KR20060017744A - 관성구동 토크 전송레벨 제어장치 및 상기 장치를 포함하는엔진시동기 - Google Patents

Abstract

토크전송 레벨 제어장치를 포함하는 엔진시동기 관성구동장치가 제시된다. 상기 토크전송 레벨 제어장치는 엔진시동기 관성구동장치의 충격 흡수 맞물림 스프링에 의해 통상적으로 도입되는 클러치판 압축력에서의 변동을 제거함으로써 제공된다. 이것은 압축력이 엔진시동기의 프레임 반동 및 맞물림 스프링력의 조합에 의해 상쇄되도록 압축력을 재배치함으로써 달성된다. 이와 같은 방식에서, 상기 맞물림 스프링에서의 변동은 클러치판을 제 위치에 유지하기 위해 상기 프레임 반동력과 반대 방향의 동일한 변동에 의해 상쇄된다. 바람직하게는 단일한 웨이브 스프링이 상기 클러치판에 압력 스프링력을 제공하기 위해 사용된다.

Description

관성구동 토크 전송레벨 제어장치 및 상기 장치를 포함하는 엔진시동기{INERTIA DRIVE TORQUE TRANSMISSION LEVEL CONTROL AND ENGINE STARTER INCORPORATING SAME}

본 발명은 일반적으로 엔진시동기 관성구동장치(engine starter inertia drives)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치(torque transmission control)에 관한 것이다.

많은 산업에서의 이익 및 성공은 장치를 신뢰성 있게 동작하는 능력 및 수요에 직접적으로 의존한다. 수리 또는 구성요소의 교체에 의해 필요로 하는 장치의 중단(equipment down time)은 받아들이기 어려울 정도로 작동 비용을 증가시키고, 상기 장치의 작동에 의한 수입발생능력을 감소시킨다. 따라서 상기 장치에 사용되는 모든 구성요소들이 튼튼하고, 신뢰성 있으며 그리고 비용대비 효율적으로 되는 것이 중요하다. 상기 구성요소들이 상기 장치에 나쁜 영향을 주지 않으며 그것의 기능을 수행하는 제어되는 동작을 제공하는 것이 중요하다.

광업, 전력생산, 기름과 가스, 및 해양과 같은 많은 산업에서, 대형엔진(heavy duty engines)이 상기 장치를 구동한다. 상기 엔진은 5L(305 c.i.d.)에서 300L(18300 c.i.d.) 또는 그 이상의 범위로 될 수 있는 배기량을 가질 수 있다. 상기 장치의 동작에서 제 1 단계는 다양한 조건 및 환경 아래서 상기 장치의 엔진을 확실하게 시동하는 능력에 의존한다. 상기 대형엔진의 사용을 필요로 하는 산업에서, 에어/가스 공급으로부터 동작하는 엔진 에어 시동기(engine air starters)는 상기 엔진시동을 수행하도록 통상적으로 이용된다.

상기 엔진 에어 시동기는 통상적으로 엔진 시동기 구동장치(engine starter drive)에 결합된 샤프트(shaft)를 회전하도록 에어/가스 공급장치에 의해 구동되는 터빈 에어모터(turbine air motor)를 도입한다. 상기 엔진 시동기 구동장치는 링 기어(ring gear)와 맞물리며, 엔진을 실질적으로 시동하는 장치이다. 그와 같은 엔진 시동기 구동장치 하나가 관성구동장치로서 공지되어 있다. 관성구동장치는 클러치판을 통해 에어 모터 출력샤프트에 결합되고, 피니언 기어(pinion gear)가 얹혀있는 나사 샤프트(screw shaft)를 포함한다. 상기 엔진을 시동하기 위해, 터빈 에어모터가 그것의 출력 샤프트를 구동하는 에어/가스 소스로부터 구동된다. 상기 회전움직임은 상기 나사 샤프트를 구동하기 위해 클러치판을 통해 결합된다. 피니언 기어의 관성은 그것이 상기 나사 샤프트를 따라 엔진의 링 기어와 맞물리도록 옮겨지도록 한다. 상기 피니언 기어가 상기 나사 샤프트를 따라 그것의 이동 단부에 도착하면, 그것은 엔진의 링 기어와 완전하게 맞물린다. 나사 샤프트의 연속된 회전 은 상기 피니언 기어를 회전시키며, 그것은 차례로 상기 엔진을 시동하기 위해 상기 엔진의 링 기어를 회전시킨다. 일단 엔진이 시동되면, 그것은 나사 샤프트의 회전보다 더 빠르게 상기 링 기어를 가속시키기 시작한다. 이것은 상기 피니언 기어가 상기 나사 샤프트를 따라 상기 링 기어와의 맞물림으로부터 멀리 이동되도록 한다.

