KR20130097684A - 스타터 기계 시스템 및 방법 - Google Patents

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motor
starter machine
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control system
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마이클 디 브래드필드
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레미 테크놀러지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명의 실시예는 전자기 제어 유닛을 포함하는 스타터 기계 제어 시스템을 제공한다. 제어 시스템은 전자 제어 유닛과 통신하는 스타터 기계를 포함할 수 있다. 스타터 기계는 복수 개의 편향 부재와 제1 및 제2 코일 권선을 포함하는 솔레노이드 조립체를 포함할 수 있다. 스타터 기계는 또한 피니언에 연결되는 모터를 포함할 수 있다. 스타터 기계는 제1 코일 권선에 연결되어 제1 코일 권선을 통과하는 프라이밍 전류를 조절하도록 구성되는 전자기 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터는 제1 코일 권선에 전기적으로 연결될 수 있고, 전자 제어 유닛은 프라이밍 전류를 전원으로부터 제1 코일 권선을 통해 모터로 순환시키도록 전자기 스위치를 폐쇄할 수 있다.

Description

스타터 기계 시스템 및 방법{STARTER MACHINE SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 스타터 기계 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일부 전기 기계는 차량 작동에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 예컨대, 일부 차량은 유저가 점화 스위치를 차단했을 때에 차량의 엔진 구성요소들의 크랭킹(cranking)을 유발할 수 있는 스타터 기계를 포함할 수 있다. 일부 스타터 기계는 일부 스타터 기계 구성요소를 회전시키도록 자기장을 생성할 수 있는 자기장 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 개선된 스타터 기계 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일부 실시예는 전자 제어 유닛을 포함하는 스타터 기계 제어 시스템을 제공한다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 전자 제어 유닛과 통신할 수 있는 스타터 기계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계는 복수 개의 편향 부재를 포함할 수 있는 솔레노이드 조립체와, 피니언에 작동 가능하게 연결될 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계는 제1 코일 권선에 연결될 수 있고 제1 코일 권선을 통과하는 프라이밍 전류를 조절하도록 구성될 수 있는 전자기 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터는 제1 권선에 전기적으로 연결될 수 있고 제어 유닛은 프라이밍 전류를 전원으로부터 제1 코일 권선을 통해 모터로 순환시키도록 전자기 스위치를 폐쇄할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개선된 스타터 기계 시스템 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계 제어 시스템의 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 스타터 기계의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 솔레노이드 조립체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스타터 기계 제어 시스템의 회로 다이어그램이다.
도 5는 플런저가 이동하게 하는 데에 필요한 편향 부재의 힘을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언과 링 기어의 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타터 기계의 전류와 토크 출력의 상대적인 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 설명에 기재되거나 이하의 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열의 상세 내용으로 그 용례가 제한되지 않는다는 것을 이해해야만 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한으로 간주되어서는 안 된다. 본 명세서에서 "포함한다", "구비한다", 또는 "갖는다" 및 그 어미변화의 사용은 그 앞에 열거된 항목 및 그 균등물 뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 의미이다. 달리 특정하거나 제한하지 않는다면, "장착된다", "결합된다", "지지된다" 및 "연결된다"라는 용어와 그 어미변화는 폭넓게 사용되고 직접적인 또는 간접적인 장착, 결합, 지지 및 연결을 포함한다. 또한, "결합된다"과 "연결된다"는 물리적 또는 기계적 결합 또는 연결로 제한되지 않는다.
이하의 설명은 당업자가 본 발명의 실시예를 제조 및 사용할 수 있게 하도록 제공된다. 예시된 실시예에 대한 다양한 변경이 당업자에게 쉽게 명백하며, 본 명세서에서의 포괄적인 원리는 본 발명의 실시예로부터 벗어남이 없이 다른 실시예 및 용례에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 도시된 실시예로 제한되도록 의도되지 않고, 본 명세서에서 개시된 원리 및 특징과 일관되는 가장 넓은 범위가 허용된다. 이하의 상세한 설명은 여러 도면에서의 동일한 요소가 동일한 참조 부호를 갖는 도면을 참조하여 읽어야 한다. 반드시 실척은 아닌 도면은 선택된 실시예를 도시하고 본 발명의 범위 또는 실시예를 제한하도록 의도되지 않는다. 당업자들은 본 명세서에 제공되는 예가 본 발명의 실시예의 범위 내에 속하는 많은 유용한 변형예를 갖는다는 것을 인지할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타터 기계 제어 시스템(10)을 도시하고 있다. 시스템(10)은 전기 기계(12), 배터리 등의 전원(14), 전자 제어 유닛(16), 하나 이상의 센서(18), 및 내연 기관 등의 엔진(20)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자동차 등의 차량이 시스템(10)을 포함할 수 있지만, 다른 차량이 시스템(10)을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 고정형 엔진과 같은 비가동 장치가 시스템(10)을 포함할 수 있다.
전기 기계(12)는 제한없이 하이브리드 전기 모터 등의 전기 모터, 발전기, 스타터 기계, 또는 차량 교류기일 수 있다. 일 실시예에서, 전기 기계는 하이브리드 차량 용례를 위한 고전압 헤어핀(HVH; High Voltage Hairpin) 전기 모터 또는 내부 영구 자석 전기 모터일 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 전기 기계(12)는 스타터 기계(12)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 하우징(22), 기어 트레인(24), 브러시 또는 브러시리스 모터(26), 솔레노이드 조립체(28), 클러치(30; 예컨대, 오버러닝 클러치), 및 피니언(32)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 일반적으로 종래의 방식으로 작동할 수 있다. 신호(예컨대, 점화 스위치 등의 스위치를 차단하는 유저)에 응답하여, 솔레노이드 조립체(28)는 제1 플런저(34)가 엔진(20)의 크랭크샤프트의 링 기어(36)와의 맞물림 위치로 피니언(32)을 이동하게 할 수 있다. 또한, 신호는 링 기어(36)와 맞물리는 피니언(32)으로 기어 트레인(24)을 통해 전달될 수 있는 기전력을 모터(26)가 발생하게 할 수 있다. 그 결과 일부 실시예에서, 피니언(32)은 링 기어(36)를 이동시킬 수 있고, 링 기어는 엔진(20)을 크랭킹하여 엔진(20) 점화를 초래할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 클러치(30)는 피니언(32)과 모터(26)를 결합시키는 샤프트(38)로부터 피니언(32)을 분리시킴으로써[예컨대, 여전히 링 기어(36)와 맞물려 있는 경우에 피니언(32)을 자유 회전시킴으로써] 스타터 기계(12)와 모터(26)에 대한 손상 우려를 감소시키는 데에 일조할 수 있다.
