(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークの内周側に等間隔で固定された複数の主極界磁極と、これらの複数の主極界磁極のそれぞれに巻回された主極励磁巻線と、上記複数の主極界磁極の内側に回転可能に支持された電機子とを有するスタータ用電動機において、
上記複数の主極界磁極の間の中間対称軸の位置に配置された上記主極界磁極の数と同数の補極と、
これらの補極のそれぞれに巻回された補極励磁巻線とを備え、
上記補極励磁巻線を負荷電流によって励磁するとともに、
上記主極界磁極は、その端部に周方向に延びたシュー部を備え、
上記シュー部によって係止される上記主極励磁巻線の端部と上記ヨークの間に、上記補極励磁巻線の端部を挟持して、上記補極励磁巻線を固定することを特徴とするスタータ用電動機。
【請求項２】
請求項１記載のスタータ用電動機において、
さらに、上記スタータ用電動機の起動時にのみ、上記補極励磁巻線に通電する手段を備えたことを特徴とするスタータ用電動機。
【請求項３】
請求項１記載のスタータ用電動機において、
上記補極は、軸方向に複数に分割した鉄心により構成したことを特徴とするスタータ用電動機。
【請求項４】
請求項１記載のスタータ用電動機において、
さらに、上記主極励磁巻線及び上記補極励磁巻線に流れる電流の方向を切り替える切替手段を備えたことを特徴とするスタータ用電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータ用電動機に係り、特に、自動車等のエンジンを始動するのに用いるスタータ用電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスタータ用電動機は、例えば、特開平５−２４８３２７号公報に記載されているように、電機子巻線を配したスロットを有する電機子の外周に、複数の界磁極３及び界磁巻線４を等間隔に固定したヨークを配置した構成となっている。
【０００３】
また、一般的な直流機においては、例えば、「後藤文雌著、”電機概論”、１９６７年、丸善、ｐ．２０に記載されているように、ブラシを、整流子の上で、電気的中性軸より反回転方向に移動した位置に配置することにより、ブラシ下の火花を減少するようにすることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球環境の破壊を防止するために、自動車が排出するＣＯ2を低減する方法が種々検討されている。ＣＯ2低減の一方策として、提案されているのが、自動車が赤信号等で停止するとエンジンを停止し、さらに、青信号に変わって発進する際には、スタータを用いてエンジンを再始動するというアイドルストップ方式である。かかる方式を用いることにより、不要なアイドル回転を防止して、アイドリング中のＣＯ2発生を低減するものである。
【０００５】
このようなアイドルストップ方式を採用すると、自動車の停止の度毎に、スタータを用いたエンジンの再始動が必要となってくるため、スタータの使用回数が従来の約１０倍程度になるものと考えられている。従って、スタータの耐久性も従来の１０倍程度まで向上する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上述した「電機概論」に記載された方式をスタータに適用しても、スタータの耐久性を向上することができないものである。スタータを構成する部品の中で、最も耐久性の低いものはブラシである。スタータは、一般的な直流機に比べて、大電流を用いるため、ブラシからの火花の発生によって、ブラシの寿命が低減する。エンジンの始動時のように、停止状態から高速回転まで負荷が暫次変化する場合においては、「電機概論」に記載された方式では、ブラシの位置も、負荷の変化に応じて変える必要があるが、負荷の変化に応じてブラシの地を機械的変化させることは困難である。従って、従来の方式では、スタータ用電動機の火花の発生を効果的に防止することが困難であり、スタータ用電動機の耐久性が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、アイドルストップのようにスタータ用電動機の使用頻度が多くなった場合でも、火花の発生を防止して、耐久性の向上したスタータ用電動機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ヨークの内周側に等間隔で固定された複数の主極界磁極と、これらの複数の主極界磁極のそれぞれに巻回された主極励磁巻線と、上記複数の主極界磁極の内側に回転可能に支持された電機子とを有するスタータ用電動機において、上記複数の主極界磁極の間の中間対称軸の位置に配置された上記主極界磁極の数と同数の補極と、これらの補極のそれぞれに巻回された補極励磁巻線とを備え、上記補極励磁巻線を負荷電流によって励磁するとともに、上記主極界磁極は、その端部に周方向に延びたシュー部を備え、上記シュー部によって係止される上記主極励磁巻線の端部と上記ヨークの間に、上記補極励磁巻線の端部を挟持して、上記補極励磁巻線を固定するようにしたものである。