JP2012094412A - 電磁スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオードの破損を防止する電磁スイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】電磁スイッチ１は、励磁コイル３に対して電気的に並列に接続されるダイオード２９を備え、ダイオード２９は本体３０の長手方向の両端にリード線３１、３２を有しており、長手方向が可動鉄心５の移動方向に沿うように電磁スイッチ１内に配置される。これによれば、可動鉄心５の移動方向に対してダイオード２９の長手方向が直交するように配置されている場合と比較して、可動鉄心５の可動に伴って、ダイオード２９に衝撃が加わった場合に、ダイオード２９の本体３０やリード線３１、３２に加わる負担は小さくなる。このため、ダイオード２９の破損を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁スイッチに関するもので、例えば、車両用スタータに好適な電磁スイッチに係る。

従来、励磁コイルと、励磁コイルにより生じた磁力により駆動される可動鉄心とを備え、可動鉄心の移動により接点間を開閉して、電動モータ等の負荷への通電を断続する電磁スイッチが知られている（例えば、特許文献１）。

このような励磁コイルを起磁力源とする電磁スイッチは、励磁コイルへの通電を遮断したときに、コイルのインダクタンスの作用によって、コイルへの通電及び遮断を行う通電遮断手段に影響を与えることが知られている。
特に、通電遮断手段として、可動接点と固定接点とを有する接点式のリレーを用いる場合には、通電遮断時に固定接点と可動接点との間にアークが生じ、固定接点及び可動接点が磨耗する虞がある。

また、近年、車両の燃費向上のため、交差点停止時等にエンジンを停止する、いわゆるアイドルストップ機能を備えた車両のエンジン始動に用いられるスタータは、従来と比較してエンジンの始動回数が飛躍的に増加する。すなわち、このようなスタータに搭載される電磁スイッチにおいては、通電遮断手段の耐久性が特に必要となる。

そこで、特許文献１では、電磁スイッチの励磁コイルと並列にダイオードを接続し、ダイオードのアノード端子側がカソード端子側と比較して低い電位となるようにすることで、通電遮断時にコイルのインダクタンスにより流れる電流を、コイルとダイオードとによる回路内で還流させ、通電遮断手段へと流れる電流を低減している。

実開昭６０−１０２４６９号公報

ところで、車両のエンジン始動に用いられるスタータは、エンジンに直接取り付けられることが多く、スタータに用いられる電磁スイッチは、強い振動にさらされる。さらに、ダイオードを電磁スイッチの内部に配置する場合には、可動鉄心の移動による軸方向への衝撃の影響を受ける。
したがって、特にスタータに用いられる電磁スイッチにダイオードを内蔵する場合には、衝撃によってダイオードが破損しないように取り付ける必要がある。

本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、ダイオードの破損を防止する電磁スイッチを提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電磁スイッチは、通電により電磁石を形成する励磁コイルと、この電磁石により磁化される固定鉄心と、磁化された固定鉄心に吸引されて移動する可動鉄心と、励磁コイルに対して電気的に並列に接続されるダイオードとを備える。
ダイオードは、本体の一方向の両端にリード線を有し、一方向が可動鉄心の移動方向に沿って配置される。

例えば、本体の一方向の両端にリード線を有するダイオードが、可動鉄心の移動方向に対してダイオードの一方向が直交するように配置されている場合には、可動鉄心の可動に伴って、ダイオードに外力が加わった場合にリード線に加わる負担が大きい。そのため、リード線が固着箇所から引きはがされる可能性がある。

これに対して、本発明では、ダイオードの一方向が可動鉄心の移動方向に沿って配置される。
これによれば、可動鉄心の移動方向に対してダイオードの一方向が直交するように配置されている場合と比較して、可動鉄心の可動に伴って、ダイオード本体やリード線に加わる負担は小さくなる。このため、ダイオードの破損を防止することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電磁スイッチは、励磁コイルが巻装されたボビンを備え、ボビンは、軸方向一端側が固定鉄心の少なくとも一部に対向するように配置されるとともに、固定鉄心側に延びる延設部を有し、ダイオードは、延設部に固定されている。

