(57)【要約】【課題】小型かつ大出力のスタータを提供する【解決手段】内燃機関用スタータは、モータの内部抵抗ｒＭとバッテリーの内部抵抗ｒＢとの抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下である。しかも、アーマチャのコイルの軸方向長さＬとアーマチャの外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１．０以下である。スタータは、さらに温度上昇防止手段を有する。スタータの発熱個所を明確にし、コイル幅Ｌによらず積極的に冷却する。かかる温度上昇防止手段によって、小型にしても温度上昇を抑えることができる。この結果、より最適なＬ／Ｄの値を採用でき、小型かつ大出力のスタータを提供できる。【選択図】        図９
2004320954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーにより電力を供給される内燃機関用スタータにおいて、
内燃機関のリングギヤーにかみ合うピニオンと、
ヨークとアーマチャを有し、前記ピニオンを減速機構を介して駆動するモータ部とを備え、
前記モータの内部抵抗ｒＭと前記バッテリーの内部抵抗ｒＢとの抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下であり、かつ、
前記アーマチャのコイルの軸方向長さＬと前記アーマチャの外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１．０以下であり、さらに、
温度上昇防止手段を備えることを特徴とする内燃機関用スタータ。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記温度上昇防止手段は、前記バッテリーと前記スタータとの間の電力回路内に設けられた過電流防止手段を備えることを特徴とする。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記過電流防止手段は、前記スタータ内の前記電力回路に設けられた軟ろう付け部分を備える。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記温度上昇防止手段は、前記内燃機関が始動したことを示す信号を得て直ちに前記バッテリーから前記スタータへの電力供給を遮断し、温度上昇を防止する制御装置を備える。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記温度上昇防止手段は、冷却風により前記スタータを冷却する冷却手段を備える。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記冷却手段は、前記アーマチャをファンとして回転させて前記冷却風を生成する。
【請求項７】
請求項６記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記アーマチャのコイルは、側面をコンミテータとしており、
該コンミテータのアンダーカット部分をファンとして冷却風を発生する。
【請求項８】
バッテリーにより電力を供給される内燃機関用スタータにおいて、
内燃機関のリングギヤーにかみ合うピニオンと、
ヨークとアーマチャを有し、前記ピニオンを減速機構を介して駆動するモータ部と、
前記バッテリーの電力を前記スタータに供給するためのバッテリーケーブルと連結するために前記スタータに設けられた端子の一端に位置する固定接点と、
前記モータのブラシのビグテールに直接に接合され、前記固定接点とともにスイッチを形成する可動接点とを備え、
前記モータの内部抵抗ｒＭと前記バッテリーの内部抵抗ｒＢとの抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下であり、かつ、
