JP3881047B2 - スタータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を駆動するスタータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の電気負荷増大により、バッテリが大型化して大容量化が図られている。これに対し、スタータは小型化が要求されて熱容量が減少しているため、大容量のバッテリでスタータが連続負荷運転された場合、モータの温度上昇に伴うスタータの熱的損傷という事態が考えられる。また、キースイッチの故障等により、ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合ったままモータが無負荷に近い状態で連続運転された場合にもスタータの熱的損傷を生じる。
この様な不具合を防止するために、例えば特公平６−７４７７８号では、マグネットスイッチに内蔵されたコイルの温度を検出して、その温度が所定温度に達した時にモータへの通電を遮断する方法が開示されている。
また、特開平２−２９０１４２号では、ブラシに温度センサを取り付けて、その検出温度が所定温度に達した時に、マグネットスイッチに内蔵されたコイルへの通電を遮断する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のコイル温度を検出する方法は、無負荷運転によるスタータの損傷を防止することはできるが、連続負荷運転の時には、バッテリ電圧の低下によりマグネットスイッチ（コイル）の温度上昇が無負荷運転時と比べて低下するのに対し、モータは著しく温度上昇が増大するため、モータを保護することができない。
また、ブラシ温度を検出する方法では、モータが無負荷運転された時に、モータの温度上昇が低いことから、ブラシに取り付けた温度センサが作動する所定温度に達するまでに時間がかかってしまい、無負荷運転によるスタータの損傷を防止することができないという問題があった。
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、１つの温度検出手段によってモータの無負荷運転近くから負荷運転時までの幅広い範囲でスタータの熱的損傷を防止することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、コイルの温度とブラシの温度を金属製の伝熱部材を通じて１つの温度検出手段で検出することができる。このため、モータが連続負荷運転によって過熱した場合、そのモータの熱がブラシに伝達されてブラシの温度が上昇するため、そのブラシ温度が所定温度に達した時にマグネットスイッチに内蔵されたコイルへの通電を遮断してモータ電流を停止することにより、モータの損傷を防止できる。また、モータが無負荷運転させられた場合には、モータの温度上昇は低いが、マグネットスイッチに内蔵されたコイルが過熱するため、伝熱部材を通じて検出されるコイル温度が所定温度に達した時にコイルへの通電を遮断してモータ電流を停止することにより、モータの損傷を防止できる。この様に、コイルの熱とブラシの熱を伝達する金属製の伝熱部材を通じてコイル温度とブラシ温度を１つの温度検出手段で検出できるため、低コストでモータの無負荷運転近くから負荷運転時までの幅広い範囲でスタータの熱的損傷を防止することが可能である。
【０００５】
請求項２の発明によれば、温度検出手段をスイッチヨークとブラシとの間に配設したことにより、温度の異なるスイッチヨークとブラシの温度を効率的に検出することができ、温度上昇の著しい部品を簡単に判別して通電制御手段を作動できる。
請求項３の発明によれば、バイメタルが所定温度に達した時に内部接点を開いてコイルへの通電を遮断することができるため、構造が簡単で通電制御手段にかかるコストを低く抑えることができる。
【０００６】
