KR20140112438A - 시동기 - Google Patents

Abstract

몇몇 실시예에는 피니언 및 플런저 조립체와 일체화된 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선을 포함하는 시동기를 포함한다. 몇몇 실시예는 피니언 치형부를 포함하는 피니언에 결합된 회전축을 포함하는 출력 샤프트와, 피니언, 피니언 치형부 및 출력 샤프트를 적어도 부분적으로 원주방향으로 둘러싸는 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선을 갖는 시동기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선은 피니언, 출력 샤프트 또는 양자 모두 내에 자기장 플럭스를 제공하는 것이 가능하다. 몇몇 실시예는 출력 샤프트의 회전축에 대해 양방향으로 이동할 수 있는 피니언을 갖는 시동기를 제공한다. 다른 실시예에서, 출력 샤프트는 스플라인을 포함하고, 피니언은 스플라인 윤곽을 갖는 슬롯을 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 시동기 제어 시스템은 전자 제어 유닛과 통신하는 것이 가능한 시동기를 포함한다.

Description

시동기 {STARTER}

몇몇 전기 기계는 차량 작동에 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 차량은 사용자가 점화 스위치를 폐쇄할 때, 차량의 엔진 부품의 크랭킹(cranking)을 유도할 수 있는 시동기(starter)를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시동기는 시동기 내에 실질적으로 일체화된 솔레노이드의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 피니언은 피니언으로서 또한 작동하면서 플런저의 동작을 수행하여, 시프트 레버의 필요성을 배제한다.

몇몇 실시예는 피니언 치형부를 포함하는 피니언에 결합된 회전축을 포함하는 출력 샤프트와, 피니언, 피니언 치형부 및 출력 샤프트를 적어도 부분적으로 원주방향으로 둘러싸는 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선을 갖는 시동기를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선은 피니언, 출력 샤프트 또는 양자 모두 내에 자기장 플럭스를 제공하는 것이 가능하다. 몇몇 실시예에서, 피니언은 출력 샤프트의 회전축에 대해 양방향으로 이동할 수 있다. 몇몇 실시예는 출력 샤프트 및 피니언에 결합되고 피니언을 적어도 부분적으로 이동시키도록 구성되고 배열된 적어도 하나의 피니언 편의 부재(biasing member)를 갖는 시동기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 피니언은 피니언을 적어도 부분적으로 에워싸는 슬리브를 포함한다.

몇몇 다른 실시예에서, 시동기는 피니언을 안내하여 출력 샤프트 상의 피니언의 과이동(over-travel)을 방지하도록 구성되고 배열된 정지 구조체 및 가이드를 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 출력 샤프트는 스플라인을 포함하고, 피니언은 스플라인 윤곽을 갖는 슬롯을 포함한다. 몇몇 실시예는 나선형 스플라인 및 나선형 스플라인 윤곽을 포함하고, 또는 대안 실시예에서 직선형 스플라인 또는 직선형 윤곽을 포함한다.

몇몇 다른 실시예에서, 시동기 제어 시스템은 전자 제어 유닛과 통신하는 것이 가능한 시동기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 전자 제어 유닛은 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선 및 모터를 통한 전류 흐름을 가능하게 하도록 구성되고 배열된다. 몇몇 다른 실시예는 시동기 제어 시스템을 포함하고, 여기서 프라이밍 전류(priming current)가 마인드 정지-시작 시동 에피소드(mind stop-start starting episode)의 발생에 응답하여 모터에 결합될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계 제어 시스템의 다이어그램.
도 2a 및 도 2b는 종래의 시동기의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 종래의 솔레노이드 조립체의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언 경계부를 도시하고 있는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 단면도.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 플럭스 경로를 도시하고 있는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 단면도.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 플럭스 경로를 도시하고 있는 슬리브를 포함하는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 단면도.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 부분 단면도.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 링-기어와 인터페이스하는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 축방향 단면도.
도 9는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 피니언-정지부 간극 거리의 함수로서 피니언-플런저 솔레노이드 조립체 힘의 그래프.
대응 도면 부호는 다수의 도면 전체에 걸쳐 대응 부분을 지시한다.

본 발명의 임의의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 설명되거나 이하의 도면에 도시되어 있는 구성 요소의 배열 및 구성의 상세에 그 용례가 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행되는 것이 가능하다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 다음에 열거되는 아이템 및 이들의 등가물 뿐만 아니라 부가의 아이템을 포함하는 것으로 의도된다. 달리 지정되거나 제한되지 않으면, 용어 "장착된", "연결된", "지지된" 및 "결합된" 및 이들의 변형은 광범위하게 사용되고 직접 및 간접 장착, 연결, 지지 및 결합의 모두를 포함한다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결부 또는 결합부에 한정되는 것은 아니다.

