JPH07106045B2

JPH07106045B2 - スタータ

Info

Publication number: JPH07106045B2
Application number: JP62222497A
Authority: JP
Inventors: 寿男冨手; 雅敏外崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPS6469248A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車用のスタータに係り、更に詳細には、ス
タータモータ部の冷却構造に関する。

〔従来の技術〕

従来のモータ冷却装置としては、例えば実公昭61−9836
0号公報に開示されるようにモータ部にファンを設けた
り、特開昭58−228119号公報に開示されるようにコアの
一部をファン形状にしたり、実公昭60−26524号公報に
開示されるようにヒートパイプを回転子に取付けた冷却
構造等種々のものがある。

これらの冷却手段は、電動機の発熱源を有効に冷却して
モータの出力低下を防止する利点を有するが、自動車エ
ンジン始動用のスタータについては、これらの冷却手段
を施すことが後述する如く種々の問題があるため適用さ
れていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

スタータの定格運転時間は、一般に30秒と定められてお
り、通常の使用では数秒の運転でエンジンは始動する。

しかし、何らかの不具合によってエンジンが始動しない
場合には、運転者は始動せんがため長時間スタータを使
用することになり、その結果モータ部は発熱によりトル
クが低下し、増々始動条件が悪化し、運転時間は最悪の
場合統裁バツテリが放電を終了するまでの５〜30分に及
ぶことがある。しかも、スタータにおけるモータ部は自
然空冷で発熱源の電機子からの熱は、軸受け及び空気を
介して固定子外周からの放熱が大半であるため、放熱性
がさ程良好ではなく、その結果、電機子は著しい発熱に
よってついには焼損することがある。そこで、このよう
な最悪使用条件下においても電機子が焼損することの無
いよう、短時間定格のモータに対し冷却を行なって保護
する必要がある。

更には、走行中のエンジンの発熱によっても、電機子の
温度が上昇し、モータの巻線抵抗が増し、再始動時の起
動トルクが低下する。このため始動不良が発生しないよ
うに高トルクのモータが必要とされる。

上記した事情により、スタータの分野においても、スタ
ータの発熱源を冷却することが望まれている。しかし、
従来のモータ冷却手段を、スタータに適用させる場合に
は、スタータ本体内部にファン或いはヒートパイプ機構
等を組込まなければならず、その分、装置が大型化する
ため、スタータ全体の小形軽量化を図り得ず（スタータ
の小形軽量化は、エンジンルームスペースの制約から強
く望まれている）、また従来のモータ冷却手段は、多数
の通気窓をハウジングに配設する構造を採用し、この通
気窓を通気或いは放熱のため外部にさらすので、散水等
による水のかぶり易いスタータに適用すると、浸水によ
る錆や絶縁劣化の問題が生じるおそれがあり、適用が不
向であった。

本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、スター
タに使用される永久磁石界磁式モータの冷却構造の合理
化ひいてはスタータ全体の小形軽量化を図りつつ、冷却
機能を高めると共に界磁極の磁気回路中の磁気抵抗の低
減を図って、この種スタータの出力を向上させることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れる。なお、構成要素に付した符号は、第１図及び第２
図の実施例の符号を引用したものである。

すなわち、本発明は、円筒状のヨーク18内周に周方向に
複数配設された永久磁石を界磁極３と、この界磁極３の
内周にそって回転する電機子２とを備えたエンジン始動
用のスタータにおいて、界磁極３の内周に透磁性を有する円筒状部材19が嵌着さ
れ、この円筒状部材19の内周と電機子２の外周との間に
高熱伝導性の磁性流体又は磁性粉体22が界磁極３の磁力
により吸引保持されて介在し、円筒状部材19の外周には、界磁極３間の空きスペース26
に配置される放熱フィン24が配設され、一方、電機子2,
一方向クラッチ７付きピニオン６を収納するスタータハ
ウジング１の反ピニオン側の一端にエンジン回転時に負
圧或いは正圧を発生させるスタータ外部の空気移動通路
に通じる連通管35が接続してあり、この連通管35とスタ
ータハウジング１に確保したピニオン６・エンジン側ギ
ア噛み合い用の開放空間30との存在により空きスペース
26に放熱フィン24の熱を奪う冷却空気が流れる構成とし
たことを特徴とする。

