KR100471852B1 - 차량용 배터리의 충전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 전압이 엔진을 기동시키지 못할 정도의 기준치 이하일 때 알터네이터를 강제 구동시켜 배터리를 자동 충전시킬 수 있도록 한 차량용 배터리의 충전시스템에 관한 것으로, 그 구성은 배터리의 전압과 엔진 구동 상태를 각각 감지하여 이를 전기적인 신호로 출력하는 제 1,2감지센서와, 그들 제 1,2감지센서로부터 입력된 신호를 판단하여 배터리 충전 여부를 결정하는 제어부와, 제어부의 제어신호에 의해 전류가 인가되어 구동되는 모터와, 그 모터의 구동력을 알터네이터에 전달하는 동력전달수단과, 모터 구동시 엔진과 알터네이터의 연결상태를 해제하고 평상시는 연결하는 동력연결수단으로 이루어진다.

이에 따르면, 배터리의 방전을 미리 예방할 수 있으므로, 배터리의 방전에 따른 점프 및 배터리 교환작업 등의 번거로움을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

차량용 배터리의 충전시스템{charge system of a battery}

본 발명은 차량용 배터리의 충전시스템에 관한 것으로, 특히 배터리가 일정 전압 이하로 방전되어 차량의 시동이 잘 걸리지 않을 경우 알터네이터를 강제 구동시켜 배터리를 자동 충전시킬 수 있도록 된 차량용 배터리의 충전시스템에 관한 것이다.

알터네이터(alternator)는 차량에 사용되는 교류 발전기로서, 그 구성은 스테이터와 로터 코일로 대별되고, 그중 스테이터는 고정되어 자석효과를 얻게 되고, 로터 코일은 엔진의 크랭크축과 벨트 및 풀리에 의해 회전가능하게 연결되어 그 회전시 기전력을 발생시키게 된다.

알터네이터는 대략 60~100V의 교류를 출력하게 되고, 그 교류는 직류로 정류된 후에 레귤레이터를 통하여 대략 13.5~14.7V의 전압으로 자동 조정되어 배터리를 충전시키거나 다른 전장장치에 전기를 공급하게 된다.

이러한 배터리의 충전시스템은 알터네이터가 크랭크축과 벨트에 의해 연동되는 구조로 되어 있으므로, 엔진이 정지된 상태에서 헤드램프나 오디오 시스템 등을 장시간 사용하게 되면(방전조건의 지속), 배터리의 전압이 시동모터 구동에 필요한 약 10V 이하로 떨어지게 되어, 추후 엔진을 시동할 수 없게 되므로 타 차량의 배터리에 연결하여 점프 시키거나 다른 배터리로 교체해야만 하는 불편함이 있었다.

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이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 배터리의 전압이 엔진을 기동할 수 없을 정도로 떨어질 경우 알터네이터를 강제 구동시켜 배터리를 자동으로 충전할 수 있도록 된 차량용 배터리의 충전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알터네이터의 일측에 설치되어 배터리의 전력으로 구동되는 모터와; 상기 알터네이터와 알터네이터 풀리의 연결상태를 단속하는 동력연결수단과; 상기 알터네이터와 상기 모터의 연결상태를 단속하는 동력전달수단과; 배터리의 전압을 감지하는 제 1감지센서 및 엔진 구동 상태를 감지하는 제 2감지센서와; 상기 제 1,2감지센서를 통해 엔진이 정지되고 배터리 전압이 엔진을 기동시킬 수 없는 상태로 낮아졌음을 인지하였을 때 상기 동력전달수단을 연결상태로 제어하고 상기 동력연결수단을 차단상태로 제어하여 모터로 알터네이터를 구동시키고, 그렇지 않을 때는 상기 동력전달수단을 차단상태로 제어하고 상기 동력연결수단을 연결상태로 제어하여 엔진 동력으로 알터네이터를 구동시키는 제어부를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 동력전달수단은 상기 모터의 모터축에 일체로 결합된 접촉바아의 외측에 제어부에 의해 전력이 공급되는 복수개의 제 1브러쉬가 설치되고, 내측에 제 1브러쉬를 통해 전류를 공급받아 자화되는 코일이 설치되며, 단면에 형성된 요홈 상에 복수개의 결합공이 형성된 구조의 클러치부와; 알터네이터의 로터코일 일측에 축결합되고, 한 쌍의 터빈 프로펠러가 내장되고 내부에 오일이 충전된 본체에 오일압에 의해 돌출되어 상기 결합공에 삽입되고 단부에 영구자석이 설치되어 상기 코일이 자화되었을때 반발력에 의해 밀려 본체의 내부로 밀려들어가는 결합구를 구비한 토크 컨버터부로 구성된다.

