KR20020047679A - 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 써멀 센서를 이용하여 안전시간 범위 내에서 기동 전동기를 작동시킴으로써 차량의 기동시에 기동 전동기에 과부하가 걸리지 않도록 하여 수명을 연장할 수 있는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기에 관한 것으로, 이 기동 전동기는 일측에는 플라이휠의 링기어와 치합되는 피니언이 구비된 아마추어 샤프트가 장착되고 타측에는 단자 해제수단이 구비되어 있으며, 외주부에는 스플라인이 형성된 내측 아마추어와, 내주부에 형성된 스플라인에 의해서 내측 아마추어의 외부에 스플라인 결합되어 있으며 외주면에는 전기자코일이 감겨져 있는 외측 아마추어와, 키스위치가 ST에 위치함에 따라 외주부에 감겨진 다이나믹 코일에 밧데리의 전기가 공급되어 2개의 단자를 연결시키는 마그네틱 스위치와, 다이나믹 코일과 일정 간격을 두고 이격된 상태에서 척력에 의해 마그네틱 스위치를 이동시키는 스택 코일과, 내부에 왁스가 충진되어 있고 제 1센서접점과 제 2센서접점을 중심으로 대향으로 배치되어 있으며, 외주부에는 각각 외측 아마추어에 감겨진 전기자코일과 연결된 제 1센서코일과 밧데리와 연결된 제 2센서코일이 감겨져 있는 제 1센서하우징 및 제 2센서하우징으로 구성된다.

Description

써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기{STARTER USING A THERMAL SENSOR FOR AN ENGINE}

본 발명은 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 써멀 센서를 이용하여 안전시간 범위 내에서 기동 전동기를 작동시킴으로써 차량의 기동시에 기동 전동기에 과부하가 걸리지 않도록 하여 수명을 연장할 수 있는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기에 관한 것이다.

차량에는 초기 시동시에 엔진을 기동하기 위한 기동 전동기가 설치되어 있다. 기동 전동기에는 전기자 코일과 계자 코일의 접속방식에 따라 직권식과 분권식 및 복권식으로 나눌 수 있는 직류 전동기를 비롯하여, 동력전달기구로서 관성을 이용하는 피니언을 구비한 관성 접동식 기동 전동기와, 전기자 축의 끝에 피니언이 고정되고 전기자 철심의 중심과 계자 철심의 중심이 피니언의 접동거리만큼 이격되어 있는 전기자 접동식 기동 전동기가 있다.

특히, 기동 전동기로서 가장 많이 사용되고 있는 전자 피니언 접동식은 회전력을 발생하는 부분으로서 전기자, 계자코일 및 브러시 등으로 이루어진 모터부와, 회전력을 엔진으로 전달하는 부분으로서 오버 런닝 클러치 및 피니언 기어 등으로 이루어진 동력 전달부와, 피니언을 접동시켜 링기어에 치합시키는 부분으로 스테이터 스위치를 구비하는 마그네트 스위치부로 구성되어 있다.

이러한 구성의 전자 피니언 접동식의 기동 전동기를 채용한 엔진에 있어서, 운전자가 키스위치를 조작하면 밧데리의 전류가 풀인 코일 및 홀딩 코일로 공급되면서 플런자를 흡인시킨다. 플런저는 구동레버를 잡아당겨서 피니언을 링기어에 치합시키는데, 이때, 풀인 코일로 공급된 전류가 모터부의 계자코일을 경유하여 전기자로 흐르게 되므로, 모터는 서서히 회전하면서 피니언과 링기어가 원활히 치합되도록 한다. 피니언과 링기어의 치합이 완전히 치합되면 메인 스위치가 닫히면서 모터는 직접 밧데리와 접속되어 강력한 회전력이 발생하여 엔진을 구동하게 된다.