ダイオードが励磁コイルに対し固定されていない場合、ダイオードと励磁コイルとが相対的に振動することでダイオード本体やリード線に負担がかかり、ダイオードの破損を招く虞がある。
そこで、本発明では、ダイオードを励磁コイルが巻装されたボビンの一部に固定することで、ダイオードと励磁コイルとの間の相対的な振動を防いでいる。このため、リード線に加わる負担は低減され、ダイオードの破損を防止することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電磁スイッチによれば、リード線の少なくとも一方は、固定鉄心に対して固定されている。
これによれば、ダイオードが固定鉄心に対して固定されるため、ダイオードと固定鉄心との間の相対的な振動を防ぐことができる。このため、リード線に加わる負担は低減され、ダイオードの破損を防止することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の電磁スイッチによれば、両方のリード線が固定鉄心に対して固定されており、リード線は、それぞれ、可動鉄心の移動方向に直交する方向に折曲げられた折曲げ部と、折曲げ部よりも先端側で固定鉄心に対して固定される固定部とを有している。

これによれば、リード線は、ダイオード本体の一方向延長線上ではなく、一方向延長線上からずれた位置で、固定鉄心と固定される。
従って、ダイオード本体に対して可動鉄心の移動により一方向に衝撃が加わった場合でも、固定鉄心に固定されるリード線の固定部に直接衝撃が加わることがなく、折曲げ部でその衝撃を吸収し緩和することができる。このため、ダイオード本体に対して衝撃が加わった場合でも、リード線が固定鉄心から外れるのを防ぐことができる。

（ａ）は電磁スイッチの一部断面を含む全体図であり、（ｂ）は（ａ）の接点カバーを取り外した状態でのＡ矢視図である（実施例１）。 （ａ）は、図１（ｂ）の部分拡大図であり、（ｂ）は、励磁コイルとダイオードの設置構造を示す断面図である（実施例１）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例の構成〕
実施例１の電磁スイッチ１を、図１、２を用いて説明する。
本実施例の電磁スイッチ１は、車両用エンジンの始動に用いられるスタータに適用されるものである。

まず、本実施例の電磁スイッチ１の基本的構成について説明する。
電磁スイッチ１は、スイッチケース２、励磁コイル３、固定鉄心４、可動鉄心５、メイン接点、接点カバー６等により構成され、スタータ（図示せず）のモータ回路に設けられるメイン接点（後述する）を開閉するとともに、シフトレバー（図示せず）を駆動してスタータのピニオンギヤをエンジン側に押し出す働きを有する。

スイッチケース２は、円環状の底面（図示せず）を有する有底筒状を呈しており、励磁コイル３への通電により発生する磁束を通すための磁気回路の一部を形成している。

励磁コイル３は、コイル通電用スイッチ（図示せず）が閉操作されると、車載バッテリから通電されて電磁石を形成するものであり、スイッチケース２内で、樹脂製のボビン１０に巻線されている。

固定鉄心４は、スイッチケース２の開口端側で、スイッチケース２内に配置されるボビン１０の軸方向一端側に配置される。
固定鉄心４は、電磁石の発生磁束によって磁化される強磁性体（例えば鉄）により円板状に形成されており、スイッチケース２とともに磁気回路を形成する。そして、固定鉄心４の中央部には、板厚方向に貫通する中心孔１１が形成されている。

可動鉄心５は、励磁コイル３の内周で固定鉄心４に対して対向して、励磁コイル３の内周において軸方向に移動可能に配置されている。
これにより、可動鉄心５は、励磁コイル３への通電により磁化される固定鉄心４に吸引されて、軸方向一端側（固定鉄心側）に移動する。また、可動鉄心５は、リターンスプリング（図示せず）によって軸方向他端側（反固定鉄心側）に付勢されている。

また、可動鉄心５の軸方向一端側には、可動鉄心５に固定されたシャフト１２が設けられており、可動鉄心５の軸方向他端側には、シフトレバーに連結されるシフト用ロッド１３が組みつけられている。なお、シフト用ロッド１３は、軸方向他端部がスイッチケース２の底面の穴から軸方向他端側に突出して配置される。

シャフト１２は、軸方向他端部が、固定鉄心４の中心孔１１を通り抜けて、接点カバー６の内部に形成されるメイン接点室１６内に突出して配置される。
接点カバー６は、例えば、樹脂成形品であり、ボビン１０との間に固定鉄心４を挟みこんだ状態で、スイッチケース２の軸方向一端にかしめ固定されている。これにより、接点カバー６は、固定鉄心４との間にメイン接点を収容するメイン接点室１６を形成する。

メイン接点は、バッテリに接続されるＢ固定接点１７と、モータに接続されるＭ固定接点１８と、Ｂ固定接点１７とＭ固定接点１８との間の通電を断続する可動接点１９とにより構成されている。
可動接点１９は、シャフト１２の軸方向一端に絶縁材を介して取り付けられるとともに、可動鉄心５との間に配されるスプリング２２によってシャフト１２の軸方向一端側に付勢されている。なお、可動接点１９は、シャフト１２の軸方向に垂直な両方向に延びる板状を呈し（図１（ｂ）参照）、一方の端部がＢ固定接点１７に当接可能な当接部２３となっており、他方の端部がＭ固定接点１８に当接可能な当接部２４となっている。