前記アーマチャのコイル軸方向長さＬと前記アーマチャの外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１．０以下であり、さらに、
温度上昇防止手段を備えることを特徴とする内燃機関用スタータ。
【請求項９】
請求項８記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記可動接点と前記ピグテールとが軟ろうで接合されている。
【請求項１０】
バッテリーにより電力を供給される永久磁石界磁方式の内燃機関用スタータにおいて、
内燃機関のリングギヤーにかみ合うピニオンと、
ヨークとアーマチャを有し、前記ピニオンを減速機構を介して駆動するモータ部とを有し、
前記バッテリーの内部抵抗をｒＢ、ブラシおよびコンミテータとの接触抵抗を含む全ブラシ抵抗をｒＴ、アーマチャ抵抗をｒＡとした場合に、
前記バッテリーの内部抵抗ｒＢと前記モータの内部抵抗ｒＭ（ｒＭ＝ｒＴ＋ｒＡ）との抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下であり、かつ、
前記アーマチャのコイル軸方向長さＬと前記アーマチャの外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１．０以下であり、かつ、
前記全ブラシ抵抗ｒＴが前記アーマチャ抵抗ｒＡより小さく、かつ、
前記全ブラシ抵抗ｒＴが１．５ｍΩ以下であることを特徴とする内燃機関用スタータ。
【請求項１１】
請求項１０記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記ブラシの材質は、銅量８０％以上を含む金属黒鉛である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を始動するためのスタータ、とりわけ出力の大きなスタータに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、内燃機関用スタータへの小型軽量化、高効率化、低コスト化の要求は、ますます厳しくなってきている。その解決手段として、磁石式の採用および高減速比化の流れに並行して、モータ自体の小型化も検討されている。例えば、特許文献１は、内燃機関用スタータを開示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１１５２７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここでスタータのモータとしての特徴について考察する。
【０００５】
磁石式の場合、電源電圧をＶ０、モータ内部抵抗とバッテリーの内部抵抗とバッテリーからモータまでの間でのケーブルの抵抗との合成抵抗をｒ、合成抵抗ｒによる電圧降下をＶｒ、アーマチャコイル内の逆起電力をＶｍ、電源からモータに流れる電流をｉとすると、Ｖ０＝Ｖｍ＋Ｖｒと表せる。
【０００６】
ここで、アーマチャの外径をＤ、鉄心の幅をｌ、回転数をｎ、フィールド磁界の磁束密度をＢとすると、Ｖｍ＝ｋ１・Ｂ・ｌ・Ｄ・ｎ（ただしｋ１は比例定数）、およびＶｒ＝ｉ・ｒを得る（図１参照）。
【０００７】
これらの式を上式に代入し、整理すると、ｎ＝（Ｖ０―ｉ・ｒ）／（ｋ１・Ｂ・ｌ・Ｄ）を得る。
【０００８】
一方、トルクＴは、Ｔ＝ｋ２・Ｂ・ｌ・Ｄ・ｉ（ただしｋ２は比例定数、メカニカルロスは無視する）と表せる。
【０００９】
以上の式より、出力Ｗは、Ｗ＝Ｔ・ｎ＝ｋ・（ｌ・２・ｉ―ｒ・ｉ２）（ただしｋは比例定数）と表せる。例えば、１２Ｖのバッテリーの場合、Ｖ０＝１２である。
【００１０】
したがって出力の最大値Ｗｍａｘは、ｉ＝６／ｒの電流値で、下記（１）式で与えられる。
【００１１】
Ｗｍａｘ＝３６・ｋ／ｒ・・・（１）式
ここで、モータの小型化の観点で（１）式を眺めてみると、モータの体格を決めるＤとｌは見かけ上は出力に無関係となる。ただし、Ｄとｌを小さくすれば回転数ｎは上がるが、トルクＴは小さくなる。しかし内部減速機構を持つタイプのスタータは、減速比を変えればピニオン出力軸上では任意のトルクＴと回転数ｎに変換可能であるので、小型化に関してトルクＴと回転数ｎはなんの支障にならない。
