(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを始動するスタータモータ及び主蓄電池からスタータモータへの通電電流を開閉制御するマグネットスイッチからなる始動部と、
前記マグネットスイッチへの放電によって、前記スタータモータへの放電により前記スタータモータに前記エンジンの始動を行わせる始動部駆動専用の副蓄電器と、
前記エンジンにより駆動される発電装置から充電されて車載電気負荷及び前記副蓄電器に給電し、かつスタータモータへ通電する主蓄電器と、
前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電によって、前記スタータモータへの通電、非通電を切り替えるために、始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電により前記スタータモータへの通電をなし、非始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電を遮断する起動スイッチと、
を備え、
前記副蓄電器は、１回の正常な前記始動に要する所定時間の前記スタータモータへの放電に足り、かつ、前記始動部の連続放電により前記始動部の損傷をもたらす値より小さい電力量を蓄電することを特徴とする車両用スタータ装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用スタータ装置において、
前記起動スイッチは、切り替え動作により前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電、非通電を切り替えることにより始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電をなし、非始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電を遮断し、かつ、前記非始動時に前記主蓄電器から前記副蓄電器への通電をなし、始動時に前記主蓄電器から前記副蓄電器への通電を遮断する切り換えスイッチにより構成されていることを特徴とする車両用スタータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は車両用スタータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用スタータ装置の従来例を図２０に示す。
スイッチ（起動スイッチ）６を閉じるとバッテリ１から始動部４のマグネットスイッチ４０のコイルに通電され、その接点が閉じてスタータモータＭが始動され、不図示のエンジンが始動される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来例では、スイッチ６をオンしスタータ４を作動させた後、何らかの原因によりスイッチ６がオフしないとスタータ４は作動し続け焼損に至る可能性が考えられる。
また、運転者がスイッチ６をオンによるエンジンの起動に失敗すると、スイッチ６をオフする。すると、スタータ４はスタータのピニオン（図示せず）をエンジンのリングギヤ（図示せず）から離脱し、スタータモータＭは惰性回転後、停止する。ここで、運転者はエンジンを起動すべくスイッチ６を再度オンしてピニオンをリングギヤに係合させるが、スタータモータＭの惰性回転が終了していないと過大な衝撃が発生し、スタータエンジンに損傷を与える（再飛込み破壊と呼ばれる）可能性があった。
【０００４】
また、スイッチ６をオンしスタータ４を作動させた後、何らかの原因によりマグネットスイッチ４０がオフしないとスタータ４は作動し続け焼損に至る可能性も考えられる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、スイッチ等の障害による始動部への通電電流の遮断の失敗にもかかわらず始動部の損傷を防止可能な車両用スタータ装置を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用スタータ装置は、
エンジンを始動するスタータモータ及び主蓄電池からスタータモータへの通電電流を開閉制御するマグネットスイッチからなる始動部と、
前記マグネットスイッチへの放電によって、前記スタータモータへの放電により前記スタータモータに前記エンジンの始動を行わせる始動部駆動専用の副蓄電器と、
前記エンジンにより駆動される発電装置から充電されて車載電気負荷及び前記副蓄電器に給電し、かつスタータモータへ通電する主蓄電器と、
前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電によって、前記スタータモータへの通電、非通電を切り替えるために、始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電により前記スタータモータへの通電をなし、非始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチへの放電を遮断する起動スイッチと、
