JP2006149004A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザのスイッチ操作によりエンジン始動を制御する通常始動時と、エンジンの再始動をコンピュータにより自動制御するエコラン始動時とで、モータの特性を切り替えることにより、エコラン始動時の始動性を向上できるスタータを提供する。
【解決手段】モータの界磁巻線には、モータ回路Ｍに対し電機子８と直列に接続される直巻コイル１３と、モータ回路Ｍに対しバイメタル１４を介して電機子８と並列に接続される分巻コイル１５とが設けられている。バイメタル１４は、所定温度（例えば、５０℃）以上で開閉接点が閉状態から開状態に切り替わる温度特性を有している。これにより、通常始動時には、複巻モータとして構成されるため、無負荷回転数を低減できる。一方、エコラン始動時には、直巻モータとして構成されるため、低負荷域および無負荷時のモータ回転数が高くなり、エンジン始動性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複巻モータを有するスタータに関する。

一般に、スタータによるエンジン始動は、ユーザのキースイッチ操作により、モータに通電して行われる。ユーザによるキースイッチの操作時間は千差万別であるが、通常、エンジンが完爆した後でも、１〜３秒程度、キースイッチのＯＮ状態が維持されて、モータがオーバランすることが多い。この時、スタータは、一方向クラッチの働きによって、エンジンとモータとの間が切り離され、モータが無負荷状態で高速回転しているため、ブラシの寿命や軸受部品の耐久性が問題となっている。
この問題を解決する手段として、直巻コイルの他に、電機子と並列に分巻コイルを設けた複巻モータを採用することで、無負荷回転数を抑制する方法が公知である（特許文献１参照）。
特開平５−１６４０２７号公報

近年、エンジンの停止及び再始動をコンピュータにより自動制御するシステムが知られている。同システムでは、エンジンを再始動する際に、通常のキースイッチ操作による始動時と比較して、ごく短い時間（例えば０．５秒程度）で始動させる必要があるため、低負荷域及び無負荷時のスタータ回転数を高くする必要がある。
しかし、特許文献１に示される複巻モータでは、直巻モータと比較して、低負荷域及び無負荷時の回転数が抑制されるため、上記システムへの適用が困難である。

なお、低負荷域及び無負荷時の回転数を上げる方法として、スタータの内部に設けられる減速機構の減速比を切り替える（大きくする）ことが考えられるが、可変減速機構を設けることは、部品点数の大幅な増加やスタータの体格アップに繋がってしまう。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ユーザのスイッチ操作によりエンジン始動を行う通常始動時と、エンジンの再始動をコンピュータにより自動制御するエコラン始動時とで、モータの特性を切り替えることにより、ブラシの寿命低下や軸受部品の耐久性を損なうことなく、且つエコラン始動時の始動性を向上できるスタータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、ユーザのスイッチ操作により、モータに通電してエンジン始動を行う通常始動時と、エンジンの停止及び再始動をコンピュータにより自動制御するエンジン自動停止／再始動システムにより、モータへの通電が自動制御されてエンジン始動を行うエコラン始動時とに使用されるスタータであって、モータは、電機子にバッテリ電流を通電するためのモータ回路と、このモータ回路に電機子と直列に接続される直巻コイルと、モータ回路に開閉手段を介して電機子と並列に接続される分巻コイルとを備えている。
また、開閉手段は、モータ回路に対して分巻コイルを機械的に断続できる開閉接点を有し、通常始動時には、開閉接点が閉状態を維持することで、分巻コイルをモータ回路に接続し、エコラン始動時には、開閉接点が開状態に切り替わることで、分巻コイルをモータ回路から切り離すことを特徴とする。

上記のスタータは、ユーザのスイッチ操作によってエンジン始動を行う通常始動時には、開閉手段を介してモータ回路に分巻コイルが接続されることで、複巻モータとしての特性が得られる。この場合、直巻モータと比較して無負荷回転数を低減できるので、エンジン完爆後のモータ回転数（無負荷状態で回転するモータの回転速度）を抑制できる。その結果、モータのオーバランに伴うブラシや軸受部品等の摩耗が抑制されるため、ブラシの寿命が延びると共に、軸受部品の耐久性が維持される。

