KR20140059291A - 이중 동기화된 시동 모터들 - Google Patents

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레미 테크놀러지스 엘엘씨
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Abstract

시동 모터 배치는 배터리, 제1 피니언을 포함하는 제1 시동 모터 및 제2 피니언을 포함하는 제2 시동 모터를 포함한다. 제1 시동 모터는 배터리에 직렬로 연결되고 제2 시동 모터는 제1 시동 모터에 직렬로 연결된다. 따라서, 배터리, 제1 시동 모터, 및 제2 시동 모터는 모두 직렬로 연결된다. 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어는 전류가 제1 시동 모터 및 제2 시동 모터를 통해 흐를 때 엔진 링 기어에 맞물리도록 구성된다.

Description

이중 동기화된 시동 모터들{DUAL SYNCHRONIZED STARTER MOTORS}
본 출원은 시동 모터 어셈블리들의 분야에 관한 것이고, 보다 상세하게는 두 개의 시동 모터들을 포함하는 시동 모터 어셈블리들에 관한 것이다.
시동 모터 어셈블리들은 중량 차량들 내 엔진들 같은, 차량 엔진들을 시동하기 위해 사용된다. 종래의 시동 모터 어셈블리는 대체로 전기 모터, 솔레노이드, 및 구동 메커니즘을 포함한다.
시동 모터는 사용자가 차량 상에 점화 스위치를 폐쇄하고 솔레노이드를 작동시킬 때 작동 중에 위치된다. 솔레노이드의 작동은 축방향으로 (또한 여기에서 "플런저(plunger)"로 언급되는) 솔레노이드 샤프트(solenoid shaft)를 이동시킨다. 솔레노이드 플런저의 이동은 전기적 접점들(electrical contacts)을 폐쇄시키고, 이에 의해 전기 모터에 최대 전력을 전달한다. 솔레노이드 플런저의 이동은 또한 엔진 플라이휠 기어와의 맞물림으로 구동 메커니즘의 피니언을 이동시킨다. 전기 모터는 피니언에 토크를 전달한다. 이어서, 피니언은 플라이휠이 회전하게 하고, 이에 의해 차량 엔진을 크랭킹한다(cranking).
일단 차량 엔진이 시동하면, 차량의 작업자는 점화 스위치를 개방하고, 솔레노이드 어셈블리를 작동 중지시킨다. 이러한 작동 중지(deenergization)의 결과, 플런저가 이동하게 하는 자기장은 감소하고 리턴 스프링(return spring)에 의해 극복되며, 플런저가 그것의 원래 위치로 되돌아가게 한다.
많은 시동 모터들은 차량 링 기어와 피니언의 맞물림을 수월하게 하는 특징들을 포함한다. 그러한 특징의 일 예는 "소프트-시동(soft-start)" 배치로 공지되어 있다. 소프트-시동 배치들은 일반적으로 피니언이 링 기어에 맞물리기 전에 전기 모터에 제한된 전력이 제공되게 한다. 결과적으로, 전기 모터 및 피니언은 "소프트 시동" 토크를 제공하여 피니언이 링 기어와 접합(abutment)을 분명하게 하고, 피니언 치형이 링 기어 치형과 완전히 맞물리게 할 수 있다.
소프트-시동 배치들은 일반적으로 두 개의 코일들, 즉 풀-인 코일(pull-in coil) 및 홀드-인 코일(hold-in coil)을 활용한다. 풀-인 코일과 홀드-인 코일은 모두 점화 스위치가 켜질 때 처음 작동되고, 전류가 양쪽의 코일들을 통해 흐르게 한다. 두 개의 코일들의 작동에 의해 발생된 전기장은 솔레노이드 어셈블리의 플런저가 축방향으로 이동하게 하고, 엔진 플라이휠의 링 기어와 맞물림을 향해 피니언을 이동시킨다. 피니언은 소프트-시동 배치의 전기 모터에 의해 구동되어 전기 모터는 피니언에 회전 토크를 제공한다.
소프트-시동 배치의 전기 모터는 풀-인 코일과 직렬로 된다. 그러므로, 풀-인 코일의 저항은 링 기어와 피니언 맞물림의 프로세스 동안 전기 모터를 통해 흐르는 전류를 제한한다. 오직 제한된 전류가 전기 모터를 통해 흐르므로, 전기 모터와 관련된 피니언에 의해 제공된 토크는 또한 링 기어와 피니언 맞물림의 프로세스 동안 (보통의 크랭킹 토크(cranking torque)에 대해) 제한된다. 피니언이 링 기어와 맞물림을 향해 이동함에 따라, 그것은 자유롭게 회전한다. 그러나, 일단 피니언이 링 기어와 접하게 되면, 피니언의 회전 속도는 피니언과 링 기어 사이에 마찰 저항(frictional drag)으로 제한된다. 그러므로, 피니언은 (보통의 크랭킹 속도에 비해) 비교적 느린 회전 속도에서 링 기어와 완전히 맞물려 회전한다. 이와 같이 비교적 느린 피니언의 회전 속도는 피니언이 링 기어와 보다 쉽게 맞물리게 한다.
플런저 접촉 디스크(plunger contact disc)가 전기 접점들과 맞닿는 지점에 플런저가 이동될 때, 풀-인 코일은 효과적으로 단락되고, 최대 전력이 전기 모터에 전달된다. 홀드-인 코일은 엔진 크랭킹(engine cranking) 동안 링 기어와 피니언의 맞물림을 유지하기 위해 제 위치에 플런저를 유지시킨다.