を備え、
前記副蓄電器は、１回の正常な前記始動に要する所定時間の前記スタータモータへの放電に足り、かつ、前記始動部の連続放電により前記始動部の損傷をもたらす値より小さい電力量を蓄電することを特徴としている。
【０００６】
【作用】
主蓄電器は、エンジンにより駆動される発電装置から充電されて車載電気負荷及び副蓄電器に給電する。起動スイッチは、非始動時に主蓄電器からの充電電流を副蓄電器へ通電させ、これにより、始動部駆動専用の副蓄電器は、始動部に連続放電する場合でも始動部に焼損などが生じる電力量より小さく、かつ、通常条件における１回の始動に必要な電力量より大きな電力を蓄電する。
【０００７】
請求項２記載の構成は請求項１記載の車両用スタータ装置において更に、前記起動スイッチは、切り替え動作により前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電、非通電を切り替えることにより始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電をなし、非始動時に前記副蓄電器から前記マグネットスイッチを通じての前記スタータモータへの通電を遮断し、かつ、前記非始動時に前記主蓄電器から前記副蓄電器への通電をなし、始動時に前記主蓄電器から前記副蓄電器への通電を遮断する切り換えスイッチにより構成されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
したがって、本発明の車両用スタータ装置は以下の効果を奏する。
第１に、たとえ起動スイッチが故障してもオフせず、そのために副蓄電器からマグネットスイッチのコイル又はマグネットスイッチ及びスタータモータに電力が連続給電される場合でも、副蓄電器の容量が上記したように小さいので、始動部のマグネットスイッチやスタータモータが焼損その他の損傷を生じることがなく、更に電力を無駄にして、再始動が不能になったりすることがない。
【０００９】
第２に、たとえ起動スイッチが正常であっても、マグネットスイッチのコイルに短絡故障又は地絡故障が生じた場合、従来では過大電流が流れて急速な加熱が生じ、焼損などを生じるが、この場合でも副蓄電器の容量が上記したように小さいので、焼損が生じにくく、電力の無駄も少ない。同様に、スタータモータ、特にコンミテータなどで短絡故障又は地絡故障が生じた場合でも、同様の理由で焼損が生じにくく、電力の無駄も少ない。
【００１０】
第３に、本発明の副蓄電器は始動部への給電専用であるので、始動用電力量（すなわち、ある場合にはマグネットスイッチの接点を通常の始動に必要な所定時間（例えば数秒）閉じるのに必要な電力量を意味し、他の場合にはスタータモータ及びマグネットスイッチに通常の始動に必要な所定時間（例えば数秒）給電するに必要な電力量を意味する）を始動部へ放電可能な状態にて蓄電できればよく、副蓄電器の容量を小型にすることができ、そのために、収納性なども向上する。
【００１１】
第４に、運転者が例えば初心者であったりして、起動スイッチを長時間オンしたり、短時間間隔で頻繁にオンしたりする場合に、副蓄電器の端子電圧の急速な低下により、それらを禁じて無駄な蓄電電力の消耗を防ぐことができる。
なお、上記した本発明の構成及び作用効果と比較して、副蓄電器（例えば電気二重層コンデンサ）から例えば始動部及び車載電気負荷の双方へ給電する場合を考えると、車載電気負荷の負担が大きく、そのために副蓄電器を大型、大容量とせざるを得ず、このような大容量の副蓄電器ではもし起動スイッチが故障したり、マグネットスイッチやスタータモータの短絡、地絡が生じたりすると、マグネットスイッチやスタータモータに短時間に大きな電流が流れることになり、また、電力の浪費も大きく、スタータの再始動が困難となってしまう。このような不具合は、副蓄電器から車載電気負荷へは給電しない本発明において生じない。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
実施例１を図１を参照して説明する。
１は車両の主蓄電器をなすバッテリ、２はスタータのマグネットスイッチ専用の副蓄電器、３は車両の発電装置、４はスタータ（本発明でいう始動部）である。４１はスタータモータ、４０はマグネットスイッチ、４２はマグネットスイッチの励磁コイル、４３、４４はマグネットスイッチの固定接点、４５はその可動接点、５１、５２、５３はハーネス、６は起動スイッチ、６１、６２は切り換え接点、６３は共通接点で、接点６１、６３は常閉となっており、接点６２、６３は常開となっている。
【００１３】
次に作動を示す。エンジン（図示せず）が静止時または運転時はスイッチ６は接点６１、６３が閉状態（スイッチ６がオフ）となっており、副蓄電器２はバッテリ１、発電装置３により満充電状態になっている。
