JP2017180129A - エンジン始動システム - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸７に設けられるスプラインの捩れ角に左右されることなく、ピニオン８を軸方向に動作させることができるエンジン始動システムを提供する。
【解決手段】スタータ２は、モータ４のトルクを一方と他方に振り分ける遊星歯車装置と、一方に振り分けられたトルクを入力してピニオン８に軸方向の直線運動を与える運動方向変換機構と、他方に振り分けられたトルクを入力してピニオン８に回転運動を与える出力軸７と、ピニオン８を軸方向に動作させる軸方向動作モードと回転方向に動作させる回転方向動作モードとを切り替える磁気ブレーキ装置９とを備える。制御装置３は、インバータ１１を介してモータ４の動作を制御するモータ制御部３ａと、回転角センサ３９で検出されるモータ４の回転角度を基にモード切替スイッチ３８をオン／オフ操作して磁気ブレーキ装置９の動作を制御する動作モード制御部３ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタータによりエンジンの始動を行うエンジン始動システムに関する。

従来、特許文献１に開示されたスタータがある。
同スタータは、出力軸に設けられる捩れスプラインに嵌合するピニオンクラッチと、外部から制御される界磁コイルに付勢されてピニオンクラッチの外周に押し当てられる回転抑制部材とを有する。回転抑制部材によりピニオンクラッチの回転が抑制された状態で出力軸を回転させると、捩れスプラインの作用でピニオンクラッチが出力軸上を反モータ方向へ移動して、ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合う。

特開平８−１７７６９１号公報

特許文献１のスタータは、出力軸の回転による捩れスプラインの作用（以下、送りねじ作用と呼ぶ）を利用してピニオンクラッチを反モータ方向へ移動させる構成である。この構成では、捩れスプラインが必須であり、例えば、捩れスプラインに替えて直スプラインを用いることはできない。また、捩れスプラインの捩れ角が小さい場合は、送りねじ作用が正常に働かなかったり、ピニオンクラッチを押し出すために大きな回転トルクが必要になる。言い換えると、回転抑制部材によりピニオンクラッチの外周を押圧してピニオンクラッチの回転を抑制するために必要なトルクが大きくなる。

さらに、ピニオンクラッチの回転を抑制するために回転抑制部材をピニオンクラッチの外周に押し当てているため、ピニオンクラッチが出力軸上を移動する際に摺動ロスが発生してモータの消費電力が増大する問題もある。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、捩れスプラインの捩れ角に左右されることなく、モータの回転を利用してピニオンを軸方向に動作させることができるエンジン始動システムを提供することにある。

請求項１に記載のエンジン始動システムは、ピニオンを軸方向に動作させてエンジンのリングギヤに噛み合わせ、且つ、モータに発生するトルクをピニオンに伝達してエンジンをクランキングするスタータと、このスタータの動作を制御する制御装置とを備える。
スタータは、モータのトルクを一方と他方の二系統に振り分けて出力できる動力分割機構と、一方の系統に振り分けられたトルクを入力してピニオンに軸方向の直線運動を与える軸方向動作部と、他方の系統に振り分けられたトルクを入力してピニオンに回転運動を与える回転方向動作部と、モータのトルクを一方の系統に振り分けて軸方向動作部によりピニオンを軸方向に動作させる動作モードを軸方向動作モードと呼び、モータのトルクを他方の系統に振り分けて回転方向動作部によりピニオンを回転方向に動作させる動作モードを回転方向動作モードと呼ぶ時に、軸方向動作モードと回転方向動作モードとを電磁コイルの励磁／非励磁に応じて切り替える動作モード切替部とを有する。
制御装置は、モータの動作を制御するモータ制御部と、動作モード切替部による軸方向動作モードと回転方向動作モードとの切り替えを制御する動作モード制御部とを有し、動作モード制御部は、モータ制御部によりモータへの通電が開始された後、エンジンまたはスタータの状態に応じて変化する物理量を入力し、その物理量を基に電磁コイルの励磁／非励磁を制御する。

本発明のスタータは、モータのトルクを入力してピニオンに軸方向の直線運動を与える軸方向動作部を有する。この軸方向動作部は、捩れスプラインの送りねじ作用を利用することなくピニオンに直線運動を与えるので、ピニオンを軸方向へ動作させる機能として捩れスプラインが必須ではない。また、軸方向動作部によりピニオンを軸方向へ動作させる際に、ピニオンの外周を押圧して回転を規制する必要がないので、特許文献１の従来技術と比較して摺動ロスを小さくでき、結果的にモータの消費電力を抑制できる。
さらに、動作モード制御部は、エンジンまたはスタータの状態に応じて変化する物理量を基に電磁コイルの励磁／非励磁を制御するので、例えば、ピニオンがリングギヤに係合したことを適切に判断して軸方向動作モードから回転方向動作モードへ切り替えることが可能である。

