KR100618753B1 - 동축엔진시동장치 - Google Patents

Abstract

전동기(electric motor)를 구비하는 엔진 시동장치에 있어서, 나선형 스플라인을 거쳐서 피니언을 그 표면에 달고 있는 출력축과, 직류 전동기용 스위치를 작동시키고, 피니언을 내연 엔진의 링 기어와 맞물리도록 가압하는 전자 장치(solenoid device)를 구비하며, 상기 전자 장치가 피니언을 전자장치의 여자상태에서 제 1 리턴 스프링의 탄성력에 대향하는 방향으로 이동하는 전기자 외부 부재와, 제 2 리턴 스프링에 의해서 탄성적으로 가압되며, 상기 전기자 외부 부재와의 사이에 개재되어 있는 코일 스프링에 의해서 상기 전기자 외부 부재에 대하여 절첩식(telescopically)으로 배치되는 전기자 내부 부재를 구비한다. 전기자 부재의 단부 위치와, 전자장치용 요크로서의 역할을 하는 홀더의 대향 부분이 보완적인 테이퍼 형상으로 이루어지는데 이것은 전자장치의 여자 상태에서 전기자 부재의 운동에 따라 테이퍼면 사이의 간극이 좁아지고, 그 흡인력이 적절히 증가되도록 되어 있다.

Description

동축 엔진 시동장치{COAXIAL ENGINE STARTER}

본 발명은 엔진 시동장치에 관한 것으로 특히, 전동기와, 피니언, 피니언의 미끄럼축, 스위치 장치 작동용 전자장치를 모두 동축 구조로 포함하고 있는 엔진 시동장치에 관한 것이다.

종래의 엔진 시동장치는 링 기어에 맞물리는 피니언을 축방향으로 이동가능하게 지지하는 출력축과, 피니언을 축방향으로 구동하는 전자장치가 서로 나란하게 배치되어 있는 것이 일반적이다. 이러한 2축 구성의 엔진 시동장치에 따르면, 전동기의 측방향으로 전자장치가 돌출되기 때문에, 시동장치의 반경방향의 치수는 불가피하게 커지지만, 장착 공간을 확보하기 위해서 실질적인 제약이 부여된다.

이러한 부적합한 점을 개선하기 위해서, 출력축을 둘러싸는 위치에 전자장치를 설치한 다수의 동축형 엔진 시동장치가 제안되어 있다. 전체의 구조를 복잡하게 함이 없이 축방향 치수를 보다 감소시킬 수 있는 동축 엔진 시동장치가 일본 특허 공개 공보 1996년 제 319926 호(1996 년 5월 28일에 출원된 미국 특허 출원 제 08/653,873 호)에 이미 제안되어 있다.

상기 명세서에 따르면, 피니언은 일방향 클러치와 나선형 스플라인을 거쳐서 출력축과 결합되어 출력축이 회전할 때 링 기어를 향하여 가압된다. 피니언은 링 기어와 더 바람직하게 맞물리도록 자기적으로 작동하는 가동형 코어 또는 전기자(armature)에 의해서 전방 방향으로 끼워 넣어지며, 상호 안착되어 있는 전기자 내부 부재와 외부 부재로 전기자를 형성함으로써 축방향 치수가 감소된다. 그러나, 피니언이 링 기어의 측면과 막 충돌할 때 추력(thrust force)이 불충분한 경우, 피니언은 링 기어와 맞물리지 못할 것이다. 그러므로, 전기자에 작동하는 자기 흡인력(magnetic attractive force)과 피니언의 추력을 증가시키는 것이 바람직하다.

또한, 피니언을 더 신뢰성있게 링 기어와 결합하도록 가압하는 것이 바람직하기 때문에, 코일 스프링이 전기자 내부 부재와 상판으로 구성된 고정부분 사이에 삽입되어서 자기 흡인력에 의한 힘외에 가압하는 탄성력을 제공한다.

그러나, 이러한 구조체는 코일 스프링이 전기자 내부 부재가 피니언을 가압하는 방향으로 이동하여 코일 스프링의 탄성력이 그에 대응하는 정도로 감소되는 만큼 연장된다는 문제점을 가진다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 코일 스프링을 전기자 외부 부재의 운동에 따라 이동시키는 것이 의도될 수 있다. 이렇게 함으로써, 코일 스프링의 연장이 전기자 외부 부재의 운동량에 의해서 감소될 수 있다.

전기자 외부 부재의 측부로부터 코일 스프링을 지지하기 위한 이러한 조립체에 따르면, 코일 스프링의 코일의 일단부와 결합하는 전기자 외부 부재의 내주면에 내부로부터 환상으로 둘러싸인 플랜지를 일체적으로 제공하도록 의도된다. 그러나, 이것을 달성하는 것은 비용이 많이 들며 어렵다. 또한, 전기자 외부 부재와 동일한 자성재로 이루어진 플랜지로부터 자속이 누출되기 때문에, 자기 흡인력이 자기 외부 부재상에서 감소하게되며, 또한, 전기자 내부 부재가 플랜지를 향하여(또는 미는 방향으로) 자기적으로 흡인되게 될 것이다. 내부로부터 환상으로 둘러싸인 플랜지는 또한 코일 스프링의 대응 코일 단부가 측방향으로 이동하고 전기자 내부 부재 또는 다른 구성요소와 간섭할 수도 있다는 문제점을 발생시킬 수 있다.

