(57)【要約】  本発明によるスタータ回路は、スタータとバッテリ電圧を上昇させる装置（ＬＰＦ）とのコンビネーションを備える。バッテリ電圧上昇装置は、電圧がスタータに適用される時にスタータの電力回路に生じる電流スパイクによって起こされるバッテリ電圧の降下を防止することを意図されている。スタータは、従来のやり方で、電気モータと電磁接触スイッチとを有する。本発明によれば、バッテリ電圧上昇装置は、第１および第２巻線回路（Ｗ１、Ｗ２）が設けられ、電力回路において電気モータと直列に取り付けられており、逆予分極（ＰＷ）を有する磁気回路（ＹＯ、Ｃ）を有する誘導式のフィルタリング装置から構成される。
2014522780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のスタータ電子回路におけるスタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）とバッテリ電圧を上昇させる装置（ＬＰＦ）のコンビネーション（１）であって、
前記スタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）は、電気モータ（ＤＣＭ）と電磁接触器（ＥＣ）とを有し、
前記バッテリ電圧上昇装置（ＬＰＦ）は、電流が前記スタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）に適用される時に、前記スタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）の電力回路に生じる電流スパイクの後に起きるバッテリ電圧（Ｖｂａｔ）の降下を防止するように設計されており、
前記バッテリ電圧上昇装置（ＬＰＦ）は、前記電力回路において前記電気モータ（ＤＣＭ）と直列に取り付けられた誘導式のフィルタリング装置（ＬＰＦ）から構成されており、
前記フィルタリング装置は、逆予分極を有する磁気回路（ＹＯ、Ｃ）と、円筒形状のヨーク（ＹＯ）とその回りに前記電力回路に直列に取り付けられるように設計された第１巻線回路（Ｗ１）および短絡回路である第２巻線回路（Ｗ２）が配置された軸心（Ｃ）とを有する磁性材料から作られたフレーム（ＹＯ、Ｃ）と、を有する
ことを特徴とするコンビネーション。
【請求項２】
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）は、前記車のバッテリの正端子（Ｂ＋）と前記電磁接触器（ＥＣ）の電力接点（ＣＰ）との間において、前記スタータ電力回路（ＤＣＭ、ＥＣ）に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のコンビネーション。
【請求項３】
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）は、前記電磁接触器（ＥＣ）の電力接点（ＣＰ）と前記電気モータ（ＤＣＭ）との間において、前記スタータ電力回路（ＤＣＭ、ＥＣ）に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のコンビネーション。
【請求項４】
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）は、そのＮ極およびＳ極が前記逆予分極を導入するように向けられている少なくとも１つの分極磁石（ＰＭ）を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンビネーション。
【請求項５】
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）は、前記軸心（Ｃ）と前記分極磁石（ＰＭ）との間に配置された極性部品（ＰＰ）を更に有する
ことを特徴とする請求項４に記載のコンビネーション。
【請求項６】
前記極性部品（ＰＰ）と前記ヨーク（ＹＯ）との間にエアギャップ（ＡＧ）がある
ことを特徴とする請求項５に記載のコンビネーション。
【請求項７】
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）は、少なくとも１つの分極巻線回路（ＰＷ）を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンビネーション。
【請求項８】