Ｂ固定接点１７は、板厚方向が軸方向となる板状を呈しており、接点カバー６にモールド固定されたＢ端子ボルト２６と電気的に接続されている。Ｂ端子ボルト２６には、バッテリケーブルのターミナルが電気的に接続される。
Ｍ固定接点１８は、板厚方向が軸方向となる板状を呈しており、接点カバー６の側面に貫通して設けられている。そして、Ｍ固定接点１８の一端がメイン接点室１６内に配され、他端はモータハウジング（図示せず）内に配されてモータのプラス側ブラシ（図示せず）に電気的に接続される。

そして、可動接点１９がＢ固定接点１７及びＭ固定接点１８に当接すると、Ｂ固定接点１７とＭ固定接点１８とが導通することにより、メイン接点が閉状態になる。また、可動接点１９がＢ固定接点１７及びＭ固定接点１８から離れると、Ｂ固定接点１７とＭ固定接点１８との導通が遮断されることにより、メイン接点が開状態になる。

〔実施例の特徴〕
次に、本実施例の特徴となる構成について説明する。
本実施例の電磁スイッチ１は、励磁コイル３に対して電気的に並列に接続されるダイオード２９を備え、その設置構造に特徴がある。

図１（ｂ）は、接点カバー６を外した状態で、軸方向他端側から電磁スイッチ１を見た図（Ａ矢視図）であり、図２（ａ）はその部分拡大図である。また、図２（ｂ）は、励磁コイル３とダイオード２９の設置構造を示す断面図である。なお、図１（ａ）においては、可動接点１９や接点カバー６に隠れて励磁コイル３とダイオード２９の設置構造は図示されていない。図１（ａ）において、可動接点１９の紙面奥行方向に隠れた位置に、図２（ｂ）に示す励磁コイル３とダイオード２９の設置構造が設けられている。

ダイオード２９は本体３０の一方向（例えば長手方向）の両端にリード線３１、３２を有しており、長手方向が可動鉄心５の移動方向（軸方向、図２（ａ）における紙面方向、図２（ｂ）における左右方向）に沿うように電磁スイッチ１内に配置される。

以下に、ダイオード２９の具体的な取り付け態様の１つの実施例を説明する。
ボビン１０は、固定鉄心４側に延びる延設部３５を有している。すなわち、延設部３５は、ボビン１０と一体的に、ボビン１０の軸方向一端面から軸方向一端側に突出して設けられている（図２（ｂ）参照）。なお、ボビン１０の軸方向一端面と固定鉄心４の軸方向他端面とは当接しており、固定鉄心４は延設部３５に対応する位置に板厚方向へ貫通する貫通穴３６を有し、延設部３５は貫通穴３６を通って、固定鉄心４の軸方向一端側へ突出している。

すなわち、延設部３５は、ボビン１０から突出して、固定鉄心４の軸方向一端側へ延びている。そして、延設部３５は、固定鉄心４上において、可動接点１９と干渉しない位置に突出して設けられている（図２（ｂ）参照）。また、延設部３５の背面には、延設部３５よりも軸方向一端側へ突出する黄銅製の導体板３７が固定されている。そして、この導体板３７は背側にコネクタ部３８を有している。

延設部３５は、正面にダイオード２９の本体３０を収容する収容部４０を有しており、ダイオード２９は本体３０の長手方向が延設部３５の突出方向に沿うように収容部４０に収容されて、延設部３５に対して固定される。延設部３５の突出方向は、可動鉄心５の移動方向（軸方向）であるため、ダイオード２９は、本体３０の長手方向が可動鉄心５の移動方向に沿って配置されることになる。
加えて、ダイオード２９は、カソード端子側のリード線３１の突出方向が軸方向一端側に、アノード端子側のリード線３２の突出方向が軸方向他端側になるように配置される。

そして、リード線３１は、本体３０から軸方向一端側に延びる直線部４２と、軸方向に直交する方向（垂直方向）の一端側に折り曲げられたＬ字状の折曲げ部４３と、折曲げ部４３よりも先端側で導体板３７に固着される固定部４４とを有している。これにより、リード線３１は導体板３７に電気的に接続される。

