이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 스타터에 대하여 그의 구성, 동작 및 변형 예를 순차적으로 설명한다.
(1. 구성)
먼저 본 실시 예에 따른 스타터의 구성은 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 스타터(1)는 마그네틱 스위치(2), 모터(3), 단자(4)(플레이트 또는 연결 부재로서 칭함), 및 부시(5)(지지 부재로 칭함)를 포함한다. 상기 스위치(2)는 배터리(미도시)로부터의 전류를 모터(3)로 공급하고, 시프트 레버(미도시)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 장치이다.
상기 스위치(2)는 여자 코일(20), 고정자 코어(21), 플런저(22), 스위칭 프레임(23), 로드(24), 가동 접점(25) 및 접점 커버(26)(인클로징 부재(enclosing member))로 구성된다. 상기 여자 코일(20)은 전류를 제공받음에 따라 자력을 발생시키고, 이에 따라 플런저(22)를 흡인한다.
상기 고정자 코어(21)는 원형으로 형성된 마그네틱 부재로 이루어지고, 모터에 제공된 자기 회로의 일부분을 구성한다. 상기 고정자 코어(21)는, 그 고정자 코어(21)의 중심부에 제공되고, 상기 스위치(2)의 축방향(도 1에서 "MD"로 나타냄)으로 관통하는 관통공(21a)을 구비한다. 상기 고정자 코어(21)는 상기 여자 코일(20)의 일단부에 제공된다.
상기 플런저(22)는 원주(원통)형상을 갖는 마그네틱 부재로 이루어지고, 자기 회로의 일부분을 구성하며, 자력에 응답하여 상기 가동 접점(25)과 시프트 레버를 이동시키도록 축방향(도 1에서 "MD")으로 이동한다. 상기 플런저(22)는, 그 플런저가 축방향으로 이동될 수 있는 방식으로, 상기 여자 코일(20)의 내측에 제공된다. 상기 플런저(22)의 일단부는 고정자 코어(21)에 대향한다. 상기 플런저(22)는 로드(24)를 따라 위치된 리턴 스프링에 의하여 고정자 코어(21)로부터 이격되도록 축방향으로 푸싱된다.
상기 스위칭 프레임(23)은 바닥을 갖는 원주(원통)형상의 마그네틱 부재로 이루어진다. 상기 스위칭 프레임(23)의 바닥에는 축방향으로 관통하는 관통공(미도시)이 형성된다. 상기 스위칭 프레임(23)의 바닥은 플런저(22)가 그 관통공을 통과하도록 한다. 상기 스위칭 프레임(23)은 상기 고정자 코어(21)의 외주면에 접촉되는 스위칭 프레임(23)의 내주면과 함께 상기 여자 코일(20)을 에워싸도록 제공된다.
상기 로드(24)는 기둥 형상을 갖는 부재이고, 상기 가동 접점(25)을 플런저(22)에 고정시킨다. 상기 로드(24)는 플런저(22)의 일단부에 제공되고, 상기 로 드의 일단부는 관통공(21a)을 통해 축방향 측으로 관통되어 상기 플런저(22)로부터 이격된다.
