JP6363052B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

一般的にエンジン始動装置は、短時間での使用が前提であり、連続的な通電若しくは断続的な通電を受けた場合には、発熱により高温になるおそれがある。そこで、通電経路上に通電容量狭小部を設け、回転子のロックや通電回路の短絡による高電流通電により、通電容量狭小部を溶断させ通電を遮断するモータ保護装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平９−２７３４６４号公報

エンジン始動装置は、低電流域から高電流域まで広い電流域で用いられる。上述した特許文献に記載のモータ保護装置では、高電流域においてはエンジン始動装置の異常稼動時に電流を遮断することができる。高電流域に至らない電流域においてもエンジン始動装置の異常稼動時には電流を遮断することが要求されることがある。

請求項１に記載のエンジン始動装置は、直流電動機装置は、回転子に備えられ電機子コイルを巻装した電機子鉄心と、該回転子に備えられ電機子コイルに電気的に接続される整流子と、整流子に給電するブラシと、ブラシを固定するホルダプレートとを有し、電磁石スイッチ装置は、外部電源と電気的に接続される第１の端子と、ブラシに電気的に接続される第２の端子と、第１の端子と第２の端子との間を接続・遮断する可動接点とを有するエンジン始動装置において、直流電動機装置のブラシとホルダプレートとの間に配置されたモータ保護装置を備え、モータ保護装置は、導電性部材と、導電性部材をホルダプレートに電気的に接続する受熱可溶体と、導電性部材とホルダプレートとの間に設けられ温度上昇によって変位を生じる受熱変位体とを有し、所定の温度を超えると、受熱可溶体の溶断と、受熱変位体の熱による変位とによって、導電性部材とホルダプレートとの電気的な接続を遮断する。

本発明によれば、エンジン始動装置の異常稼動時に低電流域から高電流域において電流を遮断できる。

エンジン始動装置の全体構造を表す一部破断側面図である。 負極ホルダプレート５、負極ブラシホルダ２１、およびモータ保護装置４０を回転子２の軸方向から見た図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、モータ保護装置４０の動作原理を説明する。 図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、モータ保護装置４０の動作原理を説明する。 直流電動機装置への通電時間とモータ保護装置の温度との関係を示すグラフである。 負極ホルダプレート５、負極ブラシホルダ２１、およびモータ保護装置４０を回転子２の軸方向から見た図である。 図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、モータ保護装置４０の動作原理を説明する。 図４（ｂ）のＣ部の拡大図である。

（実施例１）
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態のエンジン始動装置１の全体構造を表す一部破断側面図である。この図１において、エンジン始動装置１は、いわゆる同軸式エンジン始動装置であり、直流電動機装置３と、この直流電動機装置３からの回転力を内燃機関のリングギヤ１４に伝達する出力軸１５と、この出力軸１５上を摺動可能に嵌装され出力軸１５からの回転力が伝達されるオーバランニングクラッチ装置１６と、電磁石（図示せず）およびこの電磁石励磁時に吸引駆動されるプランジャロッド１７を備えた電磁石スイッチ装置９と、一端がプランジャロッド１７に係合され他端がオーバランニングクラッチ装置１６に係合されたシフトレバー１８を有している。

直流電動機装置３は、電機子鉄心に巻装された電機子コイル（図示せず）およびその電機子コイルと電気的に接続される整流子１９を備えた回転子２と、金属製のエンドブラケット２０と、このエンドブラケット２０の底面に固定された金属製の負極ホルダプレート５と、この負極ホルダプレート５上に直接固定された負極ブラシホルダ２１と、この負極ブラシホルダ２１に摺動自在に保持され、整流子１９に当接する負極ブラシ４とを有する。

直流電動機装置３は、負極ホルダプレート５と対になっている金属製の正極ホルダプレート２２と、この正極ホルダプレート２２上に直接固定された正極ブラシホルダ２３と、この正極ブラシホルダ２３に摺動自在に保持され、整流子１９に当接する正極ブラシ２４とを有する。正極ブラシ２４には、リードワイヤ３２の一端が接続されている。リードワイヤ３２の他端は、正極ホルダプレート２２に直接接続されている。負極ブラシ４および正極ブラシ２４はそれぞれ、図示しない押しバネで整流子１９に押しつけられることで整流子１９の各ブラシ側セグメントに当接している。

