(57)【要約】  内燃エンジンと発電機とのユニットからなり前記発電機の回転子（１７）が内燃エンジンのクランクシャフト（１）と回転ずれを起こさないように結合されている電源装置用の始動装置であり、この始動装置が、回転子（１７）あるいは固定子（１１）のうちの一方の上に配置される少なくとも１つの始動コイルと、前記回転子（１７）あるいは固定子（１１）のうちの別の一方の上に配置され、通電した始動コイルのコイル磁界と共に作用する少なくとも１つの始動マグネットと、始動コイルを電源に接続するかあるいは始動コイルを電源切断するための２つのスイッチ状態を有している少なくとも１つの固定式コイル電流スイッチ（２４）と、前記コイル電流スイッチと共に作用してこのコイル電流スイッチを回転子の角度位置に応じてその両方のスイッチ状態のうちの片方に切り換えることができる、回転子上に回転ずれしないよう設置された少なくとも１つのスイッチ操作手段を備える。【選択図】図１
2007538482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンと発電機とのユニットからなり前記発電機の回転子（１７）が内燃エンジンのクランクシャフト（１）と回転ずれを起こさないように結合されている電源装置用の始動装置であり、
回転子（１７）あるいは固定子（１１）のうちの一方の上に配置される少なくとも１つの始動コイル（２６，２７，２８）と、前記回転子（１７）あるいは固定子（１１）のうちの別の一方の上に配置され、通電した始動コイル（２６，２７，２８）のコイル磁界と共に作用する少なくとも１つの始動マグネットと、始動コイル（２６，２７，２８）を電源に接続するかあるいは始動コイル（２６，２７，２８）を電源切断するための２つのスイッチ状態を有している少なくとも１つの固定式コイル電流スイッチ（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）と、前記コイル電流スイッチ（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）と共に作用してこのコイル電流スイッチ（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）を回転子の角度位置に応じてその両方のスイッチ状態のうちの片方に切り換えることができる、回転子（１７）上に回転ずれしないよう設置された少なくとも１つのスイッチ操作手段、
を備えることを特徴とする始動装置。
【請求項２】
スイッチ操作手段は同時に複数、特に２つのコイル電流スイッチ（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）を互いに一致するスイッチ状態に切り換えるために適することを特徴とする請求項１記載の始動装置。
【請求項３】
コイル電流スイッチ（Ｓ１）は押し戻し圧力に対抗して推動可能なスイッチングマグネット（４７）を備えていてその推動によってコイル電流スイッチ（Ｓ１）が閉じられ、前記スイッチングマグネット（４７）はこれを推動するために、特に鉄等の磁性あるいは強磁性材料からなる板形状の要素（２５）の形式のスイッチ操作手段と共に作用することを特徴とする請求項１または２記載の始動装置。
【請求項４】
板形状の要素（２５）は少なくとも１つの部分円盤（３１）の形式であることを特徴とする請求項３記載の始動装置。
【請求項５】
回転子（１７）は板形状の要素（２５）のための放射ガイド（４５）を備えることを特徴とする請求項３または４記載の始動装置。
【請求項６】
回転子（１７）は少なくとも１つの弾力的なバネ手段（３３，３４）を備えており、これはその一端部が回転子上に他方の端部が板形状の要素（２５）に固定され、それによって板形状の要素（２５）が回転子（１７）の回転軸に向かって半径方向に弾力的にバネ荷重されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の始動装置。
【請求項７】
回転子（１７）の回転数が所与の数値よりも高い場合に、そこで作用する遠心力のため板形状の要素（２５）が、コイル電流スイッチ（Ｓ１）のスイッチングマグネット（４７）が前記板形状の要素（２５）との磁力相互作用によって推動され得ないような位置を取り得ることを特徴とする請求項６記載の始動装置。
【請求項８】
始動コイル（２６）が２つのスイッチング状態を有するフリーホイールスイッチ（Ｓ２）を介してダイオード（５１）を備えたフリーホイール回路と接続され得ることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の始動装置。
【請求項９】
フリーホイールスイッチ（Ｓ２）は押し戻し圧力に対抗して推動可能なスイッチングマグネット（４６）を備えていてその推動によってフリーホイールスイッチ（Ｓ２）が切り換えられ、前記スイッチングマグネット（４６）はこれを推動するために、特に鉄等の磁性あるいは強磁性材料からなる板形状の要素（２５）の形式のスイッチ操作手段と共に作用することを特徴とする請求項８記載の始動装置。
【請求項１０】
回転子（１７）の回転数が所与の数値よりも高い場合に、そこで作用する遠心力のため板形状の要素（２５）が、フリーホイールスイッチ（Ｓ２）のスイッチングマグネット（４６）が前記板形状の要素（２５）との磁力相互作用によって推動され得ないような位置を取り得ることを特徴とする請求項９記載の始動装置。