일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 다수의 구성을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 제1 플런저(34), 코일 권선(40), 및 복수 개의 편향 부재[42; 솔레노이드 조립체(28)의 일부를 편향시킬 수 있는 스프링 또는 다른 구조]를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시프트 레버(44)의 제1 단부가 제1 플런저(34)에 연결될 수 있고 시프트 레버(44)의 제2 단부가 모터(26)와 피니언(32)을 함께 작동 가능하게 연결시킬 수 있는 샤프트(38) 및/또는 피니언(32)에 연결될 수 있다. 그 결과 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)에 의해 생성되는 운동의 적어도 일부는 전술한 바와 같이 피니언(32)을 링 기어(36)와 맞물리게 하도록 시프트 레버(44)를 통해 피니언(32)에 전달될 수 있다.
더욱이, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 조립체(28)는 적어도 플런저 복귀 편향 부재(42a)와 접점 오버트래블 편향 부재(42b)를 포함할 수 있다. (예컨대, 점화 스위치를 차단하는 유저에 의해) 스타터 기계(12)가 활성화될 때에, 시스템(10)은 코일 권선(40)을 통전시킬 수 있고, 이는 (예컨대, 일반적으로 축방향으로) 제1 플런저(34)의 운동을 유발할 수 있다. 예컨대, 코일 권선(40)을 통해 유동하는 전류는 제1 플런저(34)를 흡인하거나 달리 이동시킬 수 있고, 이 이동은 시프트 레버(44)를 통해 피니언(32)의 맞물림으로 전달될 수 있다[즉, 코일 권선(40)을 통해 유동하는 전류에 의해 생성된 자기장이 제1 플런저(34)를 이동하게 할 수 있다]. 더욱이, 통전된 코일 권선(40)의 결과로서 내측을 향해 이동하는 제1 플런저(34)는 플런저 복귀 편향 부재(42a)를 적어도 부분적으로 압축시킬 수 있다.
또한 일부 실시예에서, 제1 플런저(34)는 소정 위치(예컨대, 축방향 내향 위치)로 흡인되거나 달리 이동될 수 있어, 제1 플런저(34)의 적어도 일부[예컨대, 제1 플런저(34)의 측방향 단부]가 하나 이상의 제1 접점(46)과 적어도 부분적으로 맞물리거나 달리 접촉하여 도 4에 도시된 바와 같이 전원(14)으로부터 모터(26)로 전류를 제공하는 회로를 폐쇄할 수 있다. 그 결과, 모터(26)는 제1 플런저(34)에 의해 폐쇄된 회로를 통해 유동하는 전류에 의해 활성화될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 제1 플런저(34)는 제1 플런저 접점(48)을 포함할 수 있는데, 이 제1 플런저 접점은 제1 접점(46)과 맞물려 회로를 폐쇄함으로써 전류가 모터(26)를 향해 유동하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 접점 오버트래블 편향 부재(42b)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 플런저 접점(48)에 실질적으로 인접한 위치에서 제1 플런저(34)의 적어도 일부에 연결되고 및/또는 그 적어도 일부 위에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 접점 오버트래블 편향 부재(42b)는 제1 플런저(34)를 홈 위치로 복귀시키는 데에 있어서 플런저 복귀 편향 부재(42a)를 원조하도록 기능할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 접점 오버트래블 편향 부재(42b)는 또한 제1 플런저 접점(48)과 제1 접점(46)을 분리시키는 데에 원조하도록 기능할 수 있다[예컨대, 압축된 접점 오버트래블 편향 부재(42b)의 편향력이 제1 접점(46)으로부터 멀리 제1 플런저 접점(48)을 이동시키는 데에 일조할 수 있다].
일부 실시예에서, 시작 이벤트의 부분 또는 전체 완료 후에(예컨대, 엔진이 적어도 부분적으로 턴오버되고 연소가 시작된 후에), 코일 권선(40)은 적어도 부분적으로 소자(de-energizing)될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 플런저(34)를 적소에 유지하는 힘[예컨대, 코일 권선(40)을 통해 유동하는 전류에 의해 생성되는 자기장]의 감소 또는 제거는 압축된 플런저 복귀 편향 부재(42a)가 팽창되게 할 수 있다. 그 결과, 플런저 복귀 편향 부재(42a)가 팽창하여 코일 권선(40)의 초기 통전 전에 제1 플런저(34)를 그 원래 위치(즉, "홈" 위치)로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 피니언(32)은 링 기어(36)로부터 철수되어 하우징(22) 내의 그 원래의 위치로 복귀할 수 있다. 추가적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 또한 제1 플런저(34)를 홈 위치로 복귀시키는 데에 더 일조하도록 구성 및 배치될 수 있는 구동 장치 복귀 편향 부재(42c)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 하나 이상의 추가 편향 부재(42)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 적어도 하나의 보조 편향 부재(42d)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 편향 부재(42d)는 적어도 부분적으로 스타터 기계(12)의 일부 작동을 2개 이상의 단계로 구분 및/또는 분리 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 편향 부재(42d)는 제1 플런저(34)의 축방향 경로를 따라 정지점을 생성할 수 있다. 예컨대 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 일부 실시예에서, 보조 편향 부재(42d)는 제1 플런저(34)가 솔레노이드 조립체(28)의 활성화 중에 이동할 때에 인공적인 정지부로서 기능할 수 있는 하나 이상의 와셔(50) 또는 기타 구조체의 바로 근처에 배치될 수 있다. 오직 일례로서, 보조 편향 부재(42d)와 와셔(50)는 솔레노이드 조립체(28)의 일부에 연결되고, 제1 플런저(34)가 솔레노이드 조립체(28)의 활성화 중에 이동함에 따라, 와셔(50) 중 하나 이상과 맞물리는 보조 편향 부재(42d)의 저항력이 제1 플런저 접점(48)과 제1 접점(46)을 맞물리하게 하도록 극복될 추가의 힘을 필요로 할 수 있도록[예컨대, 제1 플런저 접점(48)이 제1 접점(46)과 맞물리기 전에 인공적인 정지점을 생성하도록] 구성 및 배치된다.
도 2b, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 2개 이상의 코일 권선(40)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2b, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 조립체(28)는 2개의 코일 권선(40)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 3개 이상의 코일 권선(40; 도시 생략)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)은 제1 플런저(34)를 홈 위치[즉, 임의의 코일 권선(40)을 통해 전류가 거의 유동하지 않거나 전혀 유동하지 않을 때에 제1 플런저(34)가 차지하는 위치]로부터 인공적인 정지점으로 이동시키도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동하는 전류는 제1 플런저(34)를 홈 위치로부터 인공적인 정지부로 이동시키는 데에 충분한 자기장을 생성할 수 있지만, 자기장은 보조 편향 부재(42d)의 저항력을 극복하기에 불충분한 크기를 가질 수 있다. 그 결과, 제1 코일 권선(40a)의 활성화는 제1 플런저(34)를 인공적인 정지부로 이동시킬 수 있지만, 일부 실시예에서, 제1 플런저 접점(48)은 회로를 폐쇄하여 전류를 모터(26)에 제공하도록 제1 접점(46)과 맞물리지 않는다.
