JP2003244900A

JP2003244900A - 回転電機

Info

Publication number: JP2003244900A
Application number: JP2002043045A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shiga; 志賀　　孜; Shinji Usami; 伸二宇佐見; Masami Niimi; 正巳新美
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】接点寿命を向上でき、且つ接点溶着を抑制で
きること。【解決手段】ブラシ移動手段は、正極ブラシ４ａを手
動操作することはなく、正極ブラシ４ａに取り付けられ
た磁石１１と、この磁石１１に近接して配置された励磁
コイル１２とで構成される。励磁コイル１２は、コント
ローラ１３により通電されて磁力を発生し、この磁力が
有する極性に応じて磁石１１との間に吸引力または反発
力を発生する。コントローラ１３は、キースイッチ１４
が閉じると、励磁コイル１２に対しＮの極性を有する磁
力が発生する様に通電し、正極ブラシ４ａが整流子面２
ａに当接した後、２個の正極ブラシ４に通電する。その
後、エンジンが始動すると、励磁コイル１２に対しＳの
極性を有する磁力が発生する様に通電電流の向きを切り
替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシを具備する
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスタータは、モータへの通電を開
閉する電磁スイッチを備えている。この電磁スイッチ
は、モータの通電回路に設けられる一対の固定接点に対
向して可動する可動接点を有し、この可動接点を駆動し
て一対の固定接点に当接させることにより、モータの通
電回路が閉成して、バッテリからモータに大電流が流れ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスタータに使用
される電磁スイッチでは、可動接点が固定接点に安定し
て接触するまでにバウンスを繰り返すため、このバウン
スによって可動接点が固定接点から離れる際にアーク電
流が発生することがある。特に、スタータの場合は、モ
ータの起動時に流れる電流が大きいため、発生するアー
ク電流も大きくなる。

【０００４】ところが、大電流をスタータのモータに通
電及び遮断する可動接点及び固定接点は、一般に融点が
低い銅材料より形成されることが多いため、アークの発
生によって接点寿命が短くなる傾向にあった。また、接
点寿命が短くなるに連れて接点同士が溶着する可能性が
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、接点寿命を向上でき、且つ接点溶着を
抑制できる回転電機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（請求項１の発明）本発
明は、整流子を具備するアーマチャと、このアーマチャ
の径方向外側に配置された界磁手段と、整流子面に当接
してバッテリ電流をアーマチャに供給するブラシとを備
えた回転電機であって、ブラシは、整流子面に当接する
当接位置と整流子面から離れる離間位置との間で移動可
能に設けられて、アーマチャにバッテリ電流を流すため
の通電回路を開閉するスイッチ機能を有し、ブラシを手
動操作することなく、当接位置と離間位置との間で移動
させるブラシ移動手段を備え、このブラシ移動手段は、
アーマチャにバッテリ電流を流す時にブラシを離間位置
から当接位置へ移動させ、バッテリ電流を遮断する時に
ブラシを当接位置から離間位置へ移動させることを特徴
とする。

【０００６】この構成によれば、手動操作をすることが
ないブラシ移動手段によって、ブラシが整流子面から離
間した離間位置から、ブラシが整流子面に当接する当接
位置に移動し、バッテリ電流がブラシを介してアーマチ
ャに給電されるため、アークが飛びづらくなる。その結
果、接点寿命の向上が可能となり、接点寿命の低下が抑
制できる。また、アーマチャに通電されるバッテリ電流
をブラシの移動によってON/OFFできる（つまり、ブラシ
が整流子面に当接した時にON、ブラシが整流子面から離
れた時にOFF する）ため、アーマチャの通電回路を開閉
する専用の開閉スイッチを廃止できる。

【０００７】（請求項２の発明）請求項１に記載した回
転電機において、ブラシは、少なくとも一組の正極ブラ
シと負極ブラシから成り、その内の少なくとも１個のブ
ラシが通電回路を開閉するスイッチ機能を有し、且つカ
ーボン材を主体として形成されている。スイッチ機能を
有するブラシがカーボンを主体として形成されているの
で、大電流が流れてもアークが飛びづらく、接点として
のブラシ寿命が低下することを抑制できる。

