JP6588697B2 - スタータ用電磁スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン始動用のスタータに搭載される電磁スイッチに関する。
スタータ用電磁スイッチでは、スタータリレーがオフしてコイルへの通電が遮断されると、コイルのインダクタンスによってコイルの両端に逆起電力が発生する。この逆起電力が接点式のスタータリレーに印加されると、スタータリレーの接点間にアーク放電が発生して接点の消耗が促進されるため、接点寿命が短くなるという弊害が生じる。特に、自動車における地球温暖化対策の有力手段としてアイドリングストップが導入されると、必要な接点寿命が飛躍的に増大するため、アーク放電の発生を抑制して接点寿命を確保することが必須となる。
上記の弊害を除去するためにサージ吸収素子として知られるダイオードをコイルと並列に接続する方法が知られている(特許文献1参照)。ダイオードは、カソード端子がコイルの電源側に接続され、アノード端子がコイルのアース側に接続される。これにより、スタータリレーがオフしてコイルへの通電が遮断されると、コイルの逆起電力によって流れる電流がダイオードを還流して吸収されるため、スタータリレーに逆起電力が印加されることを防止できる。その結果、アーク放電による接点の消耗を抑えることができるので、必要な接点寿命を確保できる。
特開2011−222410号公報
ところで、接点式リレーでは、接点間に適度なアーク放電を発生させて、接点に付着した油や埃などを焼失させることで接点表面をクリーニングする方法が知られている。
しかし、特許文献1のように、サージ吸収素子としてダイオードのみを使用すると、コイルの逆起電力によって流れる電流がダイオードを還流して吸収されるため、スタータリレーの接点間に生じるアーク放電が非常に小さくなる。この場合、接点表面のクリーニング作用が効果的に働かない恐れがある。
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、スタータリレーの接点消耗を抑制して接点寿命を延ばすことができ、且つ、接点表面のクリーニング作用を効果的に得ることができるスタータ用電磁スイッチを提供することにある。
請求項1に係る本発明は、一方の引出し線が電源側に接続され、他方の引出し線がアース側に接続されるコイルを有し、スタータリレーのオン動作によりコイルに励磁電流が供給されて電磁石を形成するスタータ用電磁スイッチであって、スタータリレーがオンからオフに切り替わった時にコイルから放出されるエネルギの一部を吸収すると共に、残りのエネルギがスタータリレーに印加されてスタータリレーの接点間にアーク電流が流れるように構成されるサージ抑制手段を備える。また、サージ抑制手段は、コイルと並列、かつ、スタータリレーと直列に接続されている。そして、本発明のスタータ用電磁スイッチは、アイドリングストップ機能を搭載する自動車のエンジン始動用スタータに用いられる。さらに、サージ抑制手段は、ダイオードとツェナーダイオードとを直列に互いのアノード同士を接続し、且つ、ダイオードのカソードがコイルの電源側に接続され、ツェナーダイオードのカソードがコイルのアース側に接続される、あるいは、ダイオードとツェナーダイオードとを直列に互いのカソード同士を接続し、且つ、ツェナーダイオードのアノードがコイルの電源側に接続され、ダイオードのアノードがコイルのアース側に接続される。そして、ツェナーダイオードは、スタータリレーの接点間に、接点消耗を促進させる程の大きさではなく、接点表面をクリーニングできる程度の大きさのアーク電流が生じるようなツェナー電圧を有する。
スタータリレーがオンからオフに切り替わると、スタータリレーがオンしている間に蓄積されたエネルギがコイルから放出され、そのエネルギの一部がサージ抑制手段によって吸収される。このため、スタータリレーに印加されるエネルギが小さくなり、スタータリレーの接点間に生じるアーク放電が抑制される。その結果、アーク放電による接点の消耗を抑えることができるので、接点寿命を延ばすことが可能である。
また、サージ抑制手段は、コイルから放出されるエネルギの一部のみ吸収し、残りのエネルギがスタータリレーに印加されるように構成される。これにより、スタータリレーの接点間に適度なアーク電流が流れることで、接点表面のクリーニング効果を得ることができる。
実施例1に係るスタータの回路図である。 実施例1に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 実施例1に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 実施例1に係るサージ抑制手段の効果を示すグラフである。 参考例1に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 参考例1に係るサージ抑制手段の効果を示すグラフである。 参考例2に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 参考例2に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 参考例2に係るサージ抑制手段の効果を示すグラフである。 参考例3に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 参考例3に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 参考例4に係るサージ抑制手段の具体的な構成図である。 実施例2に係るサージ抑制手段の効果を示すグラフである。