당업자에 의해 생각될 수 있는 것처럼, 일단 상기 피니언 기어가 상기 나사 샤프트를 따라 그것의 이동 단부에 도달하고, 정지된 엔진의 링 기어와 완전하게 맞물리게 되면, 상기 피니언 기어가 상기 엔진의 링 기어를 가속하려고 할 때 큰 토크가 발생된다. 상기 토크가 상기 나사 샤프트를 통해 전달될 때, 만일 상기 토크가 상기 클러치판들을 함께 유지하는 스프링력 이상으로 증가한다면 상기 클러치판이 미끄러질 것이다. 상기 스프링 기어가 회전하기 시작할 때, 상기 링 기어가 어떠한 미끄러짐이 전혀 없이 피니언 기어에 의해 회전될 때까지 미끄러짐은 더 작게 될 것이다.

상기 클러치판 상에서의 유지력(holding force)은 상기 엔진 시동기 구동장치의 적절한 동작에 중요하다. 만일 상기 클러치판이 적당한 토크에서 미끄러지지 않는다면, 상기 엔진이 시동되지 않거나 또는 샤프트 시어(shearing of shafts), 기어 톱니의 파손(breaking of gear teeth) 등과 같은 상기 엔진 또는 시동기에 심각한 손상이 발생하게 될 것이다. 즉 상기 클러치판 상의 힘이 너무 작다면, 상기 엔진의 시동토크가 극복될 수 없을 것이고, 상기 클러치판은 상기 엔진을 시동하지 않고 단순히 계속 미끄러질 것이다. 만일 상기 클러치판 상의 힘이 너무 크다면, 엔진 또는 시동기 구성요소의 기계적인 결함(샤프트 시어, 기어 톱니의 파손 등)이 발생할 수 있을 것이다. 그와 같은 결과는 받아들일 수 없다. 추가로 비용에 민감한 산업의 특성상, 상기 엔진 및 시동기는 결함이 발생하기 전에 매우 좁은 공차대역(tolerance band) 내에서 동작되도록 디자인된다.

도 6의 부분적인 단면도에서 도시되는 것처럼, 통상적인 관성구동장치 엔진 시동기에서, 클러치판들을 함께 유지하는 힘은 6개의 압력 스프링(100)에 의해 우선적으로 제공된다. 상기 6개의 압력 스프링(100)은 클러치 디스크들(clutch disks, 104)이 장착되는 샤프트 헤드(shaft head, 100)의 주변에 배열된다. 클러치 동체(clutch body, 106)는 헤드 나사/백스톱(head screw/backstop, 110)에 의해 나사 샤프트(screw shaft, 108)에 축방향으로 고정된다. 맞물림 스프링(112)은 또한 상기 나사 샤프트(108) 및 클러치 동체(106)를 통해 클러치판(104)에 힘을 제공한다. 당업자에 의해 인식되는 것처럼, 상기 맞물림 스프링(112)은 피니언(114) 및 상기 나사 샤프트(108)의 약간의 반동을 허용하고, 상기 피니언(114)이 맞물리려는 시도에서 상기 엔진 링 기어(도시되지 않음)를 치도록 제공된다. 상기 맞물림 스프링에 의해 가해지는 통상적인 힘은 대략 50 파운드가 될 수 있으며, 반면에 상기 6개의 압력 스프링(100)에 의해 가해지는 힘은 통상적으로 500 파운드가 된다.

도 6에서 도시되는 통상적인 구조에서, 상기 관성구동장치 엔진 시동기는 도 7에서 도시되는 하중 설계도(load schematic)를 갖는다. 상기 하중 설계도의 도시로부터 알 수 있는 것처럼, 상기 압력 스프링 및 맞물림 스프링(112)은 그들의 힘을 상기 클러치판 스택(104)에 가한다. 상기 압력 스프링(100) 및 맞물림 스프링(112)으로부터의 2개의 결합된 스프링력은 상기 클러치판들(104) 사이에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 상기 프레임(116)으로 클러치판 스택(104)을 압축하도록 작용한다. 상기와 같은 힘은 도 8의 자유물체도(free body diagram)를 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 상기 자유물체도로부터 알 수 있는 것처럼, 상기 클러치 스택(104) 상의 상기 압력 스프링력(118) 및 맞물림 스피링력(120)은 프레임 반동력(frame reaction force, 122)에 의해 상쇄된다.