【請求項１１】
フリーホイールスイッチ（Ｓ２）は回転子（１７）の回転方向において始動コイルスイッチ（Ｓ１）に対して後置接続されることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の始動装置。
【請求項１２】
３つの始動コイル（２６，２７，２８）を備えてなり、それらがその作用方向において回転子（１７）の回転方向に見ていずれも１２０°の角度差を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の始動装置。
【請求項１３】
固定的な電機子巻線と回転子（１７）内に配置された発電機の励磁用の永久磁石（２３）を備え、
回転子（１７）は外側回転体としてディーゼルエンジンのフライホイールを形成し固定子（１１）は電機子巻線を支持するとともに回転子（１７）の内側に配置され、
回転子（１７）は一方で駆動エンジンのクランクシャフト（１）上に前面からフランジ付けされた冷却ファン（２）上に取り付けられ、
固定子（１１）は層状化された鉄ユニットとして形成されこれが電機子巻線を支持しているとともにその層状コアの貫通孔部を貫通してこの層状コアを留め付けている固定子ネジ（１４）によって発電機蓋部材（９）の内側リング（１０）にネジ付けされ、
回転子（１７）は層状化された鉄ユニットとして形成されそれが回転磁界を生成するための永久磁石（２３）を支持しているとともに貫通孔部を介してこの層状コアに貫通しこれを留め付けている締付けネジ（１８）によって前記の冷却ファン（２）の周囲部に沿って複数箇所これにネジ付けされている、
請求項１ないし１２のいずれかに記載の電源装置の始動装置。
【請求項１４】
始動装置の始動マグネットが発電機励磁用の永久磁石であることを特徴とする請求項１３記載の始動装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの始動装置の始動コイル（２６）が発電機の固定式電機子巻線とは異なった固定子巻線の形式で形成されることを特徴とする請求項１３または１４記載の始動装置。
【請求項１６】
コイル電流スイッチ（Ｓ１）および始動スイッチ（Ｓ２）をケース蓋部材（９）の内側に配置することを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれかに記載の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンと発電機、特にディーゼルエンジンと同期発電機からなるユニットを機能的および構造的に構成する電源装置のための始動装置に関する。この種の電源装置においては、発電機の回転子が内燃エンジンのクランクシャフトと回転ずれを起こさないように固定されている。
【０００２】
内燃エンジンは、電気モータのように同一のエネルギーから始動することはできないため、特別な始動装置によって始動しなければならない。この際、この内燃エンジンの形式およびシリンダ数、ならびに潤滑油特性およびエンジン温度に大きく依存する、圧縮、ピストン摩擦、支承摩擦による抵抗を超越しなければならない。オットーエンジンにおいて自律回転に必要な空然混合が形成されるか、あるいはディーゼルエンジンにおいては自己点火温度が達成されるように、始動装置は最小回転数（始動回転数）で回転し、最初の点火の後追走（ｒａｍｐ  ｕｐ）によって最小自律回転数へ達することを補助しなければならない。
【０００３】
従来の始動装置は、電気モータの近傍に始動継電器と組み合わされ電気モータの電機子軸と回転ずれを起こさないように結合されたピニオンを備えており、これがリングギアによってエンジンのフライホイールに作用する。内燃エンジンを始動するためには前記のピニオンがまずリングギアに完全に噛合する必要があり、その後エンジンフライホイールを回転させるために必要な回転トルクが伝達されその後適宜な時点で噛合が解除される。クランクシャフトの回転数が電気モータの電機子回転数を上回った際に内燃エンジンの側がピニオンを駆動することを防止するために、従来のスタータは一般的にピニオンと電気モータの電機子の間の回転ずれを起こさない連結を解除するよう作用するフリーホイールを備えている。
【０００４】
従来の技術によって知られている始動装置の問題点は、特にこの始動装置の構造様式および形式に応じて大きな空間を必要とする独立した構成要素を成すことである。このことは、特に出力が大きいため寸法が大きくなる据え置き型ディーゼルエンジンのスタータにおいて考慮すべきである。
【０００５】
さらに、ピニオンとリングギアは、フライホイールへの回転トルクの伝達に際して高いレベルの機械的磨耗のリスクを伴う。従って、より高められた磨耗を回避するために常にピニオンが適正に噛合および解除されるよう配慮する必要があり、そのために好適であるエボリュート形をピニオンとリングギアが有しており、またピニオンとリングギアの歯がしばしば追加的に側面で面取りされる。この処置によって必ずしも所要の効果が得られるものではないにもかかわらず、これは手間がかかりまた比較的高コストな加工工程を伴ったものとなる。さらに、ピニオンとリングギアの寿命を長期化するために適した材料を選択することが必要であり、それによってもまた高い材料費が必要になる。
【０００６】