【００１２】
すなわちモータの出力は合成抵抗ｒを小さくすれば、いくらでも大きくすることができる。合成抵抗ｒは車両の配線抵抗を無視するとバッテリーの内部抵抗ｒＢ、モータの内部抵抗ｒＭの和であるから、下記（２）式で表される。
【００１３】
ｒ＝ｒＢ＋ｒＭ・・・（２）式
小さな体格で出力を維持するためには、結局、モータの内部抵抗ｒＭをいかに小さくするかとゆう問題に帰着する。あらためてスタータの内部抵抗を考察すると、磁石式は直巻抵抗が無く有利ではある。しかし、それでもアーマチャ抵抗ｒＡとブラシ接触抵抗ｒＴが残っている。従って、下記（３）式の関係が成り立つ。
【００１４】
ｒＭ＝ｒＡ＋ｒＴ・・・（３）式
ここで体格と直接関係するのはアーマチャ抵抗ｒＡである。アーマチャの外径をＤ、コイル軸方向長さをＬ（Ｌ＝鉄心の幅ｌ＋両コイルエンド長さ）とすると（図１参照）、下記（４）式が成りたつ。
【００１５】
ｒＡ∝コイル長さ／コイル断面積
ｒＡ∝Ｌ／Ｄ２
ｒＡ∝Ｌ／Ｄ・・・（４）式
（４）式への変換は、以下のように説明できる。通常、コイル断面積は、外径が小さくなると、比例してコイルの周方向長さとコイルの径方向長さとは小さくする。しかし、アーマチャの軸はあまり細くできないので、磁路面積確保の必要上、やむをえず、コイル径方向長さは比例して縮小しない。このため、Ｄの２乗ではなく、１乗とするのが現実的である。
【００１６】
いずれにしろ出力を出すため（言いかえればアーマチャ抵抗ｒＡを小さくする）にはＬは小さく、Ｄは大きくするのが最適である。この結論は、計算式は省略するが、直巻式にも妥当する。直巻式でも、同様に、Ｌは小さく、Ｄは大きくするのがよい。ただし、アーマチャ抵抗ｒＡはアーマチャとフィールドの抵抗の合計となる。すなわち小型の体格で少しでも多く出力を出すにはＬ／Ｄを小さくする必要がある。
【００１７】
図２に、従来の減速式スタータの出力と合成抵抗ｒとの関係を示した。図中には、実線で理論式（１）が描いてあるが、よく一致していることがわかる。図にはバッテリーの内部抵抗ｒＢによりデータを区別して示してある。図中では、ＪＩＳのバッテリー表記毎に区別した。当然のことながら大出力ほど内部抵抗ｒＢの小さいバッテリーを使用している。
【００１８】
１．５ＫＷクラスの代表的なスタータの内部抵抗の大きさは、例えば次のような組合せである。直巻式の場合、アーマチャ抵抗＝２．０ｍΩ、フィールド抵抗＝２．０ｍΩ、ブラシ他の抵抗＝１．０ｍΩ、合計（モータの内部抵抗ｒＭ）＝５．０ｍΩである。磁石式の場合、アーマチャ抵抗＝２．０ｍΩ、フィールド抵抗＝０ｍΩ、ブラシ他の抵抗＝３．０ｍΩ、合計（モータの内部抵抗ｒＭ）＝５．０ｍΩである。ここでブラシ抵抗は動的状態での値である。動的状態とは、いわゆる当たりのついたブラシの動摩擦状態である。出力を調整するため磁石式は内部抵抗の大きな（銅量の少ない）ブラシを使用して合計が５．０ｍΩになっている。一般的には直巻式はＣｕ７０％前後、磁石式はＣｕ６０％前後のカーボンブラシが用いられる。
【００１９】
いずれにしても、モータの内部抵抗ｒＭのおよそ半分はアーマチャ抵抗ｒＡである。よって、アーマチャ抵抗ｒＡを小さくすれば、合成抵抗ｒが小さくなり、出力が向上する。（４）式によれば、Ｄは大きいほど、比Ｌ／Ｄと、Ｌとは小さいほど、アーマチャ抵抗ｒＡは小さくなる。従来の実際の例を、図３、４、５に示した。これらの図では、バッテリーの内部抵抗でグループ分けしてある。モータの内部抵抗ｒＭとＤは、ほぼ理論どおりの関係にある。しかし、ＬおよびＬ／Ｄはまったく逆の関係となっている。これは、小型軽量のためにはＬが小さいほうがよいが、発熱による温度上昇に対応するため、スタータの熱容量（Ｄ２Ｌ）を少しでも大きくして温度上昇を遅らせるためにＬを大きくして耐熱性を確保していることによる。