JPS63181641A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの始動装置に関するものである。

（従来技術） 従来、スタータモータは自動車用エンジンのシリンダブ
ロックに取着され、エンジン始動時に駆動し回転力をク
ランクシャフトに伝達するようになっていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、スタータモータはエンジンとは別個に取り付
けられているためエンジン回りが大型になっていた。又
、スタータはブラシ、コンミュテ−夕等の摩耗部品を使
用していることから保守点検が必要となるとともに寿命
が短く信頼性に問題があった。

この発明の目的は上記問題点を解消し、エンジンの小形
化を図るとともに、ブラシ、コンミステータ等の摩耗部
品を備えたスタータモータを使用することなくエンジン
始動を行なうことができその信頼性を向上させることが
できるエンジンの始動装置を提供することにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、エンジンのクランク
シャフトに固設され、所定間隔で配置された歯を有する
ロータと、前記ロータの歯に対し一定間隔をおいて対向
配置されるとともに所定間隔をおいて配置された歯を有
するステータと、前記ステータの各歯に巻装されるとと
もにバッテリーに接続されたコイルと、前記コイルを通
電制御するコイル駆動手段と、前記ロータとステータと
の相対位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位
置検出手段に基づいて前記コイル駆動手段を制御して前
記ロータをステータに対して回転駆動させる始動制御手
段とからなるエンジンの始動装置をその要旨とするもの
である。

（作用） 上記構成により、始動制御手段がロータとステータとの
相対位置を検出する回転位置検出手段に基づいてコイル
駆動手段を制御すると、ステータの歯が磁化されてロー
タの歯が吸引されロータを回転させる。その結果、ロー
タに固設されたクランクシャフトが回転されエンジンが
始動する。

（実施例） 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図は自動車用４気筒ガソリンエンジンの概略図を示
し、４つのピストン１と連結されたクランクシャフト２
はその一端においてフライホイール３が取着されるとと
もに、他端に鉄製のロータ４が固設されている。このロ
ータ４は、第２図に示すように円板状を成し、その表面
及び裏面には第２図及び第３図に示すように中心に対し
放射状の歯５が等間隔で全周にわたって形成されている
。

尚、第２図において、歯５はその一部のみ示す。

又、同日−夕４両側にはそれぞれエンジンのシリンダブ
ロック６に固着された鉄製のステータ７が一定間隔をお
いて対向配置されている。このステータ７は第５図及び
第６図に示１ように円板状を成し、前記ロータ４と対向
する面には中心に対し放射状の一対の歯形成突部８ａ、
　８ｂが全周にわたって交互に多数形成されている。尚
、第４図、第５図及び第６図においては隣合う２つの歯
形成突部（以下、第１の突部８ａと第２の突部８ｂとい
う）のみ示す。

その各突部８ａ、　８ｂの中心には第１の溝９が形成さ
れるとともに、さらに、その溝９にて形成された第１〜
第４の突条１０ａ〜１０ｄの中心にも第２の溝１１がそ
れぞれ形成されている。即ち、第１の突部８ａには第１
及び第２の突条１０ａ。

１０ｂが、又、第２の突部８ｂには第３及び第４の突条
１０ｃ、１０ｄがそれぞれ形成されている。

この第１及び第２の溝９，１１にて形成された各歯１２
の幅Ｄ１は前記ロータ４の歯５の幅Ｄ２と等しくなって
いる。又、ロータ４の歯５の間隔及びステータ７の歯１
２の間隔は予め設定されていて、第４図に示すロータ４
とステータ７の配置状態では第１の突条１０ａにおける
歯１２はロータ４の歯５と完全に対向し、第２の突条１
０ｂにおける歯１２はロータ４の歯５と対向しない位置
にある。さらに、第３の突条１０ｃにおける歯１２はロ
ータ４の歯５と半分の面積対向する位置にあり、さらに
第４の突条１０ｄにおける歯１２もロータ４の歯５と半
分の面積だけ対向している。

尚、第３の突条１０ｃと第４の突条１０ｄにおける歯１
２はロータ４の歯５と対向する部分が逆になっている。

この一対の突部８ａ、８ｂには巻き数が等しく、かつ巻
き方向が異なる磁束形成手段としてのフィールドコイル
ｌ−ｆが直列結線にて巻装されている。

従って、このフィールドコイルＬｆを通電すると、第１
の突部８ａの歯１２がＳ極に、又第２の突部８ｂの歯１
２がＮ極に磁極化される。その結果、第１の突部８ａ→
ステータ７→第２の突部８ｂ→ロータ４→第１の突部８
ａに至る磁束の流れが形成される。尚、このフィールド
コイルｌ−ｆは本装置で発電をする場合のみ使用され、
モータとして使用する場合には通電されない。