しばしばローラフリーホイール、層状フリーホイール、またはラジアル歯フリーホイールとして形成されるフリーホイールは機械的に複雑な装置であり、磨耗に弱く製造に際してはコスト高の要因となる。
【０００７】
内燃エンジンが始動できなかったため始動操作が繰り返される場合、スタータ電機子が迅速に静止状態に戻る必要があり、さもないと始動装置が損傷する危険性がある。しかしながら、時間的に間隔を空けずに始動を試みる始動装置の誤操作によって未だスタータ電機子が回転している際に“再始動”してしまう危険性が、従来の始動装置においては排除されていなかった。そのような誤操作を防止するために、スタータを切断した後未だに回転しているスタータ電機子に対して並列に接続され回生制動装置として作用する特殊な制動巻線を設置することができる。しかしながらこの種の安全装置はさらに製造コストを増大させるため、問題外である。さらに危険なことは、回転している内燃エンジンにおいてピニオンが解除されている際に始動操作を行うことであり、これは、再度の始動操作に際してエンジンが回転しているためピニオンがインタロック式に機械接続されずそのため歯の損傷に通じるためである。
【０００８】
従来の技術によって知られている始動装置のさらに別の問題点は、使用される電気モータにおいて極めて誘導性の高い電流が整流子上で整流されるかあるいは接続される必要があるためである。高誘導性の電流の遮断は極めて問題の多い操作であり、それはコイルの磁界内に高いエネルギーが蓄えられており、これが特に予防措置をしない限り電流の遮断に際して整流子上に火花を発生させて放電され、場合によってはそれを破損させるためである。そのような火花を防止するために電機子巻線が極めて細かく分割され、それによって個々のコイルは極めて少ない巻線数を有するものとなる。従って技術的に複雑な細かく分割された整流子が整流のために使用され、それによって電気モータの製造コストが比較的高いものとなる。加えて、さらに別の整流補助装置を設けることができ、それによって電気モータの製造コストがさらに上昇する。
【０００９】
従って、本発明の目的は、前述した従来の始動装置の問題点を回避することができる、内燃エンジンと発電機とのユニットからなる電源装置の始動装置を提供することである。
【００１０】
前記の課題は、本発明に従って請求項１の始動装置によって解決される。従属請求項には本発明の好適な構成形態が定義されている。
【００１１】
本発明によれば、内燃エンジンと発電機とのユニットからなり前記発電機の回転子が内燃エンジンのクランクシャフトと回転ずれを起こさないように固定されている電源装置用の始動装置は、回転子あるいは固定子上に配置することができる少なくとも１つの始動コイルと、同様に回転子上あるいは固定子上に配置することができるが前記始動コイルが固定子上に配置される場合は回転子上に配置され逆に前記始動コイルが回転子上に配置される場合は固定子上に配置され、通電した始動コイルのコイル磁界と共に作用することができる少なくとも１つの始動マグネットと、始動コイルを電源に対して接続あるいはそれから切断するための２つのスイッチ状態を有している少なくとも１つの固定式コイル電流スイッチと、前記コイル電流スイッチと共に作用してこのコイル電流スイッチを回転子の角度位置に応じてその両方のスイッチ状態のうちの片方に切り換えることができる、回転子上に回転ずれしないよう固定された少なくとも１つのスイッチ操作手段とからなる。
【００１２】
本発明に係る始動装置は効率的に発電機内に内蔵され、従って従来の始動装置に比べてスペースを節約することができる。加えて、固定子および回転子等の発電機の構成要素を始動装置の電気モータ用にも使用できるため材料およびコストを低減することができる。特に好適なことは、始動装置の電気モータの回転トルクが発電機の回転子を介して内燃エンジンのクランクシャフトに直接伝導されることであり、従って従来のピニオンと内燃エンジンのフライホイール上に取り付けられたリングギアを省略することができる。始動トルクは非接触式および完全に無磨耗式に電磁的に伝達される。場合によって起こり得るエンジン回転中の始動装置の再操作も問題ではなくなり、従来の始動装置と異なって始動装置の破損に通じることはない。それどころか始動装置は、いずれの時点においても、また始動装置および内燃エンジンのいずれの稼動状態においても、破損の危険を伴わずに作動させることができる。整流は、従来の整流子を使用することなく、適正位相で始動コイルを通電させることのみによって実施される。
【００１３】
本発明に係る始動装置の好適な構成形態によれば、コイル電流スイッチは押し戻し圧力に対抗して推動可能なスイッチングマグネットを備えており、その推動によってコイル電流スイッチが閉じられる。前記スイッチ操作手段は特に鉄等の磁性あるいは強磁性材料からなる板形状の要素の形式で形成され、これは回転子の回転によって、コイル電流スイッチのスイッチングマグネットが磁力相互作用のために前記板状要素によって誘引されて動作しその結果コイル電流スイッチが閉じられるような、コイル電流スイッチのスイッチングマグネットに対する相対位置に移動させることができる。スイッチングマグネットと板状要素との間の充分な磁力相互作用を達成するために、互いに対向している板状要素とスイッチングマグネットの面が軸方向の延伸において特定の範囲で重なり合うことによってスイッチングマグネットの推動を誘発するように、始動装置が実用的に設計される。
【００１４】
