JP2000240541A - スタータのマグネチックスイッチ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のエンジンを始動するスタータのマグ
ネチックスイッチにおける、その接点の保護を図り、接
点を含むマグネチックスイッチ及びスタータの寿命を向
上する。 【解決手段】 スタータ４のマグネチックスイッチ５に
備えられる電気的接点８，１０Ｂ，１０Ｍの閉成開離を
検出する接点検出手段２０１と、接点の両端に並列に接
続された半導体素子２５と抵抗２６の直列接続部材と、
遅延時間発生手段２０２を含んで、マグネチックスイッ
チ５をオンオフするキースイッチ２の状態を検出する指
示検出手段２０３と、半導体素子２５を導通遮断させる
駆動手段２０４とを備え、指示検出手段２０３のオン信
号に基づいて接点の最初の閉成と開離との間に半導体素
子２５を導通させると共に、指示検出手段２０３のオフ
信号に基づく接点の開離からあらかじめ設定された遅延
時間の経過後に半導体素子２５を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のエンジン
を始動するスタータの起動および停止を司る内包部品で
あるマグネチックスイッチに係り、特にその接点の保護
を目的としたスタータのマグネチックスイッチ制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスタータのマグネチックスイッチ
は特開平９−１７７６４５号公報等により公知である
が、マグネチックスイッチの制御装置は備えられていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、環境問題への関
心が高まり、自動車が交差点や停留所で停止し、エンジ
ンがアイドリング状態になった際に、そのエンジンを一
旦停止させ、発進する時に再始動するいわゆるアイドリ
ングストップが推奨されている。このため、エンジンを
始動するスタータの起動回数が増加し、スタータモータ
を電気的オンオフするマグネチックスイッチ接点の長寿
命化が求められている。

【０００４】スタータモータの回転軸から減速機構を介
して回転するピニオンが、エンジンのリングギヤに噛み
合ってエンジンを始動させようとするクランキング時に
は、マグネチックスイッチの接点に流れる電流は４００
Ａ〜６００Ａ、極低温での重負荷時には１０００Ａにも
達することがある。このような大電流を開閉する接点が
劣化する要因は接点開閉時におけるアークであり、接点
の長寿命化を図るにはアークを低減することが求められ
ている。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、自動車のエンジンを始動するスタータのマグ
ネチックスイッチ接点の保護を図り、電気接点を含むマ
グネチックスイッチ及びスタータの寿命の向上を目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スタータのマグネチックスイッチに備え
られる電気的接点の閉成開離を検出する接点検出手段
と、接点の両端に並列に接続された半導体素子と抵抗の
直列接続部材と、遅延時間発生手段を含んで、マグネチ
ックスイッチをオンオフするキースイッチの状態を検出
する指示検出手段と、半導体素子を導通遮断させる駆動
手段とを備え、該指示検出手段のオン信号に基づいて接
点の最初の閉成と開離との間に半導体素子を導通させる
と共に、指示検出手段のオフ信号に基づく接点の開離か
らあらかじめ設定された遅延時間の経過後に半導体素子
を遮断する技術手段を採用している。

【０００７】このような手段を備えた本発明では、マグ
ネチックスイッチがオンするときに、接点が最初に接触
してから、機械的要因によって接点が接離を繰り返すチ
ャタリング現象が起こる前に、抵抗と半導体素子を通っ
て接点に小電流を流してアークを防止し、接点がオフし
た後にも一定時間、抵抗と半導体素子によって接点間が
電気的に接続される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例を基づいて説明する。