前記分極巻線回路（ＰＷ）は、前記軸心（Ｃ）の回りに配置されており、
前記分極巻線回路（ＰＷ）は、前記第１巻線回路（Ｗ１）の逆向きに巻かれている
ことを特徴とする請求項７に記載のコンビネーション。
【請求項９】
前記分極巻線回路（ＰＷ）は、前記バッテリの負端子（Ｂ−）と前記車の起動接点（ＣＳ）との間に接続されるように設計されている
ことを特徴とする請求項８に記載のコンビネーション。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のコンビネーション（１）に一体化されることが可能なスタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）であって、
前記フィルタリング装置（ＬＰＦ）が当該スタータ（ＤＣＭ、ＥＣ）の外側ケーシング上に固定されている
ことを特徴とするスタータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本発明は、自動車における燃焼機関のためのスタータの分野に関連する。特に、本発明は、スタータと当該スタータのスイッチが入れられる時に車のバッテリの端子における電圧が上昇されることを可能にする装置とのコンビネーションに関連する。
【背景技術】
【０００２】
車のエンジンを起動させるためにスタータのスイッチが入れられる時に、スタータの短絡回路の電流レベルに近い実質的な電流スパイクが生じ、それは１０００アンペアのオーダーの電流である。スタータのスイッチが入れられる時のこの電流サージは、その後に、機械の回転子に対応するスタータの電機子の速度が増加するにつれて、強度が減少する。
【０００３】
この初期電流スパイクは、バッテリの端子における電圧の著しい降下に関連付けられる。他のそれほど実質的ではない電圧の降下が、その後に、起動段階中に生じ、エンジンの連続的な上死点の通過に対応する。
【０００４】
エンジンの自動的な停止／起動システム（いわゆる「ストップ／スタート（Ｓｔｏｐ／Ｓｔａｒｔ）」または「ストップ・アンド・ゴー（Ｓｔｏｐ  ａｎｄ  Ｇｏ）」システム）のために設計された、いわゆる「強化」スタータの開発は、現在、スタータのスイッチが入れられる時における電流サージ中のバッテリの最小電圧閾値の順守に関連する新たな規制を自動車の製造業者に課している。従って、それらの仕様書において、自動車の製造業者は、通例７乃至９ボルトの間に含まれる第１電圧閾値を規定しており、それ以下にバッテリ電圧が降下してはいけない。エンジンの上死点に対応するその後に起きる電圧降下に対して、バッテリ電圧は、通例８乃至９ボルトの間に含まれる第２電圧閾値の上に留まらなければいけない。エンジンの起動中に、車の搭載回路網の電圧は、したがって、車の装備の期待される機能を保証するのに十分な値に留まる。
【０００５】
強化スタータは、概して、ユーザの増大される快適性のために迅速な起動を得るために、従来のスタータよりも高い電力レベルを有する。これは、増大される要求を考慮して、結果的に、電圧が適用される時におけるより高い突入電流と、したがって、通例の値を超えるバッテリ電圧の第１降下と、をもたらす。これは、バッテリ電圧に関して上に留まるために、スタータが非常に大きな内部電圧降下を有する必要があることで、低温において十分な速度でエンジンを駆動するのに必要な電力をもはや有しない、という現実の困難性を設計者に課す。
【０００６】
従来技術では、上記に説明された問題に対処するためにいくつかの解決策が提案されている。発明者に知られている第１の解決策は、搭載回路網における低すぎる電圧レベルを防止するために電圧を上昇させる電子変換器の使用に依存する。これらの変換器の主な欠点は、それらの使用に伴われる実質的なコストにある。
【０００７】
別の知られた解決策は、２つの継電器、タイマー、および電流制限レジスタによりスタータを制御することを提案している。その継続時間がタイマーによって決定される第１動作段階では、追加のレジスタがスタータ回路に直列に挿入され、初期電流スパイクを制限する。第２動作段階では、スタータの電機子における十分な電流の通過を可能にして当該電機子の速度が増加することを可能にするために、追加のレジスタがスタータ回路から取り出される。
【０００８】