エンジンを起動すべく、運転者がスイッチ６の接点６２、６３を閉状態（スイッチ６がオン）にすると、副蓄電器２の高位端はマグネットスイッチ４０の励磁コイル４２に接続され、励磁コイル４２に電流が流れ、接点４３、４４が閉成されると同時に、スタータのピニオン（図示せず）をエンジンのリングギヤ（図示せず）に噛合させる。これにより、スタータモータ４１が始動し、ピニオン、リングギヤを介しエンジンが起動される。
【００１４】
エンジンが運転状態に移行すると、運転者はスイッチ６をオフにする。すると、励磁コイル４２への通電が遮断され、接点４３、４４が開成されると同時にピニオンがリングギヤから離脱される。また、モータ４１への給電が遮断され、モータ４１は惰性回転の後に停止する。そして、副蓄電器２は再びバッテリ１、発電装置３に接続され充電される。
【００１５】
以下、この実施例の特徴を説明する。
上記動作において何らかの原因によりスイッチ６がオフされなかった場合を考えると、この場合には副蓄電器２は励磁コイル２１に電流を供給し続けるが、副蓄電器２の電圧が放電により低下し、マグネットスイッチ４０の復元電圧（接点４３、４４を閉状態に復元する電圧）を下回ると、接点４３、４４が開成されてモータへの給電が遮断され、ピニオンがリングギヤから離脱する。
【００１６】
スイッチ６のオンから副蓄電器２の電圧がマグネットスイッチ４０の復元電圧を下回るまでの時間Ｔ1 は、副蓄電器２の容量により任意に設定出来る。時間Ｔ1 をモータ４１、マグネットスイッチ４０が焼損に至る時間Ｔ2 より小さく設定する（例えば５〜６０秒）ことで焼損を防止することが出来る。同様にマグネットスイッチ４０、スタータモータ４１の内部での短絡、地絡に対してもその被害を最小限とすることができる。
【００１７】
副蓄電器２としては、従来の車両用電源である鉛蓄電池の他、リチウム電池等種々の二次電池が考えられるが、その他に電気二重層コンデンサ等の種々のコンデンサも使用できる。
副蓄電器２内の蓄電手段として、電気二重層コンデンサを使用したときの副蓄電器２の回路構成を図３に示し、副蓄電器２の放電特性を図２に示す。電気二重層コンデンサ２１の充電時に電流はダイオード２２、抵抗２３を流れ、放電時にダイオード２５を流れる。またツェナーダイオード２４により電気二重層コンデンサ２１は一定電圧以下に充電される。
【００１８】
副蓄電器２の初期電圧を１２Ｖ、電気二重層コンデンサの容量６．７Ｆ、励磁コイル４２の抵抗を０．３Ωとした場合、副蓄電器２の端子電圧Ｖｃは次式で表される。ただし、この場合、副蓄電器２の内部等価電気抵抗は無視している。
Ｖｃ＝１２ｅｘｐ｛ーｔ／（０．３×６．７）｝    〔Ｖ〕
マグネットスイッチの作動電圧を８Ｖ、復元電圧を１Ｖとすると、この場合、５秒後に副蓄電器２の端子電圧がマグネットスイッチ４０の復元電圧を下回り、スタータ４は停止し、焼損は防止される。
【００１９】
次に上記の電気二重層コンデンサ２１を使用した場合を例として再飛込み破壊防止の効果について述べる。
運転者がエンジンを起動すべくスイッチ６をオンしてもエンジンが起動せずに２秒後にスイッチ６をオフすると、その時の副蓄電器２の端子電圧は４．４Ｖである。そのためスイッチ６をオフした直後に再びスイッチ６をオンしても、副蓄電器２が作動電圧８Ｖまで充電されるまでの時間Ｔ3 の間はスタータ４は作動しない。
【００２０】
したがって、モータ４１が惰性回転から停止するまでに必要な時間Ｔ4 より時間Ｔ3 を長く（例えば１〜５秒）設定すれば、モータ４１が惰性回転中にスタータ４が再始動することはなく、再飛込み破壊を防止出来る。
Ｔ3 は充電抵抗２３の値により任意に設定出来、例えば０．７ΩにすればＴ3 は約３秒となる。ただし、この場合も副蓄電器２の内部等価電気抵抗は無視している。
【００２１】
なお上記説明した本実施例の効果は、電気二重層コンデンサ２１のみならず、図２と同様な放電垂下特性をもつ二次電池、コンデンサであれば同様な効果を得ることが出来る。
（実施例２）
他の実施例を図４で説明する。
【００２２】
この実施例では、実施例１の１コイル型のマグネットスイッチ４０の励磁コイル４２を２コイル型とした点が異なっている。すなわち、接点６２は励磁コイル４２の中間タップに接続され、励磁コイル４２の高位端はダイオード７のアノードに接続され、ダイオード７のカソードは接点４４に接続されている。
動作を説明すれば、スタータ４の始動時に、接点６２、６３が閉成されると、励磁コイル４２の上記中間タップから接地側又はスタータモータＭ側へ電流が流れ、これら電流による磁束によりマグネットスイッチ４０がオンし、スタータモータ４１が始動される。なお、マグネットスイッチ４０がオンすると、バッテリ１の電位がスタータモータ４１に印加されるので、接点４４から接点６２への電流の逆流を防止するためにダイオード７が挿入されている。
（実施例３）
他の実施例を図５で説明する。
【００２３】
この実施例では、実施例１の１コイル型のマグネットスイッチ４０における充電時定数決定用の抵抗２３（図３参照）をバッテリ１の高位端１１と起動スイッチ６の接点６１との間に介設したものである。