請求項４及び請求項５に記載したように、伝熱部材は、複数の部材で構成しても良いし、単一部材で構成しても良い。複数の部材で構成する場合は、請求項４に示すように、マグネットスイッチを保持するスイッチ保持体と、ブラシを保持するブラシホルダとから成り、そのスイッチ保持体とブラシホルダとが熱的に接触していれば良い。また、単一部材で構成する場合は、請求項５に示すように、ブラシホルダにマグネットスイッチを保持する保持部を一体に設けることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明が前提とする参考例について説明し、次に本発明の実施例について説明する。
（参考例）
図１はスタータのエンドカバー内部の構造を示す平面図（エンドカバーは断面図）、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本参考例のスタータ１は、図３に示すように、モータ２の始動時にピニオン３の回転を規制する回転規制部材４を有し、その回転規制部材４をモータ２の反ピニオン３側に配されたマグネットスイッチ５で駆動する構造を成す。
【０００８】
モータ２は、回転自在に支持されたアーマチャ６、このアーマチャ６の外周に配置される固定磁極７（例えば永久磁石）、固定磁極７を内周面に固定する円筒状のヨーク８、及びアーマチャ６の後端面（図３の右端面）に形成されたコンミテータ９に摺接するブラシ１０等より構成されている。但し、コンミテータ９は、ブラシ１０との摺接面がアーマチャ６の回転軸６ａと略直角を成す様に設けられている。
【０００９】
ブラシ１０は、２組の正極ブラシ１０ａと負極ブラシ１０ｂとから成り、スイッチ保持体１１（樹脂製）に形成されたブラシ摺動穴（図示しない）に摺動自在に挿入されて、ブラシホルダ１２（金属製）に保持されている。但し、正極ブラシ１０ａは、ブラシホルダ１２に対して絶縁部材３５（図４参照／実施例）を介して保持されている。この正極ブラシ１０ａは、リード線１３を通じて後述の主可動接点１４と電気的に接続され、負極ブラシ１０ｂは、リード線１５を通じてブラシホルダ１２と電気的に接続されてアースされている。スイッチ保持体１１は、図２に示すように、マグネットスイッチ５を保持するもので、ブラシホルダ１２に圧入状態で固定されている。また、スイッチ保持体１１には、後述する通電制御装置１６が取り付けられている。
【００１０】
ピニオン３は、その内周面にヘリカルスプライン（図示しない）が形成されて、出力軸１７の外周に形成されたヘリカルスプライン１７ａと嵌合しており、出力軸１７上をヘリカルスプライン１７ａに沿って前進することでエンジンのリングギヤ（図示しない）と噛み合うことができる。このピニオン３は、ピニオン３の前端側に配されたスプリング１８により後方へ付勢されている。ピニオン３の後端には、ピニオン３より外径の大きい回転規制プレート１９が一体に設けられている。この回転規制プレート１９の外周面には、軸方向に沿った係合溝１９ａが円周方向に等間隔で多数形成されている。
【００１１】
出力軸１７は、アーマチャ６の前方で回転軸６ａと同軸上に配されて、その先端側が軸受２０を介してフロントハウジング２１に回転自在に支持され、後端側が軸受（図示しない）を介してセンタケース２２に回転自在に支持されている。
センタケース２２は、フロントハウジング２１とヨーク８との間に配されて、モータ２の回転力を出力軸１７へ伝達する回転力伝達手段２３の外周を覆っている。なお、回転力伝達手段２３は、遊星歯車減速機構と一方向クラッチとから構成されるが、共に周知の構造であり、その説明は省略する。
【００１２】
回転規制部材４は、センタケース２２に対して軸方向への移動が規制された状態で上下方向（図３の上下方向）に移動可能に保持されて、図示しない復帰スプリングにより常時上方へ付勢されている。この回転規制部材４は、棒状の金属材から成り、両端部４ａ、４ｂが同一方向へ直角に曲げ起こされて、その曲げ起こされた一端部４ａにマグネットスイッチ５の作動を伝達する紐状部材２４の一端が連結されている。従って、紐状部材２４を介してマグネットスイッチ５により吸引されると、回転規制部材４が復帰スプリングのバネ力に抗して下方へ移動することにより、曲げ起こされた他端部４ｂが回転規制プレート１９の外周面に形成された係合溝１９ａに係合してピニオン３の回転を規制し、マグネットスイッチ５がオフすると、復帰スプリングのバネ力により上方へ付勢されて初期位置（図３に示す位置）へ復帰する。なお、紐状部材２４は、スイッチ保持体１１に固定されたローラ２５とセンタケース２２に固定されたローラ２６とに案内されて、マグネットスイッチ５の作動を回転規制部材４に伝達している。
