JP5471532B2 - スタータ用スイッチ装置 - Google Patents
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Description
ところで、モータの起動時、つまり、電磁スイッチがメイン接点を閉じた時に、バッテリから突入電流と呼ばれる大電流がモータに流れる。このため、バッテリの端子電圧が大きく低下して、メータ類やオーディオ等の電気機器が瞬間的に作動停止する、いわゆる「瞬断」と言われる現象が起きることがある。
これに対し、本出願人は、モータの起動時に流れる突入電流を抑制する技術を開示した特許文献1を提出している。
これにより、モータの起動時には、電磁リレーがオフの状態、つまり、リレー接点が開いている時に、電磁スイッチがメイン接点を閉じることで、抵抗体により起動電流が抑制されて、モータが低速度で回転する。その後、電磁リレーがオンに切り替わり、リレー接点が閉じることで抵抗体の両端が短絡されるため、バッテリの全電圧がモータに通電されて、モータが高速度で回転する。
本発明は、スタータのピニオンをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、一組の固定接点から成るメイン接点の閉成/開成によりモータへの通電電流をオン/オフするメイン接点開閉手段と、モータを起動する際にバッテリからモータに流れる起動電流を抑制するための抵抗体と、通電によって電磁石を形成するリレーコイルと一組の固定接点から成るリレー接点およびリレーコイルの励磁状態に応じてリレー接点を開閉する可動接点とを有し、リレー接点の開閉に応じて抵抗体を経由してモータに通電するための高抵抗通電経路と抵抗体をバイパスしてモータに通電するための低抵抗通電経路とを切り替える電磁リレーとを備えるスタータ用スイッチ装置であって、電源ケーブルを介してバッテリに接続される第1の外部接続端子と、リード線を介してモータに接続される第2の外部接続端子と、第1、第2の外部接続端子が取り付けられ、且つ、ピニオン押出手段、メイン接点開閉手段、抵抗体、および、電磁リレーを内部に一体的に収容する一つ筐体とを備え、リレー接点を形成する一組の固定接点のうち一方の固定接点を第1リレー固定接点、他方の固定接点を第2リレー固定接点と呼び、メイン接点を形成する一組の固定接点のうち一方の固定接点を第1メイン固定接点、他方の固定接点を第2メイン固定接点と呼ぶ時に、第1リレー固定接点が第1または第2の外部接続端子に接続され、第1メイン固定接点が第2または第1の外部接続端子に接続され、第2リレー固定接点と第2メイン固定接点とが一体または別体に設けられて電気的および機械的に結合されることにより、第1の外部接続端子と第2の外部接続端子との間でリレー接点とメイン接点とが直列に配置され、且つ、抵抗体の両端が第1リレー固定接点と第2リレー固定接点とに接続されることを特徴とする。
本発明のスタータ用スイッチ装置は、上記の電磁リレーと抵抗体を、ピニオン押出手段およびメイン接点開閉手段と共に、一つの筐体の内部に一体的に収容しているので、装置全体をコンパクトに構成でき、車両への搭載性が向上する。
また、第2リレー固定接点と第2メイン固定接点とを一体に設ける、あるいは、両固定接点を別体に設けた場合でも、両固定接点をスタータ用スイッチ装置の筐体内部で電気的、且つ、機械的に結合することにより、筐体の外部に外部接続端子を取り出す必要はない。つまり、第2リレー固定接点と第2メイン固定接点との間を電気的に接続するために、第1、第2の外部接続端子とは別に2本の外部接続端子を設ける必要がないので、部品点数を削減して構成を簡素化できる。
本発明は、スタータのピニオンをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、一組の固定接点から成るメイン接点の閉成/開成によりモータへの通電電流をオン/オフするメイン接点開閉手段と、モータを起動する際にバッテリからモータに流れる起動電流を抑制するための抵抗体と、通電によって電磁石を形成するリレーコイルと一組の固定接点から成るリレー接点およびリレーコイルの励磁状態に応じてリレー接点を開閉する可動接点とを有し、リレー接点の開閉に応じて抵抗体を経由してモータに通電するための高抵抗通電経路と抵抗体をバイパスしてモータに通電するための低抵抗通電経路とを切り替える電磁リレーとを備えるスタータ用スイッチ装置であって、電源ケーブルを介してバッテリに接続される第1の外部接続端子と、リード線を介してモータに接続される第2の外部接続端子と、第1、第2の外部接続端子が取り付けられ、且つ、ピニオン押出手段、メイン接点開閉手段、抵抗体、および、電磁リレーを内部に一体的に収容する一つ筐体とを備え、第1の外部接続端子と第2の外部接続端子との間で抵抗体とリレー接点とが直列に接続され、且つ、メイン接点が抵抗体およびリレー接点と並列に接続されて並列回路を形成し、その並列回路の一方の分岐点側が第1または第2の外部接続端子に接続され、他方の分岐点側が第2または第1の外部接続端子に接続されることを特徴とする。
これにより、モータの起動時には、高抵抗通電経路を通じてモータに通電することで、抵抗体により抑制された電流がモータに流れる。つまり、突入電流が抑制されて、モータが低速度で回転する。その後、低抵抗通電経路に切り替えることで、バッテリの全電圧が抵抗体をバイパスしてモータに印加されるため、モータの起動時より高い電流がモータに流れることにより、モータの回転速度が上昇する。
本発明のスタータ用スイッチ装置は、上記の電磁リレーと抵抗体を、ピニオン押出手段およびメイン接点開閉手段と共に、一つの筐体の内部に一体的に収容しているので、装置全体をコンパクトに構成でき、車両への搭載性が向上する。
請求項1または2に記載したスタータ用スイッチ装置において、ピニオン押出手段とメイン接点開閉手段は、通電によって電磁石を形成する電磁コイルと、この電磁コイルの励磁状態に応じて電磁コイルの軸心方向に可動する一つのプランジャとを共有し、プランジャの動きに連動して、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両立する電磁スイッチによって構成される。
さらに、電磁リレーと電磁スイッチとの間を外部のケーブルによって接続する必要がないので、そのケーブルを接続するための外部接続端子も不要であり、スタータ用スイッチ装置の構成を簡素化でき、小型軽量化を図ることが可能である。
