JP2010249071A - スタータユニットおよびそれを備えたガスヒートポンプ並びにコジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源を電源として利用しても安定したスタータの駆動を実現可能なスタータユニットを提供すること。
【解決手段】エンジンを始動させるスタータ２と、スタータ２に電力を供給する電力供給部３とを備え、スタータ２はスタータモータ２４と、スタータモータ２４と電力供給部３との接続と非接続とを切り替える第１切替部４０とを備え、第１切替部４０は可動鉄心と可動鉄心に巻き付けられたコイルとを備え、コイルに流れる電流によってスタータモータ２４と電力供給部３との接続と非接続とを切り替え、電力供給部３は、電源１０の電力を降圧してスタータ２に供給する電力調整部６０と電源１０とスタータ２との間に設けられ、電源１０とスタータ２との接続と非接続とを切り替える第２切替部１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタータユニットおよびそれを備えたガスヒートポンプ並びにコジェネレーションシステムに関するものである。

従来、例えば、自動車等のエンジンとして、ガソリンと空気とを混合・圧縮させ、電気火花により着火させるガソリンエンジン、空気を圧縮させ高温にした状態で軽油をその中に噴射させ着火させるディーゼルエンジン等が知られている。また、これらエンジンを自力で始動させるために、スタータを用い、このスタータによって所定の回転数でエンジンのクランクシャフトを回転させることが知られている。

特許第２７７８１６３号公報

例えば、上記特許文献１には、図３に示されるような構成のスタータが開示されている。図３に示したスタータにおいては、スタータ１００を起動する場合に、スタータスイッチ３１をオン状態にすると、プランジャ（可動鉄心）３２に巻きつけられたプルインコイル３４とホールディングコイル３３とに電流が流れる。プルインコイル３４とホールディングコイル３３とに電流が流れることによりプランジャ３２に磁力が励起され、プランジャ３２が固定接点３７、３８側に吸引され、固定接点３７、３８と接触される。プランジャ３２が固定接点３７、３８に接触されると、電源３０と接続されている第１固定接点３７とスタータモータ３５に接続された第２固定接点３８とがプランジャ３２によって電気的に接続された状態とされる。

これにより、電源３０から供給される電力は、プランジャ３２を介してスタータモータ３５に供給されることとなり、スタータモータ３５が回転する。また、固定接点３７、３８とプランジャ３２とが接触している場合には、第１固定接点３７およびスタータスイッチ３１とコイルとの接点５０に電位差が生じないため、プルインコイル３４には電流は流れず、ホールディングコイル３３にのみスタータスイッチ３１を介して接地方向に電流が流れる。

スタータ１００を停止する場合に、スタータスイッチ３１をオフ状態にすると、電源と接続される第１固定接点３７と、スタータスイッチ３１とプランジャ３２に設けられたコイルとの接点５０とに電位差が生じ、プルインコイル３４にはスタータスイッチ３１をオン状態にしたときと逆向きに電流が流れる。ここで、プルインコイル３４の吸引力はホールディングコイル３３の吸引力よりも大きくなるようにそれぞれのコイルの巻線が設計されているため、スタータスイッチ３１をオフ状態にした場合には、逆向きに流れる電流によって、プランジャ３２が元の位置（固定接点３７、３８から離脱する方向）に移動する。

ところで、このようなスタータは、電源を商用電源とする場合には、直流電源である場合と同様に用いることは難しい。例えば、商用電源には電力変動があるため、電力変動によって電力が低下した場合であっても、装置を安定して稼働させるような工夫が必要となる。この工夫として、例えば、商用電源の電力を大きめに設定することが考えられる。

しかしながら、スタータへの供給電力を大きくしてしまうと、装置で必要となる電力と比較して大きな電力がスタータに印加され、プルインコイルとホールディングコイルとに励磁される磁力が大きくなる。これにより、プランジャが固定接点に吸引される力がバッテリ電源のときと比較して大きくなり、固定接点に接触するときの衝撃が大きくなり、スタータ内部が破損するおそれがある。
また、プルインコイルの線径を小さくしたり、巻き数を少なくすることにより、電圧を印加したときのプランジャ３２の吸引力を小さくできるが、この場合には、励磁を解除したときにスタータを停止できなくなるという問題がある。