종래기술의 이러한 문제점을 감안하여, 본 발명의 제 1 목적은 피니언을 링 기어에 매우 신뢰할만한 방식으로 맞물리도록 가압하는 동축 엔진 시동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 비교적 작은 반경 방향 치수와 축방향 치수를 갖지만 피니언을 매우 강력한 방식으로 가압할 수 있는 동축 엔진 시동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 경제적으로 제조할 수 있는 동축 엔진 시동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은 동작을 신뢰할 수 있는 동축 엔진 시동장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이들 및 기타 다른 목적이 전동기, 상기 전동기에 대하여 동축으로 연장된 출력축, 상기 출력축에 스플라인 결합한 피니언과, 상기 피니언을 내연기관의 링 기어와 맞물리는 위치를 향하여 구동하도록 상기 출력축을 둘레에 배치된 전자장치를 포함하며, 상기 전자장치가, 내부 보어를 형성하는 여자 코일과, 상기 여자 코일을 둘러싸서 상기 여자 코일의 사이 내부 보어의 내주면을 따라서 축방향으로 자속을 유도하는 요크와, 상기 여자 코일의 상기 내부 보어안에 축방향으로 미끄럼가능하게 수납되는 실린더형 전기자 외부 부재와, 상기 전기자 외부 부재내에 절첩식으로(telescopically) 축방향으로 미끄럼가능하게 수납되는 원통형 전기자 내부 부재와, 상기 요크에 대하여 자기 간극을 개방하는 방향으로 상기 전기자 외부 부재를 가압하는 제 1 리턴 스프링(return spring)과, 상기 요크에 대하여 자기 간극을 개방하는 방향으로 상기 전기자 내부 부재를 가압하는 제 2 리턴 스프링과, 상기 전기자 내부 부재와 외부 부재간에 동축으로 삽입되어 상기 내부 및 외부 전기자 부재를 서로 이격되도록 가압하는 코일 스프링과, 실질적으로 보완 형상인 테이퍼 종단면을 구비하는 상기 요크와 상기 전기자 내부 및 외부 부재의 대향하는 단부를 포함하는 엔진 시동장치를 제공함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 전동기 제어용 자기 스위치는 전기자 외부 부재에 의해서 작동된다.

이러한 구조체에 따르면, 자기 흡인력이 처음에 전기자 외부 부재상에 작용하며, 이는 전기자 내부 부재가 요크상에 형성된 대향하는 자기 폴(magnetic pole)측으로 강력하게 흡인되도록 전기자 내부 부재에 대해 자속을 적절하게 분배시킨다. 이 자기 흡인력은 전기자 내부 부재와 전기자 외부 부재사이에 삽입되어 있는 스프링에 의해서 보조된다. 그러므로, 비교적 강한 자기 흡인력이 동작의 초기 단계에서 달성될 수 있고, 이 자기 흡인력은 동작의 종료시까지 또는 전기자 부재가 요크의 대향하는 폴측으로 충분히 흡인될 때가지 제어된다.

자기 흡인력을 자기 전기자 부재의 이동 단부측으로 제어하는 관점에서, 전기자 내부 및 외부 부재는 전기자 내부 부재와 요크의 대향 단부상에 형성된 테이퍼면들 사이에, 및 전기자 외부 부재와 요크의 대향 단부에 형성된 테이퍼면들 사이에 작은 간극을 형성하는 방식으로 스토퍼(stopper) 부분이 제공될 수 있다. 특히, 상기 전기자 내부 부재용 스토퍼 부분이 축선에 수직하게 상기 전기자 내부 부재에 제공된 환형 숄더 표면에 의해서 형성되는 것이 바람직하며, 상기 여자 코일의 여자 상태에서 상기 요크의 대향 단부에 형성된 대응 환형 숄더 표면에 인접한다.

자속의 스트레잉(straying) 또는 자속의 바람직하지 못한 누출을 최소화한다는 점에서, 상기 환형 숄더면은 상기 전기자 내부 부재내에 설치되고, 상기 요크의 대향 단부와 상기 전기자 내부 부재의 테이퍼면은 상기 환형 숄더 표면의 동일 축선 측상에 제공되어 상기 여자 코일의 여자 상태에서 그들 사이에 형성되는 작은 간극을 두고 대면하도록 되어 있으며, 상기 요크의 대향 단부의 상기 테이퍼 표면은 상기 요크의 대향 단부의 상기 테이퍼면이 상기 전기자 내부 부재의 테이퍼면의 길이보다 실질적으로 더 짧게 연장되어 있는 것이 유익하다.

상기 전기자 내부 및 외부 부재사이에 마찰이 없는 운동을 보증하기 위해서, 상기 전기자 외부 부재는 상기 여자 코일의 상기 보어의 내주면을 기준으로하여 그 외주면에 동축으로 장착되고, 상기 전기자 내부 부재는 상기 출력축의 외주면을 기준으로하여 그 내주면에 동축으로 장착되는 것이 바람직하다.