コイル電流スイッチは板状要素による操作に際して、すなわちスイッチングマグネットと板状要素との間に充分な相互作用が存在する際に、“閉じられた”状態に変遷し、この状態において始動コイルが電流源と接続され、始動コイルに通電される。このコイル電流スイッチの切り換え状態は、板状要素がそのスイッチングマグネットとの間の牽引する磁力相互作用のためにスイッチングマグネットをその推動された位置に保持している状態である限り維持される。コイル電流スイッチの閉じられた開閉状態への移行による切り換え操作は、互いに対向している板状要素とコイル電流スイッチの面が軸方向の延伸において少なくとも７０％の重なり合いを有する必要があるように設計することができる。逆に、それより小さい重なり合いに際してはスイッチングマグネットを移動させコイル電流スイッチを閉じるために充分な磁力相互作用が板状要素とスイッチングマグネットとの間に発生しないことを意味し、従ってコイル電流スイッチがその“開き”位置に移行し、その場合始動コイルは通電されない。これに代えて、コイル電流スイッチは、スイッチングマグネットと板状要素との間に充分な相互作用が存在する際にスイッチングマグネットをその開き状態に移行させて始動コイルは電源から切断しまたその逆の動作も成り立つように設計することもできる。
【００１５】
従って、回転子を完全周回させた際にコイル電流スイッチは少なくとも２回切り換えられ、すなわちまず一回目は予め設定することができる互いに対向するスイッチングマグネットと板状要素の面の間の充分な重なり合いの角度範囲においてコイル電流スイッチがその閉じ状態になりその際に始動コイルが電源に接続され、２回目は前記の予め設定可能な角度領域の外側においてその開き状態になりそこで始動コイルが電源から切断される。極めて好適な方式によって、従来の整流子を省略することができ、これはコイル電流スイッチの開閉のみによって始動コイルを適正位相で電源に対して接続および切断することができるためである。複数の始動コイルが存在する場合、暫くの間合計モーメントが得られるように前記複数の始動コイルを同時に通電することが極めて好適である。
【００１６】
板状要素は少なくとも１つの部分円盤の形式で形成することが好適である。
【００１７】
本発明の別の好適な構成形態によれば、回転子が板状要素に対して放射ガイドを備え、それによって板状要素が放射方向に移動可能に誘導される。加えて、回転子は少なくとも１つの弾力的なバネ手段を備えており、これはその一端部で回転子上に他方の端部で板状要素に固定されている。このバネ手段によって板状要素が回転子の回転軸に向かって半径方向に弾力的にバネ荷重される。言い換えると、回転子の回転中に板状要素に作用する遠心力によって、この遠心力がバネ手段のバネ圧力を克服する程大きい場合に、板状要素が放射ガイド内においてバネ手段のバネ圧力に対抗して回転軸と逆の放射方向に動作することができる。
【００１８】
本発明の好適な構成形態によれば、回転子の回転数が所与の数値よりも高い場合に、そこで作用する遠心力によって弾力的なバネ手段のバネ圧力に対抗して板状要素が、コイル電流スイッチのスイッチングマグネットと板状要素との間の牽引する磁力相互作用がスイッチングマグネットを推動してコイル電流スイッチを切り換えるには小さ過ぎるような状態を取り得るように、この板状要素が構成される。言い換えると、互いに対向する板状要素とコイル電流スイッチのスイッチングマグネットの面が、発電機の軸方向の延伸において前記スイッチングマグネットを推動するよう作用してコイル電流スイッチをその閉じ状態に移行させるために充分な程度には重なり合わない程に、板状要素が遠心力によって回転軸から離れて放射方向に動作する。つまり、前述した互いに対向するスイッチングマグネットと板状要素の面の軸方向の延伸の重なり合いが７０％になるような板状要素によるスイッチングマグネットの動作の例を取れば、回転子の回転数が所与の数値より高い際の遠心力の作用による板状要素の放射方向動作によって重なり合いが７０％未満となる。
【００１９】
これによって技術的に極めて簡便な方式で、例えば３５０ｒｐｍである内燃エンジンの最低始動回転数に相当する予め設定可能な回転数において内燃エンジンのクランクシャフトから始動装置が切断される。一般的に高コストなその他の、始動装置を切断あるいは非能動化するための保護装置は省略することができる。
【００２０】
さらに、始動コイルが２つのスイッチング状態を有するフリーホイールスイッチを介してダイオードを備えたフリーホイール回路と接続されれば好適である。これによって、簡便かつ低コストな方式で高誘導性電流の遮断に際しフリーホイール回路を介して始動コイルの磁力エネルギーを除去することができる。火花の発生による接触子の損傷を簡便な方式で防止することができる。従ってこの目的のための追加的な保護装置は不要である。
【００２１】