【０００８】（請求項３の発明）請求項２に記載した回
転電機において、スイッチ機能を有するブラシ以外の他
のブラシは、銅を主体として形成されている。この場
合、カーボンブラシと比較して銅ブラシの方が通電抵抗
を小さくできるので、スイッチ機能を有するブラシをカ
ーボン製としたことに伴うバッテリ電流の低下を好適に
抑制できる。

【０００９】（請求項４の発明）請求項１〜３に記載し
た何れかの回転電機は、内燃機関を始動させるスタータ
のモータ部を構成している。本発明の回転電機をスター
タのモータ部として構成した場合、従来のスタータに用
いられる電磁スイッチのモータ電流（バッテリ電流）を
通電及び遮断する機能を廃止できるので、アーマチャの
通電回路における抵抗部材を少なくできる。その結果、
通電回路の電圧降下を小さくできるため、所定のモータ
性能を確保できる。また、電磁スイッチ自体を廃止する
ことも可能であり、その場合は、スタータ全体の設計自
由度が大幅に向上する。

【００１０】（請求項５の発明）内燃機関を始動させる
ために必要な回転力を発生するモータ部と、このモータ
部に駆動されて回転する出力軸と、この出力軸上を移動
可能に設けられたピニオンギヤと、このピニオンギヤを
内燃機関のリングギヤに噛み合わせるために、ピニオン
ギヤをリングギヤ方向に移動させるピニオン移動手段と
を有し、モータ部の回転力をピニオンギヤからリングギ
ヤに伝達して内燃機関を始動させるスタータにおいて、
請求項１〜４に記載した何れかの回転電機は、モータ部
を構成している。

【００１１】この場合、ピニオンギヤをリングギヤに噛
み合わせるべく、ピニオンギヤをリングギヤ方向に移動
させるピニオン移動手段を有するスタータに対し、請求
項１〜４に記載した何れかの回転電機をモータ部に適用
すれば、作動回数の多いエコラン始動に対応が容易であ
る。また、整流子面に当接するブラシがカーボン材の場
合、このカーボン材の設定に応じて、ピニオンギヤがリ
ングギヤに当接するまでは、モータ部の回り始めを低速
に回転させ、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合った
後、モータ部が所定の回転をする設定が容易であり、噛
み合い性を大幅に向上できる。

【００１２】更に、請求項４の発明と同様に、従来のス
タータに用いられる電磁スイッチのモータ電流を通電及
び遮断する機能を廃止できるので、アーマチャの通電回
路における抵抗部材を少なくできる。その結果、通電回
路の電圧降下を小さくできるため、所定のモータ性能を
確保できる。また、電磁スイッチ自体を廃止することも
可能であり、その場合は、スタータ全体の設計自由度が
大幅に向上する。

【００１３】（請求項６の発明）内燃機関を始動させる
ために必要な回転力を発生するモータ部と、このモータ
部に駆動されて回転する出力軸と、この出力軸上に設け
られるピニオンギヤと、出力軸にヘリカルスプライン係
合して、ピニオンギヤと一体に出力軸上を移動可能に設
けられたピニオン移動体と、出力軸がモータ部に駆動さ
れて回転する前に、ピニオン移動体の回転を規制する回
転規制手段とを有し、回転規制されたピニオン移動体が
出力軸の回転を受けて軸方向に押し出され、ピニオンギ
ヤが内燃機関のリングギヤに噛み合うことにより、モー
タ部の回転力をピニオンギヤからリングギヤに伝達して
内燃機関を始動させる回転規制噛合い式スタータにおい
て、請求項１〜４に記載した何れかの回転電機は、モー
タ部を構成している。