불행히도, 상기 구조에서 상기 클러치판(104)에 힘을 가하는 상기 압력 스프링 및 맞물림 스프링에 의해, 상기 맞물림 스프링력(120)에서의 어떠한 변동도 미끄러짐 없이 토크 전달을 유지하는 상기 클러치판들의 능력에 직접적으로 영향을 줄 것이다. 즉 상기 통상적인 구조에서, 우선적으로 충격흡수기능을 수행하는 맞물림 스프링력에서의 변동은 상기 엔진을 시동하기 위해 토크를 전달하는 주요한 기능에서 전체 클러치 스택(104)의 토크전달능력에 직접적으로 영향을 미친다. 결과적으로 클러치판에 의해 전달되는 토크 레벨은 좁은 범위로 제어되지 않으나, 대신에 상술된 시동성능에 역효과를 미칠 수 있는 넓은 변동에 종속된다. 500 파운드 압력 스프링력 및 50 파운드 맞물림 스프링력을 갖는 통상적인 관성구동장치 엔진 시동기에 대한 예시적인 실시예에서, 미끄러짐이 300 내지 330 파운드 사이의 어떠한 범위에서 일어날 것이다. 클러치판이 미끄러질 넓고, 제어되지 않는 범위의 토크는 만일 상기 미끄러짐이 매우 작은 토크 값에서 일어난다면 증가된 위어로부터 발생하는 상기과 같은 구동장치의 소유자 비용을 증가시키며, 상기 토크가 너무 클 때에는 상기 엔진 및 시동 구성요소에 지나친 스트레스를 증가시킨다.

따라서 상기 엔진 또는 시동기 구동장치 구성요소에 손상을 주지 않으며 적당한 시동을 보증하기 위해 관성 엔진 구동장치 내에서 토크 전송 레벨을 제어할 필요성이 있다. 추가로 그와 같은 시스템이 비용대비 효율적으로 될 필요성이 존재한다.

상기와 같은 관점에서, 새롭고 개선된 관성 엔진 시동기 구동장치(inertia engine starter drive)를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 더욱 상세하게는, 엔진 또는 시동기의 구성요소를 손상시키지 않으면서 시동기 구동장치의 적당한 작동을 보증하는 토크전송레벨 제어장치(torque transmission level control)를 포함하는 새롭고 개선된 관성 엔진 시동기 구동장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 좀 더 구체적으로는 통상적인 관성 엔진 시동기 구동장치에 대하여 시동기 구동창치의 신뢰성을 증가하고, 부품의 수를 줄이며, 비용대비 효율적인 방식으로 상기 토크 전송제어를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적과 일치하도록, 본 발명의 실시예는 맞물림 스프링력의 반대 방향으로 상기 클러치판들을 함께 유지하는데 사용되는 스프링력을 위치시키는 관성 엔진 시동기 구동장치를 제공한다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 엔진 시동기 관성 구동장치의 토크 전송 제어장치를 제공한다. 상기 관성 구동장치는 회전에너지 소스인 샤프트(shaft)에 의해 구동되도록 만들어진 헤드(head), 엔진시동 기어와 맞물리도록 만들어진 피니언(pinion)을 갖는 나사 샤프트(screw shaft), 회전에너지 소스인 샤프트 및 엔진 링 기어 톱니에 피니언 톱니가 맞물리는 경우에 축방향 충격 하중을 흡수하도록 제 1 스프링력을 제공하기 위한 상기 나사 샤프트 사이에서 위치되도록 만들어진 맞물림 스프링(meshing spring)을 포함한다. 상기 실시예에서, 상기 장치는 클러치 동체 내부에 담겨지고 상기 헤드에 수용되는 클러치판 스택을 포함한다. 상기 클러치 동체는 나사 샤프트에 구동될 수 있도록 결합된다. 상기 장치는 미끄러짐 없이 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값을 제어하기 위해 상기 클러치판 스택에 제 2 스프링력을 제공하며 헤드 상에 수용되는 압력 스프링을 포함한다. 상기 제 2 스프링력은 맞물림 스프링에 의해 가해지는 제 1 스프링력의 반대 방향을 향한다.

바람직하게는 상기 압력스프링은 웨이브 스프링(wave spring)이다. 추가적으로 상기 웨이브 스프링은 헤드 상에 꿰어지도록 수용되는 조절너트(adjusting nut)에 의해 상기 헤드 상에 수용될 수 있다. 그와 같은 실시예에서, 상기 제 2 스프링력은 상기 조절너트를 풀거나 조임으로써 조절될 수 있다. 즉 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 2 스프링력을 조절함으로써 변동될 수 있다. 바람직하게는 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에 의해 영향 받지 않는다. 추가로 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에서의 변동에 의해 영향 받지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 엔진 시동기 관성 구동장치는 회전에너지 소스에 의해 구동되도록 만들어진 헤드, 나사 샤프트, 엔진 시동기어와 맞물리도록 만들어진 나사 샤프트 상에 꿰어지도록 장착되는 피니언, 및 클러치 동체 내에 수용되는 클러치판 스택을 포함하는 클러치 조립체(clutch assembly)를 포함한다. 상기 클러치 동체는 상기 헤드 및 나사 샤프트에 구동될 수 있도록 결합된다. 상기 구동장치는 또한 상기 나사 샤프트 및 회전에너지 소스 사이에 위치되도록 만들어진 맞물림 스프링을 포함한다. 상기 맞물림 스프링은 상기 클러치판 스택에 작용하는 제 1 스프링력을 제 1 축방향으로 가한다. 추가적으로 상기 구동장치는 미끄러짐 없이 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값을 제어하기 위해 클러치판 스택에 제 2 스프링력을 제공하는 압력 스프링을 포함한다. 상기 제 2 스프링력은 맞물림 스프링에 의해 가해지는 제 1 스프링력의 제 1 축방향과 반대로 향한다.

