JP2014092067A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ３の起動時に生じる車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止でき、且つ、モータ３から発生する電気ノイズを抑制できるスタータ１を提供する。
【解決手段】スタータ１は、モータ３の起動時に流れる突入電流を抑制する抵抗体４を内蔵した電磁リレー５と、ピニオンを押し出す機能およびメイン接点を開閉する機能を備える電磁スイッチ６と、電気ノイズを抑制するノイズ抑制装置７を備え、電磁リレー５が電磁スイッチ６よりバッテリ２に近い側に配置されている。ノイズ抑制装置７は、樹脂製のパッケージに収容される少なくとも１つのコンデンサＣを有し、このコンデンサＣの一端側がリード端子を介して電磁リレー５のモータ端子１１に接続され、他端側がアース接続部を介してモータ３のエンドフレームに電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの作動時に発生する電気ノイズを抑制するノイズ抑制装置を備えるスタータに関する。

近年、車両より排出される二酸化炭素の低減および燃費向上のために、例えば、交差点で信号停止した際に、エンジンへの燃料供給をカットしてエンジンを自動的に停止させるアイドリングストップと呼ばれる機能を搭載した車両が増加している。アイドリングストップの実施によってエンジンが停止した後、ユーザの発進操作に伴ってエンジン始動要求が発生すると、ＥＣＵ（電子制御装置）の指令によりスタータを起動してエンジンを自動的に再始動させる。
しかし、整流子モータを使用するスタータは、モータの作動時にブラシと整流子との間で火花が発生し、この火花が電気ノイズの発生原因となってラジオやナビゲーション等の車載電気機器に雑音が発生する。

特に、アイドリングストップ機能を搭載する車両は、同機能を搭載していない一般の車両と比較してスタータの作動回数が大幅に増加するため、スタータによりエンジンを再始動させる毎に電気ノイズが発生してユーザに不快感を与えることがある。
このような問題に対し、特許文献１では、少なくとも一つのコンデンサをモータと並列に接続したコンデンサ回路を設けることで、モータから発生するノイズを抑制する技術が開示されている。

独国特許出願公開第１０２００８００１５７０号明細書

ところで、エンジンを始動するスタータは、モータの起動時に突入電流と呼ばれる大電流が流れるため、バッテリの端子電圧が大きく低下して、車載電気機器が瞬間的に作動停止する、いわゆる「瞬断」と呼ばれる現象が発生する。先に述べたように、アイドリングストップを搭載する車両では、スタータの作動回数が大幅に増加するため、エンジン始動要求の発生によりモータを起動する度に車載電気機器の瞬間的な作動停止が生じる懸念がある。今後、アイドリングストップを搭載する車両の増加が予想されるため、モータの作動時に発生する電気ノイズを低減することに加えて、車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止できる技術が望まれている。
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、モータの起動時に生じる車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止でき、且つ、モータから発生する電気ノイズを抑制できるスタータを提供することにある。

（請求項１に係る発明）
本発明は、バッテリより電源ラインを通じて電力の供給を受ける整流子モータと、電源ラインに接続されてモータの起動時に流れる突入電流を抑制する抵抗体を内蔵すると共に、抵抗体をバイパスして電源ラインに設けられるリレー接点を有し、ソレノイドのオンオフ動作に応じてリレー接点を開閉する電磁リレーと、電源ラインを通ってモータに流れる電流を断続するためのメイン接点を開閉操作する電磁スイッチと、エンジンのリングギヤに噛み合ってモータの駆動トルクをリングギヤに伝達するピニオンとを備えるスタータであって、一端側が電源ラインに接続され、他端側がアース電位に接続される少なくとも１個のコンデンサを内蔵したノイズ抑制装置を備えることを特徴とする。