이하의 설명은 당 기술 분야의 숙련자가 본 발명의 실시예를 구성하고 사용하는 것을 가능하게 하도록 제시된다. 예시된 실시예의 다양한 수정이 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 명백할 것이고, 본 명세서의 일반적인 원리는 본 발명의 실시예로부터 벗어나지 않고 다른 실시예 및 용례에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 도시되어 있는 실시예에 한정되도록 의도되는 것은 아니고, 본 명세서에 개시된 원리 및 특징과 일치하는 가장 광범위한 범주에 따른다. 이하의 상세한 설명은 상이한 도면의 유사한 요소가 유사한 도면 부호를 갖는 도면을 참조하여 숙독되어야 한다. 반드시 실제 축적대로 도시되어 있는 것은 아닌 도면은 선택된 실시예를 도시하고 있고, 본 발명의 실시예의 범주를 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 제공된 예가 본 발명의 실시예의 범주 내에 있는 다수의 유용한 대안예들을 갖는다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시동기(12)를 포함하는 시동기 제어 시스템(10)을 도시하고 있다. 시스템(10)은 배터리와 같은 전원(14), 전자 제어 유닛(16), 하나 이상의 센서(18), 내연기관과 같은 엔진(20), 클러치(30)(예를 들어, 오버러닝 클러치), 기어열(24) 및 피니언(32)을 또한 포함할 수 있다. 더욱이, 몇몇 실시예에서, 시동기(12)는 모터(26)로부터 피니언(32)으로 이동을 전달하도록 구성되고 배열될 수 있는 복수의 샤프트(38)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 자동차와 같은 차량은 시스템(10)을 포함할 수 있지만, 다른 차량이 시스템(10)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고정식 엔진과 같은 비이동식 장치가 시스템(10)을 포함할 수 있다.

대부분의 현대식 차량 시스템에서, 통상의 시동기(12)는 시동기 솔레노이드(28)와 결합되고, 시동기(12)와 시동기 솔레노이드(28)는 개별 모듈이다. 시동기 솔레노이드(28)(또한 시동기 릴레이라 공지되어 있음)는 점화 시스템, 시동기(12)와 전원(26)(즉, 연소 엔진) 사이의 전자기 작동식 링크이다. 시동기 솔레노이드(28)는 비교적 낮은 전류에서 점화 시스템의 활성화시에, 큰 전류(일반적으로 배터리 시스템으로부터의)를 시동기(12)에 중계하고, 시동기는 이어서 피니언(32)을 엔진(26)의 링 기어(36)와 맞물리게 한다. 대부분의 종래의 시동기(12)에서, 전류가 시동기 솔레노이드(28)를 통해 흐를 때, 이는 플런저(34)를 작동시키고, 플런저는 피니언(32)과 링 기어(36)를 맞물리게 한다.

개별 시동기 솔레노이드(28)를 포함하는 종래의 시동기 시스템이 도 2a 및 도 2b에 더 상세히 도시되어 있다. 시동기(12)는 하우징(22), 기어열(24), 브러시(brushed) 또는 브러시리스(brushless) 모터(26), 솔레노이드 조립체(28), 클러치(30)(예를 들어, 오버러닝 클러치) 및 피니언(32)을 포함할 수 있다. 신호에 응답하여(예를 들어, 점화 스위치와 같은 스위치를 폐쇄하는 사용자), 솔레노이드 밸브(28)는 제1 플런저(34)가 피니언(32)을 엔진(20)의 크랭크샤프트의 링 기어(36)와의 맞물림 위치로 이동하게 할 수 있다. 또한, 신호는 모터(26)에 유도되어 기전력을 생성할 수 있고, 이 모터는 기어열(24)을 통해 기어 링(36)과 맞물린 피니언(32)에 결합될 수 있다. 피니언(32)은 엔진(20)을 크랭킹할 수 있는 링 기어(36)를 이동시킬 수 있어, 엔진(20)의 점화를 유도한다. 몇몇 시동기(12)에서, 크러치(30)는 피니언(32) 및 모터(26)를 연결하는 샤프트(38)로부터 피니언(32)을 분리함으로써(예를 들어, 피니언(32)이 여전히 링 기어(36)와 맞물려 있으면 자유롭게 스핀할 수 있게 함) 시동기(12) 및 모터(26)로의 손상의 위험을 감소시키는 것을 보조할 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 것과 같은 종래의 시동기에서, 솔레노이드 조립체(28)는 시동기의 하우징(22)에 부착된 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다. 솔레노이드 조립체(28)는 제1 플런저(34), 코일 권선(40) 및 복수의 편의 부재(42)(예를 들어, 솔레노이드 조립체(28)의 부분을 편의하는 것이 가능한 스프링 또는 다른 구조체)를 포함할 수 있다. 시프트 레버(44)의 제1 단부가 제1 플런저(34)에 결합될 수 있고, 시프트 레버(44)의 제2 단부가 모터(26)와 피니언(32)을 함께 작동적으로 결합할 수 있는 피니언(32) 및/또는 샤프트(38)에 결합될 수 있다. 그 결과, 솔레노이드 조립체(28)에 의해 생성된 이동의 적어도 일부는 시프트 레버(44)를 경유하여 피니언(32)에 전달될 수 있어 전술된 바와 같이 기어 링(36)과 피니언(32)을 맞물리게 한다.