また、プルインコイル３４の線径に伴ってホールディングコイル３３の線径を調整する方法も考えられるが、そうすると、ホールディングコイル３３がプランジャ３２を各固定接点３７、３８の方向に接触を保持させる保持力が低下し、チャタリングが発生してしまうおそれがある。また、線径の調整によりコイル発熱が多くなり、絶縁の面で不利となる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、電源として商用電源を利用しても安定したスタータの駆動を実現可能なスタータユニットおよびそれを備えたガスヒートポンプ並びにコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。

本発明は、エンジンを始動させるスタータと、該スタータに電力を供給する電力供給手段とを備え、前記スタータは、スタータモータと、前記スタータモータと前記電力供給手段との接続と非接続とを切り替える第１切替手段とを備え、前記第１切替手段は、可動鉄心と、前記可動鉄心に巻き付けられたコイルとを備え、該コイルに流れる電流によって前記スタータモータと前記電力供給手段との接続と非接続とを切り替え、前記電力供給手段は、電源の電力を降圧してスタータに供給する電力調整手段と、前記電源と前記スタータとの間に設けられ、前記電源と前記スタータとの接続と非接続とを切り替える第２切替手段とを備えることを特徴とするスタータユニットを提供する。

このような構成によれば、電源の電力は電力調整手段によって降圧され、降圧された電力はエンジンを始動させるスタータに供給される。スタータ内の第１切替手段によってスタータモータと電力供給手段とが接続状態にされることで、電力調整手段によって調整された電力がスタータモータへ供給される。この場合において、電源とスタータとの接続は、電源とスタータとの間に設けられた第２切替手段によって切り替えられる。

従来は、スタータの停止時において、スタータのコイルの吸引力の大きさを調整（設計）することにより、スタータスイッチを非接続状態にした場合に、スタータモータが停止する方向に可動鉄心を移動させていた。これに対し、本発明によれば、電源とスタータとの間に設けられた第２切替手段によって電源とスタータの接続を非接続とすることにより、スタータへの電力供給を遮断するので、コイルの吸引力の大きさに関わらず、確実にスタータを停止させることができる。

また、従来は、スタータの停止ができなくなる理由からコイルの線径を細くしたり、巻き数を減らすことはなかったが、本発明によれば、コイルの設計によらずにスタータを停止するので、コイルの線径を細くしたり、巻き数を減らすことができる。これにより、コイルの吸引力を弱めることができ、電源側から大きな電圧がスタータに印加されたときのスタータにかかる衝撃を低減させることができる。

前記第１切替手段は、前記電源と接続される第１固定接点、および前記スタータモータと接続される第２固定接点を有する一組の固定接点を備え、前記コイルは、一端が前記第２固定接点と前記スタータモータとの間に接続され、他端が接地され、更に前記電力供給手段と接続される接続点が途中に設けられており、該接続点と前記一端との間におけるコイルの線径と、該接続点と前記他端との間におけるコイルの線径との比が、１．４以下とされてることとしてもよい。

例えば、従来は、接続点と一端との間におけるコイル（プルインコイル）の線径と、接続点と他端との間ににおけるコイル（ホールディングコイル）の線径を調整することによってスタータを停止させる必要があったため、プルインコイルの線径とホールディングコイルの線径との比を約１．４６としていた。これに対し、本発明においては、上述のように第２切替手段によりスタータへの電力供給を遮断するので、プルインコイルの線径とホールディングコイルの線径とを従来の比率以下、例えば、１．４以下とすることができる。これにより、大きな電力が通電された場合のプルインコイルとホールディングコイルとの吸引力を従来に比べて弱めることができるので、可動接点が固定接点に接触する場合の衝撃を低減させることができる。

上記スタータユニットにおいて、前記電源は、例えば、交流でもよく、電源に商用電源を使用しても良い。

本発明は、上記いずれかのスタータユニットを備えたガスヒートポンプを提供する。

本発明は、上記ガスヒートポンプを備えたコジェネレーションシステムを提供する。

本発明によれば、商用電源を電源として利用しても安定したスタータの駆動を実現できるという効果を奏する。

本発明にかかるスタータユニット（単相電源を接続）の概略を示す一例の図である。 本発明にかかるスタータユニット（３相電源を接続）の概略を示す一例の図である。 従来のスタータの一例を示した図である。