一方、エコラン始動時には、開閉手段によって分巻コイルがモータ回路から切り離されるため、直巻モータとしての特性が得られる。この場合、複巻モータと比較して低負荷域および無負荷時のモータ回転数が高くなり、エンジン始動性が向上するので、短時間でのエンジン始動が可能である。また、エンジン自動停止／再始動システムでは、エンジンの再始動をコンピュータにより自動制御するので、ユーザのスイッチ操作による通常始動時と比較して、モータのオーバラン時間がごく短い時間（例えば０．５秒程度）であり、ブラシの寿命や軸受部品の耐久性への影響も少ない。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、開閉手段は、所定温度以上で開閉接点が閉状態から開状態に切り替わるバイメタルであることを特徴とする。
エンジン自動停止／再始動システムによるエンジンの再始動は、エンジンが一度始動された後に行われる。すなわち、ある程度、温度が上がった状態でエンジンを再始動するため、エンジンの近傍に搭載されているスタータ自体もエンジンが発生する熱を受けて、ある程度の高温になっている。従って、開閉手段として、温度特性を有するバイメタルを用いることにより、温度に応じてモータの特性を切り替えることが可能である。

具体的には、バイメタルが所定温度（例えば、真夏の最高気温より高い５０℃）より低い通常始動時には、開閉接点が閉状態を維持するため、モータ回路に分巻コイルが接続されて、複巻モータとしての特性が得られる。一方、バイメタルが所定温度以上となるエコラン始動時には、開閉接点が閉状態から開状態に切り替わるため、分巻コイルがモータ回路から切り離されて、直巻モータとしての特性が得られる。
また、車両やエンジンの種類等により、スタータの温度の上がり方も異なるが、バイメタルであれば、温度の上昇傾向に応じて、開閉接点が閉状態から開状態に切り替わる時の所定温度を自由に設定できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、モータ回路には、直巻コイルの高電位側の端部が接続されるコネクションバーが設けられ、開閉手段は、コネクションバーと分巻コイルとの間に接続されることを特徴とする。
通常、複巻モータに使用される分巻コイルは、高電位側（反アース側）の端部がコネクションバーに接続される。従って、コネクションバーと分巻コイルとの間に開閉手段を接続することで、新たに接続部位を設ける必要はなく、開閉手段を容易に配置できる。

（請求項４の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、開閉手段は、分巻コイルとアース部との間に接続されていることを特徴とする。
通常、複巻モータに使用される分巻コイルは、例えば、モータのヨーク等にアース接続される。従って、分巻コイルとアース部との間に開閉手段を接続することで、新たに接続部位を設ける必要はなく、開閉手段を容易に配置できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はモータの電気回路図であり、図３はスタータの一部断面を含む側面図である。
実施例１に係るスタータ１は、図３に示す様に、回転力を発生するモータ２と、軸上にピニオンギヤ３を支持する出力軸４と、モータ２の通電電流を断続すると共に、ロッド５を介して出力軸４をエンジン側（図３の左側）へ押し出す働きを有する電磁スイッチ６と、モータ２の回転を減速する減速装置（後述する）と、この減速装置で減速された回転を出力軸４に伝達するクラッチ７等より構成される。
このスタータ１は、ユーザが始動スイッチ（図示せず）をＯＮ操作してモータ２に通電することにより、エンジン始動を行う通常始動時と、エンジンの停止及び再始動をコンピュータにより自動制御するエンジン自動停止／再始動システムにより、モータ２への通電が自動制御されてエンジン始動を行うエコラン始動時とに使用される。

エンジン自動停止／再始動システムは、例えば、交差点や渋滞等で車両が一時停止した時にエンジンを自動停止させ、その後、所定の始動条件が整った時（例えば、ドライバがブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えた時）に、エンジンを自動的に再始動させるシステムであり、一般に、アイドルストップシステム、あるいはエコランシステム等と呼ばれる。

モータ２は、磁束を発生する界磁（以下に説明する）と、この界磁の内周に配置される電機子８と、整流子９に摺接するブラシ１０等を有する直流電動機であり、図１に示すモータ回路Ｍを通じてバッテリ１１から電機子８に始動電流が供給されると、電機子８に回転力が発生する。
界磁は、磁気回路を形成するヨーク１２の内周に界磁巻線を周方向等間隔に配置して構成される。界磁巻線には、モータ回路Ｍに対し電機子８と直列に接続される直巻コイル１３と、モータ回路Ｍに対し、バイメタル１４（図１（ａ）参照）を介して電機子８と並列に接続される分巻コイル１５とが設けられ、図４に示す様に、ヨーク１２の内周に固定されたポールコア１６に巻回されている。

