JP2009165311A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】コネクションバー２９にヒューズ機能を具備させるスタータにおいて、断面積の異なる種々の素材を使い分けることなく溶断時間を可変する。
【解決手段】コネクションバー２９は、平角線を素材として設けられ、捩られることで長手方向に垂直な断面積が低下している。これにより、単一の平角線素材に対する捩り条件を変更することで断面積を様々に可変できるので、断面積の異なる種々の平角線素材を使い分けなくても、コネクションバー２９の溶断時間を可変することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンを始動するスタータに関する。

従来より、例えば、車両用エンジンの始動は、乗員のキースイッチ操作によりスタータが動作することで行われているが、キースイッチの戻り不良のような異常が発生すると、モータ回路に長時間の通電がされてスタータに過大な熱的負荷がかかる虞がある。そこで、モータ回路を含むスタータの電気回路にはヒューズが設けられ、異常時には、ヒューズを溶断させて電源とモータ回路との間を速やかに遮断できるように構成されている場合がある。

このようなヒューズ機能をスタータに具備させる技術として、例えば、スタータの電気回路を構成するモータリード線、界磁コイルまたはコネクションバー等の部材に断面積が小さい素材を採用する手段が考えられている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、この技術が採用されたスタータによれば、断面積が小さい部材（断面積小部材と呼ぶ）にヒューズ機能が具備されており、電気回路に長時間の通電がなされると、この断面積小部材が溶断されて電源とモータ回路との間が電気的に遮断される。また、このスタータによれば、断面積小部材全体の断面積を小さくすることで、熱の散逸を防止しているので、局所的に断面積を小さくする場合に比べてより短時間で溶断できる。

ところで、界磁コイルへの通電により磁束を形成するスタータには、アースの取り易さから、通電方向に関して、電磁スイッチのモータ側端子→界磁コイル→プラス側ブラシ→電機子コイル→マイナス側ブラシ→アースとなる構成を採るものが多い。このため、モータ回路における熱的負荷を考えた場合、ヒューズ機能は、最も電磁スイッチに近い部位、つまり、モータ側端子と界磁コイルとの間の部材に具備させることが好ましく、この点で、コネクションバーに着目することができる。

すなわち、コネクションバーは、モータリード線によりモータ側端子と電気的に接続するとともに複数の界磁コイルの全ての一端に電気的に接続して、各々の界磁コイルに並列に電流を分配する機能を有し、モータ回路を構成する部材の中で最も電磁スイッチに近い部位に組み込まれている。このため、コネクションバーを断面積小部材とし、コネクションバーにヒューズ機能を具備させれば、界磁コイル等の他の部材に熱的負荷をかけることなく、速やかに電源とモータ回路との間を電気的に遮断することができる。

しかし、電源とモータ回路との間の遮断に要する許容時間は、エンジン機種ごとに異なる。つまり、ヒューズ機能を具備する部分の溶断時間は、エンジン機種ごとに異ならせる必要がある。このため、コネクションバーを断面積小部材とする場合、断面積の異なる種々の素材をエンジン機種に応じて使い分ける必要があり、結果的に、製造工数が高くなる虞がある。
特開２００５−９４８９２号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、コネクションバーにヒューズ機能を具備させるスタータにおいて、断面積の異なる種々の素材を使い分けることなく、溶断時間を可変することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のスタータは、エンジンを始動するためのトルクを発生するモータと、モータへの通電を断続する電磁スイッチと、モータと電磁スイッチとを電気的に接続するモータリード線とを備える。
また、モータは、電機子の外周側で略等角度間隔に配されて電気的に並列接続する複数の界磁コイルと、平角線を素材として設けられ、複数の界磁コイルの全ての一端に電気的に接続して各々の界磁コイルに並列に電流を分配するコネクションバーとを有する。

また、電磁スイッチは、電源に電気的に接続する電源側端子、およびモータに電気的に接続するモータ側端子を有し、電源側端子およびモータ側端子の各々に設けられた固定接点に可動接点が当接することでモータへの通電をオンする。
さらに、モータリード線は、コネクションバーとモータ側端子とを電気的に接続することで、モータと電磁スイッチとを電気的に接続する。
そして、コネクションバーは、捩られることで長手方向に垂直な断面積が低下している。