Ｄを大きくして熱容量を確保する方法もあるが、エンジンのリングギヤーは大きくできないのでスタータのピニオンの位置が必然的に決まってしまい、Ｄを大きくできない。また、ブラシの周速が増加して摩擦熱が大となるという不具合も生じる。これらの事情から、小型軽量を犠牲にしてＬを必要以上に大きくしており、結果としてＬ／Ｄも、小型化のための最適な設計方向からずれているのが実情である。このような傾向は、大きなバッテリーほど電流が大となるので、顕著である。図６に従来品のデータにおけるバッテリーの大小とスタータの抵抗との関係をより明確（バッテリーの影響を排除するため）にするため、スタータモータの内部抵抗ｒＭとバッテリーの内部抵抗ｒＢとの抵抗比ｒＭ／ｒＢと、Ｌ／Ｂとの関係を示した。モータの設計上はＬ／Ｄを小さくすればスタータ内部抵抗が小さくなり出力アップとなる。しかし、図６に示したように抵抗比の小さい組合わせ（ｒＢに比べｒＭが小さい）においては、Ｌ／Ｄが大きい傾向にあり、上記モータ特性の理論からはまったく逆となっている。すなわち現実のスタータは抵抗比が０．４以上ではＬ／Ｄが比較的小さく小型化の方向にあるが、０．４以下ではＬ／Ｄが大きくモータの小型化とは逆の傾向である。
【００２０】
さらに体格とは別の観点からスタータの出力を考察する。図７は上記（２）式より計算したバッテリーとスタータの抵抗の関係を示したグラフである。すなわち、バッテリーの内部抵抗ｒＢをパラメーターとして、スタータの内部抵抗ｒＭと合成抵抗ｒの関係を実線で表した。図中、黒丸印は従来から実際に使われているスタータとバッテリーの組合せを示した。また参考に点線で抵抗比ｒＭ／ｒＢとの関係も記してある。縦軸には（１）式から得られる出力も参考として記載した。
【００２１】
これによれば、たとえば、ｒＭ＝０．０１のスタータでも内部抵抗の小さいバッテリーを使えば（たとえば１２Ｅ相当）、１．８ＫＷも出せることがわかる。しかし、現実には黒丸印に記したように、１２Ｂ相当のバッテリーとの組合せで、０．８ＫＷの出力である。これも耐熱性の観点で性能を押さえているためである。
【００２２】
一方、ｒＭ＝０．００２のスタータは１２Ｅのバッテリーでは３．０ＫＷを出せるが、１２Ｂのバッテリーでは１．２ＫＷ程度である。これはｒＭ＝０．０１のスタータで１２Ｃのバッテリーを使った時とほぼ同じ出力である。この場合も、現実には黒丸印に記したように１２Ｅ相当のバッテリーで３．０ＫＷとして、通常は使っている。すなわち図７より、前述した小型化の進んでいない抵抗比０．４以下のスタータとは、具体的には２．０ＫＷ以上の高出力の方であることがより明確にわかる。これは、出力が大きく発熱の大きなものは耐熱設計を重視するからである。
【００２３】
最近では、自動車には燃費の改善が強く求められている。また、地球環境改善のためにエコランといった機能も求められている。さらに、軽量化も求められている。とりわけ、エコランを効率よく行うためには、大出力のスタータでディレーテングして使ったほうが耐久性、燃料消費、始動性がよいという考え方が出てきた。たとえば、従来は１．２ＫＷのスタータを使用していたが、２．０ＫＷに変えても車両全体では有利さが現れるという設計思想である。しかし、エンジンルーム内といった小さな隙間しかない場所に大きなスタータを取り付けなければならないため、従来の大きさで出力を大きくしたいというニーズがでてきた。しかし現実は前記したように、この大出力クラスのスタータは耐熱的を小さくできないとゆう問題点があった。すなわち１．０ＫＷクラスの低出力スタータはモータの理想的な設計が可能であるが、２．０ＫＷクラス以上の高出力スタータは温度の問題で理想（小型化）的なモータ設計ができないという問題があった。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決したスタータを提供することを目的とする。
【００２５】
