JPH09170532A - 始動電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フライホイール機能を有し始動後鉄損抑制可
の始動電動機の提供。 【解決手段】 始動電動機の回転子４は円筒のヨーク５
内周に同極に着磁された複数個の永久磁石８と磁性材料
からなる複数個の制御磁極９とが交互に固着されて構成
され、ヨークのボス部材６でクランク軸２に連結され
る。ブラシレスモータ構造の固定子１１は回転子４内で
エンジンケース１に固定される。固定子１１には切換ス
イッチを介して電源に接続された界磁制御コイル１７が
配設され切換スイッチは始動前後で正逆方向に通電させ
る。エンジン始動後に界磁制御コイル１７にエンジン始
動時と逆方向に通電されると、固定子コイル１６の有効
磁束が相殺され固定子１１の鉄損が減少される。 【効果】 エンジン始動後の鉄損が抑制されるため、エ
ンジン負荷トルクが低減できる。回転子の慣性マスが大
きいので、フライホイール効果が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、始動電動機に関
し、例えば、芝刈機やチェンソー等の汎用エンジンに利
用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】芝刈機やチェンソー等の汎用エンジンと
して、始動電動機（スタータモータ）が搭載されている
ものがある。一般に、レシプロエンジンにおいてはエン
ジン回転を円滑にするために、クランク軸にフライホイ
ールが装着されている。そこで、汎用エンジンのクラン
ク軸に直結される始動電動機の界磁子（ロータ）として
円筒形状のヨーク内周面に複数個のマグネットが固着さ
れた回転子を使用することにより、始動電動機の界磁子
に汎用エンジンのフライホイール機能を兼用させること
が考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヨーク
内周面にＮ極とＳ極のマグネットが交互に固着された回
転子を界磁子に使用した始動電動機においては、エンジ
ン始動後も回転子すなわち界磁子が回転するため、固定
子（電機子）コイルが発電子コイルとして機能すること
により、鉄損が発生するという問題点がある。この鉄損
はエンジンに対して負荷となるのでエンジンの出力や燃
費が低下するといった問題がある。

【０００４】本発明の目的は、エンジンのフライホイー
ル機能を有し、しかも、始動後の鉄損発生を抑制するこ
とができる始動電動機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。すなわち、エンジンのクランク軸に連結される
回転子と、回転子の内側に配置されて回転磁界を形成す
る固定子とを備えている始動電動機であって、前記回転
子は円筒形状のヨーク内周に同極に着磁された複数個の
マグネットと磁性材料からなる複数個の制御磁極とが交
互に固定されて構成されており、前記固定子は前記マグ
ネットおよび制御磁極に対向する突極を備えたコアと、
前記突極に巻装され回転磁界を発生する固定子コイル
と、前記制御磁極を前記回転子のヨークと前記制御磁極
と前記コアを通る磁路にて励磁する界磁制御コイルとを
備えており、この界磁制御コイルにはエンジンの始動後
に始動時と逆向きに通電させる通電切換手段が接続され
ていることを特徴とする。

【０００６】前記した手段において、ヨークに連結され
たクランク軸のエンジンが始動された後に、始動電動機
への通電が止められると、固定子コイルに作用する有効
磁束は回転子の同極に着磁された磁束のみとなって、回
転子が固定子コイルの周囲を回転しても、磁束変化が小
さく鉄損の発生が抑制される。また、エンジンの始動後
に、始動時と逆方向の電流が界磁制御コイルに通電され
ると、制御磁極はマグネットと同方向の磁極となって、
マグネットによる磁束を制御磁極による磁束が相殺する
ため、固定子コイルに作用する有効磁束がさらに小さく
なって、鉄損の発生がさらに抑制される。したがって、
始動電動機のエンジンへの負荷トルクは低減される。他
方、回転子の慣性マスはヨークの内周面に複数個のマグ
ネットおよび制御磁極を固着されることにより大きくな
るため、エンジンに対してフライホイール機能を充分に
発揮することになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
始動電動機を示しており、（ａ）は側面断面図、（ｂ）
はハウジングを省略した正面図である。図２は界磁制御
コイルの制御系を示すブロック図である。

