KR101886092B1 - 차량의 시동 발전 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 시동 발전 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 엔진 시동 및 발전 기능을 동시에 구현하는 차량의 시동 발전 시스템은, 알터네이터를 제너레이터로 동작시키는 발전 회로부에 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 알터네이터 스위치; 상기 알터네이터의 스테이터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 스테이터 스위치; 상기 알터네이터의 로터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 정류자 스위치; 상기 스테이터의 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환하여 로터를 회전시키는 정류자를 포함하는 시동 발전부; 및 상기 시동 발전부의 스테이터 스위치와 정류자 스위치를 각각 연결(ON)하고 상기 알터네이터 스위치를 차단(OFF)하여 스타터로 작동하고, 상기 알터네이터 스위치를 연결(ON)하고 상기 스테이터 스위치 및 정류자 스위치를 각각 차단(OFF)하여 제너레이터로 작동하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 시동 발전 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR START POWER GENERATION OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 시동 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관 차량에 별도로 구비되던 스타터 없이도 알터네이터를 이용하여 시동 및 발전을 동시에 구현할 수 있는 시동 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 차량에는 엔진 시동을 위한 스타터 모터(Starter motor, 이하 스타터라 명명함)와 작동중인 엔진동력의 일부를 사용하여 발전된 전기를 배터리 충전 및 전기 장비에 공급하는 알터네이터(Alternator)가 구비된다.
도 1은 종래의 일반적인 내연기관 차량의 시동 및 발전구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래의 일반적인 내연기관 차량의 알터네이터 회로를 나타낸다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 차량은 엔진을 시동하기 위해서 큰 토크가 필요하기 때문에 플라이휠에 연결되는 스타터를 사용한다.
이 때, 플라이휠의 주위에는 스타터의 피니언 기어보다 수배나 많은 기어가 부착되어 있기 때문에 스타터의 회전은 감속되어 크랭크샤프트로 전달된다. 그리고, 크랭크샤프트는 감속된 만큼 큰 힘으로 회전되어 피스톤을 압축행정 상태로 작동시킴으로써 엔진시동이 가능하게 된다.
알터네이터는 철심 주위를 일정한 간격을 유지하여 코일을 감은 전자석인 로터코일이 엔진의 크랭크샤프트와 연결되어 스테이터코일 내부에서 회전시키면 전기가 발생되는 원리를 이용한 차량용 교류 발전기이다.
알터네이터는 엔진의 크랭크 샤프트의 회전력이 벨트에 의해 전달되어 회전하며, 여기서 발생된 전기는 도 2의 정류회로에서 정류되고 레귤레이터에서 전압이 제한되어 일정한 직류전력을 생성한다.
이처럼, 종래의 내연기관 차량에는 차량 시동을 위한 스타터와 발전을 위한 알터네이터가 별도로 구비되어 실질적으로 두 개의 모터와 그 제어구성이 필요하여 그에 따른 제조원가 상승 및 설계 구조가 복잡한 단점이 존재하였다.
한편, 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle/Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에서는 별도의 스타터를 사용하지 않고 고전압 및 고용량의 HSG(Hybrid Starter Generator)를 구비하여 시동 및 발전 기능을 수행하고 있다.
그러나, 하이브리드 차량의 HSG는 내연기관 차량과는 달리 고전압 배터리의 고전압을 이용하는 고용량의 모터가 사용되어 일반 내연기관 차량에 적용이 어렵고, 그 시동 및 발전 기능 제어를 위한 인버터가 별도로 요구되어 제조원가 상승되는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제2006-0032813호 (2006.04.18. 공개)
본 발명의 실시 예는 내연기관 차량의 알터네이터를 스타터로도 사용할 수 있도록 알터네이터 발전회로에 정류자와 스위치를 구성하고 스위치 제어에 따른 스타터 및 알터네이터 기능을 필요에 따라 선택적으로 제어할 수 있는 차량의 시동 발전 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진 시동 및 발전 기능을 동시에 구현하는 차량의 시동 발전 시스템은, 알터네이터를 제너레이터로 동작시키는 발전 회로부에 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 알터네이터 스위치; 상기 알터네이터의 스테이터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 스테이터 스위치; 상기 알터네이터의 로터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 정류자 스위치; 및 상기 스테이터의 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환하여 로터를 회전시키는 정류자를 포함하는 시동 발전부; 그리고, 상기 시동 발전부의 스테이터 스위치와 정류자 스위치를 각각 연결(ON)하고 상기 알터네이터 스위치를 차단(OFF)하여 스타터로 작동하고, 상기 알터네이터 스위치를 연결(ON)하고 상기 스테이터 스위치 및 정류자 스위치를 각각 차단(OFF)하여 제너레이터로 작동하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 시동 발전부는, 상기 배터리와 스테이터의 3상의 코일이 만나는 중성점과 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결되도록 설치되는 스테이터 배선을 더 포함하는 차량의 시동 발전 시스템.