소프트-시동 배치들을 구비하는 시동 모터들은 일반적으로 차량 엔진들을 시동하는 데 매우 효율적이다. 그러나, 일부 소프트-시동 배치들이 구비하는 사소한 문제점들이 특정 상황들에서 때때로 존재한다. 문제점이 존재할 수 있는 상황은 소프트-시동 배치들을 구비하는 두 개의 시동 모터들이 단일의 엔진을 크랭킹하기 위해 사용될 때 중량(heavy-duty) 적용이다. 그러한 상황에서, 두 개의 시동 모터들은 차량 상에 24V 배터리 팩을 가로질러 전기적으로 병렬로 연결된다. 두 개의 시동 모터들의 이러한 배치는 엔진의 실질적인 시동을 위해 꽤 잘 작동한다. 그러나, 두 개의 시동 모터들은 서로 독립적으로 작동하고 동시에 최대의 크랭킹 파워(cranking power)를 항상 제공하지는 않는다. 이러한 시간 차이는 0.25초 또는 그보다 클 수 있다. 이에 의해, 제1 시동 모터가 링 기어와 완전히 맞물리고 엔진을 크랭킹하면서 제2 모터가 링 기어와 여전히 맞물리기를 시도할 때 소음에 직면될 수 있다. 따라서, 현존하는 이중 시동 모터 배치들에 대하여 감소된 소음을 제공하는 이중 시동 모터 배치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 이중 시동 모터 배치가 현존하는 이중 시동 모터 배치들보다 오직 제한된 추가적인 비용으로 실시될 수 있다면 또한 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 시동 모터 배치는 배터리, 제1 시동 모터 및 제2 시동 모터를 포함한다. 제1 시동 모터는 솔레노이드, 전기 모터, 배터리 단자 및 접지 단자를 포함한다. 제1 시동 모터의 배터리 단자는 배터리의 제1 단자에 연결된다. 제2 시동 모터는 솔레노이드, 전기 모터, 전력 단자 및 접지 단자를 포함한다. 제2 시동 모터의 배터리 단자는 제1 시동 모터의 접지 단자에 연결된다. 제2 시동 모터의 접지 단자는 배터리의 제2 단자에 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 시동 모터 배치는 배터리, 제1 시동 모터 및 제2 시동 모터를 포함하고, 모두는 직렬로 연결된다. 제1 시동 모터는 배터리에 연결되고 제1 피니언 기어를 포함한다. 제2 시동 모터는 제1 시동 모터에 연결되고 제2 피니언 기어를 포함한다. 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어는 전류가 제1 시동 모터 및 제2 시동 모터를 통해 흐를 때 엔진 링 기어에 맞물리도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 차량 엔진을 시동하는 방법은 제1 시동 모터의 제1 솔레노이드를 작동시키는 단계를 포함하고, 제1 시동 모터는 제1 피니언을 포함한다. 상기 방법은 제2 시동 모터의 제2 솔레노이드를 작동시키는 단계를 더 포함하고, 제2 시동 모터는 제2 피니언을 포함한다. 게다가, 상기 방법은 차량 엔진의 링 기어를 향해 제1 피니언을 이동시키는 단계 및 차량 엔진의 링 기어를 향해 제2 피니언을 이동시키는 단계를 포함한다. 더욱이, 상기 방법은 오직 제1 피니언과 제2 피니언 모두가 차량 엔진의 링 기어와 맞물림 계합(meshed engagement)으로 이동된다면 제1 시동 모터 또는 제2 시동 모터와 차량 엔진을 크랭킹하는 단계를 포함한다.
전술된 특징들 및 이점들뿐만 아니라 다른 것들은 다음의 상세한 설명 및 부수하는 도면들을 참조하여 통상의 기술자들에게 보다 쉽게 명백해질 것이다. 하나 또는 그 이상의 이것들 또는 다른 이로운 특징들을 제공하는 이중 시동 모터 배치를 제공하는 것이 바람직할 것이나, 여기에 개시된 지침들은 그것들이 하나 또는 그 이상의 전술된 이점들을 달성하는지에 관계 없이, 첨부된 청구항들의 범위에 포함되는 그것들의 실시예들에 미친다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 차량 엔진의 이중 시동 모터 배치를 도시한다;
도 2는 도 1의 이중 시동 모터의 하나의 시동 모터의 사시도이다;
도 3은 도 1의 이중 시동 모터 배치의 시동 모터 피니언들 및 링 기어의 회전 방향을 도시한다;
도 4는 도 1의 이중 시동 모터 배치의 회로 배치의 블록 다이어그램을 도시한다; 및
도 5는 도 1의 이중 시동 모터 배치를 위한 구성도를 도시한다.
도 1을 참조하여, 예시적인 시동 모터 배치(starter motor arrangement; 10)가 도시된다. 시동 모터 배치는 제1 시동 모터(20) 및 제2 시동 모터(30)를 포함한다. 제1 시동 모터(20)와 제2 시동 모터(30)는 차량 엔진(8)의 링 기어(ring gear; 9)에 맞물리고, 차량 엔진(8)을 크랭킹하도록 구성된다. 시동 모터들은 차량 배터리와 직렬로 전기적으로 연결된다. 이하에서 논의되는 것과 같이, 도 1-3은 시동 모터들(20 및 30)의 기계적인 배치를 도시한다. 도 4 및 5는 시동 모터들(20 및 30) 사이의 전기적 연결들을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 시동 모터(20)는 전기 모터(electric motor; 22), 구동 메커니즘(drive mechanism; 24), 피니언(pinion; 26) 및 솔레노이드 어셈블리(solenoid assembly; 28)를 포함한다. 전기 모터(22)는 구동 메커니즘(24)에 결합되고 구동 메커니즘에 토크를 전달하도록 구성된다. 구동 메커니즘(24)은 전기 모터(22)로부터 피니언(26)으로 토크를 전달하도록 구성된 연관된 디바이스들 및 많은 기어들을 포함한다. 예를 들어, 구동 메커니즘은 유성 기어 시스템(planetary gear system; 24a) 및 신축 자재의 피니언 샤프트(elescoping pinion shaft; 24b)를 포함할 수 있고, 피니언(26)은 피니언 샤프트(24b)의 단부에 제공된다. 솔레노이드 어셈블리(28)는 스풀(spool)에 권선된 코일들을 구비하는 스풀을 포함한다. 코일들은 풀-인 코일(pull-in coil) 및 홀드-인 코일(hold-in coil)을 포함한다. 따라서, 도 1에 개시된 솔레노이드 어셈블리(28)는 전기 모터(22)와 동축이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 시동 모터(20)가 솔레노이드 어셈블리(28)가 전기 모터(22)와 동축이 아니고 변속 레버(shift lever)에 의해 구동 메커니즘(24)에 결합되는 이중-축(dual-axis) 시동 모터로 제공될 수 있다는 것은 통상의 기술자들에 의해 인식될 것이다.