상기 가동 접점(25)은 플레이트 형상의 금속 부재로 이루어지고, 상기 로드(24)를 통해 플런저(22)와 함께 축방향(도 1의 "MD")으로 일체로 이동하여 하나의 고정 접점(27)과 전기적으로 접속되거나 그로부터 전기적으로 접속 해제된다. 상기 가동 접점(25)은 상기 로드(24)의 팁부에 제공된다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 접점 커버(26)는 가동 접점(25)을 에워싸며, 전기적 절연재료, 구체적으로 바닥을 갖는 원통 형상의 수지재료로 이루어진다. 상기 접점 커버(26)의 내측에는, 단자(4)와 접촉하고, 상기 플런저(22)의 축방향으로 상기 가동 접점(25)과 대향하는 접촉면(26a)이 제공된다. 상기 접점 커버(26)의 원통부에는, 상기 플런저(22)의 축방향에 직교하는 방향 측으로 상기 단자(4)를 통해 관통하고 상기 접촉면(26)을 따라가는 관통공(26b)이 제공된다. 상기 관통공(26b)의 외면에는, 거의 원형으로 이루어지고, 상기 관통공(26b)의 축으로부터 가동 접점(25) 측으로 편심되며, 상기 부시(5)의 일단부에 압입 끼워맞춰진 홈(26c)이 제공된다. 상기 접점 커버(26)는 상기 고정자 코어(21)의 일단부에 콕킹되고, 상기 가동 접점(25)을 둘러싼다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 고정 접점(27)은 볼트 형상을 갖는 금속재로 이루어지고, 상기 가동 접점(25)을 통해 상기 단자(4)에 서로 연결되어, 상기 모터(3)로 전류를 공급한다. 상기 고정 접점(27)은 상기 접점 커버(26)의 바닥부에 고정되고, 그 고정 접점(27)의 헤드부(27a)는 가동 접점(25)에 축방향 측으로 대향 한다. 상기 접점 커버(26)의 외측으로 돌출되는 단일 스크류부(27b)는 와이어 하네스(wire harness)(미도시)에 연결된다.
전술한 방식으로 구성된 상기 마그네틱 스위치(2)는 모터의 하우징(6)의 일단부에 고정된다. 엔진을 시동하기 위한 상기 모터(3)(예를 들면, DC모터)는 그로 공급되는 전류에 응답하여 회전력을 발생시킨다. 상기 모터(3)는 도 1에 나타낸 바와 같이 자석(30), 요크(31), 단부 프레임(32), 회전축(33), 아마추어 코어(34), 아마추어 코일(35), 정류자(36) 및 브러시(37)를 포함한다.
상기 자석(30)은 자속을 발생하는 아크형 부재이다.
도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 요크(31)는 원주(원통)형상을 이루고, 자기 회로를 구성하며, 상기 자석(30)을 유지하는 마그네틱 부재로 이루어진다. 상기 요크(31)의 일단부에는, 반원형상을 갖는 노치(31a)가 제공된다. 상기 자석(30)은 요크(31)의 내주면을 따라 요크(41)의 원주방향으로 등간격으로 제공된다.
도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 단부 프레임(32)은 금속 부재로 이루어지고, 바닥을 갖는 원주(원통)형상을 가지며, 상기 요크(31)의 일단부를 둘러싼다. 원통형상을 갖는 상기 단부 프레임(32)의 일단부에는, 반원형상을 갖는 노치(32a)가 제공된다. 상기 단부 프레임(32)의 바닥의 중심부에는, 그 축방향을 따라 지향되는 관통공(32b)이 형성된다. 상기 관통공(32b)은 베어링(32c)이 제공된다. 상기 요크(31)의 노치(31a)에 대향하는 노치(32a)를 갖는 단부 프레임(32)은 상기 요크(31)의 일단부를 둘러싼다. 이러한 방식으로, 도 1 및 도 5에 나타낸 바 와 같이, 상기 모터(3)의 외주면에는, 상기 부시(5)의 타단부가 기밀하게 끼워맞춰지는 관통공(38)이 형성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 회전축(33)은 원주 형상을 갖는 금속 부재로 이루어지고, 발생한 회전력을 출력하는 부재이다. 상기 회전축(33)은 상기 단부 프레임(32)에 제공된 베어링(32c)을 통해 회전가능하게 지지된다.
상기 아마추어 코어(34)는 원주형상을 갖는 자석재로 이루어지고, 자기 회로의 일부분을 구성하며, 상기 아마추어 코일(35)을 수용한다. 상기 아마추어 코어(34)의 중심부에는, 그 축방향을 따라 관통공(34a)이 형성된다. 상기 관통공(34a) 주위에는, 상기 아마추어 코일(35)을 수용하고, 그의 축방향 측으로 관통하는 복수의 슬롯(미도시)이 원주방향을 따라 제공되고, 원주방향 등간격으로 위치된다. 상기 아마추어 코어(34)는 회전축(33)이 관통공(34a)을 관통하는 방식으로 상기 회전축(33)에 고정된다.