이러한 구성의 기동 전동기는 시동시에 피니언을 엔진의 플라이휠의 외경에 압착된 링기어와 치합시키기 위해서는 마그네트 스위치와 드라이브 레버등 많은 부품이 필요하며 그에 따른 중량의 증가 및 원가상승을 초래한다. 또한, 기동 전동기는 안전 사용기간이 수십초 이내이므로, 운전자의 과실로 장시간 연속해서 사용하게 되면 모터가 소손되어 수리하거나 새것으로 교체하여야 하는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 안전시간 내에서만 기동 전동기가 작동되도록 하여 모터의 소손을 방지하고 기동 전동기의 수명을 연장할 수 있는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기동 전동기의 시스템 구성도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10:마그네틱 스위치 11:다이나믹 코일

12:스택 코일 20:외측 아마추어

21:내측 아마추어 22:접촉볼

23:스토퍼 30, 31:제 1, 2센서하우징

32, 33:제 1, 2센서접점 34:왁스

35, 36:제 1, 2센서코일 40:피니언

42:아마추어 샤프트 50:플라이휠 링기어

60:키스위치 62:밧데리

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기는 일측에는 플라이휠의 링기어와 치합되는 피니언이 구비된 아마추어 샤프트가 장착되고 타측에는 단자 해제수단이 구비되어 있으며, 외주부에는 스플라인이형성된 내측 아마추어와, 내주부에 형성된 스플라인에 의해서 내측 아마추어의 외부에 스플라인 결합되어 있으며 외주면에는 전기자코일이 감겨져 있는 외측 아마추어와, 키스위치가 ST에 위치함에 따라 외주부에 감겨진 다이나믹 코일에 밧데리의 전기가 공급되어 2개의 단자를 연결시키는 마그네틱 스위치와, 다이나믹 코일과 일정 간격을 두고 이격된 상태에서 척력에 의해 마그네틱 스위치를 이동시키는 스택 코일과, 내부에 왁스가 충진되어 있고 제 1센서접점과 제 2센서접점을 중심으로 대향으로 배치되어 있으며, 외주부에는 각각 외측 아마추어에 감겨진 전기자코일과 연결된 제 1센서코일과 밧데리와 연결된 제 2센서코일이 감겨져 있는 제 1센서하우징 및 제 2센서하우징으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 기동 전동기의 시스템 구성도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기동 전동기의 전체적인 구성을 보면, 일측에 아마추어 샤프트(42)가 구비된 내측 아마추어(21)와, 이 내측 아마추어(21)를 감싸고 있는 외측 아마추어(20)와, 외측 아마추어(20)에 감겨진 전기자코일에 밧데리(62)의 전기를 공급하기 위한 2개의 단자(a, b) 및 마그네틱 스위치(10)와, 안전시간 내에 시동이 걸리지 않는 경우에 전기자코일로 공급되는 전기를 차단시키는 써멀 센서(thermal sensor)로 이루어져 있다.

여기에서, 내측 아마추어(21)의 일측에 구비된 아마추어 샤프트(42)의 끝단에는 플라이휠의 링기어(50)와 치합되는 피니언(40)이 설치되어 있으며, 타측에는마그네틱 스위치(10)를 가압하여 2개의 단자(a, b)과의 접촉상태를 해제하기 위한 단자 해제수단이 구비되어 있다. 이 내측 아마추어(21)의 외주부에는 스플라인(S2)이 형성되어 있다. 그리고, 내측 아마추어(21)의 일단 원주면에는 외측 아마추어(20)와 접촉되어 아마추어 샤프트(42)가 더 이상 이동되지 않도록 제지하는 스토퍼(23)가 형성되어 있다.

내측 아마추어(21)에 설치된 단자 해제수단은 내측 아마추어(21)의 일측면으로부터 내측으로 길이방향을 따라 형성되어 있는 공간부(24)와, 공간부(24)에 수납되어 있는 스프링(26)과, 스프링(26)에 의해서 마그네틱 스위치(10)를 가압함으로써, 2개의 단자(a, b)을 분리시키는 접촉볼(22)로 이루어져 있다.

한편, 외측 아마추어(20)의 내주면에는 내측 아마추어(21)의 외부에 형성된 스플라인(S2)과 스플라인 결합되는 스플라인(S1)이 형성되어 있다. 그리고, 외측 아마추어(20)의 외주면에는 점점(a)과 써멀 센서의 제 1 및 센서코일(35, 36)을 통해서 밧데리(62)의 전기가 공급되는 전기자코일이 감겨져 있다.