도 2는 하우징(housing; 21) 내에 위치된 구동 메커니즘(24) 및 솔레노이드 어셈블리(28)를 구비하는 시동 모터(20)를 도시한다. 전기 모터(22)는 하우징(21)의 일단에 결합되고 피니언(28)은 하우징(21)의 타단에 미끄러지게 위치된다. 하우징(21)은 실질적으로 시동 모터(20)의 다양한 구성요소들을 감싸고 파편으로부터 구성요소들을 보호한다. 하우징(21)은 일반적으로 캐스트 알루미늄(cast aluminum) 또는 스틸 같은, 보호용 금속 물질로 이루어진다.
도 1을 참조하여, 제2 시동 모터(30)는 제1 시동 모터(20)와 유사하거나 동일하고 전기 모터(32), 구동 메커니즘(34), 피니언(36) 및 솔레노이드 어셈블리(38)를 포함한다. 전기 모터(32)는 구동 메커니즘(34)에 결합되고 구동 메커니즘에 토크를 전달하도록 구성된다. 구동 메커니즘(34)은 전기 모터(32)로부터 피니언(36)으로 토크를 전달하도록 구성된 많은 기어들 및 연관된 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 구동 메커니즘은 유성 기어 시스템(34a) 및 신축 자재의 피니언 샤프트(34b)를 포함할 수 있고, 피니언(36)은 피니언 샤프트(34b)의 단부 상에 제공된다. 솔레노이드 어셈블리(38)는 홀드-인 코일 및 풀-인 코일을 포함하는, 스풀 주위에 권선된 코일들을 포함한다. 코일들은 피니언 샤프트(34b)를 둘러싸고, 피니언 샤프트(34b)는 솔레노이드 어셈블리(38)의 플런저로 기능한다. 따라서, 도 1의 실시예에 개시된 솔레노이드 어셈블리(38)는 전기 모터(32)와 동축이다. 다시, 시동 모터(30)가 또한 이중 축 시동 모터와 같이, 다른 형태들로 제공될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 인식될 것이다.
도 1에서 화살표(12)에 의해 가리켜진 바와 같이, 제1 시동 모터(20)의 솔레노이드 어셈블리(28)가 작동될 때, 피니언 샤프트(24b) 및 피니언(26)은 차량 엔진(8)의 엔진 링 기어(9)를 향해 축방향으로 이동한다. 동시에, 제2 시동 모터(30)의 솔레노이드 어셈블리(38)는 작동되고, 화살표(14)에 의해 가리켜진 바와 같이, 피니언 샤프트(34b) 및 피니언(36)은 엔진 링 기어(9)를 향해 축방향으로 이동한다. 피니언(26 및 36)이 링 기어(9)와 맞물림 계합(meshed engagement)으로 이동될 때, 솔레노이드 플런저는 전기 모터들(22 및 32)로 최대 전력을 전달하는 전기 접점들을 폐쇄하도록 위치된다. 전기 모터들(22, 32)은 구동 메커니즘(24, 34)을 통해 피니언들(26, 36)에 토크를 전달한다. 피니언들(22, 32)은, 그런 다음, 플라이휠(flywheel)이 회전하게 하고, 차량 엔진을 크랭킹한다. 도 3은 링 기어(9)에 대한 피니언들(22, 32)의 예시적인 배치 및 차량 엔진(10)의 크랭킹 동안 링 기어(9) 및 피니언들(22, 32)의 회전의 방향을 도시한다.
도 4 및 5는 차량 전기 시스템 내 시동 모터들(20 및 30)을 도시한다. 도 4를 특히 참조하여, 차량 전기 시스템(vehicle electrical system; 40)의 블록 다이어그램(block diagram)은 직렬 회로 내에 제1 시동 모터(20), 제2 시동 모터(30) 및 차량 배터리(42)를 구비하여 도시된다. 점퍼 케이블(jumper cable; 90)은 직렬 회로 내에서 제2 시동 모터(30)에 제1 시동 모터(20)를 전기적으로 연결한다. 개시된 실시예에서, 차량 배터리(42)는 24V 배터리이고, 제1 및 제2 시동 모터들(20 및 30)의 전기 모터들(22 및 32)은 12V 모터들이다. 직렬로 연결된 두 개의 시동 모터들(20 및 30)을 구비하여, 회로 내 케이블들 내의 비교적 낮은 저항을 고려하여, 각각의 모터를 가로지르는 유효 저항은 12V로 설계되어 폐쇄된다. 24V 배터리 및 12V 모터들이 여기에서 개시되었으나, 많은 다른 전압들 및 모터 정격들(motor ratings)이 이중 시동 모터 배치(10)에 가능하다는 것은 인식될 것이다. 예를 들어, 기관차(locomotive) 적용들에서 사용을 위한 적어도 하나의 실시예에서, 64V 배터리 및 두 개의 32V 모터들이 시동 모터 배치(10) 내에서 사용된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시동 모터들(20 및 30) 사이에 직렬 연결(series connection)에 의해, 제1 시동 모터(20)를 통하는 전류(i 1 )는 제2 시동 모터(30)를 통하는 전류(i 2 )와 동일해야 한다. 그러므로, 시동 모터들 중 하나를 통하는 전류가 제한된다면, 제2 시동 모터를 통하는 전류 또한 제한될 것이다. 특히, 솔레노이드 플런저가 최대 전류가 연관된 전기 모터에 흐르게 하는 전기 접점들이 아직 폐쇄되지 않았으므로 하나의 시동 모터(20 또는 30)가 제한된 전류로 작동한다면, 다른 시동 모터(30 또는 20)에 대한 전류는 유사하게 제한될 것이다. 따라서, 배터리(42)로부터의 최대 전력은 피니언들(26 및 36)이 모두 링 기어 안으로 적절하게 맞물리고 연관된 접점들이 폐쇄된 후에 양쪽의 전기 모터들(22 및 32)을 통해만 흐를 수 있다. 이는 시동 모터들(20 및 30)을 완전히 동기화시키고(synchronizes) 이중 시동 모터 배치들과 때때로 관련된 시간 지연(time delay) 및 소음을 제거한다.