かかる構成により、電機子巻線により発生するリアクタンス電圧を、補極励磁巻線によって発生する整流起電力により打ち消すことにより、アイドルストップのようにスタータ用電動機の使用頻度が多くなった場合でも、火花の発生を防止して、耐久性を向上し得るものとなるとともに、かかる構成により、補極励磁巻線の移動を阻止して、補極励磁巻線が電機子等に接触して損傷するのを防止するとともに、スタータ用電動機を小型化し得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、さらに、上記スタータ用電動機の起動時にのみ、上記補極励磁巻線に通電する手段を備えるようにしたものである。かかる構成により、補極励磁巻線には、スタータ用電動機の起動時にのみ通電するため、スタータ用電動機の起動時の火花の発生を効果的に防止し、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にするとともに、起動後は、スタータ用電動機を高速回転することによって、内燃機関の始動を容易にし得るものとなる。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記補極は、軸方向に複数に分割した鉄心により構成するようにしたものである。かかる構成により、スタータ用電動機の初期回転立ち上がり時に、補極表面に流れる渦電流を弱めて、磁束通過を容易にして、火花の発生を低減し得るものとなる。
【００１２】
（４）上記（１）において、好ましくは、さらに、上記主極励磁巻線及び上記補極励磁巻線に流れる電流の方向を切り替える切替手段を備えるようにしたものである。かかる構成により、１台のスタータ用電動機において、火花の発生を防止することができるとともに、正転用にも逆転用にも用い得るものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態によるスタータ用電動機について説明する。
最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態によるスタータ用電動機の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるスタータ用電動機の構成を示す断面図である。
【００１４】
スタータ用電動機１０は、ヨーク２０と、このヨーク２０の内周側に固定された４個の主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備えている。
【００１５】
主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、ヨーク２０の内周側に等間隔で配置されており、それぞれ、止めねじ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによってヨーク２０に固定されている。主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの内径側端部は、周方向に突き出ており、いわゆるシュー部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを形成している。主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄには、それぞれ、主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが巻回されている。
【００１６】
また、スタータ用電動機１０は、主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの内周側に、電機子４０を備えている。電機子４０は、シャフト４２と、このシャフト４２に固定された複数の板を積層したコア４４とから構成される。コア４４には、シャフト４２と平行に延びる複数のスロット４６が形成されている。スロット４６には、図示しない電機子巻線が配せられている。電機子巻線の一方の端は、図示しない整流子に接続されている。電機子４０は、これらの整流子，電機子巻線，コア４４，及びシャフト４２によって構成されている。
【００１７】
さらに、本実施形態によるスタータ用電動機１０は、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを備えている。補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、ヨーク２０の内周側に等間隔で配置されており、それぞれ、止めねじ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄによってヨーク２０に固定されている。また、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄには、それぞれ、補極励磁巻線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが巻回されている。
【００１８】