文献ＥＰ２０８０８９７Ａ２およびＥＰ２１２８４２６Ａ２は、上記タイプのスタータを記載している。追加の制御継電器、タイマー、および電流制限レジスタにより伴われる追加コストの欠点の他に、磨耗にさらされる機械的部分の移動を含む追加の継電器の導入は、スタータが問題なく耐えることができなければいけない起動サイクルの回数に関するスタータの性能にマイナスの影響を有する。起動サイクルの回数に関するスタータの性能は、停止／起動システムのために意図されたスタータに対する特に厳しい制約である。したがって、そのようなスタータは、従来のスタータに要求されるおよそ３０，０００サイクルの１０倍である約３００，０００起動サイクルに耐えることが要求されている。
【０００９】
上記に説明された欠点の他に、従来技術の第２の解決策の使用は、時間に関する制約を示す電圧パターンの遵守が自動車の製造業者により要請される時に、不適切であると分かる。そのようなパターンは、概して、上記に示された第１電圧閾値に対応する低電圧レベルと、第２電圧閾値に対応する高電圧レベルと、を有する。上昇ランプ電圧が、また、低レベルと高レベルとの間において当該パターンに設けられている。
【００１０】
電圧パターンの低レベルおよびランプ・スロープの継続時間に関して製造業者により使用される通例の値を用いて発明者によって実行されたテストは、当該パターン内に留まる際における従来技術のこの第２の解決策によって課される困難性を示している。具体的に、スタータの電機子を通過する電流が次にスタータ回路からの電流制限レジスタの除去により実質的に増加する状態で、バッテリ電圧が、一度初期電流スパイクが吸収されて回復した後、時間遅延の最後に再び降下する時に、ランプ電圧のレベルにおいてパターンを横切るリスクがあることが分かった。この横切りの後、バッテリ電圧は、ある時間、パターンの下に留まって、上昇ランプ電圧の最後の後にのみ当該パターンの上に戻り得るのに対して、電圧高レベルの開始時間は、すでに到達されている。
【００１１】
上記に説明された欠点を克服する目的で、発明者は、特に自動車におけるエンジンの自動的な停止／再起動機能に適用するために、従来技術の既存のスタータの改善を既に提案している。
【００１２】
これらの改善は、概して、電気モータのスイッチを入れることにより生み出される電流スパイクからもたらされるバッテリ電圧の降下を防止するために、誘導式フィルタリング装置をスタータの電力回路において電気モータと直列に取り付けることから構成されている。
【００１３】
発明者によって行われた新たな研究は、これらの改善の実施の形態を最適化することを可能にする。
【発明の概要】
【００１４】
第１の態様によれば、本発明は、自動車のスタータの電子回路におけるスタータとバッテリ電圧を上昇させる装置のコンビネーションに関連し、スタータは、電気モータと電磁接触器とを有し、バッテリ電圧を上昇する装置は、スタータの電力回路に電圧を印加することによって生み出される電流スパイクからもたらされるバッテリ電圧の降下を防止するように設計されている。
【００１５】
本発明によれば、バッテリ電圧を上昇させる装置は、電力回路において電気モータと直列に取り付けられる誘導式のフィルタリング装置から構成されており、フィルリング装置は、逆予分極（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｐｒｅ−ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ）を有する磁気回路と、円筒状のヨークとその回りに電力回路に直列に取り付けられる第１巻線および短絡回路である第２巻線回路が配置される軸心とを有する磁性材料から作られたフレームと、を有する。
【００１６】
特定の実施の形態によれば、フィルタリング装置は、スタータの電力回路においてバッテリの正端子と電磁接触器の電力接点との間に取り付けられる。
【００１７】
別の特定の実施の形態によれば、フィルタリング装置は、電磁接触器の電力接点と電気モータとの間においてスタータの電力回路に取り付けられる。
【００１８】
特定の特徴によれば、フィルタリング装置は、そのＮ極およびＳ極が逆予分極を導入するように向けられている少なくとも１つの分極磁石を有する。好ましくは、フィルタリング装置は、軸心と分極磁石との間に配置された極性部品を更に有し、エアギャップが極性部品とヨークとの間に設けられ得る。
【００１９】
