JP6633222B2

JP6633222B2 - スタータ用電磁スイッチ装置

Info

Publication number: JP6633222B2
Application number: JP2018543529A
Authority: JP
Inventors: 拓磨小野; 芳宏森本; 祐伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-10-05
Also published as: WO2018066090A1; US10954909B2; US20190219017A1; CN109790810A; EP3524809A4; EP3524809A1; CN109790810B; JPWO2018066090A1

Description

この発明は、例えば自動車などに搭載されたエンジンを始動させるスタータに用いられるスタータ用電磁スイッチ装置に関する。

従来、コイルに発生する起磁力を用いて可動鉄心を変位させることによってピニオンがリングギヤに向かって押し出され、ピニオンを緩やかに回転させながらピニオンをリングギヤに噛み合わせ、ピニオンがリングギヤに噛み合った後、可動鉄心の変位に連動した切替接点によって、モータに電流を流す電気回路が起動電気回路から主電気回路に切り替えられて、モータを回転させるスタータ用電磁スイッチ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５０８８５５号公報

しかしながら、コイルに発生する起磁力によってピニオンがリングギヤに向かって移動し、ピニオンの端面がリングギヤの端面に衝突する時の衝突力によって、リングギヤの摩耗が促される。これにより、ピニオンとリングギヤとの噛合い性が悪化するという問題点があった。一方、ピニオンがリングギヤに到達する時の衝突力を低減させてリングギヤの摩耗を低減させるために、起動電気回路に通電している間にコイルに発生する起磁力を小さくすることが考えられる。しかしながら、噛合い動作中に起磁力を小さくすると、モータの電気回路の切替時の起磁力も小さくなってしまうので、切替接点を構成する復帰ばねに打ち勝つだけの起磁力をコイルに発生させることができないという問題点があった。

この発明は、リングギヤの摩耗を抑制することができるスタータ用電磁スイッチ装置を提供するものである。

この発明に係るスタータ用電磁スイッチ装置は、バッテリからモータに電流が流れる主電気回路を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって主電気回路が開閉される一対の主電気接点と、バッテリからモータに電流が流れる起動電気回路を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって起動電気回路が開閉される一対の起動電気接点と、スタータのピニオンを、エンジンのリングギヤから離れる離間位置とリングギヤと接触する接触位置との間および接触位置とリングギヤに噛み込んだ噛込位置との間で変位させる可動鉄心と、可動鉄心の周囲に設けられ、起磁力を発生させる主吸引保持コイルと、主吸引保持コイルよりも上流で分岐して設けられ、一対の起動電気接点の中の一方に電気的に接続された抵抗と、一対の起動電気接点の中の一方に電気的に接続され、可動鉄心の周囲に主吸引保持コイルと同軸上に設けられ、起磁力を発生させる副吸引保持コイルとを備え、始動信号に応じて、主吸引保持コイルの起磁力によって可動鉄心がピニオンを離間位置から接触位置に変位させるとともに、抵抗を流れる電流によってモータに起動回転力を発生させ、ピニオンが離間位置から接触位置に変位した後に、起動電気接点を電気的に非接続状態とすることでモータへの電流を遮断するとともに、主吸引保持コイルの起磁力および副吸引保持コイルの起磁力によって可動鉄心がピニオンを接触位置から噛込位置に変位させ、ピニオンが接触位置から噛込位置に変位した後に、主電気接点を電気的に接続状態とすることでモータへの通電が再開されモータに主回転力を発生させるとともに、主吸引保持コイルの起磁力および副吸引保持コイルの起磁力によって可動鉄心がピニオンを噛込位置に保持する。

