JP5212065B2 - スタータ - Google Patents
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- F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
- F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
Description
この機関用始動装置は、モータ回路のメイン接点を開閉する電磁スイッチと、レバーを介してピニオンギヤをエンジン側へ押し出す働きを有する電磁力手段(電磁石装置)と、ピニオンギヤとリングギヤとの噛合状態を検出する検出器とを備え、電磁力手段によりピニオンギヤがエンジン側へ押し出されてリングギヤに噛み合い、検出器によりピニオンギヤとリングギヤとの噛合状態が検出されると、電磁スイッチが作動してメイン接点が閉成される。その結果、モータの回転力がピニオンギヤからリングギヤに伝達されてエンジンを始動させる。
一方、地球温暖化問題に起因する燃費向上のため、アイドルストップ等の採用が今後増加するものと予測されているが、アイドルストップを採用すると、エンジンの始動回数が飛躍的に増加するため、スタータの耐久性向上が必要となる。具体的には、スタータモータに使用されるブラシの寿命と、ピニオンギヤおよびリングギヤの耐久性向上が主要な項目となる。
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、モータ回路のメイン接点を開閉するための電磁スイッチと、ピニオンギヤをエンジン側へ押し出す働きを有するソレノイドとを備え、寸法上の制約を最小限に留めることのできるスタータを提供することにある。
本発明のスタータは、回転力を発生するモータと、このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸と、この出力軸上を軸方向に移動可能に設けられるピニオンギヤと、通電により電磁石を形成するスイッチコイルを有し、このスイッチコイルの吸引力を利用してモータの通電回路に設けられるメイン接点を開閉する電磁スイッチと、通電により電磁石を形成する励磁コイルを有し、この励磁コイルの吸引力を利用してピニオンギヤをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するソレノイドとを備え、電磁スイッチとソレノイドとを軸方向に直列に配置して一体的に構成したことを特徴とする。
また、スタータとしては、電磁スイッチとソレノイド以外の部品、例えば、シフトレバー、クラッチ、出力軸等の位置関係を変更する必要はない。このため、電磁スイッチとソレノイドを、従来の電磁スイッチと同じスタータに搭載できる。
この場合、電磁スイッチとソレノイドとを軸方向に締結する特別な部品が必要なく、部品点数および加工工数を低減できると共に、スイッチケースとソレノイドケースとを一体化することにより、外部からの振動に対する耐振動性を向上できる。
上記の構成によれば、外側ヨークの肉厚と内側ヨークの肉厚との関係を適宜に変更できるため、例えば、外側ヨークを長さに応じて適正な肉厚にすることで、全長/直径比の大きなプレス絞り加工が容易になり、加工コストを低減できる。
また、内側ヨークは、両端が開口する円筒形状であるため、肉厚の変更が容易であり、磁気回路の断面積を適正値にするために内側ヨークの肉厚で調整できる。その結果、低コストで適正な磁気回路を構成できる。
(請求項2の発明)
請求項1に記載したスタータにおいて、位置決め手段は、固定プレートより軸方向のスイッチコイル側に、内径側へ切り起こされた複数の切り起こし片であり、この切り起こし片は、切り起こされた先端が固定プレート側を向くように形成されると共に、切り起こし片の先端が、固定プレートの外周角部に当接するようになっていることを特徴とする。
(請求項3の発明)
請求項2に記載したスタータにおいて、外側ヨークには、切り起こし片が設けられた軸方向の位置と同位置に内径側へ突き出る凸部が設けられ、この凸部が切り起こし片の外径側斜面に当接していることを特徴とする。