別の特定の特徴によれば、フィルタリング装置は、少なくとも１つの分極巻線回路を有する。好ましくは、分極巻線回路は、軸心の回りに配置されており、分極巻線回路は、第１巻線回路の逆向きに巻かれている。分極巻線回路は、バッテリの負端子と車の起動接点との間に接続されるように意図されている。
【００２０】
別の態様では、本発明は、上記に簡潔に説明されたようなコンビネーションに一体化されるように設計されたスタータに関連する。
【００２１】
これらの少数の本質的な仕様は、誘導式フィルタリング装置の出願人の企業による最適化のおかげで得られる追加の利点を当業者に対して明らかにするであろう。
【００２２】
本発明の詳細な仕様は、添付された図面を参照して以下の説明において与えられる。これらの図面は、説明の文章を図示する以外の目的を有しておらず、本発明の範囲を制限するものでは全く無い、ということに注意されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、スタータと出願人の企業によって以前に開発された種類の誘導式フィルタリング装置のコンビネーションを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されたようなコンビネーションを有するスタータ電子回路の概略図である。
【図３】図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、それぞれ、逆予分極のための永久磁石を有するタイプの本発明によるフィルタリング装置の場合（三角形）および従来のフィルタリング装置の場合（ひし形）における、スタータの電力回路を循環する電流に対する磁束および磁気エネルギーの変化、ならびに、時間に対する電流の変化を示している。
【図４】図４は、本発明によるフィルタリング装置の第１の好ましい実施の形態の軸方向断面図である。
【図５】図５は、本発明によるフィルタリング装置の第２の好ましい実施の形態の軸方向断面図である。
【図６】図６は、スタータと図５に示される第２の実施の形態によるフィルタリング装置のコンビネーションを有するスタータ電子回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、直流電気モータＤＣＭおよび電磁接触器ＥＣを有するスタータと、出願人の企業の最適化努力の目的であった誘導式のフィルタリング装置ＬＰＦと、のコンビネーション１を示している。
【００２５】
本実施の形態では、フィルタリング装置ＬＰＦは、接触器ＥＣの近くにおいて、スタータの外側ハウジングに機械的に固定されている。
【００２６】
フィルタリング装置ＬＰＦと接触器ＥＣと電気モータＤＣＭとの間の電気的接続は、図２に示されている。
【００２７】
フィルタリング装置ＬＰＦは、接触器ＥＣの電力接点ＣＰとモータＤＣＭとの間に直列に電気的に取り付けられている。
【００２８】
別の実施の形態（不図示）では、フィルタリング装置ＬＰＦは、スタータＥＣ、ＤＣＭに一体化されておらず、バッテリの正端子Ｂ＋と電力接点ＣＰとの間において電力回路に挿入されている。
【００２９】
この例では、接触器ＥＣは、単純な電力接点ＣＰを有する従来のスタータ接触器であり、引込みコイルおよび保持コイルから形成されたソレノイドを有している。
【００３０】
車の起動接点ＣＳの閉鎖は、引込みコイルおよび保持コイルの励起と、当業者によく知られた順序によるとともにここに詳細には説明されないスタータの活性化と、を制御する。
【００３１】
モータＤＣＭに十分な電力が供給される時、前記に言及された強い初期電流スパイクが電力接点ＣＰの閉鎖において生じる。電力接点ＣＰの閉鎖は、また、モータＤＣＭに供給する電流を、フィルタリング装置ＬＰＦを流れさせる。
【００３２】
図２の電気回路図に示されるように、この例におけるフィルタリング装置ＬＰＦは、磁気結合巻線を有する二重ケーシング形の変圧器の形状をここではとる誘導式装置である。応用によっては、単純なインダクタンスが、最適化作業の目的であったローパスフィルタリング装置を形成するために使用され得る、ということに注意されよう。しかしながら、変圧器を有する実施の形態は、応用によっては、装置ＬＰＦの周波数応答を調整するためにより多くのパラメータを得ることを可能にする。したがって、第１および第２回路Ｗ１、Ｗ２のインダクタンスとこれらの回路の間の結合により導入される相互インダクタンスとを制御することにより、この応答を最適化することが可能である。