바람직하게는 상기 압력스프링은 웨이브 스프링(wave spring)이다. 추가적으로 상기 웨이브 스프링은 헤드 상에 꿰어지도록 수용되는 조절너트(adjusting nut)에 의해 상기 헤드 상에 수용된다. 그와 같은 실시예에서, 상기 제 2 스프링력은 상기 조절너트를 풀거나 조임으로써 조절될 수 있다. 즉 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 2 스프링력을 조절함으로써 변동될 수 있다. 추가적으로 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에 의해 영향 받지 않는다. 따라서 상기 클러치판 스택을 통해 전달될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에서의 변동에 의해 영향 받지 않는다.

본 발명의 추가적인 실시예에서, 엔진 시동기 관성 구동장치 내에서의 토크 전송 값을 제어하는 방법이 제공된다. 그와 같은 구동장치는 회전에너지 소스에 의해 구동되도록 만들어진 헤드, 엔진시동 기어와 맞물리도록 만들어진 피니언을 갖는 나사 샤프트, 클러치 동체 내에 담겨지고 헤드 상에 수용되는 클러치판 스택을 포함하는 클러치 조립체를 선호적으로 포함한다. 상기 클러치 동체는 나사 샤프트에 구동될 수 있도록 결합된다. 상기 구동장치는 제 1 축방향으로 상기 클러치 스택에 제 1 힘을 제공하기 위한 나사 샤프트 및 회전에너지 소스 사이에 위치되도록 만들어지는 맞물림 스프링을 추가로 포함한다. 상기 실시예에 대한 방법은 제 1 축방향과 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 힘은 엔진 시동기 관성 구동장치에서 토크 전송 값을 제어한다.

하나의 실시예에서, 상기 방법은 엔진 시동기 관성 구동장치 내에서의 토크 전송 값을 조절하기 위해 제 2 힘을 조절하는 단계를 추가로 포함한다. 택일적으로 제 1 축 방향과 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 제 1 힘에서의 변동에 토크 전송 값의 민감도를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 제 1 축 방향의 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 제 2 힘이 제 1 힘과 프레임 반동의 조합에 의해 상쇄되도록 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 그와 같은 실시예에서, 제 2 힘이 제 1 힘과 프레임 반동의 조합에 의해 상쇄되도록 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 상기 프레임 반동이 제 1 힘에서의 변동을 보상하도록 하는 단계를 포함하며, 따라서 상기 변동은 토크 전송 값에 영향을 주지 않는다. 추가적인 대안에서, 제 1 축방향과 반대되는 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 제 1 힘이 가해지는 상기 클러치판 스택의 제 2 단부 맞은편에 위치하는 상기 클러치판 스택의 제 1 단부 상에 제 2 힘을 가하도록 위치되는 웨이브 스프링을 제공하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 통합되고, 한 부분을 형성하는 첨부되는 도면은 본 발명의 다양한 특징을 도시하며, 본 명세서와 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.

도 1 은 본 발명의 내용과 일치하도록 구성된 엔진시동기 관성구동장치의 한 실시예에 대한 분해등각도.

도 2 는 본 발명의 내용과 일치하도록 구성된 조립된 엔진시동기 관성구동장치에 대한 등각도.

도 3 은 도 2의 엔진시동기 관성구동장치에 대한 단면도.

도 4 는 본 발명의 내용과 일치하도록 구성된 엔진시동기 관성구동장치에 대한 하중 설계도(load schematic).

도 5 는 본 발명의 내용과 일치하도록 구성된 엔진시동기 관성구동장치에 대한 자유물체도(free body diagram).

도 6 은 종래의 엔진시동기 관성구동장치에 대한 부분적인 단면도.

도 7 은 도 6의 종래 엔진시동기 관성구동장치에 대한 하중 설계도.

도 8 은 도 6의 종래 엔진시동기 관성구동장치에 대한 자유물체도.