また、内側ヨークに固定プレートの位置決め手段を設ける際に、冷間鍛造ではなく、切り起こしによって容易に、且つ、低コストに位置決め手段である切り起こし片を設けることができる。更に、外側ヨークに設けた凸部を切り起こし片の外径側斜面に当接させることで、切り起こし片が外径側に起きる(戻る)ことを防止できるので、固定プレートが抜けることはなく、固定プレートを確実に位置決めできる。
また、内側ヨークの外側に外側ヨークが重ね合わされるため、内側ヨークに切り起こし片を設けても、その切り起こし片の隙間から水等が入り込むことはなく、防水性を確保できる。
請求項1〜3に記載した何れかのスタータにおいて、電磁スイッチとソレノイドは、それぞれ、電磁石によって磁化される固定鉄心と、この固定鉄心に対向して可動する可動鉄心とを有し、電磁スイッチ側の固定鉄心と、ソレノイド側の固定鉄心とが一体に設けられ、且つ、電磁スイッチ側の可動鉄心が固定鉄心に吸引される作動方向と、ソレノイド側の可動鉄心が固定鉄心に吸引される作動方向とが反対方向に設定されていることを特徴とする。
請求項1〜4に記載した何れかのスタータにおいて、ピニオンギヤは、出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するクラッチと一体に出力軸上に配置され、ソレノイドは、励磁コイルの吸引力を利用してシフトレバーを駆動し、このシフトレバーを介してピニオンギヤをクラッチと一体にエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有することを特徴とする。
本実施例のスタータ1は、図1に示す様に、電機子2a(図7参照)に回転力を発生するモータ2と、このモータ2に駆動されて回転する出力軸3と、この出力軸3の外周にヘリカルスプライン嵌合するクラッチ4と、このクラッチ4と一体に構成されて出力軸3の外周に配置されるピニオンギヤ5と、モータ2の通電回路(モータ回路と呼ぶ)に設けられるメイン接点(後述する)を開閉する電磁スイッチ6と、シフトレバー7を介してピニオンギヤ5を反モータ方向(図示左方向)へ押し出す働きを有するソレノイド8等より構成され、電磁スイッチ6とソレノイド8が軸方向に直列に配置されて一体的に構成されている。
なお、以下の説明では、図2に示す電磁スイッチ装置の図示右側を軸方向モータ側と呼び、図示左側を軸方向ピニオン側と呼ぶ。
電磁スイッチ装置は、ソレノイドケースとスイッチケースとを有し、両ケースが軸方向に連続して一体に設けられている。この両ケースは、磁気回路の一部を形成するヨークを兼ねており、そのヨークは、径方向の内側に配置される内側ヨーク9と、径方向の外側に配置される外側ヨーク10とで二重に構成されている。
外側ヨーク10は、軸方向ピニオン側に環状の底面を有する有底円筒状に設けられ、例えば、プレス絞り加工により形成される。
ヨークの内側には、軟磁性材料から成る円環状部材11が外側ヨーク10の底面に当接して配置され、更に、円環状部材11の軸方向モータ側にゴム等の弾性部材12を介してソレノイド8の励磁コイル13が配置される。
弾性部材12は、下述の固定プレート15に対して励磁コイル13を押圧することにより、外部からの振動によって励磁コイル13が動くことを防止する働きを有する。
励磁コイル13は、二つのコイル(吸引コイル13aと保持コイル13b)から成り、樹脂製のボビン16に二層状態で巻線されている。
内側ヨーク9の切り起こし片9aは、固定プレート15が配置される位置より軸方向モータ側に設けられると共に、切り起こされた先端が固定プレート15側を向くように形成され、且つ、切り起こし片9aの先端が、固定プレート15の外周角部に当接して、固定プレート15が軸方向モータ側へ移動しない様に位置決めしている(図2参照)。
また、外側ヨーク10には、図2および図4に示す様に、切り起こし片9aが設けられる軸方向の位置と同位置に内径側へ突き出る凸部10aが設けられ、この凸部10aが切り起こし片9aの外径側斜面に当接している。
プランジャ18は、励磁コイル13への通電により固定鉄心17が磁化されると、その固定鉄心17との間に働く吸引力により固定鉄心17に吸引されて、軸方向モータ側へ移動する。また、励磁コイル13への通電が停止して吸引力が消滅すると、固定鉄心17とプランジャ18との間に配設されるリターンスプリング19の反力により軸方向ピニオン側へ押し戻される。