【００１４】この場合、ピニオン移動体とヘリカルスプ
ライン係合する出力軸と、ピニオン移動体を回転規制す
る回転規制手段とを有するスタータに対し、請求項１〜
４に記載した何れかの回転電機をモータ部に適用すれ
ば、作動回数の多いエコラン始動に対応が容易である。
また、整流子面に当接するブラシがカーボン材の場合、
このカーボン材の設定に応じて、ピニオンギヤがリング
ギヤに当接するまでは、モータ部の回り始めを低速に回
転させ、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合った後、モ
ータ部が所定の回転をする設定が容易であり、噛み合い
性を大幅に向上できる。

【００１５】更に、請求項４の発明と同様に、従来のス
タータに用いられる電磁スイッチのモータ電流を通電及
び遮断する機能を廃止できるので、アーマチャの通電回
路における抵抗部材を少なくできる。その結果、通電回
路の電圧降下を小さくできるため、所定のモータ性能を
確保できる。また、電磁スイッチ自体を廃止することも
可能であり、その場合は、スタータ全体の設計自由度が
大幅に向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１はスタータ１の半断面図である。本
実施例の回転電機は、例えば二輪車用のスタータ１であ
り、図１に示すように、整流子２を具備するアーマチャ
３と、このアーマチャ３の径方向外側に配置される界磁
手段（後述する）と、整流子面２ａに当接してバッテリ
電流をアーマチャ３に供給するブラシ４（４ａを含む）
と、このブラシ４を移動させるブラシ移動手段（後述す
る）等より構成される。

【００１７】アーマチャ３は、回転軸５と、この回転軸
５に圧入固定されるアーマチャコア６、及びアーマチャ
コア６に組み付けられるアーマチャコイル７等より構成
される。回転軸５の一端側（反整流子２側）には、エン
ジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合うピニオンギ
ヤ８が形成されている。

【００１８】アーマチャコイル７は、略コの字形を有す
る下層コイル体７Ａと上層コイル体７Ｂとを複数個ずつ
アーマチャコア６のスロット（図示しない）に挿入して
組み付けられ、両コイル体７Ａ、７Ｂの端部同士を接合
して形成される。また、上層コイル体７Ｂの一方のコイ
ル端部７ａは、サーフェイス型整流子２を構成する個々
の整流子片として利用され、その整流子片（コイル端部
７ａ）の軸方向端面が整流子面２ａとして形成されてい
る。

【００１９】界磁手段は、スタータ１のハウジングを兼
ねるヨーク９の内周面に永久磁石１０を配置して構成さ
れる。ブラシ４は、図２に示す様に、二組の正極ブラシ
４と負極ブラシ４とから成り、その内の１個の正極ブラ
シ４ａが本発明のスイッチ機能を有している。そのスイ
ッチ機能を有する正極ブラシ４ａは、カーボンを主体と
して形成され、整流子面２ａに当接する当接位置と整流
子面２ａから離れる離間位置との間で移動可能に設けら
れている。なお、離間位置とは、正極ブラシ４ａが、整
流子面２ａから離れた位置にあるという意味である。そ
の他のブラシ４（スイッチ機能を有する正極ブラシ４ａ
以外のブラシ４）は、銅を主体として形成され、図示し
ないスプリングに付勢されて、整流子面２ａに常時押圧
されている。

【００２０】ブラシ移動手段は、スイッチ機能を有する
正極ブラシ４ａを手動操作することはなく、正極ブラシ
４ａに取り付けられた磁石１１と、この磁石１１に近接
して配置された励磁コイル１２とで構成される。磁石１
１は、何方か一方の磁極面（図１ではＮ極）が励磁コイ
ル１２と対向する様に正極ブラシ４ａの反整流子側端面
に取り付けられ、その正極ブラシ４ａと一体に移動可能
に設けられている。