フリーホイールスイッチがコイル電流スイッチと同一構造でコイル電流スイッチと同様に板状要素によって切り換えられれば好適である。従って、フリーホイールスイッチのスイッチングマグネットと板状要素との間の磁力相互作用によってこのフリーホイールスイッチが接続されるような、フリーホイールスイッチのスイッチングマグネットに対する相対位置に、回転子の回転によって板状要素が移行することができる。加えて、予め設定可能な回転子の回転数よりも高い数値において作用する遠心力によって弾力性のバネ手段のバネ圧力に対向して板状要素が、フリーホイールスイッチのスイッチングマグネットと板状要素との間の磁力相互作用がフリーホイールスイッチを接続するためには小さ過ぎる程度になるような位置を取れば好適である。このフリーホイールスイッチに対しての板状要素の位置は、コイル電流スイッチに対する板状要素の位置に相当することが好適である。フリーホイールスイッチを付勢することにより、すなわちフリーホイールスイッチのスイッチングマグネットと板状要素の間にスイッチングマグネットを推動するために充分な磁力相互作用が存在する際に、フリーホイールスイッチがその“閉じ”スイッチ状態に移行し、すなわちこのスイッチ状態においては始動コイルがフリーホイール回路を介して短絡される。フリーホイールスイッチのスイッチングマグネットと板状要素の間の磁力相互作用がスイッチングマグネットを推動するために充分でない場合、このスイッチングマグネットはフリーホイール回路をその“開き”スイッチ状態に切り換え、その場合始動コイルはフリーホイール回路を介して短絡されない。
【００２２】
フリーホイールスイッチは始動コイルスイッチに対して回転子の回転方向において後置接続することが好適である。このことは、フリーホイールスイッチが時間的な順序としてコイル電流スイッチの後に板状要素によって接続されることを意味する。それによって、コイル電流スイッチがその開きスイッチ状態に切り換えられている場合にフリーホイールスイッチがその閉じスイッチ状態に切り換えられ、それによって始動コイルに蓄えられた磁力エネルギーが解消される。ここで、フリーホイールスイッチは始動コイル内の電流が所定の最低値未満に低下した際に迅速に再び開放される必要があることに留意しなければならず、これはさもなければ磁界中における始動コイルの動作および閉じられたフリーホイール回路によって始動コイル内に移動電圧が誘導され、これが高い損失を伴ったフリーホイール回路を介しての短絡電流につながるためである。
【００２３】
板状要素によるフリーホイールスイッチの操作によって極めて簡便かつ低コストな方式でフリーホイール回路を始動コイルの電気回路に接続、あるいはそれから切断することができ、これは特に従来の直流電気モータにおいては技術的に極めて困難な操作である。
【００２４】
従って、回転子が回転すると切り換え操作に充分な牽引する磁力相互作用がコイル電流スイッチのスイッチングマグネットと板状要素との間に形成されてコイル電流スイッチが接続され、それによって始動コイルに通電される。その後板状要素がフリーホイールスイッチのスイッチマグネットに到達してこれを閉じ、それによってフリーホイール回路が閉じられる。従ってこの時点でコイル電流スイッチならびにフリーホイール回路のスイッチの両方が閉じられ、この際ダイオードは遮断方向に極性が向いており、そのため未だフリーホイール回路を電流が通流することができない。回転子がさらに回転してコイル電流スイッチが閉じてから所定の角度範囲を逸脱した後、コイル電流スイッチが再び開放され、その結果始動コイルが再び電源から切断される。この時点でフリーホイール回路が閉じられているため、フリーホイール回路を介して始動コイル内に蓄えられている磁界エネルギーを放散することができる。続いて、回転子がさらに回転してフリーホイールスイッチが閉じてから所定の角度範囲を逸脱した後、フリーホイールスイッチが再び開放され、その結果フリーホイール回路が再び開放される。
【００２５】
回転子回転数に依存したフリーホイールスイッチの操作時点によって、コイル電流スイッチが開かれた後フリーホイールスイッチが未だ閉じている時間間隔が好適な方式で制御される。回転子の回転数がより高くなると、コイル電流スイッチが開いた後にフリーホイールスイッチのスイッチングマグネットが板状要素によって牽引されている時間間隔は、回転子の回転数がより低い場合に比べて短くなる。しかしながら回転子の回転数が低い場合に回転数がより高い場合に比べてより大きな電流が始動コイルを通流するため、回転子の回転数が高い場合に比べて回転子の回転数が低い際には始動コイルの磁界内に蓄えられたより大きなエネルギーを解消しなければならない。この回転数が低い場合に始動コイルの磁界内に蓄えられるより大きなエネルギー量は、回転子の回転数が高い場合に比べて回転子の回転数が低い際にはコイル電流スイッチが開放された後フリーホイールスイッチをより長く閉じていることによって効果的に解消することができる。逆に、回転子の回転数が高い場合にはフリーホイールスイッチはより迅速に再度開放され、それによって高い回転子回転数に際して始動コイルの磁界内に蓄えられたより小さなエネルギーを効果的に解消することができる。同時に、高い回転子回転数に際してより迅速にフリーホイールスイッチを開放することによって、磁力エネルギーの解消を行った後未だ閉じられているフリーホイール回路によって始動コイル内の移動電圧が短絡されることを効果的に防止することができる。
【００２６】
始動装置は、その作用方向において回転子の回転方向に見てそれぞれ１２０°の角度差を有し、それによって発電機の回転子に対しての効率的なトルク伝達を達成する、３つの始動コイルを備えることが好適である。ここで、各始動コイルがそれぞれ独自のフリーホイール回路を備え、それらがいずれもフリーホイールスイッチを介して始動コイルに短絡可能であることが好適である。
【００２７】