平角線からなるコネクションバーは、捩られることで長手方向に垂直な断面積（以下、単に断面積と呼ぶ）が可変する。すなわち、平角線からなるコネクションバーに捩りを加えると、捩り後の長手方向の全長および捩り角のような捩りの条件に応じて断面積を可変できる。このため、単一の平角線素材に対する捩り条件を変更することで断面積を様々に可変できるので、断面積の異なる種々の平角線素材を使い分けなくても、コネクションバーの溶断時間を可変することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のスタータによれば、コネクションバーと界磁コイルとは、同一の平角線を素材として設けられている。
これにより、コネクションバーと界磁コイルとに、異なる平角線素材を使用する必要がなくなるので、スタータの１機種に使用すべき平角線素材を１品種に統一できる。なお、界磁コイルに平角線を用いると占積率を高めることができるので、この手段は、高出力のスタータにおいて特に顕著な効果を得ることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のスタータによれば、コネクションバーの断面積の低下量は、エンジンの機種に応じて可変されている。
これにより、断面積の異なる種々の平角線素材を使い分けなくても、エンジン機種に応じてコネクションバーの溶断時間を可変することができる。

最良の形態のスタータは、エンジンを始動するためのトルクを発生するモータと、モータへの通電を断続する電磁スイッチと、モータと電磁スイッチとを電気的に接続するモータリード線とを備える。
また、モータは、電機子の外周側で略等角度間隔に配されて電気的に並列接続する複数の界磁コイルと、平角線を素材として設けられ、複数の界磁コイルの全ての一端に電気的に接続して各々の界磁コイルに並列に電流を分配するコネクションバーとを有する。

また、電磁スイッチは、電源に電気的に接続する電源側端子、およびモータに電気的に接続するモータ側端子を有し、電源側端子およびモータ側端子の各々に設けられた固定接点に可動接点が当接することでモータへの通電をオンする。
さらに、モータリード線は、コネクションバーとモータ側端子とを電気的に接続することで、モータと電磁スイッチとを電気的に接続する。

そして、コネクションバーは、捩られることで長手方向に垂直な断面積が低下している。
さらに、コネクションバーと界磁コイルとは、同一の平角線を素材として設けられ、コネクションバーの断面積の低下量は、エンジンの機種に応じて可変されている。

〔実施例１の構成〕
実施例１のスタータ１の構成を、図１ないし図４を用いて説明する。
スタータ１は、図１に示すように、エンジン（図示せず）を始動するためのトルクを発生するモータ２と、減速装置３を介してモータ２からトルクを伝達されて回転する出力軸４と、出力軸４とヘリカルスプライン結合するとともに軸方向に進退するピニオン移動体５と、シフトレバー６を介してピニオン移動体５を軸方向に進退させるとともに、モータ２への通電を断続する電磁スイッチ７と、モータ２と電磁スイッチ７とを電気的に接続するモータリード線８とを備える。

モータ２は、電機子１１および界磁１２を有し、電機子１１に流れる電流と界磁１２により形成される磁束との相互作用によりトルクを発生する周知の直流電動機である。なお、モータ２は、後記するように４つの界磁極１３と４つの界磁コイル１４とを有する４極構造である（図２、図４参照）。

電機子１１は、回転軸１６、回転軸１６に固定される電機子鉄心１７、電機子鉄心１７に巻線される電機子コイル１８、および、電機子コイル１８と電気的に接続される整流子１９等により構成されている。ここで、回転軸１６は、一端が出力軸４に相対回転自在に支持され、他端がエンドフレーム２０に回転自在に支持されている。また、整流子１９は、回転軸１６の他方側に複数の整流子片２１が円筒状に配されて設けられ、個々の整流子片２１が電機子コイル１８に電気的に接続されている。