電機子８は、電機子軸８ａの両端が一組の軸受１７、１８を介してフロントハウジング１９とエンドフレーム２０とに回転自在に支持されている。整流子９は、電機子軸８ａのエンド側端部（図３の右側端部）に複数のセグメントを円筒状に配置して構成され、各セグメントがそれぞれ電機子コイル８ｂに電気的且つ機械的に結合されている。
ブラシ１０には、図１に示す様に、直巻コイル１３の低電位側に接続されるプラス側ブラシ１０ａと、ヨーク１２等にアース接続されるマイナス側ブラシ１０ｂとが設けられ、それぞれ整流子９の外周に配置されて、ブラシスプリング２１（図３参照）により整流子９の外周面に押圧されている。

出力軸４は、クラッチ７の内輪を形成するスプラインチューブ２２の内周にヘリカルスプライン結合され、スプラインチューブ２２に対して軸方向（図３の左右方向）に移動可能に設けられている。
ピニオンギヤ３は、出力軸４の反スイッチ側端部にスプライン結合されて、出力軸４と一体に回転する。
電磁スイッチ６は、始動スイッチの閉操作によりバッテリ１１から通電されて磁力を発生する励磁コイル２３と、この励磁コイル２３の内側に挿入されて、励磁コイル２３に発生する磁力の作用で図３の左方向へ吸引されて移動するプランジャ（図示せず）と、このプランジャの移動に応じて開閉されるモータ接点等より構成される。

モータ接点は、プランジャと一体に可動、またはプランジャの動きに連動する可動接点（図示せず）と、モータ回路Ｍに接続される一組の固定接点（図示せず）とで構成され、可動接点が両固定接点に当接して両固定接点間が導通することで、モータ接点が閉状態となり、可動接点が両固定接点から離れて両固定接点間の導通が遮断されることで、モータ接点が開状態となる。
一組の固定接点は、一方の固定接点がバッテリケーブルを介して車載バッテリ１１に接続され、他方の固定接点がモータリード線２４を介してコネクションバー２５（図４参照）に接続されている。

減速装置は、電機子軸８ａのフロント側端部に設けられたドライブギヤ２６と、このドライブギヤ２６に噛み合うアイドルギヤ２７、及びアイドルギヤ２７に噛み合うクラッチギヤ２８とで構成され、電機子８の回転がドライブギヤ２６→アイドルギヤ２７→クラッチギヤ２８へと伝達されて減速される。
クラッチ７は、クラッチギヤ２８に伝達された回転を前記スプラインチューブ２２に伝達すると共に、エンジンの始動により、スプラインチューブ２２の回転速度がクラッチギヤ２８の回転速度を上回ると、スプラインチューブ２２からクラッチギヤ２８への動力伝達を遮断する一方向クラッチを構成している。

次に、上記のバイメタル１４について説明する。
バイメタル１４は、モータ回路Ｍに対し分巻コイル１５を機械的に断続できる開閉接点（図示せず）を有し、所定温度（例えば、真夏の最高気温より高い５０℃）以上で開閉接点が閉状態から開状態に切り替わる温度特性を有している。これにより、ユーザのスイッチ操作によってエンジン始動を行う通常始動時には、バイメタル１４の温度が外気温を超えることはなく、所定温度（５０℃）より低くなるため、開閉接点が閉状態を維持する。一方、エンジンの再始動をコンピュータにより自動制御するエコラン始動時には、既にエンジンが一度始動しているため、エンジン温度が所定温度（５０℃）より高くなっている。このため、バイメタル１４の温度が所定温度以上となり、開閉接点が閉状態から開状態に切り替わる。

続いて、本実施例の作用及び効果を説明する。
ａ）通常始動時には、バイメタル１４の温度が所定温度（５０℃）より低く、開閉接点が閉状態を維持するため、図１（ａ）に示す様に、バイメタル１４を介して分巻コイル１５がモータ回路Ｍに接続されて、複巻モータとして構成される。この場合、図２に示す様に、直巻モータと比較して無負荷回転数を低減できるので、エンジン完爆後のモータ回転数（無負荷状態で回転するモータ２の回転速度）を抑制できる。その結果、モータ２のオーバランに伴うブラシ１０や軸受１７、１８等の摩耗が抑制されるため、ブラシ１０の寿命が延びると共に、軸受１７、１８の耐久性が維持される。

