JP2007089251A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの内部回路に短絡電流が流れた時に、内部回路を早期に遮断できるヒューズ機能を備えたスタータを提供する。
【解決手段】モータリード線２４と４個の界磁コイルとを電気的に接続するコネクタバー２５は、その全長に渡って、自身の断面積が界磁コイルの断面積より１／２以上小さく設けられている。言い換えると、界磁コイルの断面積に対するコネクタバー２５の断面積減少率が５０％以上である。また、コネクタバー２５は、モータリード線２４との接続部２５ｂから界磁コイルとの接続部２５ａまでの長さが４０ｍｍ以上を有している。これにより、モータへの連続通電によって界磁コイルに大きな短絡電流が流れると、界磁コイルより断面積の小さいコネクタバー２５が発熱して短時間で溶断することにより、モータの内部回路を速やかに且つ確実に遮断できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを始動するためのスタータに係わり、特にモータへの連続通電による過熱防止の技術に関する。

例えば、特許文献１に記載されたスタータモータは、ブラシと整流子を介して電機子コイルと直列に接続される界磁コイルを有し、その界磁コイルがコネクタバーを介してモータリード線に接続されている。この界磁コイルを有するスタータモータでは、例えば、キースイッチの戻り不良等によって連続通電されると、モータ内部の発熱により、電機子内部の絶縁部材が溶損して電機子コイルがレアーやアースに至り、界磁コイルが溶断するまで大きな短絡電流が流れ続ける。
このため、スタータモータに過大な熱的負荷が生じる異常時には、早期にバッテリからスタータモータを電気的に切り離す必要がある。
特開平１１−２８９７２４号公報

ところが、上記のスタータモータは、界磁コイル及びコネクタバーの抵抗が小さく設定されているため、短絡時の大電流が流れても急激な発熱には至らず、ある程度の時間が経たないと回路溶断には至らない。
また、界磁コイルに短絡電流が流れる状態では、その短絡電流が流れる時間を極力短くすることが安全上重要な課題であるが、その課題に対し、界磁コイルの抵抗を増加して発熱を促進させ、早い時間で界磁コイルを溶断させる手段を取ることは、モータの出力低下を招くという問題がある。
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、モータの内部回路に短絡電流が流れた時に、内部回路を早期に遮断できるヒューズ機能を備えた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、バッテリからモータリード線を介して始動電流が供給されることにより、内蔵する電機子に回転力を発生するモータを有し、電機子に発生する回転力をエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータにおいて、モータは、始動電流が流れることで磁界を形成する界磁コイルと、モータリード線と界磁コイルとを接続するコネクタバーとを有し、コネクタバーは、モータリード線との接続部から界磁コイルとの接続部までの長さをＬとした時に、Ｌ／２以上の長さに渡ってコネクタバーの断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、モータへの連続通電によって電機子コイルがレアーあるいはアースに至り、界磁コイルに短絡電流が流れると、界磁コイルの断面積より小さいコネクタバーの断面積減少部位にジュール熱が発生する。この時、コネクタバーの断面積減少部位は、コネクタバーのＬ／２以上の長さに渡って設けられているため、断面積減少部位で発生した熱がモータリード線及び界磁コイルへ逃げにくくなっている。これにより、断面積減少部位の温度低下が抑制されるため、コネクタバーの断面積が界磁コイルの断面積と略等しい従来技術と比較すると、コネクタバーの断面積減少部位が短時間で溶断して、モータの内部回路を速やかに且つ確実に遮断できる。
また、コネクタバーに断面積減少部位を設けることによるモータ出力への影響は、界磁コイルに断面積減少部位を設ける場合と比較して軽微であり、実験によれば、僅か１％程度の出力低下率を生じるだけで、エンジン始動性への影響はほとんど無い。