【０００９】図１は本発明の実施例を示す電気回路図、
図２は図１の作動説明に供する動作タイミング図であ
る。

【００１０】図１において、マイナス側が接地された自
動車のバッテリ１と、運転者がエンジンを始動する際に
操作するキースイッチ２と、スターティングリレー３が
設けられる。スタータ４はマグネチックスイッチ５を有
しており、マグネチックスイッチ５は、端子Ｃに接続さ
れるＰコイル６及びＨコイル７と、一端に可動接点８を
有するプランジャ９と、一対の固定接点１０が設けられ
る。固定接点１０はバッテリ１のプラス側に接続される
固定接点１０Ｂとスタータ端子Ｍに接続される固定接点
１０Ｍを有する。プランジャ９はＰコイル６及びＨコイ
ル７が通電された時に移動しようとする方向と反対方向
に付勢される戻しバネ１１を備える。スタータ４は端子
Ｍを介してスタータモータ１２と界磁コイル１３が直列
に接続されて接地される。スタータモータ１２の回転軸
は図示しない減速機構を介してピニオン１４に連結され
る。ピニオン１４はレバー１５を介してプランジャ９の
他端にリンクされ前後に移動するようになっている。

【００１１】マグネチックスイッチ制御装置２０は、接
点検出手段２０１たるフォトカプラ２１と抵抗２２とコ
ンデンサ２３とダイオード２４、半導体素子のＩＧＢＴ
２５と抵抗２６の直列接続部材、遅延時間発生手段２０
２たるコンデンサ２７と抵抗２８を含むダイオード２９
とツェナーダイオード３０と抵抗３１とトランジスタ３
２で構成される指示検出手段２０３と、ＩＧＢＴ２５を
導通遮断させる駆動手段２０４たる絶縁電源３３と抵抗
３４，３５とを備える。

【００１２】ＩＧＢＴ２５のコレクタ端子は抵抗２６の
一端に接続され、エミッタ端子はマグネチックスイッチ
５の固定接点１０Ｍに電気的に連なる端子Ｍ’に接続さ
れる。抵抗２６の他端はマグネチックスイッチ５の固定
接点１０Ｂ及びバッテリ１のプラス側に電気的に連なる
端子Ｂ’に接続される。従って、ＩＧＢＴ２５と抵抗２
６の直列接続部材は、マグネチックスイッチ５の固定接
点１０の両端に並列に接続されることになる。

【００１３】接点検出手段は、端子Ｍ’からダイオード
２４を介してフォトカプラ２１の入力側フォトダイオー
ド２１ａに接続されており、端子Ｍ’に電圧が印加さ
れ、かつ後述するトランジスタ３２が導通した時にフォ
トカプラ２１の入力側フォトダイオード２１ａが発光し
て出力側に信号が伝達される。なお、コンデンサ２３は
動作安定のためのノイズ消去用である。

【００１４】指示検出手段は、スターティングリレー３
及びマグネチックスイッチ５の端子Ｃに接続される端子
Ｃ’からダイオード２９と抵抗２８とツェナーダイオー
ド３０を直列に介してトランジスタ３２のベース端子に
接続される。トランジスタ３２のベース端子とアース間
には抵抗３１が接続され、ダイオード２９と抵抗２８の
接続点とアース間にはコンデンサ２７が接続される。こ
の中でコンデンサ２７と抵抗２８は遅延時間発生手段と
しての役割を担っている。

【００１５】駆動手段の要素である絶縁電源３３は、端
子Ｂ’とアース間の電圧を入力として、この入力と電気
的に絶縁され、電圧が変換された直流を出力するもので
ある。この絶縁電源３３の出力の正側は抵抗３４の一端
に接続され、その他端はフォトカプラ２１の出力側フォ
トトランジスタ２１ｂのコレクタ端子に接続される。フ
ォトカプラ２１の出力側フォトトランジスタ２１ｂのエ
ミッタ端子は抵抗３５の一端とＩＧＢＴ２５のベース端
子に接続される。なお、絶縁電源３３の出力の負側は抵
抗３５の他端とＩＧＢＴ２５のエミッタ端子に接続され
る。