【００２１】励磁コイル１２は、コントローラ１３によ
り通電されて磁力を発生し、この磁力が有する極性に応
じて磁石１１との間に吸引力または反発力（斥力）を発
生する。つまり、励磁コイル１２に生じる磁力の極性が
Ｓの時は、磁石１１との間に吸引力が発生し、磁力の極
性がＮの時は、磁石１１との間に反発力が発生する。コ
ントローラ１３は、キースイッチ１４が閉じると、バッ
テリ１５から電力の供給を受けて、励磁コイル１２に対
しＮの極性を有する磁力が発生する様に通電し、正極ブ
ラシ４ａが整流子面２ａに当接した後、２個の正極ブラ
シ４に通電する。その後、エンジンが始動すると、励磁
コイル１２に対しＳの極性を有する磁力が発生する様に
通電電流の向きを切り替える。

【００２２】次に、スタータ１の作動を説明する。乗員
によりキースイッチ１４が投入されると、コントローラ
１３を通じて励磁コイル１２が通電され、励磁コイル１
２に生じる磁力の極性（Ｎ）に磁石１１が反発すること
により、その反発力を受けて正極ブラシ４ａが整流子面
２ａに当接する。その後、コントローラ１３を通じて２
個の正極ブラシ４が通電され、アーマチャコイル７にバ
ッテリ電流が供給されて、アーマチャ３に回転力が発生
する。

【００２３】アーマチャ３の回転力がピニオンギヤ８か
らリングギヤに伝達されてエンジンが始動すると、コン
トローラ１３により励磁コイル１２に対する通電電流の
向きが切り替えられる。その結果、励磁コイル１２に生
じる磁力の極性（Ｓ）に磁石１１が吸引され、その吸引
力を受けて正極ブラシ４ａが整流子面２ａから離れるこ
とにより、アーマチャコイル７への通電が停止する。

【００２４】（第１実施例の効果）本実施例のスタータ
１は、磁石１１と励磁コイル１２とから成るブラシ移動
手段によって、正極ブラシ４ａが整流子面２ａから離間
した離間位置から、正極ブラシ４ａが整流子面２ａに当
接する当接位置に移動し、バッテリ電流が正極ブラシ４
ａを介してアーマチャ３に給電されるため、アークが飛
びづらくなる。その結果、接点寿命の向上が可能とな
り、接点寿命の低下が抑制できる。

【００２５】また、１個の正極ブラシ４ａにバッテリ電
流を通電及び遮断するためのスイッチ機能を持たせてい
るので、従来のスタータに用いられる電磁スイッチのモ
ータ電流（バッテリ電流）を通電及び遮断する機能を廃
止できる。その結果、アーマチャ３の通電回路における
抵抗部材を少なくでき、通電回路の電圧降下を小さくで
きるため、所定のモータ性能を確保できる。

【００２６】また、スイッチ機能を有する正極ブラシ４
ａがカーボンを主体として形成されているため、大電流
が流れてもアークが飛びづらく、接点としてのブラシ寿
命が低下することを抑制できる。更に、スイッチ機能を
有する正極ブラシ４ａ以外の他のブラシ４は、銅を主体
として形成されているため、カーボンブラシと比較して
銅ブラシの方が通電抵抗を小さくできることから、スイ
ッチ機能を有する正極ブラシ４ａをカーボン製としたこ
とに伴うバッテリ電流の低下を好適に抑制できる。

【００２７】（第２実施例）図３はアーマチャ３の半断
面図である。本実施例のスタータ１は、複数個の整流子
片を円筒形状に組み立てて構成されたラジアル型整流子
２を有し、整流子面２ａに対し径方向に二組の正極ブラ
シ４と負極ブラシ４が配置され、その内の１個の正極ブ
ラシ４ａが、整流子面２ａに当接する当接位置と整流子
面２ａから離れる離間位置との間で移動可能に設けられ
ている（図４参照）。

【００２８】この正極ブラシ４ａを移動させるブラシ移
動手段は、図３に示す様に、正極ブラシ４ａの反整流子
側端面に取り付けられたロッド１６と、このロッド１６
の端部に設けられる磁性体１７、及びロッド１６を駆動
する励磁コイル１８とで構成され、コントローラ１３を
介して励磁コイル１８が通電されると、励磁コイル１８
に生じる磁力を受けて磁性体１７が吸引されることによ
り、ロッド１６と共に正極ブラシ４ａが図示下方へ移動
して整流子面２ａに当接する。