本発明のスタータは、電磁リレーがリレー接点を開成（オフ）した状態で電磁スイッチによりメイン接点を閉成（オン）すると、バッテリから抵抗体を通ってモータに電流が流れる。これにより、モータを起動する際に流れる大電流（突入電流）を抑制できるので、ブラシと整流子との間を流れる整流電流が抑えられる。その結果、ノイズの発生原因となる整流火花の発生を抑制できるので、ノイズ抑制装置のノイズ低減効果と合わせて、電気ノイズの発生を大幅に低減できる。また、モータの突入電流が抑制されることで、バッテリの端子電圧が大きく低下することはなく、オーディオやナビゲーション等の車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止できる。

モータの起動後は、電磁リレーがリレー接点を閉成（オン）することで、電磁リレーに抵抗体をバイパスする回路が形成されるため、バッテリの全電圧がモータに印加されて、モータが高速度で回転する。これにより、モータに発生する駆動トルクがピニオンからリングギヤに伝達されてエンジンをクランキングする。このクランキング時にモータより発生する電気ノイズ、つまり、整流火花に起因して発生する電気ノイズは、ノイズ抑制装置によって低減される。

実施例１に係るスタータの電気回路図である。 ノイズ抑制装置を取り付けたスタータを軸方向の後端側（反ピニオン側）から見た平面図である（実施例１）。 実施例２に係るスタータの電気回路図である。 ノイズ抑制装置を取り付けたスタータを軸方向の後端側（反ピニオン側）から見た平面図である（実施例２）。

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１）
実施例１に記載するスタータ１は、図１に示す様に、バッテリ２より電源ラインを通じて電力の供給を受けるモータ３と、このモータ３の駆動トルクをエンジンのリングギヤ（図示せず）に伝達するピニオン（図示せず）と、モータ３の起動時に流れる突入電流を抑制する抵抗体４を内蔵した電磁リレー５と、ピニオンを反モータ方向（リングギヤ側）へ押し出す機能およびモータ３への通電電流を断続するためのメイン接点（後述する）を開閉する機能を備える電磁スイッチ６と、モータ３の作動時に発生する電気ノイズを抑制するノイズ抑制装置７を備える。
なお、上記の電源ラインとは、バッテリ２からモータ３へ電流を流すための電流経路を言う。

モータ３は、永久磁石あるいは電磁石によって構成される界磁子と、軸上に整流子を組み付けた電機子と、この電機子の回転に伴って整流子の外周上を摺動するブラシ８を有する周知の整流子モータ３である。
ピニオンは、例えば、クラッチ（図示せず）と一体的に構成されて、モータ３に駆動される出力軸（図示せず）の軸上を移動可能に配置され、電磁スイッチ６のピニオン押し出し機能により反モータ方向へ押し出されてリングギヤに噛み合う。
クラッチは、出力軸の回転をピニオンに伝達する一方、エンジンの回転がピニオンから出力軸へ伝達されることを防止する一方向クラッチとして構成される。

電磁リレー５は、抵抗体４を有する第１の通電経路と、リレー接点５ａを有する第２の通電経路と、リレー接点５ａを開閉するソレノイドと、このソレノイドのオン／オフ動作を制御する駆動回路９とを有する。第１の通電経路と第２の通電経路は、バッテリ端子１０とモータ端子１１を介して電源ラインに並列に接続される。
リレー接点５ａは、ソレノイドに内蔵されるリレーコイル５ｂが励磁されると開成（オフ）し、リレーコイル５ｂが非励磁の時に閉成（オン）する常閉接点型である。
駆動回路９は、図１に示すスタータリレー１２がオン作動した後、予め設定された所定時間だけリレーコイル５ｂへ励磁電流を流すことができるタイマ機能を備える。所定時間が経過すると、スタータリレー１２がオン状態であってもリレーコイル５ｂの励磁電流を停止する。スタータリレー１２は、ＥＣＵ１３（電子制御装置）によってオン／オフ動作が制御される。