【００１６】以上の構成で本発明の装置の作動を説明す
ると、運転者がエンジンを始動する目的でキースイッチ
２を始動位置にするとバッテリ１からキースイッチ２を
介してスターティングリレー３の駆動コイルに電流が流
れてリレー接点が接続される。それに伴いバッテリ１か
らスタータ４のマグネチックスイッチ５の端子Ｃを介し
てＰコイル６に電流が流れて、先端に可動接点８を有す
るプランジャ９を固定接点１０方向に駆動させると共に
ピニオン１４をエンジンのリングギヤ（図示せず）方向
に押し出す。同時にバッテリ１からＨコイル７とスター
タ４の端子Ｍを介してスタータモータ１２と界磁コイル
１３に電流が流れて、スタータモータ１２が緩やかに回
転するためその回転軸に連結されるピニオン１４も緩や
かに回転しリングギヤに容易に噛み合う。ピニオン１４
とリングギヤが完全に噛み合った時点で、可動接点８は
固定接点１０を橋絡し、バッテリ１の電圧が橋絡された
固定接点１０を介してスタータ４の端子Ｍに印加される
ので、スタータモータ１２は全力回転してエンジンを始
動する。

【００１７】マグネチックスイッチ５の可動接点８が固
定接点１０を橋絡する時に、プランジャ９の先端の可動
接点８は戻しバネ１１を撓ませながら固定接点１０側に
移動し、可動接点８と固定接点１０は衝突する。その
際、反力と戻しバネ１１との複合力によって微少時間、
可動接点８と固定接点１０が接離を繰り返すいわゆるチ
ャタリング現象が生ずる。

【００１８】このチャタリング現象の間に可動接点８及
び固定接点１０に、クランキング時のスタータモータ電
流４００Ａ〜１０００Ａが断続されると接点間にアーク
が飛び、接点の著しい損傷を受けると共に接点溶着の可
能性がある。そこでマグネチックスイッチ制御装置２０
によって、接点の開閉時に抵抗２６を通して補助電流を
流すことによってアークの低減を図ることができる。

【００１９】図２は横軸に時間ｔを、縦軸に各々（ａ）
は始動開始時の固定接点１０Ｂと１０Ｍ間の機械的な接
続状態を、（ｂ）は始動開始時のＩＧＢＴ２５のオンオ
フ状態を、（ｃ）は始動終了時の固定接点１０Ｂと１０
Ｍ間の機械的な接続状態を、（ｄ）は始動終了時のＩＧ
ＢＴ２５のオンオフ状態をを示す。図２を併せて参照し
て、マグネチックスイッチ制御装置２０の動作を詳述す
ると、キースイッチ２を始動位置にしスターティングリ
レー３のリレー接点が接続された時（図２の（ａ）及び
（ｂ））に、端子Ｃ’にバッテリ１電圧が印加される。
ダイオード２９と抵抗２８とツェナーダイオード３０お
よび抵抗３１によって適宜なベース電流に変換されてト
ランジスタ３２が導通する。プランジャ９が移動し先端
の可動接点８が固定接点１０に最初に接触した時（閉
成：ｔ＝０）に端子Ｍ’にバッテリ１電圧が印加され、
ダイオード２４と抵抗２２を介してフォトカプラ２１の
入力側フォトダイオード２１ａに電流が流れて発光し出
力側に信号が伝達され、出力側フォトトランジスタ２１
ｂが導通されて絶縁電源３３の出力から抵抗３４を介し
てＩＧＢＴ２５が導通する（Ｔ１）。従って、マグネチ
ックスイッチ５の固定接点１０Ｂから抵抗２６とＩＧＢ
Ｔ２５を通って固定接点１０Ｍに小電流が流れる。

【００２０】発明者の実験によれば、接点のオンを検出
して反力によるバウンス時間（接点が離れて（開離）ア
ークが飛ぶタイミング）である１００マイクロ秒（Ｔ
２）以内に半導体素子をオンできればアークは発生しな
いことが実験により判明しており、本実施例のＩＧＢＴ
２５はこの時間内に十分作動することが確認されてい
る。可動接点８と固定接点１０が完全に接触するまでの
時間は約数１０ｍ秒（Ｔ３）であり、その後のクランキ
ング電流（４００Ａ〜６００Ａ）は接点を通して流れ
る。