又、第１の突条１０ａには第１のステータコイルＬｓ１
が巻装されるとともに、第３の突条１０Ｃにはその第１
のステータコイルＬＳＩとは巻き方ステータコイルＬＳ
Ｉと巻き方向が等しい第３のステータコイルＬｓ３が巻
装されるとともに、第４の突条１０ｄには同じく第１の
ステータコイルＬｓ１とは巻き方向が異なる第４のステ
ータコイルＬｓ４が巻装されている。

従って、各ステータコイルし５１〜ＬＳ４を順次通電さ
せることにより各突条１０ａ〜１０ｄの歯１２が磁極と
なり、ロータ４のｍ５を吸引しロータ４を回転させるこ
とができる。これは公知のＶＲ型ステッピングモータの
駆動原理に基づいたものである。

又、第４図に示す状態で、前記フィールドコイル［ｆを
励磁させステータ７とロータ４との間に磁束を生じさせ
たときには、ロータ４からステータ７の第１の突部８ａ
への磁束は両歯５，１２間の対向する面積の大きな第１
の突条１０ａの歯１２に集中し、第２の突条１０ｂは少
なくなっている。一方、ステータ７の第２の突部８ｂか
らロータ４への磁束は、両歯５，１２間の対向する面積
が等しいので第３及び第４の突条１Ｑｃ、１０ｄの歯１
２から均等に流れる。そして、ロータ４が回転すると、
この状態が順次シフトしていくので両歯５，１２間に流
れる磁束は増減する。その結果、各ステータコイルＬｓ
１〜Ｌｓ４には起電力が発生し、第７図に示すような位
相が９０度ずれた交流電圧γ１．γ２．γ３．γ４を出
力する。

第８図はバッテリー１３に接続された励磁回路１４を示
し、バッテリー１３の両ｐ譜子間にはマグネットコンタ
クタ１５、前記第１のステータコイルＬＳ１及び第１の
トランジスタＴｒ１が直列に接続されている。尚、マグ
ネットコンタクタ１５は代りにパワートランジスタのよ
うな半導体スイッチを使用してもよい。

このマグネットコンタクタ１５と第１のステータコイル
Ｌｓ１の間の接続点ａは前記第２のステータコイルＬｓ
２と第２のトランジスタ丁ｒ２の直列回路を介してバッ
テリー１３のマイナス端子と接続されている。又、同接
続点ａとバッテリー列回路、及び前記第４のステータコ
イルＬｓ４と第４のトランジスタＴｒ４の直列回路がそ
れぞれ接続されている。

ざらに、各ステータコイルＬＳ１〜ＬＳ４と各トランジ
スタＴｒ１〜Ｔｒ４との間の接続点す。

ｃ、ｄ、ｅは、バッテリー１３の両端子との間において
２つのダイオードＤ１とＤ２．Ｄ３とＤ４゜Ｄ５とＤ６
．Ｄ７とＤ８よりなる直列回路の各中間接続点ｆ、ｇ、
ｈ、ｉとそれぞれ接続されてい一〇− る。

又、バッテリー１３の両端子間には前記フィールドコイ
ルｌ−ｆ及び第５のトランジスタＴｒ５が直列に接続さ
れている。そのフィールドコイルＬｆと第５のトランジ
スタＴｒ５との間の接続点、ｊとバッテリー１３のプラ
ス端子との間にはダイオードＤ９が接続されている。

従って、第５のトランジスタＴｒ５にベース電流を流し
同第５のトランジスタＴｒ５をオン動作させると、フィ
ールドコイルＬｆを励磁させることができる。又、マグ
ネットコンタクタ１５を閉路させた状態で第１〜第４の
トランジスタＴｒ７〜Ｔｒ４にベース電流を流すことに
より各トランジスタ丁ｒ１〜Ｔｒ４をオン動作させ、各
ステータコイルＬｓ１〜１−６４を励磁させることがで
きる。

さらに、マグネットコンタクタ１５を開路し第１〜第４
のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をオフさせるとともに第
５のトランジスタＴｒ５をオンさせた状態でロータ４が
回転しているとき、第１〜第４のステータコイルＬｓ１
〜Ｌｓ４に第７図に示す交流電圧γ１．γ２．γ３．γ
４が発生し、各ダイオードＤ１〜Ｄ８によりその交流電
圧γ１゜γ２．γ３．γ４が第９図に示すように整流さ
れ同励磁回路１４から出力される。

