(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、
上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられていることを特徴とする始動電動機のスイッチ制御装置。
【請求項２】
上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の始動電動機のスイッチ制御装置。
【請求項３】
上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子であることを特徴とする請求項２記載の始動電動機のスイッチ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁押込式の始動電動機の通電を制御する始動電動機のスイッチ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
図４において、電磁押込式の始動電動機１のスイッチ制御装置においては、バッテリ２の正側端子が始動スイッチ３を介してプルインコイル６とホールディングコイル７との接続点に接続されているとともに、常開の主接点４のバッテリー端子としての固定接点４ａに接続されており、その負側端子が接地されている。プランジャ５は、主接点４の可動接点４ｃを駆動するものである。そして、主接点４のモータ端子としての固定接点４ｂは、プルインコイル６に接続されているとともに、電機子１０のブラシ１１ａに接続されている。また、ホールディングコイル７の他端および電機子１０のブラシ１１ｂは接地されている。クラッチ１４およびピニオン１５が電機子１０の軸方向に移動可能に配設され、レバー１２がレバーバネ１３に取り付けられた支点１２ａｃを中心して回動自在に設置されている。そして、このレバー１２の一端がクラッチ１４に係合され、その他端がプランジャ５に係合されている。さらに、このピニオン１５はエンジン（図示せず）のリングギヤ１６に歯合するようになっている。
【０００３】
このように構成された従来の始動電動機１のスイッチ制御装置の動作について説明する。
先ず、始動スイッチ３をオンすると、プルインコイル６およびホールディングコイル７がバッテリー２に接続され、プルインコイル６およびホールディングコイル７に並列に電流が流れる。このため、プランジャ５は、リターンスプリング８を撓ませながら図中右方向に吸引移動される。このプランジャ５の移動にともない、レバー１２が支点１２ａを中心に図中時計回りに回動し、クラッチ１４を図中左方向に押し出す。そして、ピニオン１５の端面がリングギヤ１６の端面に当接した時点で、ピニオン１５の移動が止められる。この時、プランジャ５は、プルインコイル６およびホールディングコイル７により吸引されているので、プランジャ５内のドライブスプリング９を撓ませながら移動を続ける。
【０００４】
そして、可動接点４ｃが固定接点４ａ、４ｂに当接し、プランジャ５の移動が止まる。主接点４が閉成された時点で、プルインコイル６の両端の電位差がほぼゼロとなり、プルインコイル６には電流が流れなくなり、ホールディングコイル７の吸引力のみでプランジャ５の吸引を保持する。一方、主接点４が閉成されることで、電機子１０が通電付勢されて回り始め、ピニオン１５とリングギヤ１６との歯がずれ、ピニオン１５がドライブスプリング９の付勢力とねじれスプライン（図示せず）により図中左方向に押し出され、リングギヤ１６に噛み合う。そして、電機子１０の回転力がピニオン１５を介してリングギヤ１６に伝達され、エンジンを始動させる。
【０００５】
エンジン着火後、始動スイッチ３をオフとすると、バッテリ２から可動接点４ｃを介してプルインコイル６およびホールディングコイル７に直列に電流が流れる。この時、ホールディングコイル７には吸引時と同方向の電流が流れ、プルインコイル６には吸引時と逆方向の電流が流れるため、ホールディングコイル７とプルインコイル６とには逆方向の吸引力が発生する。そして、電流が両コイルに直列に流れるため、両コイルに流れる電流値は同一であるので、それぞれのコイルの巻き数を同等にしておくと、反対方向の吸引力が発生しても、それぞれの吸引力は同一アンペアターンとなり、互いの力を打ち消し合いゼロとなるため、プランジャ５はリターンスプリング８の付勢力により戻ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の始動電動機のスイッチ制御装置では、以上のように、始動スイッチ３をオンした時に、バッテリー２の全電圧がプルインコイル６およびホールディングコイル７に一度に印加されるので、各スプリングの力以上の大きな吸引力が両コイルに発生してしまう。そこで、プランジャ５の吸引加速度は大きなものとなり、ピニオン１５等の慣性力が悪化したり、あるいは使用過程でのピニオン１５の移動が悪化したりして、レバースプリング１３が先に撓んでしまい、主接点４が閉成してモータが立ち上がってしてしまう。そのため、ピニオン１５とリングギヤ１６とが噛み合わないという事態が発生するという課題があった。