（請求項２の発明）
本発明は、バッテリからモータリード線を介して始動電流が供給されることにより、内蔵する電機子に回転力を発生するモータを有し、電機子に発生する回転力をエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータにおいて、モータは、始動電流が流れることで磁界を形成する第１及び第２の界磁コイルと、第１の界磁コイルと第２の界磁コイルとを接続する渡り線とを有し、渡り線は、第１の界磁コイルとの接続部から第２の界磁コイルとの接続部までの長さをＬとした時に、Ｌ／２以上に渡って渡り線の断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、モータへの連続通電によって電機子コイルがレアーあるいはアースに至り、界磁コイルに短絡電流が流れると、界磁コイルの断面積より小さい渡り線の断面積減少部位にジュール熱が発生する。この時、渡り線の断面積減少部位は、渡り線のＬ／２以上の長さに渡って設けられているため、断面積減少部位で発生した熱が界磁コイルへ逃げにくくなっている。これにより、断面積減少部位の温度低下が抑制されるため、渡り線の断面積が界磁コイルの断面積と略等しい従来技術と比較すると、渡り線の断面積減少部位が短時間で溶断して、モータの内部回路を速やかに且つ確実に遮断できる。
また、渡り線に断面積減少部位を設けることによるモータ出力への影響は、界磁コイルに断面積減少部位を設ける場合と比較して軽微であり、実験によれば、僅か１％程度の出力低下率を生じるだけで、エンジン始動性への影響はほとんど無い。

（請求項３の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、コネクタバーの断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の断面積は、界磁コイルの断面積の１／２以下であることを特徴とする。
ヒューズ部の断面積が小さくなる程、言い換えると、界磁コイルの断面積に対するコネクタバーの断面積減少率が大きくなる程、抵抗の増大によって発生するジュール熱が大きくなるため、必然的にコネクタバーの溶断時間は短くなる。実験によれば、コネクタバーのある一定長さにおける断面積減少率を５０％以上にすると、溶断時間を約１／３に低減できる結果が得られた。

（請求項４の発明）
請求項２に記載したスタータにおいて、渡り線の断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の断面積は、界磁コイルの断面積の１／２以下であることを特徴とする。
ヒューズ部の断面積が小さくなる程、言い換えると、界磁コイルの断面積に対する渡り線の断面積減少率が大きくなる程、抵抗の増大によって発生するジュール熱が大きくなるため、必然的に渡り線の溶断時間は短くなる。実験によれば、渡り線のある一定長さにおける断面積減少率を５０％以上にすると、溶断時間を約１／３に低減できる結果が得られた。

（請求項５の発明）
請求項１または３に記載したスタータにおいて、コネクタバーの断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の長さは、４０ｍｍ以上であることを特徴とする。
コネクタバーに設けられるヒューズ部の範囲が長くなる程、ヒューズ部に発生した熱がモータリード線及び界磁コイルへ逃げにくくなるため、より短時間で溶断温度に到達する。実験によれば、ヒューズ部の長さを４０ｍｍ以上に設定することで、溶断時間を約１／３に低減できる結果が得られた。

（請求項６の発明）
請求項２または４に記載したスタータにおいて、渡り線の断面積が界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の長さは、４０ｍｍ以上であることを特徴とする。
渡り線に設けられるヒューズ部の範囲が長くなる程、ヒューズ部に発生した熱が界磁コイルへ逃げにくくなるため、より短時間で溶断温度に到達する。実験によれば、ヒューズ部の長さを４０ｍｍ以上に設定することで、溶断時間を約１／３に低減できる結果が得られた。

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はコネクタバー２５とモータリード線２４の平面図であり、図３はスタータ１の一部断面を含む側面図である。
実施例１に示すスタータ１は、図３に示す様に、内蔵する電機子（後述する）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、バッテリ（図示せず）からモータ２へ通電される始動電流を断続すると共に、ロッド５及びボール６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７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８等より構成される。

