転の状態での等価回路である。

【図９】 従来の始動用電動機装置の構成を示す要部断
面図である。

【図１０】 図９の外観を示す側面図である。

【図１１】 従来の始動用電動機装置の結線図である。

【図１２】 従来の補助スイッチの外形を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 始動用電動機装置、２ 補助スイッチ、３ 半導体
リレー部、４ 制御回路部、５ スイッチング部、７
ケース、２０ 電気出力部、１０２ バッテリ（電
源）、１０３ 電動機、１０４ 接点部、１０５ プラ
ンジャ、１０６ 駆動コイル、１０７ メインスイッ
チ、１１３ シフトレバー、１１４ 当接部、１１５
ピニオン、１１６ リングギア、１１７ 軸方向移動
体。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と、 エンジンを始動させる電動機と、 前記電動機及び前記電源に電気的に接続された接点部、
   前記接点部に一端部が接続されたプランジャ、及び前記
   プランジャを往復移動させて前記接点部を開閉する駆動
   コイルを有し、前記接点部が閉路されることにより前記
   電源から前記電動機に電力を供給し、前記電動機を始動
   させるメインスイッチと、 前記駆動コイル及び前記電源に電気的に接続され、前記
   電源から前記駆動コイルに電力を遮断又は供給して前記
   駆動コイルに前記接点部を開閉させる補助スイッチとを
   備え、 前記補助スイッチは、外部からの始動信号の入力に基づ
   いて動作信号を出力する制御回路部と、 前記電源及び前記駆動コイルに電気的に接続され、前記
   動作信号の入力によりスイッチングする半導体リレー部
   とを有していることを特徴とする始動用電動機装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路部及び前記半導体リレー部
   は、電気絶縁性のケースに一括収納されていることを特
   徴とする請求項１に記載の始動用電動機装置。
3. 【請求項３】 前記プランジャの他端部に一端部が係止
   し、前記プランジャの往復移動により回動するシフトレ
   バーと、 前記電動機に連結され、前記シフトレバーの他端部が当
   接される当接部及びエンジンに連結しているリングギア
   に噛合するとともに前記シフトレバーの回動により軸線
   方向に往復移動するピニオンを有する軸方向移動体とを
   備え、 前記プランジャの移動により前記ピニオンが前記リング
   ギアに完全に噛合したときに前記接点部が閉路されるよ
   うになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載の始動用電動機装置。
4. 【請求項４】 前記半導体リレー部は、前記半導体リレ
   ー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部における
   電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有し、 前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて前記
   電動機の通電による発熱量を計算して前記通電されてい
   る間に発生した全熱量を積算し、前記電動機の近傍に設
   けられ雰囲気温度を測定する温度センサにより検知した
   温度信号の入力に基づいて、前記電動機から放出される
   熱量を計算し、前記全熱量から前記放出される熱量を差
   し引いて残存熱量を算出するようになっており、 前記残存熱量が所定の値を超えると前記動作信号の出力
   を停止するようになっていることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３の何れかに記載の始動用電動機装置。
5. 【請求項５】 前記半導体リレー部は、前記半導体リレ
   ー部を通電する電流量に基づく電流信号を出力する電気
   出力部を有し、 前記制御回路部は、前記エンジンの着火により前記電動
   機の負荷変動が小さくなって、前記制御回路部に入力さ
   れた前記電流信号の変動がほとんど無くなると、前記動
   作信号の出力を停止するようになっていることを特徴と
   する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の始動用電動
   機装置。
6. 【請求項６】 前記半導体リレー部は、前記半導体リレ
   ー部を通電する電流量及び前記半導体リレー部における
   電位に基づく電気信号を出力する電気出力部を有し、 前記制御回路部は、前記電気信号の入力に基づいて前記
   電動機に通電される電流量を計算し、前記電動機に通電
   される電流量が所定の値を超える状態が所定時間以上続
   くと、前記動作信号の出力を停止するようになっている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載
   の始動用電動機装置。
7. 【請求項７】 前記制御回路部は、前記動作信号を多数
   のパルス信号として出力し、前記半導体リレー部が前記
   パルス信号に応じてスイッチングすることにより、前記
   駆動コイルに通電される電流をＰＷＭ制御することを特
   徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の始動用
   電動機装置。
8. 【請求項８】 前記半導体リレー部及び前記電源の間、
   又は前記半導体リレー部及び前記駆動コイルの間に電気
   的にヒューズが介在していることを特徴とする請求項１
   乃至請求項７の何れかに記載の始動用電動機装置。
9. 【請求項９】 前記半導体リレー部は、前記電動機に接
   触固定された良熱伝導性の部材に接触していることを特
   徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の始動用
   電動機装置。