상기 아마추어 코일(35)은 사각형상을 갖는 금속 부재로 이루어지고, 코일 형상으로 형성되며, 상기 아마추어 코일(35)이 전류를 제공받고 자석(30)에 의해 발생되는 자속이 가로지를 때 회전력을 발생시킨다. 상기 아마추어 코일(35)은 아마추어 코어(34)에 제공된 슬롯 내에 수용된다. 상기 아마추어 코일(35)의 일단부는 아마추어 코어(34)의 일단면을 따라 벤딩되도록 제공된다.
상기 정류자(36)는 아마추어 코일(35)로 공급된 전류를 선택적으로 접속하거나 접속 해제하도록 구성되는 부재이다. 상기 정류자(36)는 아마추어 코어(34)의 일단면을 따라 제공되고, 상기 아마추어 코일(35)의 일단부에 형성된다.
상기 브러시(37)는 직사각형상을 갖는 전기적 도전성 카본으로 이루어지고, 외부로부터 브러시(37)로 공급된 전류를 상기 정류자(36)로 제공한다. 상기 브러시(37)는 모터(3)에 전류를 공급하는 피그테일(37a)에 연결된다. 상기 브러시(37)는 그의 일단면이 정류자(36)에 접촉하도록 가동가능하게 제공된다.
전술한 바와 같이 구성된 상기 모터(3)는 마그네틱 스위치(2)에 인접하도록 제공되고, 회전 로드(33)의 회전축이 플런저(22)의 길이방향과 평행하도록 상기 하우징(6)의 일단부에 고정된다. 상기 접점 커버(26)에 제공되는 관통공(26b) 및 상기 요크(31)와 단부 프레임(32)이 서로 조립될 때 형성되는 관통공(38)은 동일 축에 제공된다.
상기 단자(4)는 금속 부재로 이루어지고, 사각형상을 가지며, 상기 마그네틱 스위치(2)의 접점을 형성하며, 상기 마그네틱 스위치(2)를 모터(3)에 전기적으로 접속한다. 또한 상기 단자(4)는 마그네틱 스위치(2)의 측면을 통하고 마그네틱 스위치(2)로부터 상기 모터(3)의 측면을 통해 상기 모터(3)로 직접적으로 삽입된다.
도 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 부시(bush)(5)는 고무 부재와 같은 탄성 재료로 이루어지고, 실질적으로 원주 형상을 가지며, 상기 마그네틱 스위치(2)와 모터(3) 모두에 상기 단자를 고정한다. 상기 부시(5)는 사각 형상을 가지며, 상기 단자(4)에 의해 관통되는 관통공(50)을 갖는다. 원주 형상부(51)는 상기 부시(5)의 일단부에 제공된다. 상기 원주 형상부(51)의 중심축은 상기 관통공(50)의 중심축으로부터 편심된다. 상기 원주 형상부(51)는 접점 커버(26)의 홈부(26c)로 압입 끼워맞춤된다. 상기 부시(5)의 타단부의 외주면에는, 상기 부시(5)의 요홈(52)이 상기 요크(31)와 단부 프레임(32) 사이에 형성된 관통공(38)으로 압입 끼워맞춤된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 단자(41)는 부시(5)를 통해 마그네틱 스위치(2)와 모터(3) 모두에 고정되고, 그의 길이방향이 플런저(22)의 길이방향에 직교하도록 배치된다. 상기 단자의 두께 방향은 상기 플런저(22)의 길이 방향에 평행한다. 상기 단자(4)는 부시(5)에 제공된 관통공(50)을 관통한다. 상기 단자(4)의 일단부는 접점 커버(26)에서 플런저(22)의 길이 방향으로 가동 접점(25)에 대향된다. 상기 가동 접점(25)의 일단면은 상기 접점 커버(26)에 제공된 접촉면(26a)에 대향한다. 상기 단자(4)의 타단부는 브러시(37)의 피그테일에 용접된다. 상기 부시(5)의 원주 형상부(51)는 접점 커버(26)의 홈부(26c)로 압입 끼워맞춤된다. 상기 원주 형상부(51)는 이러한 압입 끼워맞춤에 의해 탄성적으로 변형되고, 상기 접촉면(26a)에 단자(4)를 가압한다. 