電磁スイッチ６は、スタータリレー１２のオン時にバッテリ２より励磁される励磁コイル１４と、この励磁コイル１４の内周を軸心方向に可動するプランジャ（図示せず）とを有し、プランジャの移動に連動してピニオンの押し出しとメイン接点の開閉を行う。
メイン接点は、バッテリ２側の端子ボルト（Ｂ端子ボルト１５と呼ぶ）とモータ３側の端子ボルト（Ｍ端子ボルト１６と呼ぶ）を介して電源ラインに接続される一組の固定接点１９と、プランジャの動きに連動して一組の固定接点１９間を電気的に断続する可動接点２０とで構成される。

なお、上記の電磁リレー５は、例えば、図２に示す様に、電磁スイッチ６を取り付けるスタータハウジングにブラケット２１を介して固定され、電磁リレー５のモータ端子１１と電磁スイッチ６のＢ端子ボルト１５との間がリード線２２によって電気的に接続される。すなわち、実施例１の電磁リレー５は、図１に示す様に、モータ３の電源ラインにおいて、電磁スイッチ６よりバッテリ２に近い側に配置される。

次に、ノイズ抑制装置７について説明する。
ノイズ抑制装置７は、例えば、樹脂製のパッケージ２３（図２参照）に収容される少なくとも１つのコンデンサＣを有し、このコンデンサＣの一端側がリード線２４を介して電源ラインに接続され、他端側がアース接続部（図示せず）を介してモータ３のエンドフレーム２５（図２参照）に接続されている。
コンデンサＣは、例えば、５６μＦの静電容量を有し、主にＡＭ放送で使用される電波周波数帯域（例えば、５２２〜１６０２ｋＨｚ）で問題となる電気ノイズを低減できる。 パッケージ２３は、図２に示す様に、モータ３のエンドフレーム２５と一体に設けられた台座２５ａに取付けボルト（図示せず）を締め付けて固定される。

リード線２４は、パッケージ２３の外部に取り出され、その先端部にターミナルを有し、このターミナルが、電磁リレー５のモータ端子１１と電磁スイッチ６のＢ端子ボルト１５とを接続する前記リード線２２のターミナルと共に電磁リレー５のモータ端子１１にナット２６によって締め付け固定される（図２参照）。
アース接続部は、パッケージ２３をエンドフレーム２５の台座２５ａに取り付けた状態で、台座２５ａに直接または取付けボルトを介して間接的に接触することで、アース電位であるエンドフレーム２５と電気的に接続される。

次に、スタータ１の作動を説明する。
図１に示すイグニッションスイッチＩＧがオン操作されると、ＥＣＵ１３からのオン指令によってスタータリレー１２がオン作動する。このスタータリレー１２のオン作動により、電磁リレー５のリレーコイル５ｂおよび電磁スイッチ６の励磁コイル１４が励磁される。
電磁リレー５は、リレーコイル５ｂが励磁されてリレー接点５ａが開成することにより、第２の通電経路が開放されて、抵抗体４を有する第１の通電経路が形成される。
電磁スイッチ６は、励磁コイル１４が励磁されてプランジャが移動することにより、ピニオンがクラッチと一体に反モータ方向へ押し出されてリングギヤに当接する。また、プランジャの移動に連動して可動接点２０が一組の固定接点１９に当接することでメイン接点が閉成する。

電磁リレー５のリレー接点５ａが開成し、且つ、電磁スイッチ６の作動によりメイン接点が閉成すると、バッテリ２の電力が抵抗体４を有する第１の通電経路を介してモータ３に供給される。これにより、モータ３に流れる電流が抵抗体４によって抑制されるため、モータ３が低速度で回転する。モータ３の回転を受けてピニオンがリングギヤに噛み合った後、駆動回路９の働きによってリレーコイル５ｂへの通電が停止されると、電磁リレー５のリレー接点５ａが閉成して、抵抗体４をバイパスする第２の通電経路が形成される。この場合、バッテリ２からモータ３に流れる電流が抵抗体４によって抑制されることはなく、バッテリ２の全電圧が第２の通電経路を介してモータ３に印加されるため、モータ３が高速度で回転する。このモータ３の回転がピニオンからリングギヤに伝達されてエンジンをクランキングする。