또한, 상기 정류자는, 상기 스테이터 스위치의 연결로 스테이터의 3상 코일 중 하나의 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환할 수 있다.
또한, 상기 정류자는, 정류자 스위치와 연결되어 로터에 공급되는 전류방향을 회전각도에 따라 전환시키는 브러쉬가 설치될 수 있다.
또한, 상기 알터네이터 스위치는, 상기 발전 회로부와 배터리를 연결하는 배선 상에 위치한 제1스위치(SW1) 및 상기 발전 회로부와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제2스위치를 포함할 수 있다.
상기 스테이터 스위치는, 상기 배터리와 스테이터의 중성점을 연결하는 배선 상에 위치한 제3스위치(SW3) 및 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결된 배선상에 위치한 제4스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정류자 스위치는, 상기 정류자와 배터리를 연결하는 배선 상에 위치한 제5스위치(SW5) 및 상기 정류자와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제6스위치(SW6)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진 시동 및 발전 기능을 동시에 구현하기 위하여 알터네이터 회로에 정류자 및 스위치를 구성한 시동 발전 시스템의 차량 시동 발전 방법은, a) 차량의 시동 온 신호가 발생하면, 알터네이터를 제너레이터로 동작시키는 발전 회로부에 전기가 흐르지 않도록 알터네이터 스위치를 차단(OFF)하는 단계; b) 스테이터 스위치를 연결(ON)하여 배터리에서 흐르는 전기에 의해 알터네이터의 스테이터를 자화시켜 자극을 갖도록 하는 단계; c) 정류자 스위치를 연결(ON)하여 배터리에서 흐르는 전기에 의해 상기 알터네이터의 로터를 자화시키고, 상기 스테이터의 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환하여 로터를 회전시키는 단계; 및 d) 상기 로터의 회전력으로 크랭크샤프트를 회전시켜 엔진을 시동하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계의 시동 온 신호는, 운전자의 시동키 입력으로 발생된 신호이거나 ISG(Idle Stop and Go) 기능으로 정지 중 시동 오프된 상태에서 재시동 조건으로 발생된 신호일 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, e) 상기 알터네이터의 발전이 요구되면, 상기 알터네이터를 제너레이터로 작동하기 위하여 상기 알터네이터 스위치를 연결(ON)하고, 상기 스테이터 스위치 및 정류자 스위치를 각각 차단(OFF)하는 단계를 더 포함하는 차량의 시동 발전 방법.
또한, 상기 e) 단계는, 상기 알터네이터 스위치의 연결로 로터가 회전하면 스테이터 코일에서 3상교류가 발생하는 단계; 및 상기 3상교류를 정류하여 직류 전기를 획득하고 상기 직류 전기를 일정 전압으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 알터네이터 회로에 추가된 간단한 스위치 제어(ON/OFF)만으로 스타터 기능과 알터네이터 기능을 동시에 구현할 수 있다.
또한, 알터네이터를 스타터로도 사용이 가능하여 기존 스타터 삭제에 따른 제조원가를 줄일 수 있다.
또한, 정류기를 통해 알터네이터의 모터링을 구현함으로써 종래의 3상 모터를 구동하기 사용했던 고가의 인버터를 생략할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 내연기관 차량의 시동 및 발전구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래의 일반적인 내연기관 차량의 알터네이터 회로를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 시동 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 발전부의 알터네이터 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 발전부의 알터네이터 회로를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 알터네이터에 구비된 정류자 및 브러쉬를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 시동 및 발전 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함한다.
