(57)【要約】【課題】エンジン起動時の必要トルクに応じて直流スタータモータのトルクを制御する。【解決手段】車両用スタータ装置１０は、バッテリ１４の電力により独立して通電可能な複数のブラシ対を有するスタータモータ１２を動かし、エンジンを始動させる。バッテリ１４とスタータモータ１２との電流経路には複数のブラシ対のうち選択したブラシ対のみに選択通電させるスイッチ３２とスイッチ３４を備え、エンジン水温センサ２０から入力される温度情報に基づきコントローラ１８は、スイッチ３２およびスイッチ３４の開閉を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立して通電可能な複数のブラシ対を有する直流スタータモータと、
前記複数のブラシ対のうち選択したブラシ対のみに通電させる通電ブラシ対選択手段と、
エンジン起動時の必要トルクに関係する状態情報に基づいて、前記通電ブラシ対選択手段を制御する制御手段と、
を備え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に記載のスタータ装置において、
前記状態情報は、前記エンジン冷却水温度、エンジン油温度、外気温のグループから選ばれた少なくとも１つの温度情報を含むことを特徴とする車両用スタータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスタータ装置において、
前記温度情報が予め定められた所定の温度を超えた場合、前記通電ブラシ対選択手段は、前記複数のブラシ対のうち選択した一部のブラシ対のみに通電させることを特徴とする車両用スタータ装置。
【請求項４】
車両停車時にエンジンを一時的に停止するアイドルストップ機能を有する車両であって、
請求項１から３のいずれか１項に記載のスタータ装置を備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用スタータ装置に関し、特に直流モータを備えた車両用スタータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題を背景にし、信号待ち等の車両停車時にエンジンを一時的に停止させるアイドルストップ機能を搭載した車両が増えている。車両用エンジンは、車両に搭載したバッテリを電源とする直流モータ（スタータモータ）によって始動される。直流モータの起動時には大きな突入電流が発生する。その大きな突入電流を抑制するためにスタータモータの通電開始時にアーマチャコイルの一部のみ通電を遮断し、回路抵抗を上昇させることにより、突入電流を抑制する方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、直流モータの寿命は、ブラシ寿命に大きく依存することが知られている。そこで、スタータモータのブラシの寿命を延ばすため、スタータモータの起動毎に整流子に摺接するブラシ対を切り替える構成が提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８９４２１号公報
【特許文献２】特開平８−２４７０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、エンジン停止後間もなくのエンジン始動時には、エンジンが暖まっているため、エンジンが冷えている通常のエンジン始動時より小さいトルクでエンジンを始動することができる。一方、直流スタータモータは一般にトルク制御を行うことができないため、起動時には一定のトルクが発生する。このため、エンジンが暖まっている場合には、エンジン始動に必要以上のトルクが、伝達系（ギヤ、ベルト等）へダメージを与える場合がある。さらに、その対策のために伝達系部品を強化する必要もあった。また、起動時にスタータモータに流れる大電流により電源電圧が低下し、ヘッドランプ照度変化等の他の車載電気システムに影響を与える場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジン始動時の必要トルクに関係する状態情報に基づいて、スタータモータの通電ブラシ対を選択制御するスタータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の車両用スタータ装置は、独立して通電可能な複数のブラシ対を有する直流スタータモータと、前記複数のブラシ対のうち選択したブラシ対のみに通電させる通電ブラシ対選択手段と、エンジン起動時の必要トルクに関係する状態情報に基づいて、前記通電ブラシ対選択手段を制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、スタータモータは独立して通電可能な複数のブラシ対を有し、エンジン起動時の必要トルクに関係する状態情報に基づいて、通電ブラシ対を選択するので必要以上の過大なトルクを抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の他の態様では、前記状態情報は、前記エンジン冷却水温度、エンジン油温度、外気温のグループから選ばれた少なくとも１つの温度情報を含む。