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に示す電磁スイッチ1は、アイドリングストップ機能を搭載する自動車のエンジン始動用スタータ2(図1参照)に用いられる。アイドリングストップ機能とは、例えば、交差点での信号停止や渋滞等により自動車が一時停止した際にエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動的に停止させるシステムである。
スタータ2は、図1に示す様に、バッテリ3より電力の供給を受けて電機子4aに回転力を発生するモータ4と、このモータ4に駆動されて回転する出力軸5と、この出力軸5の軸上にクラッチ6と一体に配置されるピニオン7と、本発明に係る電磁スイッチ1等より構成される。
電磁スイッチ1は、シフトレバー8を介してピニオン7をクラッチ6と一体に反モータ方向(図1の左方向)へ押し出すソレノイドSL1と、モータ4の通電経路に設けられるメイン接点(後述する)を開閉するソレノイドSL2とを有する。モータ4の通電経路とは、バッテリ3からモータ4に電流を流すための電源ラインであり、メイン接点の開閉によってモータ4に流れる電流がオンオフされる。
ソレノイドSL1は、樹脂製のボビンに巻回されてフレーム内の一端側に配置されるSL1コイル9と、このSL1コイル9の内周を軸方向に可動するSL1プランジャ10とを有する。フレームは(図示せず)、電磁スイッチ1の外枠を形成すると共に、ソレノイドSL1、SL2の磁気回路を兼ねて設けられる。
SL1コイル9は、一方の引出し線9aがSL1端子11に接続され、他方の引出し線9bがソレノイドSL1の金属部品(図示せず)を通じてアース側に接続される。金属部品は、ソレノイドSL1の磁気回路の一部を形成してフレームと電気的に接触している。
SL1端子11は、接点式のSL1リレー12を介してバッテリ3に接続され、SL1リレー12のオン動作によってバッテリ3から励磁電流が供給される。
SL1プランジャ10には、SL1プランジャ10の動きをシフトレバー8に伝達するためのジョイント(図示せず)と、ピニオン7をエンジンのリングギヤ13に噛み合わせるための反力を蓄えるドライブスプリング(図示せず)とが組み付けられる。
ソレノイドSL2は、樹脂製のボビンに巻回されてフレーム内の他端側に配置されるSL2コイル14と、このSL2コイル14の内周を軸方向に可動するSL2プランジャ15とを有する。
SL2コイル14は、一方の引出し線14aがSL2端子16に接続され、他方の引出し線14bがソレノイドSL2の金属部品(図示せず)を通じてアース側に接続される。金属部品は、ソレノイドSL2の磁気回路の一部を形成してフレームと電気的に接触している。なお、上述したSL1コイル9の他方の引出し線9bは、ソレノイドSL2の金属部品に接合しても良い。
SL2端子16は、接点式のSL2リレー17を介してバッテリ3に接続され、SL2リレー17のオン動作によってバッテリ3から励磁電流が供給される。
SL1プランジャ10とSL2プランジャ15との間には、二つのソレノイドSL1、SL2が共有する固定鉄心(図示せず)が配置される。
固定鉄心は、SL1コイル9およびSL2コイル14の通電により磁化されてSL1プランジャ10およびSL2プランジャ15を吸引する。
固定鉄心とSL1プランジャ10との間には、SL1コイル9への通電が停止された時にSL1プランジャ10を反固定鉄心方向へ押し戻すリターンスプリング(図示せず)が配設される。同様に、固定鉄心とSL2プランジャ15との間には、SL2コイル14への通電が停止された時にSL2プランジャ15を反固定鉄心方向へ押し戻すリターンスプリング(図示せず)が配設される。
メイン接点は、2本の端子ボルトを介してモータ4の通電経路に接続される一組の固定接点18と、SL2プランジャ15の移動に応じて一組の固定接点18間を電気的に開閉する可動接点19とで構成される。
2本の端子ボルトは、バッテリケーブル20が接続されるB端子ボルト21と、モータ4から取り出されるリード線22が接続されるM端子ボルト23であり、電磁スイッチ1の樹脂カバー(図示せず)に取り付けられる。
樹脂カバーは、フレームの他端側に開口する開口部を閉塞してフレームに組み付けられ、フレームの開口端部を樹脂カバーの外周面にかしめて固定される。
続いて、本発明に係るサージ抑制手段について説明する。
