KR100614492B1

KR100614492B1 - 모터구동 스타터

Info

Publication number: KR100614492B1
Application number: KR1020040040896A
Authority: KR
Inventors: 가지노사다요시; 하세가와요우이치; 무라세가즈아키
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2006-08-22
Also published as: JP4155115B2; CN100513770C; CN1573085A; DE102004028116A1; JP2005002834A; DE102004028116B4; US20040250784A1; KR20040110989A; US6851405B2

Abstract

본 발명에 따른 모터구동 스타터는, 모터(2), 출력샤프트(3), 상기 모터(2)와 출력샤프트(3) 사이에 배치된 제1스플라인 연결부재(3a, 4d), 엔진의 링기어(20)와 치합하는 피니언(5), 상기 출력샤프트(3)와 피니언(5) 사이에 배치된 제2스플라인 연결부재(3b, 5b), 상기 링기어(20)측으로 피니언(5)에 스프링력을 가하기 위한 피니언 스프링(21), 레버(6), 통전될 때 링기어(20)측으로 출력샤프트(3)를 이동시키고, 상기 레버(6)가 소정위치로 이동될 경우 상기 모터를 작동시키기 위한 전자기 스위치, 상기 전자기 스위치가 링기어(20)측으로 출력샤프트(3)를 이동시킬 경우 상기 피니언(5)에 스프링력을 가하기 위한 구동스프링(27)을 포함한다. 헬리컬 스플라인 연결부재(3a, 4d)가 전자기 스위치에 의하여 링기어(20)측으로 이동될 경우, 상기 제1 및 제2스플라인 연결부재(3a, 4d)는 피니언의 1/2 피치 이상의 각도로 상기 출력샤프트(3)에 대하여 피니언(5)을 회전시킨다.

스타터, 모터구동, 피니언, 링기어, 헬리컬스플라인, 직선스플라인, 플런저

Description

모터구동 스타터{MOTOR-DRIVEN STARTER HAVING PINION TO ENGAGE RING GEAR OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 본 발명의 실시예에 따른 스타터의 부분 종단면도로서, A-A선 위에 나타낸 출력샤프트는 정지상태를 나타낸 것이고, A-A선 아래에 나타낸 출력샤프트는 피니언이 엔진의 링기어와 치합된 치합상태를 나타낸 것이며, B-B선 위에 나타낸 플런저는 스타터의 메인스위치가 턴오프된 때의 고정상태를 나타낸 것이고, B-B선 아래에 나타낸 플런저는 메인스위치가 턴온된 때의 작동상태를 나타낸 도면.

도2a는 본 발명의 실시예에 따른 스타터의 동작중 스타터의 정지상태를 나타낸 개략도.

도2b는 스타터의 피니언 일부를 나타낸 평면도.

도3a는 본 발명의 실시예에 따른 스타터의 동작중 피니언이 후퇴할 때를 나타낸 개략도.

도3b는 피니언의 일부를 나타낸 평면도.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 스타터의 동작중 메인접점이 온 될 때를 나타낸 개략도.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 스타터의 동작중 스타터가 구동될 때를 나타 낸 개략도.

도6은 전자기 스위치의 플런저의 스트로크와 플런저에 가해지는 하중 간의 관계를 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 스타터 2: 모터

3: 출력샤프트 3a: 수 헬리컬 스플라인

3b: 직선 스플라인 3c: 중공부

4: 일방향 클러치 4a: 클러치 외측부재

4b: 롤러 4d: 클러치 내측부재

4d: 암 헬리컬 스플라인 5: 피니언

7: 전자기 스위치 20: 링기어

21: 피니언 스프링 27: 구동 스프링

29: 고정접점 30: 가동접점

본 발명은 엔진의 링기어와 치합될 피니언을 구비한 모터구동 엔진 스타터에 관한 것이다.