【００１０】
本発明によれば、前記エンジン冷却水温度、エンジン油温度、外気温のグループから選ばれた少なくとも１つの温度情報に基づいて通電コイル部を選択するので、エンジンの始動に必要なトルクを適切に判断することができる。
【００１１】
また、本発明の他の態様では、前記温度情報が予め定められた所定の温度を超えた場合、前記通電ブラシ対選択手段は、前記複数のブラシ対のうち選択した一部のブラシ対のみに通電させる。
【００１２】
本発明の車両は、車両停車時にエンジンを一時的に停止するアイドルストップ機能を有する車両であって、前記に記載のスタータ装置を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スタータモータはエンジン始動時に必要以上の過大なトルクを発生させてしまうことを抑制することができるため、エンジンの伝達系へのダメージを減らし、エンジン寿命を延ばすことができる。さらに、過大な起動トルクへの対策のために伝達系部品を強化する必要が無いので、エンジン伝達系の軽量化、低コスト化をすることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、エンジン始動時に無用な電流をスタータモータに通電しないので、エンジン始動時のヘッドランプ照度変化等の他の車載電気システムへの悪影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る車両用スタータ装置の構成を示す図である。車両用スタータ装置１０は、エンジン始動トルクを発生させるスタータモータ（直流モータ）１２を含み、バッテリ１４からスタータモータ１２へ電流が供給される。バッテリ１４からスタータモータ１２への電流経路には電流経路を選択する選択手段１６を備える。選択手段１６はコントローラ１８により制御される。コントローラ１８には、エンジン冷却水の水温を検知するエンジン水温センサ２０が接続され、エンジン水温情報が入力される。
【００１７】
スタータモータ１２は、独立して通電可能な第１ブラシ対２２と第２ブラシ対２４とを備え、それぞれのブラシ対と整流子２６が摺動接触する。さらに整流子２６からロータ２８のコイル３０に通電される。本実施形態のスタータ装置１０においては、ロータ２８は、向きが９０度異なる４つの磁極を形成する。この４つの磁極を形成するために、ロータ２８のコイル３０は、整流子２６が第１ブラシ対２２と第２ブラシ対２４がそれぞれと摺動接触する部位ごとに独立した第１の巻き線４０と第２の巻き線４２とを備える。
【００１８】
通電ブラシ対選択手段として機能する選択手段１６は、バッテリ１４と第１ブラシ対２２との通電を選択するスイッチ３２と、バッテリ１４と第２ブラシ対２４との通電を選択するスイッチ３４とから構成される。
【００１９】
したがって、スイッチ３２が閉（オン）になると、バッテリ１４から電流が第１ブラシ対２２を通り、第１巻き線４０に流れる。一方、スイッチ３４が閉（オン）になると、バッテリ１４から電流が第２ブラシ２４を通り、第２巻き線４２に流れる。スイッチ３２とスイッチ３４との両方が閉（オン）になると、バッテリ１４から電流が第１ブラシ対２２と第２ブラシ２４とを通り、第１巻き線４０と第２の巻き線４２とに流れる。
【００２０】
スイッチ３２およびスイッチ３４は、コントローラ１８によって開閉が制御される。コントローラ１８にはエンジン冷却水の水温を検知するエンジン水温センサ２０が接続され、コントローラ１８にエンジン水温情報が入力される。コントローラ１８には、予め定められたエンジン水温の基準温度が記憶されており、入力されたエンジン水温情報とエンジン水温基準温度とに基づいてスイッチの制御を行う。
【００２１】
図２は、コントローラ１８のスイッチ制御フローを示す図である。まず、エンジン始動指示が入ると、エンジン水温センサ２０から入力されたエンジン水温と予め定められたエンジン水温の基準温度とを比較し、エンジン水温が予め定められたエンジン水温の基準温度以上であるかを判定する（Ｓ１０）。比較の結果、入力されたエンジン水温がエンジン水温基準温度以上の場合、スイッチ３２もしくはスイッチ３４の一方を閉（オン）にする制御を行い、スタータモータ１２の複数のブラシ対のうち、一方のブラシ対のみに通電する部分通電を行い（Ｓ１２）、スタータモータ１２が起動しエンジンを始動させる。一方、入力されたエンジン水温がエンジン水温基準温度より低い場合、スイッチ３２およびスイッチ３４の両方を閉（オン）にする制御を行い、スタータモータ１２の複数のブラシ対の全てのブラシ対に通電する全極通電を行い（Ｓ１４）、スタータモータ１２が起動しエンジンを始動させる。
【００２２】