ここで、本実施形態による補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、次のような特徴を備えている。第１に、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが配置される位置は、隣り合った主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ同士の中間部の位置，即ち、主極界磁極の中間対称軸の位置であり、整流を受ける電機子巻線の対応した位置（電気的中性軸）としている。従って、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄの個数は、主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと同数としており、また、全て同じ形状を有している。第２に、補極励磁巻線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、負荷電流で励磁するようにしている。なお、この点については、図２を用いて後述する。
【００１９】
スタータ用電動機が回転すると、整流作用を受けた電機子巻線の電流ｉが変化する。このとき、電機子巻線のインダクタンスＬによって、リアクタンス電圧ｅｒ（＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ（Ｖ））が発生し、整流中の電機子巻線内の電流の変化を妨げ、整流を遅らせる作用をする。即ち、ブラシによって電機子巻線が短絡されると、電機子巻線の自己誘導起電力によってリアクタンス電圧が発生する。このリアクタンス電圧は、隣合う主極界磁極同士の中間の位置で発生する。そのため、補極５０は、隣り合った主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ同士の中間部の位置に設けるようにしている。補極の励磁巻線に励磁電流を流すことによって、補極から発生する整流起電力によって、電機子巻線の自己誘導起電力によって発生するリアクタンス電圧を打ち消すようにし、整流現象を改善して、ブラシ下の火花の発生を減少するようにしている。
【００２０】
ここで、電機子巻線に発生するリアクタンス電圧は、負荷電流に正比例して増加する。そこで、補極から発生する整流起電力が、負荷電流に正比例して増加するようにするため、補極励磁巻線には、負荷電流を流すようにしている。この結果、スタータ用電動機が停止状態から高速回転に至るまで回転数が暫次増加して、負荷電流が増加し、リアクタンス電圧が増加しても、整流起電力も併せて増加するため、負荷の状態に拘らず、リアクタンス電圧を整流起電力によって効果的に打ち消すことができる。
【００２１】
さらに、本実施形態においては、補極及び補極励磁巻線は、構造的な特徴も有している。即ち、図１に示すように、補極励磁巻線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの両端部は、それぞれ隣合う主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄにに巻回された主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの端部と、ヨーク２０の間に、挟み付けられて、固定されている。例えば、補極励磁巻線５４ａの第１の端部５４ａ１は、主極励磁巻線３６ａの端部３６ａ２によって押さえつけられており、補極励磁巻線５４ａの第２の端部５４ａ２は、主極励磁巻線３６ｂの端部３６ｂ１によって押さえつけられている。
【００２２】
主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、上述したように、その先端部に、周方向に突き出たシュー部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを有しており、主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、それぞれ、シュー部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによって固定することが可能である。しかしながら、補極５０は、漏れ磁束を防ぐため、先端には、シュー部を設けていない。そこで、補極励磁巻線５４を固定する方法として、主極励磁巻線３６を用いるようにしている。
【００２３】
主極及び補極の組立は、次の手順で行われる。最初に、ヨーク２０の内周側に、止めねじ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを用いて、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを固定する。次に、補極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄに、それぞれ、補極励磁巻線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを挿入する。次に、主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを挿入して、主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの移動をシュー部３４ａ，３４，ｂ，３４ｃ，３４ｄで係止した状態で、ヨーク２０の内周側に、止めねじ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを用いて、主極界磁極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを取り付ける。