【００３３】
第１巻線回路Ｗ１は、スタータの電力回路に挿入されるものである。第２巻線回路Ｗ２は、短絡されている。
【００３４】
典型的に、誘導フィルタリング装置ＬＰＦの等価インダクタンスは、３００〜１０００Ａの大きさのオーダーを有する電流に対して約０．１〜１０ｍＨの間に含まれる。
【００３５】
バッテリ電圧を上昇させることの得られる効果は、モータＤＣＭのスイッチが入れられる時に、短絡された第２回路Ｗ２における強い誘導電流の生成により初期電流スパイクが遮断され（約半分に弱められ）、それは、当該誘導電流を生成する磁束における突然の変化に対抗する、という事実に由来する。
【００３６】
図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、例えば逆予分極のための永久磁石を有するタイプの本発明によるフィルタリング装置に対して、本発明によるフィルタリング装置の場合（三角形）および従来のフィルタリング装置の場合（ひし形）における、スタータの電力回路を流れる電流に依存するフィルタリング装置における磁束および磁気エネルギーの変化、ならびに時間に対する電流の変化をそれぞれ示している。
【００３７】
図３ａは、最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦの磁気回路（ひし形の曲線２）および本発明による最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦの磁気回路（三角形の曲線３）における磁束Φの変化を示している。
【００３８】
最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦの場合、磁束Φは、電流が最大値に安定化する前の状態において、非常に迅速に増加する。
【００３９】
図３ｂは、この飽和値が磁気エネルギーＥｍ（ひし形の曲線４）の少量の蓄積に対応することを示している。
【００４０】
その後に、電流スパイクは弱められるものの、図３ｃに明らかに示されるように（ひし形の曲線５）、最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦの磁気回路の飽和に達する時、電流Ｉは非常に迅速に増加する。
【００４１】
飽和現象の開始を遅らせるために、本発明による最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦは、逆予分極、すなわち第１巻線回路Ｗ１の磁気効果とは反対の磁気効果を有する予分極、を有する磁気回路を有している。
【００４２】
図３ａは、磁束Φが約３００Ａ未満の電流にとってマイナスであることを明らかに示している（三角形の曲線３）。磁束Φの増加は、飽和現象が現れることなく、８００Ａまでの電流Ｉの変化の範囲にわたって実質的に直線状である。
【００４３】
この場合、蓄えられる磁気エネルギーＥｍは、最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦに対応する値（ひし形の曲線４）よりも高い値（図３ｂにおける三角形の曲線６）に達する。
【００４４】
この逆予分極を実装することの結果は、電圧が図３ｃ（三角形の曲線７）に示されるようにモータＤＣＭに適用される時の電流におけるより遅い変化である。
【００４５】
図４は、本発明による最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦの第１の好ましい実施の形態を示している。
【００４６】
この第１の好ましい実施の形態では、最適化された装置ＬＰＦは、最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦと同じ本質的要素、すなわち、鉄のような磁性材料から作られたフレームＣ、ＹＯと、銅から作られた第１巻線回路Ｗ１および第２巻線回路Ｗ２と、を有している。
【００４７】
フレームは、円筒形状のヨークＹＯと、その周りに巻線回路Ｗ１、Ｗ２が配置された軸心Ｃと、を有している。
【００４８】
第１巻線回路Ｗ１は、電力回路に直列に取り付けられるように意図されており、第２巻線回路Ｗ２は、短絡されている。
【００４９】
磁気回路Ｃ、ＹＯの逆予分極は、Ｎ極およびＳ極が適切に、すなわち第１巻線回路Ｗ１の磁気効果と反対の磁気効果を有するように方向付けられている分極磁石ＰＭ、好ましくはフェライトまたはネオジム・鉄・ボロン磁石により得られる。