일본국 실공소55-45900호 공보에는, 시동모터, 출력샤프트, 스플라인(spline tube), 피니언(pinion), 및 구동스프링(drive spring)을 갖는 전자기(electromagnetic) 스위치를 포함하는 스타터를 제안하고 있다. 상기 출력샤프트 및 스플라인 튜브는 헬리컬 스플라인 접속에 의하여 연결되어, 상기 전자기 스위치의 작동에 의하여 피니언이 엔진의 링기어에 치합되도록 전자기 스위치는 레버를 통해 피니언을 누른다.

그러나, 상기 스타터에서는 피니언이 링기어에 완전하게 치합될 수 없는 가능성이 40% - 60%로 상당히 높다. 상기 피니언과 링기어의 치합을 확실하게 하기 위하여, 상기 구동 스프링의 스프링력하에서 상기 시동모터는 피니언을 강제로 회전시킨다. 이 경우, 상기 피니언 및 링기어는 상당한 충격을 받게되고, 마모 또는 크랙이 발생할 수 있다.

상기 시동모터가 동작하기 이전, 상기 피니언스프링 및 구동스프링의 통합된 스프링력하에서 헬리컬 스프라인 접속에 의하여 상기 피니언이 조금 회전하더라도, 상기 피니언 스프링 및 구동스프링은 피니언과 링기어의 완전한 치합 가능성을 증대시키기 위하여 피니언을 적절한 각도로 회전시키도록 배치되어 있지 않은 문제점이 있다. 다시 말해서, 상기 피니언 스프링은 출력샤프트에 대하여 적절한 각도로 회전되는 상기 피니언에 대하여 적절한 스트로크(stroke)를 제공하도록 압축되지 않은 문제점이 있다.

따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 피니언 및 링기어가 충격을 받지 않은 모터구동 스타터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따르면, 엔진스타터는, 전기모터; 상기 전기모터 및 전원 사이를 접속하는 메인스위치; 출력샤프트; 상기 전기모터와 출력샤프트 사이에 배치된 제1스플라인 연결부재; 엔진의 링기어와 치합되거나 분리되도록 상기 출력샤프트의 일단에 배치된 피니언; 상기 출력샤프트와 피니언 사이에 배치된 제2스플라인 연결부재; 상기 링기어측으로 피니언에 스프링력을 가하기 위하여 상기 출력샤프트와 피니언 사이에 배치된 피니언 스프링; 상기 출력샤프트에 연결된 레버; 통전될 때 상기 링기어측으로 출력샤프트를 이동시키고, 상기 레버가 소정위치로 이동될 경우 상기 메인스위치를 턴온하도록 상기 레버에 연결된 전자기 스위치; 상기 전자기스위치가 출력샤프트를 링기어측으로 이동시킬 경우 상기 피니언에 스프링력을 가하기 위하여 상기 출력샤프트와 전자기 스위치 사이에 배치된 구동스프링을 포함한다. 상기 제1 및 제2스플라인 연결부재중 적어도 하나는, 헬리컬 연결부재가 전자기 스위치에 의하여 링기어측으로 이동될 경우, 출력샤프트에 대하여 소정피치의 1/2 이상의 각도로 피니언을 회전시키는 스플라인 연결부재를 포함한다. 이를 위하여, 상기 피니언 스프링의 스프링상 수는 구동스프링보다 낮게 이루어져, 메인스위치가 폐쇄되기 전에 출력샤프트에 대하여 피니언을 소정각도로 회전시키는 스트로크를 제공하기 위하여 상기 구동스프링이 압축되기 이전에 상기 상기 피니언 스프링이 압축될 수 있다.

따라서, 상기 피니언은 모터에 의하여 이동되기 전에 98%의 높은 가능성으로 상기 링기어와 치합될 수 있다. 이는 상기 링기어와 피니언에 가해지는 충격 쇼크를 효과적으로 감소시킨다.