ソレノイドSL1およびソレノイドSL2は、それぞれSL1リレー12およびSL2リレー17がオンからオフに切り替わった時にSL1コイル9およびSL2コイル14から放出されるエネルギの一部を吸収できるサージ抑制手段24を有する。このサージ抑制手段24は、SL1端子11と金属部品との間およびSL2端子16と金属部品との間で、それぞれSL1コイル9およびSL2コイル14と並列に接続される。
サージ抑制手段24の具体的な構成を図2、図3に示す。
図2に示すサージ抑制手段24は、ダイオード25とツェナーダイオード26とを互いのアノード同士を直列に接続し、且つ、ダイオード25のカソードがSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続され、ツェナーダイオード26のカソードがSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続される。
図3に示すサージ抑制手段24は、ダイオード25とツェナーダイオード26の位置が図2の例とは異なり、ダイオード25がアース側、ツェナーダイオード26が電源側に配置される。具体的には、ダイオード25とツェナーダイオード26とを互いのカソード同士を直列に接続し、且つ、ツェナーダイオード26のアノードがSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続され、ダイオード25のアノードがSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続される。
なお、SL1コイル9およびSL2コイル14の電源側とは、SL1リレー12およびSL2リレー17がオンした時にSL1コイル9およびSL2コイル14に電流が流入するプラス側であり、アース側とは電流が流出するマイナス側である。但し、SL1リレー12およびSL2リレー17がオフした時にSL1コイル9およびSL2コイル14の両端に発生する逆起電力の極性は、SL1コイル9およびSL2コイル14の電源側がマイナスとなり、SL1コイル9およびSL2コイル14のアース側がプラスとなることは言うまでもない。
次に、スタータ2の作動を説明する。
スタータ2の作動は、アイドリングストップ制御用の電子制御装置であるECU27によって制御される。ECU27は、アイドリングストップが実施された後、再始動要求が発生した時のエンジン回転数に応じてソレノイドSL1とソレノイドSL2の作動を独立に制御できる。
以下、再始動要求が発生した時のエンジン回転数が低い(例えば400rpm以下)場合の作動を説明する。
ECU27は、再始動要求の発生に応答してソレノイドSL1をソレノイドSL2より先に作動させる。具体的には、SL1リレー12をSL2リレー17より先にオン制御する。
ソレノイドSL1は、ECU27によりSL1リレー12がオン制御されると、バッテリ3からSL1端子11に電力が供給されて、SL1端子11に接続されるSL1コイル9が励磁される。これにより、磁化された固定鉄心にSL1プランジャ10が吸引されて軸方向の他端側へ移動し、そのSL1プランジャ10の移動に伴い、シフトレバー8を介してピニオン7がクラッチ6と一体に反モータ方向へ押し出される。
ピニオン7の端面がリングギヤ13の端面に当接した後、惰性回転中のリングギヤ13がピニオン7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に蓄えられた反力によりピニオン7が押し出されてリングギヤ13に噛み合う。
ソレノイドSL2は、ECU27によりSL2リレー17がオン制御されると、バッテリ3からSL2端子16に電力が供給されて、SL2端子16に接続されるSL2コイル14が励磁される。これにより、磁化された固定鉄心にSL2プランジャ15が吸引されて軸方向の一端側へ移動し、このSL2プランジャ15の移動に伴い、可動接点19が一組の固定接点18に当接してメイン接点が閉成する。その結果、バッテリ3よりモータ4に電力が供給されて、モータ4の電機子4aに回転力が発生する。電機子4aの回転力は出力軸5に伝達されて出力軸5が回転し、その出力軸5の回転がクラッチ6を介してピニオン7に伝達される。
この時、ピニオン7は既にリングギヤ13に噛み合っているので、ピニオン7からリングギヤ17に回転力が伝達されてエンジンをクランキングする。
〔実施例1の作用及び効果〕
実施例1のソレノイドSL1は、SL1コイル9の電源側とアース側との間でSL1コイル9と並列に接続されるサージ抑制手段24を有する。このサージ抑制手段24は、SL1リレー12がオンからオフに切り替わった時にSL1コイル9から放出されるエネルギ(逆起電力)の一部を吸収すると共に、残りのエネルギがSL1リレー12に印加されてSL1リレー12の接点間に適度なアーク電流が流れるように構成される。
具体的には、SL1リレー12がオンからオフに切り替わると、SL1コイル9のアース側がプラス、電源側がマイナスの逆起電圧がSL1コイル9の両端に発生するため、ダイオード25には順方向バイアスが加わり、ツェナーダイオード26には逆方向バイアスが加わる。