請求項1または2に記載したスタータ用スイッチ装置において、ピニオン押出手段は、通電によって電磁石を形成する第1の電磁コイルと、この第1の電磁コイルの励磁状態に応じて第1の電磁コイルの軸心方向に可動する第1のプランジャとを有し、この第1のプランジャの動きに連動してピニオンの押し出しを行うピニオン押出用ソレノイドによって構成され、メイン接点開閉手段は、通電によって電磁石を形成する第2の電磁コイルと、この第2の電磁コイルの励磁状態に応じて第2の電磁コイルの軸心方向に可動する第2のプランジャとを有し、この第2のプランジャの動きに連動してメイン接点を開閉するモータ通電用ソレノイドによって構成される。
さらに、電磁リレーとモータ通電用ソレノイドとの間を外部のケーブルによって接続する必要がないので、そのケーブルを接続するための外部接続端子も不要であり、スタータ用スイッチ装置の構成を簡素化でき、小型軽量化を図ることが可能である。
請求項1に記載したスタータ用スイッチ装置において、電磁リレーは、リレーコイルが励磁された状態でリレー接点を開き、リレーコイルが非励磁の時にリレー接点を閉じる常閉接点構造を有することを特徴とする。
この請求項5に係る発明では、常閉接点構造の電磁リレーを使用しているので、モータの起動時にリレーコイルが励磁されてリレー接点を開くと、バッテリから抵抗体を経由してモータに通電される高抵抗通電経路が形成される。この状態(高抵抗通電経路が形成されている状態)で、何らかの異常(例えば、制御系統の異常、信号系統の異常等)によりリレーコイルへの駆動信号が遮断されると、リレー接点が閉成して、抵抗体をバイパスする低抵抗通電経路が形成される。
また、リレーコイルへの駆動信号が遮断されると、リレー接点が閉成することで、抵抗体を流れる電流が制限される(殆ど流れない)ため、抵抗体が異常に発熱することはなく、抵抗体が発熱によって溶断することを回避できる。その後、システムが正常に戻った時に、抵抗体は溶断していないので、抵抗体を取り替える必要はなく、そのまま使用することができる。
請求項1〜5に記載した何れかのスタータ用スイッチ装置において、モータの起動時に抵抗体を経由してモータに通電される時間を制御する制御回路を有し、この制御回路を筐体の内部に収容したことを特徴とする。
スタータ用スイッチ装置の筐体内部に制御回路を収容することで、制御回路専用の筐体を必要としないため、スタータ用スイッチ装置とは別に制御回路の設置スペースを確保する必要はなく、車両への搭載性が向上する。
また、制御回路をスタータ用スイッチ装置の外部に配置する必要がないので、制御回路に接続される信号線が筐体の外部に露出することはなく、例えば、外部からの振動によって信号線が断線する恐れもない。さらに、スタータ用スイッチ装置の筐体内部に制御回路を収容することにより、防水性を確保できるので、信頼性及び耐環境性も向上する。
請求項3に記載したスタータ用スイッチ装置において、電磁リレーと電磁スイッチは、リレーコイルの中心軸と電磁コイルの中心軸とが並列に配置されていることを特徴とする。
電磁リレーと電磁スイッチとを軸方向に直列に配置した場合、電磁リレーの可動鉄心が軸方向に移動する距離+電磁スイッチのプランジャが軸方向に移動する距離を確保できるだけの軸方向長さが必要となるため、必然的にスタータ用スイッチ装置の全長(軸方向長さ)が長くなる。
これに対し、本発明では、電磁リレーと電磁スイッチとを並列に配置している、つまり、リレーコイルの中心軸と電磁コイルの中心軸とが並列に配置される。その結果、電磁リレーと電磁スイッチとを軸方向に直列に配置した場合と比較して、スタータ用スイッチ装置の全長を大幅に短縮できるので、エンジンへの搭載性を向上できる。
請求項7に記載したスタータ用スイッチ装置において、電磁リレーと電磁スイッチは、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることを特徴とする。
請求項7に係る発明では、電磁リレーのリレーコイルと電磁スイッチの電磁コイルとが並列に配置されるので、例えば、リレーコイルの軸方向片側または両側、および、電磁コイルの軸方向片側または両側に、それぞれ磁気回路の一部を形成する金属製のプレート部材を配置し、このプレート部材をリレーコイルと電磁コイルとに跨がって配置することで、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることが可能となる。
請求項4に記載したスタータ用スイッチ装置において、ピニオン押出用ソレノイドとモータ通電用ソレノイドは、第1の電磁コイルの中心軸と第2の電磁コイルの中心軸とが同一軸線上に配置されていることを特徴とする。
この場合、第1の電磁コイルの中心軸と第2の電磁コイルの中心軸とが径方向に一致している(ずれていない)ので、ピニオン押出用ソレノイドを構成する部品と、モータ通電用ソレノイドを構成する部品とを軸方向に順次組み立てることが可能となり、組み立て工程の短縮化に寄与できる。
請求項9に記載したスタータ用スイッチ装置において、ピニオン押出用ソレノイドとモータ通電用ソレノイドは、第1のプランジャと第2のプランジャとの間に、両ソレノイドに共有の固定鉄心を配置していることを特徴とする。
第1の電磁コイルの中心軸と第2の電磁コイルの中心軸とを同一軸線上に配置することにより、必然的に、第1のプランジャの中心軸と第2のプランジャの中心軸とが同一軸線上に配置される。これにより、第1のプランジャと第2のプランジャとの間に、両ソレノイドに共有の固定鉄心を配置することが可能となり、部品の共有化によるコストダウンを図ることが出来る。
請求項10に記載したスタータ用スイッチ装置において、電磁リレーと、ピニオン押出用ソレノイド及びモータ通電用ソレノイドとは、リレーコイルの中心軸と、第1の電磁コイル及び第2の電磁コイルの中心軸とが並列に配置されていることを特徴とする。
電磁リレーとピニオン押出用ソレノイド及びモータ通電用ソレノイドとを軸方向に直列に配置した場合、電磁リレーの可動鉄心が軸方向に移動する距離+ピニオン押出用ソレノイドの第1のプランジャが軸方向に移動する距離+モータ通電用ソレノイドの第2のプランジャが軸方向に移動する距離を確保できるだけの軸方向長さが必要となるため、必然的にスタータ用スイッチ装置の全長(軸方向長さ)が長くなる。