또한, 상기 동력연결수단은 상기 알터네이터의 외측에 마련되며 상기 제어부에 의해 전력이 공급되는 복수개의 제 2브러쉬를 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내부에 수용되고 알터네이터의 로터코일에 연결되며 상기 제 2브러쉬로 전력이 공급되면 자화되는 제 1접촉구와; 상기 알터네이터 풀리에 일체로 결합되고 상기 하우징의 내부에 수용되어 상기 제 1접촉구가 자화되면 이에 밀착되는 제 2접촉구로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 배터리의 전압과 엔진의 구동 상태를 각각 감지하여 이를 전기적인 신호로 출력하는 제 1,2감지센서(110,120)와, 이 제 1,2감지센서(110,120)로부터 입력된 신호에 의해 배터리 충전 여부를 판단하는 제어부(200)와, 이 제어부(200)의 제어신호에 의해 배터리 전류가 인가되어 구동되는 모터(300)와, 이 모터(300)의 구동력을 알터네이터(500)에 전달 및 차단하는 동력전달수단(400)과, 엔진의 구동력을 알터네이터(500)에 전달 및 차단하는 동력연결수단(600)으로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 상기 제어부(200)는 제 1감지센서(110)로부터 배터리의 전압이 기준치 즉, 배터리 전압이 엔진을 기동할 수 없는 값(대략 10V)으로 떨어지는 것을 감지하고, 제 2감지센서(120)로부터 엔진의 구동 상태를 감지한 후, 제 1,2감지센서(110,120)로부터 전달된 각 상황에 따라 모터(300) 및 동력연결수단(600)과 동력전달수단(400)의 작동을 각각 제어하는 이.씨.유(E.C.U)를 채용한다.

그리고, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 동력전달수단(400)은 모터(300)의 모터축(310)에 일체로 결합되며 외측에 복수개의 제 1브러쉬(210)가 설치된 클러치부(410)와, 그 클러치부(410)에 근접되게 설치되어 클러치부(410)와 결합 또는 분리되는 토크 컨버터부(420)로 대별된다.

상기 클러치부(410)는 모터축(310)에 일체로 결합되는 접촉바아(412)의 단부에 원형의 요홈(414)이 형성되고, 이 요홈(414)상에 복수개의 결합공(414a)이 형성되며, 접촉바아(412)의 내부에 상기 제 1브러쉬(210)를 통해 전기가 인가됨에 따라 전자석이 되는 코일(415)이 설치되어 이루어진다.

상기 토크 컨버터부(420)는 알터네이터(500)의 로터코일(530) 일측에 축결합되며, 한 쌍의 터빈 프로펠러(424)가 내장된 본체(422)의 내부에 오일이 충전되고, 클러치부(410)와 근접되는 부위에 외측으로 출몰가능한 복수개의 결합구(425)가 구비된다.

상기 결합구(425)는 토크 컨버터부(420)의 본체(422) 내부에 충전된 오일압에 의하여 돌출되어 클러치부(410)의 결합공(414a)에 삽입됨으로써 토크 컨버터부(420)와 클러치부(410)를 연결시키는 것으로(도 4b 참조), 그 단부에 영구자석(425a)이 설치되어 클러치부(410)의 코일(415)이 자화되었을때 반발력에 의해 밀려 본체(422)의 내부로 밀려들어감으로써 클러치부(410)와의 연결상태가 끊어지게 된다(도 4a 참조).

한편, 도 5a 와 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 동력연결수단(600)은 알터네이터(500)의 로터코일(530) 타측에 마련되며, 외측에 복수개의 제 2브러쉬(220)가 설치되는 하우징(605)과, 로터코일(530)과 일체로 결합되어 하우징(605)의 내부에 수용되며 제 2브러쉬(220)에 전류가 인가됨에 따라 자화되는 제 1접촉구(610)와, 알터네이터 풀리(700)에 일체로 결합되고 하우징(605)의 내부에 슬라이딩 가능하게 수용된 제 2접촉구(620)로 구성된다.