回転子が完全に周回により、それぞれのコイル電流スイッチとフリーホイールスイッチの適宜な構成と板状要素の操作を通じて以下のように時系的な順序をもってそれらを付勢することができる。まず第１の始動コイルのコイル電流スイッチと続いてそれに対応するフリーホイールスイッチが閉じられる。その後第１の始動コイルのコイル電流スイッチと第１の始動コイルのフリーホイールスイッチが再び前後に続いて開放される。続いて、第２の始動コイルのコイル電流スイッチと第２の始動コイルのフリーホイールスイッチが閉じられ、その後再び前後して開放される。さらに、第３の始動コイルのコイル電流スイッチと第３の始動コイルのフリーホイールスイッチが閉じられる。最後にそれらが再び開放される。この方式によって、コイル電流スイッチを適正位相で閉開、すなわち始動コイルに通電およびそれを遮断することによって、従来の整流子を使用することなく、簡便かつ確実な電機子電流の整流を達成することができる。ここで、２つの始動コイルを時間的に限定して同時に通電すれば特に好適であり、すなわち各２つのコイル電流間に時間的な重なりが生じ、それによって一定時間両方の始動コイルによる合計トルクが形成され、瞬間的なトルク欠如が防止される。
【００２８】
前述した本発明の構成形態においては、コイル電流スイッチと同じ板状要素との間の磁力相互作用によってフリーホイールスイッチが切り換えられるよう構成されている。しかしながら、前記コイル電流スイッチのための第１の板状要素に比べて半径方向に見てより内側あるいは外側に配置されている第２の板状要素によってこれを実現することも可能である。そのため、フリーホイールスイッチは前記第２の板状要素の半径方向の位置に相当する位置になければならない。その結果、例えば両方の板状要素を異なった形状とすることによってフリーホイールスイッチの切り換え時点をコイル電流スイッチの切り換え時点から全く独立して設定することも可能となる。例えば、コイル電流スイッチとフリーホイールスイッチを同時に閉じ、その後前後して時間的な遅れをもって開放することができる。
【００２９】
本発明に係る始動装置は、固定的な電機子巻線と回転子内に配置された発電機の励磁用の永久磁石を備え、回転子は外側回転体としてディーゼルエンジンのフライホイールを形成し固定子が電機子巻線を支持するとともに回転子の内側に配置され、回転子は一方で駆動エンジンのクランクシャフト上に前面からフランジ付けされた冷却ファン上に取り付けられ、固定子は層状化された鉄ユニットとして形成されこれが電機子巻線を支持しているとともにその層状コアの貫通孔部を貫通してこの層状コアを留め付けている固定子ネジによって発電機外蓋部材の内側リングにネジ付けされ、回転子は層状化された鉄ユニットとして形成されそれが回転磁界を生成するための永久磁石を支持しているとともに貫通孔部を介してこの層状コアに貫通しこれを留め付けている締付けネジによって前記の冷却ファンの周囲部に沿って複数箇所これにネジ付けされている。この種の電源装置は、本出願人によるドイツ国特許出願公開第１００１０２４８号Ａ１明細書に記載されている。この文献の公開公報はその全体について参照に組み入れてある。
【００３０】
本発明に係る始動装置の上記の電源装置の構造の好適な構成形態において、始動装置の励磁装置は発電機を励磁する永久磁石であり、従ってこの永久磁石と異なった始動装置の励磁装置は不要となる。
【００３１】
さらに、少なくとも１つの始動装置の始動コイルが発電機の固定式電機子巻線とは異なった固定子巻線の形式で形成されている。
【００３２】
技術的に簡便な方式で、コイル電流スイッチおよび始動スイッチをケース外蓋材の内側に配置することができる。
【００３３】
次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図中において同一の構成要素は同一の参照符号によって示されている。
【００３５】
図１ないし図４には電源装置の実施例が示されている。駆動エンジンとしてはディーゼルエンジンが好適であるが、それについてはそのクランクシャフト１の接続側端部のみが点線で示されている。クランクシャフト１の前面側には冷却ファン２がネジ３によって取り付けられている。この冷却ファン２はエンジンおよび発電機の冷却気流を生成するための羽根４を備えている。
【００３６】
エンジン側の接続ケース部材５は冷却ファン２が設置されている空間を半径方向外側で包囲しており；これはエンジンに向かって開口しているとともに、反対側にはシリンダ形状の発電機ケース部材８を両端面において平面的に締付けて接続するための固定ネジ７をねじ込むためのネジ孔を有するリングフランジ６を備えている。固定ネジ７は発電機ケース部材８の内側にその周囲に分配して配置されており、ケース全長にわたって締付ける。図において左側の発電機ケース部材８の端部上には発電機蓋部材９が設けられており、これは半径方向内側に突出しているスポーク上に蓋内輪部材１０を備えており、その上に発電機の固定子１１が固定されている。固定ネジ７のシャフトは貫通孔を介して発電機ケース蓋部材９内に連通しており；その自由ネジ端部１２上にナット１３が締付けられており、これは発電機ケース蓋部材９を発電機ケース部材８に固定するよう機能する。
【００３７】