これに対し、本発明では、電磁リレーと、ピニオン押出用ソレノイド及びモータ通電用ソレノイドとを並列に配置する、つまり、リレーコイルの中心軸と、第1の電磁コイル及び第2の電磁コイルの中心軸とが並列に配置される。その結果、電磁リレーと、ピニオン押出用ソレノイド及びモータ通電用ソレノイドとを軸方向に直列に配置した場合と比較して、スタータ用スイッチ装置の全長を大幅に短縮できるので、エンジンへの搭載性を向上できる。
請求項11に記載したスタータ用スイッチ装置において、電磁リレーとモータ通電用ソレノイドは、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることを特徴とする。
請求項11に係る発明では、電磁リレーのリレーコイルと、モータ通電用ソレノイドの第2の電磁コイルとが並列に配置されるので、例えば、リレーコイルの軸方向片側または両側、および、第2の電磁コイルの軸方向片側または両側に、それぞれ磁気回路の一部を形成する金属製のプレート部材を配置し、このプレート部材をリレーコイルと第2の電磁コイルとに跨がって配置することで、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることが可能となる。
請求項1に記載したスタータ用スイッチ装置において、第1リレー固定接点は、第1または第2の外部接続端子に接続される接続部と、可動接点に対向する接点部とが軸方向の異なる位置に設けられ、且つ、少なくとも接続部の一部と接点部の一部とが径方向にラップした形状を有することを特徴とする。
これに対し、この請求項13に係る発明では、第1または第2の外部接続端子に接続される接続部と、可動接点に対向する接点部とが軸方向の異なる位置に設けられるので、接続部と接点部とを同一平面状に配置する必要はない。
また、少なくとも接続部の一部と接点部の一部とが径方向にラップした形状を有しているので、従来のプレート状の固定接点を使用する場合と比較すると、第1リレー固定接点を配置するために必要な径方向のスペースを小さくすることが可能となり、スタータ用スイッチ装置の小型化に寄与できる。
請求項13に記載したスタータ用スイッチ装置において、第1リレー固定接点が接続される第1または第2の外部接続端子は、ボルト形状を有し、そのボルト形状の中心軸がリレーコイルの中心軸と同一軸線上に配置されていることを特徴とする。
請求項13に係る発明では、第1リレー固定接点が、第1または第2の外部接続端子に接続される接続部と、可動接点に対向する接点部とが軸方向の異なる位置に設けられ、且つ、少なくとも接続部の一部と接点部の一部とが径方向にラップした形状を有しているので、ボルト形状を有する第1または第2の外部接続端子の中心軸をリレーコイルの中心軸と同一軸線上に配置することが可能となる。つまり、第1または第2の外部接続端子をリレーコイルの中心軸に対してスタータ用スイッチ装置の径方向外側寄りに配置しなくても良いので、スタータ用スイッチ装置の小型化を図ることが可能となる。
請求項1〜14に記載した何れかのスタータ用スイッチ装置において、筐体は、磁性を有する金属製のフレームと、このフレームの開口部を塞いで組み付けられる接点カバーとで構成され、この接点カバーに第1の外部接続端子および第2の外部接続端子が取り付けられ、フレームは、磁気回路の一部である磁気ヨークを形成していることを特徴とする。
上記の構成では、接点カバーと共に筐体を形成するフレームの材質に磁性を有する金属(例えば鉄)を用いることにより、フレームに磁気回路の機能を持たせることができる。つまり、フレームを磁気ヨークとして利用できるので、フレームと磁気ヨークとを別々に設ける必要はなく、その分、スタータ用スイッチ装置の小型化が可能となり、車両への搭載性が向上する。
この実施例1に説明するスタータ用スイッチ装置1は、図1および図3に示す様に、スタータモータ(以下、モータ2と呼ぶ)の起動時にバッテリ3からモータ2に通電される起動電流を抑制するための抵抗体4と、抵抗体4を経由する通電経路(本発明の高抵抗通電経路)と抵抗体4をバイパスする通電経路(本発明の低抵抗通電経路)とを切り替える電磁リレー5と、スタータのピニオン(図示せず)をエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有すると共に、モータ2の通電電流をオン/オフする機能を有する電磁スイッチ6とを備える。
このスタータ用スイッチ装置1は、上記の抵抗体4、電磁リレー5、および、電磁スイッチ6を一つの筐体の内部に一体的に収容して構成され、図2に示す様に、モータ2の径方向外側に近接して配置され、スタータハウジング7に固定されている。
a)スタータ用スイッチ装置1の筐体は、軸方向の一端側(図1の左側)に底面を有し、他端側が開口する有底フレーム8と、この有底フレーム8の開口部を塞ぐ接点カバー9とで構成される。
有底フレーム8は、磁性を有する金属製(例えば、鉄製)であり、電磁リレー5および電磁スイッチ6の磁気ヨークを兼ねている。この有底フレーム8は、例えば、絞り加工によって製造することができる。
なお、電磁スイッチ6側の有底フレーム8の底面には、電磁スイッチ6に使用されるプランジャ10が軸方向(図1の左右方向)に移動できる様に、プランジャ10の外径より若干大きい筒状の丸孔が開けられている。
なお、接点カバー9と有底フレーム8との間は、例えば、Oリング等のシール部材(図示せず)によってシールされ、外部から水等の浸入を防止している。
この2本の外部接続端子11、12は、図3に示すように、一方の外部接続端子(以下、B端子11と呼ぶ)にバッテリケーブル15(本発明の電源ケーブル)が接続されて、このバッテリケーブル15を通じてバッテリ3より電力が供給され、他方の外部接続端子(以下、M端子12と呼ぶ)にモータリード線16(本発明のリード線)が接続され、このモータリード線16を通じてモータ2へ電力が供給される。
磁性体プレート18は、磁性を有する金属製(例えば、鉄製)であり、リレーコイル17の軸方向一端側を径方向(図1の上下方向)に沿って配置されている。この磁性体プレート18には、可動鉄心22が軸方向に移動できる様に、可動鉄心22の外径より若干大きい内径を有する丸孔が形成されている。
隔壁プレート19は、磁性体プレート18と同じく、磁性を有する金属製(例えば、鉄製)であり、リレーコイル17の軸方向他端側を径方向に沿って配置されている。
固定鉄心21は、円筒形状に設けられ、反プランジャ側(図1の右側)の端部が隔壁プレート19と機械的に結合(例えば、圧入固定)されて、隔壁プレート19と連続して磁気通路を形成している。
なお、セット側に押し戻された可動鉄心22と有底フレーム8の底面との間には、樹脂あるいはゴム等の磁気絶縁性を有するスペーサ部材30が配置されている。