〔作用〕

上記構成によれば、界磁極３・電機子２間の空隙を埋め
るようにして空気よりも透磁率が高い磁性流体或いは磁
性粉体（以下、ここでは、磁性流体，磁性粉体を総称と
して磁性充填剤とする）22が介在し、且つこの磁性充填
剤22を界磁極３たる永久磁石の磁力で電機子２の回転に
よっても飛散することなく保持するので、界磁極３によ
り形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくし、電機子コ
イルと鎖交する有効磁束を増やす。この磁性充填剤は、
流体又は粉体の特性からして、電機子の如く回転体の表
面に接しても、回転体と磁性流体又は磁性粉体間にはほ
とんど摩擦抵抗が発生せず、電機子の回転損失（機械的
ロス）の増加もほとんどなく、しかも摩擦による発熱源
とはならない。

ところで界磁極（固定子）３に永久磁石を使用する永久
磁石界磁式モータタイプのスタータは駆動時の発熱源が
主として電機子２にある。本発明では、この発熱する電
機子２の外周と界磁極３の内周との間に透磁性を有する
円筒状部材19を介して熱伝導性が良好な磁性充填材22を
介在させるので、電機子２の熱は電機子回転時に磁性充
填材22を介して熱が奪われ、更に奪われた熱が円筒状部
材19を介して界磁極３等の固定子部材に伝熱されて外部
に放散すると共に、円筒状部材19の外周に配設した放熱
フィン24を通して界磁極３間の空きスペース26に放散す
る。このスペース26には、連通管35（負圧或いは正圧状
態の外部空気移動通路に通じる管）とピニオン６・エン
ジン側ギアの噛み合い空間30の協働により、エンジン始
動時及びエンジン運転中に外部からの空気が流れるの
で、この空気流通により放熱フィン24の熱及び界磁極３
に伝わった熱を効率良く奪い去り、電機子２の冷却効果
を高める。特に本発明では、放熱フィン24とそこに流れ
る空気の流れによる放熱効果が、界磁極３からの放熱の
負担を軽減し、界磁極たる永久磁石の温度上昇を抑える
ことにより残留磁束密度の高い値で磁石を使用すること
が可能となる。

従って、これらの各作用（モータ磁気回路の磁気抵抗を
小さくすること、電機子の冷却，界磁極の温度上昇の抑
制）によりモータの出力を向上させることができる。

また、本発明の冷却構造は、電機子２外周と界磁極３内
周との間に生じる既存のスペース（空隙）21に磁性充填
剤22を介在させ、しかも、放熱フィン24の設置箇所及び
フィン24の熱を奪い去る空気通路も既存の界磁極間の空
きスペース26を利用して設定できるので、放熱フィン24
の設置スペース26がスタータハウジング外径を増加させ
ることなく、冷却構造の合理化を図ることで、高出力に
してモータの小形軽量化を実現する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るスタータを示す一部切
欠断面図、第２図はそのうちのモータ部を軸方向に対し
て垂直方向に縦断面した図である。

これらの図に示すように、スタータのハウジング１の一
部を構成する円筒状のヨーク18には、永久磁石の界磁極
３がヨーク18の周方向に複数配設され、ハウジング１内
部に界磁極３の内周にそって回転する電機子２が内装さ
れ、この電機子2,界磁極3,整流子10,ブラシ14,15等によ
ってモータ部４が構成される。

電機子２の出力軸５には一方向クラツチ７付きピニオン
６が嵌装される。ピニオン６は、一方向クラッチ７を介
して出力軸５と共に駆動方向へ回転する一方、反駆動方
向へは出力軸５と相対的に回転し得るもので、かつ軸方
向に往復動（スライド）可能な状態となっている。

ハウジング１の上部には、マグネチックスイッチ部の構
成要素となる電磁ソレノイド８が装着されており、電磁
ソレノイド８が起動すると、シフトレバー９を介してピ
ニオン６が図示されないエンジン側ギアと噛み合うよう
移動する。

電機子２の反ピニオン側には出力軸５に圧入嵌着された
電機子鉄心16と整流子10が配設され、電機子鉄心16には
コイル20が巻装されている。

整流子10の外周にはブラシホルダープレート13に支持さ
れる（−）ブラシ14が摺接し、同様にブラシホルダープ
レート13を介して（＋）ブラシ15が摺接するよう設置さ
れており、ホルダープレート13,14は、ブラシカバー11
にねじで固定されている。界磁極３は、ヨーク18に固定
され、その内周側には界磁極３と密着して金属性の円筒
状部材19が挿入され、この円筒状部材19を内周側から加
圧固着して、界磁極３の内周を包囲するように嵌着して
いる。