本発明では上記欠点を解決するために、スタータの発熱個所を明確にし、コイル幅Ｌによらず積極的に冷却することなどによって、小型化しても温度上昇を抑えられるようにして、より最適なＬ／Ｄの値の採用を可能にすることにより小型で大出力のスタータを提供する。
【００２６】
通常、スタータは短時間定格の電動機であり温度上昇は本来関係の無いものである。すなわち、通常は、エンジンは０．７秒以下で始動してしまうので、ほとんど温度上昇しないうちにスタータは作動停止してしまう。しかも、スタータへの通電時間のうち、最大電流（ロック電流）が流れるのは０．１秒にも満たない。残る通電時間のほとんどは、無負荷電流（約７０Ａ程度）が流れているのが現状である。この無負荷電流はスタータの容量に関係無くほとんど一定である。いいかえればエンジン始動期間中、ほとんどの時間、発熱量の概略は７０×７０×ｒＭである。むしろ、容量の小さなスタータの方が体格の小ささも合わせて、２重に不利ではある。しかし、現実には小さな体格でも実用に耐えていることは、通常のエンジン始動では温度上昇はまったく問題が無いということを示している。
【００２７】
スタータの耐熱性の要求事項は、例えば、以下の２つである。
【００２８】
１．エンジンが始動した後に、万一、モータがまわり続けても、ある程度は耐えること。
【００２９】
２．エンジンの始動が非常に悪い場合、運転者がキースイッチをオンし続けてもある程度は耐えること。
【００３０】
要求事項１に対しては、ｒＭの大小にあまり関係無く、図８に示したような温度上昇を示すが、温度の高い部分はアーマチャ体格に関係ないブラシの接触部であることがわかる。図８は、テストから得られた。テストは異常事態を想定してスタータを連続で長時間運転した模擬試験である。テストでは、３５０Ａで１０秒通電後、１０秒間は通電を遮断するサイクルを単位サイクルとした。
【００３１】
これは（３）式、および上述の代表例からもわかるように、ｒＭはｒＡとｒＴが半々となっており発熱量は同じであるのに、アーマチャとブラシの体積がまったく異なるための熱容量の違いに起因している。さらにこの接触部は機械的にも発熱が最も多い部分である。したがってこの部分の発熱を減らすか、集中的に冷却する方策を施せばアーマチャのコイル幅Ｌを小さくしても問題を生じないことに注目した。また本来エンジンが始動してしまっているので、モータの通電を遮断してもまったく問題は無いことから、エンジンの動きを監視し始動後は積極的に電源を遮断する機構を設ければ、０．３秒以下でもよく、この面からも今まで以上に発熱は無くなる。
【００３２】
要求事項２の場合は、エンジンの始動に必要なスタータへの負荷に対して、このスタータとバッテリーとの組合わせでは出力が足りない場合である。従って、いくらまわし続けても、まったく意味が無い。よって、このような場合をセンサーで感知して電源を遮断するか、ある設定温度を超えたら電源を遮断することにより温度の上昇を止められる。
【００３３】
すなわちスタータの温度上昇を押さえるポイントのひとつは、発熱量が半分近くを占め、かつ熱容量の少ないブラシとその接触部分に、発熱量低減、冷却などの対策をとることである。いま一つのポイントは、エンジンが始動できたらすぐに電源を遮断することである。このような温度上昇低減手段をとることにより、小型で軽量な高出力スタータを実現することができる。
【００３４】
請求項１の構成では、抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下であり、かつ、アーマチャのコイル幅Ｌと鉄心外径Ｄの比Ｌ／Ｄを１．０以下であり、かつ、温度上昇防止手段を有している。従って、高出力スタータが異常に温度上昇する心配が無くなるのでＬ／Ｄを小さくできる。すなわちＤが同じでもＬを小さくすれば抵抗が減るので出力アップとなる。またはＤを減らす以上にＬを減らせば出力を確保できる。いずれにしてもリングギヤーとの関係上Ｄを増やせない制約の中で、逆に長さを減らしても出力アップができるという効果がある。この結果、２．０ＫＷ以上の高出力スタータの小型軽量化が可能となる。