このとき、止めねじ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを締め付けることにより、主極励磁巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの両端部は、それぞれ、補極励磁巻線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの端部と係合して、ヨーク２０側に押し付けるように作用し、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４が固定される。
【００２４】
このようにして、補極励磁巻線５４を固定することにより、補極励磁巻線５４の移動を阻止して、補極励磁巻線５４が電機子４０等に接触して損傷するのを防止することができる。
【００２５】
なお、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４の表面は、絶縁テープ等により十分に絶縁されている。また、両巻線及び接触部等をワニス等で固着することにより、結合を強化することができる。また、両巻線の端部を重ね合わせて配置することによって、スタータ用電動機を小型に構成することができる。
【００２６】
また、補極５０は、スタータ用電動機１０の軸方向（シャフト４２の軸方向）に、薄い鉄板を積層して構成している。スタータ用電動機１０の初期回転立ち上がり時には、電流の変化に応じて渦電流が補極５０の鉄心表面に流れて磁束通過を妨げる。そこで、補極５０を積層構造とすることにより、渦電流を弱めて、磁束通過を容易にして、火花の発生を低減するようにしている。なお、補極５０の構成としては、薄い鉄板の積層構造の他に、スタータ用電動機１０の軸方向に補極の鉄心を複数個に分割して構成するようにしてもよいものである。
【００２７】
なお、補極５０の大きさは、整流帯（ある一つのスロット内に含まれる全部のコイルについて、整流が始まってから終了するまでにスロットの動く距離）の大きさによって決めることができるものである。また、補極励磁巻線５４の線径及び巻数は、主極界磁極３０によって発生するリアクタンス電圧に応じて、これを打ち消す整流起電力を、補極５０から発生できるように決めることができる。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
スタータ用電動機１０の主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４は、それぞれ直列に接続され、さらに、補極励磁巻線５４は、ブラシ７０及び整流子７２を介して電機子４０の電機子巻線に接続されている。このような構成とすることによって、補極励磁巻線５４には、負荷電流Ｉを流すことができ、ブラシ７０による短絡線輪の自己誘導起電力，即ち、リアクタンス電圧を、補極５０によって発生する整流起電力で打ち消すことができる。
【００３０】
スタータ１００は、スタータ用電動機１０と、マグネットスイッチ９０によって構成されている。マグネットスイッチ９０は、キースイッチ１１０を介して、バッテリ１２０に接続されている。マグネットスイッチ９０は、吸引コイル９２と、保持コイル９４と、プランジャ９６と、主接点９８を備えている。
【００３１】
エンジンを始動するため、キースイッチ１１０を閉じると、バッテリー１２０から吸引コイル９２に電流が流れ、プランジャ９６を矢印Ａ方向に吸引して、主接点９８を閉じる。主接点９８が閉じると、バッテリー１２０から主接点９８を介して、スタータ用電動機１０に電流が流れるとともに、保持コイル９４にも電流が流れ、プランジャ９６は主接点９８を閉じた状態に保持される。また、プランジャ９６が矢印Ａ方向に移動すると、プランジャ９６に係合している図示しないシフト機構によって、スタータ用電動機１０のピニオンギア７４が矢印Ｂ方向に移動して、ピニオンギア７４が内燃機関本体１３０の駆動軸に取り付けられたリングギア１３２に突入して噛み合う。
【００３２】
バッテリー１２０からの電流は、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４に流れるとともに、ブラシ７０及び整流子７２を介して、電機子４０の電機子巻線に流れるため、電機子４０が回転し、電機子４０と連結されたピニオンギア７４の回転力が、リングギア１３２を介して、内燃機関本体１３０に伝達され、内燃機関本体１３０が始動する。
【００３３】
このとき、補極励磁巻線５４に流れる電流は、整流起電力を発生して、電機子４０に発生するリアクタンス電圧を打ち消して、火花を抑制する。また、同時に、補極励磁巻線５４の抵抗による電圧降下を生じ、スタータ用電動機４０の回転速度の立ち上がりをゆるやかなものにする。従って、プランジャ９６の動作と連動してピニオンギヤ７４がリングギヤ１３２に当接した時、シフト機構の抑圧力が小さくて円滑に噛み合わない時でも、ピニオンギヤ７４は低速回転するので、リングギヤ１３２に容易に噛み合わせることができる。
【００３４】