この発明に係るスタータ用電磁スイッチ装置によれば、起磁力を発生させる主吸引保持コイルおよび副吸引保持コイルを備えているので、起動電気回路への通電時に起磁力を小さくすることでリングギヤの摩耗を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るスタータを示す図である。図１のスタータにおける第１動作ステージを説明する図である。図１のスタータにおける第２動作ステージを説明する図である。図１のスタータにおける第３動作ステージを説明する図である。この発明の実施の形態２に係るスタータを示す図である。この発明の実施の形態３に係るスタータを示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るスタータを示す図である。この発明の実施の形態１に係るスタータ１は、バッテリ２に電気的に接続される補助リレー３と、バッテリ２および補助リレー３に電気的に接続されるスタータ用電磁スイッチ装置４と、スタータ用電磁スイッチ装置４から電流が供給されるモータ５と、モータ５の駆動によって回転するピニオン６と、変位することによってピニオン６を変位させるレバー７とを備えている。ピニオン６は、エンジン８のリングギヤ９から離れる離間位置と、リングギヤ９に接触する接触位置との間で変位する。また、ピニオン６は、接触位置と、リングギヤ９に噛み込んだ噛込位置との間で変位する。ピニオン６は、レバー７に連結されている。ピニオン６は、レバー７が変位することによって、離間位置と接触位置との間で変位し、接触位置と噛込位置との間で変位する。

補助リレー３は、スタータ用電磁スイッチ装置４の作動を切り替える。補助リレー３は、始動信号によって閉路する。補助リレー３が閉路することによって、バッテリ２から補助リレー３を介してスタータ用電磁スイッチ装置４に電流が供給される。一方、補助リレー３が開路することによって、バッテリ２から補助リレー３を介してスタータ用電磁スイッチ装置４に電流が供給されることが停止される。

スタータ用電磁スイッチ装置４は、レバー７を介してピニオン６を変位させるとともに、モータ５に電流を流す電気回路を主電気回路１０と起動電気回路１１との間で切り替える。

モータ５は、ピニオン６を介してエンジン８のリングギヤ９を回転させる回転力を、バッテリ２から供給される電流を用いて発生させる。

主電気回路１０は、モータ５の通常運転時にバッテリ２からモータ５に電流を流す。主電気回路１０は、互いに電気的に接続されるか否かによって主電気回路１０が開閉される一対の主電気接点１２を有している。一対の主電気接点１２は、モータ５およびスタータ１が作動していない場合に開路される。この例では、一対の主電気接点１２の中の一方を上流側主電気接点１２ａとし、一対の主電気接点１２の中の他方を下流側主電気接点１２ｂとする。上流側主電気接点１２ａは、下流側主電気接点１２ｂよりも上流に配置されている。この例では、上流とは、電気回路の中でバッテリ２に近い部分を示している。

起動電気回路１１は、起動運転時にバッテリ２からモータ５に電流を流す。起動電気回路１１は、互いに電気的に接続されるか否かによって起動電気回路１１が開閉される一対の起動電気接点１３を有している。一対の起動電気接点１３は、スタータ１が作動していない場合およびモータ５の起動運転時に閉路される。この例では、一対の起動電気接点１３の中の一方を上流側起動電気接点１３ａとし、一対の起動電気接点１３の中の他方を下流側起動電気接点１３ｂとする。上流側起動電気接点１３ａは、下流側起動電気接点１３ｂよりも上流に配置されている。

また、スタータ用電磁スイッチ装置４は、変位することによってレバー７を変位させてピニオン６を変位させる可動鉄心１４と、可動鉄心１４の周囲に設けられた主吸引保持コイル１５と、可動鉄心１４の周囲に主吸引保持コイル１５と同軸上に設けられた副吸引保持コイル１６と、主吸引保持コイル１５よりも上流で分岐して設けられ、一対の起動電気接点の中の一方である上流側起動電気接点１３ａに電気的に接続された抵抗１７と、可動鉄心１４の変位にともなって変位する可動接点１８とを備えている。

主吸引保持コイル１５に電流が流れることによって、主吸引保持コイル１５には、可動鉄心１４を変位させる起磁力が発生する。副吸引保持コイル１６に電流が流れることによって、副吸引保持コイル１６には起磁力が発生する。