【００３５】
請求項２の構成では、温度上昇防止のために過電流防止手段を用いることにより確実にスタータの温度上昇防止が可能となり、高出力スタータを小型化しても異常発熱や焼損を防止できる。
【００３６】
請求項３の構成では、過電流防止手段として回路内の配線をろう付するだけでよい。この結果、特別な装置、機構を必要としないのでコストアップすることなく高出力スタータの小型化ができる。
【００３７】
請求項４の構成では、エンジンが始動したら直ちにスタータを止めるので温度上昇を抑制でき、小型化が可能となる。しかも、エコラン制御をする場合は、もともとエンジン状態に応じて作動する制御回路を備えているので、その制御回路を利用することができる。この結果、特別な追加装置は不要である。
【００３８】
請求項５の構成では、冷却風によって、確実に温度上昇を防止でき高出力スタータの小型化が可能となる。従来のスタータはモータ部が密閉状態であったので、モータ部を冷却風で冷却することで、温度上昇防止効果は著しい。
【００３９】
請求項６ではアーマチャに取り付けたファンにより簡単に冷却ができる。
請求項７ではサーフェスコンミテータのアンダーカット部分をファンとして利用するので特別な部品を必要としない。
【００４０】
請求項８の構成では、抵抗比ｒＭ／ｒＢが０．４以下であり、かつ、アーマチャのコイル幅Ｌと鉄心外径Ｄの比Ｌ／Ｄが１．０以下であり、かつ、バッテリーケーブルとブラシピグテールの間の１箇所の接触部（接点部）のみを介して電流が供給される。よって、温度上昇の一番激しいブラシとコンミテータの接触部の熱をバッテリーケーブルへ、比較的小さい熱的抵抗で、伝熱できる。この結果、太いバッテリ−ケーブルを冷却器ないしはフィンとして利用できる。これにより、高出力スタータの異常な温度上昇を押さえることができ、Ｌ／Ｄを小さくできる。すなわち小型化が可能となる。
【００４１】
請求項９の構成では、温度の高いピグテールと接点部を軟ろうで接合している。従って、万一の場合にも、軟ろうが、ヒューズとして働くので大電流を流しても安心して使える。
【００４２】
請求項１０の構成では、発熱量が大きく、熱容量が少なく、最も温度が上昇しやすいブラシ部の抵抗ｒＴをアーマチャ抵抗ｒＡより小さくすることにより温度上昇を押さえつつ、モータの内部抵抗ｒＭを減らせるので、高出力化と冷却が簡単に行える。
【００４３】
請求項１１の構成では、ブラシの材質を変えるだけでよくコストアップもない。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００４５】
図９から図１３において、１０はアーマチャであり、鉄心１１とコイル１２を有する。２０はヨークであり、永久磁石２２とケース２１を有する。ヨーク２０は、アーマチャ１０とともにモータ部１を形成している。コイル１２の軸方向両端部１２ａ、１２ｂはコイルエンドとなっている。一端部１２ａは該鉄心１１の側面部においてコンミテータとしての役目を果たしている。コンミテータ１２ａのアンダーカット部１３は、窪んでいる。アーマチャ１０の回転に伴いコンミテータ１２ａが遠心ファンとしての役目を果たす。この結果、アンダーカット部１３に冷却風が流れる。コンミテータ１２ａのファン効果によりカバー６１の吸入口６１ａから吸入された冷却風は、アンダーカット部１３を通り、コンミテータ１２ａとブラシ３０の接触部を冷却しつつヨークケース２１の吐出口２１ａから吐出される。本実施例ではカバー側から吸入したが他の適当なところに吸入口を設けてもよい。
【００４６】
ブラシ３０のピグテール３１の一端は可動接点４１に軟ろう３５にて接続されている。ピグテール３１に過剰な電流が流れたり、長時間通電されたりして温度が上昇すると、軟ろう３５が解けて溶断して通電を止めるように、軟ろう３５は適当な融点の材料で作られている。従って、軟ろう３５は、いわゆるヒューズの役目を果たす。例えば、軟ろう３５は、２００°Ｃ程度の温度で溶断させたい場合は、スズ系の材料で作り、３００°Ｃ程度の温度で溶断させたい場合は、鉛系の材料でつくる。
