JP6952789B2 - スタータ用電磁スイッチ装置 - Google Patents

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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、複数のコイルをボビンに巻いて同軸上に重ねて巻くことでプランジャを吸引する起磁力を発生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を参照)。
また、複数のコイルを複数のボビンに巻き、それら同軸上に配置することで、プランジャを吸引する起磁力を発生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2を参照)。
特開2002−313205号公報 特開2001−35336号公報
しかしながら、線径の違うコイルをボビンに重ねて巻くことで、巻き乱れが生じコイル展開長がばらつく。コイル展開長がばらつくことで、コイル抵抗もばらつきプランジャを吸引するために必要な電流が安定せず、個体によって性能がばらつくといった問題があった。
また、線径の違うコイルを別々のボビンに巻くことで巻き乱れを無くすことができるが、部品点数が増加し製造原価が高くなるといった問題があった。
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、線径の違う複数のコイルの巻き乱れを防止し、小型化が可能でかつ低コストに生産できるスタータ用電磁スイッチ装置を提供することを目的とする。
この発明に係るスタータ用電磁スイッチ装置は、コイルを引き出す切欠き部のある鍔部とコイルを引き出す切欠き部のある隔壁によって巻回部が分割されたボビンと、分割された巻回部にそれぞれ巻回された線径の異なる少なくとも2つ以上のコイルを備え、且つ切欠き部より引き出されるコイルのリード線の巻き終り部において、切欠き部と平行でボビンの中心よりに向かうベクトルと、切欠き部と前記鍔部の最外径の交点に接する鍔部の最外径の接線で巻き始め方向に向かうベクトルとがなす角が90度より小さくなっている。
この発明に係るスタータ用電磁スイッチ装置によれば、コイルを引き出す切欠き部のある鍔部とコイルを引き出す切欠き部のある隔壁によって巻回部が分割されたボビンを設け、分割された巻回部にそれぞれ線径の異なる少なくとも2つ以上のコイルが巻回されていることで、コイルの巻き乱れを防止して、小型化が可能でかつ低コストに生産できる効果が得られる。
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を用いたスタータを示す回路図である。 図1のスタータにおける第1動作ステージを説明する回路図である。 図1のスタータにおける第2動作ステージを説明する回路図である。 図1のスタータにおける第3動作ステージを説明する回路図である。 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におけるボビンを示す投影図である。 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におけるボビンを示す正面図である。 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においてコイルが巻回されたボビンを示す投影図である。
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から所定距離だけ離れた離間位置と、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、更に接触位置と噛込位置との間でも変位する。
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(ON)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(OFF)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接点でなる主電気接点12を有している。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、主電気接点12を構成する一対に接点の内の一方の接点を上流側主電気接点12aとし、主電気接点12を構成する他方の接点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。上流側主電気接点12a、下流側主電気接点12bを総称して一対の主電気接点12ともいう。ここでは、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。以下の説明においても同様である。
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接点でなる起動電気接点13を有している。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、起動電気接点13を構成する一対の接点の内の一方の接点を上流側起動電気接点13aとし、起動電気接点13を構成する他方の接点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。上流側起動電気接点13a、下流側起動電気接点13bを総称して一対の起動電気接点13ともいう。
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、起動電気接点を構成する一方の接点である上流側起動電気接点13aに電気的に接続され、主吸引保持コイル15と同軸上に設けられた抵抗コイル17と、可動鉄心14の変位に伴って変位する可動接点18とを備えている。可動鉄心14は、レバー7に係合して連結されている。可動接点18は、補助リレー3が開路している場合、図示していないばねの付勢力によって一対の起動電気接点13を閉じている。