도 5를 특히 참조하여, 시동 모터 배치(10)의 전기 구성요소의 보다 상세한 구성도가 도시된다. 시동 모터 배치(10)는 차량 배터리 또는 배터리 팩(42), 제1 시동 모터(20), 제2 시동 모터(30), 점퍼 케이블(90), 제1 자기 스위치(first magnetic switch; 50) 및 제2 자기 스위치(60)를 포함한다.
배터리(42)는 양의 단자(positive terminal; 44) 및 음의 단자(negative terminal; 46)를 포함한다. "B+" 케이블(48)은 양의 단자(44)에 결합된다. 접지 케이블(ground cable; 92)은 (또한 여기에서 "접지 단자(ground terminal)"로 언급될 수 있는) 음의 단자(46)에 결합된다. 개시된 실시예에서, 배터리는 24V 배터리이나, 다른 전압 및 정격들의 배터리들이 다른 적용들에서 사용될 수 있음은 당연하다.
제1 시동 모터(20)의 전기 구성요소들은 전기 모터(22) 및 솔레노이드 어셈블리(70)를 포함한다. 솔레노이드 어셈블리(70)는 풀-인 코일(71) 및 홀드-인 코일(72), 정지 접점들(stationary contacts; 73a 및 73b) 및 플런저(72) 상에 제공된 플런저 접점(74)을 포함한다. 풀-인 코일(71), 홀드-인 코일(72) 및 접점들(73 및 74)은 시동 모터들을 위한 솔레노이드 어셈블리들 상에 공통적으로 발견되고, 통상의 기술자들에 의해 인식될 수 있는 것과 같이 다양한 실시예들로 제공될 수 있다.
제1 시동 모터(20)는 또한 배터리 단자(76), 접지 단자(77) 및 솔레노이드 단자(78)를 포함한다. 배터리 단자(76)는 B+ 케이블(48)에 연결되고, 배터리(42)에 제1 시동 모터(20)를 결합시킨다. 시동 모터(20) 내에, 배터리 단자(76)는 제1 정지 접점(73a)에 안내한다. 솔레노이드 단자(78)는 풀-인 코일(71) 및 홀드-인 코일(72) 양쪽의 노드(node)에 안내한다. 점퍼 케이블(90)은 또한 접지 단자(77)에 연결된다. 그러나, 점퍼 케이블(90)은 배터리(42)의 음의 단자에 제1 시동 모터의 접지 단자(77)를 연결하지 않는 대신에, 이하에서 설명된 바와 같이, 제2 시동 모터(30)에 접지 단자(77)를 연결한다.
점퍼 케이블(90)은 제2 시동 모터(30)에 제1 시동 모터(20)를 연결한다. 특히, 점퍼 케이블(90)은 제1 시동 모터(20)의 접지 단자(77)와 제2 시동 모터(30)의 배터리 단자(86) 사이에 연장한다. 그러므로, 점퍼 케이블은 직렬 연결 내에서 제2 시동 모터(30)에 제1 시동 모터(20)를 연결한다. 점퍼 케이블(90)은 구리 와이어 또는 비교적 낮은 손실들을 제공하는 다양한 다른 도체들에 의해 제공될 수 있다.
제2 시동 모터(30)는 일반적으로 제1 시동 모터와 같은 단자들 및 동일한 내부 구성요소들을 포함하고, 구성요소들은 일반적으로 동일한 방식으로 배치된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 시동 모터(30)는 전기 모터(32) 및 솔레노이드 어셈블리(80)를 포함한다. 솔레노이드 어셈블리(80)는 풀-인 코일(81) 및 홀드-인 코일(82), 정지 접점들(83a 및 83b) 및 플런저(85) 상에 제공된 플런저 접점(84)를 포함한다. 제2 시동 모터(30)는 또한 배터리 단자(86), 접지 단자(87) 및 솔레노이드 단자(88)를 포함한다. 제1 시동 모터(20)의 접지 단자(77)와 달리, 제2 시동 모터(30)의 접지 단자(87)는 접지 케이블(92)에 의해 배터리(72)의 접지 단자(46)에 연결된다.