界磁１２は、円筒状に設けられてモータ２の機枠をなすヨーク２５、ヨーク２５の内周に固定される４つの界磁極１３、各々の界磁極１３に巻線される界磁コイル１４、および、整流子片２１に外周側から摺接するように配される２個づつのプラス側、マイナス側ブラシ２６、２７等により構成されている（図２〜図４参照）。

ここで、界磁コイル１４は、平角線を巻線することで形成されており、４つの界磁極１３および４つの界磁コイル１４は、電機子１１の外周側で略等角度間隔に配され、４つの界磁コイル１４は、コネクションバー２９により電気的に並列接続している。
なお、界磁コイル１４に平角線を用いると占積率を高めることができるので、スタータ１から出力されるトルクを高めることができる。

また、コネクションバー２９は、平角線を素材として設けられており、４つの界磁コイル１４の全ての一端に電気的に接続して各々の界磁コイル１４に並列に電流を分配するものである。そして、コネクションバー２９は、後記するようにモータリード線８が接続されており、モータ２の電気回路（以下、モータ回路と呼ぶ）を構成する部材の中で、通電方向に関して最も電磁スイッチ７に近い位置に組み込まれている。なお、コネクションバー２９は、ヨーク２５の他方側（つまり、エンドフレーム２０の側）の開口に組み込まれたインシュレータ３０により絶縁保持されている（図２参照）。

また、２個のプラス側ブラシ２６は、プラス側ピグテール３２を介して界磁コイル１４の他端に電気的に接続し、２個のマイナス側ブラシ２７は、マイナス側ピグテール３３を介してアース接続されている（図２〜図４参照）。そして、プラス側、マイナス側ブラシ２６、２７は、個々にブラシホルダ３４に収容されて整流子片２１に外周側から摺接するように配されている。
以上により、コネクションバー２９→界磁コイル１４→プラス側ブラシ２６→電機子コイル１８→マイナス側ブラシ２７の順に通電されるモータ回路が構成される。

出力軸４は、減速装置３を介して電機子１１の回転軸１６と同軸的に配され、一端がフロントハウジング３６に回転自在に支持され、他端がセンタケース３７に回転自在に支持されている。

ここで、減速装置３は、電機子１１の回転軸１６に設けられる太陽歯車３８と、太陽歯車３８に噛み合う遊星歯車３９とを有する周知の遊星歯車減速装置であり、電機子１１の回転を遊星歯車３９の公転に変換することで電機子１１の回転速度を減速するものである。そして、遊星歯車３９の公転は、ギヤ軸４０を介して出力軸４に伝達され、出力軸４の回転に変換される。

また、センタケース３７は、減速装置３を外周側から覆うようにフロントハウジング３６とヨーク２５との間に配されている。また、センタケース３７と減速装置３との間には、減速装置３に過大なトルクが作用した時に、この過大なトルクを吸収する滑り板式の衝撃吸収装置４１が組み込まれている。

ピニオン移動体５は、エンジンのリングギヤ（図示せず）と噛み合うピニオンギヤ４４と、モータ２から出力軸４に伝達されたトルクをピニオンギヤ４４に伝達する一方向クラッチ４５とで構成されている。

ピニオンギヤ４４は、電磁スイッチ７により軸方向一方側に押し出されて前進し、リングギヤに当接するとともに、モータ２のトルクにより回転してリングギヤに噛み合う。これにより、リングギヤがモータ２のトルクにより回されてエンジンが始動する。なお、ピニオンギヤ４４は、軸受４６を介して出力軸４に支持されている。

一方向クラッチ４５は、出力軸４にヘリカルスプライン嵌合するスプラインチューブ４８と、スプラインチューブ４８と一体に設けられて出力軸４からトルクを伝達されるアウタ４９と、ピニオンギヤ４４と一体に設けられ、アウタ４９の内周側に配されるインナ５０と、アウタ４９とインナ５０とに当接してアウタ４９からインナ５０にトルクを伝達するローラ５１とを有する。

そして、一方向クラッチ４５は、出力軸４から伝達されるトルクによりピニオンギヤ４４を回転させる。なお、エンジンが始動して、ピニオンギヤ４４およびインナ５０が出力軸４およびアウタ４９よりも高速で回転するようになると、ローラ５１がインナ５０に当接しなくなり、ピニオンギヤ４４およびインナ５０は出力軸４およびアウタ４９に対して空転する。