추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 시동 발전 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 시동 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 시동 발전 시스템(100)은 배터리(110), 엔진(120), 변속기(AT: Automatic Transmission, 130), 운전정보 검출부(140), 시동 발전부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
배터리(110)는 차량 내 전기장치에 전원을 공급하고, 차량의 운행 중 시동 발전부(150)에서 발전된 전력으로 충전된다.
배터리(110)는 차량의 시동시 시동 발전부(150)가 스타터로 동작할 수 있도록 전원을 공급한다.
배터리(110)는 일반 차량에 적용되는 12V 배터리일 수 있으나 이에 한정되진 않으며, 해당 차량에 적용된 다양한 전압의 배터리를 사용할 수 있다.
엔진(120)은 시동 발전부(150)에 의해 시동되고, 연료 연소를 통해 기계적인 차량 구동력을 발생한다.
변속기(130)는 엔진(120)에서 발생되는 구동력을 차량 속도와 운행조건에 따른 임의의 변속단을 통해 구동 휠에 출력함으로써 주행을 유지한다.
운전정보 검출부(140)는 차량의 시동 여부, 차속, 변속단, 가속페달 변위(APS), 브레이크 페달의 변위(BPS) 등의 차량 운행에 따른 전반적인 운전정보를 검출하여 제어부(160)에 제공한다.
시동 발전부(150)는 차량의 시동을 위한 스타터 기능 및 발전을 위한 제너레이터 기능을 포함하는 알터네이터와 상기 알터네이터를 스타터 및 제너레이터로 동작시키기 위한 스위치 및 정류기가 구성된 알터네이터 회로를 포함한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 통하여 시동 발전부(150)의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 발전부의 알터네이터 구성을 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 시동 발전부(150)의 기계적 구성인 알터네이터는 크게 로터와 스테이터로 구성되며, 로터는 필드코일에 전기를 공급하기 위한 슬립링을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 알터네이터는 차량에 적용되는 통상의 교류발전기로 제너레이터 기능을 수행할 수 있다.
특히, 후술되는 알터네이터 회로를 통해 모터로 동작하여 스타터 기능을 수행할 수 있으며, 이를 위해 알터네이터에는 로터에 전기를 인가하여 자화시키고 자화된 로터가 지속적으로 회전할 수 있도록 자석 극성을 N-S-N-S로 변환시키는 정류자 및 브러쉬가 구성된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 발전부의 알터네이터 회로를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 알터네이터에 구비된 정류자 및 브러쉬를 나타낸다.
첨부된 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시동 발전부(150)의 알터네이터 회로는 알터네이터 스위치(151), 발전 회로부(152), 스테이터 배선(153), 스테이터 스위치(154), 정류자 스위치(155), 정류자(156) 및 브러쉬(157)를 포함한다.
알터네이터 스위치(151)는 제너레이터 기능을 수행하는 발전 회로부(152)와 차량의 배터리(110)를 완전히 차단/연결(OFF/ON)할 수 있다.
알터네이터 스위치(151)는 시동 발전부(150)의 제너레이터 기능 및 스타터 기능 선택을 위해 기존 알터네이터 발전회로에 추가된 스위치로써, 시동 발전부(150)가 스타터로 작동될 때 차단(OFF)되고, 알터네이터로 작동할 때 연결(ON) 된다.
알터네이터 스위치(151)는 발전 회로부(152)와 배터리를 연결하는 배선 상에 위치한 제1스위치(SW1) 및 발전 회로부(152)와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제2스위치(SW2)를 포함한다.
이러한 알터네이터 스위치(151)가 연결(ON) 연결되는 경우의 발전 회로부(152)의 발전 동작은 다음과 같다.
알터네이터 스위치(151)의 연결로 로터의 필드코일에 슬립링을 통해 전기가 공급하면 자극이 발생하고, 그 자극으로 로터가 회전하면 스테이터 코일에서 3상교류가 발생한다.