제1 자기 스위치(50)는 제1 시동 모터(20)에 연결되고 솔레노이드 어셈블리(70) 상에 풀-인 코일(71) 및 홀드-인 코일(72)에 흐르는 전류를 제어하도록 구성된다. 제1 자기 스위치(50)는 코일(52), 플런저(53), 플런저 접점(54) 및 정지 접점들(55)을 포함하는 솔레노이드 어셈블리(51)를 포함한다. 제1 자기 스위치는 또한 배터리 단자(56), 솔레노이드 단자(57), 점화 스위치 단자(58) 및 접지 단자(59)를 포함하는 네 개의 단자들을 포함한다. 자기 스위치(50)의 배터리 단자(56)는 제1 시동 모터(20)의 배터리 단자(76)에 연결된다. 자기 스위치(50)의 솔레노이드 단자(57)는 제1 시동 모터(20)의 솔레노이드 단자(78)에 연결된다. 점화 스위치 단자(ignition switch terminal; 58)는 차량 내 점화 스위치(18)에 연결된다. (또한 "고객 스위치(customer switch)" 또는 "키 스위치(key switch)"로 언급될 수 있는) 점화 스위치(18)는 통상의 기술자들에 의해 인식될 수 있는, 온(on) 및 오프(off) 위치 사이에서 점화 스위치를 이동시키는 것에 의해, 차량의 기사에 의해 제어된다. 도 5의 실시예에서, 점화 스위치(18)는 제1 자기 스위치(50) 및 제2 자기 스위치(60) 모두에 연결된, 쌍극, 단투 개폐기(double pole, single throw switch)에 의해 나타내진다. 따라서, 양쪽의 시동 모터들(20 및 30)은 이하에서 추가적으로 설명될 단일의 점화 스위치(18)에 의해 제어된다. 점화 스위치(18)가 온 위치에 이동될 때, 점화 스위치 단자(58)는 배터리(42)의 양의 단자(44)에 제공된 24V 공급원과 같은 전압 공급원에 결합된다. 제1 자기 스위치(50)의 접지 단자(59)는 배터리(42)의 접지 단자(46)가 아닌, 제1 시동 모터(20)의 접지 단자(77)에 연결된다.
제2 자기 스위치(60)는 제2 시동 모터(30)에 결합되고 솔레노이드 어셈블리(80) 상에 풀-인 코일(81) 및 홀드-인 코일(82)에 흐르는 전류를 제어하도록 구성된다. 제2 자기 스위치(60)는 일반적으로 제1 자기 스위치(50) 같은 단자들 및 동일한 내부 구성요소들을 포함하고, 구성요소들은 일반적으로 동일한 방식으로 배치된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 자기 스위치(60)는 코일(62), 플런저(63), 플런저 접점(64) 및 정지 접점들(65)을 포함하는 솔레노이드 어셈블리(61)를 포함한다. 제2 자기 스위치(60)는 또한 배터리 단자(66), 솔레노이드 단자(67), 점화 스위치 단자(68) 및 접지 단자(69)를 포함하는 네 개의 단자들을 포함한다. 제2 점화 스위치(60)의 배터리 단자(66)는 제2 시동 모터(30)의 배터리 단자(86)에 연결되고, 또한 제1 시동 모터(20)의 접지 단자(77)에 연결된다. 제2 자기 스위치(60)의 솔레노이드 단자(67)는 제2 시동 모터(30)의 솔레노이드 단자(88)에 연결된다. 점화 스위치 단자(68)는 전술된 것과 같이, 점화 스위치(18)에 연결된다. 따라서, 점화 스위치(18)가 온 위치에 이동될 때, 점화 스위치 단자(68)는 배터리(42)의 양의 단자(44)에 제공된 24V 공급원 같은, 전압 공급원에 결합된다. 제2 자기 스위치(60)의 접지 단자(69)는 제2 시동 모터(30)의 접지 단자(87)에 연결되고, 또한 배터리(42)의 접지 단자(46)에 연결된다.
이중 시동 모터 배치의 작동은 도 5를 참조하여 이제 설명된다. 차량의 기사가 온 위치로 고객 스위치(예를 들어, 점화 스위치(18))를 돌릴 때, 24V 배터리 전압은 제1 자기 스위치(50)의 점화 스위치 단자(58)와 제2 자기 스위치(60)의 점화 스위치 단자(68)에 작용된다.
배터리 전압이 점화 스위치 단자들(58 및 68)에 작용된 때, 제2 자기 스위치(60) 내 코일(62)이 접지 단자(69)를 통해 접지(ground)에 직접적으로 연결되므로 제2 자기 스위치(60)가 우선 폐쇄된다. 이에 반해, 제1 자기 스위치(50)의 접지 단자(59)는 제2 자기 스위치(60)의 배터리 단자(56)에 연결된다. 그러므로, 제1 자기 스위치(50) 내 코일(52)은 제2 자기 스위치(60)가 폐쇄되고 접지에 경로(path)를 제공할 때까지 전류를 가지지 않는다.
제2 자기 스위치(60) 내 코일(62)을 통해 흐르는 전류는 정지 접점들(65)을 향해 플런저(63)를 이동시키는 자기장을 발생시킨다. 플런저 접점(64)이 정지 접점들(65)과 맞물릴 때, 제2 자기 스위치(60)는 폐쇄되고, 접지 경로(path to ground)는 제1 자기 스위치(50)의 코일(52)을 위해 제공된다. 이는 전류가 코일(52)을 통해 흐르게 하고, 플런저(53)를 이동시키는 자기장을 발생시킨다. 플런저(53)는 플런저 접점들(54)이 정지 접점들(55)에 맞물릴 때까지 이동하여, 제1 자기 스위치(50)를 폐쇄시킨다.