【００１３】
マグネットスイッチ５は、エンドカバー２７の内部でアーマチャ６の回転軸６ａに対して動作方向（図３の上下方向）が直交する様に配置されて、前述のスイッチ保持体１１にスイッチヨーク５ａの一部が保持された状態でエンドカバー２７との間に挟持されている（図２参照）。このマグネットスイッチ５は、スイッチヨーク５ａの内部にコイル５ｂを有し、スタータスイッチ（図示しない）がＯＮ操作されてコイル５ｂが通電されると、コイル５ｂに発生する磁力によってコイル５ｂの中空内部に配されたプランジャ５ｃを吸引する。その結果、プランジャ５ｃに固定されたロッド５ｄが押し出されて（図３の上方へ移動する）モータ接点（下述する）を閉じるとともに、前述の紐状部材２４を介して回転規制部材４を駆動する。なお、紐状部材２４は、他端がプランジャ５ｃの底部に連結されている。
【００１４】
モータ接点は、電源端子２８に固定された主固定接点２９、この主固定接点２９に対応して可動する主可動接点１４、電源端子２８と電気的に接続された抵抗器３０、この抵抗器３０を介して電源端子２８と導通する副固定接点３１、及び副固定接点３１に対応して可動する副可動接点３２より構成される。但し、主可動接点１４と主固定接点２９との間隔より副可動接点３２と副固定接点３１との間隔の方が小さく設定されており、マグネットスイッチ５が作動してロッド５ｄが押し出されると、主可動接点１４が主固定接点２９に当接する前に副可動接点３２が副固定接点３１に当接してバッテリ電圧が抵抗器３０を介してモータ２に印加され、その後、主可動接点１４が主固定接点２９に当接して抵抗器３０を短絡することにより、モータ２に全電圧が印加される。
【００１５】
前述の通電制御装置１６は、ケース１６ａの内部に温度検出手段である１つの常閉バイメタル（図示しない）を収容するもので、図２に示すように、ケース１６ａの底面がブラシホルダ１２に密着した状態で、ケース１６ａの一部もしくは全長がスイッチ保持体１１に形成された保持穴１１ａに挿入されて保持されている。常閉バイメタルは、内部接点を有し、この内部接点が、スタータスイッチに接続されるスイッチ端子３３とコイル５ｂのプラス側リード線５ｅとの間に接続されている。この通電制御装置１６は、スイッチ保持体１１及びブラシホルダ１２を通じて伝達された熱（スイッチヨーク５ａを通じて伝わるコイル５ｂの熱及びブラシ１０の熱）の温度が所定温度（例えば１５０℃）に達すると、バイメタルが内部接点を開いてコイル５ｂへの通電を遮断する。なお、通電制御装置１６は、図１及び図２に示すように、ブラシホルダ１２に保持されたブラシ１０ａ、１０ｂとスイッチヨーク５ａとの間の位置に配置されることが望ましい。
【００１６】
次に、スタータ１の作動を説明する。
スタータスイッチがＯＮ操作されてマグネットスイッチ５が作動すると、プランジャ５ｃの移動に伴って紐状部材２４がマグネットスイッチ５側へ引っ張られることにより、回転規制部材４がセンタケース２２に沿って下方へ移動する。その結果、回転規制部材４の他端部４ｂが回転規制プレート１９の係合溝１９ａに係合してピニオン３の回転を規制する。
【００１７】
一方、プランジャ５ｃが吸引されてロッド５ｄの上方へ移動すると、先ず副可動接点３２が副固定接点３１に当接して導通することにより、モータ２が低電圧で起動する。モータ２の回転は、遊星歯車減速機構で減速（増力）されて出力軸１７に伝達されることにより出力軸１７が低速回転する。この出力軸１７の回転によってピニオン３も回転しようとするが、ピニオン３が回転規制部材４によって回転規制されていることから、出力軸１７の回転力はピニオン３に対して軸方向に押し出す推力として作用する。この結果、ピニオン３が出力軸１７に対してヘリカルスプライン１７ａに沿って前進してリングギヤと噛み合うことができる。