상기 엔진 스타터에서, 상기 제1스플라인 연결부재는 헬리컬 스플라인 연결부재를 포함하고, 상기 제2스플라인 연결부재는 직선 스플라인 연결부재를 포함한다. 상기 엔진 스타터에서, 상기 제1스플라인 연결부재는 출력샤프트를 지지하는 스플라인 튜브를 포함한다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스타터를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도1에 나타낸 바와 같이, 스타터(1)는 DC 모터(2); 출력샤프트(3); 감속장치에 연결된 일방향 클러치(4); 상기 출력샤프트(3)의 단부에 의하여 지지되는 피니언(pinion)(5); 시프트레버(shift lever)(6); 전자기 스위치(electromagnetic switch)(7); 센터하우징(center hosuing)(16); 및 하우징(18) 등을 포함한다. 상기 감속장치는 센터하우징(16)에 수용되고, 모터의 회전속도를 소정비율로 감속시키기 위하여 상기 모터(2)에 연결된다. 또한, 상기 일방향클러치(4)는 상기 출력샤프트(3)와 감속장치를 일방향 회전으로 연결하도록 상기 센터하우징(16)에 수용된다. 상기 전자기 스위치(7)는 모터의 메인스위치를 동작시키고, 상기 피니언(5)이 엔진의 링기어(20)와 치합되도록 시프트레버(6)를 통해 상기 피니언(5)을 이동시킨다.

상기 메인스위치가 전자기 스위치(7)에 의하여 턴온(turn on)될 경우, 상기 DC모터(2)는 차량 배터리(31)로부터 DC 전력을 공급받아, 상기 모터(2)의 모터샤프트(9a)는 회전할 수 있다.

상기 감속장치는, 상기 모터샤프트(9a)의 전방단부의 일면에 형성된 태양기어(10); 상기 태양기어(10)를 동축되게 둘러싸는 링 형태의 내부기어(11); 상기 태양기어(10)와 내부기어(11) 사이에 배치된 복수개의 유성기어(12); 기어샤프트(13) 및 캐리어(carrier)(14)를 포함한다. 상기 태양기어(10), 내부기어(11) 및 유성기어(12)는 그 유성기어(12)의 공전운동이 기어샤프트(13)를 통해 캐리어(14)로 전달될 수 있도록 서로 치합된다. 상기 모터샤프트(9a)의 전방단부는 베어링(9c)를 통해 구획부재(9b)에 의하여 지지된다.

상기 일방향클러치(4)는 클러치 외측부재(4a); 복수개의 롤러(4b) 및 클러치 내측부재(이하 스플라인 튜브로도 설명됨)(4c)를 포함하는 롤러방식 클러치이다.

상기 클러치 외측부재(4a)는 캐리어(14)와 일체로 형성되고, 복수개의 캠 챔버(cam chamber)(미도시)가 형성된 원통형 내면을 구비한다.

상기 롤러(4b)는 캠 챔버에 각각 배치되어, 상기 클러치 외측부재(4a)가 감속장치에 의하여 일방향으로 회전될 경우, 상기 롤러(4b)는 캠 챔버와 클러치 내측부재(4c)의 주면 사이에서 클러치될 수 있다.

상기 클러치 내측부재(4c)는 원통형 외면을 구비하며, 상기 모터(2)의 대향 단부에서 베어링(15)을 통해 센터하우징(16)에 의하여 지지된다. 또한, 상기 클러치 내측부재(4c)는 암 헬리컬 스플라인(female helical spline)(4d)이 형성된 원통형 내면을 구비한다. 또한, 외면에 상기 베어링(15)이 배치된 상기 클러치 내측부재(4c)의 내면에는 스토퍼(17)가 형성된다.

상기 클러치 외측부재(4a) 및 감속장치의 캐리어가 일체로 형성되기 때문에, 상기 베어링(15)은 클러치 내측부재(4c)의 후방단부 뿐만 아니라 감속장치도 지지한다. 따라서, 상기 일방향클러치 및 감속장치의 축방향 총길이는 현저하게 감소될 수 있다.