제1 및 제2 자기 스위치들(50)이 모두 폐쇄된 때, 전류는 제1 및 제2 솔레노이드 어셈블리들(70, 80) 양쪽의 풀-인 코일들(71, 81) 및 홀드-인 코일들(72, 82) 양쪽을 통해 흐른다. 코일들(71, 72, 81, 82)을 통해 흐르는 전류는 플런저들(75, 85)이 정지 접점들(73, 83)을 향해 이동하게 하는 자기장을 발생시킨다. 풀-인 코일들(71, 81)을 통해 흐르는 전류는 또한 소프트 시동 전류 같이 전기 모터들(22, 32)을 통해 향해진다. 이러한 소프트 시동 전류는 일반적으로 솔레노이드 어셈블리들(70 및 80)의 풀-인 코일들(71, 81)의 저항에 의해 제어되고, 전기 모터들(22, 32)이 피니언에 제공하는 토크를 제한한다. 이 지점에서, 전기 모터들(22, 32)은 서로에 독립적으로 행동하고, 하나의 모터(22)의 일반적인 작동은 이때 다른 모터(32)에 의존하지 않고, 반대의 경우도 마찬가지이다.
플런저들(75, 85)이 피니언들(26, 36) 및 플런저 접점들(74, 84)을 이동하면서, 세 개의 가능한 결과들 중 하나는 발생할 것이다. 첫째, 양쪽의 시동 모터들(20, 30)의 피니언들(26, 36)은 거의 동기적으로 링 기어(9) 안으로 맞물릴 수 있고, 플런저 접점들(74, 84)은 거의 동기적으로(synchronous) 정지 접점들(73, 83)에 맞물린다. 둘째, 링 기어(9)와 제2 시동 모터(30)의 피니언(36)의 맞물림 및 링 기어(9)와 제1 시동 모터(20)의 피니언(26)의 맞물림 사이에, 또는 반대의 경우도 마찬가지로(즉, 피니언(26 또는 36) 중 하나가 링 기어와 우선 맞물릴 수 있다) 상당한 시간 지연이 있을 수 있다. 셋째, 하나 또는 양쪽의 시동 모터들(20, 30)은 클릭-노-크랭크(click-no-crank)("CNC") 현상을 경험할 수 있다(즉, 하나 또는 양쪽의 피니언들(26, 36)은 링 기어와 맞물리지 못한다).
양쪽의 피니언들(26, 36)이 거의 동기적인 방식으로 링 기어(9) 안으로 맞물리는 첫 번째 경우에, 플런저 접점들(74, 84)은 또한 거의 동기적인 방식으로 정지 접점들(73, 83)과 맞물린다. 플런저 접점들(74, 84)은 정지 접점들(73, 83)에 맞물릴 때, 풀-인 코일들(72, 82)은 단락되고, 최대 전력은 전기 모터들(22, 32)에 전달된다. 전기 모터들(22, 32)을 통해 흐르는 높은 전류를 구비하여, 전기 모터들(22, 32)은 링 기어(9)를 돌리고 차량 엔진(8)을 크랭킹하기에 충분한 피니언들(26, 36)에 증가된 토크를 제공한다. 일단 엔진 시동이 발생하면, 기사는 오프 위치로 점화 스위치를 돌린다. 이는 모든 솔레노이드 코일들(71, 72, 81, 82) 내 전류를 감소시키고 결국에는 제거하며, 솔레노이드 플런저들(75, 85)이 모터 접점들(73, 83)을 개방하고 원위치로 되돌리게 한다. 이는 전기 모터들(22, 32)을 통한 전류의 흐름을 정지시키고 크랭킹 프로세스를 종결시킨다.
링 기어(9)와 제1 피니언(26)의 맞물림과 링 기어(9)와 제2 피니언(36)의 맞물림 사이에 (또는 반대의 경우도 마찬가지이다) 상당한 시간 지연이 있는 둘째 경우에, 시동 모터들(20 및 30) 사이의 직렬 연결은 높은 전류가 제2 시동 모터(30)의 전기 모터(32)를 통해 흐르는 것 없이 제1 시동 모터(20)의 전기 모터(22)를 통해 흐르는 것을 방지한다. 예를 들어, 제1 피니언(26)이 링 기어(9)와 맞물리는 순간을 고려해 보면, 제2 피니언(36)은 링 기어(9)를 향해 이동하는 것을 연속하나 링 기어(9)와 아직 맞물리지 않는다. 이러한 상황에서, 플런저 접점(84)은 제2 시동 모터를 통해 최대 전류 흐름을 허용하기 위해 정지 접점들(83)에 아직 맞물리지 않는다. 시동 모터들이 직렬로 되므로, 제1 시동 모터(20)를 통해 흐르는 전류는 제2 시동 모터(30)를 통해 흐르는 전류에 제한된다(즉, 도 4에 도시된 바와 같이 i 1 = i 2 ). 그러므로, 제1 시동 모터(20)의 풀-인 코일(71)이 정지 접점들(73) 및 플런저 접점(71)의 연결에 의해 단락될 지라도, 오직 제한된 전류가 이때 전기 모터(22)에 전달되고, 제2 시동 모터를 통한 전류가 제한된 채로 있는 동안, 피니언에 대한 토크 또한 제한되고, 크랭킹은 어느 하나의 시동 모터에 발생하지 않는다. 그러나, 양쪽의 접점들(54 및 64)이 폐쇄되면, 높은 전류는 양쪽의 전기 모터들(22 및 32)을 통해 동시에 흐르고, 양쪽의 시동 모터들(20, 30)은 동기적으로 크랭킹하기 시작한다. 따라서, 이전에 설명된 바람직하지 않은 시간 지연 및 결과적인 소음이 제거된다.
다른 것과 연관된 회로도(circuitry)에 앞서 하나의 모터가 맞물리는 둘째 경우에 의해, 일반적인 12V 홀드-인 코일의 권선들은 여기에서 개시된 이중 시동 모터 배치 내에서 사용으로부터 변경될 수 있다. 이는 이러한 상황에서 다른 시동 모터의 저항이 배터리 팩 전압을 절반으로 효율적으로 줄이지 못하므로 우선 맞물린 시동 모터에 대해 작용된 전압이 보통 경험하게 되는 것보다 더 높기 때문이다. 그러나, 이는 24V보다 상당히 작다.