他方の固定接点24は、一方の固定接点23と同じく、可動接点25に対向する接点部24aを有し、両接点部23a、24aが、リレーコイル17の軸心方向と直交する同一平面上に配置され、且つ、接点部23a、24aの間に所定の間隔が確保されている。
また、リレーコイル17が通電(励磁)されると、固定鉄心21に吸引される可動鉄心22の動きがシャフト26を介して可動接点25に伝達されることにより、可動接点25は、接点圧スプリング32を押し縮めながら図1の右方向へ移動して一組の固定接点23、24の接点部23a、24aから開離することで、リレー接点がオフ状態となる。つまり、本実施例の電磁リレー5は、リレーコイル17が非励磁の時にリレー接点が閉じている常閉接点構造である。
シャフト26の一端側の端部には、径方向に膨出するフランジ部26aが設けられ、このフランジ部26aが、可動鉄心22に形成された一方の凹部に嵌合している。また、シャフト26の他端側(反可動鉄心側)の端面は、リレーコイル17が非通電の時に、可動接点25に接触することはなく、図1に示す様に、若干の隙間が確保されている。但し、接点圧スプリング32によって可動接点25と一組の固定接点23、24の接点部23a、24aとの間に付与される接点圧に影響を生じなければ、つまり、接点圧が低下しなければ、シャフト26の他端側の端面が可動接点25の表面に軽く接触していても良い。
なお、樹脂製のガイド部材33は、リレーコイル17の巻枠を形成する樹脂製のボビン27と一体に設けることもできる。つまり、固定鉄心21をインサートした状態でボビン27とガイド部材33とを一体成形しても良い。
この制御回路28は、信号ターミナル(図示せず)に接続され、この信号ターミナルの先端部が、スイッチ端子34として接点カバー9の外部に取り出されている(図2参照)。なお、信号ターミナルとスイッチ端子34とを別体に設けて、両者を筐体の内部で電気的に結合しても良い。
この抵抗体4は、シャフト26の外周面と接触することはなく、且つ、通電によって抵抗体4が赤熱した時に、樹脂製の接点カバー9および制御回路28をモールドする樹脂部材35(図1参照)が熱的ダメージを受けることがない様に、接点カバー9の内周面および樹脂部材35の表面との間に所定の距離が確保された状態で配設されている。
この電磁スイッチ6は、電磁リレー5と並列に配置されている。つまり、電磁コイル36の中心軸とリレーコイル17の中心軸とが並列に配置されている。また、電磁コイル36とリレーコイル17は、軸方向の位置が略同位置に設定され、且つ、軸方向の長さも略同一長さに設定されている。
また、保持コイル36bは、一方の端部が、吸引コイル36aの一方の端部と共にスイッチ端子34に接続され、他方の端部が、例えば、隔壁プレート38の表面に溶接等で接合され、この隔壁プレート38を介してアースに接続されている。
隔壁プレート38は、磁性体プレート37と同じく、磁性を有する金属製(例えば、鉄製)であり、電磁コイル36の軸方向他端側を径方向に沿って配置されている。
なお、電磁リレー5に使用される磁性体プレート18と電磁スイッチ6に使用される磁性体プレート37、および、電磁リレー5に使用される隔壁プレート19と電磁スイッチ6に使用される隔壁プレート38は、それぞれ別体に設けても良いが、同一部品を共有することも出来る。つまり、電磁リレー5と電磁スイッチ6とで、両者の磁性体プレート18、37を連続した1枚の金属板によって形成し、同様に、両者の隔壁プレート19、38を連続した1枚の金属板によって形成しても良い。
固定鉄心40は、隔壁プレート38と機械的に結合(例えば、圧入固定)され、隔壁プレート38と連続して磁気通路を形成している。なお、この固定鉄心40は、ロッド44を軸方向に通すために、径方向の中央部に丸孔を有する環状体に設けられている。
このプランジャ10は、径方向の中央部に円筒孔を有する略円筒状に設けられ、その円筒孔は、プランジャ10の一端側に開口して、他端側に底面を有している。円筒孔の内部には、ピニオンを動かすためのシフトレバー(図示せず)にプランジャ10の動きを伝達するためのジョイント48と、下述するドライブスプリング49とが挿入されている。
ドライブスプリング49は、プランジャ10の移動により、シフトレバーを介して反モータ方向(リングギヤ側)へ移動したピニオンの端面がリングギヤの端面に当接した後、プランジャ10が固定鉄心40に吸着される間に圧縮されて、ピニオンをリングギヤに噛み込ませるための反力を蓄える。
可動接点43は、絶縁部材であるインシュレータ50を介してロッド44の外周に保持されると共に、接点圧スプリング51によって反プランジャ方向(図1の右方向)ヘ付勢され、ロッド44の端部に取り付けられたワッシャ52に当接してロッド44から抜け止めされている。
ロッド44は、例えば、鉄製であり、プランジャ側の端部にフランジ部を有し、このフランジ部がプランジャ10の端面に機械的に接合(例えば、溶接)されている。
接点圧スプリング51は、ロッド44の外周に配設されて、一端がロッド44のフランジ部に支持され、他端がインシュレータ50に支持されている。
また、電気配線53の途中には、車両側のスタータリレー54が挿入され、そのスタータリレー54の開閉動作は、電子制御装置であるECU55により制御される。
ECU55は、イグニッションスイッチ(以下、IGスイッチ56と呼ぶ)がオンすると、バッテリ3より電力の供給を受けて作動を開始する。
IGスイッチ56のオン信号を受けてECU55が作動を開始すると、ECU55より出力される駆動信号によってスタータリレー54がオンする。その結果、バッテリ3より電磁スイッチ6の電磁コイル36に通電され、磁化された固定鉄心40にプランジャ10が吸引されて移動する。このプランジャ10の移動により、シフトレバーを介してピニオンがクラッチ(図示せず)と一体にスタータの出力軸上をヘリカルスプラインに沿って回転しながら反モータ方向へ移動し、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接して停止する。また、プランジャ10の移動により、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接するのと略同時(実際は、若干の機械的な遅れが生じる)にメイン接点がオンする。