정류회로(1521)는 발생된 교류를 정류하여 직류(DC) 전기를 얻을 수 있고, 레귤레이터(1522)는 전압이 일정이상 발생치 않도록 슬립링에 공급되는 전기를 제어한다. 이 때, 레귤레이터(1522)에서 일정 정전압으로 제한된 전기는 차량 내 전기장치 및 배터리(110)로 공급된다.
한편, 이하 설명되는 알터네이터 회로의 구성은 본 발명의 실시 예에 따른 스타터 기능을 위한 것이다.
스테이터 배선(153)은 배터리(110)와 스테이터의 3상의 코일이 만나는 중성점과 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결되도록 설치된다.
스테이터 스위치(154)는 스테이터 배선(153) 상에 설치되어 스테이터로 흐르는 배터리(110)의 전기를 차단/연결(OFF/ON) 할 수 있다.
스테이터 스위치(151)는 배터리(110)와 상기 스테이터의 중성점을 연결하는 제3스위치(SW3) 및 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결되는 제4스위치(SW4)를 포함한다.
이러한 스테이터 스위치(154)는 스타터 기능을 위해 설치된 스위치로써, 시동 발전부(150)가 알터네이터로 작동시 차단(OFF)되고 스타터로 작동시 연결(ON) 된다.
이 때, 스테이터 스위치(154)가 연결(ON)되면 배터리(110)로부터 흐르는 전기에 의해 스테이터가 전자석이 되어 자극을 가지게 된다.
또한, 정류자 스위치(155)는 스테이터 스위치(154)와 마찬가지로 스타터 기능을 위해 설치된 스위치로써, 시동 발전부(150)가 알터네이터로 작동시 차단(OFF)되고 스타터로 작동시 연결(ON) 된다.
정류자 스위치(155)는 정류자(156)와 배터리(110)를 연결하는 배선 상에 위치한 제5스위치(SW5) 및 정류자(156)와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제6스위치(SW6)를 포함한다.
정류자(156)는 스테이터 스위치(154)의 연결로 스테이터의 3상 코일 중 하나의 코일에 전기가 흐를 때 발생하는 자극에 상응하게 로터의 전자석 극성을 변환한다. 이 때, 정류자(156)에는 정류자 스위치(155)와 연결되어 로터에 공급되는 전류방향을 회전각도에 따라 전환시키는 브러쉬가 설치된다.
즉, 정류자 스위치(155)가 스타터로 작동 시 연결(ON)되어 전기가 흐르면 로터가 전자석이 되어 자극을 가지게 되고, 정류자(156)가 스테이터의 자극에 맞춰 로터의 전자석 극성을 변화시킴으로써 로터가 회전한다.
이러한 로터의 회전력은 벨트를 통해 엔진 풀리로 전달되어 크랭크샤프트를 회전시킴으로써 엔진(120)의 시동이 가능하다.
여기서, 기존 차량의 알터네이터는 로터에 정류자가 없기 때문에 모터링(Motoring) 될 수 없으며, 로터를 3상모터로 구동하기 위해서는 로터의 회전각도에 따라 스테이터의 자극을 바꾸는 인버터를 사용함으로써(예; HSG) 제조원가가 상승되는 문제가 존재하였다.
이와는 달리 본원발명은 기존 알터네이터의 로터에 정류자를 구성하여 고가의 인버터를 사용하지 않고도 알터네이터의 모터링이 가능한 차이점과 이점이 있음을 분명이 한다.
한편, 제어부(160)는 ECU(Electronic Control Unit)로 구성되어 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 시동 발전 시스템(100)의 각부의 동작을 제어할 수 있으며, 이를 위한 각종 프로그램 및 데이터를 포함한다.
제어부(160)는 운전정보 검출부(140)에서 수집된 운전정보를 토대로 시동 발전부(150)의 스타터 기능 및 제너레이터 기능 작동 조건을 판단하고, 판단 결과에 따라 해당 기능을 선택적으로 작동하기 위한 스위치들(151, 154, 155)을 제어한다.