상기 관통공(50)의 측벽은 단자(4)의 외면에 기밀하게 접촉하고, 상기 원주 형상부(51)는 홈부(26c)의 내면에 기밀하게 접촉하여, 상기 홈부(26c) 주위에서 방수 특성이 확보된다. 한편, 상기 부시(5)의 요홈(52)은 탄성적으로 변형되어 요크(31) 및 단부 프레임(32)에 의해 형성된 관통공(38)으로 압입 끼워맞춤된다. 상기 부시(5)의 요홈(52)은 관통공(38)의 내면에 기밀하게 접촉하여, 상기 관통공(38) 주위에서 방수 특성이 확보된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 단자(4)의 타단부가 모터(3)의 브러시(37)의 피그테일(37a)에 용접되고, 상기 마그네틱 스위치(2)와 모터(3)가 서로 조립될 때, 상기 단자(4)의 일단부가 플런저(22)의 길이 방향으로 접점 커버(26)의 가동 접점(25)에 대향하는 방식으로, 상기 단자(4)는 부시(5)를 통해 모터(3)를 고정될 수 있다. 또한 도 8에 나타낸 바 와 같이, 상기 단자(4)의 일단부는 플런저(22)의 길이방향으로 접점 커버(26)의 가동 접점(25)에 대향하고, 상기 단자(4)의 타단부는 마그네틱 스위치(2)와 모터(3)가 서로 조립될 때 상기 모터(3)의 브러시(37)의 피그테일(37a)에 용접되는 방식으로, 상기 단자(4)는 부시(5)를 통해 상기 마그네틱 스위치(2)에 고정될 수 있다.
(2. 동작)
이하, 도 1을 참조하여 스타터(1)의 동작을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 점화 스위치(미도시)가 턴온되면, 여자 코일(20)은 전류를 제공받아 자력을 발생시킨다. 발생된 자력은 리턴 스프링의 반력에 대항하여 플런저(22)를 고정자 코어(21)로 가압한다. 동시에, 상기 플런저(22)는 시프트 레버를 구동시키고, 이에 따라 피니언(미도시)은 엔진의 링기어(미도시)와 치합되고, 로드(24)를 통해 고정 접점(27)과 단자의 일단부 모두에 가동 접점(25)을 접촉시킨다. 상기 가동 접점(25)이 고정 접점(27)과 단자(4) 모두에 접촉할 경우, 전류는 배터리로부터 브러시(37)로 제공된다. 상기 전류는 정류자(36)를 통해 아마추어 코일(35)로 제공된 다음, 상기 아마추어 코일(35)은 자석(30)에 의해 발생하는 자속이 가로지르고, 이에 따라 회전력을 발생시킨다. 상기 회전력은 회전축(33)을 통해 피니언으로 전달되고, 이에 따라 엔진은 시동된다. 상기 엔진이 시동되고, 상기 점화 스위치가 턴 오프되면, 상기 여자 코일(20)로 공급되는 전류는 중단된다. 동시에, 상기 여자 코일(20)에 의해 발생된 자력은 소멸되어, 상기 플런저(22)는 리턴 스프링에 의해 후방으로 가압된다. 동시에, 상기 시프트 레버 또한 후방으로 가압된다. 그런 다음, 상기 피니언은 엔진의 링기어와 치합 해제되고, 상기 가동 접점(25)은 고정 접점(27) 및 단자(4) 모두로부터 연결 해제된다. 그런 다음 상기 모터(3)는 정지된다. 이에 따라 엔진의 시동 동작은 종료된다.
(3. 변형 예)
본 실시 예에서, 회전 로드(33)의 회전축 방향은 플런저(22)의 길이 방향에 평행하도록 배치된다. 그러나 다른 배치가 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 회전 로드(33)의 회전축 방향은 플런저(22)의 길이 방향에 대하여 플러스/마이너스(±) 30도 사이의 교각을 갖도록 배치될 수 있다. 상기 교각은 마이너스 15도에서 플러스 15도로 설정되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.