即ち、例えば、第１の期間Ｔ１では第１及び第３のステ
ータコイルし８１．Ｌｓ３の起電力にょって、第１のス
テータコイルし＄１→第３のステータコイルＬＳ３→ダ
イオードＤ５→バッテリー１３→ダイオードＤ２の電流
経路が形成される。

又、第２の期間Ｔ２では第２及び第４のステータコイル
ＬＳ２．Ｌｓ４の起電力によって、第２のステータコイ
ルＬＳ２→第４のステータコイルＬ　、ｓ　４→ダイオ
ードＤ７→バツテリー１３→ダイオードＤ４の電流経路
が形成される。

さらに、第３の期間Ｔ３では第３及び第１のステータコ
イルＬＳ３．ｌｓ１の起電力にょって、第３のステータ
コイルＬＳ３→第１のステータコイルＬｓ１→ダイオー
ドＤ１→バッテリー１３→ダイオードＤ６の電流経路が
形成される。又、第４の期間Ｔ４では第４及び第２のス
テータコイルしＳ４−、ＬＳ２の起電力によって、第４
のステータコイルＬｓ４→第２のステータコイルＬｓ２
→ダイオードＤ３→バッテリー１３→ダイオードＤ８の
電流経路が形成される。

次に、このように構成したエンジンの始動装置の電気的
構成を第１０図に基づいて説明する。

回転位置検出手段としての光電式エンコーダ１６は前記
ロータ４の回動位置及び回転速度を検出するセンサであ
って、本実施例ではロータ４の歯５に対し１／４ピツチ
づつずらした位置に４つのフォトセンサ１７をステータ
７に設け、このフォトセンサ１７の検知信号に基づいて
相対位置を検出するようにしている。尚、フォトセンサ
１７の代りに近接センサを使用してもよい。

又、コントローラ１８は外部からのエンジン始動開始信
号を入力し、同信号によりエンジンの始動開始を検知す
る。この開始信号は、例えばイグニッションスイッチの
オン信号等が使用される。

さらに、コントローラ１８は前記励磁回路１４のＭ１〜
第５のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５に駆動信号（ベース
電流）ＳＧ１〜ＳＧ５を出力し同トランジスタ丁ｒ１〜
Ｔｒ５をオンオフ制御するとともにマグネットコンタク
タ１５に駆動信号ＳＧ６を出力し同マグネットコンタク
タ１５を開閉駆動制御するようになっている。

電圧検出回路１９は前記第１〜第４のステータコイルＬ
ｓ１〜Ｌｓ４の起電力による励磁回路１４の出力電圧を
検出し、その検出信号をＡ／Ｄはこの信号入力による現
時点における励磁回路１４の出力電圧に基づいて所定の
電圧値とすべく第５のトランジスタＴｒ５のデユーティ
（オンオフ動作の切換えタイミング）を制御する。

次に、このように構成した始動装置の作用を説明する。

まず、コントローラ１８はエンジンの始動開始信号の入
力によりエンジンの始動開始を検知すると、マグネット
コンタクタ１５を閉路状態にするとともに第５のトラン
ジスタＴｒ５をオフ状態にする。その後、コントローラ
１８は光電式エンコーダ１６からの検出信号に基づいて
第１〜第４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を順次オンオ
フ動作させ各ステータコイルＬＳＩ〜ＬＳ４を順次励磁
させる。その結果、ステータ７の歯１２が磁極となりロ
ータ４の歯５が吸引されロータ４が所定の速度で歩進的
に回転させられる。このロータ４の回転によりクランク
シャフト２が回転されエンジンの始動が行なわれる。

そして、コントローラ１８は光電式エンコーダ１６によ
り検出された検出信号に基づいてロータ４の回転速度が
ロータ４の回転駆動のための回転速度〈第１〜第４のト
ランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の駆動信号出力タイミング）
より大きくなったとき、エンジンが始動しこのステータ
７とロータ４との協働によって行なわれたスタータモー
タとしての役割が終了したと判断する。従って、以後、
ロータ４はエンジンの駆動によって回転する。

次に、コントローラ１８はこのようにしてエンジンが始
動したと判断すると、まずマグネットコンタクタ１５を
開路させるとともに第１〜第４のトランジスタＴｒ１〜
Ｔｒ４をオフ状態にし第５のトランジスタＴｒ５をオン
させる。そして、コントローラ１８は励磁回路１４の出
力電圧を検出しこの電圧が予め定めた電圧値で一定にな
るように第５のトランジスタＴｒ５をデユーティ制御し
バッテリー１３への充電動作を行なう。