일부 실시예에서, 코일 권선(40)은 제2 코일 권선(40b)을 포함할 수 있다. 제2 코일 권선(40b)은 제1 플런저(34)를 인공적인 정지부로부터 제1 플런저 접점(48)이 제1 접점(46)과 맞물려 회로를 폐쇄하고 전원(14)으로부터 모터(26)로 전류를 제공할 수 있는 위치로 이동시키도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 코일 권선(40b)을 통해 유동하는 전류는 제1 플런저(34)를 인공적인 정지부로부터 제1 플런저 접점(48)이 제1 접점(46)과 맞물릴 수 있는 위치로 이동시키기에 충분한 자기장을 생성시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)은 제2 코일 권선(40b)의 활성화 전 및/또는 후에 비활성화될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)과 제2 코일 권선(40b)은 단하나의 코일 권선(40)만이 사용될 필요가 있도록 보조 편향 부재(42d)의 저항력을 극복하기에 충분한 크기의 자기장을 포함할 수 있다. 더욱이 일부 실시예에서, 회로를 폐쇄하기 위해 솔레노이드 조립체(28)는 제1 코일 권선(42a) 또는 제2 코일 권선(42b) 중 어느 한쪽이 제1 플런저 접점(48)과 제1 접점(46)을 맞물리는 것이 요구되도록 보조 편향 부재(42d) 없이 기능할 수 있다. 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 코일 권선(40a, 40b)은 코일 권선(40) 중 하나[예컨대, 제1 코일 권선(40a)]가 다른 코일 권선(40)[예컨대, 제2 코일 권선(40b)]을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있도록 적어도 부분적으로 공동 반경 방향으로 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 코일 권선(40a, 40b)은 다른 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 권선(40a, 40b)은 종래의 코일 권선(40a, 40b)으로서 기능할 수 있다. 편향 부재(42)의 개수 및/또는 구성에 관계없이, 제1 코일 권선(40a)은 "풀인(pull-in)" 코일 권선(42)으로서 기능하도록 구성 및 배치될 수 있고, 제2 코일 권선(40b)은 "홀드인(hold-in)" 코일 권선(42)으로서 기능하도록 구성 및 배치될 수 있거나, 그 반대도 가능하다. 예컨대, 제1 코일 권선(42a)은 제1 플런저(34)를 초기에 홈 위치로부터 이동시키도록 전자 제어 유닛(16)에 의해 초기에 활성화될 수 있다. 일부 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 보조 편향 부재(42d) 없이 작동할 수 있고, 그 결과 제1 코일 권선(40a)은 접점(46, 48)이 맞물려 회로를 폐쇄하고[즉, 제1 코일 권선(40a)이 초기에 제1 플런저(34)를 "풀인"하도록 기능할 수 있음] 피니언(32)을 링 기어(36)와 맞물리게 이동시킬 때까지 플런저(36)를 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 코일 권선(40b)은 접점(46, 48)이 맞물릴 때에 또는 제1 플런저(34)의 이동으로부터 생기는 다른 신호 시에 활성화될 수 있다. 활성화 시에, 제2 코일 권선(40b)은 시작 에피소드 중에 플런저(36)를 유지 또는 "홀드인"하도록 기능할 수 있다. 더욱이, 제2 코일 권선(40b)의 활성화 중에, 솔레노이드 조립체(28)는 제1 코일 권선(40a)이 제2 코일 권선(40b)의 활성화에 의해 실질적으로 또는 완전히 비활성화되도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 코일 권선(40b)은 제1 세트의 코일 권선(40a)에 비해 더 큰 저항, 그 결과로서 더 작은 전류를 가질 수 있다. 따라서, 제2 코일 권선(40b)은 제1 코일 권선(40a)에 비해 보다 낮은 온도에서 작동할 수 있고, 그 결과 권선(40b)에 의해 출력되는 보다 작은 열 때문에 더 오랜 기간 동안 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔진(20)이 시동된 후에, 제2 코일 권선(40b)이 실질적으로 또는 완전히 비활성화될 수 있고, 플런저 복귀 편향 부재(42a)가 제1 플런저(34)를 다시 홈 위치로 이동시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 플런저(34), 보조 편향 부재(42d), 와셔(50), 코일 권선(40a, 40b) 및/또는 솔레노이드 조립체(28)의 기타 부분은 제1 플런저(34)가 인공적인 정지부에 도달할 때에 피니언(32)이 링 기어(36)에 실질적으로 인접하게 위치 결정될 수 있도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 전류는 제1 플런저(34)가 [예컨대, 제1 접점(46)을 향해 대체로 내향 방향으로] 이동되고 피니언(32)이 시프트 레버(44)를 통해 링 기어(36)에 가깝게 이동(예컨대, 축방향으로 이동)하도록 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동할 수 있다. 전술한 바와 같이, 보조 편향 부재(42d)는 제1 플런저 접점(48)이 접점(36)과 맞물리기 전에 제1 플런저(34)의 이동을 적어도 부분적으로 느리게 하거나 정지시킬 수 있다[즉, 제1 플런저(34)가 인공적인 정지점에서 정지할 수 있다]. 그 결과, 전류를 제1 코일 권선(40a)만을 통해 순환시킴으로써, 제1 플런저(34)는 인공적인 정지부로 이동하게 되지만 이 인공적인 정지부에서 거의 또는 완전히 정지하게 된다. 제1 플런저(34)는 시프트 레버(44)를 통해 피니언(32) 및 샤프트(38)에 연결되기 때문에, 홈 위치로부터 인공적인 정지부까지 제1 플런저(34)의 이동은 피니언(32)을 링 기어(36)에 실질적으로 인접한 지점으로 이동시킬 수 있지만 아직 링 기어(36)와 접촉하지는 않는다. 전술한 바와 같이, 시스템(10)은 시작 에피소드에서 전방을 향해 이동하라는 신호를 수신할 수 있고 전류는 보조 편향 부재(42d)의 편향력을 극복하도록 제2 코일 권선(40b)을 통해 유동할 수 있다. [예컨대, 제1 코일 권선(40a)에 추가하여 또는 그 대신에] 제2 코일 권선(40b)을 통전시키면 보조 편향 부재(42d)의 편향력을 극복할 수 있어, 제1 플런저(34)는 제1 접점(46)과 맞물릴 수 있고, 피니언(32)은 링 기어(36)와 맞물릴 수 있으며, 전류는 스타터 기계(12)가 엔진(20)을 시동할 수 있도록 모터(26)로 유동할 수 있다.