モータ２は、磁界を形成する界磁（以下に説明する）と、この界磁の内周に配置される電機子とを有し、界磁と電機子との間に作用する電磁力によって電機子に回転力を発生する周知の直流電動機である。
界磁は、磁気回路を形成する円筒状のヨーク９と、このヨーク９の内周に配置される界磁コイル１０とで構成され、この界磁コイル１０に始動電流が流れることで磁界を形成する。なお、界磁コイル１０は、例えば４個設けられ、ヨーク９の内周に固定される４個の界磁極１１にそれぞれ巻線されている。

電機子は、一組の軸受１２、１３を介してフロントハウジング１４とエンドフレーム１５とに回転自在に支持された電機子軸１６と、この電機子軸１６の外周に圧入状態でセレーション嵌合する電機子鉄心１７と、この電機子鉄心１７に巻線される電機子コイル１８と、電機子軸１６の一端側（図３の右側）に設けられた整流子１９とで構成される。
整流子１９は、電機子軸１６の周囲にモールド樹脂（図示せず）によって支持された複数の整流子片を周方向等間隔に円筒状に配置して構成される。
整流子１９の外周には、複数のカーボンブラシ２０が配置され、ブラシスプリング２１によって整流子１９に押圧されている。このブラシ２０は、界磁コイル１０に接続される２個の正極側ブラシ２０と、ヨーク９等にアース接続される２個の負極側ブラシ２０とを有する。

出力軸４は、クラッチ８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。また、スプラインチューブ２２と出力軸４との間には、エンジン始動時に前方（図３の左方向）へ押し出された出力軸４を押し戻すためのリターンスプリング（図示せず）が配設されている。
ピニオンギヤ３は、フロントハウジング１４より前方へ突き出る出力軸４の端部にスプライン結合され、出力軸４と一体に回転する。
電磁スイッチ７は、キースイッチ（図示せず）の閉操作によりバッテリから通電されて電磁石を形成する励磁コイル２３と、この励磁コイル２３の内側に挿入され、電磁石に吸引されて図３の左方向へ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２の通電回路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（図示せず）を介して車載バッテリに接続され、他方の固定接点がモータリード線２４を介してコネクタバー２５（図２参照）に接続されている。

コネクタバー２５は、モータリード線２４と４個の界磁コイル１０とを電気的に接続する部品（図２参照）であり、例えば、断面円形を有する銅製の棒状部材を湾曲して設けられると共に、両端部に界磁コイル１０との接続部２５ａが平板状に形成され、両接続部２５ａの間にモータリード線２４との接続部２５ｂが平板状に形成されている。
このコネクタバー２５は、その全長に渡って、自身の断面積が界磁コイル１０の断面積より１／２以上小さく設けられている。言い換えると、界磁コイル１０の断面積に対するコネクタバー２５の断面積減少率が５０％以上である。また、コネクタバー２５は、モータリード線２４との接続部２５ｂから界磁コイル１０との接続部２５ａ（図１では一方の接続部）までの長さが４０ｍｍ以上を有している。つまり、コネクタバー２５は、界磁コイル１０の断面積より１／２以上小さい断面積減少部位（本発明のヒューズ部）が４０ｍｍ以上に渡って設けられている。

減速装置は、電機子軸１６のフロント側端部に形成されたドライブギヤ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、電機子軸１６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８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。

続いて、本実施例の作用を説明する。
キースイッチの閉操作により、電磁スイッチ７の励磁コイル２３が通電されて電磁石が形成されると、その電磁石に吸引されてプランジャが移動することにより、ロッド５及びボール６を介して出力軸４が前方（反電磁スイッチ方向）へ押し出され、出力軸４上に支持されたピニオンギヤ３がエンジンのリングギヤ（図示せず）に当接して停止する。
一方、プランジャの移動により、モータ接点が閉じると、バッテリから電磁スイッチ７を介してモータ２に通電されるため、界磁と電機子との間に電磁力が作用して、電機子が回転を開始する。