도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 솔레노이드 조립체(28)는 적어도 플런저-복귀 편의 부재(42a) 및 접촉 과이동 편의 부재(42b)를 포함할 수 있다. 시동기(12)가 활성화될 때(예를 들어, 점화 스위치를 폐쇄하는 사용자에 의해), 시스템(10)은 코일 권선(40)을 여자할 수 있고, 이는 제1 플런저(34)의 이동(예를 들어, 일반적으로 축방향)을 유발할 수 있다. 도 2b 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 통상의 솔레노이드 조립체(28)는 하나 초과의 코일 권선(40a, 40b)을 포함할 수 있다. 제1 코일 권선(40a)은 홈 위치(즉, 코일 권선(40) 중 임의의 하나를 통해 전류가 거의 내지 전혀 흐르지 않을 때 제1 플런저(34)에 의해 점유된 위치)로부터 인위적 정지점으로 제1 플런저(34)를 이동하도록 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일 권선(40a)을 통해 흐르는 전류는 홈 위치로부터 인위적 정지부로 제1 플런저(34)를 이동시키기에 충분한 자기장을 생성할 수 있지만, 자기장은 보조 편의 부재(42d)의 저항력을 극복하기에 불충분한 크기를 가질 수 있다. 그 결과, 제1 코일 권선(40a)의 활성화는 제1 플런저(34)를 인위적 정지부로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 코일 권선(40)을 통해 흐르는 전류는 제1 플런저(34)를 유인(draw-in)하거나 다른 방식으로 이동시킬 수 있고, 이 이동은 시프트 레버(44)를 경유하여 피니언(32)의 맞물림으로 변환될 수 있다(즉, 코일 권선(40)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장은 제1 플런저(34)가 이동하게 할 수 있음). 몇몇 시동기 솔레노이드(28)는 인위적 정지부로부터 플런저 접점(48)이 제1 접점(46)에 결합하여 회로를 폐쇄하여 전원(14)으로부터 모터(26)로 전류를 제공하는 위치로 제1 플런저(34)를 이동시키도록 구성되고 배열될 수 있는 제2 코일 권선(40b)을 또한 이용한다. 코일 권선(40a, 40b)을 통해 순환하는 전류는 전원(14)(예를 들어, 배터리)으로부터 발생할 수 있고, 전자 제어 유닛(16)은 전원(14)으로부터 코일 권선(40a, 40b) 중 하나, 일부 또는 모두로의 전류 흐름을 제어할 수 있어 전자 제어 유닛(16)이 전류가 코일 권선(40a, 40b)에 흐르게 하기 위한 필수 신호를 전송한 후에 제1 플런저(34)가 이동하게 된다.

광대한 대부분의 현대식 차량 시스템은 전술된 바와 같이, 시프트 레버(44)에 의해 기계적으로 연결된 개별 모듈로서 설계된 시동기(12) 및 시동기 솔레노이드 조립체(28)를 이용한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 조립체(28)는 시동기 조립체와 실질적으로 또는 완전히 일체일 수 있다(즉, 이들은 분리된, 별개의 모듈이 아님). 본 발명의 몇몇 실시예에서, 피니언(32)은 전술된 바와 같이 피니언(32)의 기능을 또한 수행하면서 맞물림 상태에 있는 능동 플런저이다.

본 발명의 몇몇 실시예는 일체형 솔레노이드(430)를 갖는 시동기(400)를 포함한다. 이하의 다양한 실시예에 설명되는 바와 같이, 시동기(400)는 전술된 종래의 시동기 기술로부터 상당한 유용한 개량을 표현하고, 종래의 시동기 시스템에 비한 다수의 향상을 제공한다. 몇몇 실시예의 이익은 더 공간 효율적인 디자인 및 감소된 비용을 포함한다.