なお、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接することなく、そのままスムーズに噛み合うことも有り得るが、確率的には極めて小さく、通常は、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接して停止することが多い。
リレー接点がオフすると、バッテリ3から抵抗体4を経由してモータ2に電流が流れる本発明の高抵抗通電経路が形成される。これにより、モータ2に流れる電流が抵抗体4で抑制されるため、低速度でモータ2が回転する。
このモータ2の回転を受けてピニオンがリングギヤと噛み合った後、制御回路28の働きによりリレーコイル17に対する駆動信号がオフとなる。これにより、リレー接点がオンすることで、抵抗体4の両端が短絡されて、本発明の低抵抗通電経路が形成される。その結果、バッテリ3の全電圧によりモータ2に通電されるため、モータ2が高速度で回転し、そのモータ2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。
本実施例のスタータ用スイッチ装置1は、モータ2の起動時に抵抗体4によって抑制された電流がモータ2に流れるため、バッテリ3の端子電圧の低下に起因する「瞬断」の発生を防止できる。特に、アイドルストップ装置を搭載した車両では、道路上でエンジンを再始動する度に「瞬断」が発生することを防止できるので、ユーザの不快感および不安感を解消できる。さらに、モータ2の起動電流が抑制されるため、メイン接点の接点寿命、および、モータ2に使用されるブラシの寿命を向上できると共に、ピニオンがリングギヤに噛み合う時の回転速度が低くなり、噛み合い時の衝撃が緩和されるので、ピニオンおよびリングギヤの摩耗が低減されて、耐久性を向上できる。
特に、電磁リレー5と電磁スイッチ6は、リレーコイル17の中心軸と電磁コイル36の中心軸とが並列に配置されているので、電磁リレー5と電磁スイッチ6とを軸方向に直列に配置した場合と比較して、スタータ用スイッチ装置1の全長を大幅に短縮できる。
さらに、スタータ用スイッチ装置1の筐体に使用される金属製の有底フレーム8は、磁気回路の一部である磁気ヨークを形成している。つまり、筐体の一部である有底フレーム8を、電磁リレー5および電磁スイッチ6の磁気ヨークとして利用できるので、有底フレーム8と磁気ヨークとを別々に設ける必要はなく、その分、スタータ用スイッチ装置1の径方向寸法を小さく形成できる。
これにより、B端子11の中心軸とリレーコイル17の中心軸とを同一軸線上に配置することができる。一方、接点部23aと接続部23bとを同一平面上に配置したプレート状の固定接点を用いた場合は、B端子11をリレーコイル17の中心軸に対して接点カバー9の径方向外側寄りに配置する必要があるため、径方向に寸法が増大する要因となる。これに対し、実施例1では、B端子11の中心軸をリレーコイル17の中心軸と同一軸線上に配置することが出来、径方向に寸法が増大することはない。
上記の結果、本実施例のスタータ用スイッチ装置1は、電磁リレー5と電磁スイッチ6とを効率的に配置して小型化を図ることにより、搭載性を向上できると共に、ケーブル数の低減による作業工程の短縮化により車両側への接続性を容易化でき、さらに、防水性を確保できる筐体の内部に制御回路28を収容することにより、耐環境性を得ることができる等の優れた効果を有している。
また、本実施例の抵抗体4は、接点カバー9の内部空間に配置されている。つまり、抵抗体4を接点カバー9の外部に露出させていないため、抵抗体4に水分等が付着することを防止でき、腐食することがないので、耐久性を向上できる。さらに、抵抗体4が長時間の通電により赤熱した場合でも、外界から持ち込まれる可燃性の物体が抵抗体4に接触することがないため、安全性を確保できる。
この実施例2で説明するスタータ用スイッチ装置1は、電磁スイッチ6の構成が実施例1と異なり、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分離して、それぞれの機能を独立に制御できる様に構成されたタンデムタイプの電磁スイッチ6を備えている。
なお、電磁スイッチ6の構成以外は、実施例1と略同じであり、その説明を省略し、電磁スイッチ6の構成のみ図4を基に説明する。但し、実施例1と共通する部品には、同一番号を付している。
この実施例2に示す電磁スイッチ6は、ピニオンを押し出す機能を持たせたピニオン押出用ソレノイド57と、メイン接点を開閉する機能を持たせたモータ通電用ソレノイド58によって構成される。
モータ通電用ソレノイド58は、実施例1に記載した電磁スイッチ6からメイン接点を開閉する機能を独立させたもので、通電によって電磁石を形成する第2の電磁コイル62と、この第2の電磁コイル62への通電によって磁化される固定鉄心60と、この固定鉄心60に対向して第2の電磁コイル62の内周を軸心方向に可動する第2のプランジャ63等を有し、この第2のプランジャ63の動きに連動してメイン接点の開閉を行う。
スイッチ端子34a、34bには、バッテリ3から励磁電流を流すための電気配線53a、53bが接続され、その電気配線53a、53bの途中には、それぞれ第1のスタータリレー54a、第2のスタータリレー54bが挿入されている。
第1、第2のスタータリレー54a、54bの開閉動作は、ECU55(図5参照)により制御される。また、制御回路28によりリレーコイル17の励磁状態を制御することで、モータ2の起動時に抵抗体4を経由してモータ2に通電される時間、つまり、抵抗体4に電流が流れる通電時間を制御することは、実施例1と同じである。
IGスイッチ56のオン信号を受けてECU55が作動を開始すると、ECU55より出力される駆動信号によって第1、第2のスタータリレー54a、54bが同時にオンする。その結果、第1の電磁コイル59を有するピニオン押出用ソレノイド57の働きにより、ピニオンが軸方向の反モータ方向へ移動し、リングギヤに当接して停止する。また、第2の電磁コイル62を有するモータ通電用ソレノイド58の働きによりメイン接点がオンする。
一方、電磁リレー5は、第1のスタータリレー54aがオンすると、制御回路28の働きにより、所定時間(例えば、30〜40ms)だけリレーコイル17に対する駆動信号がオンとなり、リレーコイル17が励磁されてリレー接点がオフとなる。