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、抵抗コイル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。抵抗コイル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。なお、図2においては、図1に示された符号の一部が省略されているが、構成は図1と同じである。後述する図3、図4についても同様である。
始動要求に応じて補助リレー3が閉路する。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。また、ばね(図示しない)の付勢力によって可動接点18が一対の起動電気接点13に押し付けられて、閉路しているため、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、抵抗コイル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が図示していないばねの付勢力に抗しながら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コイル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コイル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、抵抗コイル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、抵抗コイル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が閉路にして、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コイル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、抵抗コイル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。
次にスタータ用電磁スイッチ装置4を構成するボビンについて説明する。
図5は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におけるボビンの投影図である。ボビン21は、ボビンの両端に設けられた第1鍔部22a、第2鍔部22bで成る鍔部22と、鍔部22の間に主吸引保持コイル15、副吸引保持コイル16と抵抗コイル17を巻回する第1巻回部24a、第2巻回部24b、第3巻回部24cでなる巻回部24と、巻回部24を分割するように設けられた第1隔壁23a、第2隔壁23bでなる隔壁23を備えている。
分割された巻回部24には、前記各コイルの線径に合わせた巻回溝を備えており、巻き乱れすることなく前記各コイルを各巻回部に巻回することが可能となる。
第1巻回部24aには副吸引保持コイル16を巻回し、第2巻回部24bには主吸引保持コイル15を巻回し、第3巻回部24cには抵抗コイル17を巻回する。鍔部22aには、第1ターミナル26a、第2ターミナル26b、第3ターミナル26cでなるターミナル26がターミナル取付け部27で保持されている。
鍔部22および隔壁23に、前記各コイルを外部から巻回部24に引き入れたり、引き出したりするために切欠き部25を備えている。切欠き部25は、後述する第1切欠き部25a、第2切欠き部25b、第3切欠き部25cで構成されて切欠き部を総称している。
第1鍔部22aには、第1巻回部24aに副吸引保持コイル16を引き入れたり、引き出したりするための第1切欠き部25aと第2巻回部24bに主吸引保持コイル15を引き入れたり、引き出したりするための第2切欠き部25bと、第3巻回部24cに抵抗コイル17を引き入れたり、引き出したりするための第3切欠き部25cを備えている。
第1隔壁23aには、第2巻回部24bに主吸引保持コイル15を引き入れたり、引き出したりするための第2切欠き部25bと、第3巻回部24cに抵抗コイル17を引き入れたり、引き出したりするための第3切欠き部25cを備えている。
第2隔壁23bには、第3巻回部24cに抵抗コイル17を引き入れたり、引き出したりするための第3切欠き部25cを備えている。
ターミナル26は、後述する主吸引保持コイルのリード線28、副吸引保持コイルのリード線29、抵抗コイルのリード線30と電気的に接続し電気回路を形成する。
第1鍔部22aには、ターミナル26を取り付けるターミナル取付け部27を備えており、ターミナル取付け部27にターミナル26を圧入している。
図6は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におけるボビンの正面図である。ボビン21は樹脂成型で製作する。切欠き部25の型割を容易にするため切欠き部25はすべて平行に配置される。
第1ターミナル26aは、主吸引保持コイル15のリード線28の巻き始め部28aと抵抗コイル17のリード線30の巻き始め部30aを抵抗溶接などで電気的に接続され、図1〜図4に示す結線部41を形成する。
第2ターミナル26bは、副吸引保持コイル16のリード線29の巻き始め部29aと抵抗コイル17のリード線30の巻き終り部30bを抵抗溶接などで電気的に接続され、図1〜図4に示す結線部42を形成する。
第3ターミナル26cは、主吸引保持コイル15のリード線28の巻き終り部28bと副吸引保持コイル16のリード線29の巻き終り部29bを抵抗溶接などで電気的に接続され、図1〜図4に示す結線部43を形成する。