実施例１に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例１に係るスタータの断面図である。 実施例１に係るスタータの遊星歯車装置と周辺部品の分解斜視図である。 実施例１に係るスタータの磁気ブレーキ装置の分解斜視図である。 実施例１に係るスタータの運動方向変換機構の分解斜視図である。 実施例１に係るスタータの作動説明図（ピニオン静止時）である。 実施例１に係るエンジン始動時の制御フローチャートである。 実施例１に係る原点復帰モードの制御フローチャートである。 実施例２に係るモータの軸トルクを示すグラフである。 実施例２に係るプリセットモードの制御フローチャートである。 実施例２に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例３に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例３に係る電磁ブレーキ装置と電磁クラッチ装置の断面図である。 実施例３に係るエンジン始動時の制御フローチャートである。

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のエンジン始動システムは、図1に示すように、エンジン１のリングギヤ１ａを回転駆動してエンジン１をクランキングするスタータ２と、このスタータ２の動作を制御する制御装置３とを含んで構成される。
スタータ２は、以下に説明するモータ４、遊星歯車装置５、クラッチ６、出力軸７、ピニオン８、磁気ブレーキ装置９、および運動方向変換機構１０などを含んで構成される。
モータ４は、例えば、インバータ１１より三相交流が印加されて回転磁界を発生し、その回転磁界に同期して回転する交流モータであり、正逆両方向に回転可能に構成される。インバータ１１は、モータ４に印加する電圧及び周波数を可変してモータ４の回転速度および回転方向を制御できる。

遊星歯車装置５は、図２及び図３に示すように、モータ軸４ａに設けられる太陽歯車１２と、太陽歯車１２の回転中心と同心に配置されるリング状の内歯車１３と、太陽歯車１２と内歯車１３とに噛み合う遊星歯車１４と、遊星歯車１４の公転運動を出力する遊星キャリア１５とを有する。
遊星歯車１４は、遊星キャリア１５に設けられる自転軸１６に回転自在に支持され、自転運動と公転運動が可能である。遊星キャリア１５は、クラッチ６のアウタ１７と一体に設けられ、遊星歯車１４の公転運動を拾ってアウタ１７に伝達する。
この遊星歯車装置５は、モータ４のトルクを内歯車１３に伝達する一方の系統と、遊星キャリア１５に伝達する他方の系統とに振り分ける本発明の動力分割機構として機能する。

クラッチ６は、カム室に配置されるローラ１８を介してアウタ１７からインナ１９へトルクを伝達する一方、インナ１９からアウタ１７へのトルク伝達を遮断するローラ式の一方向クラッチである。
出力軸７は、図２に示すように、モータ軸４ａと同一軸線上に配置され、反モータ側（図示左側）の端部が軸受２０を介してスタータハウジング２１に回転自在に支持され、モータ側（図示右側）の端部にクラッチ６のインナ１９が設けられる。出力軸７の略中央部には、雄側の捩れスプライン７ａが設けられている。この出力軸７は、モータ４に駆動されて回転することでピニオン８に回転運動を与える本発明の回転方向動作部として機能する。

ピニオン８は、内周に雌側の捩れスプライン８ａ（図５参照）が設けられ、この捩れスプライン８ａが出力軸７の捩れスプライン７ａに噛み合って出力軸７の軸上を原点位置と最大前進位置との間で移動可能に配置される。
ピニオン８の原点位置は、例えば、出力軸７に設けられるストッパ部（図示せず）にピニオン８の一部（例えば、捩れスプライン８ａを形成するスプライン歯のモータ側端部）が当接することで規制される。
ピニオン８の最大前進位置は、ピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合った状態であり、図２に二点鎖線で示すように、ピニオン８の反モータ側端面（図示左端面）が出力軸７に取り付けられるピニオンストッパ２２に当接することで規制される。

磁気ブレーキ装置９は、図４に示すように、強磁性体のブレーキ板２３と、このブレーキ板２３の反モータ側に配置される摩擦板２４と、この摩擦板２４を介してブレーキ板２３を吸引する磁力発生部（下述する）と、ブレーキ解除コイル２５等を有する。この磁気ブレーキ装置９は、ピニオン８を軸方向に動作させる軸方向動作モードと回転方向に動作させる回転方向動作モードとをブレーキ解除コイル２５の励磁／非励磁に応じて切り替える本発明の動作モード切替部として機能する。
ブレーキ板２３は、遊星キャリア１５に設けられるダミーピン２６にネジ２７（図３参照）を結合して遊星キャリア１５に支持され、且つ、ダミーピン２６の外周に装着されるコイルスプリング２８により反摩擦板側へ付勢される。
摩擦板２４は、ブレーキ板２３と略同一の外径を有するリング状のプレートであり、下記の位置決め部材２９に係合して回転規制されている。