また、リード線３２は、本体３０から軸方向他端側に延びる直線部４６と、垂直方向の一端側に折り曲げられたＬ字状の折曲げ部４７と、折曲げ部４７よりも先端側で、固定鉄心４に固定された導体板４８に固着される固定部４９とを有している。これにより、リード線３２は、導体板４８に電気的に接続される。
なお、本実施例では、導体板４８がダイオード２９よりも固定鉄心４の内周側の位置に設けられているため、折曲げ部４７では垂直方向の一端側に折り曲げられるとともに、固定鉄心４の内周側にも折り曲げられている（図２（ａ）参照）。

接点カバー６には、延設部３５、導体板３７、及び導体板３８を収容する凹部５２が設けられており、凹部５２内には、導体板３７のコネクタ部３８に接続されるコネクタ５３が突出している。コネクタ５３は、コイル通電用スイッチを介して電源側に接続されている。
すなわち、導体板３７は、コイル通電用スイッチを介して電源側に接続されている。
また、導体板４８は固定鉄心４に電気的に接続されており、スイッチケース２を介してアースに接続されている。

そして、励磁コイル３の一方の端部５５が、ボビン１０から軸方向一端側に引き出されて、延設部３５に形成された溝５６を通過して、導体板３７に固着されて電気的に接続される。なお、端部５５は、ダイオード２９よりも垂直方向他端側で引き出されており、導体板３７の垂直方向他端側の部分に固着されている。
また、励磁コイル３の他方の端部（図示せず）は、スイッチケース２を介してアースに接続されている。

以上のように、カソード端子のリード線３１と励磁コイル３の一方の端部５５とが高電位側、アノード端子のリード線３２と励磁コイル３の他方の端部とが低電位側となるように並列に接続される。
これにより、ダイオード２９は励磁コイル３に対して電気的に並列に接続されるため、励磁コイル３への通電遮断時に生じる電流を、励磁コイル３とダイオード２９との並列回路内で還流させることができ、通電遮断時にコイル通電用スイッチに流れる電流を低減することができる。

次に、電磁スイッチ１の動作について説明する。
コイル通電用スイッチがＯＮにされ、励磁コイル３に通電されると、電磁石が形成されて固定鉄心４が磁化されるため、固定鉄心４と可動鉄心５との間の磁力により、可動鉄心５がリターンスプリングの付勢力に抗して軸方向一端側に移動する。
これにより、シャフト１２が軸方向一端側へ移動し、シャフト１２に保持された可動接点１９が固定接点１７、１８に当接する。その後、可動鉄心５はスプリング２２を押し縮めながらさらに軸方向一端側に移動して、固定鉄心４の軸方向他端側端面に当接する。

このため、スプリング２２により可動接点１９は固定接点１７、１８に押しつけられ、Ｂ固定接点１７とＭ固定接点１８との間が可動接点１９により導通し、バッテリからモータに給電される。
なお、固定鉄心４及び固定鉄心４に対して固定されたダイオード２９には可動鉄心５の固定鉄心４への当接による衝撃が加わる。

また、コイル通電用スイッチがＯＦＦにされると、励磁コイル３への通電が遮断されて、電磁石の吸引力が消滅し、リターンスプリングにより可動鉄心５は軸方向他端側へ押し戻される。
これにより、シャフト１２が軸方向他端側へ移動し、シャフト１２に保持された可動接点１９が固定接点１７、１８から離れる。
このため、Ｂ固定接点１７とＭ固定接点１８との間が電気的に遮断され、バッテリからモータへの給電が停止される。

なお、励磁コイル３への通電遮断時にコイルのインダクタンスによって生じる電流は、励磁コイル３とダイオード２９との並列回路内で還流させ、通電遮断時にコイル通電用スイッチに流れる電流を低減している。

また、この電磁スイッチ１では、メイン接点の開閉動作に加えて、可動鉄心５の移動に応じてシフト用ロッド１３が移動し、シフト用ロッド１３に連結されるシフトレバーを介して、ピニオンギヤの押し出し動作も行う。

〔実施例の効果〕
本実施例の電磁スイッチ１は、ダイオード２９の長手方向が可動鉄心５の移動方向に沿って配置される。
上述のように、固定鉄心４及び固定鉄心４に対して固定されたダイオード２９には可動鉄心５の固定鉄心４への当接による衝撃が加わる。
そこで、例えば、本体３０の長手方向の両端にリード線３１、３２を有するダイオード２９が、可動鉄心５の移動方向に対してダイオード２９の長手方向が直交するように配置されている場合には、可動鉄心５の可動に伴ってダイオード２９に衝撃が加わった場合にリード線３１、３２に加わる負担が大きい。そのため、リード線３１、３２が固着箇所から引きはがされる可能性がある。