자속의 누출을 최소화하기 위해서, 상기 출력축은 비자성재로 이루어진다. 또한, 엔진 시동장치는 비자성체로 이루어지고 상기 피니언을 축방향으로 기동시키는 상기 출력축에 미끄럼가능하게 고정된 시프터 부재를 포함하며, 상기 전기자 내부 부재는 상기 시프터 부재상에 단단히 고정되어 있다. 전형적으로, 일방향 클러치가 비자성체로 이루어지는 것이 보통이며 이것은 클러치 구성요소를 통과하는 자속의 스트레잉을 방지하는데 바람직하다. 이러한 조건에 근거하여, 상기 일방향 클러치는 상기 시프터 부재와 인접하는 단부를 갖는 클러치 내부 부재와, 상기 피니언과 일체적으로 형성된 클러치 외부 부재를 갖는 일방향 클러치를 추가로 포함하며, 상기 클러치 내부 부재는 상기 출력축상에 형성된 상기 스플라인에 의해서 결합되는 것이 바람직하다. 상기 스플라인은 보통 나선형 스플라인으로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 환상의 스프링 보유부가 전기자 외부 부재의 보어내에 맞물려 코일 스프링의 대응 코일 단부와 결합한다. 그러므로, 전기자 외부 부재의 형상은 간단해지며, 전기자 외부 부재의 제조 비용도 최소화된다. 스프링 보유부는 전기자 외부 부재를 권축가공(crimping)함으로써 간단하고 신뢰성있는 방법으로 적소에 고정할 수 있다. 특히, 스프링 보유부는 비자성체로 이루어진 개별 구성요소로 구성될 수 있어서 스프링 보유부를 통과하는 자속의 누출을 최소화할 수 있다. 이것에 의해서, 코일 스프링의 반경방향 변이가 코일 스프링의 다른 구성요소와의 간섭은 매우 효과적인 방식으로 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 엔진용 시동장치의 감속 기어 유니트를 전체적으로 도시하고 있는데 중심선보다 상측에는 정지상태를, 하측에는 통전상태를 도시한다. 이 시동장치(1)는 엔진의 시동에 필요한 회전력을 발생하는 것으로 유성단차식 감속기(2)을 구비한 전동기(3)와, 감속기(2)를 거쳐서 전동기(3)에 연결시킨 출력축(4)과, 출력축(4)상에 자유자재로 미끄럼운동하게 설정된 일방향 롤러 클러치(5) 및 피니언(6)과, 전동기(3)에 대응하는 전원공급로를 개폐하는 스위치 유니트(7)와, 스위치 유니트(7)의 가동 접점판(8) 및 피니언(6)을 축방향으로 이동시키기 위한 전자장치(solenoid device)(9)를 포함하고 있다.

전동기(3)는 공지의 정류자식 전동기로 이루어지고, 이것의 로터축(10)은 도면에 도시된 바와 같이 우단이 바닥판(11)의 중심에 피봇운동하게 지지되어 있고, 도면에 도시된 바와 같이 좌단[엔진의 링 기어(23) 측]이 로터축(10)과 동축으로 배치된 출력축(4)의 우단의 중심에 피봇운동하게 지지되어 있다.

감속기(2)는 전동기(3)의 상판(12)의 내면에 설치되어 있다. 이 감속기(2)는 로더축(10)의 출력축(4)에 대응하는 지지부에 연접하는 위치에 형성된 태양 기어(13)와, 태양 기어(13)에 치합한 복수의 유성 기어(14)와, 복수의 유성 기어(14)가 맞물리는 상판(12)의 내부 이 링 기어(internal teeth ring gear)(15)를 포함한다. 지지판(16)이 상판(12)의 중심에 지지된 출력축(4)의 우단[전동기(3)측]에 결합되어 있다.

상판(12)에는 엔진에 대응하는 고정 브래킷을 겸하는 피니언 하우징(17)의 좌벽의 내면 중심부에 출력축(4)의 좌단이 피봇운동하게 지지되어 있다.

출력축(4)의 중간부의 외주면에는 나선형 스플라인(19)이 형성되어 있고, 일방향 롤러 클러치(5)의 클러치 내부 부재(18)의 슬리브 부분(18a)의 축선방향 단부가 나선형 스플라인과 결합되어 있다. 이 클러치 내부 부재(18)는 이것의 슬리브 부분(18a)과 출력축(4)의 좌단에 고정된 지지판(20)의 사이에 끼워넣여져 있는 제 2 리턴 스프링(21)에 의해서 우측 방향(수축 방향)으로 보통 탄성적으로 가압된다. 또한 제 2 리턴 스프링(21)은 클러치 내부 부재(18)의 슬리브 부분(18a)의 내주면과 출력축(4)의 외주면 사이에 형성된 환형 간극안에 장착되어 있다.

관상의 클러치 내부 부재(18)에는 일방향 롤러 클러치(5)의 클러치 외부 부재(22)가 상대적으로 축방향 변위는 불가능하며 상대적으로 회전가능하게 결합되어 있다. 이 클러치 외부 부재(22)의 링 기어(23)측에는 단부벽 및 링 기어(23)측에 돌출되는 돌기부가 형성되어 있고, 이 돌기부의 외주부에는 엔진의 링 기어(23)에 맞물려 엔진을 구동하기 위한 상기 피니언(6)과 일체적으로 형성되어 있다. 이 피니언(6)을 일체적으로 형성된 클러치 외부 부재(22)는 자유로이 회전하고 축방향으로 변위가 자유롭도록 출력축(4)의 좌단부에 형성되어 있다.

피니언 하우징(17)의 중간부에는 비자성재로 형성된 출력축(4)을 둘러싸는 원반상의 여자 코일(24)이 고정되어 있다. 이 여자 코일(24)은 출력축(4)이 관통하는 컵 형상의 홀더(25) 및 환상 디스크(26)로 구성된 요크에 의해서 둘러싸인다. 그리고 여자 코일(24)의 내주면과 출력축(4)의 외주면간의 간극에는 자성재로 형성된 제 1 브레켓인 외부 전기자(27)와 제 2 브레켓인 전기자(28)가 내외로 이중으로 텔레스코픽상으로 서로에 대하여 미끄럼운동이 자유롭게 장착되어 있다. 이들 전기자(27, 28)의 좌단부[피니언(6)측에 대면하는 단부]는 홀더(25)의 내주측에 양 전기자(27, 28)에 대응하는 자기 폴(magnetic pole)로서 형성된 돌출 보스형상 부분과 대향하게 되어 있다.