電磁スイッチ７は、シフトレバー６を介してピニオン移動体５を軸方向に進退させるとともに、モータ２への通電を断続する周知構造を有するものである。

すなわち、電磁スイッチ７は、ソレノイドコイル（図示せず）、ソレノイドコイルへの通電により励磁されて軸方向に変位するプランジャ（図示せず）、プランジャのリターンスプリング（図示せず）、電源５３に電気的に接続する電源側端子５４、モータ２に電気的に接続するモータ側端子５５、電源側端子５４およびモータ側端子５５の各々に設けられる固定接点５６、プランジャとともに変位する可動接点５７を有する（図３参照）。そして、電磁スイッチ７は、プランジャの変位により、シフトレバー６を回動させてピニオン移動体５を軸方向に進退させるとともに、固定接点５６に可動接点５７を離接させてモータ２への通電を断続する。

モータリード線８は、コネクションバー２９とモータ側端子５５とを電気的に接続することで、モータ２と電磁スイッチ７とを電気的に接続するものである。すなわち、モータリード線８のモータ２の側の端部は、ゴム製のグロメット５９に保持されてエンドフレーム２０の内部に引き込まれ、コネクションバー２９に接続している。また、電磁スイッチ７の側の端部は、リング状のターミナル６０として設けられ、ターミナル６０にモータ側端子５５が接続している（図２、図４参照）。

なお、グロメット５９は、ヨーク２５とエンドフレーム２０とにより軸方向に挟持されている。また、ターミナル６０は、モータ側端子５５に嵌合され、さらに、ナット６１により締め付けられてモータ側端子５５に接続している。

以上の構成により、乗員のキースイッチ操作によって、電磁スイッチ７のソレノイドコイルに通電が開始すると、ピニオン移動体５が軸方向に前進し、ピニオンギヤ４４がリングギヤに当接して停止する。同時に、可動接点５７が固定接点５６の方に移動する。

そして、可動接点５７が固定接点５６に当接してモータ回路に通電されると、モータ２にトルクが発生し、このトルクは、減速装置３および出力軸４を介してピニオンギヤ４４に伝達される。そして、ピニオンギヤ４４がリングギヤに対して回転するとともにリングギヤに噛み合い、モータ２のトルクによりリングギヤが回されてエンジンが始動する。

エンジン始動後、ソレノイドコイルへの通電が停止すると、可動接点５７が固定接点５６から離間し、モータ回路への通電が停止される。同時に、ピニオン移動体５が軸方向に後退してピニオンギヤ４４がリングギヤから離脱する。
そして、このようなスタータ１によるエンジン始動操作において、キースイッチの戻り不良のような異常が発生すると、モータ回路に長時間の通電がされてスタータ１に過大な熱的負荷がかかる虞がある。

〔実施例１の特徴〕
実施例１のスタータ１によれば、上記のようなモータ回路への長時間通電に対し、モータ回路の通電方向に関して最も電磁スイッチ７に近いコネクションバー２９に、ヒューズ機能が具備されている。すなわち、スタータ１のモータ回路は、コネクションバー２９にヒューズ機能を具備させることで、モータ回路に過大な熱的負荷がかかる前に電源５３とモータ回路との間を遮断できるように設けられている。

また、コネクションバー２９は、長手方向に垂直な断面積（以下、単に断面積という）が低下することでヒューズ機能を具備している。そして、この断面積の低下は、図５に示すように、コネクションバー２９を捩ることで実施されている。すなわち、コネクションバー２９は、長手方向の全長を長さＬとし、長手方向に垂直な短手方向の全幅を幅Ｗとする長板状の平角線素材に捩りを加えることで設けられており、例えば、この素材の長手方向の一端を固定するとともに他端に捩りを加えることで、断面積が低減されている。