제어부(160)의 설명은 이하 도 7을 통한 차량의 시동 및 발전 제어 방법을 통해 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 시동 및 발전 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 다른 제어부(160)는 차량의 엔진 시동 오프(OFF) 상태에서 시동 온(ON) 신호가 발생하면, 시동 발전부(150)를 스타터로 동작하기 위하여 알터네이터 스위치(151)를 차단(OFF)한다(S101).
여기서, 상기 시동 온 신호는 운전자의 시동키 입력으로 발생된 신호이거나 ISG(Idle Stop and Go) 기능으로 정지 중 시동 오프된 상태에서 브레이크 해제 등의 재시동 조건으로 발생된 신호일 수 있다.
제어부(160)는 스테이터 스위치(154)를 연결(ON)하여 배터리(110)에서 흐르는 전기에 의해 스테이터를 자화시켜 자극을 갖도록 한다(S102).
제어부(160)는 정류자 스위치(155)를 연결(ON)하여 배터리(110)로부터 흐르는 전기에 의해 로터를 자화시키고(S103), 정류자(156)를 통해 로터의 자석 극성을 스테이터의 자석 극성과 상응하게 변환하여 로터를 지속적으로 회전시킨다(S104).
이 때, 발생되는 로터의 회전력이 벨트를 통해 엔진 풀리로 전달되어 크랭크샤프트를 회전시킴으로써 엔진(120)이 시동 된다.
한편, 제어부(160)는 차량의 엔진 시동 온 상태에서 발전이 요구되면(S105), 시동 발전부(150)를 제너레이터로 작동하기 위하여 알터네이터 스위치(151)를 연결(ON)하고, 스테이터 스위치(154) 및 정류자 스위치(155)를 차단(OFF) 한다(S106).
이 때, 알터네이터 스위치(151)의 연결로 배터리(120)로부터 흐르는 전기가 로터의 필드코일에 흐르면 자극이 발생하고, 엔진에 의해 로터가 회전하면 스테이터 코일에서 3상교류가 발생한다(S107).
제어부(160)는 발전 회로부(152)를 통해 발생된 3상교류를 정류하여 직류 전기를 획득하고 이를 일정 전압으로 제어한다(S108).
이상의 도 7을 통해 설명된 차량의 시동 및 발전 방법은 제어부(160)를 주체로 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 제어부(160)는 차량 시동 발전 시스템(100)에 포함되므로 그 시동 및 발전 방법이 차량 시동 발전 시스템(100)을 주체로 설명될 수 있음은 자명하다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면 시동 발전기의 간단한 스위치 제어(ON/OFF)만으로 스타터 기능과 알터네이터 기능을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 알터네이터를 스타터로도 사용이 가능하여 기존 스타터 삭제에 따른 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 정류기를 통해 알터네이터의 모터링을 구현함으로써 종래의 3상 모터를 구동하기 사용했던 고가의 인버터를 생략할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 시동 발전 시스템 110: 배터리
120: 엔진 130: 변속기
140: 운전정보 검출부 150: 시동 발전부
151: 알터네이터 스위치 152: 발전 회로부
153: 스테이터 배선 154: 스테이터 스위치
155: 정류자 스위치 156: 정류자
157: 브러쉬

Claims (11)

  1. 엔진 시동 및 발전 기능을 동시에 구현하는 차량의 시동 발전 시스템에 있어서,
    알터네이터를 제너레이터로 동작시키는 발전 회로부에 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 알터네이터 스위치;
    상기 알터네이터의 스테이터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 스테이터 스위치;
    상기 알터네이터의 로터가 자화되어 자극을 갖도록 배터리의 전기를 연결(ON)하거나 차단(OFF)하는 정류자 스위치;
    상기 스테이터의 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환하여 로터를 회전시키는 정류자를 포함하는 시동 발전부; 및
    상기 시동 발전부의 스테이터 스위치와 정류자 스위치를 각각 연결(ON)하고 상기 알터네이터 스위치를 차단(OFF)하여 스타터로 작동하고, 상기 알터네이터 스위치를 연결(ON)하고 상기 스테이터 스위치 및 정류자 스위치를 각각 차단(OFF)하여 제너레이터로 작동하는 제어부를 포함하되,