따라서, 제어부(200)가 제 2브러쉬(220)에 전류를 인가하여 제 1접촉구(610)가 자화되면 자력에 의해 제 2접촉구(620)가 이동하여 제 1접촉구(610)에 밀착됨으로써 알터네이터 풀리(700)를 통해 전달되는 엔진의 구동력이 로터코일(530)에 전달될 수 있게 되고, 제 1접촉구(610)가 자화되지 않은 상태에서는 제 1,2접촉구(610,620)가 상호 이격되어 엔진의 동력이 로터코일(530) 즉, 알터네이터(500)로 전달되지 않는 상태가 된다.

미설명 부호 "510"과 "520"은 알터네이터(500)의 케이스와 스테이터를 각각 나타낸 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 1,2감지센서(110,120)를 통해 엔진의 운전상태와 배터리의 전압을 감지하여, 엔진 정지 상태에서 배터리의 전압이 10V이하로 떨어진 경우라면, 제어부(200)가 배터리 충전제어를 수행하게 된다.

즉, 제어부(200)는 모터(300)와 동력전달수단(400) 및 동력연결수단(600)을 각각 제어하는데, 상기와 같이 배터리를 충전시켜야 할 상황이 되면, 동력연결수단(600)을 차단시키고, 동력전달수단(400)을 연결시키며, 모터(300)를 구동하여 알터네이터(500)를 강제 구동시켜 배터리를 충전시키게 된다.

즉, 제 2브러쉬(220)측으로 공급되는 전류를 차단하여 제 1접촉구(610)의 자성을 소멸시킴으로써 제 1,2접촉구(610,620)를 상호 이격시켜 동력연결수단(600)을 매개로 한 엔진과 알터네이터(500)의 연결상태를 해제한다.

이와 동시에 배터리의 전류를 인가하여 상기 모터(300)를 구동함으로써 동력전달수단(400)을 통해 알터네이터(500)를 구동시킨다.

상기 동력전달수단(400)은 토크 컨버터부(420) 내부의 오일 압력에 의해 결합구(425)가 외측으로 돌출되어 클러치부(410)의 접촉바아(412)에 형성된 결합공(414a)에 삽입되어 있는 상태이므로 모터(300)의 동력을 알터네이터(500)로 전달하는 것이 가능하다. 제 1브러쉬(210)에는 전력이 공급되지 않는 상태이다.

이와 같이, 결합구(425)를 매개로 클러치부(410)와 토크 컨버터부(420)가 상호 연동되도록 결합되므로, 모터(300)의 구동력이 알터네이터(500)로 전달되어 이의 로터 코일(530)을 회전시킴으로써 발전이 이루어져 배터리가 충전되게 된다.즉, 모터(300)와 알터네이터(500)는 상호 연결하는 반면, 알터네이터(500)와 엔진의 연결상태를 끊어 줌으로써 알터네이터(500)에 걸리는 부하를 제거하여 모터(300)에 의한 알터네이터(500)의 강제 구동이 가능하도록 한 것이다. 배터리의 전압이 엔진을 기동시킬 수 없는 상태로 낮아졌더라도 엔진과의 연결상태가 해제된 알터네이터(500)를 구동시키는 상기 모터(300)는 작동시킬 수 있다.

한편, 배터리 전압이 기준값 이하로 떨어지지 않은 경우에는, 제어부(200)가 동력전달수단(400)은 차단하고, 동력연결수단(600)을 연결하는 제어작용을 수행한다. 당연히 모터(300)로의 전력 공급은 중단한다.

즉, 제어부(200)는 제 1브러쉬(210)에 전류를 인가하여 접촉바아(412)의 코일(415)을 자화시킴으로써 영구자석(425a)과의 반발력에 의해 결합구(425)를 본체(422)쪽으로 후퇴시켜 토크 컨버터부(420)와 클러치부(410)의 결합상태를 해제한다.

또한, 제 2브러쉬(220)에 전류를 인가하여 제 1접촉구(610)를 자화시킴으로써 이에 제 2접촉구(620)가 하우징(605)의 내주면을 타고 제 1접촉구(610)측으로 슬라이딩되면서 달라 붙게 되며, 따라서, 엔진의 구동력이 알터네이터 풀리(700)와 제 1,2접촉구(610,620)를 통해 로터코일(530)에 전달되어 알터네이터(500)의 발전이 이루어지는 정상적인 기능을 수행하게 된다.