以上の構成により、アイドルストップからのエンジン始動時等のエンジン水温が基準温度より高く、エンジン始動時の必要トルクが比較的小さいと想定できる場合、スタータモータ１２の複数のブラシ対のうち、一部のブラシ対のみに通電を行う。したがって、スタータモータが発生するトルクは小さくなり、エンジンの伝達系へのダメージを減らし、エンジン寿命を延ばすことができる。また、起動時のスタータモータに流れる電流を抑制できるので、他の電気システムへの影響を小さくすることができる。一方、通常のエンジン始動時等のエンジン水温が基準温度より低く、エンジン始動時の必要トルクが比較的大きいと想定される場合、スタータモータ１２の複数のブラシ対の全てのブラシ対に通電を行うため、大きいトルクを発生させて確実にエンジンを始動させることができる。
【００２３】
図３は、スタータモータ１２の複数のブラシ対の全極通電を行った場合と、部分通電を行った場合とのモータ回転数とトルクとの関係を示す図である。トルクは回転していないとき最も高く、回転数が上がるほど低下する。部分通電の場合は全極通電の場合と比べ、電磁力を発生させる巻き線の数が少ないので、発生するトルクは小さくなる。したがって、部分通電とすれば、スタータモータ１２の発生するトルクを小さくすることができる。
【００２４】
図４は、スタータモータ１２の複数のブラシ対の全極通電を行った場合と、部分通電を行った場合とのトルクと電流との関係を示す図である。電流は大きなトルクを発生させるほど多く流れ、発生させるトルクが小さいほど減少する。部分通電の場合は全極通電の場合と比べ、通電する巻き線の数が少ないので、電流量は小さくなる。したがって、部分通電とすれば、スタータモータ１２に流れる電流を小さくすることができる。
【００２５】
ここで、コントローラ１８に入力されるエンジン始動時の必要トルクに関係する状態情報を、エンジン冷却水水温のみとしたが、エンジン冷却水温度のみならず、エンジン油温度、外気温であってもよい。これらの温度もエンジン冷却水温度と同様に、温度が高いほど、エンジン起動トルクが小さくと想定される状態情報である。また、これらの情報から選ばれた１つの情報からのみスイッチの制御をするのではなく、これらの情報の中から２つ以上の情報に基づいて総合的に判断してスイッチの制御を行ってもよい。２つ以上の状態情報に基づき判断を行うことにより、エンジンの状態をよりきめ細やかに検知して、より適切な通電ブラシの選択制御を行うことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係るスタータ装置１０のスタータモータ１２のブラシ対の数は２つとしたが、３つ以上であってもよい。その場合、ブラシ対の数に応じて、そのブラシ対それぞれに通電を選択するためのスイッチを設けてブラシ対毎に通電を制御する。この構成によれば、エンジン始動時の必要トルクに関係する状態情報に基づいて、多段階でスタータモータ１２が発生するトルクの制御を行うことができる。したがって、エンジン起動時の必要以上の過大なトルクがエンジンに加わることをより抑制することができる。
【００２７】
スイッチ３２およびスイッチ３４は、リレーを用いてもよいし、半導体スイッチを用いてもよく、コントローラ１８の制御により電流を制御できる構成であれば形式は問わない。
【００２８】
また、ブラシ対の一部のみを通電する部分通電での起動が連続する場合、コントローラ２０は、起動の度毎にオンするスイッチを変更することが好ましい。このようにスイッチを選択制御することにより通電によるブラシの摩耗を異なるブラシ毎に均一化させることにより、スタータモータ１２としての長寿命化を図ることができる。
【００２９】
さらに、コントローラ２０のスイッチ制御方法として、エンジンの冷えていると想定されるキースイッチによる初期始動時のみ全極通電を行い、アイドルストップ機能動作の再始動時には部分通電するようにスイッチを選択制御することも好ましい。
【００３０】
また、スタータモータ１２は、図１においてインナーロータ構造としたが、アウターローター構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用スタータ装置の構成を示す図である。
【図２】コントローラ２０のスイッチ制御フローを示す図である。
【図３】スタータモータ１２の複数のブラシ対の全極通電を行った場合と、部分通電を行った場合とのモータ回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図４】スタータモータ１２の複数のブラシ対の全極通電を行った場合と、部分通電を行った場合とのトルクと電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  車両用スタータ装置、１２  スタータモータ、１４  バッテリ、１６  選択手段、１８  コントローラ、２０  エンジン水温センサ、２２，２４  ブラシ対、２６  整流子、２８  ロータ、３０  コイル、３２，３４  スイッチ。
【図１】
2005155562.tif 000003
【図２】
2005155562.tif 000004
【図３】
2005155562.tif 000005
【図４】
2005155562.tif 000006