전기자 외부 부재(27)의 우단부의 외주면에는 환상의 연결판(29)이 끼워져 있고, 그 연결판(29)의 외주부 근방에는 축선방향으로 돌출된 상태로 연결된 연결 로드(30)가 전동기(3)의 상판(12)을 관통하고 있고, 이 연결 로드(30)의 돌출 단부에 전동기(3)의 정류자부(31)에 연접 배치된 스위치 유니트(7)의 가동 접점판(8)이 연결되어 있다. 이 가동 접점판(8)은 연결 로드(30)에 대하여 축방향으로 변위가능하게 부착되어 있음과 함께, 코일 스프링(32)에 부동적으로 지지되어 있고, 정류자부(31)의 주위에 설치되어 있는 브러시 스테이(brush stay)(33)에 고정 설치된 스위치 유니트(7)의 고정 접점판(34)에 대하여 결합 및 탈착가능하게 되어 있다. 또한 전기자 외부 부재(27)은 연결판(29)과 피니언 하우징(17)의 내벽의 사이에 끼어있는 제 1 리턴 스프링(35)에 의하여 좌측 방향으로 항상 탄성적으로 가압되며 통상적으로 접점간을 개방한 상태(도면의 중심선의 상측의 상태)에 정지되어 있다.

전기자 내부 부재(28)와 전기자 외부 부재(27)간에는 축선방향으로 서로 이격되도록 가압하는 코일 스프링(36)이 탄성적으로 끼워져 있다. 이 코일 스프링(36)의 한쪽의 코일 단부는 전기자 외부 부재(27)의 내주면의 전동기(3)측에 압입된 환상의 스프링 보유 부재(48)에 의해서 결합되어 있고, 다른쪽 코일 단부는 전기자 내부 부재(28)의 내주측에 형성된 보어의 축선방향 단부면에 의해서 결합되어 있다.

스프링 보유 부재(48)는 비자성재로 이루어진 판재를 프레스가공함으로써 형성하고 있고, 도 2 에 도시된 바와 같이, 전기자 외부 부재(27)의 내주면에 압입되어 있는 원통형부(48a)와, 이 원통형부(48a)로부터 직각으로 절곡된 장착상태에 있는 내부 플랜지부(48b)와, 이 플랜지부(48b)의 선단부에 축선방향으로 대략 직각으로 절곡된 가이드 편부(guide piece portion)(48c)로 이루어진다. 또한, 전기자 외부 부재(27)의 내부 보어에는 상술한 바와 같이, 전기자 외부 부재(27)의 외주면에 연결판(29)을 고정하기 위한 권축가공의 결과인 재료의 팽출에 의해서 형성되는 단차부(49)가 형성되어 있다. 이 단차부(49)에 원통형부(48a)가 결합되어 스프링 보유 부재(48)가 적소에 유지된다.

전기자 외부 부재(27)와 스프링 보유부재(48)를 별개로 형성하는 것에 의해서, 전기자 외부 부재(27)의 형상이 간소화되므로, 가공하기가 용이하다. 또한, 스프링 보유 부재(48)를 스템핑 가공에 의해서 형성할 수 있기 때문에, 가이드 편부(48c)에 의해서 코일 스프링(36)의 코일단부의 내주부를 지지하여, 코일 스프링(36)의 코일 단부의 내부 보어를 지지함으로써 적절하게 중심을 잡을 수 있다.

또한, 코일 스프링(36)의 탄성력은 피니온(6)의 상기 정지 상태에 있어서 클러치 내부 부재(18)에 설치된 제 2 리턴 스프링(21)의 탄성력보다 약하지만, 전기자 내부 부재(28)에 의해서도 우선 이동하는 전기자 외부 부재(27)에 의해서 최대로 압축상태에 이르는 도중에 제 2 리턴 스프링(21)의 탄성력보다 강하게 이루어지도록 설정되어 있다. 또한, 전기자 내부 부재(28)에는 그 좌단이 클러치 외부 부재(22)의 우단에 인접하는 비자성재로 형성된 시프터 부재(37)이 결합되어 있다.

여자 코일(24)은 스위치 유니트(7)에 설치되어 있는 콘텍터를 거쳐서 도면에 도시되지 않은 점화 스위치에 전기적으로 접속되어 있다. 스위치 유니트(7)의 고정 접점판(34)에는 도면에 도시되어 있지 않은 배터리의 양극이 전기적으로 접속되고, 스위치 유니트(7)의 가동 접점판(8)에는 한쌍의 양극 브러시에 연결된 한쌍의 음극 브러시(41)가 설치되어 있다. 이 음극 브러시(41)의 피그테일(40)(pigtail)은 후술의 중앙판(43)에 접속되고, 피니언 하우징(17) 및 도시되지 않은 차체를 거쳐서 배터리의 음극에 접속되어 있다. 또한 스위치 유니트(7)는 한쌍의 양극 브러시에 접하는 공간에 설치되어 있다.

브러시 스테이(33)와 상판(12)간에는 환상의 금속제 중앙판(43)이 설치되어 있어서 감속기(2)와 전동기(3)사이를 이격시킨다. 이 중앙판(43)의 중심부에는 그 내부면이 로터축(10)의 외주면과 미소간격을 두고 대향하는 환상 보스(43a)가 정류자부(31)측을 향하여 돌출형성되어 있다. 이 환상 보스(43a)의 자유단부는 정류자부(31)의 축선방향 단면에 형성된 리세스(31a)에 진입하여 감속기(2)의 그리스가 정류자부(31)측으로 누출되는 것을 방지하고 있다.

스위치 유니트(7)는 시동장치(1)의 상방에 위치되어 있고, 브러시 스테이(33)에 고정된 고정 접점판(34)과 가동 접점판(8) 등의 접점부는 요크로써 역할을 하는 모터 케이싱(44)내에 있는 브러시 스테이(33)와 커버(45)에 의해서 덮어져 있다. 이것에 의해서, 스위치 유니트(7)의 접점부에 브러시 분말이 침입하는 것을 방지하고 있다.