このモータ2の回転を受けてピニオンがリングギヤと噛み合った後、制御回路28の働きによってリレーコイル17に対する駆動信号がオフとなる。これにより、リレー接点がオンすることで、抵抗体4の両端が短絡されて、本発明の低抵抗通電経路が形成される。その結果、バッテリ3の全電圧によりモータ2に通電されるため、モータ2が高速度で回転し、そのモータ2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。
この実施例3で説明するスタータ用スイッチ装置1は、実施例1と同じく、ピニオンの押し出しと、メイン接点の開閉とを一つのプランジャ10の動きに連動して行う電磁スイッチ6を有するが、電磁リレー5の構造が実施例1とは異なり、リレーコイル17が励磁されるとリレー接点がオンする常開接点構造を有している。
また、実施例1では、B端子11とM端子12との間で、リレー接点とメイン接点とが直列に配置されているが、この実施例3では、図6に示す様に、B端子11とM端子12との間で、リレー接点とメイン接点とが並列に配置され、且つ、抵抗体4がリレー接点と直列に接続されている。なお、抵抗体4とリレー接点の位置は逆でも良い。つまり、図6では、リレー接点の低電位側に抵抗体4を接続しているが、リレー接点の高電位側に抵抗体4を接続しても良い。
IGスイッチ56のオン信号を受けてECU55が作動を開始すると、ECU55より出力される駆動信号によってスタータリレー54がオンする。これにより、リレーコイル17が励磁されてリレー接点がオンする。
一方、制御回路28の遅延機能により、リレーコイル17への通電タイミングから所定時間だけ遅れて電磁コイル36に通電される。このため、リレー接点がオンしてから所定時間だけ、メイン接点はオフ状態を維持する。
その後、制御回路28に設定される遅延時間が経過した時点で電磁コイル36に通電され、ピニオンが反モータ方向に移動してリングギヤに噛み合った後、若干の機械的な遅れ時間を経てメイン接点がオンする。これにより、本発明の低抵抗通電経路が形成されて、バッテリ3の全電圧によりモータ2に通電されるため、モータ2が高速度で回転し、そのモータ2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。
この実施例4で説明するスタータ用スイッチ装置1は、実施例3に記載した構成と同様に、常開接点構造の電磁リレー5と、ピニオンの押し出しとメイン接点の開閉を行う電磁スイッチ6とを有し、B端子11とM端子12との間で、リレー接点とメイン接点とが並列に配置され、且つ、抵抗体4がリレー接点と直列に接続されている(図7参照)。
実施例3との違いは、抵抗体4への通電時間を制御する専用の制御回路28を有していないことである。この実施例4では、実施例3に記載した制御回路28の働き(リレーコイル17への通電タイミングと電磁コイル36への通電タイミングとの間に遅延時間を設定する機能)を外部のECU55が行っている。
また、一方のスイッチ端子34aには、ECU55を通じてリレーコイル17に励磁電流を流すための電気配線53aが接続されている。他方のスイッチ端子34bには、バッテリ3から電磁コイル36に励磁電流を流すための電気配線53bが接続され、その電気配線53bの途中には、スタータリレー54が挿入されている。スタータリレー54の開閉動作は、ECU55により制御される。
ECU55は、IGスイッチ56のオン信号を受けて作動を開始すると、電磁リレー5に駆動信号を出力してリレーコイル17を励磁する。スタータリレー54は、電磁リレー5に駆動信号が出力された後、所定時間が経過した時点で、ECU55によりオン制御される。従って、リレーコイル17が励磁されてから所定時間が経過するまでは、電磁コイル36が励磁されることはなく、メイン接点はオフしている。
リレーコイル17が励磁されてリレー接点がオンすると、バッテリ3から抵抗体4を経由してモータ2に通電される本発明の高抵抗通電経路が形成されるため、抵抗体4によって抑制された電流がモータ2に流れることにより、低速度でモータ2が回転する。
この実施例5で説明するスタータ用スイッチ装置1は、実施例3および実施例4に記載した常開接点構造の電磁リレー5と、実施例2で説明した電磁スイッチ6、すなわち、ピニオンを押し出す機能を有するピニオン押出用ソレノイド57と、メイン接点を開閉する機能を有するモータ通電用ソレノイド58とを組み合わせたタンデムタイプの電磁スイッチ6を使用する一例である。なお、電磁スイッチ6(ピニオン押出用ソレノイド57+モータ通電用ソレノイド58)の構成は、実施例2と同じであり、その説明は省略する。
また、実施例3および実施例4と同じく、B端子11とM端子12との間で、リレー接点とメイン接点とが並列に配置され、且つ、抵抗体4がリレー接点と直列に接続されている(図8参照)。
電磁リレー5のリレーコイル17は、第2の電磁コイル62と共に一方のスイッチ端子34aに接続されている。つまり、第2の電磁コイル62とリレーコイル17は、一つのスイッチ端子34aを共有して接続されている。また、制御回路28は、リレーコイル17がスイッチ端子34aに接続される接続点Aと第2の電磁コイル62との間に挿入されている。
第1、第2のスタータリレー54a、54bの開閉動作は、実施例2と同じく、ECU55(図8参照)により制御される。また、制御回路28は、実施例3と同様に、リレーコイル17への通電タイミングと第2の電磁コイル62への通電タイミングとの間に所定の遅延時間を設定している。つまり、リレーコイル17に通電されてから、予め設定された遅延時間が経過した時点で第2の電磁コイル62に通電する遅延機能を有している。
IGスイッチ56のオン信号を受けてECU55が作動を開始すると、ECU55より出力される駆動信号によって第1、第2のスタータリレー54a、54bが同時にオンする。その結果、第1の電磁コイル59を有するピニオン押出用ソレノイド57の働きにより、ピニオンが軸方向の反モータ方向(リングギヤ側)へ移動する。また、電磁リレー5のリレーコイル17が励磁されてリレー接点がオンする。
一方、モータ通電用ソレノイド58は、制御回路28の遅延機能により、リレーコイル17への通電タイミングから所定時間だけ遅れて第2の電磁コイル62に通電される。このため、リレー接点がオンしてから所定時間はメイン接点がオフ状態を維持している。
その後、制御回路28に設定される遅延時間が経過した時点で第2の電磁コイル62に通電されてメイン接点がオンする。これにより、抵抗体4をバイパスしてモータ2に通電される本発明の低抵抗通電経路が形成され、バッテリ3の全電圧によりモータ2に通電される。その結果、モータ2が高速度で回転し、そのモータ2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。