このプランジャ18には、軸方向ピニオン側が開口する中空穴が形成され、この中空穴の内部にプランジャロッド20とドライブスプリング21が挿入されている。
ドライブスプリング21は、プランジャロッド20の軸方向モータ側の端部に設けられるフランジ部20aと、プランジャ18の軸方向ピニオン側の端部にかしめ固定される蓋部材22との間に反力を蓄えた状態で配置され、プランジャロッド20のフランジ部20aを中空穴の底面に押し付けている。
固定プレート15の軸方向モータ側には、電磁スイッチ6のスイッチコイル23が配置され、このスイッチコイル23の内周には、固定鉄心17に対向してプランジャ24が挿入される。
第2の固定プレート27は、スイッチコイル23に対して磁気回路の一部を形成し、径方向の外周端部が、内側ヨーク9の軸方向モータ側の端面と、後述する樹脂カバー28との間に挟持されて軸方向に固定されている。
プランジャ24は、スイッチコイル23への通電により固定鉄心17が磁化されると、その固定鉄心17との間に働く吸引力により固定鉄心17に吸引されて、軸方向ピニオン側へ移動する。また、スイッチコイル23への通電が停止して吸引力が消滅すると、固定鉄心17とプランジャ24との間に配設されるリターンスプリング29の反力により軸方向モータ側へ押し戻される。
プランジャロッド30の軸方向モータ側(反プランジャ側)の先端には、プランジャ24と一体に可動する可動接点31が固定されている。この可動接点31は、スイッチコイル23が非通電の時に、樹脂カバー28に設けられた接点受け面28aに押し当てられており、且つ、接点圧スプリング32により反接点受け面方向へ付勢されている。
樹脂カバー28は、軸方向ピニオン側の端面が、第2の固定プレート27の軸方向モータ側の端面に当接した状態で組み付けられ、外側ヨーク10の軸方向モータ側の端部にかしめ固定されている。樹脂カバー28と外側ヨーク10との間は、例えば、Oリング等のシール部材33によってシールされ、外部からの水等の浸入を防止している。
2本の端子ボルト34、35は、バッテリケーブルを介してモータ回路の高電位側(バッテリ側)に接続されるB端子ボルト34と、モータリード線37(図1参照)を介してモータ回路の低電位側(モータ側)に接続されるM端子ボルト35であり、それぞれ、樹脂カバー28の内側に固定接点34a、35aが一体に設けられている。
2本の端子ボルト34、35と樹脂カバー28との間は、例えば、Oリング等のシール部材38によってシールされ、外部からの水等の浸入を防止している。
前述のメイン接点は、一組の固定接点34a、35aと可動接点31とで形成され、この可動接点31が、プランジャ24の移動により一組の固定接点34a、35aに当接し、接点圧スプリング32に付与されることでメイン接点が閉状態となり、可動接点31が一組の固定接点34a、35aから離れることによりメイン接点が開状態となる。
励磁コイル13は、図5に示す様に、吸引コイル13aの一方の端部13a1と保持コイル13bの一方の端部13b1が、共に第1の引き出し線保持部材39に保持されて、第2の固定プレート27より軸方向モータ側まで引き出され、第1の外部接続用端子40に接続されている。
吸引コイル13aの他方の端部13a2は、第2の引き出し線保持部材41に保持されて、第2の固定プレート27より軸方向モータ側まで引き出され、第2の外部接続用端子42に接続されている。
保持コイル13bの他方の端部は、例えば、固定プレート15の表面に電気的に接続されてアースされている。
スイッチコイル23は、図5に示す様に、一方の端部23aが、第2の固定プレート27に形成された一方の引き出し溝27aを通って第2の固定プレート27より軸方向モータ側に引き出され、第3の外部接続用端子43に接続されている。スイッチコイル23の他方の端部23bは、第2の固定プレート27に形成された他方の引き出し溝27bを通って第2の固定プレート27より軸方向モータ側に引き出され、例えば、第2の固定プレート27の表面に電気的に接続されてアースされている。
第1の外部接続用端子40は、図7に示す様に、スタータリレー44を介してバッテリ45に接続され、外部のECU46(エンジン始動に係わる電子制御装置)を介してスタータリレー44がオン作動すると、バッテリ45から流れる電流がスタータリレー44を介して通電される。