본 실시예에 있어서, 도 2의 요부 확대도에 도시되어 있는 바와 같이, 홀더(25)의 상기 내주측 보스상부에 대향하는 전기자 외부 부재(27)의 단부에는, 테이퍼 단면형상의 돌출부(27a)가 형성되어 있는 동시에, 홀더(25)의 대향하는 부분에는 그 돌출부(27a)와 보완적 형상을 이루는 테이퍼 단면형상의 돌출부(25a)가 형성되어 있다. 또한, 홀더(25)의 상기 내주측 보스상부에 대향하는 전기자 내부 부재(28)의 단부에는, 상기 돌출부(27a)보다도 큰 테이퍼 단면형상 보스부(28a)가 형성되어 있고, 홀더(25)의 대향하는 부분에는 부분적으로 보완적 형상을 이루는 테이퍼 단면형상의 보유부(25b)가 형성되어 있다. 또한 홀더(25)의 보유부(25b)보다도 피니언(6)에는 전기자 내부 부재(28)의 보스부(28a)의 전방으로 압출시 전단부로부터 이격되어 있는 홀더의 역 테이퍼면부(25c)가 형성되어 있다.

다음으로, 상기 실시예의 작동요령에 관하여 설명한다. 여자 코일(24)에 전류를 가하기 전의 정지상태에서는 전기자 외부 부재(27)는 제 1 리턴 스프링(35)에 의해서 가압시켜져 그 우방측으로 이동하여, 연결판(29)가 상판(12)에 인접한 상태로 정지되어 있고, 이것에 연결된 가동 접점판(8)은 고정 접점판(34)에 대하여 이격되어 있다. 이것과 동시에, 제 2 리턴 스프링(21)에 의해서 가압되는 클러치 내부 부재(18)가 피니온(6)과 일체를 이루는 클러치 외부 부재(22), 시프터 부재(37) 및 전기자 내부 부재(28)를 따라 우측 방향으로 이동하도록 되어 있고, 피니온(6)과 링 기어(23)간의 결합이 단절되어진다(도면의 중심선의 상측 상태).

점화 스위치를 엔진 시동위치로 돌리면, 여자 코일(24)에 전류가 공급되어 여자된다. 결과적으로, 전기자의 내부 부재와 외부 부재(27, 28)를 자속이 통과하는 자로가 형성되고, 전기자의 내부 부재와 외부 부재(27, 28)가 좌측 방향으로 이동한다. 이 때 홀더(25)의 상기한 돌출부(25a) 및 보유부(25b)(폴)에 대응하여, 전기자 내부 부재(28)의 보스부(28a)보다도 전기자 외부 부재(27)의 돌출부(27a)가 보다 근접하도록 하기 위해서, 도 3에 도시한 바와 같이, 전기자 내부 부재(28)에 선행하여 전기자 내부 부재(27)가 이동한다.

또한 돌출부(27a)와 돌출부(25a)가 상기한 바와 같이 테이퍼상으로 형성되어 있기 때문에, 자속이 통과하는 한쌍의 대향면이 이동방향(축선방향)에 대하여 경사져 있고, 이동방향으로 분력이 작용함과 아울러 양자가 근사하게 연결되어 테이퍼면끼리의 간극이 작아지기 때문에, 그들 사이에 작용하는 자력을 증가시킬 수 있다.

또한, 전기자 내부 부재(28)는 코일 스프링(36)에 의해서 상기 이동방향으로 탄성적으로 가압되어지지만, 상기한 바와 같이 코일 스프링(36)의 탄성력이 제 2 리턴 스프링(21)의 탄성력보다 약하기 때문에, 전기자 외부 부재(27)의 흡인 이동의 초기에는 전기자 외부 부재(27)의 정지상태가 유지되고, 앞서 코일 스프링(36)이 압축변형된다.

결과적으로, 연결판(29) 및 결합 로드(30)를 거쳐서 가동 접점판(8)이 좌측 방향으로 이동하고, 고정 접점판(34)에 접촉된다. 이것에 의해서 전동기(3)에 배터리의 전력이 공급되고 로터축(10)이 회전하도록 되어 있지만, 전기자 외부 부재(27)의 풀 행정보다 앞서 가동 접점판(8)이 고정 접점판(34)에 접속하고, 가동 접점판(8)이 연결 로드(30)에 대하여 축방향으로 변위가능하게 부동 지지되어 있어서 코일 스프링(32)의 가압력이 양 접점(8, 34)간에 작용하게 된다. 한편, 전기자 외부 부재(27)는 그 외주부에 연결판(29)을 달기 위한 오목하게 형성된 반경방향 외향의 반경방향 플랜지(51)가 환상 원반(26)에 맞부딪혀 도 3에 도시한 바와 같이, 충돌부(25a)와 충돌부(27a)사이에 간극을 형성한 상태로 정지된다. 이와 마찬가지로, 간극을 형성한 상태로 정지시켜서, 누출된 자속에 의해서 전기자 내부 부재(28)에 대응하는 흡인력을 발생시키고 있다.

도 3에 도시한 상태에 있어서, 코일 스프링(36)의 압축변형에 의해서 증가된 탄성 가압력과 전기자 내부 부재(28)에 작용하는 자기 흡입력과의 합력으로 인해 피니언(6)이 가압되기 때문에, 출력축(4)의 회전이 시작될 때 또는 출력축(4)의 회전 속도가 비교적 낮을 때, 피니언(6)[클러치 외부 부재(22)]이 [출력축(4)의 정규 회전 방향에 대해] 역방향으로 회전하는 동안 이 피니언(6)은 나선형 스플라인(19)을 따라서 링 기어(23)측으로 이동한다. 출력축(4)이 회전하면, 나선형 스플라인(19)간 결합부의 마찰저항에 의해서 연속적으로 회전하게 되지만, 피니언(6)은 상기 합력에 의해서 이동하기 위해서, 역회전하는 동안 링 기어(23)와 치합된다. 이 때, 링 기어(23)의 치형부 측부에 충돌함으로써 피니언(6)과의 치합이 실패할 때조차, 피니언(6)이 전술한 합력에 의해서 전방으로 가압되므로 이것이 뒤로 바운드될 때 역방향으로 회전하여 링 기어(23)와 바로 치합이 일어나며 나선형 스플라인 연결로 인하여 링 기어(23)의 치형부의 측부와 부딪힘으로써 전방이동하는 것을 방지할 때 정방향으로 회전하며, 피니언(6)이 전방과 후방으로 회전할 때, 피니언은 링 기어(23)와 확실히 치합될 수 있다.