상기 모터(2)는 모터샤프트(9a); 및 요크(8a)를 구비하고, 상기 센터하우징(16)은 요크(8a)와 하우징(18) 사이에 배치된다. 상기 하우징(18)은 베어링(19)을 통해 출력샤프트(3)를 지지한다.

상기 출력샤프트(3)는 수 헬리컬 스플라인(male helical spline)(3a)을 갖는 후방단부와, 외면에 복수개의 수 직선 스플라인(straight male spline)(3b)을 갖는 전방단부를 구비한다. 상기 출력샤프트(3)의 후방단부는 상기 클러치 내측부재(4c)의 내측으로 삽입되어, 수 헬리컬 스플라인(3a)과 클러치 내측부재(4c)의 암(female) 헬리컬 스플라인(4d)이 치합된다. 상기 수 헬리컬 스플라인(3a)과 클러치 내측부재(4c)의 암 헬리컬 스플라인(4d)은 제1스플라인 연결부재이다. 상기 출력샤프트(3)는 윤활유를 보유하고 중량을 감소시키기 위하여 그 후방단부의 축방향 중심에 길이방향 중공부(hollow)(3c)를 구비한다.

상기 피니언(5)은, 출력샤프트(3)의 수 직선 스플라인(3b)와 치합되도록 복수개의 암 직선 스플라인(5b)이 형성된 내면을 구비한다. 상기 수 직선 스플라인(3b)과 암 직선 스플라인(5b)은 제2스플라인 연결부재이다. 상기 피니언(5)의 내측에는 그 피니언(5)이 링기어(20)측으로 편향되도록 피니언스프링(21)이 삽입된다. 상기 출력샤프트(3)의 전방단부 외면에는 피니언(5)이 전방측으로 과도하게 이동되는 것을 제한하도록 칼라(collar)가 고정된다. 또한, 상기 피니언(4)의 후방측으로의 이동은 상기 피니언스프링(21)이 완전히 압축될 때 그 피니언스프링(21)에 의하여 제한된다.

상기 모터(2)의 메인스위치가 턴온되기 전에 출력샤프트(3)가 이동될 경우, 기어 치합없이 링기어와 접촉된 피니언(5)의 위치로부터 피니언(5)의 기어치 피치의 1/2에 대응하는 각도 이상으로 피니언(5)이 회전할 수 있도록, 상기 암수 헬리컬 스플라인(3a)(4d) 및 암수 직선 스플라인(3b)(5b)의 길이, 다른 형상 및 치수가 디자인된다.

상기 전자기 스위치(7)는, 시동스위치(28)가 턴온 될 경우 통전되는 솔레노이드(23); 상기 통전된 솔레노이드(23)에 의하여 우측으로 구동되는 플런저(plunger)(24); 상기 솔레노이드(23)가 통전되지 않을 경우 상기 플런저(24)를 좌측으로 편향시키는 리턴스프링(25); 및 시프트 레버(6)와 플런저(24) 간을 연결하도록 상기 플런저(24)로 삽입되는 후크부재(26)를 포함한다. 상기 플런저(24)와 후크부재(26) 사이에는 구동스프링(27)이 배치된다. 상기 피니언 스프링(21) 및 구동스프링(26)의 스프링상수 및 초기하중은, 상기 피니언(5)이 링기어(20)와 치합되지 않고 상기 링기어(20)에 충돌하고 이동이 정지된 경우, 상기 피니언 스프링(21)이 구동스프링(27) 이전에 압축될 수 있도록 디자인된다. 본 실시예에서 는, 상기 구동스프링(27)의 스프링상수 및 초기하중은 피니언 스프링(21)보다 크다.

도2a 내지 도5에 나타낸 바와 같이, 상기 모터(2)의 메인스위치는 한 쌍의 고정접점(29) 및 가동접점(30)으로 구성된다. 상기 전자기 스위치(7)는 메인스위치가 턴온될 때 상기 가동접점(30)을 고정접점(29)에 대하여 소정의 접촉압력으로 편향시키는 압력스프링(미도시)을 포함한다.