【００１８】
その後、ピニオン３が完全にリングギヤと噛み合うと、回転規制部材４の他端部４ｂが回転規制プレート１９の係合溝１９ａから外れて回転規制プレート１９の後端側に落ち込むことにより、ピニオン３の回転規制が解除される。これにより、更にプランジャ５ｃが吸引されるため、主可動接点１４が主固定接点２９に当接して導通し、モータ２に定格電圧が印加されてアーマチャ６が高速回転することにより、ピニオン３と噛み合ったリングギヤに回転力が伝達されてエンジンを始動することができる。
なお、エンジン始動後、ピニオン３がリングギヤによって回されると、エンジンの回転力がヘリカルスプライン１７ａの作用によってピニオン３を後退させる方向へ作用するが、回転規制プレート１９の後端側に落ち込んだ回転規制部材４の他端部４ｂが回転規制プレート１９の後端面を支持することにより、ピニオン３の後退を阻止することができる。
【００１９】
その後、スタータスイッチがＯＦＦ操作されてコイル５ｂへの通電が停止すると、それまで吸引されていたプランジャ５ｃが初期位置へ復帰することにより、主可動接点１４と主固定接点２９、及び副可動接点３２と副固定接点３１とが各々離れて導通が切れることにより、アーマチャ６の回転が停止する。一方、プランジャ５ｃの復帰に伴って、紐状部材２４を介して回転規制部材４を引っ張る力が消滅することから、回転規制部材４は復帰スプリングのバネ力によって初期位置へ復帰する。この結果、ピニオン３の後退を阻止していた回転規制部材４の他端部４ｂが回転規制プレート１９から外れるため、スプリング１８の付勢力及びリングギヤから受ける後退力によってピニオン３が初期位置（図３に示す位置）へ復帰する。
【００２０】
次に、通電制御装置１６の作用を説明する。
エンジンがなかなか始動しない時にスタータ１を長時間駆動したり、低温でエンジンの始動抵抗が大きい過負荷状態で駆動したりすると、モータ２の温度が急激に上昇する。このため、モータ２の熱がコンミテータ９に摺接するブラシ１０に伝わり、ブラシ１０とコンミテータ９との摺動熱も加わってブラシ１０の温度が上昇する。そこで、ブラシ１０を保持するブラシホルダ１２を通じて通電制御装置１６のバイメタルにブラシ１０の熱が伝わり、その熱の温度が所定温度に達するとバイメタルが内部接点を開くことにより、スイッチ端子３３とコイル５ｂとの導通が遮断されてコイル５ｂへの通電が停止される。
【００２１】
一方、エンジン始動後、スタータスイッチの故障等によりモータ２が無負荷運転された場合、モータ２の温度上昇は低いが、マグネットスイッチ５のコイル５ｂが過熱して温度上昇する。このため、スイッチヨーク５ａを通じてスイッチ保持体１１に伝わる熱が通電制御装置１６のバイメタルに伝達されて、その熱の温度が所定温度に達すると、上記の場合と同様にバイメタルが内部接点を開いてコイル５ｂへの通電が停止される。
【００２２】
（本参考例の効果）
本参考例では、コイル５ｂから発生する熱とモータ２からブラシ１０に伝わる熱をスイッチ保持体１１及びブラシホルダ１２を通じて同一のバイメタルに伝達する構成とし、そのバイメタルが所定温度以上で内部接点を開く様に設定したことで、モータ２の無負荷運転近くから負荷運転時までの幅広い範囲でスタータ１の熱的損傷を防止することができる。また、通電制御装置１６がスイッチヨーク５ａとブラシ１０ａ、１０ｂとの間の位置に取り付けられているため、スイッチヨーク５ａとブラシ１０ａ、１０ｂの高い方の温度を検出し易く、どちらの温度上昇が著しくても効率的に熱的損傷を防止できる。
【００２３】
（実施例）