以下に、本発明に係るスタータユニットの一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るスタータユニット１の概略構成の一例を示した図である。
スタータユニット１は、エンジンを始動させるスタータ２、電力供給部（電力供給手段）３を備えて構成されている。また、電源は交流電源である商用電源（電源）１０を用い、商用電源１０は、電力供給部３と接続されている。

スタータ２は、スタータモータ２４、および第１切替部（第１切替手段）４０を備えている。また、スタータ２は、電力供給部３と３つの接続点を介して接続されている。具体的には、スタータ２は、コイルに電力を供給するライン１６とつながるスタータスイッチ端子２０、第１切替部４０の第１固定接点２９ａとつながる主電源端子２１、および接地端子２２を介して電力供給部３と接続されている。

第１切替部４０は、一組の固定接点、プランジャ（可動鉄心）２３、リターンスプリング２８、およびコイルを備えている。
一組の固定接点はプランジャ２３との接点であり、かつ、一組の固定接点のうち第１固定接点２９ａは、電源につながる主電源端子２１と接続され、他方の固定接点である第２固定接点２９ｂは、スタータモータ２４と接続される。

プランジャ２３は、コイルが巻き付けられており、コイルへの通電により発生した磁力によって第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触または非接触の状態にされる。また、プランジャ２３は励磁によって移動するため、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂと接触する点を可動接点という。また、コイルには、電力供給部３からスタータスイッチ端子２０を介して電力が供給されるライン１６が接続されており、このライン１６からコイルに通電される。

上記コイルは、一端が第２固定接点２９ｂとスタータモータ２４との間に接続され、他端が接地されている。また、コイルは、スタータスイッチ端子２０と接続される接続点Ｘを備えており、この接続点Ｘから、第２固定接点２９ｂとスタータモータ２４との間で接続される接続点Ｙとの間がプルインコイル２６であり、接続点Ｘとコイルの他端（接地）との間がホールディングコイル２７である。

プルインコイル２６は、電力供給部３から接続点Ｘを介してコイルに電力が供給される場合で、かつ、プランジャ２３が第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂと接触していない場合に通電され、その電流によって励磁される。この磁力は、プランジャ２３を、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触させる向きである。

ホールディングコイル２７は、電力供給部３から接続点Ｘを介してコイルに電力が供給された場合に通電され、そのときの電流によって励磁される。この磁力は、プランジャ２３を第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触させる向きである。また、ホールディングコイル２７は、各固定接点と可動接点とが接触している間も、接続点Ｘとコイルの他端（接地）との間に電位差があるため、接続点Ｘから接地方向に対して電流が流れ、各固定接点と可動接点とを接触させた状態を保持する。

なお、ホールディングコイル２７の線径に対するプルインコイル２６の線径の比は、１．４以下とするとよい。なお、好ましくはこの比を１．３以下とするとよい。さらに好ましくは比を１．２以下とするとよい。

このように、第１切替部４０は、プランジャ２３に巻き付けられたコイルを励磁させることによってスタータモータ２４と電力供給部３との接続と非接続とを切り替える。

スタータモータ２４は、電力が供給されたときに駆動され、電力の供給がなくなると駆動を停止する。具体的には、第１固定接点２９ａと第２固定接点２９ｂとが電気的に接続状態とされた場合に、主電源端子２１を介して第１固定接点２９ａから電力が供給されるとスタータモータ２４は回転する。また、第１固定接点２９ａと第２固定接点２９ｂとが電気的に非接続状態とされた場合には、スタータモータ２４の回転は停止する。

リターンスプリング２８は、主電源端子２１からの電源供給がなくなった場合に、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂと接触しているプランジャ２３を非接触状態にさせ、第１固定接点２９ａと第２固定接点２９ｂとが電気的に非接続状態になるようにする。

電力供給部３は、第２切替部（第２切替手段）１１、電力調整部（電力調整手段）６０、およびスタータスイッチ１４を備えて構成されており、商用電源１０の電力を降圧して、スタータ２に供給する。
第２切替部１１は、商用電源１０とスタータ２との間に設けられ、図示しない制御部によって駆動されることで、商用電源１０とスタータ２との接続と非接続とを切り替える。
スタータスイッチ１４は、コイルに電力を供給するライン１６を介して電力供給部３のコイルへの電力の供給・非供給を切り替える。このスタータスイッチ１４は、上記第２切替部１１と同期して駆動される。