内燃機関本体１３０の始動後、キースイッチ１１０を開くことにより、保持コイル９４への通電が遮断され、プランジャ９６が矢印Ｃ方向に復帰して、主接点９８を開いて、スタータ用電動機１０の回転が停止するとともに、ピニオンギア７４も、矢印Ｄ方向に復帰して、ピニオンギア７４とリングギア１３２の係合も解放される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、電機子巻線の自己誘導起電力によって発生したリアクタンス電圧を、補極により発生する整流起電力で打ち消すようにしているため、ブラシ下の火花の発生を減少することができる。
【００３６】
また、補極の補極励磁巻線には、負荷電流を流すようにしているので、リアクタンス電圧が増加しても、整流起電力も併せて増加するため、負荷の状態に拘らず、リアクタンス電圧を整流起電力によって効果的に打ち消すことができる。
【００３７】
さらに、補極励磁巻線の両端部は、それぞれ隣合う主極界磁極に巻回された主極励磁巻線の端部と、ヨークとの間に、挟み付けられて、固定するようにしているため、補極励磁巻線が電機子等に接触して損傷するのを防止することができる。
【００３８】
また、主極励磁巻線と補極励磁巻線の端部を重ね合わせて配置することによって、スタータ用電動機を小型に構成することができる。
【００３９】
さらに、補極の鉄心は、スタータ用電動機の軸方向に複数個に分割して構成するようにしているため、スタータ用電動機の初期回転立ち上がり時に発生する渦電流を弱めて、磁束通過を容易にして、火花の発生を低減するようにしている。
【００４０】
また、補極励磁巻線を介して負荷電流を電機子に流すようにしたため、補極励磁巻線の抵抗による電圧降下によって、スタータ用電動機の回転速度の立ち上がりを緩やかにして、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にすることができる。
【００４１】
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００４２】
スタータ１００は、スタータ用電動機１０と、マグネットスイッチ９０によって構成されている。スタータ用電動機１０の主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４は、それぞれ直列に接続され、さらに、補極励磁巻線５４は、ブラシ７０及び整流子７２を介して電機子４０の電機子巻線に接続されている。マグネットスイッチ９０は、キースイッチ１１０を介して、バッテリ１２０に接続されている。マグネットスイッチ９０は、吸引コイル９２と、保持コイル９４と、プランジャ９６と、主接点９８を備えている。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、補極励磁巻線５４に並列に接続された回路開閉器８０と、この回路開閉器８０の開閉を制御する位置センサ８２を備えている。回路開閉器８０が開いている場合には、バッテリー１２０からスタータ用電動機１０に供給される電流は、主極励磁巻線３６と補極励磁巻線５４を通って、電機子４０に流れる。回路開閉器８０が閉じると、バッテリー１２０からスタータ用電動機１０に供給される電流は、主極励磁巻線３６を通った後、補極励磁巻線５４を短絡して、電機子４０に流れる。即ち、回路開閉器８０が開いている場合には、補極励磁巻線５４によってリアクタンス電圧を打ち消す、整流起電力が発生するとともに、補極励磁巻線５４の抵抗分による電圧降下が生じることになり、回路開閉器８０が閉じると、補極励磁巻線５４は短絡しているため、整流起電力の発生がないとともに、補助励磁巻線５４による電圧降下も生じなくなるものである。
【００４４】
位置センサ８２は、ピニオンギア７４とリングギア１３２の噛み合いを検出するものであり、ピニオンギア７４が、プランジャ９６によって動作するシフト機構により矢印Ｂ方向に移動して、ピニオンギア７４とリングギア１３２が噛み合う位置まで移動すると、回路開閉器８０を閉じる信号を出力する。また、ピニオンギア７４とリングギア１３２が噛み合っていない状態では、回路開閉器８０を開く信号を出力する。
【００４５】
次に、本実施形態の動作について説明する。エンジンを始動するため、キースイッチ１１０を閉じると、マグネットスイッチ９０が動作して、スタータ用電動機１０に電流が流れるとともに、プランジャ９６に係合している図示しないシフト機構によって、スタータ用電動機１０のピニオンギア７４が矢印Ｂ方向に移動する。この時点では、ピニオンギア７４とリングギア１３２が噛み合っていないため、位置センサ８２は、回路開閉器８０を開く信号を出力しており、バッテリー１２０からの電流は、主極励磁巻線３６と補極励磁巻線５４を通って、電機子４０に流れる。従って、補極励磁巻線５４は、リアクタンス電圧を打ち消す整流起電力が発生することにより、ブラシ７０における火花の発生を防止することができる。マグネットスイッチ９０の主接点９８が閉じた瞬間、スタータ用電動機１０の起動時には、スタータ用電動機１０に大きな電流（突入電流）が流れるため、ブラシ７０における火花の発生が生じ易いものであるが、この火花の発生は、補極励磁巻線５４が発生する整流起電力によって打ち消されるため、防止することができる。また、補極励磁巻線５４の抵抗分による電圧降下が生じるため、スタータ用電動機４０の回転速度の立ち上がりをゆるやかなものにする。従って、プランジャ９６の動作と連動してピニオンギヤ７４がリングギヤ１３２に当接した時、シフト機構の抑圧力が小さくて円滑に噛み合わない時でも、ピニオンギヤ７４は低速回転するので、リングギヤ１３２に容易に噛み合わせることができる。