主吸引保持回路１９は、主吸引保持コイル１５から構成されている。副吸引保持回路２０は、抵抗１７と、上流側起動電気接点１３ａと、副吸引保持コイル１６とから構成されている。抵抗１７は、起動電気回路１１にも含まれている。

スタータ１の電気回路は、主電気回路１０、起動電気回路１１、主吸引保持回路１９および副吸引保持回路２０から構成されている。

スタータ用電磁スイッチ装置４の電気回路は、スタータ１の電気回路における補助リレー３およびモータ５を除いた部分から構成されている。なお、スタータ用電磁スイッチ装置４の電気回路には、補助リレー３が含まれてもよい。

次に、スタータ１の動作について説明する。まず、ピニオン６が離間位置から接触位置に変位するとともに、ピニオン６とリングギヤ９との間で一方の歯と歯との間に他方の歯が入り込む位置までピニオン６が回転する動作である第１動作ステージについて説明する。図２は図１のスタータ１における第１動作ステージを説明する図である。始動要求に応じて補助リレー３がＯＮされる。これにより、主吸引保持回路１９および副吸引保持回路２０に、バッテリ２から電流が供給される。また、可動接点１８によって一対の起動電気接点１３が閉路されているため、バッテリ２から起動電気回路１１を経由してモータ５に電流が供給される。

主吸引保持回路１９に流れる電流によって、主吸引保持コイル１５には起磁力が発生する。これにより、可動鉄心１４を可動接点１８に向かって緩やかに動かす起動吸引力Ａが発生する。

副吸引保持回路２０の副吸引保持コイル１６は、起動電気回路１１のモータ５と並列に接続されており、副吸引保持コイル１６の抵抗値がモータ５の抵抗値に比べて非常に大きいので、上流側起動電気接点１３ａを通る電流の大半は、モータ５に流れる。これにより、ピニオン６を緩やかに回すための起動回転力Ｂが発生する。起動回転力Ｂは、抵抗１７の抵抗値によって調整される。

上流側起動電気接点１３ａを通る電流の一部が副吸引保持コイル１６に流れ、副吸引保持コイル１６には微小な起磁力が発生するが主吸引保持コイル１５の起磁力に対して微小であるため、副吸引保持コイル１６に発生する起磁力は、起動吸引力Ａにほとんど寄与しない。

起動吸引力Ａは、可動鉄心１４に係合されたレバー７を介してピニオン６をリングギヤ９の端面に向かって離間位置から接触位置に緩やかに移動させる。この場合、副吸引保持コイル１６の起磁力が起動吸引力Ａにほとんど寄与していないので、副吸引保持コイル１６の起磁力が起動吸引力Ａに寄与する場合と比較して、ピニオン６とリングギヤ９との間に発生する衝突力が小さくなる。これにより、リングギヤ９の摩耗が低減される。

ピニオン６がリングギヤ９に衝突した後、ピニオン６とリングギヤ９の端面とが接触した状態ではピニオン６が接触位置から噛込位置に変位できないが、起動回転力Ｂによってピニオン６がリングギヤ９と緩やかに噛合う。

次に、第１動作ステージの後、ピニオン６が接触位置から噛込位置に変位する動作である第２動作ステージについて説明する。図３は図１のスタータ１における第２動作ステージを説明する図である。第１動作ステージにおいてピニオン６がリングギヤ９と噛み合った後、レバー７と係合している可動鉄心１４がさらに移動して可動鉄心１４が可動接点１８に到達すると、可動接点１８が一対の起動電気接点１３から離れる方向に移動して、一対の起動電気接点１３が開路する。これにより、起動電気回路１１に流れる電流が遮断され、モータ５の起動回転力Ｂが無くなる。

起動電気接点１３が開路すると副吸引保持コイル１６を流れる電流は抵抗１７を流れる電流と等しくなり、その値は起動電気接点１３が開路する前の抵抗１７を流れる電流よりも小さいが、起動電気接点１３が開路する前の副吸引保持コイル１６の電流よりも大きくなる。これにより、副吸引保持コイル１６の起磁力は、第１動作ステージの場合と比較してより大きくなる。一方で主吸引保持コイル１５を流れる電流はほとんど変化せず、第１動作ステージと同様の起磁力が発生している。したがって、第２動作ステージの動作を円滑に行う吸引保持力Ｃに対して副吸引保持コイル１６の起磁力は大きく寄与する。