このようにすれば、副蓄電器２は電気二重層コンデンサ２１のみで構成することができ、図３のダイオード２２、２５を省略することができる。なお、この実施例の回路構成は、実施例２の２コイル型マグネットスイッチ４０にも適用できることは当然である。
（実施例４）
他の実施例を図６、図７で説明する。
【００２４】
この実施例では、実施例１の手動切り換えスイッチからなる起動スイッチ６の代わりに、起動スイッチ６をリレー駆動型切り換えスイッチ６ａに変更したものであり、このスイッチ６ａを駆動するためにバッテリ１の高位端１１からスイッチ８を通じてスイッチ６ａの励磁コイル６０に給電している。
図７は図６の回路構成を２コイル型マグネットスイッチ４０に適用したものである。
（実施例５）
他の実施例を図８で説明する。
【００２５】
この実施例は、図３の副蓄電器２の内部回路構成を変更したものであり、図３において、充電経路用のダイオード２２のアノード側にＤＣ−ＤＣコンバータからなる昇圧回路２６を介設したものである。
このようにすれば、バッテリ１の高位端１１から昇圧回路２６に印加されたバッテリ電圧は所定電圧に昇圧された後、電気二重層コンデンサ２１に印加されることになる。その結果、ハーネス５２、５３を細線化でき、マグネットスイッチ４０の励磁コイル４２の発熱を低減できる。
（実施例６）
他の実施例を図５及び図１９で説明する。
【００２６】
図５及び図１９において、バッテリ１の高位端１１と抵抗２３との間に実施例５で用いたＤＣ−ＤＣコンバータからなる昇圧回路２６を介設すれば、図８におけるダイオード２２、２５を省略することができる。
（実施例７）
他の実施例を図９、図１０で説明する。
【００２７】
この実施例は、実施例１、２において、副蓄電器２及びリレー８をスタ−タ４に搭載したものである。副蓄電器２はリング状に形成され、耐振性上、エンジン取付プレート１０に搭載されている。端子９１、９２、９３にはハーネス５１、５２、５３が接続される。このようにすれば、図示せぬ車両本体への組付時に取付けるハーネスの本数が２〜３本となり作業工数を低減出来る。
【００２８】
変形態様を図１１、図１２で説明する。
この態様では、副蓄電器２は円柱状に形成され、上記と同様にエンジン取付プレート１０に搭載されている。
（実施例８）
他の実施例を図１３、図１４で説明する。
【００２９】
この実施例は、図６、図７に示すリレー駆動型切り換えスイッチ６ａを採用した場合の搭載例であり、副蓄電器２はリング状に形成され、耐振性上、エンジン取付プレート１０に搭載されている。更に、リレー駆動型切り換えスイッチ６ａがマグネットスイッチ４０に隣接して配設されている。端子９１、９４はハーネス５１、５４に個別に接続される。
【００３０】
このようにすれば、副蓄電器２とマグネットスイッチ４０との間の電気回路の長さが短くなり、マグネットスイッチ４０に印加される電圧を高くすることができる。
変形態様を図１５、図１６で説明する。
この態様では、副蓄電器２は円柱状に形成され、上記と同様にエンジン取付プレート１０に搭載されている。
（実施例９）
他の実施例を図１７により説明する。
【００３１】
この実施例は、図１や図５や図６の実施例において、マグネットスイッチ４０の接点４３を副蓄電器２の高位端２０に接続して、スタータモータ４１への給電を副蓄電器２から行うようにしたものである。
このようにすれば、副蓄電器２の容量をスタータモータ４１及びマグネットスイッチ４０への規定電流値での給電を例えば１０秒間（通常の１回分の始動電力量）できるだけの容量に制限することにより、たとえ、マグネットスイッチ４０の接点４５が閉成しっぱなしとなってしまったり、又は、スタータモータ４１内で短絡、地絡が生じても、マグネットスイッチ４０やスタータモータ４１の焼損、蓄電電力の浪費を防止することができる。
（実施例１０）
他の実施例を図１８により説明する。
【００３２】
この実施例は、図４や図７の実施例において、副蓄電器２を副蓄電器２ａ、２ｂ，２ｃに分割し、起動スイッチ６を起動スイッチ６０１〜６０５に変更し、更に、マグネットスイッチ４０の接点４３を副蓄電器２ｃの高位端２０に接続して、スタータモータ４１への給電を副蓄電器２から行うようにしたものである。
当然、副蓄電器２の容量はスタータモータ４１及びマグネットスイッチ４０への規定電流値での給電を例えば１０秒間（通常の１回分の始動電力量）できるだけの容量に制限されている。
【００３３】
このようにすれば、以下の効果を奏する。
まず、起動スイッチ６０１〜６０５を接点ａ側に切り換えることによりバッテリ１から電気二重層コンデンサからなる副蓄電器２ａ〜２ｃに並列充電し、起動スイッチ６０１〜６０５を接点ｂ側に切り換えることにより副蓄電器２ａ〜２ｃを直列接続してスタータモータ４１及びマグネットスイッチ４０に給電することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６（図８参照）を設けることなくスタータ４への高電圧給電が可能となり、スタータモータ４１の小電流化により、コンミテータ（図示せず）などの小型化や発熱の減少などを図ることができる。