    상기 알터네이터는 로터와 스테이터로 구성되고 상기 로터의 필드코일에 전기를 공급하기 위한 슬립링을 포함하여 상기 슬립링을 통해 상기 로터와 정류자가연결되며, 상기 정류자는 상기 정류자 스위치와 연결되어 로터에 공급되는 전류방향을 회전각도에 따라 전환시키는 브러쉬가 설치되고, 상기 정류자 스위치와 연결로 스테이터 3상 코일 중 하나의 코일에 전기가 흐를 때 발생하는 자극에 상응하게 로터의 전자석 극성을 변환하는 차량의 시동 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시동 발전부는,
    상기 배터리와 스테이터의 3상의 코일이 만나는 중성점과 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결되도록 설치되는 스테이터 배선을 더 포함하는 차량의 시동 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알터네이터 스위치는,
    상기 발전 회로부와 배터리를 연결하는 배선 상에 위치한 제1스위치(SW1) 및 상기 발전 회로부와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제2스위치를 포함하는 차량의 시동 발전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 스위치는,
    상기 배터리와 스테이터의 중성점을 연결하는 배선 상에 위치한 제3스위치(SW3) 및 상기 스테이터의 중성점에서 접지로 연결된 배선상에 위치한 제4스위치(SW4)를 포함하는 차량의 시동 발전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류자 스위치는,
    상기 정류자와 배터리를 연결하는 배선 상에 위치한 제5스위치(SW5) 및 상기 정류자와 접지로 연결된 배선 상에 위치한 제6스위치(SW6)를 포함하는 차량의 시동 발전 시스템.
  8. 엔진 시동 및 발전 기능을 동시에 구현하기 위하여 알터네이터 회로에 정류자 및 스위치를 구성한 시동 발전 시스템의 차량 시동 발전 방법에 있어서,
    a) 차량의 시동 온 신호가 발생하면, 알터네이터를 제너레이터로 동작시키는 발전 회로부에 전기가 흐르지 않도록 알터네이터 스위치를 차단(OFF)하는 단계;
    b) 스테이터 스위치를 연결(ON)하여 배터리에서 흐르는 전기에 의해 알터네이터의 스테이터를 자화시켜 자극을 갖도록 하는 단계;
    c) 정류자 스위치를 연결(ON)하여 배터리에서 흐르는 전기에 의해 상기 알터네이터의 로터를 자화시키고, 상기 스테이터의 자극에 상응하게 상기 로터의 자극 극성을 변환하여 로터를 회전시키는 단계; 및
    d) 상기 로터의 회전력으로 크랭크샤프트를 회전시켜 엔진을 시동하는 단계를 포함하되,
    상기 알터네이터는 로터와 스테이터로 구성되고 상기 로터의 필드코일에 전기를 공급하기 위한 슬립링을 포함하여 상기 슬립링을 통해 상기 로터와 정류자가연결되며, 상기 정류자는 상기 정류자 스위치와 연결되어 로터에 공급되는 전류방향을 회전각도에 따라 전환시키는 브러쉬가 설치되고, 상기 정류자 스위치와 연결로 스테이터 3상 코일 중 하나의 코일에 전기가 흐를 때 발생하는 자극에 상응하게 로터의 전자석 극성을 변환하는 차량의 시동 발전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 a) 단계의 시동 온 신호는,
    운전자의 시동키 입력으로 발생된 신호이거나 ISG(Idle Stop and Go) 기능으로 정지 중 시동 오프된 상태에서 재시동 조건으로 발생된 신호인 차량의 시동 발전 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    e) 상기 알터네이터의 발전이 요구되면, 상기 알터네이터를 제너레이터로 작동하기 위하여 상기 알터네이터 스위치를 연결(ON)하고, 상기 스테이터 스위치 및 정류자 스위치를 각각 차단(OFF)하는 단계를 더 포함하는 차량의 시동 발전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    상기 알터네이터 스위치의 연결로 로터가 회전하면 스테이터 코일에서 3상교류가 발생하는 단계; 및
    상기 3상교류를 정류하여 직류 전기를 획득하고 상기 직류 전기를 일정 전압으로 제어하는 단계를 포함하는 차량의 시동 발전 방법.
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