마그네틱 스위치(10)의 외주부에는 키스위치(60)가 ST에 위치함에 따라 밧데리(62)로부터 전기가 공급되는 다이나믹 코일(11)이 감겨져 있다. 또, 이 다이나믹 코일(11)과 일정 간격을 두고 이격된 상태로 배치된 스택 코일(12)이 배치되어 있어, 이들 다이나믹 코일(11)과 스택 코일(12)에 전기가 공급되면, 이들 코일(11, 12)간에는 척력이 발생되어 마그네틱 스위치(10)를 가압하게 되며, 그로 인해 스프링(26)의 힘을 이기고 접촉볼(22)이 공간부(24)내로 삽입되면서 마그네틱 스위치(10)의 양단이 제 1단자(a)와 제 2단자(b)에 동시에 접촉되어 전기자코일에전기가 공급되도록 한다.

본 발명에서 채용한 써멀 센서는 2개의 센서하우징(30, 31)으로 이루어져 있으며, 이들 하우징(30, 31)의 내부에는 왁스(34)가 충진되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2센서하우징(30, 31)의 중간 지점에는 각각 제 1센서접점(32)과 제 2센서접점(33)이 대향으로 배치되어 있으며, 외주부에는 각각 외측 아마추어(20)에 감겨진 전기자코일과 연결된 제 1센서코일(35)과 밧데리와 연결된 제 2센서코일(36)이 감겨져 있다. 따라서, 제 1센서코일(35)과 제 2센서코일(36)이 과열될 경우에는 제 1센서하우징(30)과 제 2센서하우징(31)내에 충진된 왁스(34)가 팽창하면서 멀어지게 되어 제 1센서접점(32)과 제 2센서접점(33)이 떨어지면서 전류가 차단된다.

이러한 구성의 기동 전동기에 있어서, 외측 아마추어(20)는 도시하지 않는 베어링 등에 의해서 기동 전동기의 하우징에 회전 가능하게 지지된 상태로 정위치에서 회전운동만 하는 구조를 지니며, 내측 아마추어는 회전운동과 함께 외측 아마추어(20)와의 스플라인 결합에 의해 길이방향을 따라 전진 및 후진이동하게 된다.

그러므로, 시동을 위해서 운전자가 키스위치(60)를 ST위치까지 회전시키면, 다이나믹 코일(11)과 스택 코일(12)에 밧데리(62)의 전기가 공급되면서 척력이 발생되어 마그네틱 스위치(10)의 양단을 제 1단자(a) 및 제 2단자(b)와 접촉시키게 된다. 그와 동시에 모터에 밧데리(62)의 전기가 공급되어 외측 아마추어(20)가 화살표 방향을 따라 회전하기 시작한다. 이때, 외측 아마추어(20)와 스플라인 결합되어 있는 내측 아마추어(21)는 화살표 방향을 따라 회전함과 동시에, 전진이동하게된다. 내측 아마추어(21)는 스토퍼(23)가 외측 아마추어(20)의 측단부와 접촉할 때까지 전진하게 되며, 그로 인해 아마추어 샤프트(42)의 일단에 구비된 피니언(40)은 플라이휠의 링기어(50)와 맞물리게 되어 엔진을 시동하게 된다. 운전자는 키스위치(60)를 ST위치에 위치시킨 후에, 마그네틱 스위치(10)가 구동되는 소리, 즉 2개의 단자(a, b)가 접촉시에 "딸깍" 하는 소리만 듣고서 키를 놓으면 된다. 그 결과, 시동키는 ON단자에 위치하여 시동 모터부에 전기를 계속공급하게 된다.

다음에, 시동이 걸리면 내측 아마추어(21)의 회전속도는 외측 아마추어(20)의 회전속도보다 빨라지게 되며, 그로 인해 내측 아마추어(21)는 후퇴하게 되면서 접촉볼(22)과 접촉되어 있던 마그네틱 스위치(10)는 스프링(26)에 의해서 가압되어 원래의 위치로 복귀되면서 2개의 단자(a, b)와의 접촉상태가 해제되어 기동모터의 전원이 차단된다.