상기 시동스위치(28)가 스타터(1)의 전자기 스위치(7)의 솔레노이드(23)를 통전시키기 위하여 턴온 될 경우, 상기 플런저(24)는 시프트 레버(6)를 통해 출력샤프트(3)를 전방측으로(좌측으로) 구동시키도록 우측으로 이동된다. 따라서, 상기 출력샤프트(3)는 그의 수 헬리컬 스플라인(3a)과 클러치 내측부재(4c)의 암 헬리컬 스플라인(4d)의 헬리컬 스플라인 연결에 의하여 회전된다. 그러므로, 상기 피니언(5)은 링기어(20)와 치합되거나, 완전히 치합되기 전 링기어(20)의 일부분에 의하여 정지되기 전까지 이동을 계속한다.

도5에 나타낸 바와 같이 상기 피니언(5)이 링기어(20)와 완전히 치합될 경우, 상기 모터(2)의 메인스위치(29)(30)는 전자기 스위치(7)에 포함된 압력 스프링(미도시)에 의하여 가해지는 스프링력에 의해 턴온된다. 그 결과, 상기 링기어(20)를 통해 엔진을 크랭크시키도록 아마추어(9)는 감속장치를 통해 출력샤프트(3)를 회전시킨다.

상기 피니언(5)이 링기어(20)와 치합되지 않고 링기어(20)의 일부분에 의하여 정지될 경우, 상기 출력샤프트(3)는 도3a에 나타낸 바와 같이 구동스프링(27) 및 레버(6)를 통해 전자기 스위치에 의하여 피니언 스프링(21)의 스프링력에 대항하여 전방으로 더 이동하고, 상기 피니언(5)은 링기어(20)와 완전히 치합하기 위하여 준비된 상태로 된다. 이 때, 상기 플런저(24)는 도6에 나타낸 바와 같이 위치 "b"로부터 위치 "d"로 이동된다. 참고로, F1은 플런저(24)의 흡인력을 나타낸 것이고, F2는 리턴스프링(25)의 하중을 나타낸 것이고, F3는 피니언 스프링(21)의 하중을 나타낸 것이고, F4는 구동스프링(27)의 하중을 나타낸 것이며, F5는 압력스프링의 하중을 나타낸 것이다.

이는 피니언 스프링(21)의 관점에서 볼 때, 피니언(5)이 도3a에 나타낸 바와 같이 출력샤프트(3)를 따른 스트로크(stroke) 또는 거리(L)에 의하여 우측으로 이동하고, 상기 플런저의 하중은 도6의 지점 "b"로부터 지점 "c"로 변화된 것을 의미한다. 따라서, 상기 피니언(5)은 그 피니언(5)이 링기어(20)와 완전하게 치합되기까지 도3b에 나타낸 바와 같이 피니언(5)의 1/2 기어 피치 이상에 대응하는 헬리컬 스프라인 연결 각도에 의하여 회전된다.

상기 피니언(5)과 링기어(20)의 두 기어날의 간섭으로 인하여 피니언(5)의 회전이 차단될 경우, 상기 플런저(24)는 모터(2)를 작동시키기 위하여 메인 스위치(29)(30)를 폐쇄하도록 좌측으로 더 이동된다. 그 결과, 상기 모터(2)는 도4에 나타낸 바와 같이 감속장치, 일방향 클러치 및 출력샤프트(3)를 통해 상기 피니언(5)을 강제로 회전시킨다. 그런 다음, 상기 플런저(24)는 위치 "c"로부터 위치 "d"로 이동되어, 상기 피니언(5)은 링기어(20)와 완전하게 치합되도록 피니언 스프링(21)의 스프링력(F3) 및 구동스프링(27)의 스프링력(F4)에 의하여 이동된다.

테스트 결과에 따르면, 상기 메인 스위치(29)(30)가 턴온되기 전 상기 피니언(5)은 약 98% 정도 링기어(20)와 치합될 수 있다. 그 결과, 상기 피니언(5) 및 링기어(20)의 마모는 방지될 수 있다.