電機子の回転が減速装置で減速された後、クラッチ８を介して出力軸４に伝達され、その出力軸４が回転すると、ピニオンギヤ３がリングギヤに噛み合い可能な位置まで回転してリングギヤに噛み合うことにより、出力軸４の回転がピニオンギヤ３からリングギヤに伝達されて、エンジンのクランク軸（図示せず）を回転させる。
エンジン始動後、キースイッチの開操作により、励磁コイル２３への通電が停止して電磁石の吸引力が消滅すると、出力軸４がリターンスプリング（図示せず）の反力を受けて押し戻されるため、ピニオンギヤ３がリングギヤから離脱すると共に、プランジャがリターンスプリング２９（図３参照）の反力で初期位置へ押し戻されることにより、モータ接点が開いてバッテリからモータ２への通電が停止される。

（実施例１の効果）
例えば、キースイッチの戻り不良や、図示しないスタータリレーの溶着等により、モータ２に連続通電されると、電機子内部の絶縁部材が溶損して電機子コイル１８がレアーやアースに至ることで、界磁コイル１０に大きな（例えば数百アンペア）短絡電流が流れる。この短絡電流は、界磁コイル１０が溶断するまで流れ続けるが、実施例１に記載したモータ２では、コネクタバー２５の全長に渡って、界磁コイル１０の断面積に対するコネクタバー２５の断面積減少率が５０％以上に設定されているので、コネクタバー２５に発生するジュール熱が大きくなり、短時間でコネクタバー２５が溶断して、モータ２の内部回路を速やかに且つ確実に遮断できる。
実験によれば、コネクタバー２５のある一定長さにおいて、界磁コイル１０の断面積に対するコネクタバー２５の断面積減少率を５０％以上にすると、コネクタバー２５の断面積が界磁コイル１０の断面積と略等しい従来品と比較した場合に、溶断時間を約１／３に低減できる結果が得られた（図４参照）。

但し、断面積を減少した部分（ヒューズ部）の長さが短いと、コネクタバー２５に接続されるモータリード線２４及び界磁コイル１０への放熱により、コネクタバー２５が溶断するまでの時間が長くなる、あるいは溶断温度に到達できなくなる恐れがある。言い換えると、コネクタバー２５に設けられるヒューズ部の範囲が長くなる程、ヒューズ部に発生した熱がモータリード線２４及び界磁コイル１０へ逃げにくくなるため、より短時間で溶断温度に到達する。実験によれば、ヒューズ部の長さを４０ｍｍ以上に設定することで、溶断時間を従来品の約１／３に低減できる結果が得られた（図５参照）。
また、コネクタバー２５にヒューズ部を設けることによるモータ出力への影響は、界磁コイル１０にヒューズ部を設ける場合と比較して軽微であり、実験によれば、僅か１％程度の出力低下率を生じるだけで、エンジン始動性への影響はほとんど無い。

図６は渡り線３０によって接続された界磁コイル１０の展開図である。
この実施例２に示すモータ２は、界磁コイル１０同士を接続する渡り線３０に断面積減少部位（ヒューズ部）を設けた一例である。
渡り線３０は、一端がモータリード線２４に接続された第１の界磁コイル１０ａと、他端が正極側ブラシ２０に接続された第２の界磁コイル１０ｂとを直列に接続している。つまり、第１の界磁コイル１０ａの他端と第２の界磁コイル１０ｂの一端との間が渡り線３０によって電気的に接続されている。

この渡り線３０は、全長に渡って自身の断面積が界磁コイル１０の断面積より１／２以上小さく設けられている。言い換えると、界磁コイル１０の断面積に対する渡り線３０の断面積減少率が５０％以上である。また、渡り線３０は、第１の界磁コイル１０ａとの接続部から第２の界磁コイル１０ｂとの接続部までの長さが４０ｍｍ以上を有している。これにより、モータ２への連続通電によって界磁コイル１０及び渡り線３０に大きな（例えば数百アンペア）短絡電流が流れると、界磁コイル１０より断面積の小さい渡り線３０が短時間（実験によれば約２０秒）で溶断して、モータ２の内部回路を速やかに且つ確実に遮断できる。