即ち、ロータ４の回転に伴う各ステータコイルカ電圧が
上昇すればデユーティを小さくしフィールドコイルしｆ
に流れる電流を減少させ励磁回路１４の出力電圧を下げ
、逆に同出力電圧が下がればデユーティを大きくしフィ
ールドコイルｌ−ｆに流れる電流を増加させ出力電圧を
上る。

このように本実施例においては、クランクシャフト２に
直接エンジンの始動装置を取り付けた構造としたので、
従来のスタータモータをシリンダブロックに取り付けた
場合に比べ小形化することができる。さらに、この始動
装置はクランクシャフト２に直接充電を行なわせる、い
わゆるオルタネータとしての役目を果し充電装置をも取
り付けた構造としているので、従来のスタータモータ及
びオルタネータを別個に取り付けた場合に比べ小形化で
きるとともに部品点数を少なくすることができる。

又、本始動装置は従来のスタータモータのような摩耗部
品を使用していないので、その各部品の保守点検を不要
にすることができるとともに、寿命を長くすることがで
き信頼性を向上させることができる。又、同様に従来の
オルタネータのブラシ、スリップリング、プーリベルト
等の摩耗部品を使用していないので、その各部品の保守
点検を不要にすることができるとともに、寿命を長くす
ることができ信頼性を向上させることができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく以
下のように実施してもよい。

（イ）上記実施例では充電をも行える始動装置としたが
、充電装置（オルタネータ）を本始動装置とは別途に設
けてもよい。即ち、上記始動装置においては始動動作し
か行なわず充電は別途に設けた充電装置（オルタネータ
）により行うようにしてもよい。

（ロ）上記実施例ではロータ４の両面にステータ７を配
置したが、−面のみにステータ７を配置するようにして
もよい。

（ハ）第１１図に示すように、フライホイール２１をロ
ータとして使用してもよい。この場合、フライホイール
２１がロータの役目をするので、さらに部品点数を減少
させることができることとなる。

（ニ）フィールドコイル「ｆの巻き方は第１２図に示す
ように、ステータ７の突部８ａ、８ｂを巻装するのでは
なく両突部Ｂａ、Ｂｂの間の部分を巻装するようにして
もよい。

（ホ）さらに、上記実施例ではステータ７の１つの突条
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに対し歯１２を２つ形
成したが、第１３図に示すように歯１２を１つ、あるい
は３つ以上形成してもよい。

この場合、ロータ４の歯５もそれに対応して変更する必
要がある。

（へ）上記実施例では円板状のステータ７及びロータ４
を使用したが、第１４図及び第１５図に示すように円筒
型のステータ２２及びロータ２３を使用してもよい。こ
の場合、円筒型ロータ２３の外周部及び円筒型ステータ
２２の内周部にそれぞれ歯２４．２５が形成されること
になる。

（ト）上記実施例では第１〜第４のステータコイルＬｓ
１〜ＬＳ４による４相にて行なったが３相あるいはそれ
以外の相数で行なってもよい。

（チ）励磁回路は第１６図に示すように構成し、各ステ
ータコイルＬｓｌ〜ＬＳ４の出力する交流電圧を整流す
るようにしてもよい。この場合、２つのダイオードＤ１
とＤ２．Ｄ３とＤ４．Ｄ５とＤ６．Ｄ７とＤ８よりなる
直列回路を並列接続しその並列回路とツェナダイオード
［）２とを直列にしてバッテリー１３の両端子を接続し
たことにより同励磁回路２６を確実に保護することがで
きる。

（す）上記実施例では各ステータコイルＬｓ１〜ＬＳ４
を１つづつ順次通電してロータを駆動する１相励磁で説
明したが、ＶＲ型ステッピングモータと同様に２相励磁
、１−２相励磁を行って特性の改善をしてもよい。

（ヌ）ソーヤモータの原理を用いてロータ４を回転させ
るようにしてもよい。

即ち、第１７図に示すように、第１〜第４の各突条１０
ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに７−１’−ルドコイルｌ
−ｆの巻き数と等しく、かつ巻き方向が一致するものと
異なるものの一組のステータ」イルＬｓ１ａ　〜Ｌｓ４
ａ、Ｌｓ１ｂ−Ｌｓ４ｂをそれぞれ巻装する。この場合
のフィールドコイルＬｆはソーヤモータにおける永久磁
石の代りをするものである。

さらに、第１８図に示すように、この各ステータコイル
１ｓ１ａ−１ｓ４ａ、１ｓ１ｂ　〜１−ｓ４ｂのうちの
第１と第２の突条１０ａ、１０ｂ、及び第３と第４の突
条１０Ｇ、１０ｄのステータコイルＬｓ１ａとＬｓｌｂ
、Ｌｓ２ａとＬｓ２ｂ。