【００５０】
極性部品ＰＰが、分極磁石ＰＭの磁束を集中させるとともに消磁に対して分極磁石ＰＭを保護するために、軸心Ｃと分極磁石ＰＭとの間に配置されている。
【００５１】
磁性部品ＰＰとヨークＹＯとの間における調整可能な厚みｅのエアギャップＡＧは、消磁に対する分極磁石ＰＭの保護を調整することを可能にする。
【００５２】
図５は、本発明による最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦの第２の好ましい実施の形態を示している。
【００５３】
この第２の好ましい実施の形態では、最適化された装置ＬＰＦは、また、最適化されていないフィルタリング装置ＬＰＦと同じ本質的要素、すなわち鉄のような磁性材料から作られたフレームＣ、ＹＯと、銅から作られた第１巻線回路Ｗ１および第２巻線回路Ｗ２と、を有している。
【００５４】
分極磁石ＰＭの代わりに、分極巻線回路ＰＷが、第１および第２巻線Ｗ１、Ｗ２の第１端部において軸心Ｃの回りに、第１巻線回路Ｗ１の向きとは反対の向きで巻かれている。変形例によれば、分極巻線回路ＰＷは、第１および第２巻線の第１端部および第２反対端部においてそれぞれ軸心Ｃの回りに巻かれた２つの部分から作り上げられている。
【００５５】
この第２の好ましい実施の形態における最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦと、接触器ＥＣと、電機モータＤＣＭとの間の電気的接続は、図６に示されている。
【００５６】
分極巻線回路ＰＷは、バッテリの負端子Ｂ−と車の起動接点ＣＳとの間に接続されている。
【００５７】
この巻線配置は、電磁接触器ＥＣの引込みコイルおよび保持コイルの励起と同時に、すなわち電力接触器ＣＰによる電力回路の閉鎖の約２５ｍｓ前に、分極巻線回路ＰＷにおいて定常状態の状況にある電流を確立することを可能にする。
【００５８】
電流Ｉが遷移状態において確立される前の磁気回路ＹＯ、Ｃの予分極は、飽和を遅れさせることを可能にするより大きな誘導変化の利益を提供する（例えば、磁束Φの変化の強度が飽和値の２倍に到達し得る）。電気モータＤＣＭは、したがって、より高い回転速度に到達し、これにより、飽和の瞬間に、電流Ｉを制限する向きに寄与するより高い逆起電力を生成する。
【００５９】
この第２の実施の形態は、高効率の最適化されたフィルタリング装置ＬＰＦを提供することを可能にする。エアギャップＡＧがこの例では消磁に対して永久磁石ＰＭを保護するために必要ではない、ということに注意されよう。
【００６０】
本発明が上記に説明された好ましい実施の形態のみに制限されないことは、言うまでもない。
【００６１】
特に、分極磁石ＰＭは、変形例では、図４に示される点以外の磁気回路ＹＯ、Ｃにおける一点に配置される。他の可能な変形例が、分極磁石ＰＭのいくつかの例を有する。
【００６２】
第１および第２巻線回路Ｗ１、Ｗ２と１つまたは複数の分極巻線回路ＰＷとの相対配置は、別例として、図５に図示された相対配置とは異なる。
【００６３】
図６に図示された分極巻線回路ＰＷの電気的接続は、また、当業者が要求に応じて容易に変更するであろう一例でしかない。
【００６４】
ある実施の形態では、第２巻線回路Ｗ２が、有利には、第１巻線回路Ｗ１と同心状の（例えば銅またはアルミニウムから作られた）導電性チューブから構成されて、第１巻線回路Ｗ１の外側または内側に配置され得る。
【００６５】
本発明は、したがって、下記の特許請求の範囲の請求項の目的の範囲内で多くの可能な別の実施の形態を包含する。
【図１】
2014522780.tif 000003
【図２】
2014522780.tif 000004
【図３ａ】
2014522780.tif 000005
【図３ｂ】
2014522780.tif 000006
【図３ｃ】
2014522780.tif 000007
【図４】
2014522780.tif 000008
【図５】
2014522780.tif 000009
【図６】
2014522780.tif 000010
【国際調査報告】
2014522780.tif 000011
2014522780.tif 000012
2014522780.tif 000013
2014522780.tif 000014