さらには、機構上プルインコイル６とホールディングコイル７との巻き数を同等にしなければないが、使用中の不意の不具合により、両コイルのいずれかに線間ショート（レヤー）が発生すると、両コイルの巻き数がアンバランスとなり、始動スイッチ３をオフしても、プランジャ５が自己保持したままとなってしまうという課題があった。そして、プランジャ５が自己保持されると、電機子１０がピニオン・リングギヤ比倍で回転され、ついには遠心力で破壊されてしまうことにつながる。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、プルインコイルとホールディングコイルとの一方のコイルにはバッテリー電圧を直接印加し、他方のコイルには低電圧からバッテリー電圧まで時間的に変化させて印加するようにし、ピニオンに作用する移動力をプランジャの移動に合わせてピニオンとリングギヤとの噛み合いを確実にした始動電動機のスイッチ制御装置を得ることを目的とする。
さらに、始動スイッチのオフ時にプルインコイルとホールディングコイルとに直列に流れる電流経路の形成を回避し、両コイルの巻き数のアンバランスに起因するプランジャの自己保持現象を防止した始動電動機のスイッチ制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る始動電動機のスイッチ制御装置は、プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられているものである。
【００１１】
また、上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えているものである。
【００１２】
また、上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
図１において、電圧制御手段としての可変抵抗器２０が接続点Ａとプルインコイル６との間に配設されている。
なお、他の構成は図４に示した従来の始動電動機のスイッチ制御装置と同様に構成されている。
【００１４】
つぎに、この実施の形態１による始動電動機のスイッチ制御装置の動作について説明する。
先ず、始動スイッチ３をオンすると、プルインコイル６およびホールディングコイル７がバッテリー２に接続され、プルインコイル６およびホールディングコイル７に並列に電流が流れる。この時、ホールディングコイル７には始動スイッチ３の閉成時からバッテリー２の全電圧が直接印加される。一方、プルインコイル６に印加される電圧は、可変抵抗器２０により始動スイッチ３の閉成時から時間とともに低電圧からバッテリ電圧に徐々に昇圧される。
これにより、両コイル６、７に電磁力が発生する。このため、プランジャ５が、リターンスプリングを撓ませながら図中上方向に吸引移動される。このプランジャ５の移動にともない、プランジャ５に係合するレバー１２が支点１２ａを中心に回動し、クラッチ１４（ピニオン１５）をリングギヤ１６の方向に押し出す。そして、ピニオン１５の端面がリングギヤ１６の端面に当接した時点で、ピニオン１５の移動が止められる。この時、プランジャ５は、プルインコイル６およびホールディングコイル７により吸引されているので、プランジャ５内のドライブスプリングを撓ませながら移動を続ける。
【００１５】
そして、可動接点４ｃが固定接点４ａ、４ｂに当接し、プランジャ５の移動が止まる。主接点４が閉成された時点で、プルインコイル６の両端の電位差がほぼゼロとなり、プルインコイル６には電流が流れなくなり、ホールディングコイル７の吸引力のみでプランジャ５の吸引を保持する。一方、主接点４が閉成されることで、電機子１０が通電付勢されて回り始め、ピニオン１５とリングギヤ１６との歯がずれ、ピニオン１５がドライブスプリングの付勢力とねじれスプラインにより図中右方向に押し出され、リングギヤ１６に噛み合う。そして、電機子１０の回転力がピニオン１５を介してリングギヤ１６に伝達され、エンジンを始動させる。
【００１６】