피니언(6)이 연속하여 회전하면, 출력축(4)의 회전 및 스플라인 결합에 의해서 피니언(6)을 링 기어(23)측에 이동시키는 미끄럼관성력이 약해진다. 그러나, 본 발명에 따르면, 코일 스프링(36)으로 전기자 내부 부재(2)[클러치 내부 부재(18)]를 가압하여 피니언(6)으로 역회전시키므로, 이 역회전이 출력축(4)의 회전에 의해서 일어나는 피니언(6)의 회전에 대항하여 작용하며, 스플라인 결합되어 있는 출력축(4)의 회전에 의하여 피니언(6)의 추력이 증대되어진다. 따라서, 링 기어(23)에, 증대되는 추력을 갖는 피니언(6)이 맞물려 있다.

도 4는 피니언(6)의 치합직전의 상태를 도시한다. 또한, 피니언(6)의 링 기어(23)로의 치합시에는 코일 스프링(36)도 탄성력을 제공하고 있다. 이 탄성력은 피니언(6)이 링 기어(23)와 치합이 이루어질 때까지 피니언(6)을 계속해서 가압하며 이 때 자기 흡입력이 충분히 세진다.

종래예에 설명한 바와 같이, 전기자 외부 부재에 코일 스프링의 한쪽 코일 단부를 계지하기 위한 내부 반경방향 플랜지를 일체형으로 형성하고 있는 경우에, 이 반경방향 플랜지가 자성재로 이루어지기 때문에, 이 반경방향 플랜지로부터 자속이 누출되어서 전기자 외부 부재의 흡입력이 강하되고, 전기자 내부 부재와 플랜지간에도 자속 통과하여 전기자 내부 부재를 플랜지측으로 흡인하는 힘이 작용하여 전기자 내부 부재의 추력이 떨어진다. 이들에 대하여, 본 발명에 따르면, 전기자 외부 부재(27)에 장착한 스프링 보유 부재(48)가 상기한 바와 같이 비자성체로 이루어지기 때문에, 이 스프링 보유 부재(48)를 거쳐 누출하는 자속이 발생하지 않도록 하기 때문에 상기 종래의 문제점을 해소할 수 있다.

피니언(6)이 링 기어(23)에 치합되기 시작하면, 출력축(4)에 나선형 스플라인에 의해서 결합시키는 피니언(6)이 출력축(4)의 회전에 따라서 링 기어(23)와 십분 맞물리는 위치로 피니언(6)이 이동할 수 있다. 그러므로 피니언(6)이 링 기어(23)와 충분히 치합을 이루면, 클러치 내부 부재(18)가 스토퍼판(20)에 인접하여 축선방향으로의 이동이 방지되기 때문에 출력축(4)의 회전력이 나선형 스플라인에 의해서 결합하는 피니언(6)을 거쳐서 링 기어(23)에 전달되어 엔진이 기동한다.

이 때, 도 1의 하반부에 도시한 바와 같이, 전기자 내부 부재(28)의 축선에 수직한 좌단면(28b)이, 홀더(25)의 동일 축선에 수직한 면에 형성된 인접면(25d)에 인접하고 보스부(28a)의 테이퍼면과 보유부(25b)의 테이퍼면 사이에는 간극이 형성되어 있다. 이들은 테이퍼면 끼리 대향시켜서 흡인 도중에는 가까이 연결되어 간극이 좁아지므로 자력이 증가하고 최종적으로는 테이퍼면간에 자속을 통과시키는 것보다는 축선방향으로 통과시켜 근접해지는 방향으로 큰 흡인력을 발생시키도록 한다. 또한, 보스부(28a)의 테이퍼면의 축선방향 길이에 비하여 보유부(25b)의 테이퍼면의 축선방향 길이가 짧게한다(본 실시예에서는 길이의 약 절반정도). 이것은 상기 전기자 내부 부재(28)의 축선방향 좌단면(28b)과 홀더(25)의 인접면(25d)의 인접 상태에서, 양 테이퍼면간에 많은 자속이 발생하는 것을 방지하여 단면(28b)과 인접면(25d)간의 축선방향으로 배향되는 자속을 증가시며 흡인력을 증대시키도록 한다.

이와 마찬가지로, 홀더(25)의 인접면(25d)에 인접하는 것으로 전기자 내부 부재(28)에는 자속 코일(24)의 흡인력이 최대로 작용하여 링 기어(23)로부터 흡입력이 피니언(6)에 작용하지만, 클러치 내부 부재(18)의 우방으로의 이동을 시프터 부재(37)를 거져서 저지하기 쉽고, 링 기어(23)로부터 피니언(6)의 흡인력이 방지된다.

따라서 전기자 내부 부재와 외부 부재(27, 28)를 정지시키는데 요구되는 전류는 전기자(27, 28)를 기동하는 데 요구되는 전류에 비하여 작아진다. 상기한 바와 같이, 나선형 스플라인(19)에 의해서 생기는 축방향력을 피니온(6)을 포함하는 일방향 롤러 클러치(5)의 기동력으로 이용하는 것에 좋고, 여자 코일(24)의 출력을 저감할 수 있어서, 여자 코일(24)을 보다 소경화할 수 있다. 일단 엔진이 기동하면, 피니온(6)이 공전하는 점에 있어서는 종래 구성과 전체적으로 마찬가지이다.