전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 솔레노이드(28) 및 플런저(34)는 하나의 동일한 부분이다. 달리 말하면, 피니언(도 4의 480과 같은)은 그 자신의 결합 솔레노이드(도 4의 430과 같은)의 부분일 수 있고, 개별 솔레노이드와 시프트 기구에 대한 요구가 없다. 몇몇 실시예에서, 전체 솔레노이드(430)는 시동기(400)의 하우징(22) 내부에 안착되고, 현존하는 모터 포위체(envelope)에 매우 적은 수정을 요구한다. 피니언(480)은 출력 샤프트(도 4의 440과 같은) 상에 놓이고 출력 샤프트(440) 상의 스플라인(대안 실시예로서 도시되어 있는 490a, 490b) 및 피니언(480)의 내경 상의 정합 특징부(도시되어 있는 대안 실시예 493a, 493b)를 통해 구동된다. 몇몇 실시예에서, 노즈 하우징(415)의 저부에는 정상 정지부와 같이 기능하는 철 정지부(iron stop)(425)가 있다. 개별 코일이 여자될 때, 피니언(480)의 단부와 이 정지부(425)의 내경 영역을 연결하는 플럭스는 피니언(480)을 정지부(425)를 향해 유인하는 자력을 생성한다. 피니언(480)이 더 근접하여 유인됨에 따라, 이 자력은 부분 내의 더 낮은 공기 간극 자기 저항(reluctance) 및 더 높은 플럭스 밀도에 기인하여 증가한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 피니언(480)은 고정 정지부(425)에 절대 물리적으로 접촉하지 않아, 2개의 회전 및 고정 표면 사이의 마찰 손실을 방지한다. 피니언(480)에 대한 정지점은 리턴 스프링(450)의 중실 적층체 또는 리턴 스프링(도시 생략) 위에 끼워진 슬리브를 통해 설정될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 솔레노이드의 하우징(철 정지부, 솔레노이드, 코일 권선, 스풀, 철 코어(iron core) 및 철 가이드)은 노즈 하우징(415) 내부에 고정되는 단일편을 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 강철 슬리브(492)가 피니언(480) 주위에 추가되어 피니언 치형부(470)의 직경이 피니언(480)의 본체보다 크게 돌출할 수 있는 디자인을 수용한다.

전술된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시동기 제어 시스템(10)을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템(10)의 시동기(12)는 실질적으로 일체형 솔레노이드(430)를 갖는 신규한 시동기(400)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 시스템(10)은 "정지-시작" 시동 에피소드를 가능하게 하도록 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(10)은 엔진(20)이 이미 시동되어 있을 때(예를 들어, "냉간 시작" 시동 에피소드 중에) 엔진(20)을 시동할 수 있고, 차량은 계속 활성 상태에 있지만(예를 들어, 작동함) 엔진(20)은 일시적으로 비활성화된다(예를 들어, 엔진(20)은 실질적으로 또는 완전히 이동이 중지됨). 더욱이, 몇몇 실시예에서, 정지-시작 시동 에피소드를 가능하게 하도록 구성되고 배열되는 것에 추가하여 또는 그 대신에, 제어 시스템(10)은 "마인드 정지-시작의 변화(change of mind stop-start)"를 가능하게 하도록 구성되고 배열될 수 있다. 제어 시스템(10)은 엔진(20)이 냉간 시작 시동 에피소드에 의해 미리 시동되어 있을 때 엔진(20)을 시동할 수 있고 차량은 계속 활성 상태에 있고 엔진(20)이 비활성화되어 있지만, 계속 이동한다(즉, 엔진(20)이 감속함). 예를 들어, 엔진이 비활성화 신호를 수신한 후에 그러나 엔진(20)이 실질적으로 또는 완전히 이동을 중지하기 전에, 사용자는 엔진(20)을 재활성화하기로 결정할 수 있어 링 기어(36)가 감속함에 따라 피니언(480)이 링 기어(36)에 맞물리게 되지만 계속 이동하게 된다(예를 들어, 회전함). 링 기어(36)에 맞물린 후에, 모터(26)는 링 기어(36)와 맞물린 피니언(480)을 경유하여 엔진(20)을 재시동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 시스템(10)은 종래의 "소프트 시작(soft start)" 시동 에피소드와 같은 다른 시동 에피소드를 위해 구성될 수 있다(예를 들어, 모터(26)는 피니언(480)과 링 기어(36)의 결합 중에 적어도 부분적으로 활성화됨).

