KR20000016330U - 내연기관용 시동장치 모터의 브러시 - Google Patents

내연기관용 시동장치 모터의 브러시 Download PDF

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Abstract

본 고안은 내연기관용 시동장치 모터의 브러시에 관한 것으로, 그 목적은 정류자의 마모현상이 국부적으로 발생되지 않도록 브러시 배열을 개선하여 모터의 내구성을 향상시키는 것이다.
본 고안에 따른 내연기관용 시동장치 모터(20)의 브러시(26)는 크랭크축(21) 단부에 일체로 연동하며 외주면에 다수의 정류자편(271)이 마련된 정류자(27)와 마찰하여 직류전원을 공급하도록 복수개 구성되어 있는데, 이것은 이웃하는 것끼리의 마찰궤적(B,C)이 중복되지 않도록 어긋나게 배열된 한쌍의 제1브러시(261)와 제2브러시(262)로 이루어져 있다.
따라서 정류자(27)의 회전시 제1브러시(261)와 제2브러시(262)의 마찰궤적(B,C)이 중복되지 않아 마찰손상이 국부적으로 발생되는 것이 방지됨으로써, 모터(20)의 내구성과 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Description

내연기관용 시동장치 모터의 브러시{brush of starting system motor for internal combusion engine}
본 고안은 내연기관용 시동장치 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크랭크축 단부에 마련된 정류자 외주면과 지속적으로 마찰하여 전원공급을 안내하는 복수개의 브러시 구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진 등의 내연기관은 자가시동을 할 수 없기 때문에, 시동을 걸 때는 외력에 의해 크랭크축을 회전시켜야 한다. 또한, 크랭크축의 회전은 일정이상의 속도를 내지 않으면 시동할 수가 없는데, 이러한 시동에 사용하는 모터 및 부속장치를 시동장치(starting system)라고 한다.
시동장치로서 현재 사륜 자동차에서는 배터리를 전원으로하는 직류직권 모터가 채용되고 있다. 모터는 엔진의 실린더용적, 압축압력, 각 마찰력을 이겨내서 엔진을 시동가능한 회전수로 구동시켜야 하므로 시동토크가 큰 것이 필요하며, 가능한 한 소용경량인 것이 바람직하다.
이에 따라 모터에 직류전원을 공급하기 위하여 도 1에 도시한 바와 같이, 모터 크랭크축(1)의 단부에는 일체로 연동하는 정류자(2)가 마련되어 있으며, 정류자(2) 외주면과 마찰하여 전원공급을 안내하는 복수개의 브러시(3)가 구성된다. 이 때, 각 브러시(3)는 이웃하는 것들과 원주방향으로 나란하게 배열되어 있다.
따라서 모터는 크랭크축(1)과 연동하는 정류자(2)의 외표면과 각 브러시(3)의 선단부가 지속적으로 마찰하여 전원을 공급받는데, 브러시(3) 선단부와의 마찰작용으로 인해 정류자(2)의 외표면도 역시 마찰손상을 입게 된다.
즉, 종래 복수개의 브러시(3)는 정류자(2)가 회전할 때, 여기에 동일한 마찰궤적(A)이 그려지도록 같은 위치에 배열되어 있기 때문에, 4개의 브러시(3)를 가지는 경우 정류자(2)는 1회전할 때 4개의 브러시(3)가 차례로 접촉 4번의 마찰을 하게 된다.
따라서 정류자(2)는 1회전할 때마다 브러시(3)와 4회 접촉하게 됨으로써 브러시(3)와의 마찰에 의해 상호 마모가 발생되며, 이러한 마모는 복수개의 브러시(3) 선단부가 마찰하는 부위에 국부적으로 집중 발생되어 내구성 저하의 원인이 되며, 전체적인 모터의 신뢰성이 저하된다.
본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 크랭크축 단부에 일체로 연동하며 외주면에 다수의 정류자편이 마련된 정류자와 마찰하여 직류전원을 공급하도록 복수개의 브러시가 구성되는데, 브러시를 이웃하는 것끼리의 마찰궤적이 중복되지 않도록 어긋나게 배열된 한쌍의 제1브러시와 한쌍의 제2브러시로 마련함으로써, 정류자의 마찰손상을 최소로하여 모터의 내구성과 신뢰성을 향상시키는 내연기관용 시동장치 모터의 브러시를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 시동장치 모터의 전원공급구조를 보인 개략도.