磁力発生部は、図４に示すように、永久磁石３０と、この永久磁石３０によって磁化されるブレーキ磁極片３１とを有する。
永久磁石３０は、樹脂等の非磁性材料で形成される位置決め部材２９を介して周方向の４カ所に位置決めされ、それぞれ径方向に着磁されている。
ブレーキ磁極片３１は、永久磁石３０の径方向外側に配置される外側磁極片３１ａと、永久磁石３０の径方向内側に配置される内側磁極片３１ｂとを有する。
ブレーキ解除コイル２５は、通電により発生する磁力がブレーキ磁極片３１に対して永久磁石３０の磁力を打ち消す方向に働く。

運動方向変換機構１０は、図５に示すように、周方向に捩れ溝３２を有する筒形状の押出シリンダ３３と、捩れ溝３２と軸方向に交差するストレート溝３４を有する固定部材（後述する）と、ピニオン８に組み付けられる押出カラー３５と、この押出カラー３５に保持されて捩れ溝３２とストレート溝３４とに係合する係合ピン３６とを備える。
押出シリンダ３３は、スタータハウジング２１に形成される円筒内周面に回転可能に保持され、且つ、係合プレート３７を介して内歯車１３と一体に回転可能に設けられる。
固定部材はスタータハウジング２１であり、円筒内周面の径方向に対向する２カ所（点対称の位置）にストレート溝３４が形成される。

押出カラー３５は、ピニオン８の歯部よりモータ側の端部に配置されて、ピニオン８に対し相対回転可能に組み付けられる。この押出カラー３５には、径方向に対向する２カ所（点対称の位置）にピン挿入孔３５ａが形成される。
係合ピン３６は、軸心方向の一端側がピン挿入孔３５ａに挿入され、他端側がピン挿入孔３５ａより径方向の外側へ突出して捩れ溝３２及びストレート溝３４に係合している。
この運動方向変換機構１０は、押出シリンダ３３の回転運動を軸方向の直線運動に変換してピニオン８に伝達する本発明の軸方向動作部として機能する。

制御装置３は、マイクロコンピュータを搭載するＥＣＵであり、図１に示すように、インバータ１１を介してモータ４の動作を制御するモータ制御部３ａと、モード切替スイッチ３８をオン／オフ操作して磁気ブレーキ装置９の動作を制御する動作モード制御部３ｂとを有する。
以下、制御装置３によるスタータ制御の一例として、プリセットモードに続いてエンジン１を始動するまでの制御手順を図７に示すフローチャートに沿って説明する。
なお、プリセットモードとは、例えば、アイドリングストップが実行された後、エンジン１の始動要求が発生する前にピニオン８をリングギヤ１ａに噛み合わせる動作を言う。
ステップＳ１０…プリセットモードを実行するためのプリセット指令が発生したか否かを判定し、プリセット指令が発生するまでステップＳ１０を繰り返す。プリセット指令は、例えば、エンジン１の惰性回転中にエンジン回転数が所定回転数以下（例えば５００ｒｐｍ以下）まで低下した時にエンジンＥＣＵ（図示せず）から制御装置３へ出力される。

ステップＳ２０…インバータ１１を介してモータ４を正回転させる。この時、モード切替スイッチ３８はオフであり、ブレーキ解除コイル２５は非励磁の状態である。これにより、永久磁石３０によって磁化されるブレーキ磁極片３１にブレーキ板２３が吸引されて摩擦板２４に当接するため、ブレーキ板２３と摩擦板２４との間に生じる摩擦力によってブレーキ板２３の回転が規制される。ブレーキ板２３は、遊星キャリア１５に対し相対回転が規制されているので、ブレーキ板２３の回転が規制されることで遊星キャリア１５の回転も規制される。遊星キャリア１５の回転が規制された状態でモータ４が正回転すると、遊星歯車１４の自転運動により内歯車１３が太陽歯車１２の回転方向と逆方向に回転する。内歯車１３の回転は、係合プレート３７を介して運動方向変換機構１０の押出シリンダ３３に伝達されて、押出シリンダ３３が回転する。