여자 코일(24)로 전류가 흐르는 것을 정지시키면, 클러치 내부 부재(18)에 비하여 제 2 리턴 스프링(21)의 가압력, 이와 마찬가지로 전기자 외부 부재(27)에 비하여 제 1 리턴 스프링(35)의 가압력에 의해서, 피니온(6)이 링 기어(23)로부터 이탈되고, 가동 접점판(8)이 고정 접점판(34)으로부터 이격되어 전동기(3)가 정지한다.

또한, 도 5은 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시하지만, 상기 실시예와 마찬가지의 부분에 있어서는 동일 부호를 사용하고, 그 상세한 설명을 생략한다. 전술한 실시예에 있어서는 플랜지부(48b)에 대하여 원통형부(48a)와 가이드편부(48c)는 서로 상반하는 방향으로 절곡되어서 전체적으로 크랭크상 단면형상으로 이루어지지만, 본 실시예에 있어서는 플랜지부(48b)에 대하여 원통형부(48a)과 가이드편부(48c)를 동방향으로 절곡하여 전체적으로 C자형상 단면형상으로 형성되어 있다. 따라서, 전기자 외부 부재(27)의 내주면에 원통형부(48a)를 계지하여 파지하기 위한 계단부(50)를 형성하고 있다. 이 경우에도 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

전술한 바와 같이, 피니언(6)을 클러치 외부 부재(22)와 일체적으로 형성한다. 이것은 일방향 롤러 클러치의 웨지 챔버의 테이퍼면을 형성하는 부분의 단벽을 형성하는 후벽 부분이 피니언(6)측상에 위치하거나 링 기어(23)측에 위치하도록 되고 후벽 부분을 홀더(25)측과는 상반대는 측에 설치하여 홀더(25)측에 후벽 부분이 없이 이루기 위해서 홀더(25)측으로의 자속 누출을 최소화하도록 되어 있다.

또한, 전기자(27)는 여자 코일(24)의 코일 보빈의 내주면을 기준으로 하여 외주측에 위치함으로써 조립되고, 전기자 내부 부재(28)는 예를들면 합성 수지재의 시프터 부재(37)의 외주면을 기준으로하여 내주측에 위치시키으로써 조립되어진다. 이들에 의해서, 전기자 외부 부재(27)의 내주면과 전기자 내주 부재(28)의 외주면과의 양자간에 간극이 이루어지는 것에 의해서 전기자 외부 부재(27)의 내주면과 전기자 내주 부재(28)의 외주면과의 양자간에 간극이 이루어지는 것에 의해서 이동시에 있어서 양자의 치합을 방지할 수 있다.

또한, 피니언 하우징(17)에는 그 조립상태에서 그 하부에 드레인 구멍(46)을 설치하고 있다. 이 드레인 구멍(46)은 여자 장치(9)를 피니언(6)의 정지위치측에 위치설정 및 방수용의 밀봉판(47)의 근접한 위치에 설치하고 있다. 시동장치 정지시에는 피니언(6)에 의해서 전자 장치(9)가 차폐상태로 되지만, 피니언(6)이 이동하여 링 기어(23)에 치합이 이루어지는 상태에는 피니언(6)과 전자 장치(9)간에 공간이 형성하여 침수할 가능성이 있다. 이 침수는 밀봉판(47)에 의해서 저지될 수 있고, 이 밀봉판(47)의 전방에 설치한 드레인 구멍(46)으로부터 적절히 배수될 수도 있다.

그러므로 본 발명에 따르면, 전기자 외부 부재, 전기자 내부 부재 및 요크에 테이퍼부를 설치하여 전기자의 이동에 따라 흡입력을 적절히 증가시키는 것이 가능해진다. 또한, 전기자 내부 부재와 외부 부재간에 스프링 수단을 삽입하여 피니언을 가압하는 추력을 증대시킬 수 있다. 전기자 내부 부재의 대응 단부에 대면하는 요크의 부분이 축선에 수직한 방향면에 인접하고, 전기자 내부 부재의 전방 단부로부터 거리를 유지하는 절단부를 형성하기 때문에, 피니언의 치합상태에 있어서 테이퍼면간에 다수의 자속이 생겨서 흡인력이 감소하는 것을 방지할 수 있고 피니언의 치합상태에 있어서 흡인력을 보다 증대시킬 수 있다.

본 발명을 그 바람직한 실시예에 의해서 설명하였지만, 당해기술분야의 숙련자들에게 첨부된 청구범위에 제시된 본 발명의 보호범위로부터 벗어남없이 다양한 변형예와 수정예가 가능하다는 것은 명백하다.

본 발명은, 전기자 외부 부재, 전기자 내부 부재 및 요크에 테이퍼부를 설치하여 전기자의 이동에 따라 흡입력을 적절히 증가시킬 수 있고, 또한, 전기자 내부 부재와 외부 부재간에 스프링 수단을 삽입하여 피니언을 가압하는 추력을 증대시킬 수 있고, 그리고 전기자 내부 부재의 대응 단부에 대면하는 요크의 부분이 축선에 수직한 방향면에 접촉하고, 전기자 내부 부재의 전방 단부로부터 거리를 유지하는 절단부를 형성하기 때문에, 피니언의 맞물림 상태에 있어서 테이퍼면간에 다수의 자속이 생겨서 흡인력이 감소하는 것을 방지할 수 있고 피니언의 맞물림 상태에 있어서 흡인력을 보다 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 엔진 시동장치를 도시하는 단면도,

도 2는 도 1에 도시한 엔진 시동장치용 여자장치의 주요부 확대도,

도 3은 엔진 시동장치의 동작 모드를 도시한 도 1의 주요부 확대도,

도 4는 엔진 시동장치의 다른 상태를 도시한 도 3과 유사한 도면,

도 5는 피니언의 링 기어와의 완전 결합시 엔진 시동장치의 상태를 도시한 도 2와 유사한 도면,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 도 2와 유사한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 시동장치 2 : 감속기