비록 본 발명은 어떠한 선호되는 실시예들에 관하여 기술될 것이지만, 상기 실시예들로 제한하려는 것은 아니다. 그와는 반대로, 첨부된 청구항에 의해 정해지는 본 발명의 사상 및 영역 내에 포함되는 모든 대안, 수정 및 균등물을 포함하려는 것이다.

상술된 것처럼, 통상적인 엔진시동기 관성구동장치(engine starter inertia drives)의 한 문제점은 클러치판(clutch plates)이 미끄러질 때 토크를 제어할 수 없다는 것이다. 만약 토크 값이 너무 작으면 그와 같이 제어할 수 없는 토크 값은 마모(wear)를 증가시키고, 만약 미끄러질 때 토크 값이 너무 크면 엔진시동기 및 엔진 구성요소(engine components)에 응력(stress)을 증가시킨다. 상기 통상적인 엔진시동기 구동장치의 또 다른 문제점은 클러치 스택(clutch stack)에 힘을 유지하기 위해 필요한 6개의 압력스프링(pressure springs)에 관련된 비용이다. 상기 문제점을 극복하기 위해, 미끄러짐이 발생하였을 때 통상적인 엔진시동기 구동장치가 받아들일 수 있는 좁은 범위로 토크를 제어할 수 있는 능력의 부족에 중점을 두고, 본 발명의 엔진시동기 관성구동장치가 개발되었다.

도 1을 참조하면, 분해 등각도로서 본 발명의 실시예가 도시된다. 도 1에서 도시되는 것처럼, 상기 클러치 스택(200)은 바람직하게는 서로 교대로 쌓여진 배열에서, 헤드 디스크(head disks, 202) 및 동체 디스크(body disks, 204)를 포함한다. 상기 클러치 스택(200)은 디스크유지 링(disk retaining ring, 210) 및 뒤붙임와셔(backing washer, 208)를 따라 헤드 샤프트(head shaft, 206) 상에 위치된다. 헤드 나사 잠금 링(head screw lock ring, 212)은 또한 헤드 나사(head screw, 214)를 적절한 위치에 유지시키는데 이용된다. 부시(bushing, 216)는 상기 헤드(206) 내의 압력끼워맞춤(press fit)이며, 내부에 나사 샤프트(screw shaft, 218)가 삽입된다.

상기 클러치 스택(200)은 와셔(washer, 220), 웨이브 스프링(wave spring, 222), 조절판(adjusting plate, 224), 잠금 와셔(lock washer, 226), 및 조절너트(adjusting nut, 228)에 의해 함께 고정된다. 일단 조립되면, 상기 조절너트(228)는 웨이브 스프링(222)에 의해 가해진 제어되는 압축력이 상기 클러치 스택(200)에 제공되도록 조절된다. 바람직한 실시예에서, 웨이브 스프링(222)에 의해 가해지는 상기 압축력은 약 500 파운드로 설정된다. 실제 힘은 요구되는 값의 출력 토크를 갖도록 요구되는 하중(load)에 의해 결정된다. 그와 같은 작용은 본 발명의 관성 구동장치 엔진시동기의 디스크 하부조립체 부분(disk subassembly portion)을 완전하게 한다. 샤프트/피니언 하부조립체(shaft/pinion subassembly)는 나사 샤프트(218)를 포함하며, 피니언(pinion, 230)이 상기 나사 샤프트(218)의 백스톱부분(back stop portion, 232)과 나란하게 위치된다. 일단 그와 같이 위치되면, 안티-드리프트 스프링(anti-drift spring, 234)이 상기 나사 샤프트(218) 상에 위치되며, 스톱너트(stop nut, 236)에 의해 적절하게 고정된다. 그 다음에 클러치 동체(clutch body, 238)가 상기 나사 샤프트(218) 상에 위치되며, 상기 백스톱(back stop, 240)이 제 자리에 삽입된다. 그 다음에 상기 2개의 하부조립체는 함께 조립되고 맞물림 스프링(meshing spring, 242)이 그 안에 삽입된다. 상기 클러치 동체(238)는 디스크유지 링(disk retaining ring, 210)에 의해 상기 클러치 스택(200)에 고정된다. 상기 클러치 스택(200)의 헤드 디스크(202)는 상기 헤드(206)에 대해서 회전하지 않으며, 상기 동체 디스크(204)는 상기 클러치 동체(238)에 대해서 회전하지 않는다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 도 1에서 도시된 실시예가 웨이브 스프링(222)을 이용함에 반하여, 다른 유형 및 개수의 스프링들이 이곳에 포함된 내용과 일치하도록 이용될 수 있다는 것을 당업자들은 또한 알 것이다.