運動方向変換機構１０は、押出シリンダ３３の回転運動を軸方向の直線運動に変換してピニオン８に伝達する。具体的には、図６に示すように、押出シリンダ３３が図示矢印方向に回転すると、係合ピン３６が捩れ溝３２内を移動しながらストレート溝３４内を反モータ方向へ移動し、その係合ピン３６の軸方向移動が押出カラー３５を介してピニオン８に作用する。つまり、ピニオン８に軸方向の押出力が働くことで、ピニオン８が出力軸７の軸上を捩れスプライン７ａに沿って回転しながら反モータ方向へ移動する。

ピニオン８がリングギヤ１ａに当接して停止すると、その時点で押出シリンダ３３の回転が規制されて内歯車１３の回転が停止する。この後、モータ４の軸トルクがブレーキ板２３と摩擦板２４との間に生じる滑りトルクより大きくなると、ブレーキ板２３に滑りが生じるため、ブレーキ板２３と一体に遊星キャリア１５が回転する。遊星キャリア１５の回転がクラッチ６を介して出力軸７に伝達され、出力軸７と一体にピニオン８がリングギヤ１ａと噛み合い可能な位置まで回転すると、押出シリンダ３３が再び回転してピニオン８に軸方向の押出力が付与される。この押出力を受けてピニオン８の歯がリングギヤ１ａの歯と歯の間（以下、歯溝と言う）に入り込むことができる。なお、ピニオン８がリングギヤ１ａと噛み合い可能な位置とは、ピニオン８の歯がリングギヤ１ａの歯溝に合致する位置を言う。

ステップＳ３０…ピニオン８とリングギヤ１ａとの噛み合いを判定する。具体的には、モータ４の回転角度が所定の回転角度（例えば７２０ｄｅｇ）以上か否かを判定する。
ピニオン８が原点位置から最大前進位置まで移動する軸方向距離は、モータ４の回転角度に相関するが、実施例1のスタータ２は、モータ４の７２０ｄｅｇ回転分に相当する。モータ４の回転角度は、例えば、エンコーダやレゾルバ等の回転角センサ３９（図１参照）によって検出できる。回転角センサ３９で検出される回転角度が７２０ｄｅｇ以上であれば、ピニオン８が完全にリングギヤ１ａに噛み合っている、言い換えると、ピニオン８がピニオンストッパ２２に当接する最大前進位置まで前進したと判断できる。
モータ４の回転角度が７２０ｄｅｇ以上となるまでステップＳ３０を繰り返し、７２０ｄｅｇ以上となった時に次のステップＳ４０へ進む。
ステップＳ４０…モータ４への通電を停止してプリセットモードを終了する。

ステップＳ５０…エンジン１の始動要求が発生したか否かを判定し、始動要求が発生するまでステップＳ５０を繰り返す。エンジン１の始動要求は、例えば、運転者がブレーキペダルを緩める、シフトレバーをＮレンジからＤレンジに入れる等の動作が行われた時にエンジンＥＣＵより制御装置３へ出力される。始動要求が発生するまでステップＳ５０を繰り返し、始動要求が発生した時に次のステップＳ６０へ進む。
ステップＳ６０…モード切替スイッチ３８をオフからオンに切り替えてブレーキ解除コイル２５を励磁すると共に、インバータ１１を介してモータ４を正回転させる。ブレーキ解除コイル２５を励磁することでブレーキ板２３を吸引する磁力が打ち消されるため、ブレーキ板２３はコイルスプリング２８に付勢されて摩擦板２４から切り離される。その結果、遊星キャリア１５の回転規制が解除されるので、モータ４のトルクがクラッチ６を介して出力軸７に伝達され、出力軸７と一体にピニオン８が回転してリングギヤ１ａを回転駆動する。

ステップＳ７０…エンジン１が完爆したか否かを判定する。エンジン１の完爆は、例えば、エンジン回転数が予め設定される完爆回転数を超えた時に完爆したと判定できる。
ステップＳ８０…モード切替スイッチ３８をオンからオフに切り替えてブレーキ解除コイル２５を非励磁にすると共に、インバータ１１を介してモータ４を逆回転させる。ブレーキ解除コイル２５が非励磁となって遊星キャリア１５の回転が規制されると、モータ４の逆回転により内歯車１３がプリセットモード時とは逆方向に回転するため、運動方向変換機構１０を介してピニオン８に軸方向の戻し力が働く。戻し力とは、ピニオン８を反リングギヤ方向へ押し戻す力である。この戻し力によりピニオン８がリングギヤ１ａから離脱して出力軸７の軸上を後退する。
ステップＳ９０…ピニオン８が原点位置へ戻った否かを判定する。具体的には、モータ４の回転角度が７２０ｄｅｇ以上の時にピニオン８が原点位置へ戻ったと判定する。
ステップＳ１００…モータ４への通電を停止して本処理を終了する。