따라서, 일반적인 상태로 배터리를 충전함과 아울러, 차량에 장착된 전장장치들에 전류를 공급하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배터리의 전압이 엔진을 기동시키지 못할 정도로 낮아졌을 때 엔진과 알터네이터의 연결 상태를 끊어 부하를 감소시킨 상태에서 별도로 마련된 모터를 배터리 전력으로 구동하여 알터네이터를 강제구동시킴으로써 배터리를 충전할 수 있게 된다.따라서, 배터리가 엔진을 기동시킬 수 없는 전압값 이상으로 방전되지 않게 됨으로써 점프를 시도하거나 배터리를 교환해야만 하는 불편함이 해소되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 충전시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 동력전달수단을 나타낸 정면도.

도 3은 도 2의 요부 사시도.

도 4는 도 2의 작동상태를 나타낸 도면으로,

도 4a는 클러치부와 토크 컨버터부가 분리된 상태를 나타낸 단면도이고,

도 4b는 클러치부와 토크 컨버터부가 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명 동력연결수단의 작동상태를 나타낸 도면으로,

도 5a는 본 발명 알터네이터 풀리와 알터네이터가 분리된 상태를 나타낸 것이고,

도 5b는 본 발명 알터네이터 풀리가 동력연결수단에 의해 알터네이터에 연결된 상태를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 배터리 충전시의 작동상태를 개략적으로 나타낸 작동상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110,120 : 제 1,2감지센서

200 : 제어부 210,220 : 제 1,2브러쉬

300 : 모터 310 : 모터축

400 : 동력전달수단 410 : 클러치부

420 : 토크 컨버터부 500 : 알터네이터

530 : 로터코일 600 : 동력연결수단

605 : 하우징 610 : 제 1접촉구

620 : 제 2접촉구

Claims (3)

1. 알터네이터(500)의 일측에 설치되어 배터리의 전력으로 구동되는 모터(300)와;

   상기 알터네이터(500)와 알터네이터 풀리(700)의 연결상태를 단속하는 동력연결수단(600)과;

   상기 알터네이터(500)와 상기 모터(300)의 연결상태를 단속하는 동력전달수단(400)과;

   배터리의 전압을 감지하는 제 1감지센서(110) 및 엔진 구동 상태를 감지하는 제 2감지센서(120)와;

   상기 제 1,2감지센서(110,120)를 통해 엔진이 정지되고 배터리 전압이 엔진을 기동시킬 수 없는 상태로 낮아졌음을 인지하였을 때 상기 동력전달수단(400)을 연결상태로 제어하고 상기 동력연결수단(600)을 차단상태로 제어하여 모터(300)로 알터네이터(500)를 구동시키고, 그렇지 않을 때는 상기 동력전달수단(400)을 차단상태로 제어하고 상기 동력연결수단(600)을 연결상태로 제어하여 엔진 동력으로 알터네이터(500)를 구동시키는 제어부(200)를 포함하여 구성되는 차량용 배터리의 충전시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 동력전달수단(400)은 상기 모터(300)의 모터축(310)에 일체로 결합된 접촉바아(412)의 외측에 제어부(200)에 의해 전력이 공급되는 복수개의 제 1브러쉬(210)가 설치되고, 내측에 제 1브러쉬(210)를 통해 전류를 공급받아 자화되는 코일(415)이 설치되며, 단면에 형성된 요홈(414) 상에 복수개의 결합공(414a)이 형성된 구조의 클러치부(410)와;

   알터네이터(500)의 로터코일(530) 일측에 축결합되고, 한 쌍의 터빈 프로펠러(424)가 내장되고 내부에 오일이 충전된 본체(422)에 오일압에 의해 돌출되어 상기 결합공(414a)에 삽입되고 단부에 영구자석(425a)이 설치되어 상기 코일(415)이 자화되었을때 반발력에 의해 밀려 본체(422)의 내부로 밀려들어가는 결합구(425)를 구비한 토크 컨버터부(420)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 충전시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 동력연결수단(600)은 상기 알터네이터(500)의 외측에 마련되며 상기 제어부(200)에 의해 전력이 공급되는 복수개의 제 2브러쉬(220)를 갖는 하우징(605)과;

   상기 하우징(605)의 내부에 수용되고 알터네이터(500)의 로터코일(530)에 연결되며 상기 제 2브러쉬(220)로 전력이 공급되면 자화되는 제 1접촉구(610)와;

   상기 알터네이터 풀리(700)에 일체로 결합되고 상기 하우징(605)의 내부에 수용되어 상기 제 1접촉구(610)가 자화되면 이에 밀착되는 제 2접촉구(620)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 충전시스템.