도 2는 본 고안에 따른 내연기관용 시동장치의 개략적인 단면도.
도 3은 본 고안에 따른 모터의 브러시 구조를 개략적으로 보인 일부사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
20..모터 21..크랭크축 22..전기자
222..전기자코일 261..제1브러시 262..제2브러시
27..정류자 271..정류자편 B,C..마찰궤적
이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 계자코일이 권선된 원통형상의 폴코어, 폴코어 내부에서 직류전원을 공급받아 회전하도록 전기자코일이 권선된 전기자, 전기자 중심부위를 축방향으로 관통하도록 압입된 크랭크축, 크랭크축의 단부에 마련되며 전기자코일과 전기적으로 접속된 다수개의 정류자편으로 이루어진 정류자, 정류자 외표면과 마찰하여 직류전류가 정류자편을 경유하여 전기자코일에 인가되도록 선단부가 정류자 표면에 압착된 복수개의 브러시를 갖춘 내연기관용 시동장치 모터에 있어서,
브러시는 정류자 외주면의 일단부측과 마찰하며 정류자 중심에 대해 대칭되게 마련된 한쌍의 제1브러시, 제1브러시 사이에 각각 위치되며 정류자 외주면의 타단부측과 마찰하여 제1브러시의 마찰궤적과 일정거리 "t"만큼 이격된 마찰궤적을 형성하도록 제1브러시와 어긋나게 배열된 한쌍의 제2브러시를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 고안이 적용된 차량용 시동장치의 전체적인 구조를 보인 개략도이고, 도 3은 본 고안에 따른 시동장치 모터의 전원공급구조를 보인 정류자와 브러시의 개략도이다. (본 고안에서는 차량에 장착되는 시동장치 모터를 예로하여 설명한다.)
자동차 엔진 등의 내연기관용 시동장치는 이에 도시한 바와 같이, 외형 몸체를 이루는 하우징(10) 내부에 직류직권모터(20)와 부속장치로서의 모터(20) 힘을 엔진으로 전달하는 동력전달기구(30)로 크게 이루어져 있다.
동력전달기구(30)는 플라이휠 원주상의 링 기어(31)와 모터(20)의 크랭크축(21)에 장착한 피니언(32)으로 구성되어 있으며, 엔진시동 때 피니언(32)이 링 기어(31)에 물려서 모터(10)가 회전하여 엔진을 구동하게 되는데, 이의 상세한 구조는 다음과 같다.
먼저, 모터(20) 크랭크축(21)의 일측단부에는 회전력이 전달되도록 이와 동일축선상으로 출력축(33)이 연결되어 있다.
출력축(33)의 외주부에는 전해지는 회전력을 플라이휠의 링 기어(31)로 전달할 수 있도록 축길이방향으로 미끄럼운동되는 피니언(32)이 설치되며, 피니언(32)의 일측부에는 기관이 시동되었을 때 회전력의 역전달을 방지하는 오버러닝 클러치(34)가 구성되어 있다.
그리고 모터(20)의 직상부에는 오버러닝 클러치(34)와 피니언(32)을 플라이휠의 링 기어(31) 측으로 이송시키는 마그네트 스위치(35)가 설치되어 있으며, 마그네트 스위치(35)와 오버러닝 클러치(34) 사이에는 마그네트 스위치(35)의 치합력을 오버러닝 클러치(34) 측으로 전달하는 이동레버(36)가 소정각도 회전운동 가능하게 구성된다.
또한, 크랭크축(21)과 출력축(33) 사이에는 출력축(33)으로 전달되는 회전수를 감속시켜 출력축(33)에 큰 회전력이 전달되도록 하는 유성기어 감속장치(37)가 구성되어 있다. 이것은 모터(20)에서 연장된 크랭크축(21)의 단부에 형성된 태양기어(371), 태양기어(371)의 외주부와 이물림되어 회전되는 복수의 유성기어(372), 유성기어(372) 외측에 고정되게 설치되어 이와 이물림되는 원통상의 내접기어(373)로 크게 이루어져 있다. 그리고 출력축(33)의 단부에는 원판상의 플랜지부(374)가 형성되고, 플랜지부(374)에 복수의 유성기어(372)가 지지되는 지지핀(375)이 마련된다.