【０００８】本実施形態において、本発明に係る始動電
動機は、芝刈機やチェンソー等の汎用エンジンに直結さ
れてエンジンのフライホイールを兼用する始動電動機と
して構成されている。この始動電動機３はエンジンのエ
ンジンケース１に配されて固定される固定子１１と、エ
ンジンのクランク軸２に連結される回転子４とを備えて
いる。

【０００９】回転子４は始動電動機の界磁子およびエン
ジンのフライホイールを兼ねるように構成されている。
回転子４は鉄等の磁性材料が用いられて有底の短尺円筒
形状に形成されているヨーク５と、このヨーク５の底壁
の内面に同心的に配されて一体的に突設されている円筒
形状のボス部材６とを備えている。ボス部材６がクラン
ク軸２にテーパ結合されてセットボルト７によって締結
されることにより、この回転子４はクランク軸２に一体
回転されるように固定されている。ヨーク５の内周面に
は界磁子磁極を構成するための永久磁石８と、鉄等の磁
性材料（透磁率が大きい材料）が用いられて形成された
制御磁極９とが複数個同数個宛、周方向において交互に
配されて固定されている。これらの永久磁石８と制御磁
極９とは互いに略等しい大きさの円弧形の直方体形状に
形成されており、周方向に互いに等間隔に離れて交互に
配設されている。また、隣合う永久磁石８、８同士は同
極に配置されており、対極はその間の制御磁極９によっ
て形成されるようになっている。そして、回転子４の全
体としての慣性マスはエンジンに対してのフライホイー
ル機能を充分に発揮し得るように設定されている。

【００１０】この始動電動機３の固定子１１は鉄等の磁
性材料が用いられて大略星形の短尺円盤形状に形成され
ているコア１３を備えている。コア１３はエンジンケー
ス１の外面にクランク軸２と同心的に配されて据え付け
られたハウジング１８に、締結手段としてのボルト１２
によって締結されて固定されている。そして、ハウジン
グ１８内における固定子１１の外側には回転子４がその
外周を取り囲むように配された状態になっており、回転
子４はクランク軸２の駆動によって固定子１１の周囲を
回転するようになっている。

【００１１】コア１３は鉄等の磁性材料からなる薄板が
多数枚積層されて一体化されており、ドーナツ形状に形
成された本体１４を備えている。コア本体１４の外周に
は複数本の突極１５が放射状に突設されている。各突極
１５には固定子コイル１６が三相結線巻きにそれぞれ捲
線されており、この固定子コイル１６はターミナル１９
に接続されたリード線および組電線（いずれも図示せ
ず）を介してドライバ回路２０に接続されている。すな
わち、この始動電動機３はドライバ回路２０によって駆
動されるブラシレスモータとして構成されている。

【００１２】コア本体１４におけるヨーク５の底部側の
端面には界磁磁束を制御するための界磁制御コイル１７
が円筒形状に形成され、かつ、同心的に配されてボルト
１２によって固定されている。界磁制御コイル１７の捲
線方法は固定子１１および回転子４に対して同心円にな
っている。したがって、界磁制御コイル１７の磁束Ｆは
その大部分がコア１３の本体１４、制御磁極９に対向す
る突極１５、回転子４の制御磁極９、ヨーク５、ボス部
材６およびコア１３を経由する閉磁路をそれぞれ形成す
ることになる。