（実施例１の作用および効果）
実施例１のスタータ１は、電磁リレー５がリレー接点５ａを開成し、且つ、電磁スイッチ６によりメイン接点が閉成されると、バッテリ２から抵抗体４を経由してモータ３に電流が流れる。これにより、モータ３を起動する際に流れる大電流（突入電流）が抵抗体４によって抑制されるので、ブラシ８と整流子との間を流れる整流電流が抑えられる。その結果、電気ノイズの発生原因となる整流火花の発生を抑制できるので、電気ノイズの発生を大幅に低減できる。
また、モータ３の突入電流が抑制されることで、バッテリ２の端子電圧が大きく低下することはなく、オーディオやナビゲーション等の車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止できる。

特に、アイドリングストップ機能を搭載する車両では、同機能を搭載していない一般の車両と比較してスタータ１の作動回数が大幅に増加する。このため、モータ３の突入電流を抑制できることによる電気ノイズの低減効果、および、車載電気機器の瞬間的な作動停止を防止できる効果は大きいと言える。
また、電磁リレー５がリレー接点５ａを閉成した状態、つまり、エンジンを始動するための駆動電流が電磁リレー５の第２の通電経路を通ってモータ３に流れている時は、整流火花に起因して発生する電気ノイズをノイズ抑制装置７によって低減できる。

なお、ノイズ抑制装置７によるノイズ低減効果は、バッテリ２からモータ３に電流が流れる電流経路からコンデンサ回路へ分岐する分岐点（図１のＡ点）よりモータ３側のインピーダンスとコンデンサ回路のインピーダンスとの比に関係する。実施例１のノイズ抑制装置７は、コンデンサＣの一端側が接続されるリード線２４のターミナルが電磁リレー５のモータ端子１１に接続される。このため、電磁リレー５のモータ端子１１と電磁スイッチ６のＢ端子ボルト１５との間を接続するリード線２２のインピーダンス分が電流経路側のインピーダンスに加わるため、コンデンサ回路への分岐点Ａよりモータ３側のインピーダンスが増大する。言い換えると、電流経路側のインピーダンスが増加する分、分岐点Ａよりコンデンサ回路側のインピーダンスが相対的に小さくなるため、ノイズ低減効果が向上する。

さらに、実施例１のノイズ抑制装置７は、エンドフレーム２５に設けた台座２５ａにパッケージ２３を取付けボルトによって締め付けることで固定でき、且つ、パッケージ２３の外部にリード線２４が取り出されているので、電磁リレー５のモータ端子１１への接続も容易にできる。これにより、ノイズ抑制装置７をスタータ１に取り付けるために、スタータ１側の構造変更を最小限に止めることができる。つまり、エンドフレーム２５に台座２５ａを設けるだけで良いので、ノイズ抑制装置７を取り付けていない従来スタータとの部品互換性が高く、大幅なコストアップを避けることができる。

以下、本発明に係る実施例２を説明する。
（実施例２）
なお、実施例１と同一名称の部品には、実施例１と同一の符号を付しており、詳細な説明は実施例１を参照する。
この実施例２は、図３に示す様に、ノイズ抑制装置７を電磁リレー５よりバッテリ２側に配線される電源ラインとアース電位との間に配置した一例である。
具体的には、図４に示す様に、ノイズ抑制装置７のパッケージ２３を実施例１と同様に、エンドフレーム２５の台座２５ａに取付けボルトで固定し、パッケージ２３より取り出されたリード線２４のターミナルを電磁リレー５のバッテリ端子１０にナット２６で締め付け固定する。
この場合、電磁リレー５のバッテリ端子１０とモータ端子１１との間の配線インダクタンスを電流経路のインピーダンスとして利用できる。つまり、電流経路側のインピーダンスとコンデンサ回路側のインピーダンスとの比を大きくできるので、ノイズ低減効果の向上を図ることが可能である。
（変形例）