実施例1のスタータ２は、イグニッションスイッチがオフの状態で必ずしもピニオン８が原点位置に戻っているとは限らない。つまり、ピニオン８の初期位置が安定しないため、例えば、イグニッションスイッチをオンした時にピニオン８を初期位置から原点位置へ戻すための原点復帰モードを実行することもできる。
以下、原点復帰モードの制御手順を図８に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１１…インバータ１１を介してモータ４を逆回転させる。この時、ブレーキ解除コイル２５は非励磁の状態であり、ブレーキ板２３が摩擦板２４に摩擦係合して遊星キャリア１５の回転が規制されている。これにより、内歯車１３がプリセットモード時とは逆方向に回転するため、ピニオン８に軸方向の戻し力が働く。この戻し力によりピニオン８がリングギヤ１ａから離脱して出力軸７の軸上を後退する。

ステップＳ２１…モータ４が７２０ｄｅｇ以上逆回転したか否かを判定する。プリセットモードで説明したように、実施例１のスタータ２は、ピニオン８が原点位置から最大前進位置まで移動する軸方向距離がモータ４の７２０ｄｅｇ回転分に相当する。従って、モータ４が７２０ｄｅｇ以上逆回転する間にピニオン８は初期位置から原点位置まで戻ることができる。
なお、ピニオン８が原点位置に戻った後、モータ４の軸トルクがブレーキ板２３と摩擦板２４との間に生じる滑りトルクより大きくなると、ブレーキ板２３と摩擦板２４との間に滑りが発生する。すなわち、ピニオン８が原点位置に戻ることで内歯車１３の回転が停止しても、ブレーキ板２３が滑ることによって遊星キャリア１５が回転できるので、モータ４の逆回転が停止することはない。
ステップＳ３１…モータ４への通電を停止する。
ステップＳ４１…シーケンス終了フラグをセットした後、原点復帰モードを終了する。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１のスタータ２は、遊星キャリア１５の回転が規制されることでモータ４のトルクが内歯車１３に伝達され、その内歯車１３の回転が運動方向変換機構１０により軸方向の直線運動に変換されてピニオン８に伝達される。この構成によれば、出力軸７に設けられる捩れスプライン７ａの捩れ角に左右されることなく、ピニオン８をリングギヤ１ａに向けて移動させることができる。言い換えると、捩れスプライン７ａの送りねじ作用を利用することなくピニオン８を軸方向に動作させることが出来るので、必ずしも出力軸７に捩れスプライン７ａを設ける必要はなく、例えば、捩れスプライン７ａに替えて直スプラインを採用することも可能である。

また、ピニオン８が出力軸７の軸上を移動する際に、ピニオン８の外周を押圧してピニオン８の回転を規制する必要がないので、特許文献１に開示されるスタータと比較して摺動ロスを小さくでき、結果的にモータ４の消費電力を抑制できる。
さらに、エンジン１の始動要求が発生する前にプリセットモードを実行するので、始動要求に応答してモータ４を駆動することにより速やかにエンジン１を始動できる。つまり、エンジンＥＣＵから始動要求が出力された時点で既にピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合っているので、始動要求が発生してからピニオン８を押し出してリングギヤ１ａに噛み合わせる場合と比較してエンジン１の始動時間を短縮できる。

また、制御装置３は、回転角センサ３９の検出情報を基にスタータ２の動作状態（モータ４の回転角度）を適切に把握できるので、ピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合う時に生じる騒音を低減できる。例えば、回転角センサ３９の検出情報を基にピニオン８がリングギヤ１ａに当接する手前でモード切替スイッチ３８をオフからオンに切り替えた後、再度、オフにする。これにより、軸方向動作モードから一旦、回転方向動作モードに切り替わった後、再度、軸方向動作モードに切り替わるので、ピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合う時の速度が小さくなる。その結果、ピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合う時の衝撃が軽減されてピニオン８の寿命を延ばすことができ、且つ、噛み合い時の騒音も低減できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与し、詳細な説明は省略（実施例１を参照）する。
〔実施例２〕
実施例２は、プリセットモードを実行する際に、モータ４の軸トルクを推定してピニオン８とリングギヤ１ａとの噛み合いを判定する一例である。
モータ４の軸トルクは、図９に示すように、ピニオン８の歯がリングギヤ１ａの歯溝に入り込んでピニオンストッパ２２に当接した後、滑りトルク（例えば、０．１２Ｎｍ）を超える所定のトルク値まで大きくなり、その後、ピニオン８の歯面がリングギヤ１ａの歯面を押圧することで更に増大する。なお、滑りトルクとは、ブレーキ板２３が摩擦板２４に対し滑り始める時のトルクである。