오버러닝 클러치(34)는 외륜(341)과 내륜(342)으로 이루어지며, 이들 사이에는 다수의 클러치롤러(343)가 마련된다. 외륜(341)의 일측은 출력축(33) 외주면에 미끄럼운동가능하게 결합되어 있어서 출력축(33)과 함께 회전되며, 내륜(342)의 일측은 출력축(33)의 외면에서 공회전되는 피니언(32)과 일체로 형성되어 있다.
그리고 초기회전력을 발생하는 모터(20)는 하우징(10) 저부의 일측에 장착되는데, 이것은 전기자(armature,22)와 요크(23) 및 폴코어(24), 계자코일(25), 그리고 브러시(26) 등으로 이루어져 있다.
전기자(22)는 크랭크축(21)이 전기자코어(221) 중심부를 축방향으로 관통하도록 압입되어 있으며, 후술하는 정류자(27)와 양단부가 납땜되는 전기자코일(222)이 이들과 절연되게 권선되어 있다. 그리고 크랭크축(21) 타단부에는 브러시(26)의 선단부가 마찰하여 전기자코일(222)에 직류전류를 공급하기 위한 정류자(27)가 구성된다. 이를 위해 정류자(27)는 소정의 축길이를 갖는 원통형상으로 구성되어 있는데, 이것은 동편(銅片)으로 이루어진 정류자편(271)이 외주면을 따라 일정간격 이격되게 설치되어 있다. 정류자편(271)과 편 사이에는 1mm 정도 두께의 운모(272)에 의해 절연되어 있으며, 정류자(27)표면보다 약 0.5-0.8mm 정도 낮게 깍는다.
요크(23)는 철재의 통으로 자력선의 통로가 되는 외에 모터(20)의 프레임이 되며, 내주면에는 계자코일(25)을 지지하여 자극이 되는 폴코어(24)가 나사로 고정되어 있다.
브러시(26)는 보통 4개가 사용되는데, 이중 2개의 브러시(261,이하 제1브러시)라 칭함)는 절연된 홀더(263)로 지지되어 정류자(27)에 닿게 되어 있으며, 나머지 2개의 브러시(262, 이하 제2브러시라 칭함)는 어스딘 홀더(263)에 끼워져 마찬가지로 정류자(27)에 접촉하고 있다. 전기자코일(221)에 흐르는 전류는 제1브러시(261)와 제2브러시(262)에서 정류자(27)를 경유하여 유입되므로, 브러시(261,262)는 적절한 탄성력을 가지는 스프링(미도시)에 의해 정류자(27)에 압착되고 홀더(263)내에서 상하로 접동할 수 있게 되어 있다. 이러한 기능을 하는 브러시(261,262)는 본 고안의 특징적인 요소로 이웃하는 것과 그 마찰궤적(B,C)이 중복되지 않도록 배열되어 있어서, 정류자(27) 표면의 마모가 특정부위에 집중되는 것이 방지된다.
즉, 한쌍으로 이루어진 제1브러시(261)는 정류자(27) 외주면의 일단부 측에 압착되게 마련되며 정류자(27) 중심에 대해 대칭되게 구성된다. 그리고 다른 한쌍의 제2브러시(262)는 정류자(27) 외주면의 타단부 측에 압착되게 마련되되 정류자(27) 중심에 대해 역시 대칭되게 구성된다. 이 때, 이웃하는 제1브러시(261)와 제2브러시(262)의 측단부 사이에는 일정한 수직거리 "t"를 유지하도록 구성함으로써, 이웃하는 것들끼리의 마찰궤적(B,C) 역시 "t" 만큼 이격되어 중복되지 않게 된다. 이러한 브러시(261,262) 배열을 위해 정류자(27)는 축방향 길이가 브러시(261,262) 너비의 2배보다 약간 크게 구성해야 한다.
이에 따라 이웃하는 제1브러시(261)와 제2브러시(262) 끼리는 교호적으로 어긋나게 위치됨으로써, 정류자(27)의 1회전시 제1브러시(261)와 정류자(27)와의 마찰궤적(B)과 제2브러시(262)와 정류자(27)와의 마찰궤적(C)이 다르게 이루어진다.
한편, 시동장치의 브러시(261,262)는 단위단면적당의 통과전류가 많기 때문에 소형으로 전류용량이 큰 금속흑연질의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 고안에 따른 시동장치의 작동 및 효과를 설명한다.