본 발명의 상기 실시예의 완전한 엔진시동기 관성구동장치 조립체가 도 2에서 등각도로서, 그리고 도 3에서 부분 단면도로서 도시된다. 도 3의 단면도에서 알 수 있듯이, 상기 웨이브 스프링(222)은 클러치판 조립체(clutch plate assembly, 200)의 앞쪽에, 즉 상기 피니언(230)에 더욱 가까운 클러치판 조립체(200)의 단부에 배치된다. 상기 배치에서, 웨이브 스프링(222)에 의해 가해지는 스프링력(spring force)은 클러치 동체(238) 및 나사 샤프트(218)를 통해 작용하는 맞물림 스프링(242)에 의해 가해지는 스프링력과 반대 방향이다. 이와 같은 방식에서, 맞물림 스프링(242)에 의해 제공되는 충격 흡수기능은 웨이브 스프링(222)에 의해 설정된 클러치판 미끄러짐이 일어나는 때의 토크 값에 영향을 주지 않는다. 그와 같이, 상기 맞물림 스프링(242)에 의해 제공되는 스프링력에서의 변화는 상기 웨이브 스프링(222)에 의해 클러치판에 대하여 설정된 제어되는 토크에서의 편차를 일으키지 않을 것이다.

상기 토크전송 제어 메커니즘은 도 4의 하중 설계도 다이어그램(load schematic diagram)을 통해 더욱 잘 이해될 수 있다. 상기 하중 설계도에 도시되는 것처럼, 상기 맞물림 스프링(242)은 상기 웨이브 스프링(222)에 의해 가해지는 힘의 반대 방향으로 상기 클러치판(200)에 힘을 작용한다. 통상적인 엔진시동기 구동 장치(도 7 참조)의 하중 설계도로부터 알 수 있는 것처럼, 압력 스프링 및 맞물림 스프링은 모두 상기 클러치 상에서 동일한 방향으로 상기 클러치판에 작용한다.

상기 클러치판(200) 상에서 스프링력의 재배치의 효과를 완전히 이해하기 위해, 기준이 도 5의 자유물체도(free body diagram)에 만들어진다. 도시되는 것처럼, 압력 스프링으로부터의 힘(254)은 상기 맞물림 스프링력(258) 및 프레임 반동력(frame reaction force, 256)의 조합에 의해 상쇄된다. 비록 상기 맞물림 스프링력(258)이 상기 프레임 반동력(256)에 가해짐에 반하여, 상기 맞물림 스프링력(258)에서의 변동은 통상적인 엔진시동기와는 달리 상기 클러치판(200)이 미끄러질 때 토크에 작용하지 않을 것이다. 이것은 맞물림 스프링력(258)이 증가하거나 또는 감소함에 따라 내재적으로 발생하게 될 프레임 반동력(256)에서의 변화에 의해 상기 맞물림 스프링력(258)에서의 변화가 보상될 것이기 때문이다. 즉 만약 상기 맞물림 스프링력(258)이 완전히 존재하지 않는다면, 상기 클러치판(200)이 상기 프레임(252)을 통해 움직일 수 없기 때문에 상기 프레임 반동력(256)은 상기 압력 스프링력(254)과 같게 될 것이나, 대신 그것에 인접하게 된다. 그와 같이 상기 맞물림 스프링력(258)에서의 증가 또는 감소는 상기 클러치판(200)을 고정 위치에 유지하기 위해 상기 프레임(256)으로부터 요구되는 반동력(256)을 감소시키거나 또는 증가시킬 것이다. 그와 같은 식으로, 상기 클러치판(200)이 미끄러질 때의 토크 값은 그곳에 가해지는 압력 스프링력(254)에 의해서만 좌우될 것이다. 상기 맞물림 스프링으로부터의 힘(258)은 상기 하중경로(load path)로부터 효율적으로 제거된다.

이것은 토크 미끄러짐 값이 상기 맞물림 스프링력에서의 변동에 의해 광범위로 변하는 통상적인 엔진시동기 구동장치에 대하여 실질적인 개선에 해당된다. 비록 상기 변화는 더 많이 제어되는 힘을 갖는 맞물림 스프링의 사용을 통해 극복될 수 있었지만, 맞물림 스프링의 충격흡수기능은 정밀스프링 이용에 대한 증가된 비용을 정당화하지 않았다. 그러나 비싼 정밀스프링의 상기와 같은 요구도 본 발명의 엔진시동기 구동장치에 부가되지 않는다. 이것은 미끄러짐이 일어날 때의 토크 값이 상기 웨이브 스프링(222)에 의해 가해지는 압력 스프링력(254)에 의해서만 좌우되기 때문이다. 추가적인 비용감소는 본 발명의 상기 실시예의 단일한 웨이브 스프링(222)을 갖는 통상적인 엔진시동기 내에서 요구되는 6개의 압력 스프링의 교체를 통해 상기 실시예에서 실현된다. 결과적으로 본 발명의 관성 엔진시동기는 상기 클러치판이 미끄러질 때 상기 토크 값에 대한 매우 정밀한 제어를 제공하며, 동시에 전체 비용을 줄이고, 상기 피니언이 맞물리는 것에 앞서 엔진 링 기어(engine ring gear)의 톱니 속으로 움직이는 경우에 충격흡수기능을 수행하는 것을 가능하게 한다.