전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 제어 시스템(10)은 마인드 정지-시작 시동 에피소드(mind stop-start starting episode) 중에 엔진(20)을 시동하도록 구성되고 배열될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 엔진(20)을 냉간 시동한 후에, 엔진(20)은 전자 제어 유닛(16)으로부터의 신호의 수신시에 비활성화될 수 있고(예를 들어, 차량은 이동하지 않고, 엔진(20) 속도는 아이들 속도 이하이고, 차량 사용자는 엔진(20)에 특정 기간 동안 브레이크 페달을 밟음으로써 비활성화하도록 명령함), 엔진(20)은 비활성화될 수 있지만, 차량은 활성 상태로 유지될 수 있다(예를 들어, 차량 시스템의 적어도 일부는 전원(14)에 의해 또는 다른 방식으로 작동할 수 있음). 엔진(20)이 비활성되었지만 엔진(20)이 이동을 중지하기 전의 소정의 시점에, 차량 사용자는 전자 제어 유닛(16)에 신호화함으로써(예를 들어, 브레이크 페달을 해제하고, 가속 페달을 밟음으로써 등) 엔진을 재시동하도록 선택할 수 있다. 신호를 수신한 후에, 전자 제어 유닛(16)은 엔진(20)을 재시동하기 위해 시동기 제어 시스템(10)의 적어도 일부 부분을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피니언(480) 및/또는 링 기어(36)로의 잠재적 손상의 위험을 감소시키기 위해, 피니언(480)의 속도는 시동기(400)가 엔진(20)을 재시동하려고 시도할 때 링 기어(36)의 속도(즉, 엔진(20)의 속도)와 실질적으로 동기화될 수 있다.

전술된 바와 같이, 몇몇 실시예는 시동기(400)에 실질적으로 일체화된 솔레노이드의 구성 요소를 갖는 시동기(400)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 피니언은 플런저(34)의 작동을 수행하는 기능을 하여, 시프트 레버(44)의 요구를 배제한다. 예를 들어, 도 4는 하우징(410), 노즈 하우징(415) 내에서 솔레노이드 권선(430) 및 철 코어(420)를 실질적으로 둘러싸는 스풀(435)을 포함하고 회전축(405)을 포함하는 출력 샤프트(440) 주위에 반경방향으로 위치된 피니언-플런저 조립체(480)의 일 실시예를 도시하고 있다. 조립체(400)는 피니언(480)(그 자신의 플런저로서 기능함), 피니언 치형부(470) 및 나선형 스플라인(490a)을 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 피니언(480)은 출력 샤프트(440) 위에 놓이고 부싱(460) 및 피니언(480)(도시 생략)의 내경 상의 통상의 정합 특징부를 통해 정합된 샤프트(440) 상의 나선형 스플라인(490a)을 통해 구동된다. 몇몇 실시예에서, 출력 샤프트(440)는 편의 부재 및 리턴 스프링(450)을 더 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 출력 샤프트(440)는 부싱(460)을 경유하여 노즈 하우징(415)의 일 단부를 통해 결합된다. 몇몇 실시예에서, 피니언(480)은 나선형 스플라인(490a) 및 클러치 및 유성 기어 세트(485)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 노즈 하우징(415)은 정지 구조체(425) 및 안내 구조체(428)를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 철 정지부(425)는 노즈 하우징(415)에 실질적으로 인접하여 위치되어 노즈 하우징(415)의 노즈 단부(416)에서 피니언(480)을 위한 최종 맞접부로서 작용한다.

몇몇 실시예에서, 재시동 신호를 수신한 후의 정상 작동 중에, 시동기 제어 시스템(10)은 엔진(20)을 재시동하기 위한 프로세스를 시작할 수 있다. 전자 제어 유닛(16)은 전원(14)으로부터 하나 이상의 전자기 코일 권선에 전류가 흐를 수 있게 한다. 예를 들어, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 조립체(400)는 솔레노이드 코일 권선(430)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전자 제어 유닛(16)은 스위치(도시 생략)를 경유하여 솔레노이드 코일 권선(430)을 통한 전류 흐름을 적어도 부분적으로 조절할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선(430)은 하나 이상의 스위치(도시 생략)를 통해 전자 제어 유닛(16)에 의해 각각 개별적으로 제어 가능한 직렬 접속된 하나 이상의 솔레노이드 코일 권선을 포함할 수 있다.