도 5에 도시된 그래프는 제1 및 제2 코일 권선(40)과 조합하여 보조 편향 부재(42d)를 채용하는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 코일 권선(40a)을 통전시킴으로써 생성된 힘은 보조 편향 부재(42d)를 적어도 부분적으로 압축하여 제1 플런저(34)를 인공적인 정지점으로 이동시키기에 충분하지만, 보조 편향 부재(42d)의 편향력을 극복하기에는 불충분하다. 더욱이, 일부 실시예에서, 제2 코일 권선(40b)을 활성화시키면 보조 편향 부재(42d)에 의해 생성된 편향력을 극복하여 제1 플런저 접점(48)을 제1 접점(46)과 맞물리게 할 수 있기에 충분한 힘을 초래할 수 있다. 그 결과 코일 권선(40a, 40b)이 통전될 때에 플런저 간극 크기[즉, 제1 플런저(34)의 외주와 코일 권선(40)용 지지부의 내주 간의 간극 크기]가 시간 경과에 따라 감소할 수 있다. 더욱이, 코일 권선(40a, 40b)이 통전될 때에 피니언(32)은 링 기어(36)와 또한 맞물리게 될 수 있다.
일부 실시예에서, 코일 권선(40a, 40b)은 전자 제어 유닛(16) 및 전원(14)에 연결되고 및/또는 연통될 수 있다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 전류는 코일 권선(40a, 40b)을 통해 순환하여 제1 플런저(34)를 이동시키고, 그 결과 피니언(32)을 링 기어(36)를 향해 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 권선(40a, 40b)을 통해 순환하는 전류는 전원(14; 예컨대, 배터리)에서 시작될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 전자 제어 유닛(16)은 전원(14)으로부터 코일 권선(40a, 40b) 중 하나, 일부 또는 전부에 대한 전류 유동을 제어할 수 있어, 제1 플런저(34)는 전자 제어 유닛(16)이 전류 유동에 필요한 신호를 코일 권선(40a, 40b)에 전송할 때에 이동된다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 하나 이상의 전자기 스위치(52)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 전원(14)으로부터 제1 코일 권선(40a)으로의 전류 유동을 조절하도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 제2 플런저(54)와 제3 코일 권선(56)을 포함할 수 있다. 솔레노이드 조립체(28)의 일부 실시예와 유사하게, 제3 코일 권선(56)을 통해 유동하는 전류는 제2 플런저(54)가 (예컨대, 대체로 축방향으로) 홈 위치로부터 다른 위치로 이동하게 하여 접점들 세트를 폐쇄함으로써 전류가 기계(12)의 일부 부품으로 유동하게 할 수 있다. 예컨대 일부 실시예에서, 스타터 기계(12) 회로는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 플런저 접점(60)과 맞물려 회로를 폐쇄하여 전류가 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동하게 할 수 있는 제2 접점(58)을 포함할 수 있다. 제2 플런저 접점(60)이 제2 접점(58)과 맞물릴 때에, 전류는 전원(14)으로부터 제1 코일 권선(40a)으로 직접 유동할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 솔레노이드 조립체(28)의 일부를 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 솔레노이드 조립체(28)와 실질적으로 또는 완전히 일체형일 수 있지만, 다른 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 솔레노이드 조립체(28)에 실질적으로 인접하게 스타터 기계(12) 내에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 스타터 기계(12)의 다른 부분(예컨대, 솔레노이드 조립체(28)에 대해 말단부)에 또는 스타터 기계 제어 시스템(10)에 배치될 수 있다[예컨대, 전자기 스위치(52)는 스터타 기계(12)와 별개인 시스템(10)의 요소일 수 있다].
일부 실시예에서, 센서(18) 중 하나 이상은 엔진 속도 센서(18)를 포함할 수 있다. 예컨대, 엔진 속도 센서(18)는 엔진(20), 크랭크샤프트 및/또는 링 기어(36)의 속도에 관련한 데이터를 검출하고 그 데이터를 전자 제어 유닛(16)으로 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔진 속도 센서(18)는 유선 및/또는 무선 통신 프로토콜을 통해 전자 제어 유닛(16)과 통신할 수 있다.
이전에 언급한 종래의 엔진(20) 시작 에피소드[즉, "냉간 시동(cold start)" 시작 에피소드]에 추가하여, 스타터 기계 제어 시스템(10)은 다른 시작 에피소드에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(10)은 "정지-시동(stop-start)" 시작 에피소드를 가능하게 하도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 제어 시스템(10)은 (예컨대, "냉간 시동" 시작 에피소드 중에) 엔진(20)이 이미 시동되었고 차량이 계속 활성 상태(예컨대, 작동 상태)에 있지만 엔진(20)이 일시적으로 비활성[예컨대, 엔진(20)이 실질적으로 또는 완전히 주행 중지됨]될 때에 엔진(20)을 시동할 수 있다.
더욱이, 일부 실시예에서, 정지-시동 시작 에피소드가 가능하도록 구성 및 배치되는 것에 추가하여 또는 그 대신에, 제어 시스템(10)은 "마인드(mind) 정지-시동의 변화" 시작 에피소드가 가능하도록 구성 및 배치될 수 있다. 제어 시스템(10)은 엔진(20)이 냉간 시동 시작 에피소드에 의해 이미 시동되었고 차량이 계속 활성 상태에 있으며 엔진(20)이 비활성화되었지만 계속 주행[즉, 엔진(20)이 감속함]할 때에 엔진(20)을 시동할 수 있다. 예컨대, 엔진이 비활성 신호를 수신한 후, 엔진(20)이 실질적으로 또는 완전히 주행 정지하기 전에, 유저는 링 기어(36)가 감속하지만 계속 주행(예컨대, 회전)할 때에 피니언(32)이 링 기어(36)와 맞물리도록 엔진(20)을 다시 활성화시키도록 결정할 수 있다. 링 기어(36)와 맞물린 후에, 모터(26)는 링 기어(36)와 맞물린 피니언(32)을 통해 엔진(20)을 재시동할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(10)은 종래의 "소프트 시동(soft start)" 시작 에피소드[예컨대, 모터(26)는 피니언(32)과 링 기어(36)의 맞물림 중에 적어도 부분적으로 활성화됨]를 위해 구성될 수 있다.