図示されている実施例においては８本の固定ネジ７が周囲に沿って配分されているが、固定子を蓋内輪部材１０上に取り付けるには６本の固定子ネジ１４で充分であり、これは固定子１１の層状コアの貫通孔を介して貫通しケース蓋部材９にネジ付けられている。この方式によって固定子１１がケース部材に固定的に取り付けられ、ここで固定子を構成している層状コアが固定子ネジ１４によって束ねて締付けられている。固定子１１の層状コアの切欠き部１６内には発電機の三相巻線が収容されている。
【００３８】
固定子１１は回転子１７によって包囲されており、この回転子も同様に層状コアによって形成され、この層状コアは締付けネジ１８によって束ねて締付けられ、この締付けネジはエンジン側のネジ端部１９が冷却ファン２の対応するネジ穴内にネジ付けられている。冷却ファンとそれに対応する回転子１７の側面の間には締付けネジ１８上に配置された支持スリーブ２０が締付けられている。それによって回転子１７は回転ずれを起こさないように冷却ファン２と結合されている。その内周上には、固定子１１に対して約２ｍｍの狭い空隙部２１が形成されている。さらに、回転子１７は軸方向に貫通し略円形に２つの断片間を延在しているポケット２２を備えており、その中には両側から磁石要素２３が挿入されており、これらが発電機の励磁作用のために機能する。
【００３９】
図３によれば、永久磁石２３は、多角形に分配されて互いに密着し両極を形成するようにポケット２２内に挿入されている。１つの極を小さな磁石要素に分割することによって低コストな製造が可能になり；その組み立てはそのために暫定的に形成された磁界還流によって極めて容易になる。個々の磁石要素２３は従って対応するポケット内に略力を加えずに挿入することができる。この際磁石要素２３の特別な固定は不要となり、これは稼動中においてその磁力によって軸方向に保持されポケット内に支持され、従って稼動中に発生する遠心力に問題なく耐え得るためである。
【００４０】
図１に示されているように、始動コイルを電源（図示されていない）に対して接続および切断するためのコイル電流スイッチ２４がケース蓋部材９上に固定されている。さらに、回転子１７上には板状要素２５が回転ずれを起こさないように装着されており、これはコイル電流スイッチに対向する位置に設けられている。図示されているコイル電流スイッチ２４と板状要素２５の間の対向位置関係においてこのコイル電流スイッチ２４と板状要素２５の間にコイル電流スイッチ２４をその閉じスイッチ状態に移行するために充分な磁力相互作用が生じている。
【００４１】
図２には、固定ネジ７によってシリンダ状発電機ケース部材８を介して冷却ファンのリングフランジ６または接続ケース部材５に平面状に固定されている発電機ケース蓋部材９が示されており、ここで発電機の軸方向断面は、図１の線Ｄ−Ｄに従ったコイル電流スイッチまたはフリーホイールスイッチの高さで延在している。ケース蓋部材９上には３つのコイル電流スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５と３つのフリーホイールスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６が固定されており、ここで各フリーホイールスイッチはいずれもコイル電流スイッチに隣接して配置されている。固定子１１の溝部１６の周りには３つの始動コイル２６，２７，２８が巻き付けられている。これらの３つの始動コイルは、その作用方向が回転子の回転方向に見てそれぞれ１２０°の角度差を有するように配置されている。各始動コイルに対してそれぞれ１つのコイル電流スイッチと１つのフリーホイールスイッチとからなるスイッチペアが割り当てられている。このスイッチペアは回転子の円周から等距離に配分されている。
【００４２】
図３には、２つの部分円盤３１，３２の形式の板状要素が示されている。両方の部分円盤のうちの一方３１（図において左側）は、両方のねじりバネ３３，３４によって回転子の回転軸１５の方向に向かってバネ荷重されている。このため第１のねじりバネ３４はその螺旋状の端部３８が回転子１７上に固定され、一方その脚部末端３７は部分円盤３１上に掛けられている。第２のねじりバネ３３はその螺旋状の端部３６が回転子１７に固定され、一方その脚部末端３５が部分円盤３１上に掛けられている。
【００４３】
両方の部分円盤のうちの他方３２（図中において右側）は、両方のねじりバネ３９，４０によって回転子の回転軸１５の方向に向かってバネ荷重されている。このため第１のねじりバネ３９はその螺旋状の端部４１が回転子１７上に固定され、一方その脚部末端４２は部分円盤３２上に掛けられている。第２のねじりバネ４０はその螺旋状の端部４３が回転子１７に固定され、一方その脚部末端４４が部分円盤３２上に掛けられている。
【００４４】
図３に示された両方の部分円盤３１，３２の位置は回転子が３５０ｒｐｍ超で回転している際の位置に相当する。この回転数において両方の部分円盤３１，３２がそれらのねじりバネ３３，３４，３９，４０のバネ圧力に対抗して、コイル電流スイッチあるいはフリーホイールスイッチと部分円盤３１，３２の間に充分な磁力相互作用が存在しない程度まで、半径方向に推動され、それによってコイル電流スイッチまたはフリーホイールスイッチをそれぞれの閉じスイッチ状態に移行させる。コイル電流スイッチ２４は点線で示されており、それによって各スイッチに対する部分円盤３１，３２の相対的位置が明確にされている。
【００４５】