【００２９】本実施例の構成においても、第１実施例と
同様の効果を得ることができる。また、コトンローラ１
３と正極ブラシ４ａとの間に、所定の温度以上でアーマ
チャ３の通電回路を遮断するバイメタル式接点１９を設
けても良い。この場合、バイメタルが所定の温度まで上
昇した時点で、通電回路を自動的に遮断できるので、例
えばアーマチャ３への連続通電を防止できる。

【００３０】（変形例）第１実施例のスタータ１は、ピ
ニオンギヤ８が常時リングギヤに噛み合っている構成で
あるが、例えば四輪自動車等に用いられるスタータにも
本発明の回転電機を適用することができる。例えば、実
開昭63-105461 号公報の図３に示される様に、内燃機関
を始動させるために必要な回転力を発生するモータ部
と、このモータ部に駆動されて回転する出力軸と、この
出力軸上を移動可能に設けられたピニオンギヤと、この
ピニオンギヤを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるた
めにピニオンギヤをリングギヤ方向に移動させるピニオ
ン移動手段と有し、モータ部の回転力をピニオンギヤか
らリングギヤに伝達して内燃機関を始動させるスタータ
において、本発明の回転電機は、モータ部を構成してい
る。

【００３１】あるいは、特許第2979973 号公報に示され
る様に、内燃機関を始動させるために必要な回転力を発
生するモータ部と、このモータ部に駆動されて回転する
出力軸と、この出力軸上に設けられるピニオンギヤと、
出力軸にヘリカルスプライン係合して、ピニオンギヤと
一体に出力軸上を移動可能に設けられたピニオン移動体
と、出力軸がモータ部に駆動されて回転する前に、ピニ
オン移動体の回転を規制する回転規制手段とを有し、回
転規制されたピニオン移動体が出力軸の回転を受けて軸
方向に押し出され、ピニオンギヤが内燃機関のリングギ
ヤに噛み合うことにより、モータ部の回転力をピニオン
ギヤからリングギヤに伝達して内燃機関を始動させる回
転規制噛合い式スタータにおいて、本発明の回転電機
は、モータ部を構成している。

【００３２】この様に、本発明の回転電機をスタータの
モータ部として構成した場合、従来のスタータに用いら
れる電磁スイッチ自体を廃止することも可能であり、そ
の場合は、スタータ全体の設計自由度が大幅に向上す
る。また、第１及び第２実施例で説明した様に、スイッ
チ機能を有する正極ブラシ４ａがカーボンを主体として
形成されているので、カーボン材の設定に応じて、ピニ
オンギヤ８がリングギヤに当接するまではアーマチャ３
の回転立ち上がり速度を低く抑え、ピニオンギヤ８がリ
ングギヤに噛み合った後、アーマチャ３が所定の回転速
度で回転できるように構成することが容易にできるの
で、ピニオンギヤ８とリングギヤとの噛み合い性を大幅
に向上できる。更に、上記の変形例に示すスタータであ
れば、作動回数の多いエコラン始動にも容易に対応でき
る。

【００３３】第１実施例では、エンジンが始動すると、
正極ブラシ４ａを整流子面２ａから離すために、励磁コ
イル１２に対する通電電流の向きを切り替えているが、
例えば励磁コイル１２への通電を停止して、スプリング
等の付勢力で正極ブラシ４ａを整流子面２ａから離す様
に構成しても良い。また、第２実施例では、アーマチャ
３の通電回路にバイメタル式接点１９を設ける例を示し
たが、このバイメタル式接点１９を第１実施例にも適用
できる。あるいは、バイメタル式接点１９の代わりに温
度ヒューズ等の何らかのフェイルセーフ機能を設けても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】スタータの半断面図である（第１実施例）。