前述したように、抵抗１７に流れる電流は、第１動作ステージの場合と比較して大幅に小さくなる。その結果、抵抗１７に発生する発熱量が抑えられる。

次に、第２動作ステージの後、主電気接点１２をＯＮにして、モータ５に主回転力Ｄを発生させ、発生している状態を保っている状態である第３動作ステージについて説明する。図４は図１のスタータ１における第３動作ステージを説明する図である。第２動作ステージにおいて可動接点１８が起動電気接点１３から離れる方向に移動した後、可動接点１８が吸引保持力Ｃによってさらに起動電気接点１３から離れる方向に移動すると、可動接点１８が一対の主電気接点１２に当たり、一対の主電気接点１２が閉路する。これにより、主電気回路１０が閉路されて、バッテリ２からモータ５に電流が流れる。その結果、モータ５には、エンジンを駆動する主回転力Ｄが発生する。以上により、エンジンが始動すればスタータ１の動作は不要となり補助リレー３が開路されることでスタータ１は停止する。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置４によれば、主電気回路１０を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって主電気回路１０が開閉される一対の主電気接点１２と、起動電気回路１１を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって起動電気回路１１が開閉される一対の起動電気接点１３と、スタータ１のピニオン６を、エンジン８のリングギヤ９から離れる離間位置とリングギヤ９と接触する接触位置との間および接触位置とリングギヤに噛み込んだ噛込位置との間で変位させる可動鉄心１４と、可動鉄心１４の周囲に設けられ、起磁力を発生させる主吸引保持コイル１５と、主吸引保持コイル１５よりも上流で分岐して設けられ、上流側起動電気接点１３ａに電気的に接続された抵抗１７と、上流側起動電気接点１３ａに電気的に接続され、可動鉄心１４の周囲に主吸引保持コイル１５と同軸上に設けられ、起磁力を発生させる副吸引保持コイル１６とを備え、始動信号に応じて、主吸引保持コイル１５の起磁力によって可動鉄心１４がピニオン６を離間位置から接触位置に変位させる起動吸引力Ａを発生するとともに、抵抗１７を流れる電流によってモータ５に起動回転力Ｂを発生させ、ピニオン６が離間位置から接触位置に変位した後に、起動電気接点１３を電気的に非接続状態にすることによってモータ５への電流を遮断し起動回転力Ｂを無くすとともに、主吸引保持コイル１５の起磁力および副吸引保持コイル１６の起磁力によってピニオン６を接触位置から噛込位置に変位させる吸引保持力Ｃを発生させ、ピニオン６が接触位置から噛込位置に変位した後に、主電気接点１２を電気的に接続状態にすることによってモータ５への通電が再開されモータ５の主回転力Ｄを発生させるとともに、主吸引保持コイル１５の起磁力および副吸引保持コイル１６の起磁力によって可動鉄心１４がピニオン６を噛込位置に保持する吸引保持力Ｃが発生するようにした。

上述したようにこの発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置４によれば、噛合動作の第１動作ステージであるピニオン６が離間位置から接触位置に変位する際の起動吸引力Ａを小さくすることでピニオン６とリングギヤ９との衝突力が小さくなり、リングギヤ９の摩耗を減らすことができる。

また、第２動作ステージであるピニオン６が接触位置から噛込位置に変位する際の吸引保持力Ｃを大きくすることができるので、第２動作ステージの動作を円滑に行うことができる。また、起動回転力Ｂおよび主回転力Ｄが無い状態でピニオン６を接触位置から噛込位置に変位させることができるので、ピニオン６を噛合歯面の摩擦が無い状態で接触位置から噛込位置に変位させることができ、これにより、第２動作ステージの動作を円滑に行うことができる。