（変形例）
実施例１に記載したコネクタバー２５は、接続部２５ａ、２５ｂ以外の部分の断面形状が円形であるが、断面円形に限定されるものではなく、例えば、矩形あるいは正方形等でも良い。同様に、実施例２に記載した渡り線３０の断面形状も円形、矩形、正方形等、適宜に選択できる。
実施例１では、コネクタバー２５の断面積が、自身の全長に渡って界磁コイル１０の断面積より小さく設けられているが、断面積減少部分（ヒューズ部）を４０ｍｍ以上の範囲で確保できれば、そのヒューズ部を除く部位の断面積を従来品と同等にしても良い。同様に、実施例２に記載した渡り線３０においても、ヒューズ部を４０ｍｍ以上の範囲で確保できれば、ヒューズ部を除く部位の断面積を従来品と同等にしても良い。

コネクタバーとモータリード線の平面図である（実施例１）。 コネクタバーの取付け状態を示すヨーク部の軸方向平面図である。 スタータの一部断面を含む側面図である。 コネクタバーの断面積減少率と溶断時間との関係を示す測定結果である。 コネクタバーの断面積減少部位の長さと溶断時間との関係を示す測定結果である。 渡り線によって接続された界磁コイルの展開図である（実施例２）。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
１０ 界磁コイル
１０ａ 第１の界磁コイル
１０ｂ 第２の界磁コイル
２４ モータリード線
２５ コネクタバー
２５ａ コネクタバーの界磁コイルとの接続部
２５ｂ コネクタバーのモータリード線との接続部
３０ 渡り線

Claims (6)

1. バッテリからモータリード線を介して始動電流が供給されることにより、内蔵する電機子に回転力を発生するモータを有し、前記電機子に発生する回転力をエンジンのリングギヤに伝達して前記エンジンを始動するスタータにおいて、
   前記モータは、
   前記始動電流が流れることで磁界を形成する界磁コイルと、
   前記モータリード線と前記界磁コイルとを接続するコネクタバーとを有し、
   前記コネクタバーは、前記モータリード線との接続部から前記界磁コイルとの接続部までの長さをＬとした時に、Ｌ／２以上の長さに渡って前記コネクタバーの断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられていることを特徴とするスタータ。
2. バッテリからモータリード線を介して始動電流が供給されることにより、内蔵する電機子に回転力を発生するモータを有し、前記電機子に発生する回転力をエンジンのリングギヤに伝達して前記エンジンを始動するスタータにおいて、
   前記モータは、
   前記始動電流が流れることで磁界を形成する第１及び第２の界磁コイルと、
   前記第１の界磁コイルと前記第２の界磁コイルとを接続する渡り線とを有し、
   前記渡り線は、前記第１の界磁コイルとの接続部から前記第２の界磁コイルとの接続部までの長さをＬとした時に、Ｌ／２以上に渡って前記渡り線の断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられていることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１に記載したスタータにおいて、
   前記コネクタバーの断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の断面積は、前記界磁コイルの断面積の１／２以下であることを特徴とするスタータ。
4. 請求項２に記載したスタータにおいて、
   前記渡り線の断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の断面積は、前記界磁コイルの断面積の１／２以下であることを特徴とするスタータ。
5. 請求項１または３に記載したスタータにおいて、
   前記コネクタバーの断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の長さは、４０ｍｍ以上であることを特徴とするスタータ。
6. 請求項２または４に記載したスタータにおいて、
   前記渡り線の断面積が前記界磁コイルの断面積より小さく設けられている部分をヒューズ部と呼ぶ時に、そのヒューズ部の長さは、４０ｍｍ以上であることを特徴とするスタータ。
   

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