한편, 시동키(60)가 ON위치에서 장시간 시동이 걸리지 않을 경우, 센서코일(35, 36)에는 열이 발생하여 안전시간(가령, 30초)에 맞게 설정되어 있는 왁스(34)가 팽창하게 되며, 안전시간 이전에 센서접점(32, 33)이 끊어짐으로써 기동모터의 전원은 자동으로 차단되어 모터의 소손을 방지한다. 이때, 상대적으로 관성력이 큰 내측 아마추어(21)는 계속 회전하려고 하며, 상대적으로 관성력이 작은 외측 아마추어(20)는 곧바로 멈추게 된다.

이러한 회전속도의 차이로 인해 내측 아마추어(21)는 후퇴하게 되지만, ON위치에서 다이나믹 코일(11)과 스택 코일(12)에는 계속 전류가 공급되어 2개의 단자(a, b)는 연결상태를 그대로 유지한다. 다음에, 센서코일(35, 36)이 어느 정도냉각되어 왁스(34)가 수축되면 다시 2개의 센서접점(32, 33)은 다시 연결되고 기동모터에는 전원이 공급되어 엔진 시동을 시도한다. 이러한 과정을 몇 차례 반복한 후에도 시동이 걸리지 않으면, 기동 전동기 이외의 원인이 되는 압축력의 부족이나, 연료계통 및 점화계통의 고장, 윤활계통의 고장이 원인이 되므로, 운전자는 키스위치를 오프로 한다. 이때, 관성력에 의해 후퇴한 내측 아마추어(21)의 접촉볼(22)에 의해 다이나믹 코일(11)과 접촉되어 있던 단자(a, b)가 끊어짐으로써, 초기의 오프상태로 전환됨으로써 기동 전동기의 소손을 근본적으로 막을 수 있다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 써멀 센서를 이용하여 안전시간 범위 내에서 기동 전동기를 작동시킴으로써 차량의 기동시에 기동 전동기에 과부하가 걸리지 않도록 하여 수명을 연장할 수 있다. 특히, 엔진 시동시에 기동 전동기의 구동시간 즉, 키스위치의 ST위치 시간을 운전자가 임의로 정하지 않아도 "딸깍"하는 마그네틱 스위치의 이동소리가 난 후에 곧바로 키스위를 온으로 하면 되므로, 안전시간 내에서만 작동되도록 한다.

Claims (3)

1. 일측에는 플라이휠의 링기어(50)와 치합되는 피니언(40)이 구비된 아마추어 샤프트(42)가 장착되고 타측에는 단자 해제수단이 구비되어 있으며, 외주부에는 스플라인(S2)이 형성된 내측 아마추어(21)와,

   내주부에 형성된 스플라인(S1)에 의해서 상기 내측 아마추어(21)의 외부에 스플라인 결합되어 있으며 외주면에는 전기자코일이 감겨져 있는 외측 아마추어(20)와,

   키스위치(60)가 ST에 위치함에 따라 외주부에 감겨진 다이나믹 코일(11)에 밧데리(62)의 전기가 공급되어 2개의 단자(a, b)을 연결시키는 마그네틱 스위치(10)와,

   상기 다이나믹 코일(11)과 일정 간격을 두고 이격된 상태에서 척력에 의해 상기 마그네틱 스위치(10)를 이동시키는 스택 코일(12)과,

   내부에 왁스(34)가 충진되어 있고 제 1센서접점(32)과 제 2센서접점(33)을 중심으로 대향으로 배치되어 있으며, 외주부에는 각각 상기 외측 아마추어(20)에 감겨진 전기자코일과 연결된 제 1센서코일(35)과 밧데리와 연결된 제 2센서코일(36)이 감겨져 있는 제 1센서하우징(30) 및 제 2센서하우징(31)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단자 해제수단은 상기 내측 아마추어(21)의 일측면으로부터 내측으로 길이방향을 따라 형성되어 있는 공간부(24)와,

   상기 공간부(24)에 수납되어 있는 스프링(26)과,

   상기 스프링(26)에 의해서 상기 마그네틱 스위치(10)를 가압함으로써, 상기 2개의 단자(a, b)을 분리시키는 접촉볼(22)로 이루어진 것을 특징으로 하는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 내측 아마추어(21)의 일단 원주면에는 상기 외측 아마추어(20)와 접촉되어 상기 아마추어 샤프트(42)가 더 이상 이동되지 않도록 제지하는 스토퍼(23)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 써멀 센서를 이용한 엔진의 기동 전동기.