이하의 설명은 시작 에피소드 중에 자동차 등의 차량에 채용된 전술한 실시예들 중 일부의 예시적인 예로서 의도된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 제어 시스템(10)은 엔진(20)의 시동을 위한 다른 구조에 채용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 제어 시스템(10)은 마인드 정지-시동 에피소드의 변화 중에 엔진(20)을 시동하도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, 유저가 엔진(20)을 냉간 시동한 후에, 엔진(20)은 전자 제어 유닛(16)으로부터 신호의 수신 시에 비활성화될 수 있고[예컨대, 차량이 주행하지 않고 엔진(20)은 아이들 속도 이하이며, 차량 유저는 브레이크 페달을 특정 기간 동안 밟음으로써 엔진(20)이 비활성화되게 하는 등], 엔진(20)은 비활성화될 수 있지만 차량이 활성화된 상태를 유지할 수 있다[예컨대, 차량 시스템의 적어도 일부는 전원(14) 또는 다른 방식으로 작동될 수 있다]. 엔진(20)이 비활성화된 후, 엔진(20)이 주행을 중지하기 전의 소정 시점에서, 차량 유저는 (예컨대, 브레이크 페달을 풀고 가속 페달을 밟는 등에 의해) 전자 제어 유닛(16)에 신호를 전송함으로써 엔진(20)을 재시동하도록 선택할 수 있다. 신호를 수신한 후에, 전자 제어 유닛(16)은 엔진(20)을 재시동하도록 스타터 기계 제어 시스템(10)의 적어도 일부를 사용할 수 있다. 예컨대, 피니언(32) 및/또는 링 기어(36)에 대한 잠재적인 손상 위험을 감소하기 위하여, 피니언(32)의 속도는 스타터 기계(12)가 엔진(20)을 재시동하려고 할 때에 링 기어(36)의 속도[즉, 엔진(20)의 속도]와 실질적으로 동조될 수 있다.
일부 실시예에서, 재시동 신호를 수신한 후에, 스타터 기계 제어 시스템(10)은 엔진(20)을 재시동하도록 프로세스를 시작할 수 있다. 전자 제어 유닛(16)은 전류가 전원(14)으로부터 제1 코일 권선(40a)으로 유동하게 할 수 있다. 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 제1 스위치(62)와 제2 스위치(64)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 스위치(62)는 제3 코일 권선(56)을 통한 전류 유동을 적어도 부분적으로 조절할 수 있고, 제2 스위치(64)는 제2 코일 권선(40b)을 통한 전류 유동을 적어도 부분적으로 조절할 수 있다. 예컨대, 전자 제어 유닛(16)으로부터 엔진(20)을 재시동하라는 신호를 수신할 때에, 제1 스위치(62)가 폐쇄할 수 있고, 이는 전류가 제3 코일 권선(56)을 통해 유동하게 할 수 있다. 그 결과, 제2 플런저(54)는 홈 위치로부터 제2 플런저 접점(60)이 제2 접점(58)과 맞물려 전류가 전원(14)으로부터 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동하게(예컨대, 직접 유동하게) 할 수 있는 지점으로 이동될 수 있다. 일부 실시예에서, 전류가 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동하기 시작하면, 제1 플런저(34)는 이 제1 플런저(34)의 이동을 인공적인 정지점에서 정지시키도록 기능하는 보조 편향 부재(42d) 때문에 홈 위치로부터 인공적인 정지점으로 이동할 수 있다. 그 결과, 피니언(32)은 링 기어(36)에 실질적으로 인접한 지점(예컨대, "인접" 위치)로 이동될 수 있다.
일부 실시예에서, 피니언(32)이 인접 위치에 도달하거나 그 인접 위치에 실질적으로 인접하면, 모터(26)는 적어도 부분적으로 통전될 수 있다. 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 일부 실시예에서, 피니언(32)은 복수 개의 피니언 치형부(66)를 포함할 수 있고 링 기어(36)는 복수 개의 링 기어 치형부(68)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 피니언 치형부(66)와 링 기어 치형부(68)는 서로 맞물리도록 구성 및 배치되어 피니언(32)은 엔진(20)을 시동하도록 토크를 링 기어(36)에 전달할 수 있다. 마인드 정지-시동 시작 에피소드의 몇몇의 종래의 변화[즉, 링 기어(36)가 양의 각속도(ω)를 포함함]에 있어서, 피니언(32)과 모터(26)는 도 6에 도시된 바와 같이 링 기어(36)의 각속도에 대향하는 드래그 토크를 포함할 수 있다. 그 결과 몇몇의 종래의 시스템에서, 피니언(32)에 모든 또는 실질적으로 모든 각속도가 없을 때에 피니언(32)이 링 기어(36)와 맞물리면, 피니언(32)과 모터(26)의 드래그 토크는 피니언(32)이 링 기어(36)과 맞물릴 때에 마찰 슬라이딩과 청각적 출력을 유발할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 피니언(32)과 모터(26)의 드래그 토크와 관련된 문제들 중 적어도 일부를 감소 및/또는 제거하도록 구성될 수 있다. 예컨대 일부 실시예에서, 드래그 토크의 적어도 일부를 극복하도록 프라이밍 전류가 모터(26)로 순환될 수 있다. 예컨대 일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)은 도 4에 도시된 바와 같이 모터(26) 및 전원(14)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전자기 스위치(52)의 활성화는 전류가 제1 코일 권선(40a)을 통해 유동하게 할 수 있고, 이는 자기장을 생성하여 제1 플런저(34)를 인공적인 정지점으로 이동시킬 수 있고, 그 결과 시프트 레버(44)가 피니언(32)을 링 기어(36)에 실질적으로 인접한 위치로 이동시킬 수 있다. 더욱이, 제1 코일 권선(40a)의 활성화는 또한 드래그 토크의 적어도 일부를 감소 및/또는 제거하도록 전류가 모터(26)로 유동 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터(26)의 드래그 토크가 프라이밍 전류에 의해 실질적으로 또는 완전히 오프셋된 경우, 일부 종래의 모터(26)와 피니언(32)에서 상당한 청각적 출력 및 마찰 슬라이딩을 생성하는 속도로 링 기어(36)가 이동할 때에 피니언(32)이 링(36)과 맞물릴 수 있는데, 이는 성능을 개선시키고 (예컨대, 감소된 청각적 출력 때문에) 운전자가 더 즐거운 경험을 겪게 한다. 더욱이, 드래그 토크의 적어도 일부를 오프셋시키는 프라이밍 전류의 결과로서, 피니언(32)이 링 기어(36)에 실질적으로 인접할 때에, 피니언(32)은 프라이밍 전류가 드래그 토크의 일부 또는 전부를 오프셋시키지 않을 때에 시간에 대해 더 자유롭게 이동(예컨대, 회전)할 수 있다.