상기 실시예의 변형으로서, 상기 제1스플라인 연결부재의 연결은 직선 스플라인 연결로 제공될 수 있고, 상기 제2스플라인 연결부재의 연결은 헬리컬 스플라인 연결로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1스플라인 연결부재의 연결과 상기 제2스플라인 연결부재의 연결은 모두 헬리컬 스플라인 연결로 제공될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터구동 스타터는 피니언 및 링기어가 충격을 받지 않으며, 마모를 방지하는 효과가 있다.

Claims

전기모터; 상기 전기모터로 전력을 공급하기 위한 메인스위치; 출력샤프트; 상기 전기모터와 출력샤프트 사이에 배치된 제1스플라인 연결부재; 엔진의 링기어와 치합되거나 분리되도록 상기 출력샤프트의 일단부에 배치된 피니언; 상기 출력샤프트와 피니언 사이에 배치된 제2스플라인 연결부재; 상기 피니언에 링기어측으로 스프링력을 가하도록 상기 출력샤프트와 피니언 사이에 배치되는 피니언 스프링; 통전될 경우 상기 링기어측으로 출력샤프트를 이동시키고, 그의 일부분이 소정위치로 이동할 경우 상기 메인 스위치를 턴온하기 위한 전자기 스위치; 상기 전자기 스위치가 상기 출력축을 링기어측으로 이동시킬 경우 상기 피니언에 스프링력을 가하기 위하여 상기 출력축과 전자기 스위치 사이에 배치된 구동스프링;을 포함하는 엔진 스타터에 있어서,

상기 제1 및 제2스플라인 연결부재 중 하나는 스플라인 연결부재를 포함하되, 상기 전자기 스위치에 의하여 상기 스플라인 연결부재가 링기어측으로 이동될 경우, 상기 피니언의 소정피치의 1/2 이상으로 되는 소정각도로 상기 출력샤프트에 대하여 상기 피니언을 회전시키는 스플라인 연결부재를 포함하고;

상기 피니언 스프링은, 상기 구동스프링의 스프링상수보다 작은 스프링상수를 가지며, 상기 메인스위치가 폐쇄되기 전 상기 피니언을 상기 출력샤프트에 대하여 소정각도로 회전시키는 스트로크를 제공하도록 압축될 수 있는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 제1스플라인 연결부재는 헬리컬 스플라인 연결부재를 포함하고,

상기 제2스플라인 연결부재는 직선 스플라인 연결부재를 포함하는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 제1스플라인 연결부재는 직선 스플라인 연결부재를 포함하고,

상기 제2스플라인 연결부재는 헬리컬 스플라인 연결부재를 포함하는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2스플라인 연결부재는 각각 헬리컬 스플라인 연결부재를 포함하는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 제1스플라인 연결부재는 상기 출력샤프트를 지지하는 스플라인 튜브를 포함하는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 출력샤프트는 윤활유를 보유하기 위한 중공부를 구비하는

엔진 스타터.
제1항에 있어서,

상기 피니언의 과도한 이동을 방지하기 위한 부재를 더 포함하는

엔진 스타터.
제5항에 있어서,

클러치 외측부재 및 클러치 내측부재를 구비하는 일방향 클러치, 및 상기 일방향 클러치와 전기모터 사이에 연결된 감속장치를 더 포함하며,

상기 스플라인 튜브는 상기 클러치 내측부재에 형성되는

엔진 스타터.
제8항에 있어서,

상기 감속장치는 태양기어, 내부기어, 복수개의 유성기어 및 캐리어를 포함하는 유성기어장치를 포함하고,

상기 캐리어는 상기 클러치 외측부재와 일체로 형성되는

엔진 스타터.
제8항에 있어서,

상기 감속장치 및 일방향 클러치는 한 쌍의 베어링에 의하여 공동으로 지지되는 대향 단부를 구비한 유닛으로 일체화되는

엔진 스타터.