JP3545622B2 - 始動電動機のスイッチ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁押込式の始動電動機の通電を制御する始動電動機のスイッチ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は従来の始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
図4において、電磁押込式の始動電動機1のスイッチ制御装置においては、バッテリ2の正側端子が始動スイッチ3を介してプルインコイル6とホールディングコイル7との接続点に接続されているとともに、常開の主接点4のバッテリー端子としての固定接点4aに接続されており、その負側端子が接地されている。プランジャ5は、主接点4の可動接点4cを駆動するものである。そして、主接点4のモータ端子としての固定接点4bは、プルインコイル6に接続されているとともに、電機子10のブラシ11aに接続されている。また、ホールディングコイル7の他端および電機子10のブラシ11bは接地されている。クラッチ14およびピニオン15が電機子10の軸方向に移動可能に配設され、レバー12がレバーバネ13に取り付けられた支点12acを中心して回動自在に設置されている。そして、このレバー12の一端がクラッチ14に係合され、その他端がプランジャ5に係合されている。さらに、このピニオン15はエンジン(図示せず)のリングギヤ16に歯合するようになっている。
【0003】
このように構成された従来の始動電動機1のスイッチ制御装置の動作について説明する。
先ず、始動スイッチ3をオンすると、プルインコイル6およびホールディングコイル7がバッテリー2に接続され、プルインコイル6およびホールディングコイル7に並列に電流が流れる。このため、プランジャ5は、リターンスプリング8を撓ませながら図中右方向に吸引移動される。このプランジャ5の移動にともない、レバー12が支点12aを中心に図中時計回りに回動し、クラッチ14を図中左方向に押し出す。そして、ピニオン15の端面がリングギヤ16の端面に当接した時点で、ピニオン15の移動が止められる。この時、プランジャ5は、プルインコイル6およびホールディングコイル7により吸引されているので、プランジャ5内のドライブスプリング9を撓ませながら移動を続ける。
【0004】
そして、可動接点4cが固定接点4a、4bに当接し、プランジャ5の移動が止まる。主接点4が閉成された時点で、プルインコイル6の両端の電位差がほぼゼロとなり、プルインコイル6には電流が流れなくなり、ホールディングコイル7の吸引力のみでプランジャ5の吸引を保持する。一方、主接点4が閉成されることで、電機子10が通電付勢されて回り始め、ピニオン15とリングギヤ16との歯がずれ、ピニオン15がドライブスプリング9の付勢力とねじれスプライン(図示せず)により図中左方向に押し出され、リングギヤ16に噛み合う。そして、電機子10の回転力がピニオン15を介してリングギヤ16に伝達され、エンジンを始動させる。
【0005】
エンジン着火後、始動スイッチ3をオフとすると、バッテリ2から可動接点4cを介してプルインコイル6およびホールディングコイル7に直列に電流が流れる。この時、ホールディングコイル7には吸引時と同方向の電流が流れ、プルインコイル6には吸引時と逆方向の電流が流れるため、ホールディングコイル7とプルインコイル6とには逆方向の吸引力が発生する。そして、電流が両コイルに直列に流れるため、両コイルに流れる電流値は同一であるので、それぞれのコイルの巻き数を同等にしておくと、反対方向の吸引力が発生しても、それぞれの吸引力は同一アンペアターンとなり、互いの力を打ち消し合いゼロとなるため、プランジャ5はリターンスプリング8の付勢力により戻ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の始動電動機のスイッチ制御装置では、以上のように、始動スイッチ3をオンした時に、バッテリー2の全電圧がプルインコイル6およびホールディングコイル7に一度に印加されるので、各スプリングの力以上の大きな吸引力が両コイルに発生してしまう。そこで、プランジャ5の吸引加速度は大きなものとなり、ピニオン15等の慣性力が悪化したり、あるいは使用過程でのピニオン15の移動が悪化したりして、レバースプリング13が先に撓んでしまい、主接点4が閉成してモータが立ち上がってしてしまう。そのため、ピニオン15とリングギヤ16とが噛み合わないという事態が発生するという課題があった。
さらには、機構上プルインコイル6とホールディングコイル7との巻き数を同等にしなければないが、使用中の不意の不具合により、両コイルのいずれかに線間ショート(レヤー)が発生すると、両コイルの巻き数がアンバランスとなり、始動スイッチ3をオフしても、プランジャ5が自己保持したままとなってしまうという課題があった。そして、プランジャ5が自己保持されると、電機子10がピニオン・リングギヤ比倍で回転され、ついには遠心力で破壊されてしまうことにつながる。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、プルインコイルとホールディングコイルとの一方のコイルにはバッテリー電圧を直接印加し、他方のコイルには低電圧からバッテリー電圧まで時間的に変化させて印加するようにし、ピニオンに作用する移動力をプランジャの移動に合わせてピニオンとリングギヤとの噛み合いを確実にした始動電動機のスイッチ制御装置を得ることを目的とする。