図２は、モータ保護装置４０について説明する図であり、図２（ａ）は、負極ホルダプレート５、負極ブラシホルダ２１、およびモータ保護装置４０を回転子２の軸方向から見た図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、モータ保護装置４０の動作原理を説明する。本実施の形態では、負極ホルダプレート５には負極ブラシ４を保持する３つの負極ブラシホルダ２１が取り付けられている。モータ保護装置４０は、負極ブラシ４毎に設けられている。

モータ保護装置４０は、負極ブラシ４と接続されているリードワイヤ３１の一端に設けられ、中継金具６と受熱可溶体７と受熱変位体８ａ及び８ｂとから構成される。図２（ｂ）に示されるように、中継金具６には、受熱可溶体７を介して負極ホルダプレート５と電気的に接続される突部６ａが設けられている。受熱可溶体７は、所定温度に達すると溶融する導電性の部材であり、中継金具６の突部６ａと負極ホルダプレート５とを電気的および機械的に接続している。

一対の受熱変位体８ａ及び８ｂは、温度上昇による熱膨張によって変位を生じる絶縁性の部材であり、中継金具６と負極ホルダプレート５との間に設けられ、たとえば中継金具６と負極ホルダプレート５との双方に接着等によって固定されている。受熱変位体８ａ及び８ｂは、中継金具６の突部６ａを囲む円環状等となるように一体に形成されていても良い。リードワイヤ３１は、その一端が負極ブラシ４に接続され、他端が中継金具６に接続されている。したがって、各負極ブラシ４は、リードワイヤ３１、中継金具６、および受熱可溶体７を介して負極ホルダプレート５とそれぞれ電気的に接続されている。

一方、図１に示される電磁石スイッチ装置９はまた、外部電源（バッテリ）のプラス端子と電気的に接続されるＢ端子１２と、正極ホルダプレート２２およびＭリードワイヤ２９を介して直流電動機装置３の正極ブラシ２４に電気的に接続されたＭ端子１３と、Ｂ端子１２とＭ端子１３との間を接続・遮断可能な可動接点１１と、ナット２５を介しＭ端子１３に固定されＭ端子１３に電気的に接続されたトメワ２６と、Ｂ端子１２およびＭ端子１３の周囲絶縁のための絶縁部品２７と、可動接点１１の周囲絶縁のための絶縁部品２８とを備えている。また可動接点１１の開閉動作は、電磁石スイッチ装置９に内蔵されている電磁石により行われ、プランジャロッド１７の吸引動作と同時に行われる。

上記構成のエンジン始動装置１における動作および作用効果を以下に説明する。内燃機関始動時には、たとえば図示しないキースイッチがＯＮにされ電磁石が励磁されることで、外部電源と電気的に接続されている電磁石スイッチ装置９のＢ端子１２と直流電動機装置３の正極ブラシ２４に電気的に接続されているＭ端子１３とを接続・遮断する可動接点１１が閉じられる。この可動接点１１の閉成によって、２つのＢ端子１２及びＭ端子１３が接続され、外部電源、Ｂ端子１２、可動接点１１、Ｍ端子１３、正極ブラシ２４、整流子１９、回転子コイル、および負極ブラシ４を含む電気回路に電流が流れる。つまり、外部電源からエンジン始動装置１内に導入された電流は、電磁石スイッチ装置９のＢ端子１２→可動接点１１→Ｍ端子１３→Ｍリードワイヤ２９→正極ホルダプレート２２→正極ブラシ２４のリードワイヤ３２→正極ブラシ２４→整流子１９のうち正極ブラシ２４に接するセグメント→回転子コイル→整流子１９のうち負極ブラシ４に接するセグメント→負極ブラシ４→負極ブラシ４のリードワイヤ３１→モータ保護装置４０→負極ホルダプレート５→エンドブラケット２０→外部電源と流れる。このようにして、直流電動機装置３の回転子２および出力軸１５を回転させる。一旦始動した後は、キースイッチをＯＦＦに戻すことにより、電磁石の吸引力が解除されて可動接点１１が開かれ、電流の流れが断たれ直流電動機装置３の回転は停止する。

上述したように、本実施形態のエンジン始動装置１には、負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間に、図２（ａ）で示されたモータ保護装置４０が設けられている。モータ保護装置４０では、後述するように、その温度が所定の作動温度Ｔ１以下であれば、負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間が導通している。
直流電動機装置３を駆動してエンジンを起動する場合、直流電動機装置３の一般的な駆動時間はせいぜい数秒から十数秒の短時間である。そのため、モータ保護装置４０に流れる電流によるモータ保護装置４０の温度上昇が少なく、モータ保護装置４０の温度は所定の作動温度Ｔ１以下に保たれる。したがって、モータ保護装置４０は作動せず、負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間の導通が保たれる。