ツェナーダイオード26のカソードに印加される電圧がツェナー電圧より高い間は、ツェナーダイオード26をカソード側からアノード側へ電流が流れる。すなわち、SL1端子11と金属部品との間で並列接続されるSL1コイル9とサージ抑制手段24との間を電流が還流することで、SL1コイル9から放出されるエネルギの一部がジュール熱として消費される。SL1コイル9とサージ抑制手段24との間を電流が還流している間は、図4に示すように、SL1リレー12の接点間にアーク電流が流れることはないので、接点の消耗が抑制されて接点寿命を延ばすことができる。なお、図4に二点鎖線で示す線は、サージ抑制手段24を有していない構成、つまりSL1コイル9から放出されるエネルギ
が全てSL1リレー12に印加される場合のアーク電流の時間変化を示している。
その後、ツェナーダイオード26のカソードに印加される電圧が低下してツェナー電圧より低くなると、ツェナーダイオード26を電流が流れなくなるため、SL1コイル9から放出される残りのエネルギがSL1リレー12に印加される。その結果、図4に示すように、SL1リレー12の接点間に適度なアーク電流が流れることにより、接点表面のクリーニング効果を得ることができる。なお、適度なアーク電流とは、SL1リレー12の接点消耗を促進させる程の大きさではなく、接点表面をクリーニングできる程度の大きさであり、ツェナーダイオード26のツェナー電圧に応じて調整することができる。
上記の説明では、サージ抑制手段24を有することによるソレノイドSL1の作用効果を述べているが、ソレノイドSL2でも同様の作用効果を得られることは言うまでもない。
以下、本発明に係る他の実施例や参考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同一構成を示すものは、実施例1と同一符号を付与して重複する説明を省略する。
参考例1
参考例1に示すサージ抑制手段24は、図5に示すように、電源側とアース側との間でSL1コイル9およびSL2コイル14と並列に接続される抵抗体28である。
この場合、SL1リレー12およびSL1リレー17がオンからオフに切り替わると、SL1コイル9およびSL2コイル14の両端に発生する逆起電圧によって抵抗体28とSL1コイル9およびSL2コイル14との間を電流が還流する。この還流電流は、抵抗体28の抵抗値によって調整できる。
これにより、SL1コイル9およびSL2コイル14から放出されるエネルギの一部が抵抗体28で消費され、残りのエネルギがSL1リレー12およびSL2リレー17に印加される。その結果、図6に示すように、SL1リレー12およびSL2リレー17の接点間に適度なアーク電流が流れるため、接点の消耗を抑制できると共に、接点表面のクリーニング効果を得ることができる。
なお、図5の構成では、SL1リレー12およびSL2リレー17がオンしている間、抵抗体28に暗電流が流れる。よって、接点オンの時にSL1リレー12およびSL2リレー17を流れる電流は、図6に示すように、SL1コイル9およびSL2コイル14を流れる電流より抵抗体28を流れる暗電流の分だけ多くなる。
参考例2
参考例2に示すサージ抑制手段24は、図7、図8に示すように、ダイオード25と抵抗体28を組み合わせて構成される。
図7に示すサージ抑制手段24は、ダイオード25のアノード側に抵抗体28の一端を接続し、且つ、ダイオード25のカソードがSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続され、抵抗体28の他端がSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続される。
図8に示すサージ抑制手段24は、ダイオード25と抵抗体28の位置が図7の例とは異なり、ダイオード25がアース側、抵抗体28が電源側に配置される。具体的には、ダイオード25のカソード側に抵抗体28の一端を接続し、且つ、抵抗体28の他端がSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続され、ダイオード25のアノードがSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続される。
この参考例2でも、参考例1と同様に、SL1リレー12およびSL2リレー17がオンからオフに切り替わった時にSL1コイル9およびSL2コイル14から放出されるエネルギの一部が抵抗体28で消費され、残りのエネルギがSL1リレー12およびSL2リレー17に印加される。
上記の結果、図9に示すように、SL1リレー12およびSL2リレー17の接点間に適度なアーク電流が流れるため、接点の消耗を抑制でき、且つ、接点表面のクリーニング効果を得ることができる。
なお、図7および図8に示す構成では、SL1リレー12およびSL2リレー17がオンしている間、ダイオード25に対し逆方向バイアスが掛かるので、抵抗体28に暗電流が流れることはない。
参考例3
参考例3に示すサージ抑制手段24は、図10、図11に示すように、二つのツェナーダイオード(第1のツェナーダイオード26a、第2のツェナーダイオード26bと呼ぶ)を組み合わせて構成される。