第2の外部接続用端子42は、図6に示す様に、接続金具47を介してM端子ボルト35と電気的に接続されている。
第3の外部接続用端子43は、図7に示す様に、ECU46に接続され、そのECU46を介して所定のタイミングで通電される。
先ず、ECU46からの信号を受けてスタータリレー44がオン作動することにより、励磁コイル13に通電される。その結果、プランジャ18が固定鉄心17に吸引されて軸方向モータ側へ移動することにより、シフトレバー7を介してピニオンギヤ5がクラッチ4と一体に反モータ方向(エンジンのリングギヤ側)へ押し出される。
ピニオンギヤ5がリングギヤ48(図7参照)に当接した後、ECU46を介してスイッチコイル23に通電されると、プランジャ24が作動してメイン接点が閉成する。これにより、バッテリ45からモータ2に通電されて、電機子2a(図7参照)に回転力が発生し、その電機子2aの回転が出力軸3に伝達され、さらに、クラッチ4を介してピニオンギヤ5に伝達される。その結果、ピニオンギヤ5がリングギヤ48と噛み合い可能な位置まで回転すると、ドライブスプリング21に蓄えられた反力を受けてピニオンギヤ5がリングギヤ48に噛み合い、ピニオンギヤ5からリングギヤ48に回転力が伝達されてエンジンをクランキングする。
本実施例の電磁スイッチ装置は、ピニオンギヤ5を反モータ方向へ押し出す働きを有するソレノイド8と、モータ回路のメイン接点を開閉するための電磁スイッチ6とを有し、励磁コイル13への通電後、ECU46を介して所定のタイミングでスイッチコイル23に通電することにより、ピニオンギヤ5とリングギヤ48との噛み合いを常に最適な状態で行うことができる。
また、電磁スイッチ装置は、電磁スイッチ6とソレノイド8とを軸方向に直列に配置したことにより、両者を周方向に並列に配置する場合と比べて、軸方向の投影面積が減少する。その結果、モータ回路のメイン接点を開閉する働きと、ピニオンギヤ5を押し出す働きとを一つの電磁スイッチで行う場合と比較しても、殆ど変わらないスペースに搭載できる。
また、電磁スイッチ6側の固定鉄心17と、ソレノイド8側の固定鉄心17とが一体に設けられているので、互いの固定鉄心17を別々に設けた場合と比較して軸方向の寸法を短縮できる。その結果、電磁スイッチ6とソレノイド8とを軸方向に直列に配置しても、両者を合わせた全長を極力小さく構成することが可能であり、従来の電磁スイッチと同様に、問題なくスタータ1に搭載することができる。また、エンジンへの搭載も、従来のスタータと殆ど変わらない位置で可能となり、車両コスト、設計コストを抑制できる。
また、内側ヨーク9は、外側ヨーク10より肉厚が厚く形成されているので、切り起こし片9aを設けても、内側ヨーク9の真円精度が低下することはない。また、固定プレート15の位置決め手段は、切り起こしによって形成することにより、内側ヨーク9の肉厚が厚くても容易に位置決め手段としての切り起こし片9aを設けることができる。
また、外側ヨーク10は、内側ヨーク9より肉厚が薄いため、凸部10aの形成も容易である。更に、内側ヨーク9の外側に外側ヨーク10が重ね合わされるため、内側ヨーク9に切り起こし片9aを設けても、その切り起こし片9aの隙間から水等が入り込むことはなく、防水性を確保できる。
実施例1に記載したスタータ1は、ソレノイド8に内蔵される励磁コイル13の吸引力を利用してシフトレバー7を駆動し、このシフトレバー7を介してピニオンギヤ5をクラッチ4と一体にリングギヤ48側へ押し出す構成であるが、出力軸3とモータ2の電機子軸とを二軸構成とし、その二軸間に減速歯車を配置した所謂リダクション型スタータにも本発明の構成を適用できる。このリダクション型スタータは、実施例1に記載したシフトレバー7を使用するタイプではなく、出力軸3と同一軸線上に電磁スイッチ装置(電磁スイッチ6+ソレノイド8)を配置し、励磁コイル13の吸引力を利用して出力軸3を軸方向に押し出す方式であり、その出力軸3の端部に支持されたピニオンギヤ5が出力軸3と一体にリングギヤ48側へ移動する構成である。
2 モータ
3 出力軸
5 ピニオンギヤ
6 電磁スイッチ
8 ソレノイド