しかし、回転子２のロックや通電回路の短絡等による高電流通電が行われたり、低電流通電であっても直流電動機装置３への通電時間が長引いたりすることで、モータ保護装置４０の温度が所定の作動温度Ｔ１を超えると、モータ保護装置４０は作動する。以下、モータ保護装置４０の作動原理を説明する。

直流電動機装置３へ通電によってモータ保護装置４０の温度が上昇し、その温度が所定の作動温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２に達すると、受熱可溶体７が溶融する。しかし、モータ保護装置４０の温度が温度Ｔ２に達しても、受熱変位体８の熱膨張が小さいので、負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとを離間させるに至らない。その後、モータ保護装置４０の温度がさらに上昇して所定の作動温度Ｔ１に達すると、図２（ｃ）に示されるように、受熱変位体８の熱膨張によって、中継金具６と負極ホルダプレート５とが互いに離れる方向に変位されて、負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとが離間する。これにより、中継金具６と負極ホルダプレート５との電気的な接続が遮断される。
このように、低電流通電であっても直流電動機装置３への通電時間が長引いた場合には、受熱可溶体７が溶融した後に、受熱変位体８を変位させることによって受熱変位体８の比較的僅かな変位量で中継金具６と負極ホルダプレート５との電気的な接続を確実に遮断することができる。

図３は、直流電動機装置３への通電時間とモータ保護装置４０の温度との関係を示すグラフである。図３において、線５１は、たとえば回転子２のロックや通電回路の短絡等による高電流通電が行われた場合のモータ保護装置４０の温度変化を示す線である。線５２は、たとえば直流電動機装置３へ流れる電流の大きさが直流電動機装置３の定格値となる場合のような、低電流通電が行われた場合のモータ保護装置４０の温度変化を示す線である。図３に示すように、高電流通電が行われた場合、モータ保護装置４０の温度は、たとえば通電時間ｔａのような短時間で作動温度Ｔ１に達する。しかし、低電流通電が行われた場合、モータ保護装置４０の温度は、たとえば通電時間ｔｂのような長時間の経過後に作動温度Ｔ１に達する。この通電時間通電時間ｔｂは、直流電動機装置３を駆動してエンジンを起動する際の、直流電動機装置３の一般的な駆動時間よりも長い時間である。
したがって、本実施の形態のモータ保護装置４０は、高電流通電が行われると短時間で作動する。直流電動機装置３を駆動してエンジンを起動する場合、直流電動機装置３の一般的な駆動時間では作動温度Ｔ１に達しないため、モータ保護装置４０は作動しない。しかし、低電流通電であっても長時間にわたって通電が行われると、作動温度Ｔ１に達するので、モータ保護装置４０は作動する。

なお、上記実施形態においては、モータ保護装置４０を負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間の通電回路に設けたが、これに限らない。すなわち、モータ保護装置４０を負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間の通電回路に設ける代わりに、または、負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間の通電回路に設けるとともに、正極ブラシ２４と正極ホルダプレート２２との間の通電回路に設けたとしても、同様の効果を得る。
また、エンジン始動装置の界磁方式は永久磁石界磁式および巻線界磁式のいずれでもよく、同様の効果を得る。
また、通電状態は、連続的な通電および断続的な通電のいずれでもよく同様の効果を得る。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）実施の形態によるエンジン始動装置１は、直流電動機装置３と電磁石スイッチ装置９とを備える。直流電動機装置３は、回転子２に備えられ電機子コイルを巻装した電機子鉄心と、該回転子２に備えられ電機子コイルに電気的に接続される整流子１９と、整流子１９に給電する負極ブラシ４と、負極ブラシ４を固定する負極ホルダプレート５とを有する。電磁石スイッチ装置９は、外部電源と電気的に接続されるＢ端子１２と、正極ブラシ２４に電気的に接続されるＭ端子１３と、Ｂ端子１２とＭ端子１３との間を接続・遮断する可動接点１１とを有する。実施の形態によるエンジン始動装置１は、特に直流電動機装置３の負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間にモータ保護装置４０を備える。モータ保護装置４０は、導電性の中継金具６と、中継金具６と負極ホルダプレート５とを電気的に接続する導電性の受熱可溶体７と、中継金具６と負極ホルダプレート５との間に設けられ温度上昇によって変位を生じる受熱変位体８とを有する。モータ保護装置４０が所定の作動温度Ｔ１を超えると、受熱可溶体７の溶断と、受熱変位体８ａ及び８ｂの熱による変位とによって、中継金具６と負極ホルダプレート５との電気的な接続が遮断される。
このように、受熱可溶体７溶融と受熱変位体８ａ及び８ｂ変位という２つの異なる物理現象を利用することにより、高電流のみならず低電流での電流遮断を実現できる。すなわち従来では、高電流域におけるエンジン始動装置１の異常稼動時だけ配線を溶断させて電流遮断が可能であったが、実施の形態のエンジン始動装置１では、高電流域に至らない電流域でもモータ保護装置４０で電流を遮断できるので、直流電動機装置３を流れる電流を容易確実に遮断できる。