ｂ）エコラン始動時には、バイメタル１４の温度が所定温度（５０℃）以上となり、開閉接点が閉状態から開状態に切り替わるため、分巻コイル１５がモータ回路Ｍから切り離されて、図１（ｂ）に示す様に、直巻モータとして構成される。この場合、図２に示す様に、複巻モータと比較して低負荷域および無負荷時のモータ回転数が高くなり、エンジン始動性が向上するので、短時間でのエンジン始動が可能である。また、エンジン自動停止／再始動システムでは、エンジンの再始動をコンピュータにより自動制御するので、ユーザのスイッチ操作による通常始動時と比較して、モータ２のオーバラン時間がごく短い時間（例えば０．５秒程度）であり、ブラシ１０の寿命や軸受１７、１８の耐久性への影響も少ない。

本実施例のスタータ１は、モータ回路Ｍにバイメタル１４を介して分巻コイル１５を接続しているので、バイメタル１４の状態（閉状態、開状態）に応じて、複巻モータと直巻モータとを切り替えて使用できる。このため、通常始動時とエコラン始動時とで減速装置の減速比を切り替える必要はなく、バイメタル１４によって複巻モータから直巻モータに切り替えることで、低負荷域及び無負荷時の回転数を上げることができる。その結果、部品点数の増加と共にスタータ１の体格アップを招く可変減速機構を用いなくても、通常始動時のオーバランに起因するブラシ１０寿命の低下および軸受１７、１８の耐久性悪化を抑制でき、且つエコラン始動時の始動性を向上できる。
また、車両やエンジンの種類等により、スタータ１の温度の上がり方も異なるが、バイメタル１４であれば、温度の上昇傾向に応じて、開閉接点が閉状態から開状態に切り替わる時の所定温度を自由に設定できる。

図５は界磁巻線（直巻コイル１３と分巻コイル１５）の結線図である。
実施例１では、バイメタル１４の位置を特定していないが、この実施例２では、コネクションバー２５と分巻コイル１５との間（図５参照）、あるいは、分巻コイル１５のアース側端部とアース部（例えばヨーク１２）との間にバイメタル１４を配置する。
通常、複巻モータに使用される分巻コイル１５は、高電位側（反アース側）の端部がコネクションバー２５に接続され、アース側端部がモータ２のアース部（例えばヨーク１２）に接続される。従って、図５に示す様に、コネクションバー２５と分巻コイル１５との間にバイメタル１４を接続する、あるいは、分巻コイル１５のアース側端部とアース部（ヨーク１２）との間にバイメタル１４を接続することで、新たに接続部位を設ける必要はなく、バイメタル１４を容易に配置できる。

（変形例）
実施例１に記載したスタータ１は、出力軸４が軸方向（図３の左右方向）に移動する構成であるが、本発明は、実施例１に記載したスタータ１とは異なる構成（例えば、出力軸４は移動することなく、その出力軸４上をピニオンギヤ３が移動する構成）のスタータにも適用できる。

（ａ）複巻モータの回路図、（ｂ）直巻モータの回路図である。 複巻モータと直巻モータの特性図である。 スタータの一部断面を含む側面図である。 モータの内部構成を示す断面図である。 モータに使用される界磁巻線の結線図である（実施例２）。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
８ 電機子
１２ ヨーク（アース部）
１３ 直巻コイル
１５ 分巻コイル
１４ バイメタル（開閉手段）
２５ コネクションバー
Ｍ モータ回路

Claims (4)

1. ユーザのスイッチ操作により、モータに通電してエンジン始動を行う通常始動時と、エンジンの停止及び再始動をコンピュータにより自動制御するエンジン自動停止／再始動システムにより、前記モータへの通電が自動制御されてエンジン始動を行うエコラン始動時とに使用されるスタータであって、
   前記モータは、電機子にバッテリ電流を通電するためのモータ回路と、このモータ回路に前記電機子と直列に接続される直巻コイルと、前記モータ回路に開閉手段を介して前記電機子と並列に接続される分巻コイルとを備え、
   前記開閉手段は、前記モータ回路に対して前記分巻コイルを機械的に断続できる開閉接点を有し、前記通常始動時には、前記開閉接点が閉状態を維持することで、前記分巻コイルを前記モータ回路に接続し、前記エコラン始動時には、前記開閉接点が開状態に切り替わることで、前記分巻コイルを前記モータ回路から切り離すことを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載したスタータにおいて、
   前記開閉手段は、所定温度以上で前記開閉接点が前記閉状態から前記開状態に切り替わるバイメタルであることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記モータ回路には、前記直巻コイルの高電位側の端部が接続されるコネクションバーが設けられ、
   前記開閉手段は、前記コネクションバーと前記分巻コイルとの間に接続されることを特徴とするスタータ。
4. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記開閉手段は、前記分巻コイルとアース部との間に接続されていることを特徴とするスタータ。
   

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