몇몇 다른 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선(430)은 병렬로 접속될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선(430)을 접속하는 배선은 노즈 하우징(415) 외부로 배선 연결되어 제어된 전압 소스에 접속된다. 접속 및 연계 핀-아웃 조립체(도시 생략)는 장착 플랜지(도시 생략) 부근에 배치될 수 있고, 몇몇 다른 실시예에서 접속 및 연계 핀-아웃 조립체는 주 모터 접점(도시 생략)의 솔레노이드 영역 내로 재차 배선 연결될 수 있다.

조립체(400)의 몇몇 실시예는 저탄소강을 포함하는 하우징을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 저탄소강의 사용은 플럭스를 위한 더 낮은 가지 저항 경로를 야기한다. 따라서, 소정의 플럭스 밀도에 대해 더 적은 암페어-턴(amp-turn)이 요구된다. 저탄소강(예를 들어, 미국 철강 협회 등급 1008 또는 1010)은 더 고탄소강(예를 들어, 미국 철강 협회 등급 1040)보다 소정의 플럭스 밀도 레벨에 대해 적은 암페어-턴을 요구한다. 몇몇 실시예에서, 이 디자인 특징부는 또한 더 경질강, 따라서 훨씬 더 높은 자기 저항 경로를 포함하는 피니언을 통한 플럭스 경로를 최소화한다.

이제 도 5를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 일단 전류가 흐르기 시작하면, 전자기장 플럭스가 조립체(400) 내에 발생된다. 도 6a는 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 플럭스 경로(401)의 대략적인 표현을 포함하는 조립체(400)의 단면도를 도시하고 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 피니언(480) 및 출력 샤프트(440) 상에 작용하는 전자기장은 피니언(480) 및 출력 샤프트(440)를 축(405)에 대해 축방향으로 철 정지부(425)를 향해 이동하게 하고, 최대 이동점(도 5에 점선 윤곽선(510)으로서 도시되어 있음)이 존재한다. 도 6a에 도시되어 있는 바와 같이, 자기장 플럭스(401)는 철 코어(420), 피니언(480) 및 철 정지부(435) 및 철 가이드(428)를 통해 흐른다. 몇몇 실시예에서, 철 정지부(425)를 향한 피니언(480) 및 출력 샤프트(440)의 이동은 리턴 스프링(450)의 압축을 또한 유발한다. 몇몇 실시예에서, 정상 작동시에, 피니언(480)의 단부는 고정 철 정지부(425)에 절대 접촉하지 않도록 설계된다. 이는 피니언(480)의 단부의 회전 표면과 철 정지부(425)의 정지 표면 사이에 마찰 손실이 없는 것을 보장한다.

도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 강철 슬리브(492)가 피니언(480)에 결합되어 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 몇몇 실시예에서, 강철 슬리브(492)는 저탄소강(예를 들어, 미국 철강 협회 등급 1008 또는 등급 1010)으로 제조될 수 있다. 저탄소강의 사용은 자기 플럭스를 위한 더 낮은 자기 저항 경로를 야기한다. 몇몇 실시예에서, 강철 슬리브(492)는 원통형이고, 피니언(480) 위에 직접 위치된다. 몇몇 실시예에서, 피니언(480)은 코일(430) 내에 더 높은 전류를 요구하는 경화될 수 있는 고탄소 등급강을 필요로 한다. 몇몇 실시예에서, 강철 슬리브(492)의 사용은 피니언(480)의 이동을 유도하는 데 필요한 충분한 자기 플럭스 여자를 제공하기 위해 코일(430) 내의 전류의 감소를 용이하게 한다. 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 플럭스 경로는 피니언(480)을 통한 플럭스 경로를 또한 최소화하면서, 도 6a에 도시되어 있는 다른 구성 요소에 추가하여 강철 슬리브(492) 구성 요소를 통해 연장한다.

몇몇 실시예에서, 피니언-플런저 솔레노이드 조립체(400)의 구성 요소들(철 정지부(425), 솔레노이드 코일 권선(430), 스풀(435), 철 코어(420) 및 철 가이드(428))은 단일편으로서 조립되고 노즈 하우징(415) 내부에 위치된다. 그러나, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 피니언 치형부(470)의 직경에 기인하여, 치형부는 피니언 본체보다 크게 돌출할 수도 있다(실제 치형부 수에 의존하여)

전술된 바와 같이, 몇몇 실시예는 시동기(12) 내에 실질적으로 일체화되는 솔레노이드의 구성 요소를 갖는 시동기(12)를 포함한다. 도 4 내지 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 피니언-플런저 솔레노이드 조립체(400)는 피니언(480), 피니언 치형부(470) 및 나선형 스플라인(490a)을 포함한다. 더욱이, 몇몇 실시예는 대안적인 피니언(480) 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 피니언-플런저 솔레노이드 조립체의 부분 단면도를 도시하고 있다. 도 7a에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 피니언(480)은 나선형 스플라인 윤곽을 포함하는 슬롯(493a)을 포함할 수 있고, 출력 샤프트(440)는 슬롯(493)의 나선형 스플라인 윤곽과 적어도 부분적으로 결합하도록 구성되고 배열된 나선형 스플라인(490a)을 포함할 수 있다.