制御装置３は、所定のトルク値より大きい噛合い判定値（Trq_mesh）を設定し、図１０に示すフローチャートのステップＳ３０でモータ４の軸トルクが噛合い判定値以上か否かを判定する。モータ４の軸トルクは、例えば、バッテリＢからインバータ１１に流れる電流を電流センサ４０（図１１参照）で検出し、その検出された電流値より推定できる。
ステップＳ３０でモータ４の軸トルク（電流値から推定されるトルク）が噛合い判定値（例えば、０．２Ｎｍ）以上となった時にピニオン８がリングギヤ１ａに噛み合ったことを判定する。なお、フローチャートのステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ４０の各処理は、実施例１のプリセットモードと同じであり、処理内容は実施例１を参照する。
この実施例２は、電流センサ４０で検出される電流値からモータ４の軸トルクを推定し、その推定された軸トルクを基にピニオン８とリングギヤ１ａとの噛み合いを判定する構成以外は、実施例1と同じであり、スタータ２の構造も同一であるので、実施例1と同様の効果を得ることができる。

〔実施例３〕
実施例３のエンジン始動システムは、直流整流子モータ４を採用すると共に、本発明の動作モード切替部を電磁ブレーキ装置４１と電磁クラッチ装置４２とで構成する一例である。
モータ４は、モータ軸４ａに設けられる整流子（図示せず）と、この整流子の外周上に配置されるブラシ（図示せず）とを含んで構成される直流整流子モータであり、図１２に示す制御スイッチ４３によって通電電流がオン／オフされる。制御スイッチ４３は、バッテリＢからモータ４に電力を供給するための電源回路に設けられ、制御装置３によりオン／オフ動作が制御される。

電磁ブレーキ装置４１と電磁クラッチ装置４２は、図１３に示すように、両者が共有する強磁性体のブレーキ＆クラッチ板４４を有する。
ブレーキ＆クラッチ板４４は、円環状の板ばね４５を介して非磁性体のベース板４６に結合され、そのベース板４６に対し板ばね４５が撓むことにより軸方向のモータ側へ移動可能に設けられる。板ばね４５は、径方向の外周部でリベット等によりブレーキ＆クラッチ板４４に固定され、径方向の内周部でリベット等によりベース板４６に固定される。
ベース板４６は、ダミーピン２６に形成される螺子孔にネジ２７を結合して遊星キャリア１５に支持される。

電磁ブレーキ装置４１は、通電により磁力を発生するブレーキコイル４７と、このブレーキコイル４７への通電によって磁化されるブレーキ磁極片３１と、このブレーキ磁極片３１のモータ側に配置される摩擦板２４等を備える。ブレーキコイル４７は、第１モード切替スイッチ３８ａ（図１２参照）によって通電電流がオン／オフされる。
電磁クラッチ装置４２は、通電により磁力を発生するクラッチコイル４８と、このクラッチコイル４８への通電によって磁化されるクラッチ磁極片４９と、モータ軸４ａに嵌合してモータ軸４ａと一体に回転する強磁性体のモータ回転板５０等を備える。クラッチコイル４８は、第２モード切替スイッチ３８ｂ（図１２参照）によって通電電流がオン／オフされる。
モータ回転板５０には、ブレーキ＆クラッチ板４４とクラッチ磁極片４９との間にそれぞれ僅かな隙間を有して配置されるプレート状のクラッチ回転磁極５１が一体に設けられる。

次に、実施例３のスタータ２を制御する制御装置３の手順を図１４に示すフローチャートに沿って説明する。ここでは、実施例1と同様に、プリセットモードに続いてエンジン１を始動するまでの制御手順を説明する。
ステップＳ１０…プリセット指令が発生したか否かを判定し、プリセット指令が発生するまでステップＳ１０を繰り返す。
ステップＳ２０…第１モード切替スイッチ３８ａおよび制御スイッチ４３をオン操作してブレーキコイル４７及びモータ４に通電する。

ブレーキコイル４７への通電によりブレーキ＆クラッチ板４４がブレーキ磁極片３１に吸引されて摩擦板２４に係合することで、ブレーキ＆クラッチ板４４の回転が規制される。これにより、ブレーキ＆クラッチ板４４に板ばね４５を介して連結されるベース板４６の回転が規制され、そのベース板４６を支持する遊星キャリア１５の回転が規制される。この後、運動方向変換機構１０の働きによりピニオン８が反モータ方向へ移動してリングギヤ１ａに噛み合うまでの動作は実施例１と同じである。
ステップＳ３０…実施例1または実施例２と同様に、ピニオン８とリングギヤ１ａとの噛み合いを判定し、判定結果がＹＥＳとなった時にステップＳ４０へ進む。
ステップＳ４０…制御スイッチ４３をオフ操作してモータ４への通電を停止する。