この実施の形態１によれば、プルインコイル６に印加される電圧が可変抵抗器２０により始動スイッチ３の閉成時から時間とともに低電圧からバッテリ電圧に徐々に昇圧されるので、両コイル６、７に発生する電磁力によるプランジャ５に作用する吸引力は、リターンスプリング、ドライブスプリング、レバーバネ等ののバネ力とのバランスを段階的に破りながら大きくなる。そこで、プランジャ５に作用する両コイル６、７による吸引力とリターンスプリング、ドライブスプリング、レバーバネ等のバネ力とのバランスが大きくずれることがなく、プランジャ５の吸引加速度の上昇が抑えられる。このため、プランジャ５の過大な吸引加速度に起因するピニオン１５などの慣性力の悪化や使用過程におけるピニオン１５の移動の悪化が抑制されるので、レバースプリング１３が先に撓んでしまって主接点４が閉成されてモータが立ち上がることが未然に防止され、ピニオン１５とリングギヤ１６との噛み合いがスムーズに確実に行われる。
また、プルインコイル６に印加される電圧のみを制御しているので、プルインコイル６とホールディングコイル７との両方に印加される電圧を制御する場合に比べて、可変抵抗器２０の小型化が図られる。
【００１７】
ここで、ホールディングコイル７は、長時間動作するもので、細いコイルで作製され、小さな電流を流して動作させるものである。一方、プルインコイル６は、短時間で動作が終了するもので、太いコイルで作製され、大きな電流を流して動作させるものである。
そこで、可変抵抗器２０を用いてホールディングコイル７に印加される電圧を調整しようとすると、動作時間が長いために可変抵抗器２０の熱劣化（故障）が起こりやすい。一方、可変抵抗器２０を用いてプルインコイル６に印加される電圧を調整しようとすると、動作時間が短いために可変抵抗器２０の熱劣化（故障）が起こりにくい。
従って、プルインコイル６およびホールディングコイル７のいずれかのコイルに印加される電圧を調整することにより、ピニオン１５とリングギヤ１６との噛み合いをスムーズに確実に行わせることができるが、信頼性の面から、プルインコイル６に印加される電圧を調整することがよい。
【００１８】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図２に示されるように、電圧制御手段としての可変電圧器２１が接続点Ａとプルインコイル６との間に配設され、電流遮断手段としてのスイッチ２２、２３が接続点Ａと可変電圧器２１およびホールディングコイル７との間にそれぞれ設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００１９】
つぎに、この実施の形態２による始動電動機のスイッチ制御装置の動作について説明する。なお、エンジン着火までの動作はスイッチ２２、２３が閉成されている点を除いて上記実施の形態１と同じであるので、ここではエンジン着火後の動作について説明する。
エンジン着火後、始動スイッチ３をオフとすると同時に、スイッチ２２、２３が開成される。この時、直列に接続されているプルインコイル６とホールディングコイル７との両端、即ち固定接点４ｂ（可動接点４ｃ）と接地との間にバッテリ電圧が印加されるが、スイッチ２２、２３の開成により、固定接点４ｂ（可動接点４ｃ）からプルインコイル６とホールディングコイル７とを介して接地に流れる電流経路が遮断される。そこで、プルインコイル６およびホールディングコイル７には電流が流れず、プランジャ５がリターンスプリング８の付勢力により戻される。
【００２０】
このように、この実施の形態２によれば、始動スイッチ３の開成時に、固定接点４ｂ（可動接点４ｃ）からプルインコイル６とホールディングコイル７とを介して接地に流れる電流経路が遮断されるので、プランジャ５の自己保持を回避するために従来必要であったプルインコイル６とホールディングコイル７とのコイル巻き数を同一とする制約が解除される。
従って、使用中に不意の不具合によりプルインコイル６およびホールディングコイル７でレヤーが発生しても、電機子１０の破壊につながるプランジャ５の自己保持現象は起こらず、信頼性を向上させることができる。
また、従来、プルインコイル６とホールディングコイル７とのコイル巻き数を同一とする制約から、太いコイルで作製されるプルインコイル６の巻き数を細いコイルで作製されるホールディングコイル７の巻き数に合わせており、プルインコイル６の大型化を招いていた。しかしながら、この実施の形態２では、該制約がないので、プルインコイル６とホールディングコイル７とを単独で設計することができ、太いコイルで作製されるプルインコイル６の小型化が図られる。
【００２１】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図３に示されるように、電流遮断手段としての一方向導通素子であるダイオード２４が接続点Ａと可変電圧器２１との間にそれぞれ設けられている。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