このような配置において、電機子２の外周と円筒状部材
19の内周との間の空隙21に熱伝導性が空気より高く、し
かも磁性を帯びやすく透磁率が空気より高い磁性流体22
が介在する。この磁性流体に代わり磁性粉体を介在させ
てもよい。磁性流体（或いは磁性粉体）22は、磁石に吸
引されて容易に飛散しない特性を有するもので、着磁さ
れた永久磁石（界磁極）３の磁力により吸引保持され
る。

本実施例の磁性流体22は、油等の粘性流体に磁性粉を混
入したもので、その仕様は、比重が1.02〜1.3、粘度が5
0〜300cps/20℃、磁化の強さが2000ガウス/8Kエルステ
ット程度である。また、熱伝導率は略５〜10Kcal/mh℃
であり、空気の熱伝導率0.02Kcal/mh℃に比べはるかに
高いものを使用している。

円筒状部材19の外周面には、界磁極３間の空きスペース
26を利用して放熱フィン24が固定配置され、且つ、この
界磁極３間のスペース26を空気通路とする。すなわち、
ハウジング１の整流子10側に設けたブラシカバー11に通
気孔32を設けると共に、このブラシカバー11を被うハウ
ジング１の一端のリヤキヤップ33に通気口34を設け、通
気口34をチユーブ（連通管）35を介してエンジンの負圧
側（本実施例ではエンジンの吸気通路）に接続すること
で、この連通管35とハウジング１の他端に設けたギヤ噛
合用の開放空間30との存在により通気孔32,通気口34を
介して空気通路26に空気が流通可能にしてある。上記空
気通路26,通気孔32,通気口34,連通管35及び放熱フィン2
4によって、放熱機構23を構成する。

クランキング（エンジン始動動作）を行う場合には、マ
グネチックスイッチ部の電磁ソレノイド８を通電してピ
ニオン６を第１図の右側方向にシフトさせてエンジン側
ギアと噛み合わせ、この状態でモータ部４の電機子コイ
ル20を通電することで行われる。

そして、本実施例では、界磁極３・電機子２間の空隙21
を埋めるようにして空気よりも透磁率が高い磁性流体22
が介在するので、界磁極３により形成される磁気回路の
磁気抵抗を小さくし、電機子コイル20と鎖交する有効磁
束を増やす。この磁性流体22は、既述したように流体の
特性からして電機子の表面に接触しても、ほとんど摩擦
抵抗が発生せず、電機子の回転損失や摩擦発熱はほとん
どない。

ところで、内燃機関の始動時にモータ部４を通電する
と、主にブラシ14,15,整流子10,電機子コイル20からの
発熱によって電機子２の温度が急激に上昇する。しか
し、この熱は、円筒状部材19と電機子２の間に介在する
熱伝導率の高い磁性流体22及び円筒状部材19を介して界
磁極３等の固定氏外周から外部に放熱され、加えて、円
筒状部材19の外周に配設された放熱フィン24を通して界
磁極３間の空きスペース26に放散する。このスペース26
には、エンジン吸気通路に通じる連通管35とピニオン６
・エンジン側ギアの噛み合い空間30との協働により、ク
ランキング時及びエンジン運転中に外部からの空気が流
れるので、この空気流通により放熱フィン24の熱を効率
良く奪い去り、電機子２の冷却効果を高める。すなわ
ち、スタータのクランキング時又はエンジンの運転時に
は、エンジンが回転してピストン（図示せず）が往復動
し、エンジンの吸気通路にはピストン動作の負圧力によ
り空気吸引力が発生する。吸気通路に空気吸引力が働く
と、チユーブ35を介してスタータハウジング１内部に吸
引力が作用し、この吸引力により、ピニオン・エンジン
側ギアの噛み合い空間30から空気通路26に外部空気が導
入され、このようにして空気通路26には、第１図の矢印
方向に空気流動現象が発生し、この空気が冷却風となっ
て、磁性流22,円筒状部材19を介して放熱フィン24に伝
わる電機子２の熱を強制的に奪い去る。