この実施例6で説明するスタータ用スイッチ装置1は、実施例5に記載した構成と同様に、常開接点構造の電磁リレー5と、ピニオン押出用ソレノイド57とモータ通電用ソレノイド58とを組み合わせたタンデムタイプの電磁スイッチ6とを有し、B端子11とM端子12との間で、リレー接点とメイン接点とが並列に配置され、且つ、抵抗体4がリレー接点と直列に接続されている(図9参照)。
実施例5との違いは、抵抗体4への通電時間を制御する専用の制御回路28を有していないことである。この実施例6では、制御回路28の働きを外部のECU55が行っている。
また、第1、第2、第3のスイッチ端子34a、34b、34cには、それぞれ、ECU55を通じて励磁電流を流すための電気配線53a、53b、53cが接続され、その電気配線53a、53b、53cの途中には、第1のスタータリレー54a、第2のスタータリレー54b、第3のスタータリレー54cが挿入されている。各スタータリレー54a、54b、54cの開閉動作は、ECU55により制御される。
IGスイッチ56のオン信号を受けてECU55が作動を開始すると、ECU55より出力される駆動信号によって第1、第3のスタータリレー54a、54cが同時にオンする。その結果、第1の電磁コイル59を有するピニオン押出用ソレノイド57の働きにより、ピニオンが軸方向の反モータ方向(リングギヤ側)へ移動する。また、電磁リレー5のリレーコイル17が励磁されてリレー接点がオンする。
一方、モータ通電用ソレノイド58は、第2のスタータリレー54bがオンしていないため、第2の電磁コイル62が励磁されることはなく、メイン接点はオフ状態を維持している。
その後、ECU55より出力される駆動信号によって第2のスタータリレー54bがオンすると、第2の電磁コイル62が励磁されてメイン接点がオンする。これにより、抵抗体4をバイパスしてモータ2に通電される本発明の低抵抗通電経路が形成され、バッテリ3の全電圧によりモータ2に通電される。その結果、モータ2が高速度で回転し、そのモータ2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。
2 モータ
3 バッテリ
4 抵抗体
5 電磁リレー(通電経路切替手段)
6 電磁スイッチ
8 有底フレーム(筐体)
9 接点カバー(筐体)
10 電磁スイッチのプランジャ
11 B端子(第1の外部接続端子)
12 M端子(第2の外部接続端子)
17 電磁リレーのリレーコイル
22 電磁リレーの可動鉄心
23 リレー接点に使用される一方の固定接点
23a 可動接点に対向する接点部
23b B端子(外部接続端子)に接続される接続部
24 リレー接点に使用される他方の固定接点
25 電磁リレーの可動接点
28 制御回路
36 電磁スイッチの電磁コイル
41 メイン接点に使用される一方の固定接点
42 メイン接点に使用される他方の固定接点
57 ピニオン押出用ソレノイド(ピニオン押出手段)
58 モータ通電用ソレノイド(メイン接点開閉手段)
59 第1の電磁コイル
60 モータ通電用ソレノイドとピニオン押出用ソレノイドに共有の固定鉄心
61 第1のプランジャ
62 第2の電磁コイル
63 第2のプランジャ
Claims (15)
- スタータのピニオンをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、
一組の固定接点から成るメイン接点の閉成/開成によりモータへの通電電流をオン/オフするメイン接点開閉手段と、
前記モータを起動する際にバッテリから前記モータに流れる起動電流を抑制するための抵抗体と、
通電によって電磁石を形成するリレーコイルと一組の固定接点から成るリレー接点および前記リレーコイルの励磁状態に応じて前記リレー接点を開閉する可動接点とを有し、前記リレー接点の開閉に応じて前記抵抗体を経由して前記モータに通電するための高抵抗通電経路と前記抵抗体をバイパスして前記モータに通電するための低抵抗通電経路とを切り替える電磁リレーとを備えるスタータ用スイッチ装置であって、
電源ケーブルを介してバッテリに接続される第1の外部接続端子と、
リード線を介して前記モータに接続される第2の外部接続端子と、
前記第1、第2の外部接続端子が取り付けられ、且つ、前記ピニオン押出手段、前記メイン接点開閉手段、前記抵抗体、および、前記電磁リレーを内部に一体的に収容する一つ筐体とを備え、
前記リレー接点を形成する一組の固定接点のうち一方の固定接点を第1リレー固定接点、他方の固定接点を第2リレー固定接点と呼び、
前記メイン接点を形成する一組の固定接点のうち一方の固定接点を第1メイン固定接点、他方の固定接点を第2メイン固定接点と呼ぶ時に、
前記第1リレー固定接点が前記第1または第2の外部接続端子に接続され、
前記第1メイン固定接点が前記第2または第1の外部接続端子に接続され、
前記第2リレー固定接点と前記第2メイン固定接点とが一体または別体に設けられて電気的および機械的に結合されることにより、前記第1の外部接続端子と前記第2の外部接続端子との間で前記リレー接点と前記メイン接点とが直列に配置され、且つ、前記抵抗体の両端が前記第1リレー固定接点と前記第2リレー固定接点とに接続されることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - スタータのピニオンをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、
一組の固定接点から成るメイン接点の閉成/開成によりモータへの通電電流をオン/オフするメイン接点開閉手段と、
前記モータを起動する際にバッテリから前記モータに流れる起動電流を抑制するための抵抗体と、
通電によって電磁石を形成するリレーコイルと一組の固定接点から成るリレー接点および前記リレーコイルの励磁状態に応じて前記リレー接点を開閉する可動接点とを有し、前記リレー接点の開閉に応じて前記抵抗体を経由して前記モータに通電するための高抵抗通電経路と前記抵抗体をバイパスして前記モータに通電するための低抵抗通電経路とを切り替える電磁リレーとを備えるスタータ用スイッチ装置であって、
電源ケーブルを介してバッテリに接続される第1の外部接続端子と、
リード線を介して前記モータに接続される第2の外部接続端子と、
前記第1、第2の外部接続端子が取り付けられ、且つ、前記ピニオン押出手段、前記メイン接点開閉手段、前記抵抗体、および、前記電磁リレーを内部に一体的に収容する一つ筐体とを備え、