（２）モータ保護装置４０は、正極ブラシ２４と正極ホルダプレート２２との間および負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間のいずれか一方に配置される。これにより、モータ保護装置４０の配置に伴う直流電動機装置３の大型化を防止できる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述の説明では、モータ保護装置４０の温度上昇に伴って、先に受熱可溶体７が溶融し、その後、受熱変位体８の熱膨張によって負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとを離間させるように構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、モータ保護装置４０の温度上昇に伴って、受熱可溶体７の溶融と、受熱変位体８ａ及び８ｂの熱膨張による負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとの離間とが同時に行われるように構成してもよい。また、たとえば、モータ保護装置４０の温度上昇に伴って、受熱可溶体７が溶融する前から受熱変位体８ａ及び８ｂの熱膨張によって負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとを離間させる付勢力を発生させることで受熱可溶体７に応力を与え、その後、受熱可溶体７が溶融すると上記付勢力によって負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとが直ちに離間するようにしてもよい。このように、受熱変位体８ａ及び８ｂが温度上昇によって変位し、その後、受熱可溶体７が溶融することによって中継金具６と負極ホルダプレート５との電気的な接続を瞬時に確実に遮断することができる。いずれの場合であっても、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。

（変形例２）
上述の説明では、受熱変位体８ａ及び８ｂが中継金具６と負極ホルダプレート５との双方に接着等によって固定されているが、必ずしも、受熱変位体８が中継金具６と負極ホルダプレート５との双方に固定されていなくてもよい。たとえば、受熱変位体８ａ及び８ｂは、中継金具６または負極ホルダプレート５のいずれか一方に固定されていればよい。また、たとえば、受熱変位体８ａ及び８ｂが中継金具６と負極ホルダプレート５との間から脱落しないように保持されていれば、必ずしも受熱変位体８ａ及び８ｂを中継金具６や負極ホルダプレート５に接着等で固定する必要はない。

（変形例３）
また、受熱変位体８ａ及び８ｂと中継金具６との間、または受熱変位体８ａ及び８ｂと負極ホルダプレート５との間のいずれか一方に隙間が設けられていてもよい。なお、この場合には、モータ保護装置４０の温度がある温度Ｔ３を超えると受熱変位体８ａ及び８ｂの熱膨張によって上記の隙間がなくなり、受熱変位体８ａ及び８ｂが負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとを離間させる付勢力を発生させるように構成することが望ましい。なお、温度Ｔ３は、通常のエンジンを起動するスタータ動作では達しない温度であることが望ましい。すなわち温度Ｔ３は、スタータ動作が異常稼動する動作で予想される回路温度を越えた温度に設定すればよい。
これにより、通常のエンジンを起動するスタータ動作、すなわち回路温度がＴ３を越えない場合、負極ホルダプレート５と中継金具６の突部６ａとを離間させる付勢力が発生しないため、受熱変位体８ａ及び８ｂの熱膨張に起因する受熱可溶体７の応力が生じない。したがって、中継金具６の突部６ａと負極ホルダプレート５との電気的な接続の信頼性を向上できる。

（変形例４）
上述の説明では、受熱変位体８ａ及び８ｂの温度と変位との関係、すなわち、線膨張係数については特に言及していないが、受熱変位体８の線膨張係数は、温度によらず一定であってもよく、温度によって変化してもよい。すなわち、温度上昇に伴う受熱変位体８ａ及び８ｂの変位が線形性を示してもよく、非線形性を示してもよい。
（変形例５）
上述の説明では、受熱変位体８ａ及び８ｂは、絶縁性の部材であったが、導電性の部材でもよい。なお、受熱変位体８ａ及び８ｂが導電性の部材である場合には、受熱変位体８ａ及び８ｂと中継金具６との間、または、受熱変位体８ａ及び８ｂと負極ホルダプレート５との間の少なくとも一方に絶縁性の部材を介在させればよい。