電力調整部６０は、第２切替部１１が接続状態になった場合に、商用電源１０から供給される電力を、スタータ２に適合した電力に変換・調整し、スタータ２側に出力する。具体的には、電力調整部６０は、トランス１２、ダイオードスタック１３、およびコンデンサ１５を備えて構成される。

トランス１２は、商用電源１０から供給される電力を降圧し、スタータ２に適合した電圧に調整し、ダイオードスタック１３に出力する。
ダイオードスタック１３は、トランス１２によって降圧された電力の電流を整流して直流（脈流）に変換し、コンデンサ１５に出力する。
コンデンサ１５は、ダイオードスタック１３から取得した電力を蓄電することによってリップルを低減する。電力調整部６０によって調整された電力は、スタータ２に出力される。

次に、本実施形態に係るスタータユニット１の作用について、図１を参照して説明する。
まず、スタータユニット１を起動する方法について説明する。
スタータユニット１の起動時には、第２切替部１１及びスタータスイッチ１４が閉状態とされる。

これにより、第２切替部１１を介して商用電源１０から電力調整部６０に交流電力が供給される。電力調整部６０において、交流電力はトランス１２によって降圧されて、スタータ２に適合する電圧値・電流値に調整された後、ダイオードスタック１３により整流され、更に、コンデンサ１５によってリップルが抑制される。

このようにして調整された直流電力は、スタータスイッチ１４、スタータスイッチ端子２０および主電源端子２１を介して、スタータ２に供給される。スタータスイッチ端子２０を介して入力された直流電力がプランジャ２３のコイルに供給されると、コイルが通電される。これにより、接続点Ｘと接続点Ｙとの間、および接続点Ｘと接地との間には、それぞれには電位差が生じることにより、接続点Ｘから接続点Ｙおよび接続点Ｘから接地方向とに対し、それぞれ電流が流れる。

このような通電によってプルインコイル２６とホールディングコイル２７とは励磁され、それぞれのコイルの磁力は、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触する向きに生じる。これにより、プランジャ２３は、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂの方向に移動し、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触する。こうして、各固定接点と可動接点（プランジャ２３側の固定接点との接点）とが接触すると、プランジャ２３を介して第１固定接点２９ａと第２固定接点２９ｂとが電気的に接続された状態となる。これにより、主電源端子２１、第１固定接点２９ａ、プランジャ２３、第２固定接点２９ｂを介して直流電力がスタータモータ２４に供給され、スタータモータ２４が駆動する。

また、各固定接点２９ａ、２９ｂと可動接点とが接触しているときには、接続点Ｘと接続点Ｙとの電位は等しくなっている。これにより、各固定接点と可動接点とが接触している場合は、プルインコイル２６には電流は流れない。他方、ホールディングコイル２７には接続点Ｘから接地方向に向けて電流が流れるので、各固定接点２９ａ、２９ｂの向きの力が生じ、この力によりプランジャ２３は、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂに接触された状態が保持される。これにより、スタータモータ２４への電力供給が維持され、スタータモータ２４の駆動状態が維持される。

続いて、スタータ２を停止する場合について説明する。スタータ２を停止する場合には、第２切替部１１及びスタータスイッチ１４が接続状態から非接続状態に切り替えられる。これにより、スタータ２に供給されていた電力が遮断される。この結果、プランジャを第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂの方向に保持していた力が消滅し、スタータ２のリターンスプリング２８によってプランジャ２３が元の位置に戻され、第１固定接点２９ａおよび第２固定接点２９ｂは、プランジャ２３と非接触状態とされる。これにより、スタータモータ２４には電力が供給されなくなり、スタータモータ２４が停止されることにより、スタータ２が停止される。このように、プルインコイルによる２９ａおよび２９ｂとは逆向きの力を発生させなくてもスタータが停止される。

以上説明してきたように、本発明に係るスタータユニットおよびそれを備えたガスヒートポンプ並びにコジェネレーションシステムによれば、商用電源１０の電力は電力調整部３によって降圧され、降圧された電力はエンジンを始動させるスタータ２に供給される。スタータ内の第１切替部４０によってスタータモータ２４と電力供給部３とが接続状態にされることで、電力調整部３によって調整された電力がスタータモータ２４に供給される。この場合において、商用電源１０とスタータ２との接続は、商用電源１０とスタータ２との間に設けられた第２切替部１１によって切り替えられる。