몇몇 다른 실시예에서, 대안적인 피니언(480) 및 출력 샤프트(440) 결합 아키텍처가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피니언(480)은 직선형 스플라인 윤곽을 포함하는 슬롯(493b)을 포함할 수 있고, 출력 샤프트(440)는 슬롯(493b)의 직선형 스플라인 윤곽과 적어도 부분적으로 결합하도록 구성되고 배열된 직선형 스플라인(490b)을 포함할 수 있다.

도 8은 링-기어(36)와 인터페이스하는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체(400)의 축방향 단면도를 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 노즈 하우징(415)은 링 기어(36)에 작동적으로 결합할 수 있는 피니언(480)을 에워싼다. 도시되어 있는 바와 같이, 피니언-플런저 솔레노이드 조립체(400)는 노즈 하우징(415) 내에 철 코어(420) 및 솔레노이드 코일 권선(430)을 수용하고 링 기어(36)에 대해 축방향으로 위치된다. 몇몇 실시예는 단일 솔레노이드 코일 권선(430)을 포함하는 솔레노이드를 포함할 수 있고, 반면에 다른 실시예에서 복수의 코어(즉, 복수의 철 코어(420) 및 솔레노이드 코일 권선(430) 구조체)가 사용될 수 있다. 복수의 더 소직경 솔레노이드 코일 권선을 포함하는 이들 실시예에서, 더 적은 구리 와이어가 소정의 자기 플럭스 레벨을 위해 사용될 수 있다. 도 1을 재차 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 시동기 제어 시스템(10)은 실질적으로 일체형 솔레노이드(도 4 내지 도 7b에 도시되어 있고 전술된 바와 같은)를 갖는 피니언-플런저 솔레노이드 조립체(400)를 이용하는 시동기, 배터리와 같은 전원(14), 전자 제어 유닛(16), 엔진 속도 센서와 같은 하나 이상의 센서(18) 및 내연기관과 같은 엔진(20)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진 속도 센서(18)는 엔진(20), 크랭크샤프트 및/또는 링 기어(36)의 속도에 상관하는 데이터를 검출하여 전자 제어 유닛(16)에 전송할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진 속도 센서(18)는 유선 및/또는 무선 통신 프로토콜을 경유하여 전자 제어 유닛(16)과 통신할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시동기 제어 시스템(10)이 엔진을 시동하기 위해 신호를 수신할 때, 시동기 제어 시스템(10)은 엔진(20)을 재시동하기 위한 프로세스를 시작할 수 있다. 전자 제어 유닛(16)은 전원(14)으로부터 솔레노이드 코일 권선(430)에 전류를 흐르게 할 수 있다. 일단 전류가 흐르기 시작하면, 전자기장 플럭스가 생성된다(도 6a 및 도 6b의 플럭스 경로로서 도시되어 있음). 몇몇 실시예에서, 피니언(480) 및 출력 샤프트(440) 상에 작용하는 전자기장이 피니언 및 플런저 및 출력 샤프트를 철 정지부(425)를 향해 이동시키게 함에 따라, 최대 이동의 점이 도달하여(점선 윤곽선(510)으로서 도시되어 있음) 링-기어(36)의 맞물림을 야기한다. 링 기어(36)에 맞물린 후에, 모터(26)는 출력 샤프트(440) 및 링 기어(36)와 맞물린 피니언(480)을 경유하여 엔진(20)을 재시동할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시동 이벤트의 부분 또는 완전 완료 후에(예를 들어, 엔진이 적어도 부분적으로 턴오버되고 연소가 시작함), 솔레노이드 코일 권선(430)은 적어도 부분적으로 소자될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 피니언(480)을 적소에 보유하는 힘의 감소 또는 제거(즉, 코일 권선(430)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장)는 압축된 편의 부재(450)를 팽창되게 하고 피니언(480)을 그 원래 위치로 복귀시킬 수 있게 한다. 이에 따라, 이제 압축된 편의 부재(450)에 의해 인가된 기계적 힘 하에 있는 피니언(480)은 링 기어(36)로부터 후퇴하여 노즈 하우징(415) 내의 그 원래 위치로 복귀한다(도 4 및 도 5에 피니언(480)의 실선 윤곽선으로서 도시되어 있음). 몇몇 실시예에서, 제어 시스템(10)은 종래의 "소프트 시작" 시동 에피소드와 같은 다른 시동 에피소드를 위해 구성될 수 있다(예를 들어, 모터(26)가 피니언(480) 및 링 기어(36)의 맞물림 중에 적어도 부분적으로 여기됨)