（実施例２）
上述したモータ保護装置４０の実施例２を図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示す。図４（ａ）は、負極ホルダプレート５、負極ブラシホルダ２１、およびモータ保護装置４０を回転子２の軸方向から見た図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、モータ保護装置４０の動作原理を説明する。特に図４（ｂ）の上図は、通電遮断が起こる前の断面図であり、図４（ｂ）の下図は、通電遮断が起った後の断面図である。また図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ部の拡大図である。実施例１と同様に、モータ保護装置４０は、負極ブラシ４と負極ホルダプレート５との間に設けられ、キャップ３２とボス３３と受熱可溶体７と受熱変位体８ａ及び８ｂとから構成される。キャップ３２は、受熱可溶体７を介してボス３３と電気的に接続されている。また、ボス３３と負極ホルダプレート５と受熱可溶体７より融点が高い材料で電気的に接続されている。そして、受熱変位体８ａ及び８ｂは、キャップ３２と負極ホルダプレート５との間に介在する。

実施例１は、中継金具６と負極ホルダプレート５が受熱可溶体７により電気的に接続する構造であるが、この構造だと三部材間に合金層ができてしまい、本来の受熱可溶体７の融点と異なり、融点が不安定となる為、安定した通電遮断を実現するのは難しい。一方、実施例２は、ボス３３に受熱可溶体７の層を確保できる溝３３ａを設けているため、受熱可溶体７の融点を安定させることができ、安定した通電遮断を実現することができる。

また、実施例１の受熱変位体８ａ及び８ｂは、全面拘束していないので、熱膨張時、全方向に変位する。一方、実施例２で受熱変位体８ａ及び８ｂをキャップ３２で外周方向を拘束しているため、軸方向にのみ集中して変位することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１；エンジン始動装置、３；直流電動機装置、４；負極ブラシ、５；負極ホルダプレート、６；中継金具、７；受熱可溶体、８ａ；受熱変位体、８ｂ；受熱変位体、９；電磁石スイッチ装置、２２；正極ホルダプレート、２４；正極ブラシ、４０；モータ保護装置

Claims (7)

1. 直流電動機装置と電磁石スイッチ装置とを備え、
   前記直流電動機装置は、回転子に備えられ電機子コイルを巻装した電機子鉄心と、該回転子に備えられ前記電機子コイルに電気的に接続される整流子と、前記整流子に給電するブラシと、前記ブラシを固定するホルダプレートとを有し、
   前記電磁石スイッチ装置は、外部電源と電気的に接続される第１の端子と、前記ブラシに電気的に接続される第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間を接続・遮断する可動接点とを有するエンジン始動装置において、
   前記直流電動機装置の前記ブラシの一端に配置されたモータ保護装置を備え、
   前記モータ保護装置は、導電性部材と、前記導電性部材を前記ホルダプレートに電気的に接続する受熱可溶体と、前記導電性部材と前記ホルダプレートとの間に設けられ温度上昇によって変位を生じる受熱変位体とを有し、所定の温度を超えると、前記受熱可溶体の溶断と、前記受熱変位体の熱による変位とによって、前記導電性部材と前記ホルダプレートとの電気的な接続を遮断するエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記ブラシは、正極ブラシおよび負極ブラシを含み、
   前記ホルダプレートは、前記正極ブラシを固定する正極ホルダプレートおよび前記負極ブラシを固定する負極ホルダプレートを含み、
   前記モータ保護装置は、前記正極ブラシと前記正極ホルダプレートとの間および前記負極ブラシと前記負極ホルダプレートとの間のいずれか一方に配置されるエンジン始動装置。
3. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ保護装置は、前記受熱可溶体が溶融した後に、前記受熱変位体の変位によって前記導電性部材と前記ホルダプレートとの電気的な接続を遮断するエンジン始動装置。
4. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ保護装置は、前記受熱変位体が温度上昇によって変位し、その後、前記受熱可溶体の溶融によって前記導電性部材と前記ホルダプレートとの電気的な接続を遮断するエンジン始動装置。
5. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記受熱変位体は、前記所定の温度以下では、前記導電性部材および前記ホルダプレートの少なくとも一方から離間しており、前記所定の温度を超えると自身の所定量の変位によって前記導電性部材を変位させるエンジン始動装置。
6. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記受熱変位体は、温度に対する変位が非線形性を示すエンジン始動装置。
7. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記受熱変位体は、導電性または非導電性の部材であり、前記導電性の部材である場合には、前記導電性部材と前記ホルダプレートとの間に、絶縁部材を介して配置されるエンジン始動装置。

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