次に、本発明のスタータを図面に基づいて説明する。図４はエンドカバー２７内部の構造を示す平面図（エンドカバー２７は断面図）、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本実施例は、図５に示すように、マグネットスイッチ５を保持する保持部３４をブラシホルダ１２と一体に形成した場合の一例を示すものである。通電制御装置１６は、ブラシホルダ１２に形成された保持穴１２ａに直接保持されている。本実施例では、ブラシホルダ１２が熱伝導性の良好な金属製（例えばアルミニウム製）であることから、マグネットスイッチ５のスイッチヨーク５ａ及びブラシ１０から通電制御装置１６内のバイメタルまでの伝熱感度が向上するため、コイル５ｂの温度及びブラシ１０の温度を精度良く検出できる。
【００２４】
（変形例）
本実施例では、フェイス型コンミテータ９の例を示したが、円筒型コンミテータでも良い。通電制御装置１６は、ケース１６ａ内に接点を有するバイメタルを例示したが、温度検出手段としてバイメタルの代わりに温度センサ（サーミスタ）を使用しても良い。また、本実施例では、コイル５ｂの熱がスイッチヨーク５ａを通じてブラシホルダ１２に伝達される構成であるが、温度検出手段を直接スイッチヨーク５ａに取り付けて、ブラシ１０からの熱を温度検出手段へ伝達するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンドカバー内部の構造を示す平面図（エンドカバーは断面図）である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】スタータの構造を示す断面図である。
【図４】エンドカバー内部の構造を示す平面図（エンドカバーは断面図）である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１ スタータ
２ モータ
５ マグネットスイッチ
５ａ スイッチヨーク
５ｂ コイル
６ アーマチャ
９ コンミテータ
１０ ブラシ
１０ａ 正極ブラシ
１０ｂ 負極ブラシ
１１ スイッチ保持体（伝熱部材）
１２ ブラシホルダ（伝熱部材）
１４ 主可動接点（モータ接点）
１６ 通電制御装置（通電制御手段）
２９ 主固定接点（モータ接点）
３０ 抵抗器（モータ接点）
３１ 副固定接点（モータ接点）
３２ 副可動接点（モータ接点）
３４ 保持部

Claims (5)

1. 軸方向の一端側にコンミテータを有するアーマチャを備え、前記コンミテータに摺接するブラシを通じて電流が流れることにより前記アーマチャに回転力を発生するモータと、
   軸方向で前記モータの前記コンミテータ側に配されて、スイッチヨークに収納されたコイルが通電されて作動することにより前記ブラシに繋がるモータ接点を閉じるマグネットスイッチと、
   前記ブラシ及び前記スイッチヨークが接触もしくは近接して配置される金属製の伝熱部材と、
   この伝熱部材の温度を検出する１つの温度検出手段を配設し、この１つの温度検出手段で検出された温度が所定温度に達した時に前記コイルへの通電を遮断する通電制御手段とを備えたスタータ。
2. 前記温度検出手段は、前記スイッチヨークと前記ブラシとの間に配設されていることを特徴とする請求項１記載のスタータ。
3. 前記通電制御手段は、前記温度検出手段としてバイメタルを有し、このバイメタルが所定温度に達した時に内部接点を開くことにより前記コイルへの通電を遮断することを特徴とする請求項１または２記載のスタータ。
4. 前記伝熱部材は、前記マグネットスイッチを保持するスイッチ保持体と、前記ブラシを保持するブラシホルダとから成ることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載されたスタータ。
5. 前記伝熱部材は、前記ブラシを保持するブラシホルダで、このブラシホルダに前記マグネットスイッチを保持する保持部が一体に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載されたスタータ。

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