（実施例１１）
他の実施例を図１９により説明する。
【００３４】
この実施例は、実施例４の１コイル型のマグネットスイッチ４０における充電時定数決定用の抵抗２３（図３）をバッテリ１の高位端１１とスイッチ６ａとの間に介設したものである。
このようにすれば、実施例３と同様に、副蓄電器２は電気二重層コンデンサ２１のみで構成することができ、図３のダイオード２２、２５を省略することができる。なお、この実施例の回路構成は実施例２の２コイル型マグネットスイッチ４０にも適用できることは当然である。
【００３５】
以下、本発明の好適な諸態様について整理する。
（ａ）  前記副蓄電器は１回分の始動用必要電力を蓄電する容量を有する車両用スタータ装置。
（ｂ）  前記副蓄電器は、前記始動部と一体に構成される車両用スタータ装置。
【００３６】
（ｃ）  前記副蓄電器の放電開始後、前記副蓄電器の端子電圧が前記マグネットスイッチのコイルの接点復帰電圧（復元電圧）以下まで低下するまでの放電時間が、前記放電開始後、前記マグネットスイッチ又は前記スタータモータの任意部位の温度が焼損温度に達するまでの時間より短く設定される車両用スタータ装置。
【００３７】
（ｄ）  前記副蓄電器の充電開始後、前記副蓄電器の端子電圧が前記マグネットスイッチのコイルの接点閉成電圧以上に達するまでの充電時間は、前記放電停止後、前記スタータモータの回転数が所定の安全回転数以下に低下するまでの時間より長く設定される車両用スタータ装置。
（ｅ）  前記マグネットスイッチのコイルは２端子形コイルからなる車両用スタータ装置。
【００３８】
（ｆ）  前記始動スイッチは、前記副蓄電器側に接続される共通接点と、前記主蓄電器側に接続される充電接点と、前記マグネットスイッチのコイル側に接続される放電接点とを備える切り換えスイッチからなる車両用スタータ装置。
（ｇ）  前記副蓄電器は、前記マグネットスイッチ及び前記スタータモータへ給電する専用電源を構成する車両用スタータ装置。
【００３９】
（ｈ）  前記副蓄電器は、前記マグネットスイッチ及び前記スタータモータと一体に形成される車両用スタータ装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】電気二重層コンデンサの放電特性図である。
【図３】副蓄電器の回路図である。
【図４】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図６】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図８】副蓄電器の回路図である。
【図９】本発明の車両用スタータ装置の配置例を示す側面図である。
【図１０】図９の装置の正面図である。
【図１１】本発明の車両用スタータ装置の配置例を示す側面図である。
【図１２】図１１の装置の正面図である。
【図１３】本発明の車両用スタータ装置の配置例を示す側面図である。
【図１４】図１３の装置の正面図である。
【図１５】本発明の車両用スタータ装置の配置例を示す側面図である。
【図１６】図１５の装置の正面図である。
【図１７】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図１８】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図１９】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２０】従来の車両用スタータ装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１はバッテリ（主蓄電器）、２は副蓄電器、３は発電装置、４はスタータ（始動部）、６は起動スイッチ４０はマグネットスイッチ、４１はスタータモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003539988.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003539988.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003539988.tif 000013
【図１３】
0003539988.tif 000014
【図１４】
0003539988.tif 000015
【図１５】
0003539988.tif 000016
【図１６】
0003539988.tif 000017
【図１７】
0003539988.tif 000018
【図１８】
0003539988.tif 000019
【図１９】
0003539988.tif 000020
【図２０】
0003539988.tif 000021