さらに、始動スイッチのオフ時にプルインコイルとホールディングコイルとに直列に流れる電流経路の形成を回避し、両コイルの巻き数のアンバランスに起因するプランジャの自己保持現象を防止した始動電動機のスイッチ制御装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る始動電動機のスイッチ制御装置は、プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられているものである。
【0011】
また、上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えているものである。
【0012】
また、上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
図1において、電圧制御手段としての可変抵抗器20が接続点Aとプルインコイル6との間に配設されている。
なお、他の構成は図4に示した従来の始動電動機のスイッチ制御装置と同様に構成されている。
【0014】
つぎに、この実施の形態1による始動電動機のスイッチ制御装置の動作について説明する。
先ず、始動スイッチ3をオンすると、プルインコイル6およびホールディングコイル7がバッテリー2に接続され、プルインコイル6およびホールディングコイル7に並列に電流が流れる。この時、ホールディングコイル7には始動スイッチ3の閉成時からバッテリー2の全電圧が直接印加される。一方、プルインコイル6に印加される電圧は、可変抵抗器20により始動スイッチ3の閉成時から時間とともに低電圧からバッテリ電圧に徐々に昇圧される。
これにより、両コイル6、7に電磁力が発生する。このため、プランジャ5が、リターンスプリングを撓ませながら図中上方向に吸引移動される。このプランジャ5の移動にともない、プランジャ5に係合するレバー12が支点12aを中心に回動し、クラッチ14(ピニオン15)をリングギヤ16の方向に押し出す。そして、ピニオン15の端面がリングギヤ16の端面に当接した時点で、ピニオン15の移動が止められる。この時、プランジャ5は、プルインコイル6およびホールディングコイル7により吸引されているので、プランジャ5内のドライブスプリングを撓ませながら移動を続ける。
【0015】
そして、可動接点4cが固定接点4a、4bに当接し、プランジャ5の移動が止まる。主接点4が閉成された時点で、プルインコイル6の両端の電位差がほぼゼロとなり、プルインコイル6には電流が流れなくなり、ホールディングコイル7の吸引力のみでプランジャ5の吸引を保持する。一方、主接点4が閉成されることで、電機子10が通電付勢されて回り始め、ピニオン15とリングギヤ16との歯がずれ、ピニオン15がドライブスプリングの付勢力とねじれスプラインにより図中右方向に押し出され、リングギヤ16に噛み合う。そして、電機子10の回転力がピニオン15を介してリングギヤ16に伝達され、エンジンを始動させる。
【0016】
この実施の形態1によれば、プルインコイル6に印加される電圧が可変抵抗器20により始動スイッチ3の閉成時から時間とともに低電圧からバッテリ電圧に徐々に昇圧されるので、両コイル6、7に発生する電磁力によるプランジャ5に作用する吸引力は、リターンスプリング、ドライブスプリング、レバーバネ等ののバネ力とのバランスを段階的に破りながら大きくなる。そこで、プランジャ5に作用する両コイル6、7による吸引力とリターンスプリング、ドライブスプリング、レバーバネ等のバネ力とのバランスが大きくずれることがなく、プランジャ5の吸引加速度の上昇が抑えられる。このため、プランジャ5の過大な吸引加速度に起因するピニオン15などの慣性力の悪化や使用過程におけるピニオン15の移動の悪化が抑制されるので、レバースプリング13が先に撓んでしまって主接点4が閉成されてモータが立ち上がることが未然に防止され、ピニオン15とリングギヤ16との噛み合いがスムーズに確実に行われる。
また、プルインコイル6に印加される電圧のみを制御しているので、プルインコイル6とホールディングコイル7との両方に印加される電圧を制御する場合に比べて、可変抵抗器20の小型化が図られる。
【0017】
ここで、ホールディングコイル7は、長時間動作するもので、細いコイルで作製され、小さな電流を流して動作させるものである。一方、プルインコイル6は、短時間で動作が終了するもので、太いコイルで作製され、大きな電流を流して動作させるものである。
そこで、可変抵抗器20を用いてホールディングコイル7に印加される電圧を調整しようとすると、動作時間が長いために可変抵抗器20の熱劣化(故障)が起こりやすい。一方、可変抵抗器20を用いてプルインコイル6に印加される電圧を調整しようとすると、動作時間が短いために可変抵抗器20の熱劣化(故障)が起こりにくい。
従って、プルインコイル6およびホールディングコイル7のいずれかのコイルに印加される電圧を調整することにより、ピニオン15とリングギヤ16との噛み合いをスムーズに確実に行わせることができるが、信頼性の面から、プルインコイル6に印加される電圧を調整することがよい。
【0018】
実施の形態2.