主吸引保持コイル15のリード線28の巻き終り部28bを引き出す切欠き部25と、切欠き部25と鍔部22の最外径の交点において、図6において破線矢印で示すように、鍔部22の最外径に接する接線との間でなす角が90度より小さくすることで、主吸引保持コイル15のリード線28の巻き終り部28bが巻回によるスプリングバックで巻回方向と逆方向に戻ろうとすることを抑える。
同様に副吸引保持コイル16のリード線29の巻き終り部29b、抵抗コイル17のリード線30の巻き終り部30bも切欠き部25と鍔部22の最外径の交点において、鍔部22の最外径に接する接線との間でなす角を90度より小さくなるようにコイルの巻き終り位置を決める。
このように、切欠き部より引き出されるコイルのリード線の巻き終り部において、図6において破線矢印で示すように、切欠き部と平行でボビンの中心よりに向かうベクトルと、切欠き部と鍔部の最外径の交点に接する鍔部の最外径の接線で巻き始め方向に向かうベクトルとがなす角が90度より小さくなっている。
図7は、コイルが施された後のボビンを示す投影図である。なお、図7においては、図5に示された符号の一部が省略されているが、それらの部分の構成は図5と同じである。
第1巻回部24aに巻回された副吸引保持コイル16の外径は、第2巻回部24bに巻回された主吸引保持コイル15の最外径より小さくなるように巻回する。
第2巻回部24bに巻回された主吸引保持コイル15の外径は、第3巻回部24cに巻回された抵抗コイル17の最外径より小さくなるように巻回する。
即ち、分割された巻回部にそれぞれ巻回されているコイルの最外径が、切欠き部のある鍔部に近い位置から順に最外径が大きくなっている。
第2巻回部24bに巻回された主吸引保持コイル15のリード線28は、第1巻回部24aに巻回された副吸引保持コイル16の最外径の外側を渡って第1鍔部22aの切欠き部25に引き出されている。
第3巻回部24cに巻回された抵抗コイル17のリード線30は、第2巻回部24bに巻回された主吸引保持コイル15の最外径の外側を渡って第1鍔部22aの切欠き部25に引き出されている。
即ち、分割された巻回部に巻回されたコイルのリード線が、切欠き部のある鍔部側に隣り合う巻回部に巻かれた異なる線径の前記コイルの最外径を渡し、切欠き部のある鍔部に向かって引き出されている。
本実施の形態1におけるスタータ用電磁スイッチ装置によれば、コイルを引き出す切欠き部のある鍔部とコイルを引き出す切欠き部のある隔壁によって巻回部が分割されたボビンを設け、分割された巻回部にそれぞれ線径の異なる少なくとも2つ以上のコイルが巻回されていることで、コイルの巻き乱れを防止して、小型化が可能でかつ低コストに生産できる。
本実施の形態では、3種類の線径の異なるコイルを3つに分割された巻回部に巻回する構造で説明しているが、コイルの種類が2つ以上でコイルの種類と同数に分割された巻回部となるように設計をしても同様の効果が得られる
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲において、実施の形態を適宜変更することができる。
4:スタータ用電磁スイッチ装置、15:主吸引保持コイル、16:副吸引保持コイル、17:抵抗コイル、21:ボビン、22:鍔部、22a:第1鍔部、22b:第2鍔部、23:隔壁、23a:第1隔壁、23b:第2隔壁、24:巻回部、24a:第1巻回部、24b:第2巻回部、24c:第3巻回部、25:切欠き部、25a:第1切欠き部、25b:第2切欠き部、25c:第3切欠き部、26:ターミナル、28:主吸引保持コイルのリード線、28a:巻き始め部、28b:巻き終り部、29:副吸引保持コイルのリード線、29a:巻き始め部、29b:巻き終り部、30:抵抗コイルのリード線、30a:巻き始め部、30b:巻き終り部

Claims (5)

  1. エンジンを始動させるスタータの電気回路に設けられ、前記電気回路の接点を作動させる起磁力を発生するコイルを有するスタータ用電磁スイッチ装置において、前記コイルは線径の異なる2つ以上のコイルで構成されており、前記コイルを引き出す切欠き部のある鍔部と前記コイルを引き出す切欠き部のある隔壁によって巻回部が分割されたボビンを備え、線径の異なる前記コイルが、分割された前記巻回部にそれぞれ巻回されており、且つ前記切欠き部より引き出される前記コイルのリード線の巻き終り部において、前記切欠き部と平行で前記ボビンの中心よりに向かうベクトルと、前記切欠き部と前記鍔部の最外径の交点に接する前記鍔部の最外径の接線で巻き始め方向に向かうベクトルとがなす角が90度より小さくなっていることを特徴とするスタータ用電磁スイッチ装置。
  2. 前記鍔部と前記隔壁にある前記切欠き部がすべて平行に配置されることを特徴とする請求項1に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
  3. 前記切欠き部より引き出された前記コイルのリード線は前記鍔部に設けられたターミナル取付け部に取り付けられたターミナルに電気的に接続されていることを特徴とする請求項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。
  4. 分割された前記巻回部にそれぞれ巻回されている前記コイルの最外径が、切欠き部のある前記鍔部に近い位置から順に最外径が大きくなっていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
  5. 分割された前記巻回部に巻回された前記コイルのリード線が、切欠き部のある前記鍔部に隣り合う巻回部に巻かれた異なる線径の前記コイルの最外径を渡し、切欠き部のある前記鍔部に向かって引き出されていることを特徴とする請求項4に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
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