도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 코일 권선(40a)의 활성화를 통해 제공된 프라이밍 전류는 드래그 토크의 적어도 일부를 오프셋하기에 충분하지만 모터(26)가 이동되게 하기에 불충분한 크기를 포함할 수 있다. 그 결과, 피니언(32)은 이 피니언(32)이 링 기어(36)와 맞물릴 때에 밀링의 변화를 감소 또는 방지하도록 실질적으로 또는 완전히 고정 상태로 유지된다. 도 7의 그래프에 의해 나타낸 바와 같이, 모터(26)에 의해 생성된 토크(도 7의 라벨 "M")는 모터(26)에 공급된 전류에 긴밀하게 관련된다(즉, 선형 함수). 그러나 일부 모터(26)의 경우, 고정 모터(26)와 관련된 드래그 토크 때문에 0 값의 토크 출력은 0 암페어의 전류 입력과 실질적으로 또는 완전히 관련되지 않는다. 그 결과, 모터(26)는 이 모터(26)가 이동하여 토크를 생성하기 전에 드래그 토크의 적어도 일부를 오프셋시키도록 특정량의 전류를 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)의 활성화에 의해 모터(26)에 제공된[즉, 제1 코일 권선(40a)을 통과하기 전에 전원(14)으로부터 시작된] 프라이밍 전류는 드래그 토크의 적어도 일부를 극복하기에 충분하지만 모터(26)를 구동하기에 불충분한 크기로 이루어질 수 있다. 오직 일례로서, 일부 모터(26)는 모터(26)가 이동을 시작하기 전에[즉, 모터(26)가 뉴튼*미터로 측정된 바와 같이 적절한 토크의 생성을 시작하기 전에] 대략 80 암페어의 프라이밍 전류를 필요로 할 수 있다. 다른 모터(26)는 드래그 토크를 오프셋하도록 상이한 값(예컨대, 80 암페어보다 크거나 작은)의 프라이밍 전류를 필요로 할 수 있고, 이에 따라 스타터 기계 제어 시스템(10)은 상이한 크기의 프라이밍 전류를 상이한 모터(26)에 제공하도록 구성 및 배치될 수 있다[예컨대, 제어 시스템(10)은 상이한 모터(26)를 위한 상이한 구성을 포함할 수 있다].
일부 실시예에서, 스타터 기계 제어 시스템(10)은 프라이밍 전류가 모터(26)의 손상을 유발하지 않는 전류 레벨의 모터(26)에 도달하게 할 수 있도록 구성 및 배치될 수 있다. 예컨대, [예컨대, 피니언(32)과 링 기어(36)를 이동시키는] 모터(26)에 대한 상당한 드래그 토크 및/또는 인가 하중이 없이, 모터(26)는 이 모터(26)를 잠재적으로 손상 및/또는 파괴시킬 수 있는 지속적인 고속으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계 제어 시스템(10)의 일부[예컨대, 코일 권선(40)의 적어도 하나]는 전류 유동로의 저항을 증가시킴으로써 모터(26)를 통한 전류를 제한하도록 구성될 수 있는데, 이는 인가 전압[예컨대, 모터(26)에 인가된 전압]을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 적절한 프라이밍 전류를 제공하는 데에 필요한 저항은 전압, 전류 및 저항 간에 공지된 관계를 이용하여 계산될 수 있다.
이하의 계산은 오직 예시를 위한 것으로서, 가변적인 전압, 전류 및 저항을 갖는 다른 시스템에 사용되도록 채택될 수 있다. 전압, 전류 및 저항 간에 공지된 관계(즉, 전압은 전류 곱하기 저항과 동일함)를 채용함으로써, 원하는 프라이밍 전류를 제공하는 데에 필요한 저항이 계산될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 전원(14)은 12.6 볼트를 제공할 수 있고 0.006 오옴 저항을 포함할 수 있다. 더욱이, 전원(14)과 스타터 기계(12) 부분을 함께 연결시키는 케이블이 0.005 오옴 저항을 포함할 수 있고 스타터 기계(12)의 전체 회로가 0.006 오옴 저항을 포함할 수 있다. 모터(26)에 약 70 암페어의 프라이밍 전류를 제공하는 데에 필요한 저항[예컨대, 제1 코일 권선(40a)의 저항]을 계산하기 위해, 전압은 전류 곱하기 저항이라는 등식이 미지의 저항에 대해 풀이될 수 있다. 이하의 등식이 미지의 저항에 대해 풀이될 수 있는데, 12.6 볼트 = 70 암페어 × (0.005 오옴 + 0.005 오옴 + 0.006 오옴 + R미지의 저항)이고, 원하는 전류를 생성하기 위해 제1 코일 권선(40a)에 대해 0.164 오옴의 저항(즉, 상기 등식으로부터의 R미지의 저항)을 초래한다.
일부 실시예에서, 제1 코일 권선(40a)이 원하는 크기의 프라이밍 전류를 제공할 수 없다면(예컨대, 너무 크거나 작은 전류), 스타터 기계(12)는 분로(70)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 제1 코일 권선(40a)이 충분한 프라이밍 전류를 중계할 수 있는지의 여부에 관계없이 분로(70)를 포함할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 분로(70)는 제1 코어 권선(40a)으로부터 모터(26)에 연결된 와이어로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 분로(70)는 적당한 레벨의 전류와 인가 전압을 모터(26)에 제공하기에 필요한 저항을 포함하도록 구성될 수 있다. 오직 일례로서 일부 실시예에서, 분로(70)는 솔레노이드 조립체(28) 내에 배치될 수 있는 추가의 종래 코일 권선(40; 도시 생략)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 순수 기자력을 생성하기 위하여, 분로(70)는 전류를 모터(26)에 제공하는 고정된 저항의 경로를 생성하기 위하여 역전 복귀로를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 프라이밍 전류를 모터(26)로 초기에 순환시킨 후에 임의의 시점에서, 모터(26)는 제2 코일 권선(40b)의 활성화에 의해 실질적으로 또는 완전히 통전될 수 있다. 예컨대 일부 실시예에서, 전자 제어 유닛(16)은 예정된 양의 시간 후에 제2 스위치(64)가 폐쇄될 수 있고 제2 코일 권선(40b)이 통전될 수 있어 모터(26)에 최대 전력을 제공하도록 제1 플런저 접점(48)이 제1 접점(46)과 맞물릴 수 있는 위치로 제1 플런저(34)를 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 플런저(34)가 제1 접점(46)과 맞물리도록 이동함에 따라, 피니언(32)은 링 기어(36)와 맞물리도록 이동될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 제어 유닛(16)은 이 전자 제어 유닛(16)이 제1 코일 권선(40a)을 통전시킨 후에 임의의 시점 다음에 제2 코일 권선(40b)을 통전시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 코일 권선(40b), 그리고 일부 실시예에서 분로(70)를 통과한 후에, 프라이밍 전류는 드래그 토크를 감소 또는 제거하도록 모터(26)에 도달할 수 있다. 그 결과 프라이밍 전류가 모터(26)에 도달한 후에 임의의 시점(예컨대, 짧은 시간 간격 또는 긴 시간 간격)에서, 제2 스위치(64)는 전류를 제2 코일 권선(40b)을 통과시켜 엔진(20)을 시동하도록 모터(26)에 최대 전력을 제공할 수 있다. 예컨대, 스타터 기계 제어 시스템(10)이 마인드 정지-시동 재시동 신호의 변화를 수신한 후에 임의의 지점에서, 전자 제어 유닛(16)은 제1 코일 권선(40a)을 통전시켜 피니언(32)을 실질적으로 링 기어(36)에 인접하게 이동시키고 프라이밍 전류를 모터(36)에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 프라이밍 전류가 모터(26)에 도달한 후에 임의의 지점에서(예컨대, 재시동 신호를 수신한 후에 임의의 지점에서) - 링 기어(36)가 실질적으로 또는 완전히 주행을 중지하는 지점까지 그리고 그 지점을 포함 -, 전자 제어 유닛(16)은 시작 에피소드의 완료를 가능하게 하도록 제2 코일 권선(40b)을 통전시킬 수 있다.