特に本実施例では、放熱フィン24とそこに流れる空気の
流れによる放熱効果が、界磁極３からの放熱の負担を軽
減し、界磁極たる永久磁石の温度上昇を抑えることによ
り残留磁束密度の高い値で磁石を使用することが可能と
なる。

また、本実施例の冷却構造は、電機子２外周と界磁極３
内周との間に生じる既存のスペース21に磁性充填材22を
介在させ、しかも、放熱フィン24の設置箇所及びフィン
24の熱を奪い去る空気通路も既存の界磁極３間の空きス
ペース26を利用して設定できるので、冷却構造の合理化
ひいてはモータの小形軽量化を図り得る。

また、磁性流体22は、界磁極３の磁力で保持されので、
電機子２が回転しても飛散することがない。電機子２の
回転数が高くなり、磁性充填材22が電機子２の外周でか
く拌されても、円筒状部材19の内周を伝わて隣りの磁極
に吸引されるため飛散して紛失することはない。なお、
磁性流体（或いは磁性粉体）22は、流体，或いは粉体で
あるため電機子２の回転表面に接触しても摩擦抵抗がほ
とんど発生せず、電機子の回転損失（機械的ロス）がそ
れ程増さず、しかも摩擦による発熱源となることはな
い。

本実施例によれば、磁気回路の磁気抵抗低減及び発熱源
である電機子からの放熱を効率良く行うことにより、小
形高出力化を図りつつ耐熱性に優れたスタータが得られ
る。また、空気通路26の空気流動現象をエンジンの吸気
負圧を利用して発生させるので、スタータ内部に特別な
ファン等を設ける必要性がない。なお、本実施例では、
スタータ内部の通気口34を連通管35によりエンジン吸気
管に接続するが、これに代わり、通気口34をターボチヤ
ージヤのコンプレッサ下流側に配置して、エンジン回転
時の正圧を利用して空気通路26に空気流動を発生させて
もよい。この場合の空気の流れは第１図の矢印と逆方向
になる。

更に加えれば、空気通路26に空気を流すための通気口
は、既存のピニオン・エンジン側ギアの噛み合い空間30
だけが開放し、その他に通気口を外部にさらすことはな
いので、従来と同様の防水レベルを維持することができ
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、スタータに使用される永
久磁石界磁式モータの冷却構造の合理化ひいてはスター
タ全体の小形軽量化を図りつつ、冷却機能を高めると共
に界磁極の磁気回路中の磁気抵抗の低減を図って、この
種スタータの出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスタータを示す一部切
欠断面図、第２図はその一部縦断面図である。１……ハウジング、２……電機子、３……界磁極（永久
磁石）、18……ヨーク、19……円筒状部材、22……磁性
流体又は磁性粉体、23……放熱機構、24……放熱フィ
ン、26……空気通路（界磁極間空きスペース）、30……
ピニオン・エンジン側ギア噛み合い用の空間、35……連
通管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のヨーク（18）内周に周方向に複数
配設された永久磁石を界磁極（３）と、この界磁極
（３）の内周にそって回転する電機子（２）とを備えた
エンジン始動用のスタータにおいて、前記界磁極（３）の内周に透磁性を有する円筒状部材
（19）が嵌着され、この円筒状部材（19）の内周と前記
電機子（２）の外周との間に高熱伝導性の磁性流体又は
磁性粉体（22）が前記界磁極（３）の磁力により吸引保
持されて介在し、前記円筒状部材（19）の外周には、界磁極（３）間の空
きスペース（26）に配置される放熱フィン（24）が配設
され、一方、前記電機子（２），一方向クラッチ（７）
付きピニオン（６）を収納するスタータハウジング
（１）の反ピニオン側の一端にエンジン回転時に負圧或
いは正圧を発生させるスタータ外部の空気移動通路に通
じる連通管（35）が接続してあり、この連通管（35）と
前記スタータハウジング（１）に確保したピニオン
（６）・エンジン側ギア噛み合い用の開放空間（30）と
の存在により前記空きスペース（26）に前記放熱フィン
（24）の熱を奪う冷却空気が流れる構成としたことを特
徴とするスタータ。
【請求項２】前記連通管（35）は、エンジン吸気通路に
通じる特許請求の範囲第１項記載のスタータ。
【請求項３】前記連通管（35）は、ターボチャージャの
コンプレッサ下流側に通じる特許請求の範囲第１項記載
のスタータ。