【００４６】
位置センサ８２が、ピニオンギア７４とリングギア１３２の噛み合いを検出すると、回路開閉器８０を閉じるため、補極励磁巻線５４は、短絡される。従って、補極励磁巻線５４から整流起電力は発生しなくなるが、この時点では、ブラシ７０を流れる電流も定常値となっており、スタータ用電動機１０の起動時に比べて火花の発生は低減しているため、何等問題が生じないものである。一方、補極励磁巻線５４が短絡されることにより、補極励磁巻線５４による電圧降下が生じないため、スタータ用電動機１０に流れる電流は、回路開閉器８０が開いている場合に比べて大きくなり、スタータ用電動機１０が高速回転して、内燃機関本体１３０が始動する。
【００４７】
内燃機関本体１３０の始動後、キースイッチ１１０を開くことにより、保持コイル９４への通電が遮断され、プランジャ９６が矢印Ｃ方向に復帰して、主接点９８を開いて、スタータ用電動機１０の回転が停止するとともに、ピニオンギア７４も、矢印Ｄ方向に復帰して、ピニオンギア７４とリングギア１３２の係合も解放される。
【００４８】
なお、スタータ用電動機の起動時にのみ補極励磁巻線に通電する方式としては、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを検出する方式以外に、スタータ用電動機に流れる電流を検出する方式を用いることもできる。即ち、図３に破線で示すように、マグネットスイッチ９０とスタータ用電動機１０の間に電流検出器８４と、この電流検出器８４が検出した電流を基準電流値と比較して、回路開閉器８０を開閉する制御信号を出力する制御器８６を備えるようにする。
【００４９】
電流検出器８４は、スタータ用電動機１０に流れる電流を検出し、制御器８６は、電流検出器８４が検出した電流を基準電流値と比較して、基準電流値よりも小さい場合には、回路開閉器８０を閉じる制御信号を出力し、基準電流値よりも大きい場合には、回路開閉器８０を開く制御信号を出力する。電流検出器８４が検出した電流が基準電流値よりも大きい場合とは、スタータ用電動機１０の起動時であり、このとき回路開閉器８０を開くことで、前述したように、補極励磁巻線５４が発生する整流起電力によりスタータ用電動機１０に流れる突入電流を打ち消し、火花の発生を防止できる。また、電流検出器８４が検出した電流が基準電流値よりも小さい場合とは、スタータ用電動機１０を起動した後であり、このとき回路開閉器８０を閉じることで、補極励磁巻線５４は短絡され、整流起電力が発生しなくなるため、スタータ用電動機１０を高速回転して、内燃機関本体１３０を始動できる。
【００５０】
このように構成することによって、スタータ用電動機の起動時の火花の発生を効果的に防止し、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にするとともに、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合い後は、スタータ用電動機を高速回転することによって、内燃機関の始動を容易にすることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、電機子巻線の自己誘導起電力によって発生したリアクタンス電圧を、補極により発生する整流起電力で打ち消すようにしているため、ブラシ下の火花の発生を減少することができる。
【００５２】
また、補極の補極励磁巻線には、負荷電流を流すようにしているので、リアクタンス電圧が増加しても、整流起電力も併せて増加するため、負荷の状態に拘らず、リアクタンス電圧を整流起電力によって効果的に打ち消すことができる。
【００５３】
また、補極励磁巻線を介して負荷電流を電機子に流すようにしたため、補極励磁巻線の抵抗による電圧降下によって、スタータ用電動機の回転速度の立ち上がりを緩やかにして、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にすることができる。
【００５４】
さらに、補極励磁巻線には、スタータ用電動機の起動時にのみ通電するようにしているため、スタータ用電動機の起動時の火花の発生を効果的に防止し、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にするとともに、起動後は、スタータ用電動機を高速回転することによって、内燃機関の始動を容易にすることができる。
【００５５】
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００５６】
スタータ１００は、スタータ用電動機１０と、マグネットスイッチ９０によって構成されている。スタータ用電動機１０の主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４は、それぞれ直列に接続され、さらに、補極励磁巻線５４は、ブラシ７０及び整流子７２を介して電機子４０の電機子巻線に接続されている。マグネットスイッチ９０は、キースイッチ１１０を介して、バッテリ１２０に接続されている。マグネットスイッチ９０は、吸引コイル９２と、保持コイル９４と、プランジャ９６と、主接点９８を備えている。