両方の部分円盤３１，３２の遠心力を形成する放射方向への動作は放射ガイド内で成され、これは図３の線Ａ−Ａに沿った断面に相当する図４下図に示されている。板状要素３１はＵ字型のガイド４５内に誘導されており、これは下側ストッパと上側ストッパを備えている。板状要素はここで遠心力がねじりバネのバネ圧力を超越する状態でない場合に、下側ストッパに接合している。一方、板状要素は遠心力が充分である際に上側ストッパに対して押圧される。
【００４６】
両方の部分円盤３１，３２は合計で１２０°の角度範囲を成している。部分円盤３１，３２がコイル電流スイッチＳ１，Ｓ３およびＳ５を時間的に前後して閉じるということを前提にすると、まず第１の巻線２６が通電され従ってトルクを形成し、１２０°後には第２の巻線２７が通電され従ってトルクを形成し、さらに１２０°後に第３の巻線２８が通電され従ってトルクを形成する。始動コイル２６，２７，２８のそれぞれが通電された際に１８０°の角度範囲で正のトルクを形成するため、重なっている６０°の範囲においていずれも２つの始動コイルが同時にトルクを形成することができる。例えば第１の始動コイル２６が基準角度０°において正方向のトルクを形成し始めるとすると、１２０°後には既に第２の始動コイル２７が正方向のトルクを形成し始め、一方第１の始動コイル２６は合計で１８０°の間正のトルクを形成しており、従って１２０°から１８０°までの角度範囲において第１の始動コイル２６と第２の始動コイル２７が同時に正方向のトルクを形成する。このトルク増大化は例えばディーゼルエンジン等における高い圧縮工程に対応するために有効に適用することができ、また巻線２６から巻線２７への電流切り換えに際して電流またはトルク空白が全く生じないことが保証される。
【００４７】
図４の上図には、ケース蓋部材９上に固定されたコイル電流スイッチＳ１とフリーホイールスイッチＳ２とからなるペアが図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面で示されている。コイル電流スイッチＳ１はフリーホイールスイッチＳ２と同様に構成されており、すなわちコイル電流スイッチとフリーホイールスイッチは同じ構造となる。両方のスイッチはそれぞれスイッチングマグネット４６，４７を備えており、これは所定の押し戻し圧力に対抗して相互作用方向に推動することができ、それによってスイッチが切り換えられる。部分円盤が充分な磁力相互作用をスイッチングマグネットに対して加えると、コイル電流スイッチＳ１のスイッチングマグネット４７とフリーホイールスイッチＳ２のスイッチングマグネット４６が部分円盤によって牽引され（図４で下方に）移動し、これによってスイッチがそれぞれの閉じスイッチ状態に移行する。両方のスイッチを回転子の回転方向に関して適宜に配置することによって、まずコイル電流スイッチ、続いてフリーホイールスイッチが切り換えられる。
【００４８】
図５には、図１ないし図４に示された本発明に係る始動装置の回路図が示されている。この回路図に示されるように、コイル２６，２７，２８は電源４８と接続することが可能である。始動装置を動作させるために、まず主スイッチ４９を閉じる必要がある。主スイッチ４９が閉じられている際に第１のコイル２６を電源４８に接続するために、この第１のコイル２６の後方に接続されたコイル電流スイッチＳ１を閉じる必要がある。主スイッチ４９が閉じられている際に第２のコイル２７を電源４８に接続するために、この第２のコイル２７の後方に接続されたコイル電流スイッチＳ３を閉じる必要がある。主スイッチ４９が閉じられている際に第３のコイル２８を電源４８に接続するためには、この第３のコイル２８の後方に接続されたコイル電流スイッチＳ５を閉じる必要がある。さらにこの回路はアース５６に接続されている。
【００４９】
第１のコイル２６は、ダイオード５１を備えた第１のフリーホイール回路５０と接続することができる。このためには、フリーホイールスイッチＳ２のみを閉じればよい。同様に、第２のコイル２７は、ダイオード５３を備えた第２のフリーホイール回路５２と接続することができる。このためには、フリーホイールスイッチＳ４のみを閉じればよい。同様に、第３のコイル２８は、ダイオード５５を備えた第３のフリーホイール回路５４と接続することができる。このためには、フリーホイールスイッチＳ６のみを閉じればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例を概略的に示す電源装置の発電機の縦断面図である。
【図２】コイル電流スイッチとフリーホイールの軸高さにおいて図１のＤ−Ｄ線によって電源装置の発電機を切断した、本発明の実施例を概略的に示す断面図である。
【図３】板状要素の軸高さにおいて図１のＣ−Ｃ線によって電源装置の発電機を切断した、本発明の実施例を概略的に示す断面図である。
【図４】図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面、および図３の線Ａ−Ａに沿った板状要素の放射ガイドの断面からなる本発明のコイル電流スイッチおよびフリーホイールスイッチを示す概略図である。
【図５】図１ないし図４に示された本発明に係る始動装置の回路図である。
【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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【国際調査報告】
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