먼저, 운전자에 의해 마그네트 스위치(35)가 동작되면, 이동레버(36)가 회전하면서 오버러닝 클러치(34) 및 피니언(32)이 링 기어(31)측으로 이송되어 피니언(32)이 링 기어(31)와 치함됨과 동시에 모터(20)에 전원이 인가되어 크랭크축(21)이 회전된다.
즉, 차량의 배터리(미도시)로부터 전류가 브러시(261,262)와 정류자(27)를 경유하여 전기자(22)의 전기자코일(222)에 인가되면, 크랭크축(21)이 압입된 전기자(22)는 고정되어 있는 폴코어(24)의 계자코일(25)과 상호작용하여 회전하게 된다. 이 때, 한쌍으로 이루어진 제1브러시(261)와 제2브러시(262)에 의해 전기자(22)에 직류전류의 공급이 원활하게 이루어진다.
계속하여 크랭크축(21) 단부의 태양기어(371)가 회전됨에 따라 유성기어(372)가 자전과 공전을 하게 되고, 출력축(33) 단부의 플랜지부(374)가 공전하는 유성기어(372)와 함께 회전되어 출력축(33)이 감속된 상태로 회전이 이루어진다. 그리고 출력축(33)으로 전달된 회전력은 오버러닝 클러치(34)를 통해 피니언(32)으로 전달됨으로써, 엔진의 링 기어(31)가 회전하게 된다.
이러한 시동장치에 있어서, 모터(20) 전기자(22)의 전원공급은 브러시(261,262)와 정류자(27)를 통해 이루어지는데, 제1브러시(261)와 제2브러시(262)의 마찰궤적(B,C)이 일정거리 "t" 만큼 이격되게 이루어져 마찰작용에 의한 정류자(27)의 마모가 어느 일측에 집중되는 것이 방지된다.
즉, 시동장치를 장기간 사용하게 되면 브러시(261,262) 선단부와의 마찰로 인해 정류자(27) 표면이 마모손상을 입게 된다. 그러나 제1브러시(261)와 제2브러시(262)가 어긋나게 배열되어 있기 때문에, 정류자(27)의 회전시 제1브러시(261) 선단부가 마찰하는 마찰궤적(B)과 제2브러시(262)의 마찰궤적(C)이 다르게 이루어진다.
이에 따라 정류자(27)의 1회전시 브러시(261,262)와의 마찰이 2회로 감소됨으로써, 종래보다 정류자(27)의 마모손상이 현저하게 줄어 이의 내구성이 향상된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 내연기관용 시동장치 모터의 브러시는 크랭크축 단부에 일체로 연동하며 외주면에 다수의 정류자편이 마련된 정류자와 마찰하여 직류전원을 공급하도록 복수개 구성되어 있는데, 이웃하는 것끼리의 마찰궤적이 중복되지 않도록 어긋나게 배열된 한쌍의 제1브러시와 제2브러시로 이루어져 있다.
따라서 정류자의 회전시 제1브러시와 제2브러시의 마찰궤적이 중복되지 않아 마찰손상이 국부적으로 발생되는 것이 방지됨으로써, 모터의 내구성과 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 계자코일(25)이 권선된 원통형상의 폴코어(24), 상기 폴코어(24) 내부에서 직류전원을 공급받아 회전하도록 전기자코일(222)이 권선된 전기자(22), 상기 전기자(222) 중심부위를 축방향으로 관통하도록 압입된 크랭크축(21), 상기 크랭크축(21)의 단부에 마련되며 상기 전기자코일(222)과 전기적으로 접속된 다수개의 정류자편(271)으로 이루어진 정류자(27), 상기 정류자(27) 외표면과 마찰하여 직류전류가 상기 정류자편(271)을 경유하여 상기 전기자코일(222)에 인가되도록 선단부가 상기 정류자(27) 표면에 압착된 복수개의 브러시(26)를 갖춘 내연기관용 시동장치 모터에 있어서,
    상기 브러시(26)는 상기 정류자(27) 외주면의 일단부측과 마찰하며 상기 정류자(27) 중심에 대해 대칭되게 마련된 한쌍의 제1브러시(261), 상기 제1브러시(261) 사이에 각각 위치되며 상기 정류자(27) 외주면의 타단부측과 마찰하여 상기 제1브러시(261)의 마찰궤적(B)과 일정거리 "t"만큼 이격된 마찰궤적(C)을 형성하도록 상기 제1브러시(261)와 어긋나게 배열된 한쌍의 제2브러시(262)를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 시동장치 모터의 브러시.
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