일부 종래의 스타터 기계(12) 전기 시스템은 제1 플런저 접점(48)과 제1 접점(46)의 맞물림 전에 모터(26)에 진입하는 전류의 크기가 제1 및 제2 스위치(62, 64)의 성능에 의해 제한될 수 있다. 예컨대, 일부 스위치(62, 64)는 제한된 양의 전류(예컨대, 30 암페어)만이 스위치를 통해 순환할 수 있도록 구성될 수 있다. 그 결과 일부 종래의 회로에서, 전류가 제1 플런저 접점(48)과 제1 접점(46)에 의해 폐쇄된 회로를 통과하지 않으면, [즉, 피니언(32)이 링 기어(36)와 맞물리기 전에] 제한된 양의 전류만이 모터(26)에 도달할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 피니언(32)과 링 기어(36)의 맞물림 전에 보다 큰 크기를 갖는 전류가 모터(26)에 도달하게 할 수 있다. 제1 스위치(62)의 능력은 모터(26)로 충분한 크기의 전류를 순환시키도록 제한될 수 있지만, 제1 스위치(62)를 통과한 전류는 제2 플런저(54)를 이동시켜 제2 접점(58)과 맞물리게 하도록 [예컨대, 제3 코일 권선(56)을 통과함으로써] 전자기 스위치(52) 내에 충분한 기자력을 발생시키는 데에 충분할 수 있다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 제2 플런저 접점(60)과 제2 접점(58)을 맞물리게 함으로써, 제1 코일 권선(40a)과 전원(14) 사이의 회로는 제1 코일 권선(40a) 그리고 일부 실시예에서 분로(70)를 통과한 후에 전류가 전원(14)으로부터 모터(26)로 유동하도록 폐쇄될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자기 스위치(52)는 [예컨대, 제2 스위치(64)를 폐쇄시키는 일 없이] 피니언(32)과 링 기어(36)의 맞물림 전에 모터(26)가 주행하기 시작하게 할 수 있다. 예컨대, 종래의 구성에서 제1 스위치(62)에 의해 강요된 전류 제한은 전류를 스위치(62)의 최대 허용 전류(예컨대, 30 암페어)로 제한하지만, 본 발명의 일부 실시예에서, [예컨대, 제2 플런저 접점(60)과 제2 접점(58)을 맞물리게 함으로써] 모터(26)와 전원(14)을 제1 코일 권선(40a)을 통해 함께 직접 연결함으로써, 더 큰 양의 전류가 제1 코일 권선(40a)을 통해 모터(26)로 나아갈 수 있고, 이는 맞물림 전에 피니언(32)을 구동시키도록 모터(26)를 이동시킬 수 있다. 그 결과, 피니언(32)은 또한 피니언(32) 및/또는 링 기어(36)에 대한 잠재적인 손상 및 청각적 출력을 감소시키도록 링 기어(36)에 대한 피니언(32)의 맞물림 중에 각속도를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 제1 코일 권선(40a)을 통과한 후에 원하는 크기의 전류가 모터(26)에 도달하도록 구성 및 배치될 수 있다. 전술한 일부 실시예와 유사하게, 스타터 기계(12)의 회로는 원하는 전류를 모터(26)에 제공하는 데에 필요한 저항을 포함하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전압, 전류 및 저항 간에 공지된 관계(즉, 전압은 전류 곱하기 저항과 일치함)를 채용함으로써, 원하는 전류값을 생성하는 데에 필요한 저항이 계산될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 모터(26)에 어떠한 부하도 없이[예컨대, 피니언(32)이 링 기어(36)에 맞물리지 않음] 약 70 또는 80 암페어보다 큰 전류를 모터(26)[예컨대, 도 7에 나타낸 모터(26)]를 통해 순환시킴으로써, 모터(26)는 자유 속도(예컨대, 최대 속도)를 향해 가속을 시작할 수 있다. 따라서, 스타터 기계(12)의 회로와 전원(14)과 스타터 기계(12)를 함께 연결시키는 회로는 피니언(32)의 이동을 시작하도록 모터(26)에 원하는 크기의 전류[예컨대, 도 7에 도시된 모터(26)에 대해 80 암페어보다 큰 전류]를 전달하는 데에 필요한 저항을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 저항을 소망하는 전류 세기로 조정하는 데에 더 기여하도록 하나 이상의 분로(70)를 포함할 수 있다.
따라서, 일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 회로의 적어도 일부의 저항에 따라 상이한 능력을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, [예컨대, 제1 코일 권선(40a)을 포함하는] 전원(14)과 모터(26) 사이에 배치된 하나 이상의 와이어의 저항은 프라이밍 전류[예컨대, 모터(26)가 주행을 시작하게 하기에 불충분한 전류]가 모터(26)에 도달하여 모터(26) 및/또는 피니언(32)의 드래그 토크를 실질적으로 또는 완전히 오프셋시키도록 저항을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, [예컨대, 제1 코일 권선(40a)을 포함하는] 전원(14)과 모터(26) 사이에 배치된 하나 이상의 와이어의 저항은 전류[예컨대, 모터(26)가 주행을 시작하게 하기에 충분한 전류]가 모터(26)에 도달하여 모터(26)의 구동을 시작하고 피니언(32)과 링 기어(36)의 맞물림 전에 피니언(32)을 회전시키도록 저항을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 스타터 기계(12)는 상이한 전류 레벨이 모터(26)에 도달하게 할 수 있도록 구성 및 배치될 수 있다. 오직 일례로서, 일부 실시예에서, 분로(70)는 전자 제어 유닛(16)에 연결되고 및/또는 통신할 수 있는 스위치(예컨대, MOSFET)(도시 생략)를 포함할 수 있다. 그 결과, 전자 제어 유닛(16)이 센서(18) 중 하나 이상으로부터 수신되고 프라이밍 전류(예컨대, 더 작은 크기의 전류)가 모터(26)로 순환되어야 한다는 것을 지시하는 데이터를 처리하면, 스위치가 폐쇄될 수 있고 전류가 분로(70)를 통해 유동할 수 있어, 더 큰 저항 경로를 초래하고 더 작은 전류가 모터(26)에 도달하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 제어 유닛(16)이 센서(18) 중 하나 이상으로부터 수신되고 모터(26)가 링 기어(36)와 피니언(32)의 맞물림 전에 주행하기 시작해야 한다는 데이터를 처리하면, 스위치가 개방 상태를 유지하거나 개방될 수 있고 전류가 제1 코일 권선(40a)으로부터 모터(26)로 직접 유동할 수 있어, 더 작은 저항 경로를 초래하고 더 큰 전류가 모터(26)에 도달하여 모터(26)의 주행을 시작할 수 있다.