【図２】整流子面を示す軸方向正面図である（第１実施
例）。

【図３】アーマチャの半断面図である（第２実施例）。

【図４】整流子に対するブラシの配置を示す軸方向正面
図である（第２実施例）。

【符号の説明】

１スタータ（回転電機）２整流子３アーマチャ４ブラシ４ａスイッチ機能を有する正極ブラシ９ヨーク（界磁手段）１０永久磁石（界磁手段）１１磁石（ブラシ移動手段：第１実施例）１２励磁コイル（ブラシ移動手段：第１実施例）１６ロッド（ブラシ移動手段：第２実施例）１８
励磁コイル（ブラシ移動手段：第２実施例）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 23/00 Ｈ０２Ｋ 23/00 Ａ (72)発明者新美正巳愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H613 AA08 BB04 BB14 BB23 GA14 TT06 TT09 5H623 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】整流子を具備するアーマチャと、このアーマチャの径方向外側に配置された界磁手段と、整流子面に当接してバッテリ電流を前記アーマチャに供
給するブラシとを備えた回転電機であって、前記ブラシは、前記整流子面に当接する当接位置と前記
整流子面から離れる離間位置との間で移動可能に設けら
れて、前記アーマチャにバッテリ電流を流すための通電
回路を開閉するスイッチ機能を有し、前記ブラシを手動操作することなく、前記当接位置と前
記離間位置との間で移動させるブラシ移動手段を備え、
このブラシ移動手段は、前記アーマチャにバッテリ電流
を流す時に前記ブラシを前記離間位置から前記当接位置
へ移動させ、前記バッテリ電流を遮断する時に前記ブラ
シを前記当接位置から前記離間位置へ移動させることを
特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１に記載した回転電機において、前記ブラシは、少なくとも一組の正極ブラシと負極ブラ
シから成り、その内の少なくとも１個の前記ブラシが前
記通電回路を開閉するスイッチ機能を有し、且つカーボ
ン材を主体として形成されていることを特徴とする回転
電機。
【請求項３】請求項２に記載した回転電機において、前記スイッチ機能を有するブラシ以外の他のブラシは、
銅を主体として形成されていることを特徴とする回転電
機。
【請求項４】請求項１〜３に記載した何れかの回転電機
は、内燃機関を始動させるスタータのモータ部を構成し
ていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】内燃機関を始動させるために必要な回転力
を発生するモータ部と、このモータ部に駆動されて回転する出力軸と、この出力軸上を移動可能に設けられたピニオンギヤと、このピニオンギヤを前記内燃機関のリングギヤに噛み合
わせるために、前記ピニオンギヤを前記リングギヤ方向
に移動させるピニオン移動手段とを有し、前記モータ部
の回転力を前記ピニオンギヤから前記リングギヤに伝達
して前記内燃機関を始動させるスタータにおいて、請求項１〜４に記載した何れかの回転電機は、前記モー
タ部を構成していることを特徴とする回転電機。
【請求項６】内燃機関を始動させるために必要な回転力
を発生するモータ部と、このモータ部に駆動されて回転する出力軸と、この出力軸上に設けられるピニオンギヤと、前記出力軸にヘリカルスプライン係合して、前記ピニオ
ンギヤと一体に前記出力軸上を移動可能に設けられたピ
ニオン移動体と、前記出力軸が前記モータ部に駆動されて回転する前に、
前記ピニオン移動体の回転を規制する回転規制手段とを
有し、回転規制された前記ピニオン移動体が前記出力軸の回転
を受けて軸方向に押し出され、前記ピニオンギヤが前記
内燃機関のリングギヤに噛み合うことにより、前記モー
タ部の回転力を前記ピニオンギヤから前記リングギヤに
伝達して前記内燃機関を始動させる回転規制噛合い式ス
タータにおいて、請求項１〜４に記載した何れかの回転
電機は、前記モータ部を構成していることを特徴とする
回転電機。