Ｌｓ３ａと１−ｓ３ｂ、１ｓ４ａとＬｓ４ｂをそれぞれ
直列に接続する。

そして、エンジン始動の際にはフィールドコイルＬｆを
励磁させステータ７の両穴部８ａ、８ｂとロータ４との
間で磁束を発生させる。ざらに、第１のトランジスタＴ
ｒ１をオンすると第１７図中ステータコイルＬｓ１ａに
よりその第１の突条１０ａの歯１２での磁束は強められ
、一方、ステータコイル１ｓ１ｂによりその第２の突条
１０ｂの歯１２での磁束は打消される。そして、このよ
うにして、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を順次オンす
ることによりロータ４を回転させる。

又、エンジン始動後における充電の際にはフィールドコ
イルＬｆを励磁させたままの状態で各ステータコイルＬ
ｓ１ａ−Ｌｓ４ａ、Ｌｓｌｂ　〜Ｌｓ４ｂに発生する起
電力にて充電する。

尚、このソーヤモータの原理を利用しての装置は他の態
様として、ロータ７の突部８ａ、８ｂに磁極を形成する
方法として永久磁石を使用してもよい。

さらに、このソーヤモータの原理を利用した方法におい
て上記（イ）〜（チ）のように実施してもよい。

尚、この発明は他にも自動車用４気筒ガソリンエンジン
の他、自動車以外のエンジンに具体化したり、３気筒以
下あるいは５気筒以上のエンジンに具体化してもよい。

さらに、ガソリンエンジンの他各種のエンジンに具体化
してもよい。

発明の効果 以上詳述したように、この発明はエンジンの小形化を図
るとともに、ブラシ、コントロ−ラ等の摩耗部品を備え
たスタータモータを使用することなくエンジン始動を行
なうことができその信頼性を向上させることができる優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１〜第１０図はこの発明を具体化した一実施例を示し
、第１図は始動装置を備えたエンジンの概略図、第２図
はロータの正面図、第３図はロータの断面図、第４図は
ロータ及びステータの要部断面図、第５図はステータの
正面図、第６図はステークの側面図、Ｍ７図は各ステー
タコイルから出力される交流電圧を示す図、第８図は励
磁回路を示す電気回路図、第９図は励磁回路から出力さ
れる電圧を示す図、第１０図は始動装置の電気ブロック
図、第１１図は別例のエンジンの概略図、第１２図は別
例のステータの一部断面図、第１３図は別例のロータ及
びステータの要部断面図、第１７１図及び第１５図は別
例のロータ及びステータ第１８図は同じくその励磁回路
を示す図である。 ２はクランクシャフト、４はロータ、５は歯、７はステ
ータ、８ａ、８ｂは突部、１Ｑａ、１０ｂ。 １０ｃ、１０ｄはＭ１〜第４の突条、１２は歯、１３は
バッテリー、１６は回転位置検出手段としての光電式エ
ンコーダ、１８はコイル駆動手段及び始動制御手段とし
てのコントローラ、２２はスフ　−夕、２３はロータ、
２４．２５は歯、Ｌｆは磁束形成手段としてのフィール
ドコイル、Ｌｓ１〜Ｌｓ４゜ＬＳ１ａ〜ＬＳ４ａ、ＬＳ
１ｂ〜Ｌｓ４ｂはそれぞれステータコイルである。 特許出願人　　樋　口　　俊　部 株式会社豊田自動織機製作所 代　　理　　人　　　弁理士　　　恩　　１）　　博　
　宣第１２隋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンのクランクシャフトに固設され、所定間隔
   で配置された歯を有するロータと、 前記ロータの歯に対し一定間隔をおいて対向配置される
   とともに所定間隔をおいて配置された歯を有するステー
   タと、 前記ステータの各歯に巻装されるとともにバッテリーに
   接続されたコイルと、 前記コイルを通電制御するコイル駆動手段と、前記ロー
   タとステータとの相対位置を検出する回転位置検出手段
   と、 前記回転位置検出手段に基づいて前記コイル駆動手段を
   制御して前記ロータをステータに対して回転駆動させる
   始動制御手段と からなるエンジンの始動装置。 ２、ステータはその歯に磁束を形成させる磁束形成手段
   を備えたものである特許請求の範囲第１項に記載のエン
   ジンの始動装置。 ３、磁束形成手段はステータに巻装されたフィールドコ
   イルである特許請求の範囲第２項に記載のエンジンの始
   動装置。 ４、磁束形成手段は永久磁石である特許請求の範囲第２
   項に記載のエンジンの始動装置。