하나 또는 양쪽의 시동 모터들(20, 30)이 CNC 현상을 경험하는 셋째 경우에, 시동 모터 배치(10)의 전체 크랭크(overall crank)는 오직 하나의 시동 모터가 CNC 현상을 경험하는 것과 같이 행동할 것이다. 특히, 높은 전류는 어느 하나의 전기 모터(22 또는 32)에 흐르지 않을 것이며, 피니언이 링 기어를 타격할 때 "클릭(click)" 소리가 있을 것이다. 이는 이전에 기술된 것과 동일한 이유이며, 직렬 연결 배치는 제2 시동 모터를 통해 흐르는 전류의 양이 제한된 하나의 시동 모터를 통해 흐르는 전류의 양을 초래한다. 만약 제1 시동 모터(20)의 전기 모터(22)를 통해 높은 전류가 흐를 수 없다면, 높은 전류는 제2 시동 모터(30)의 전기 모터(32)를 통해 흐를 수 없다. 따라서, 높은 전류가 어느 하나의 모터 내에 흐르지 않으므로 크랭킹 소리가 나지 않는다. 이러한 경우에, 고객은 일반적으로 점화 스위치를 오프 위치로 다시 이동시킬 것이며, 온 위치로 점화 스위치를 되돌리는 것에 의해 차량 엔진을 크랭킹하기 위한 다른 시도를 하여, 전체 프로세스를 반복할 것이다.
전술된 것과 같이, 시동 모터 배치의 작동은 차량 엔진의 링 기어를 향해 제1 피니언을 이동시키면서 또한 차량 엔진의 링 기어를 향해 제2 피니언을 이동시키는 것을 수반한다. 그러나, 전술된 것으로부터 명백한 것과 같이, 제1 시동 모터 또는 제2 시동 모터 중 어느 하나를 구비한 차량 엔진의 크랭킹(cranking)은 오직 제1 피니언과 제2 피니언 모두가 차량 엔진의 링 기어와 맞물림 계합으로 이동한다면 나타난다. 다시 말해서, 하나의 제1 시동 모터로부터의 피니언이 링 기어와 맞물림 계합으로 이동될 때, 그 시동 모터는 다른 시동 모터로부터의 피니언 또한 링 기어와 맞물림 계합으로 이동될 때까지 차량 엔진을 크랭킹하지 않는다. 게다가, 하나의 시동 모터로부터의 피니언이 CNC 현상을 경험한다면, 다른 시동 모터는 차량 엔진을 크랭킹하지 못할 것이다.
이중 시동 모터 배치의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 앞선 상세한 설명은 오직 예시로만 제한하지 않으며 여기에 나타내진다. 여기에 설명된 다른 특징들 및 기능들을 포함하지 않고 획득될 수 있는 여기에 설명된 특정한 특징들 및 기능들에 대한 이점들이 있다는 것은 인식될 것이다. 게다가, 전술된 실시예들의 다양한 변형들, 변경들, 변화들 또는 개선들 및 다른 특징들 및 기능들 또는 그것의 대안들이 많은 다른 실시예들, 시스템들 또는 적용들 안에 바람직하게 결합될 수 있다. 현재 예상되지 않거나 의외의 대안들, 변경들, 변형들 또는 그 안에 개선들이 이어서 첨부된 청구항들에 의해 포함되도록 또한 의도되어 통상의 기술자들에 의해 이루어질 수 있다. 그러므로, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위는 여기에 포함된 실시예들의 설명에 제한되지 않는다.
8: 차량 엔진
9: 링 기어
10: 시동 모터 배치
20: 제1 시동 모터
22: 전기 모터
24: 구동 메커니즘
26: 피니언
28: 솔레노이드 어셈블리
30: 제2 시동 모터
32: 전기 모터
34: 구동 메커니즘
36: 피니언
38: 솔레노이드 어셈블리

Claims (20)

  1. 배터리,
    솔레노이드, 전기 모터, 배터리 단자, 접지 단자 및 축 방향으로 이동하도록 구성된 피니언 기어를 포함하는 제1 시동 모터, 상기 제1 시동 모터의 상기 배터리 단자는 상기 배터리에 연결되고, 상기 솔레노이드는 홀드-인 코일 및 풀-인 코일을 포함하고, 상기 풀-인 코일은 상기 축 방향으로 상기 피니언 기어의 이동 동안 상기 전기 모터에 대한 전류가 제한되도록 전기와 직렬로 됨; 및
    솔레노이드, 전기 모터, 배터리 단자, 접지 단자 및 축 방향으로 이동하도록 구성된 피니언 기어를 포함하는 제2 시동 모터, 상기 제2 시동 모터의 상기 배터리 단자는 상기 제1 시동 모터의 상기 접지 단자에 연결되고, 상기 솔레노이드는 홀드-인 코일 및 풀-인 코일을 포함하고, 상기 풀-인 코일은 상기 축 방향으로 상기 피니언 기어의 이동 동안 상기 전기 모터에 대한 전류가 제한되도록 상기 전기와 직렬로 됨;
    를 포함하는 시동 모터 배치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시동 모터의 배터리 단자는 제1 케이블을 구비하는 상기 배터리의 양의 단자에 연결되는 시동 모터 배치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 시동 모터의 배터리 단자는 제2 케이블을 구비하는 상기 제1 시동 모터의 상기 접지 단자에 연결되는 시동 모터 배치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 시동 모터의 상기 접지 단자는 제3 케이블을 구비하는 상기 배터리의 음의 단자에 연결되는 시동 모터 배치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 24V 배터리이고, 상기 제1 시동 모터의 전기 모터는 12V 모터이며, 상기 제2 시동 모터의 전기 모터는 12V 모터인 시동 모터 배치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시동 모터의 풀-인 코일은 상기 제1 시동 모터의 상기 피니언 기어가 축 방향으로 미리 정해진 거리를 이동하면 단락되고, 상기 제2 시동 모터의 풀-인 코일은 상기 제2 시동 모터의 상기 피니언 기어가 축 방향으로 미리 정해진 거리를 이동한 후에 또한 단락되는 시동 모터 배치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시동 모터의 솔레노이드 단자 및 상기 배터리 단자를 연결하거나 연결을 끊도록 구성된 제1 자기 스위치, 및 상기 제2 시동 모터의 솔레노이드 단자 및 상기 배터리 단자를 연결하거나 연결을 끊도록 구성된 제2 자기 스위치를 더 포함하는 시동 모터 배치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 자기 스위치 및 상기 제2 자기 스위치를 통해 흐르는 전류를 제어하도록 구성된 점화 스위치를 더 포함하는 시동 모터 배치.