また、第３動作ステージであるピニオン６が接触位置から噛込位置に変位した後の吸引保持力Ｃを大きくすることができるので、ピニオン６を噛込位置に確実に保持することができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係るスタータを示す図である。実施の形態１では、一対の主電気接点１２の互いに電気的な接続の有無の切替および一対の起動電気接点１３の互いの電気的な接続の有無の切替が可動接点１８によって行われていたが、実施の形態２では、一対の主電気接点１２の互いに電気的な接続の有無の切替および一対の起動電気接点１３の互いの電気的な接続の有無の切替が、別々の可動接点によって行われる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るスタータ用電磁スイッチ装置４によれば、一対の主電気接点１２の互いに電気的な接続の有無の切替および一対の起動電気接点１３の互いの電気的な接続の有無の切替が、別々の可動接点によって行われるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るスタータを示す図である。実施の形態１では、抵抗１７が可動鉄心１４から離れて配置されていたが、実施の形態３では、抵抗１７の少なくとも一部が可動鉄心１４の周囲に主吸引保持コイル１５および副吸引保持コイル１６と同軸上に巻かれている。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るスタータ用電磁スイッチ装置４によれば、抵抗１７の少なくとも一部が可動鉄心１４の周囲に主吸引保持コイル１５および副吸引保持コイル１６と同軸上に巻かれており、抵抗１７における可動鉄心１４の周囲に巻かれた部分に電流が流れることによって、起磁力が発生し、発生した起磁力が起動吸引力Ａおよび吸引保持力Ｃに寄与する。これにより、主吸引保持コイル１５および副吸引保持コイル１６の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。

Claims

バッテリからモータに電流が流れる主電気回路を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって前記主電気回路が開閉される一対の主電気接点と、
前記バッテリから前記モータに電流が流れる起動電気回路を構成し、互いに電気的に接続されるか否かによって前記起動電気回路が開閉される一対の起動電気接点と、
スタータのピニオンを、エンジンのリングギヤから離れる離間位置と前記リングギヤと接触する接触位置との間および前記接触位置と前記リングギヤに噛み込んだ噛込位置との間で変位させる可動鉄心と、
前記可動鉄心の周囲に設けられ、起磁力を発生させる主吸引保持コイルと、
前記主吸引保持コイルよりも上流で分岐して設けられ、一対の前記起動電気接点の中の一方に電気的に接続された抵抗と、
一対の前記起動電気接点の中の前記一方に電気的に接続され、前記可動鉄心の周囲に前記主吸引保持コイルと同軸上に設けられ、起磁力を発生させる副吸引保持コイルと
を備え、
始動信号に応じて、前記主吸引保持コイルの起磁力によって前記可動鉄心が前記ピニオンを前記離間位置から前記接触位置に変位させるとともに、前記抵抗を流れる電流によって前記モータに起動回転力を発生させ、
前記ピニオンが前記離間位置から前記接触位置に変位した後に、前記起動電気接点を電気的に非接続状態とすることによって前記モータへの電流を遮断するとともに、前記主吸引保持コイルの起磁力および前記副吸引保持コイルの起磁力によって前記可動鉄心が前記ピニオンを前記接触位置から前記噛込位置に変位させ、
前記ピニオンが前記接触位置から前記噛込位置に変位した後に、前記主電気接点を電気的に接続状態とすることによって前記モータへの通電が再開され前記モータの主回転力を発生させるとともに、前記主吸引保持コイルの起磁力および前記副吸引保持コイルの起磁力によって前記可動鉄心が前記ピニオンを前記噛込位置に保持するスタータ用電磁スイッチ装置。
一対の前記主電気接点の互いに電気的な接続の有無の切替および一対の前記起動電気接点の互いの電気的な接続の有無の切替は、前記可動鉄心の変位によって行われる請求項１に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
前記抵抗の少なくとも一部は、前記可動鉄心の周囲に前記主吸引保持コイルおよび前記副吸引保持コイルと同軸上に巻かれている請求項１または請求項２に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。