【００４７】
バッテリ端子（Ｂ端子）４５の一端には固定接点４２が設けられている。固定接点４２は、可動接点４１とともにメイン接点部４０を形成している。ソレノイド５０のプランジャー５１の動きによりサブ接点部４７とメイン接点部４０がスイッチ作用をなす。アーマチャ１０の回転は遊星歯車式の減速部７１、クラッチ部７２、出力軸７３を経てピニオン７４に伝達される。ソレノイド５０のプランジャー５１は接点を動かすとともに、さらに連結棒９１を経て回転規制棒９２を動かし、ピニオン７４の回転を規制する。ピニオンの回転が規制されるとモータの回転に伴う力は、出力軸７３のねじれスプラインの作用によりピニオンを軸方向に移動させ、ピニオンをリングギヤーにかみ合わせる。
【００４８】
アーマチャのコイル１２の抵抗をｒＡ、ブラシ３０の抵抗をｒＴとする。抵抗ｒＴは、ブラシとコンミテータ１２ａとの接触抵抗を含む。この場合、モータ部には他にほとんど電気抵抗になる部分がない。従って、モータ１の抵抗ｒＭは、ｒＭ＝ｒＡ＋ｒＴとなる。
【００４９】
図１５に示したように、固有抵抗が１０ＭΩｃｍ以下になることを利用してブラシの材質を銅８０％以上を含有する金属黒鉛で製作する。これにより、ブラシ抵抗ｒＴを１．５ｍΩ以下にしてある。この関係を図１６に示す。さらに、ｒＡ＞ｒＴとなっている。一方、コイル１２の幅をＬ、アーマチャ１０の外径をＤとするとＬ／Ｄ＜１．０になっている。すなわちＬがＤより小さいのでコイル１２の抵抗ｒＡが小さくでき、ブラシ抵抗ｒＴの小ささともあいまって、ｒＭを小さくでき、モータの抵抗ｒＭとバッテリーの内部抵抗ｒＢの比を０．４以下にしてある。すなわち、ｒＭ／ｒＢ＜０．４である。
【００５０】
バッテリ端子４５は、図示されないケーブルによりバッテリーに連結されている。さらに、図示はされていないが、場合によっては、エンジンが始動したことを感知してスタータのモータ部への電流を直ちに遮断する制御装置が回路に挿入されている。
【００５１】
本実施例の作動を説明する。図示されないキースイッチが閉じられると、ソレノイド５０の力でプランジャー５１が動き、サブ接点部４７を介して比較的小さい電流がモータに通電されモータがゆっくり回りだす。比較的小さい電流は、例えば、２００Ａ程度である。この結果、回転規制されたピニオンがリングギヤにかみ合う。その後、メイン接点部４０から大きな電流が流れ、エンジンを始動する。大きな電流は、流しうる最大の電流であり、例えば、８００Ａ程度である。なお、その他詳細な作動は、特開平１０−１１５２７４号と類似である。
【００５２】
このように、本来は、高出力ほど低出力に対してモータ抵抗ｒＭを減らす必要上からＬを減らすべきであったが、熱容量への配慮のため、やむをえずＬを大きくし、ｒＭはＤを無理して大きくして、つじつまを合わせているのが実情であった。このため高出力のスタータは優秀とは言い難かった。しかし、エコランに使用したいというニーズがでてきた。例えば、エコラン制御においては、一定の条件が満たされると、エンジンが自動的に停止される。この結果、スタータはエンジンの再始動のために、頻繁に通電される。しかし、その大きな体格がネックとなり、事実上エコランができない状態であった。しかし本発明によれば、図１４に示したように、大容量バッテリーを使う２．０ＫＷ以上の高出力スタータ、すなわちｒＭ／ｒＢ＜０．４において、万一の故障の場合の温度上昇を抑えるために種々の手段を講じることにより、モータ部を小型化する（Ｌ／Ｄ＜１にする）ことを可能にした。
【００５３】
すなわち従来から温度上昇防止手段は種々知られていたが、この実施例では、以下の手段を提供する。
【００５４】
第１の手段では、ピグテール３１を軟ろうで接続しているので、その融点以上の温度になると通電がカットされるのでスタータが異常発熱することや、スタータの部品焼損を防ぐことができる。
【００５５】