そして、捩り後の断面積は、捩り後の全長および捩り角のような捩りの条件に応じて可変される。例えば、全長を長さＬに維持するとともに全幅を幅Ｗに維持しながら捩りを加えると、捩り角を大きくするほど断面積を低減できる。例えば、捩り前の全長（長さＬ）が捩り前の全幅（幅Ｗ）の２倍であるような場合（つまり、Ｌ＝２Ｗが成立する場合）、全長を長さＬに維持するとともに全幅を幅Ｗに維持しながら捩り角１８０°の捩りを加えると、断面積は１／１．４に低減される。

そして、このような断面積の低下量は、エンジンの機種に応じて可変されている。つまり、エンジン機種ごとに捩り条件が設定され、各捩り条件に応じて断面積が可変される。なお、コネクションバー２９と界磁コイル１４とは、同一の平角線を素材として設けられている。

〔実施例１の効果〕
実施例１のスタータ１によれば、コネクションバー２９は、平角線を素材として設けられ、モータリード線８に接続されるとともに、４つの界磁コイル１４の全ての一端に接続して各々の界磁コイル１４に並列に電流を分配する。そして、コネクションバー２９は、捩られることで長手方向に垂直な断面積が低下している。
これにより、単一の平角線素材に対する捩り条件を変更することで断面積を様々に可変できるので、断面積の異なる種々の平角線素材を使い分けなくても、コネクションバー２９の溶断時間を可変することができる。

また、コネクションバー２９と界磁コイル１４とは、同一の平角線を素材として設けられている。
これにより、コネクションバー２９と界磁コイル１４とに、異なる平角線素材を使用する必要がなくなるので、スタータ１の１機種に使用すべき平角線素材を１品種に統一できる。

また、コネクションバー２９の断面積の低下量は、エンジンの機種に応じて可変されている。
これにより、断面積の異なる種々の平角線素材を使い分けなくても、エンジン機種に応じてコネクションバー２９の溶断時間を可変することができる。

〔変形例〕
実施例１のスタータ１によれば、界磁コイル１４は平角線を素材として設けられていたが、丸線等の別の断面形状を有する素材により界磁コイル１４を設けてもよい。
また、実施例１のスタータ１によれば、モータ２は４つの界磁極１３と４つの界磁コイル１４とを有する４極構造であったが、例えば、６極構造、８極構造等としてもよい。

スタータの部分断面図である。 （ａ）は界磁の断面図であり、（ｂ）は界磁の正面図である。 モータ回路の回路図である。 コネクションバーへの接続を示す回路図である。 （ａ）は捩り前のコネクションバーを示す平面図であり、（ｂ）は捩り後のコネクションバーを示す平面図である。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
７ 電磁スイッチ
８ モータリード線
１１ 電機子
１４ 界磁コイル
２９ コネクションバー
５３ 電源
５４ 電源側端子
５５ モータ側端子
５６ 固定接点
５７ 可動接点

Claims (3)

1. エンジンを始動するためのトルクを発生するモータと、このモータへの通電を断続する電磁スイッチと、前記モータと前記電磁スイッチとを電気的に接続するモータリード線とを備え、
   前記モータは、電機子の外周側で略等角度間隔に配されて電気的に並列接続する複数の界磁コイルと、平角線を素材として設けられ、前記複数の界磁コイルの全ての一端に電気的に接続して各々の界磁コイルに並列に電流を分配するコネクションバーとを有し、
   前記電磁スイッチは、電源に電気的に接続する電源側端子、および前記モータに電気的に接続するモータ側端子を有し、前記電源側端子および前記モータ側端子の各々に設けられた固定接点に可動接点が当接することで前記モータへの通電をオンし、
   前記モータリード線は、前記コネクションバーと前記モータ側端子とを電気的に接続することで、前記モータと前記電磁スイッチとを電気的に接続し、
   前記コネクションバーは、捩られることで長手方向に垂直な断面積が低下していることを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載のスタータにおいて、
   前記コネクションバーと前記界磁コイルとは、同一の平角線を素材として設けられていることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスタータにおいて、
   前記コネクションバーの前記断面積の低下量は、前記エンジンの機種に応じて可変されていることを特徴とするスタータ。

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