당업자라면, 본 발명을 특정한 실시예 및 예와 관련하여 전술하였지만, 본 발명은 반드시 그렇게 제한되지 않고, 다수의 다른 실시예, 예, 용도, 수정 그리고 실시예, 예 및 용도로부터의 일탈이 첨부된 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다는 것을 알 것이다. 본 명세서에서 인용된 각 특허 및 공보의 전체 개시는 각각의 그러한 특허 또는 공보가 본 명세서에 참고에 의해 개별적으로 포함된 것처럼 참고에 의해 포함된다. 본 발명의 다양한 특징 및 이점이 이하의 청구범위에 기재되어 있다.
10: 스타터 기계 제어 시스템 12: 전기 기계
14: 전원 16: 전자 제어 유닛
18: 센서 20: 엔진
22: 하우징 24: 기어 트레인
26: 모터 28: 솔레노이드 조립체
30: 클러치 32: 피니언
34: 제1 플런저 36: 링 기어
38: 샤프트

Claims (20)

  1. 스타터 기계 제어 시스템으로서,
    전자 제어 유닛과 통신할 수 있는 스타터 기계를 포함하고, 상기 스타터 기계는,
    플런저 복귀 편향 부재, 접점 오버트래블 편향 부재 및 보조 편향 부재를 포함하고, 적어도 제1 코일 권선과 제2 코일 권선을 더 포함하는 솔레노이드 조립체와,
    상기 제1 코일 권선에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 코일 권선을 통과하는 프라이밍 전류의 적어도 일부를 조절하도록 구성 및 배치되는 전자기 스위치와,
    피니언에 작동 가능하게 연결되고 상기 제1 코일 권선에 전기적으로 연결되는 모터
    를 더 포함하며, 상기 전자 제어 유닛은 프라이밍 전류를 전원으로부터 제1 코일 권선을 통해 모터로 순환시키도록 전자기 스위치를 폐쇄할 수 있는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프라이밍 전류는 모터를 이동시키기에 불충분한 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 조립체는 보조 편향 부재와 맞물리도록 구성 및 배치된 하나 이상의 와셔(washer)를 포함하는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 코일 권선과 제2 코일 권선에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 플런저를 더 포함하는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스타터 기계는 상기 제1 코일 권선과 모터 사이에 배치된 적어도 하나의 분로를 포함하는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스타터 기계는 전자기 스위치에 전기적으로 연결되는 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치는 전자기 스위치를 활성화시켜 프라이밍 전류가 전원으로부터 제1 코일 권선을 통해 모터로 나아가게 할 수 있도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스타터 기계는 제2 코일 권선에 전기적으로 연결되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제2 스위치는 전류가 전원으로부터 제2 코일 권선을 통해 유동하게 할 수 있도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일 권선은 제1 코일 권선을 적어도 부분적으로 둘러싸는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 마인드 정지-시동 시작 에피소드(mind stop-start starting episode)의 변화의 발생에 응답하여 프라이밍 전류를 모터로 순환시키도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  10. 스타터 기계 제어 시스템으로서,
    전자 제어 유닛과 통신할 수 있는 스타터 기계
    를 포함하고, 상기 스타터 기계는
    적어도 3개의 편향 부재, 제1 코일 권선 및 제2 코일 권선을 포함하는 솔레노이드 조립체와,
    제1 스위치, 제3 코일 권선 및 제2 플런저를 포함하고 제1 코일 권선을 통과하는 전류의 적어도 일부를 조절하도록 구성 및 배치되는 전자기 스위치, 그리고
    피니언에 작동 가능하게 연결되는 모터
    를 더 포함하며, 상기 전자 제어 유닛은 제1 스위치를 폐쇄시킴으로써 전류를 제1 코일 권선을 통해 모터로 순환시킬 수 있도록 구성 및 배치되며, 상기 전류는 피니언과 링 기어의 맞물림 전에 모터를 구동시켜 피니언을 회전시키는 데에 충분한 크기를 갖는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 편향 부재는 플런저 복귀 편향 부재, 접점 오버런 편향 부재 및 보조 편향 부재 중 적어도 하나를 포함하는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 솔레노이드 조립체는 상기 피니언을 홈 위치로부터 전류가 제1 코일 권선을 통해 순환할 때에 링 기어에 실질적으로 인접한 위치로 이동시키도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 솔레노이드 조립체는 전류가 제2 코일 권선을 통해 순환할 때에 피니언 및 링 기어와 맞물리도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 제1 코일 권선을 활성화시킨 다음에 예정된 시간 간격 후에 제2 코일 권선을 활성화시키도록 구성 및 배치될 수 있는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전자기 스위치는 제1 스위치를 작동시킴으로써 제1 코일 권선을 통과하는 전류 유동을 중지시키도록 구성 및 배치되는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제2 코일 권선은 제1 코일 권선을 적어도 부분적으로 둘러싸는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 제1 코일 권선 및 모터에 전기적으로 연결되는 분로를 더 포함하는 스타터 기계 제어 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 분로는 모터와 제1 코일 권선을 전기적으로 연결시키는 것인 스타터 기계 제어 시스템.
  19. 스타터 기계 제어 시스템의 조립 방법으로서,
    스타터 기계와 통신하는 전자 제어 유닛을 제공하는 단계와,
    상기 스타터 기계를 조립하는 조립 단계
    를 포함하고, 상기 조립 단계는,
    샤프트와 이 샤프트에 연결된 피니언 중 적어도 하나에, 제1 코일 권선, 제2 코일 권선, 플런저 복귀 편향 부재, 접점 오버런 편향 부재 및 보조 편향 부재를 더 포함하는 솔레노이드 조립체를 작동 가능하게 연결하는 단계와,
    제1 스위치, 제3 코일 권선 및 제2 플런저를 포함하고, 제1 코일 권선을 통과하는 전류의 적어도 일부를 조절하도록 구성 및 배치되는 전자기 스위치를 제공하는 단계와,
    모터가 피니언을 회전시킬 수 있도록 모터를 샤프트에 연결시키는 단계, 그리고
    상기 제1 스위치를 폐쇄함으로써 전류를 제1 코일 권선을 통해 모터로 순환시키도록 전자 제어 유닛을 구성하는 단계
    를 더 포함하고, 상기 전류는 피니언과 링 기어의 맞물림 전에 모터를 구동시켜 피니언을 회전시키는 데에 충분한 크기를 갖는 것인 스타터 기계 제어 시스템의 조립 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 스타터 기계는 제1 코일 권선과 모터 사이에 분로를 포함하는 것인 스타터 기계 제어 시스템의 조립 방법.
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