【００５７】
さらに、本実施形態においては、主極励磁巻線３６と補極励磁巻線５４との直列回路の両端に接続された切替装置８８を備えている。切替装置８８の接点８８Ａ，８８Ｄは、マグネットスイッチ９０に接続されている。接点８８Ｂ，８８Ｃは、ブラシに接続されている。切替器８８Ｅは、主極励磁巻線３６側に接続され、切替器８８Ｆは、補極励磁巻線５４側に接続されている。
【００５８】
切替器８８Ｅ，８８Ｆを接点８８Ａ，８８Ｂ側に接続すると、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４には、矢印Ｅ方向に電流が流れる。また、切替器８８Ｅ，８８Ｆを接点８８Ｃ，８８Ｄ側に接続すると、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４には、矢印Ｆ方向に電流が流れる。このとき、電機子４０を流れる電流の方向は変わらないので、切替器８８の操作によって、電機子４０を流れる電流に対して、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４に流れる電流を正逆方向に切替ることができる。従って、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４に、矢印Ｅ方向に電流が流れる場合、電機子４０が正転するとすると、主極励磁巻線３６及び補極励磁巻線５４に、矢印Ｆ方向に電流が流れる場合、電機子４０は逆正転することになる。スタータ用電動機１０が正転する場合も、逆転する場合も、補極励磁巻線５４は、リアクタンス電圧を打ち消す整流起電力を発生するため、火花の発生を効果的に防止することができる。
【００５９】
従来のスタータ用電動機において、ブラシを電気的中性軸よりも反回転方向にずらすことによって火花の発生を防止するタイプのものにあっては、スタータ用電動機を正転する場合と、逆転する場合では、ブラシをずらす方向も逆となるため、１台のスタータ用電動機で正転と逆転を兼ねることが困難であったが、本実施形態によれば、切替装置によって電流を流す方向を逆にするだけで、火花の発生を防止できるとともに、スタータ用電動機の正逆転の切替を容易に行うことが可能となる。スタータ用電動機においては、内燃機関への取付位置の都合により、正転用のスタータ用電動機と、逆転用のスタータ用電動機を製造する必要があったが、本実施形態によって、１台のスタータ用電動機を正転用にも逆転用にも用いることができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によれば、電機子巻線の自己誘導起電力によって発生したリアクタンス電圧を、補極により発生する整流起電力で打ち消すようにしているため、ブラシ下の火花の発生を減少することができる。
【００６１】
また、補極の補極励磁巻線には、負荷電流を流すようにしているので、リアクタンス電圧が増加しても、整流起電力も併せて増加するため、負荷の状態に拘らず、リアクタンス電圧を整流起電力によって効果的に打ち消すことができる。
【００６２】
また、補極励磁巻線を介して負荷電流を電機子に流すようにしたため、補極励磁巻線の抵抗による電圧降下によって、スタータ用電動機の回転速度の立ち上がりを緩やかにして、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを容易にすることができる。
【００６３】
さらに、１台のスタータ用電動機において、火花の発生を防止することができるとともに、正転用にも逆転用にも用いることが可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドルストップのようにスタータ用電動機の使用頻度が多くなった場合でも、スタータ用電動機の始動時の火花の発生を防止して、耐久性の向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるスタータ用電動機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態によるスタータ用電動機を用いるエンジンの始動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…スタータ用電動機
２０…ヨーク
３０…主極界磁極
３２，５２…止めねじ
３４…シュー部
３６…主極励磁巻線
４０…電機子
４２…シャフト
４４…コア
４６…スロット
５０…補極
５４…補極励磁巻線
７０…ブラシ
７２…整流子
７４…ピニオンギヤ
８０…回路開閉器
８２…位置センサ
８４…電流検出器
８６…制御器
８８…切替装置
９０…マグネットスイッチ
１００…スタータ
１１０…キースイッチ
１２０…バッテリ
１３０…内燃機関
１３２…リングギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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