ステップＳ５０…エンジン１の始動要求が発生したか否かを判定し、始動要求が発生するまでステップＳ５０を繰り返す。
ステップＳ６０…第１モード切替スイッチ３８ａをオフ操作してブレーキコイル４７への通電を停止する。ブレーキコイル４７への通電停止により、ブレーキ＆クラッチ板４４が摩擦板２４から切り離されて摩擦制動力が消滅するため、遊星キャリア１５の回転規制が解除される。その結果、モータ４のトルクがクラッチを介して出力軸７に伝達され、出力軸７と一体にピニオン８が回転してリングギヤ１ａを回転駆動することでエンジン１をクランキングする。

ステップＳ７０…エンジン１が完爆したか否かを判定し、完爆するまでステップＳ７０を繰り返す。
ステップＳ８０…第２モード切替スイッチ３８ｂをオン操作してクラッチコイル４８に通電する。クラッチコイル４８への通電によって磁化されたクラッチ回転磁極５１とブレーキ＆クラッチ板４４との間に吸引力が働き、その吸引力によってブレーキ＆クラッチ板４４が板ばね４５を撓ませながらクラッチ回転磁極５１に吸着される。
クラッチ回転磁極５１を有するモータ回転板５０は、モータ軸４ａと一体に回転するので、ブレーキ＆クラッチ板４４がモータ軸４ａと同一方向に回転する。ブレーキ＆クラッチ板４４は、板ばね４５を介してベース板４６に連結され、そのベース板４６が遊星キャリア１５に対し相対回転が規制されるので、遊星キャリア１５もモータ軸４ａと同一回転する。

遊星キャリア１５がモータ軸４ａと同一回転することにより、内歯車１３が太陽歯車１２及び遊星キャリア１５と同一方向、つまり、モータ軸４ａの回転方向と同一方向に回転する。この内歯車１３の回転方向は、ピニオン８をリングギヤ１ａに向けて押し出す時と反対方向になるため、内歯車１３の回転が運動方向変換機構１０により軸方向の戻し力に変換されてピニオン８に作用する。この戻し力によりピニオン８がリングギヤ１ａから離脱して出力軸７の軸上を後退する。
ステップＳ９０…ピニオン８が原点位置へ戻ったか否かを判定する。具体的には、モータ４の回転角度が７２０ｄｅｇ以上の時にピニオン８が原点位置へ戻ったと判定する。
ステップＳ１００…第２モード切替スイッチ３８ｂをオフ操作してクラッチコイルへの通電を停止すると共に、制御スイッチ４３をオフ操作してモータ４への通電を停止する。

この実施例３のスタータ２は、エンジン１が始動した後、電磁クラッチ装置４２によりブレーキ＆クラッチ板４４をクラッチ回転磁極５１に吸着させることで、遊星キャリア１５をモータ軸４ａと同一方向に回転させることができる。これにより、エンジン１のクランキング時とは逆向きに内歯車１３が回転するため、ピニオン８をリングギヤ１ａから離脱させる際に、モータ４をクランキング時と逆方向に回転させる必要はない。言い換えると、ピニオン８をリングギヤ１ａに向けて移動させる時と反リングギヤ方向に移動させる時とで、モータ４の回転方向は同一であり、モータ４の回転方向を切り換える必要はないため、直流整流子モータを使用できる。
また、制御装置３は、回転角センサ３９あるいは電流センサ４０の検出情報を基にスタータ２の動作状態（モータ４の回転角度あるいは軸トルク）を適切に把握できるので、実施例１と同様の効果を得ることができる。

〔変形例〕
実施例１では、交流モータを使用する事例を記載したが、回転方向を切り替えるための正逆転回路を備えた直流モータを採用することも可能である。
実施例１で説明した原点復帰モードは、イグニッションスイッチをオンした時に限らず、プリセットモードに先立って実行することもできる。 実施例１、３では、プリセットモードに続いてエンジン１を始動するまでの制御手順を説明しているが、プリセットモードを実施することが必須ではない。つまり、アイドリングストップが実行された後、エンジンの始動要求を待ってからスタータの動作を制御してエンジンをクランキングさせることもできる。
制御装置３は、モータ４の回転角度あるいは電流の他に、例えば、モータ４の回転子位置情報、温度、電圧、エンジン１の温度やクランク角度、リングギヤ１ａの回転数、バッテリＢの持ち出し電流、電圧等の物理量を基にモード切替スイッチ３８（実施例３では第１モード切替スイッチ３８ａ及び第２モード切替スイッチ３８ｂ）のオン／オフ動作を制御することもできる。