前記第1の外部接続端子と前記第2の外部接続端子との間で前記抵抗体と前記リレー接点とが直列に接続され、且つ、前記メイン接点が前記抵抗体および前記リレー接点と並列に接続されて並列回路を形成し、その並列回路の一方の分岐点側が前記第1または第2の外部接続端子に接続され、他方の分岐点側が前記第2または第1の外部接続端子に接続されることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項1または2に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記ピニオン押出手段と前記メイン接点開閉手段は、通電によって電磁石を形成する電磁コイルと、この電磁コイルの励磁状態に応じて前記電磁コイルの軸心方向に可動する一つのプランジャとを共有し、このプランジャの動きに連動して、前記ピニオンを押し出す機能と前記メイン接点を開閉する機能とを両立する電磁スイッチによって構成されることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項1または2に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記ピニオン押出手段は、通電によって電磁石を形成する第1の電磁コイルと、この第1の電磁コイルの励磁状態に応じて前記第1の電磁コイルの軸心方向に可動する第1のプランジャとを有し、この第1のプランジャの動きに連動して前記ピニオンの押し出しを行うピニオン押出用ソレノイドによって構成され、
前記メイン接点開閉手段は、通電によって電磁石を形成する第2の電磁コイルと、この第2の電磁コイルの励磁状態に応じて前記第2の電磁コイルの軸心方向に可動する第2のプランジャとを有し、この第2のプランジャの動きに連動して前記メイン接点を開閉するモータ通電用ソレノイドによって構成されることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項1に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記電磁リレーは、前記リレーコイルが励磁された状態で前記リレー接点を開き、前記リレーコイルが非励磁の時に前記リレー接点を閉じる常閉接点構造を有することを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項1〜5に記載した何れかのスタータ用スイッチ装置において、
前記モータの起動時に前記抵抗体を経由して前記モータに通電される時間を制御する制御回路を有し、この制御回路を前記筐体の内部に収容したことを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項3に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記電磁リレーと前記電磁スイッチは、前記リレーコイルの中心軸と前記電磁コイルの中心軸とが並列に配置されていることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項7に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記電磁リレーと前記電磁スイッチは、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項4に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記ピニオン押出用ソレノイドと前記モータ通電用ソレノイドは、前記第1の電磁コイルの中心軸と前記第2の電磁コイルの中心軸とが同一軸線上に配置されていることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項9に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記ピニオン押出用ソレノイドと前記モータ通電用ソレノイドは、前記第1のプランジャと前記第2のプランジャとの間に、両ソレノイドに共有の固定鉄心を配置していることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項10に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記電磁リレーと、前記ピニオン押出用ソレノイド及び前記モータ通電用ソレノイドとは、前記リレーコイルの中心軸と、前記第1の電磁コイル及び前記第2の電磁コイルの中心軸とが並列に配置されていることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項11に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記電磁リレーと前記モータ通電用ソレノイドは、両者の磁気回路の一部に共有部品を用いることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項1に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記第1リレー固定接点は、前記第1または第2の外部接続端子に接続される接続部と、前記可動接点に対向する接点部とが軸方向の異なる位置に設けられ、且つ、少なくとも前記接続部の一部と前記接点部の一部とが径方向にラップした形状を有することを特徴とするスタータ用スイッチ装置。 - 請求項13に記載したスタータ用スイッチ装置において、
前記第1リレー固定接点が接続される前記第1または第2の外部接続端子は、ボルト形状を有し、そのボルト形状の中心軸が前記リレーコイルの中心軸と同一軸線上に配置されていることを特徴とするスタータ用電磁スイッチ。 - 請求項1〜14に記載した何れかのスタータ用スイッチ装置において、
前記筐体は、磁性を有する金属製のフレームと、このフレームの開口部を塞いで組み付けられる接点カバーとで構成され、この接点カバーに前記第1の外部接続端子および前記第2の外部接続端子が取り付けられ、前記フレームは、磁気回路の一部である磁気ヨークを形成していることを特徴とするスタータ用スイッチ装置。
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