9 内側ヨーク
9a 内側ヨークに設けられた切り起こし片
10 外側ヨーク
10a 外側ヨークに設けられた凸部
13 ソレノイドの励磁コイル
15 固定プレート
17 固定鉄心
18 ソレノイド側のプランジャ(可動鉄心)
23 電磁スイッチのスイッチコイル
24 電磁スイッチ側のプランジャ(可動鉄心)
31 可動接点(メイン接点)
34a 固定接点(メイン接点)
35a 固定接点(メイン接点)
Claims (5)
- 回転力を発生するモータと、
このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸と、
この出力軸上を軸方向に移動可能に設けられるピニオンギヤと、
通電により電磁石を形成するスイッチコイルを有し、このスイッチコイルの吸引力を利用して前記モータの通電回路に設けられるメイン接点を開閉する電磁スイッチと、
通電により電磁石を形成する励磁コイルを有し、この励磁コイルの吸引力を利用して前記ピニオンギヤをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するソレノイドとを備え、前記電磁スイッチと前記ソレノイドとを軸方向に直列に配置して一体的に構成したスタータにおいて、
前記電磁スイッチと前記ソレノイドは、前記スイッチコイルの外周に磁気回路の一部を形成するスイッチケースと、前記励磁コイルの外周に磁気回路の一部を形成するソレノイドケースとを有し、且つ、前記スイッチケースと前記ソレノイドケースとが軸方向に連続して一体に設けられており、
前記スイッチケースと前記ソレノイドケースは、径方向の内側に配置される内側ヨークと、径方向の外側に配置される外側ヨークとで二重に構成され、
前記内側ヨークは、両端が開口する円筒形状に形成され、前記外側ヨークは、一端側に環状の底面を有する有底円筒状に形成されており、
前記スイッチコイルと前記励磁コイルとの間に磁気回路の一部を形成し、且つ、前記固定鉄心を保持する固定プレートが配置され、
前記内側ヨークには、前記固定プレートを軸方向に位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とするスタータ。 - 請求項1に記載したスタータにおいて、
前記位置決め手段は、前記固定プレートより軸方向の前記スイッチコイル側に、内径側へ切り起こされた複数の切り起こし片であり、この切り起こし片は、切り起こされた先端が前記固定プレート側を向くように形成されると共に、前記切り起こし片の先端が、前記固定プレートの外周角部に当接するようになっていることを特徴とするスタータ。 - 請求項2に記載したスタータにおいて、
前記外側ヨークには、前記切り起こし片が設けられた軸方向の位置と同位置に内径側へ突き出る凸部が設けられ、この凸部が前記切り起こし片の外径側斜面に当接していることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜3に記載した何れかのスタータにおいて、
前記電磁スイッチと前記ソレノイドは、それぞれ、前記電磁石によって磁化される固定鉄心と、この固定鉄心に対向して可動する可動鉄心とを有し、
前記電磁スイッチ側の固定鉄心と、前記ソレノイド側の固定鉄心とが一体に設けられ、且つ、前記電磁スイッチ側の可動鉄心が前記固定鉄心に吸引される作動方向と、前記ソレノイド側の可動鉄心が前記固定鉄心に吸引される作動方向とが反対方向に設定されていることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜4に記載した何れかのスタータにおいて、
前記ピニオンギヤは、前記出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するクラッチと一体に前記出力軸上に配置され、
前記ソレノイドは、前記励磁コイルの吸引力を利用してシフトレバーを駆動し、このシフトレバーを介して前記ピニオンギヤを前記クラッチと一体にエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有することを特徴とするスタータ。
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