이곳에서 인용된 공개서, 특허 출원서 및 특허를 포함하는 모든 참조는 각각의 참조가 이곳에서 전체적으로 설명되고 참조로서 통합되도록 개별적이고 특정적으로 지시되는 것처럼 동일한 한도로 참조로서 통합되어진다.

본 발명을 기술하는 문맥에서(특히 다음의 청구항의 문맥에서) 용어 “a”, “an”, “the” 및 유사한 지시물의 사용은 만일 이곳에서 표시되지 않거나 또는 문맥에 명확하게 모순되지 않는다면, 단일 및 다수를 포함하는 것으로 간주된다. “포함하는(comprising)”,“갖는(having)”,“포함하는(including)” 및 “수용하는(containing)”과 같은 용어는 다른 식으로 표시되지 않았다면 개방된 의미의 용어(즉, 포함되나 제한되지 않음을 의미)로 간주된다. 여기서 값들의 범위에 대한 설명은 만약 다른 식으로 표시되지 않았다면, 상기 범위 내에 해당되는 각각의 분리된 값을 개별적으로 참조하는 단순화된 방법으로서 기능할 것이며, 각각의 분리된 값은 이곳에서 개별적으로 인용되는 것처럼 명세서에 통합된다. 이곳에서 기술되는 모든 방법은 이곳에서 표시되지 않거나 또는 문맥에 모순되지 않는다면 적당한 순서로 수행될 수 있을 것이다. 특정한 실시예 또는 이곳에서 제공되는 예시적인 말(즉, “~ 같은(such as)”)은 다른 식으로 청구되지 않는다면 본 발명의 영역에 제한을 가하지 않고, 본 발명을 더욱 잘 기술하려는 의도이다. 상기 명세서에서 어떤 말도 본 발명의 실시에 본질적으로 청구되지 않는 어떠한 요소를 표시하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 수행하기 위해 발명자에게 가장 잘 알려진 방식을 포함하는 것으로 이곳에서 기술된다. 그와 같이 선호되는 실시예들의 변화는 앞의 명세서를 읽을 때 당업자들에게 명확하게 될 수 있다. 발명자들은 유능한 기능공이 그와 같은 변화를 적당하게 도입할 것으로 생각하며, 발명자들은 이곳에서 특정적으로 기술되는 것보다 다른 방식으로 실시되는 발명을 기대한다. 따라서 본 발명은 적당한 법에 의해 허용되는 첨부된 청구항에 의해 인용되는 발명의 요지의 모든 수정 및 균등물을 포함한다. 게다가 만약 이곳에서 다른 방식으로 표시되지 않거나 또는 문맥에 모순되지 않는다면, 모든 일어날 수 있는 변화에서 상술된 요소의 어떠한 조합도 본 발명에 의해 포함된다.

Claims (20)

1. 엔진시동기 관성구동장치(engine starter inertia drive)를 위한 토크전송 제어장치(torque transmission control mechanism)로서, 상기 관성구동장치는 회전에너지 소스인 샤프트(shaft)에 의해 구동되도록 적용되는 헤드(head)를 포함하고, 나사 샤프트(screw shaft)는 엔진 시동기어(engine starting gear)에 적합하게 만들어진 피니언(pinion)을 가지며, 맞물림 스프링(meshing spring)은 상기 회전에너지 소스인 샤프트 및 축방향 충격하중(axial shock loads)을 흡수하기 위해 제 1 스프링력(spring force)을 제공하는 상기 나사 샤프트(screw shaft) 사이에 위치되는 상기 토크전송 제어장치에 있어서, 상기 토크전송 제어장치는,

   상기 나사 샤프트에 구동될 수 있도록 결합되는 클러치 동체(clutch body) 내에 포함되고, 헤드 상에 수용되는 클러치판 스택(clutch plate stack); 및