【００２１】次に、エンジンが始動を完了しキースイッ
チ２を戻す（図２の（ｃ）及び（ｄ））と、スターティ
ングリレー３がオフしマグネチックスイッチ５のプラン
ジャ９のＨコイル７の励磁が解消し、戻しバネ１１の作
用で可動接点８が固定接点１０から離間し（開離：ｔ＝
ｔｆ）スタータモータ１２が停止すると同時にピニオン
１４も戻ってリングギヤから離脱する。

【００２２】その際、接点にはクランキング電流ほどで
はないが、スタータモータ１２を回転させる大電流が流
れており、接点が離れる瞬間にアークが飛ぶ可能性があ
る。しかし、マグネチックスイッチ制御装置２０のコン
デンサ２７に蓄積されている電荷が抵抗２８を介してト
ランジスタ３２のベース電流をある程度の期間供給する
ため（遅延効果：ｔｄ）ＩＧＢＴ２５を導通させ続ける
ことが可能で、接点が離れる瞬間に可動接点８と固定接
点１０間の電位差が少なくアークの発生を防止できる。

【００２３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計
変更を行うことが可能である。

【００２４】例えば、上記実施例では、半導体素子にＩ
ＧＢＴを使用したが、トランジスタやＦＥＴを用いるこ
とも可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、スタータのマグネチックスイ
ッチに備えられる電気的接点の閉成開離を検出する接点
検出手段と、接点の両端に並列に接続された半導体素子
と抵抗の直列接続部材と、遅延時間発生手段を含んで、
マグネチックスイッチをオンオフするキースイッチの状
態を検出する指示検出手段と、半導体素子を導通遮断さ
せる駆動手段とを備え、該指示検出手段のオン信号に基
づいて接点の最初の閉成と開離との間に半導体素子を導
通させると共に、指示検出手段のオフ信号に基づく接点
の開離からあらかじめ設定された遅延時間の経過後に半
導体素子を遮断する技術手段を備えたので、スタータの
マグネチックスイッチ接点をアークによる著しい損傷や
接点溶着から保護することができ、接点の長寿命化の実
現によって、マグネチックスイッチ及びスタータの寿命
の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気回路図である。

【図２】図１の作動説明に供する動作タイミング図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・バッテリ １２・・・スタータモータ ８，１０Ｂ，１０Ｍ・・・接点 ５・・・・マグネチックスイッチ ２・・・・キースイッチ ２０・・・マグネチックスイッチ制御装置 ２０１・・・接点検出手段 ２５・・・・半導体素子 ２６・・・・抵抗 ２０２・・・遅延時間発生手段 ２０３・・・指示検出手段 ２０４・・・駆動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリと自動車用スタータモータとの
   間に、これらの接続を断続する電気的な接点を有するマ
   グネチックスイッチと、該マグネチックスイッチをオン
   オフするキースイッチを備えた自動車用エンジン始動シ
   ステムにおけるマグネチックスイッチ制御装置におい
   て、前記接点の閉成開離を検出する接点検出手段と、前
   記接点の両端に並列に接続された半導体素子と抵抗の直
   列接続部材と、遅延時間発生手段を含んで前記キースイ
   ッチのオンオフを検出する指示検出手段と、前記半導体
   素子を導通遮断させる駆動手段とを備え、該指示検出手
   段のオン信号に基づいて前記接点の最初の閉成と開離と
   の間に前記半導体素子を導通させると共に、前記指示検
   出手段のオフ信号に基づく前記接点の開離からあらかじ
   め設定された遅延時間の経過後に前記半導体素子を遮断
   することを特徴とするスタータのマグネチックスイッチ
   制御装置。