これに対して、本実施例では、ダイオード２９の長手方向が可動鉄心５の移動方向に沿って配置されている。
これによれば、可動鉄心５の移動方向に対してダイオード２９の長手方向が直交するように配置されている場合と比較して、可動鉄心５の可動に伴って、ダイオード２９に衝撃が加わった場合に、ダイオード２９の本体３０やリード線３１、３２に加わる負担は小さくなる。このため、ダイオード２９の破損を防止することができる。

また、ダイオード２９は、ボビン１０と一体的に設けられた延設部３５に固定されている。
これによれば、ダイオード２９と励磁コイル３との間の相対的な振動が低減するため、リード線に加わる負担が低減され、ダイオード２９の破損を防止することができる。
一方、ダイオード２９が励磁コイル３に対し固定されていない場合、ダイオード２９と励磁コイル３とが相対的に振動することでダイオード２９の本体３０やリード線３１、３２に負担がかかりやすくなり、ダイオード２９の破損を招く虞がある。

また、ダイオード２９は、両方のリード線３１、３２が固定鉄心４に対して固定されている。すなわち、リード線３１は導体板３７に固着され、リード線３２は導体板４８に固着されているが、導体板３７及び導体板４８はいずれも固定鉄心４に対して固定されているため、結果的にリード線３１、３２は固定鉄心４に対して固定されている。

これによれば、ダイオード２９と固定鉄心４との間の相対的な振動を防ぐことができる。このため、リード線３１、３２に加わる負担が低減され、ダイオード２９の破損を防止することができる。

また、リード線３１、３２は、それぞれ、可動鉄心５の移動方向に直交する方向に折曲げられた折曲げ部４３、４７と、折曲げ部４３、４７よりも先端側で固定鉄心４に対して固定される固定部４４、４９とを有している。

これによれば、リード線３１は、ダイオード２９の本体３０の長手方向延長線上ではなく、長手方向延長線上からずれた位置で、固定鉄心４と固定される。
従って、ダイオード２９の本体３０に対して可動鉄心５の移動により長手方向に衝撃が加わった場合でも、固定鉄心４に固定されるリード線３１、３２のそれぞれの固定部４４、４９に直接衝撃が加わることがなく、折曲げ部４３、４７でその衝撃を吸収し緩和することができる。このため、ダイオード２９の本体３０に対して衝撃が加わった場合でも、リード線３１、３２が固定鉄心４から外れるのを防ぐことができる。

〔変形例〕
本発明を、可動鉄心を２つ有し、各可動鉄心を動かすための励磁コイルをそれぞれ有するタイプのスタータ用電磁スイッチ（例えば、特開２０１０−２３００１３号公報を参照）に適用してもよい。

１ 電磁スイッチ
３ 励磁コイル
４ 固定鉄心
５ 可動鉄心
１０ ボビン
２９ ダイオード
３０ 本体
３１、３２ リード線
３５ 延設部
４３ リード線３１の折曲げ部
４４ リード線３１の固定部
４７ リード線３２の折曲げ部
４９ リード線３２の固定部

Claims (4)

1. 通電により電磁石を形成する励磁コイルと、
   この電磁石により磁化される固定鉄心と、
   磁化された前記固定鉄心に吸引されて移動する可動鉄心と、
   前記励磁コイルに対して電気的に並列に接続されるダイオードとを備える電磁スイッチであって、
   前記ダイオードは、本体の一方向の両端にリード線を有し、前記一方向が前記可動鉄心の移動方向に沿って配置されることを特徴とする電磁スイッチ。
2. 請求項１に記載の電磁スイッチにおいて、
   前記励磁コイルが巻装されたボビンを備え、
   前記ボビンは、軸方向一端側が前記固定鉄心の少なくとも一部に対向するように配置されるとともに、前記固定鉄心側に延びる延設部を有し、
   前記ダイオードは、前記延設部に固定されていることを特徴とする電磁スイッチ。
3. 請求項２に記載の電磁スイッチにおいて、
   前記リード線の少なくとも一方は、前記固定鉄心に対して固定されていることを特徴とする電磁スイッチ。
4. 請求項３に記載の電磁スイッチにおいて、
   両方の前記リード線が前記固定鉄心に対して固定されており、
   前記リード線は、それぞれ、前記可動鉄心の移動方向に直交する方向に折曲げられた折曲げ部と、前記折曲げ部よりも先端側で前記固定鉄心に対して固定される固定部とを有していることを特徴とする電磁スイッチ。
   

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