第２の手段では、エンジンが着火、始動したことを感知して、最適なエコラン運転ができるように制御する装置を設けるので、スタータがむだに長時間通電されることが全くなくなり、エコラン用の高出力スタータの体格を小型化できる。
【００５６】
第３の手段では、スタータに冷却風を流すことにより温度上昇を防ぐことができる。しかも、コンミテータのアンダーカット部を利用している。このため、特別なファンを設ける必要もなく、最も昇温の激しいブラシ接触部を集中して冷却できる。
【００５７】
第４の手段では、ブラシの熱をピグテールを通してほとんど熱的な抵抗なしで太いバッテリーケーブルに放熱できるのでブラシ部が温度上昇することもない。この実施例では、接触部は１箇所のみであり、ブラシ、バッテリ端子間の距離も短いため、熱的な抵抗が極めて低い。なお、従来は、図１に示されるように、ブラシ３０からバッテリ端子４５までの距離が長く、しかも接触部は直列に２箇所あるため、熱的抵抗は大であった。
【００５８】
第５の手段では、発熱の最も大きい部分であるブラシ部を電気抵抗、熱抵抗の少ない銅の含有量を増加させることにより発熱を抑えつつ伝熱を改善できる。
【００５９】
図１７は、２．０ＫＷ出力で体格を小型化したスタータを５００Ａ通電した模擬テスト（条件は図８に同じ）の５サイクル目の温度上昇値を示した。上記したいずれの対策手段も十分効果があり、小型化してパワーを出した後も、１．５ＫＷクラスのスタータ（図では３５０Ａでテスト）と同じ温度以下に押さえられていることがわかる。
【００６０】
なお本実施例では温度上昇防止手段をそれぞれ単独で述べたが、それをすべてまたはそれらの２つ以上の適当な組合せでもよい。これらの数と組合せは、スタータの設計者が、目的とする出力レベルと、温度上昇を招くような異常状態としてどのような異常状態を想定するかによって決めることができる。
【００６１】
以上述べたように本実施例では、本来のモータ設計からはずれた高出力のスタータを正常な設計にもどすことを可能にし、小型で軽量にすることによりエコランにも対応できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来のスタータの断面図である。
【図２】図２は従来のスタータにおける出力と合成抵抗の関係を示したグラフである。
【図３】図３は従来のスタータにおける内部抵抗とアーマチャの外径Ｄとの関係を示したグラフである。
【図４】図４は従来のスタータにおける内部抵抗とアーマチャのコイル幅Ｌとの関係を示したグラフである。
【図５】図５は従来のスタータにおける内部抵抗とＬ／Ｄとの関係を示したグラフである。
【図６】図６は従来のスタータにおける抵抗比とＬ／Ｄとの関係を示したグラフである。
【図７】図７は合成抵抗とスタータ内部抵抗との理論的な関係を示したグラフである。
【図８】図８は従来の１．５ＫＷクラスのスタータにおける温度上昇テストの結果のグラフである。
【図９】図９は本発明を適用した実施例としてのスタータの断面図である。
【図１０】図１０は実施例のスタータのアーマチャの部分断面図である。
【図１１】図１１は実施例のスタータのアーアチャの側面図である。
【図１２】図１２は実施例のスタータの断面図であり、図９のＸＩＩ―ＸＩＩ断面を示す。
【図１３】図１３は実施例のスタータのブラシおよび付属部品の平面図である。
【図１４】図１４は抵抗比とＬ／Ｄとの関係における、本発明がとりうる範囲を示すグラフである。
【図１５】図１５は金属黒鉛ブラシの銅含有量と固有抵抗の関係を示したグラフである。
【図１６】図１６は金属黒鉛ブラシの銅含有量とブラシ部抵抗の関係を示したグラフである。
【図１７】図１７は冷却効果を示したグラフである。
【符号の説明】
１０  アーマチャ
１２  コイル
３０  ブラシ
４５  バッテリ端子
５０  ソレノイド
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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