図10に示すサージ抑制手段24は、第1のツェナーダイオード26aと第2のツェナーダイオード26bとを互いのアノード同士を直列に接続し、且つ、第1のツェナーダイオード26aのカソードがSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続され、第2のツェナーダイオード26bのカソードがSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続される。
図11に示すサージ抑制手段24は、第1のツェナーダイオード26aと第2のツェナーダイオード26bの位置が図10の例とは異なり、第1のツェナーダイオード26aがアース側、第2のツェナーダイオード26bが電源側に配置される。具体的には、第1のツェナーダイオード26aと第2のツェナーダイオード26bとを互いのカソード同士を直列に接続し、且つ、第1のツェナーダイオード26aのアノードがSL1コイル9およびSL2コイル14のアース側に接続され、第2のツェナーダイオード26bのアノードがSL1コイル9およびSL2コイル14の電源側に接続される。
この参考例3のサージ抑制手段24は、実施例1で説明したダイオード25をツェナーダイオード26に置き換えた構成に相当し、実施例1と同様の効果を得ることができる。
参考例4
参考例4に示すサージ抑制手段24は、図12に示すように、電源側とアース側との間でSL1コイル9およびSL2コイル14と並列に接続されるバリスタ29である。
バリスタ29は、二つのツェナーダイオード26を逆向きに接合したものとコンデンサとを並列に接続した構成に相当するため、実質的に実施例1および参考例3と同様の効果を得ることができる。
実施例2
実施例2は、実施例1の構成に対し、抵抗体28を直列に接続したものである。この場合、実施例1で説明したツェナーダイオード26のツェナー電圧および抵抗体28の抵抗値に応じて、SL1リレー12およびSL2リレー17の接点間を流れるアーク電流を調整できる(図13参照)。その結果、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
〔変形例〕
実施例1で説明した電磁スイッチ1は、二つのソレノイドSL1、SL2を有するタンデムソレノイドタイプであるが、ピニオン7の押し出しとメイン接点の開閉とを1つのソレノイドでも良い。但し、ソレノイドは、吸引コイルと保持コイルとを有する2コイル式ではなく、プランジャの吸引および保持を1個のコイルで行う1コイル式である。すなわち、1コイル式のソレノイドによってピニオン7の押し出しとメイン接点の開閉とを行う電磁スイッチにも本発明を適用できる。
1 電磁スイッチ
2 スタータ
9 SL1コイル
9a SL1コイルの一方の引出し線
9b SL1コイルの他方の引出し線
12 SL1リレー(スタータリレー)
14 SL2コイル
14a SL2コイルの一方の引出し線
14b SL2コイルの他方の引出し線
17 SL2リレー(スタータリレー)
24 サージ抑制手段
25 ダイオード
26 ツェナーダイオー

Claims (1)

  1. 一方の引出し線(9a、14a)が電源側に接続され、他方の引出し線(9b、14b)がアース側に接続されるコイル(9、14)を有し、スタータリレー(12、17)のオン動作により前記コイル(9、14)に励磁電流が供給されて電磁石を形成するスタータ用電磁スイッチ(1)であって、
    前記スタータリレー(12、17)がオンからオフに切り替わった時に前記コイル(9、14)から放出されるエネルギの一部を吸収すると共に、残りのエネルギが前記スタータリレー(12、17)に印加されて前記スタータリレー(12、17)の接点間にアーク電流が流れるように構成されるサージ抑制手段(24)を備え、
    このサージ抑制手段(24)は、前記コイル(9、14)と並列、かつ、前記スタータリレー(12、17)と直列に接続されており、
    前記スタータ用電磁スイッチ(1)は、アイドリングストップ機能を搭載する自動車のエンジン始動用スタータ(2)に用いられ
    前記サージ抑制手段(24)は、ダイオード(25)とツェナーダイオード(26)とを直列に互いのアノード同士を接続し、且つ、前記ダイオード(25)のカソードが前記コイル(9、14)の電源側に接続され、前記ツェナーダイオード(26)のカソードが前記コイル(9、14)のアース側に接続される、あるいは、ダイオード(25)とツェナーダイオード(26)とを直列に互いのカソード同士を接続し、且つ、前記ツェナーダイオード(26)のアノードが前記コイル(9、14)の電源側に接続され、前記ダイオード(25)のアノードが前記コイル(9、14)のアース側に接続され、
    前記ツェナーダイオード(26)は、前記スタータリレー(12、17)の接点間に、接点消耗を促進させる程の大きさではなく、接点表面をクリーニングできる程度の大きさのアーク電流が生じるようなツェナー電圧を有することを特徴とするスタータ用電磁スイッチ
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