１ エンジン １ａ リングギヤ
２ スタータ ３ 制御装置
３ａ モータ制御部 ３ｂ 動作モード制御部
４ モータ ５ 遊星歯車装置（動力分割機構）
６ 出力軸（回転方向動作部） ７ ピニオン
９ 磁気ブレーキ装置（動作モード切替部）
１０ 運動方向変換機構（軸方向動作部）
１１ インバータ ２５ ブレーキ解除コイル（電磁コイル）
３８ モード切替スイッチ ３９ 回転角センサ
４０ 電流センサ ４１ 電磁ブレーキ装置（動作モード切替部）
４２ 電磁クラッチ装置（動作モード切替部）
４３ 制御スイッチ ４７ ブレーキコイル（電磁コイル）
４８ クラッチコイル（電磁コイル） Ｂ バッテリ（直流電源）

Claims (6)

1. ピニオン（７）を軸方向に動作させてエンジン（１）のリングギヤ（１ａ）に噛み合わせ、且つ、モータ（４）に発生するトルクを前記ピニオンに伝達して前記エンジンをクランキングするスタータ（２）と、
   このスタータの動作を制御する制御装置（３）とを備えるエンジン始動システムであって、
   前記スタータは、
   前記モータのトルクを一方と他方の二系統に振り分けて出力できる動力分割機構（５）と、
   前記一方の系統に振り分けられたトルクを入力して前記ピニオンに軸方向の直線運動を与える軸方向動作部（１０）と、
   前記他方の系統に振り分けられたトルクを入力して前記ピニオンに回転運動を与える回転方向動作部（６）と、
   前記モータのトルクを前記一方の系統に振り分けて前記軸方向動作部により前記ピニオンを軸方向に動作させる動作モードを軸方向動作モードと呼び、前記モータのトルクを前記他方の系統に振り分けて前記回転方向動作部により前記ピニオンを回転方向に動作させる動作モードを回転方向動作モードと呼ぶ時に、前記軸方向動作モードと前記回転方向動作モードとを電磁コイル（２５、４７、４８）の励磁／非励磁に応じて切り替える動作モード切替部（９、４１、４２）とを有し、
   前記制御装置は、
   前記モータの動作を制御するモータ制御部（３ａ）と、
   前記動作モード切替部による前記軸方向動作モードと前記回転方向動作モードとの切り替えを制御する動作モード制御部（３ｂ）とを有し、
   前記動作モード制御部は、前記モータ制御部により前記モータへの通電が開始された後、前記エンジンまたは前記スタータの状態に応じて変化する物理量を入力し、その物理量を基に前記電磁コイルの励磁／非励磁を制御することを特徴とするエンジン始動システム。
2. 請求項1に記載したエンジン始動システムにおいて、
   前記モータに流れる電流を前記物理量として検出する電流センサ（４０）を有し、
   前記動作モード制御部は、前記モータへの通電が開始された後、前記電流センサで所定値以上の電流値が検出された時に、前記電磁コイルの励磁／非励磁を制御して前記軸方向動作経路から前記回転方向動作経路へ切り替えることを特徴とするエンジン始動システム。
3. 請求項１または２に記載したエンジン始動システムにおいて、
   前記モータの回転角度を前記物理量として検出する回転角センサ（３９）を有し、
   前記モータ制御部は、前記モータへの通電を開始した後、前記回転角センサで所定角度以上の回転角度が検出された時点で前記モータへの通電を停止することを特徴とするエンジン始動システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載したエンジン始動システムにおいて、
   前記モータは、インバータ（１１）より交流電圧が印加されて作動する交流モータであり、
   前記モータ制御部は、前記インバータを介して前記モータの動作を制御することを特徴とするエンジン始動システム。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載したエンジン始動システムにおいて、
   前記モータは、直流電源（Ｂ）より電力の供給を受けて作動する直流モータであり、
   前記直流電源より前記モータに電力を供給するための電源回路を開閉する制御スイッチ（４３）を有し、
   前記モータ制御部は、前記制御スイッチのオン／オフ状態を切り替えることで前記モータの動作を制御することを特徴とするエンジン始動システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載したエンジン始動システムにおいて、
   直流電源（Ｂ）より前記電磁コイルに通電するための通電回路を開閉するモード切替スイッチ（３８）を有し、
   前記動作モード切替部は、前記モード切替スイッチのオン／オフ状態を切り替えることで前記電磁コイルの励磁／非励磁を制御することを特徴とするエンジン始動システム。
   

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