【００２２】
この実施の形態３では、始動スイッチ３の開成時に、固定接点４ｂ（可動接点４ｃ）からプルインコイル６とホールディングコイル７とを介して接地に流れる電流経路がダイオード２４により遮断されるので、プランジャ５の自己保持を回避するために従来必要であったプルインコイル６とホールディングコイル７とのコイル巻き数を同一とする制約が解除される。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
さらに、この実施の形態３によれば、電流遮断手段が一方向導通素子であるダイオード２４で構成されているので、上記実施の形態２のように、スイッチ２２、２３を開閉させる必要がなく、より制御が簡易となる。
また、可変電圧器２１とプルインコイル６との間にダイオード２４が介装されているので、主接点４の開成時のサージ電圧を阻止することができ、可変電圧器２１を構成する半導体素子の破壊を未然に防止することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態１、２では、電圧制御手段として可変抵抗器２０あるいは可変電圧器２１を用いるものとしているが、電圧制御手段はこれらに限定されるものではなく、例えば半導体スイッチング素子で構成された電流値調整器でもよい。
また、上記各実施の形態では、始動電動機の種類について特に説明していないが、エンジンスタート頻度が多いアイドルストップシステム車両の始動電動機に適用すれば、この発明の効果が一段とあがる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２５】
この発明によれば、プルインコイルとホールディングコイルとが主接点のモータ端子と接地との間に直列に接続され、バッテリーの正側端子が上記主接点のバッテリー端子に接続されるとともに、始動スイッチを介して上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとの接続点に接続され、上記始動スイッチの開閉により上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとへの通電を制御して、両コイルに発生する電磁力によりプランジャを駆動して上記主接点の開閉制御を行う始動電動機のスイッチ制御装置において、上記プルインコイルに印加される電圧が上記始動スイッチの閉成時から時間とともに低電圧からバッテリー電圧に徐々に増加され、上記ホールディングコイルには上記始動スイッチの閉成時からバッテリー電圧が直接印加されるように、上記両コイルに印加される電圧を制御する電圧制御手段を備え、上記電圧制御手段が上記プルインコイルと上記接続点との間に設けられているので、プランジャの吸引加速度が小さくなり、リングギヤとピニオンとの噛み合いがスムーズに確実に行われる始動電動機のスイッチ制御装置が得られる。
【００２８】
また、上記始動スイッチの開成時に、上記モータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路を遮断する電流遮断手段を備えているので、プルインコイルとホールディングコイルとのコイル巻き数を同一とする制約がなくなり、プランジャの自己保持現象に起因するピニオンの破壊を未然に防止することができる。
【００２９】
また、上記電流遮断手段が、上記モータ端子と上記接続点との間に設けられた一方向導通素子であるので、始動スイッチの開成時にモータ端子から上記プルインコイルと上記ホールディングコイルとを介して接地に流れる電流経路が自動的に遮断され、複雑な制御が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【図４】従来の始動電動機のスイッチ制御装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１  始動電動機、２  バッテリー、３  始動スイッチ、４  主接点、４ａ  固定接点（バッテリー端子）、４ｂ  固定接点（モータ端子）、５  プランジャ、６  プルインコイル、７  ホールディングコイル、２０  可変抵抗器（電圧制御手段）、２１  可変電圧器（電圧制御手段）、２２、２３  スイッチ（電流遮断手段）、２４  ダイオード（電流遮断手段、一方向導通素子）、Ａ  接続点。
【図１】
0003545622.tif 000002
【図２】
0003545622.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003545622.tif 000005