このように、商用電源１０とスタータ２との間に設けられた第２切替部１１によって商用電源１０とスタータ２との接続を非接続とすることにより、スタータ２への電力供給自体を遮断するので、確実にスタータを停止させることができる。
すなわち、従来においては、スタータの停止においては、スタータのコイルの吸引力の大きさを調整（設計）する必要があったが、本実施形態によれば、スタータのプルインコイル２６とホールディングコイル２７との吸引力の大きさに関わらず、確実にスタータを停止することができる。

また、従来は、プルインコイル２６とホールディングコイル２７との調整（設計）に応じて、スタータ２が停止できるか否かが決定されていたので、プルインコイル２６の導線の線径や巻き数には制限があった。また、コイル発熱の面でも制限があった。
これに対し、本発明によれば、プルインコイル２６とホールディングコイル２７の作用によってではなく、第２切替部１１の作用によってスタータを停止できるので、プルインコイル２６とホールディングコイル２７の線径や巻き数の設計にある程度の自由度をもたせることができる。

これにより、例えば、従来は、プルインコイル２６の線径とホールディングコイル２７の線径との比が約１．４６程度であったところ、本実施形態に係るスタータユニットおよびそれを備えたガスヒートポンプ並びにコジェネレーションシステムでは、プルインコイル２６の線径とホールディングコイル２７の線径との比を１．４以下とすることができる。これにより、プルインコイル２６の吸引力を弱めることができ、商用電源１０側から大きな電圧がスタータ２に印加されたときのスタータ２にかかる衝撃を低減させることができ、商用電源１０を使用しても安定してスタータ２を使用することができる。

〔変形例〕
なお、本実施形態にかかるスタータユニット１は、商用電源１０に単相電源である場合について説明していたが、これに限定されない。
例えば、図２に示されるように、単相電源に代えて３相電源を使用することとしてもよい。これにより、単相電源のときにリップル電圧を低減させるために使用していたコンデンサ１５を不要とし、電力調整部６０に代えて電力調整部６０´とすることができる。

また、本実施形態に係るスタータユニット１は、例えば、ガスヒートポンプの圧縮機を駆動するエンジンをスタートさせるスタータとして用いられることとしてもよいし、そのようなガスヒートポンプを備えたコジェネレーションシステムに用いてもよいこととする。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ スタータユニット
２ スタータ
３ 電力供給部
１１ 第２切替部
２３ プランジャ
２４ スタータモータ
２６ プルインコイル
２７ ホールディングコイル
２９ａ 第１固定接点
２９ｂ 第２固定接点
４０ 第１切替部
６０ 電力調整部
Ｘ、Ｙ 接続点

Claims (5)

1. エンジンを始動させるスタータと、
   該スタータに電力を供給する電力供給手段とを備え、
   前記スタータは、
   スタータモータと、
   前記スタータモータと前記電力供給手段との接続と非接続とを切り替える第１切替手段とを備え、
   前記第１切替手段は、
   可動鉄心と、前記可動鉄心に巻き付けられたコイルとを備え、
   該コイルに流れる電流によって前記スタータモータと前記電力供給手段との接続と非接続とを切り替え、
   前記電力供給手段は、
   電源の電力を降圧してスタータに供給する電力調整手段と、
   前記電源と前記スタータとの間に設けられ、前記電源と前記スタータとの接続と非接続とを切り替える第２切替手段とを備えることを特徴とするスタータユニット。
2. 前記第１切替手段は、
   前記電源と接続される第１固定接点、および前記スタータモータと接続される第２固定接点を有する一組の固定接点を備え、
   前記コイルは、一端が前記第２固定接点と前記スタータモータとの間に接続され、他端が接地され、更に前記電力供給手段と接続される接続点が途中に設けられており、
   該接続点と前記一端との間におけるコイルの線径と、該接続点と前記他端との間におけるコイルの線径との比が、１．４以下とされていることを特徴とする請求項１に記載のスタータユニット。
3. 前記電源は、交流であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタータユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のスタータユニットを備えたガスヒートポンプ。
5. 請求項４に記載のガスヒートポンプを備えたコジェネレーションシステム。
   

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