この実施の形態2では、図2に示されるように、電圧制御手段としての可変電圧器21が接続点Aとプルインコイル6との間に配設され、電流遮断手段としてのスイッチ22、23が接続点Aと可変電圧器21およびホールディングコイル7との間にそれぞれ設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
【0019】
つぎに、この実施の形態2による始動電動機のスイッチ制御装置の動作について説明する。なお、エンジン着火までの動作はスイッチ22、23が閉成されている点を除いて上記実施の形態1と同じであるので、ここではエンジン着火後の動作について説明する。
エンジン着火後、始動スイッチ3をオフとすると同時に、スイッチ22、23が開成される。この時、直列に接続されているプルインコイル6とホールディングコイル7との両端、即ち固定接点4b(可動接点4c)と接地との間にバッテリ電圧が印加されるが、スイッチ22、23の開成により、固定接点4b(可動接点4c)からプルインコイル6とホールディングコイル7とを介して接地に流れる電流経路が遮断される。そこで、プルインコイル6およびホールディングコイル7には電流が流れず、プランジャ5がリターンスプリング8の付勢力により戻される。
【0020】
このように、この実施の形態2によれば、始動スイッチ3の開成時に、固定接点4b(可動接点4c)からプルインコイル6とホールディングコイル7とを介して接地に流れる電流経路が遮断されるので、プランジャ5の自己保持を回避するために従来必要であったプルインコイル6とホールディングコイル7とのコイル巻き数を同一とする制約が解除される。
従って、使用中に不意の不具合によりプルインコイル6およびホールディングコイル7でレヤーが発生しても、電機子10の破壊につながるプランジャ5の自己保持現象は起こらず、信頼性を向上させることができる。
また、従来、プルインコイル6とホールディングコイル7とのコイル巻き数を同一とする制約から、太いコイルで作製されるプルインコイル6の巻き数を細いコイルで作製されるホールディングコイル7の巻き数に合わせており、プルインコイル6の大型化を招いていた。しかしながら、この実施の形態2では、該制約がないので、プルインコイル6とホールディングコイル7とを単独で設計することができ、太いコイルで作製されるプルインコイル6の小型化が図られる。
【0021】
実施の形態3.
この実施の形態3では、図3に示されるように、電流遮断手段としての一方向導通素子であるダイオード24が接続点Aと可変電圧器21との間にそれぞれ設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態2と同様に構成されている。
【0022】
この実施の形態3では、始動スイッチ3の開成時に、固定接点4b(可動接点4c)からプルインコイル6とホールディングコイル7とを介して接地に流れる電流経路がダイオード24により遮断されるので、プランジャ5の自己保持を回避するために従来必要であったプルインコイル6とホールディングコイル7とのコイル巻き数を同一とする制約が解除される。
従って、この実施の形態3においても、上記実施の形態2と同様の効果が得られる。
さらに、この実施の形態3によれば、電流遮断手段が一方向導通素子であるダイオード24で構成されているので、上記実施の形態2のように、スイッチ22、23を開閉させる必要がなく、より制御が簡易となる。
また、可変電圧器21とプルインコイル6との間にダイオード24が介装されているので、主接点4の開成時のサージ電圧を阻止することができ、可変電圧器21を構成する半導体素子の破壊を未然に防止することができる。
【0023】
なお、上記実施の形態1、2では、電圧制御手段として可変抵抗器20あるいは可変電圧器21を用いるものとしているが、電圧制御手段はこれらに限定されるものではなく、例えば半導体スイッチング素子で構成された電流値調整器でもよい。
また、上記各実施の形態では、始動電動機の種類について特に説明していないが、エンジンスタート頻度が多いアイドルストップシステム車両の始動電動機に適用すれば、この発明の効果が一段とあがる。
【0024】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0025】
この発明によれば、プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられているので、プランジャの吸引加速度が小さくなり、リングギヤとピニオンとの噛み合いがスムーズに確実に行われる始動電動機のスイッチ制御装置が得られる。
【0028】
また、上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えているので、プルインコイルとホールディングコイルとのコイル巻き数を同一とする制約がなくなり、プランジャの自己保持現象に起因するピニオンの破壊を未然に防止することができる。
【0029】
また、上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子であるので、始動スイッチの開成時にモータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路が自動的に遮断され、複雑な制御が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図2】この発明の実施の形態2に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図3】この発明の実施の形態3に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図4】従来の始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
1 始動電動機、2 バッテリー、3 始動スイッチ、4 主接点、4a 固定接点(バッテリー端子)、4b 固定接点(モータ端子)、5 プランジャ、6 プルインコイル、7 ホールディングコイル、20 可変抵抗器(電圧制御手段)、21 可変電圧器(電圧制御手段)、22、23 スイッチ(電流遮断手段)、24 ダイオード(電流遮断手段、一方向導通素子)、A 接続点。
Claims (3)
- プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、
上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられていることを特徴とする始動電動機のスイッチ制御装置。 - 上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の始動電動機のスイッチ制御装置。
- 上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子であることを特徴とする請求項2記載の始動電動機のスイッチ制御装置。
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