  9. 배터리;
    상기 배터리에 연결된 제1 시동 모터, 상기 제1 시동 모터는 제1 피니언 기어를 구동시키도록 구성된 제1 전기 모터를 포함함; 및
    상기 제1 시동 모터에 연결된 제2 시동 모터, 상기 제2 시동 모터는 제2 피니언 기어를 구동시키도록 구성된 제2 전기 모터를 포함함;
    를 포함하고,
    상기 배터리, 상기 제1 시동 모터, 및 상기 제2 시동 모터는 직렬로 연결되고,
    상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어는 전류가 상기 제1 시동 모터 및 상기 제2 시동 모터를 통해 흐를 때 엔진 링 기어와 맞물림 계합으로 이동되도록 구성되고, 상기 제1 전기 모터 및 상기 제2 전기 모터는 상기 엔진 링 기어와 함께 상기 제2 피니언 및 상기 제1 피니언의 맞물림 계합 이후에 상기 제1 피니언과 상기 제2 피니언에 증가된 토크를 제공하도록 구성되는 시동 모터 배치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리는 양의 단자와 음의 단자를 포함하고,
    상기 제1 시동 모터는 제1 솔레노이드, 제1 배터리 단자, 및 제1 접지 단자를 더 포함하고,
    상기 제2 시동 모터는 제2 솔레노이드, 제2 배터리 단자, 및 제2 접지 단자를 더 포함하고,
    상기 제1 배터리 단자는 상기 양의 단자에 연결되고,
    상기 제1 접지 단자는 상기 제2 배터리 단자에 연결되고,
    상기 제2 접지 단자는 상기 음의 단자에 연결되는 시동 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 시동 모터는 제1 솔레노이드 단자를 더 포함하고,
    상기 제2 시동 모터는 제2 솔레노이드 단자를 더 포함하고,
    상기 시동 모터 배치는 상기 제1 배터리 단자와 상기 제1 솔레노이드 단자를 연결하거나 연결을 끊도록 구성된 제1 스위치를 더 포함하고,
    상기 시동 모터 배치는 상기 제2 배터리 단자와 상기 제2 솔레노이드 단자를 연결하거나 연결을 끊도록 구성된 제2 스위치를 더 포함하는 시동 모터 배치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 제1 자기 스위치이고 상기 제2 스위치는 제2 자기 스위치이고, 상기 제1 자기 스위치는 상기 제1 시동 모터의 상기 제1 접지 단자에 연결된 제1 코일을 포함하고, 상기 제2 자기 스위치는 상기 배터리의 상기 음의 단자에 연결된 제2 코일을 포함하는 시동 모터 배치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 자기 스위치 및 상기 제2 자기 스위치를 통해 흐르는 전류를 제어하도록 구성된 점화 스위치를 더 포함하는 시동 모터 배치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 솔레노이드 단자는 상기 제1 솔레노이드의 제1 홀드-인 코일과 제1 풀-인 코일에 연결되고,
    상기 제2 솔레노이드 단자는 상기 제2 솔레노이드의 제1 홀드-인 코일과 제2 풀-인 코일에 연결되는 시동 모터.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 엔진 링 기어는 차량 상에 제공되는 시동 모터.
  16. 제1 시동 모터의 제1 솔레노이드를 작동시키는 단계, 상기 제1 시동 모터는 제1 피니언을 포함함;
    제2 시동 모터의 제2 솔레노이드를 작동시키는 단계, 상기 제2 시동 모터는 제2 피니언을 포함함;
    차량 엔진의 링 기어를 향해 상기 제1 피니언을 이동시키는 단계;
    상기 차량 엔진의 상기 링 기어를 향해 상기 제2 피니언을 이동시키는 단계; 및
    상기 제1 피니언과 상기 제2 피니언 모두가 상기 차량 엔진의 링 기어와 맞물림 계합 안으로 이동해야만 상기 차량 엔진을 상기 제1 시동 모터 또는 상기 제2 시동 모터와 크랭킹하는 단계;
    를 포함하는 차량 엔진을 시동하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 솔레노이드를 작동시키기 전에 점화 스위치를 온 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 솔레노이드를 작동시키는 단계는 상기 제2 솔레노이드를 작동시키는 단계 전에 일어나는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 차량 엔진을 크랭킹하는 단계는 상기 제1 피니언 및 상기 제2 피니언 모두가 상기 차량의 상기 링 기어와 맞물림 계합 안으로 이동한다면 상기 제1 시동 모터와 상기 제2 시동 모터와 상기 차량 엔진을 크랭킹하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 시동 모터 및 제2 시동 모터는 직렬로 연결되는 방법.

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