   미끄러짐 없이 상기 클러치판 스택을 통해 전송될 수 있는 토크 값을 제어하기 위한 클러치판 스택에 제 2 스프링력을 제공하고 상기 헤드 상에 수용되는 압력 스프링으로서, 상기 제 2 스프링력은 상기 맞물림 스프링에 의해 제공되는 제 1 스프링력의 반대 방향에 해당되는 상기 압력스프링(pressure spring);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 스프링은 웨이브 스프링(wave spring)인 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이브 스프링은 그 위에 꿰어지도록 수용된 조절너트(adjusting nut)에 의해 상기 헤드 상에 수용되는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 스프링력은 상기 조절너트를 풀고(loosing) 조임(tightening)으로써 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치판을 통해 전송될 수 있는 토크 값은 제 2 스프링력을 조절함으로써 변할 수 있는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치판 스택을 통해 전송될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에 의해 영향 받지 않는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치판을 통해 전송될 수 있는 토크 값은 제 1 스프링력에서의 변동에 의해 영향 받지 않는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치를 위한 토크전송 제어장치.
8. 엔진시동기 관성구동장치로서, 상기 엔진시동기 관성구동장치는,

   회전에너지 소스에 의해 구동되도록 만들어진 헤드;

   나사 샤프트;

   엔진 시동기어와 맞물리도록 만들어지고, 상기 나사 샤프트 상에 꿰어지도록 장착되는 피니언;

   상기 나사 샤프트 및 상기 헤드에 구동될 수 있도록 결합된 클러치 동체 내에 수용된 클러치판 스택을 포함하는 클러치 조립체(clutch assembly);

   제 1 축방향의 클러치판 스택에 작용하는 제 1 스프링력을 제공하기 위한 나사 샤프트 및 회전에너지 소스 사이에 위치되도록 만들어진 맞물림 스프링; 및

   미끄러짐 없이 상기 클러치판 스택을 통해 전송될 수 있는 토크 값을 제어하기 위한 클러치판 스택에 제 2 스프링력을 제공하는 압력 스프링으로서, 상기 제 2 스프링력은 상기 맞물림 스프링에 의해 제공되는 제 1 스프링력의 제 1 축방향과 반대 방향에 해당하는 상기 압력스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 압력 스프링은 웨이브 스프링인 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 웨이브 스프링은 그 위에 꿰어지도록 수용된 조절너 트에 의해 헤드 상에 수용되는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
11. 제 10 항에 있어서, 제 2 스프링력은 상기 조절너트를 풀고 조임으로써 조절되는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 클러치판 스택을 통해서 전송될 수 있는 토크 값은 제 2 스프링력을 조절함으로써 변할 수 있는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 클러치판 스택을 통해 전송될 수 있는 토크 값은 상기 제 1 스프링력에 의해 영향 받지 않는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
14. 제 8 항에 있어서, 상기 클러치판 스택을 통해 전송될 수 있는 토크 값은 상기 제 1 스프링력에서의 변동에 의해 영향 받지 않는 것을 특징으로 하는, 엔진시동기 관성구동장치.
15. 회전 에너지 소스에 의해 구동되도록 만들어진 헤드를 갖는 엔진시동기 관성구동장치에서의 토크전송 값 제어방법으로서, 나사 샤프트는 엔진 시동기어와 맞물리도록 만들어진 피니언을 가지며, 클러치 조립체는 클러치 동체 내에 포함되고 헤 드 상에 수용되는 클러치판 스택을 포함하며, 상기 클러치 동체는 나사 샤프트에 구동될 수 있도록 결합되며, 맞물림 스프링은 제 1 축방향의 클러치 스택에 제 1 힘을 적용하기 위한 상기 나사 샤프트 및 회전에너지 소스 사이에 위치되도록 만들어지는 상기 토크전송 값 제어방법에 있어서, 상기 방법은,

    제 1 축방향의 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 힘은 엔진시동기 관성구동장치 내에서 토크전송 값을 제어하는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 방법은 상기 엔진시동기 관성구동장치 내에서 토크전송 값을 조절하기 위해 제 2 힘을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.
17. 제 15 항에 있어서, 제 1 축방향의 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 제 1 힘에서의 변동에 대한 토크전송 값의 민감도를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.
18. 제 15 항에 있어서, 제 1 축방향의 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 상기 제 2 힘이 제 1 힘 및 프레임 반동(frame reaction)의 결합에 의해 상쇄되도록 상기 클러치판 스택에 상기 제 2 힘을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 힘이 제 1 힘 및 프레임 반동(frame reaction)의 결합에 의해 상쇄되도록 상기 클러치판 스택에 상기 제 2 힘을 적용하는 단계는 상기 프레임 반동이 상기 제 1 힘에서의 변동을 보상하도록 하는 단계를 포함하고, 따라서 상기 변동이 토크전송 값에 영향을 주지 않는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.
20. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 축방향의 반대 방향으로 상기 클러치판 스택에 제 2 힘을 가하는 단계는 제 1 힘이 가해지는 클러치판 스택의 제 2 단부 맞은편의 상기 클러치판 스택의 제 1 단부에 제 2 힘을 가하도록 위치되는 웨이브 스프링을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 토크전송 값 제어방법.

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