実施例１では、ノイズ抑制装置７のパッケージ２３より取り出されたリード線２４のターミナルを電磁リレー５のモータ端子１１に接続しているが、電磁スイッチ６のＢ端子ボルト１５に接続することも出来る。
また、実施例１では、コンデンサＣの静電容量を５６μＦとしたが、この値は一例であり、適宜に変更できることは言うまでもない。

実施例１、２では、電磁リレー５を電磁スイッチ６よりバッテリ２に近い側に配置した事例を記載しているが、電磁リレー５を電磁スイッチ６よりモータ３に近い側に配置することもできる。ここで、電磁スイッチ６と電磁リレー５との間にノイズ抑制装置７を配置する場合は、電磁スイッチ６のＭ端子ボルト１６にリード線２４のターミナルを接続することができる。一方、電磁スイッチ６よりバッテリ２側にノイズ抑制装置７を配置する場合は、電磁スイッチ６のＢ端子ボルト１５にリード線２４のターミナルを接続することができる。

実施例１で説明したスタータ１は、１つの電磁スイッチ６にピニオンを押し出す機能とメイン接点を開閉する機能とを持たせているが、ピニオンを押し出す機能と、メイン接点を開閉する機能とを別々の手段（例えば、ピニオン押し出し用のソレノイドと、メイン接点開閉用のソレノイド）で構成することもできる。

１ スタータ
２ バッテリ
３ 整流子モータ
４ 抵抗体
５ 電磁リレー
５ａ リレー接点
５ｂ リレーコイル（ソレノイド）
６ 電磁スイッチ
７ ノイズ抑制装置
１９ 一組の固定接点（メイン接点）
２０ 可動接点（メイン接点）
Ｃ コンデンサ

Claims (5)

1. バッテリ（２）より電源ラインを通じて電力の供給を受ける整流子モータ（３）と、
   前記電源ラインに接続されて前記モータ（３）の起動時に流れる突入電流を抑制する抵抗体（４）を内蔵すると共に、前記抵抗体（４）をバイパスして前記電源ラインに設けられるリレー接点（５ａ）を有し、ソレノイドのオンオフ動作に応じて前記リレー接点（５ａ）を開閉する電磁リレー（５）と、
   前記電源ラインを通って前記モータ（３）に流れる電流を断続するためのメイン接点を開閉操作する電磁スイッチ（６）と、
   エンジンのリングギヤに噛み合って前記モータ（３）の駆動トルクを前記リングギヤに伝達するピニオンとを有するスタータ（１）であって、
   一端側が前記電源ラインに接続され、他端側がアース電位に接続される少なくとも１個のコンデンサ（Ｃ）を内蔵したノイズ抑制装置（７）を備えることを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載したスタータ（１）において、
   前記電磁リレー（５）は、前記電磁スイッチ（６）より前記バッテリ（２）に近い側に配置され、
   前記ノイズ抑制装置（７）は、前記電磁リレー（５）と前記電磁スイッチ（６）との間の電流経路と前記アース電位との間に配置されることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１に記載したスタータ（１）において、
   前記電磁リレー（５）は、前記電磁スイッチ（６）より前記バッテリ（２）に近い側に配置され、
   前記ノイズ抑制装置（７）は、前記電磁リレー（５）より前記バッテリ（２）側の電流経路と前記アース電位との間に配置されることを特徴とするスタータ。
4. 請求項１に記載したスタータ（１）において、
   前記電磁リレー（５）は、前記電磁スイッチ（６）より前記モータ（３）に近い側に配置され、
   前記ノイズ抑制装置（７）は、前記電磁スイッチ（６）と前記電磁リレー（５）との間の電流経路と前記アース電位との間に配置されることを特徴とするスタータ。
5. 請求項１に記載したスタータ（１）において、
   前記電磁リレー（５）は、前記電磁スイッチ（６）より前記モータ（３）に近い側に配置され、
   前記ノイズ抑制装置（７）は、前記電磁スイッチ（６）より前記バッテリ（２）側の電流経路と前記アース電位との間に配置されることを特徴とするスタータ。

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