3 : 전동기 4 : 출력축

5 : 일방향 롤러 클러치 6 : 피니언

7 : 스위치 유니트 8 : 가동 접점판

8a, 8b, 8c : 돌출부 9 : 전자장치

10 : 로터축 18 : 클러치 내부 부재

19 : 나선형 스플라인 21 : 제 2 리턴 스프링

22 : 클러치 외부 부재 23 : 링 기어

24 : 여자 코일 25 : 홀더

25a : 돌출부 25b : 보유부

25c : 역 테이퍼면 27 : 전기자 외부 부재

28 : 전기자 내부 부재 35 : 제 1 리턴 스프링

Claims (13)

1. 전동기와, 상기 전동기에 대하여 동축으로 연장된 출력축과, 상기 출력축에 끼워지고 그리고 스플라인을 거쳐서 상기 출력축과 결합되는 피니언과, 상기 피니언이 내연 기관의 링 기어와 맞물리도록 상기 출력축의 둘레에 배치된 전자장치(solenoid device)를 포함하는 동축 엔진 시동장치에 있어서,

   상기 전자장치가,

   내부 보어를 형성하는 여자 코일과,

   상기 여자 코일을 둘러싸서 상기 여자 코일의 내부 보어의 내주면을 따라서 축방향으로 자속을 유도하는 요크와,

   상기 여자 코일의 내부 보어안에 축방향으로 미끄럼가능하게 수납되는 원통형 전기자 외부 부재와,

   상기 전기자 외부 부재내에 절첩식으로(telescopically) 축방향으로 미끄럼가능하게 수납되는 원통형 전기자 내부 부재와,

   상기 요크에 대하여 자기 간극을 개방하는 방향으로 상기 전기자 외부 부재를 가압하는 제 1 리턴 스프링과,

   상기 요크에 대하여 자기 간극을 개방하는 방향으로 상기 전기자 내부 부재를 가압하는 제 2 리턴 스프링과,

   상기 전기자 내부 부재와 외부 부재 사이에 동축으로 삽입되어 상기 전기자 내부 및 외부 부재를 서로 이격되도록 가압하는 코일 스프링과,

   상기 요크와 상기 전기자 내부 및 외부 부재의 서로 대향하는 단부가, 적어도 부분적으로 서로 보완적인 형상인 테이퍼 종단면을 갖는

   동축 엔진 시동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기자 내부 및 외부 부재는 상기 전기자 내부 부재와 상기 요크의 대향 단부상에 형성된 테이퍼면 사이에 작은 간극을 형성하며 그리고 상기 전기자 외부 부재와 상기 요크의 대향 단부상에 형성된 테이퍼면 사이에 작은 간극을 형성하는 방식으로 스토퍼 부분을 구비하는

   동축 엔진 시동장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전기자 내부 부재용 스토퍼 부분은 축선에 수직으로 상기 전기자 내부 부재에 제공된 환형 숄더 표면에 의해서 형성되며, 상기 여자 코일의 여자 상태에서 상기 요크의 대향 단부에 형성된 대응 환형 숄더 표면에 인접하는

   동축 엔진 시동 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 환형 숄더면은 상기 전기자 내부 부재내에 설치되고, 상기 요크와 상기 전기자 내부 부재의 대향 단부의 테이퍼면은, 상기 여자 코일의 여자 상태에서 그 사이에 작은 간극을 두고 서로 대면하도록 상기 환형 숄더 표면의 동일 축선측에 제공되어 있고, 상기 전기자 내부 부재의 테이퍼면에 대향하는 상기 요크의 단부의 테이퍼면은, 상기 전기자 내부 부재의 테이퍼면에 대향하는 상기 요크의 단부의 테이퍼면이 상기 전기자 내부 부재의 테이퍼면보다 더 짧은 축방향 길이로 연장되도록 리세스부에서 종단되는

   동축 엔진 시동장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기자 외부 부재는 상기 여자 코일의 보어의 내주면을 기준으로하여 그 외주면에 동축으로 장착되고, 상기 전기자 내부 부재는 상기 출력축의 외주면을 기준으로하여 그 내주면에 동축으로 장착되는

   동축 엔진 시동장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 출력축은 비자성체로 이루어지는

   동축 엔진 시동장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   비자성체로 이루어지고 상기 피니언을 축방향으로 기동시키는 상기 출력축에 활주 가능하게 고정된 시프터 부재를 추가로 포함하며, 상기 전기자 내부 부재는 상기 시프터 부재상에 단단히 고정되어 있는

   동축 엔진 시동장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 시프터 부재와 인접하는 단부를 갖는 클러치 내부 부재와, 상기 피니언과 일체적으로 형성된 클러치 외부 부재를 갖는 일방향 클러치를 추가로 포함하며, 상기 클러치 내부 부재는 상기 출력축상에 형성된 스플라인에 의해서 결합되는

   동축 엔진 시동장치.
9. 재 8 항에 있어서,

   상기 스플라인이 나선형 스플라인으로 구성되는

   동축 엔진 시동장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    환형 스프링 보유부가 상기 전기자 외부 부재의 보어내에 고정되어 상기 코일 스프링의 대응 코일 단부와 결합하는

    동축 엔진 시동장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 스프링 보유부는 상기 전기자 외부 부재를 권축가공함으로써 적소에 고정하는

    동축 엔진 시동장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 스프링 보유부는 비자성체로 이루어지는

    동축 엔진 시동장치.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 스프링 보유부는 상기 코일 스프링의 대응 코일 단부의 횡방향 이동을 규제하는 환형 보스를 구비하는

    동축 엔진 시동 장치.

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