【００１３】また、界磁制御コイル１７はコントローラ
２４と共に通電切換手段を構成する切換スイッチ２３を
介してバッテリー２２に接続されており、切換スイッチ
２３はコントローラ２４からの指令によって接点が切り
換えられるようになっている。切換スイッチ２３は正通
電側固定接点２３ａ、２３ｂ、可動鉄片２３ｃ、２３
ｄ、逆通電側固定接点２３ｅ、２３ｆを備えている。一
方の正通電側接点２３ａは界磁制御コイル１７の端子１
７ａと一方の逆通電側固定接点２３ｆとに接続され、他
方の正通電側固定接点２３ｂは界磁制御コイル１７の他
方の端子１７ｂと他方の逆通電側固定接点２３ｅとに接
続されている。また、一方の可動鉄片２３ｃはバッテリ
ー２２のプラス側端子に接続され、他方の可動鉄片２３
ｄはバッテリー２２のマイナス側端子にそれぞれ接続さ
れている。

【００１４】切換スイッチ２３はエンジンの始動時には
両可動鉄片２３ｃ、２３ｄが両正通電側固定接点２３
ａ、２３ｂに接続され、バッテリー２２からの電流を界
磁制御コイル１７に端子１７ａ側から端子１７ｂ側へ通
電するようになっている。そして、コントローラ２４か
ら切り換え作動が指令されたときには、両可動鉄片２３
ｃ、２３ｄが両逆通電側固定接点２３ｅ、２３ｆに接続
され、バッテリー２２からの電流を界磁制御コイル１７
に端子１７ｂ側から端子１７ａへ通電するようになって
いる。すなわち、切換スイッチ２３はエンジン始動時
と、エンジン始動後とでは異なる方向の電流を界磁制御
コイル１７へ供給するようになっている。コントローラ
２４はドライバ回路２０が備えている回転センセ２１に
接続されており、回転センセ２１からの信号を監視し、
エンジンが始動された後に切換スイッチ２３に切り換え
作動を実行させるようになっている。

【００１５】回転センセ２１は複数個（例えば、３個）
ハウジング１８に配設されており、永久磁石８および制
御磁極９の磁気に感応して回転子４の回転位置を検出す
るように構成されている。回転センセ２１の出力はドラ
イバ回路２０に供給されており、ドライバ回路２０は回
転センセ２１からの検出信号に応じた通電信号を生成
し、この通電信号を固定子コイル１６へ供給して固定子
コイル１６を順次励磁するようになっている。固定子コ
イル１６が順次励磁されると、固定子コイル１６により
回転磁界が形成される。この回転磁界は永久磁石８およ
び制御磁極９に作用し、この回転磁界により回転子４が
回転され、回転子４の回転力がヨーク５、ボス部材６を
介してクランク軸２に伝達されエンジンが始動される。

【００１６】次に作用を説明する。ドライバ回路２０か
らの通電信号による固定子コイル１６の回転磁界によっ
て回転子４が回転されてエンジンが始動される際には、
切換スイッチ２３は正通電側固定接点２３ａ、２３ｂに
オンされ、制御磁極９が永久磁石８と異極になるように
界磁制御コイル１７が通電されている。すなわち、エン
ジン始動時には固定子コイル１６に作用する界磁の有効
磁束が増加する方向に界磁制御コイル１７が励磁され
る。したがって、固定子コイル１６に鎖交する界磁の磁
束は永久磁石８による磁束に界磁制御コイル１７による
磁束Ｆが重畳されたものとなり、界磁制御コイル１７に
通電する電流に応じて磁束が増えた分だけ磁束変化が大
きくなり、固定子コイル１６に生じる磁力が増加される
ことになる。

【００１７】一方、エンジンが始動された後は、ドライ
バ回路２０によって固定子コイル１６への通電が断たれ
るとともに、コントローラ２４によって回転センセ２１
の検出出力が監視され、エンジンの回転数が例えば１０
００ｒｐｍになったことが検出されると、切換スイッチ
２３が切り換えられる。このとき、制御磁極９が永久磁
石８と同極になるように（前述とは逆方向に）界磁制御
コイル１７に通電される。その結果、固定子コイル１６
には永久磁石８による磁束と界磁制御コイル１７による
磁束Ｆ’とが差動的に鎖交する状態になるため、界磁制
御コイル１７に通電される電流に応じて磁束が相殺され
る分だけ磁束変化が小さくなる。すなわち、固定子コイ
ル１６に作用する有効磁束そのものが減少されるため、
コア１３の鉄損が減少される。したがって、エンジンの
始動後のエンジンへの負荷トルクを低減させることがで
きる。

【００１８】本実施形態において、エンジン始動後にエ
ンジン回転数が１０００ｒｐｍになったときに切換スイ
ッチ２３を切り換えて、界磁制御コイル１７へ流れる電
流を逆方向に流した状態で鉄損を測定したところ、同一
の出力で回転子４の磁極を全て永久磁石８で構成したも
のよりも鉄損を５１％も低減することができた。

【００１９】さらに、同一の条件で、エンジン始動後に
界磁制御コイル１７への電流を零としたときには、固定
子コイル１６に作用する有効磁束が永久磁石による磁束
のみとなり、鉄損を４３％も低減することができた。

【００２０】本実施形態によれば、有効磁束を減らすこ
とによって固定子１１における鉄損を減少させることが
できるため、固定子１１のコア１３を安価なもので構成
することができる。例えば、従来鉄損低減の目的で使わ
れた珪素鋼板を用いなくとも、安価な冷間圧延鋼板でも
充分に鉄損を減少させることができる。

【００２１】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更可能であることはいうまでもない。

【００２２】通電切換手段は、切換スイッチとコントロ
ーラとの組合わせによって構成するに限らず、ダイオー
ドやトランジスタを使用して構成してもよい。また、エ
ンジンの始動を検出する回転センサはドライバ回路の回
転センサを使用するに限らず、専用のセンサやタコメー
タ等を使用してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転子の回転始動後に界磁制御コイルへの通電を止めた
り、回転始動時とは異なる方向の電流を界磁制御コイル
に通電することにより、エンジン始動後に発生する鉄損
を抑制することができるため、始動後のエンジンへの負
荷トルクを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である始動電動機を示して
おり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はハウジングを省略
した正面図である。

【図２】界磁制御コイルの制御系を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１…エンジンケース、２…クランク軸、３…始動電動
機、４…回転子、５…ヨーク、６…ボス部材、７…セッ
トボルト、８…永久磁石、９…制御磁極、１１…固定
子、１２…ボルト、１３…コア、１４…コア本体、１５
…突極、１６…固定子コイル、１７…界磁制御コイル、
１７ａ、１７ｂ…端子、１８…ハウジング、１９…ター
ミナル、２０…ドライバ回路、２１…回転センサ、２２
…バッテリー、２３…切換スイッチ（通電切換手段）、
２４…コントローラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのクランク軸に連結される回転
   子と、回転子の内側に配されて回転磁界を形成する固定
   子とを備えている始動電動機であって、前記回転子は円
   筒形状のヨーク内周に同極に着磁された複数個のマグネ
   ットと磁性材料からなる複数個の制御磁極とが交互に固
   定されて構成されており、前記固定子は前記マグネット
   および制御磁極に対向する突極を備えたコアと、前記突
   極に巻装され回転磁界を発生する固定子コイルと、前記
   制御磁極を前記回転子のヨークと前記制御と前記コアを
   通る磁路にて励磁する界磁制御コイルとを備えているこ
   とを特徴とする始動電動機。
2. 【請求項２】 エンジンのクランク軸に連結される回転
   子と、回転子の内側に配置されて回転磁界を形成する固
   定子とを備えている始動電動機であって、前記回転子は
   円筒形状のヨーク内周に同極に着磁された複数個のマグ
   ネットと磁性材料からなる複数個の制御磁極とが交互に
   固定されて構成されており、前記固定子は前記マグネッ
   トおよび制御磁極に対向する突極を備えたコアと、前記
   突極に巻装され回転磁界を発生する固定子コイルと、前
   記制御磁極を前記回転子のヨークと前記制御磁極と前記
   コアを通る磁路にて励磁する界磁制御コイルとを備えて
   おり、この界磁制御コイルにはエンジンの始動後に始動
   時と逆向きに通電させる通電切換手段が接続されている
   ことを特徴とする始動電動機。