도 9는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 피니언(480) 힘 및 이동 곡선의 그래프를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 피니언(480) 상에 작용하는 축방향 힘(820)이 정지 간극 거리(810)에 대한 피니언의 함수로서 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같은 몇몇 실시예에서, 피니언이 바닥에 닿을 때(830), 피니언(480) 상에 작용하는 축방향 힘(820) 및 자기장 플럭스(840)는 최대값에 근접한다. 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 코일 권선(430)이 적어도 부분적으로 소자된 후에, 피니언(480) 상의 자력(840)이 감소하고, 피니언(480)을 적소에 보유하는 힘의 감소 또는 제거는 압축된 편의 부재(450)를 팽창될 수 있게 하여(도 9의 영역(880) 참조), 이에 의해 피니언(480)을 노즈 하우징(415) 내의 그 원래 위치로 복귀시킨다(도 9의 880과 같이).

본 발명이 특정 실시예 및 예와 관련하여 전술되었지만, 본 발명은 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니고, 수많은 다른 실시예, 예, 사용, 수정 및 실시예, 예 및 사용으로부터의 일탈이 여기에 첨부된 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 본 명세서에 인용된 각각의 특허 및 공보의 전체 개시 내용은 이러한 특허 또는 공보가 본 명세서에 참조로서 개별적으로 합체되어 있는 것처럼 참조에 의해 합체되어 있다. 본 발명의 다양한 특징 및 장점이 이하의 청구범위에 설명되어 있다.

10: 시동기 제어 시스템 12: 시동기
14: 전원 16: 전자 제어 유닛
18: 센서 20: 엔진
24: 기어열 26: 모터
28: 솔레노이드 30: 클러치
32: 피니언 34: 플런저

Claims (12)

1. 피니언 치형부를 포함하는 피니언에 결합된 출력 샤프트와,
   상기 출력 샤프트의 회전축에 대해 양방향 이동을 위해 구성되고 배열된 피니언과,
   상기 피니언, 피니언 치형부 및 출력 샤프트를 적어도 부분적으로 원주방향으로 둘러싸는 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선을 포함하고,
   상기 솔레노이드 코일 권선은 상기 피니언과 출력 샤프트 중 적어도 하나 내에 자기장 플럭스를 제공하여 양방향 피니언 이동의 적어도 일부를 유도하도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 출력 샤프트와 피니언에 결합된 적어도 하나의 피니언 편의 부재를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 피니언 편의 부재는 상기 피니언을 적어도 부분적으로 이동시키도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
3. 제1항에 있어서, 상기 출력 샤프트는 나선형 스플라인을 더 포함하고, 상기 피니언은 나선형 스플라인 윤곽을 갖는 슬롯을 포함하며,
   상기 피니언은 상기 나선형 스플라인 윤곽과 결합될 때에 상기 나선형 스플라인 상의 피니언의 양방향 이동을 가능하게 하도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
4. 제1항에 있어서, 상기 출력 샤프트는 직선형 스플라인을 더 포함하고, 상기 피니언은 직선형 스플라인 윤곽을 갖는 슬롯을 포함하며,
   상기 피니언은 상기 직선형 스플라인 윤곽과 결합될 때에 상기 직선형 스플라인 상의 피니언의 양방향 이동을 가능하게 하도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
5. 제1항에 있어서, 상기 피니언은 상기 피니언을 적어도 부분적으로 에워싸는 슬리브를 더 포함하는 것인 시동기.
6. 제5항에 있어서, 상기 슬리브는 저탄소강을 포함하는 것인 시동기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 출력 샤프트 상의 피니언의 과이동을 방지하도록 구성되고 배열된 정지 구조체를 더 포함하는 시동기.
8. 제1항에 있어서, 상기 피니언을 안내하도록 구성되고 배열된 안내 구조체를 더 포함하는 시동기.
9. 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 것이 가능한 시동기로서,
   엔진에 결합되도록 구성되고 배열된 모터와,
   클러치 및 유성 기어 세트와,
   피니언 치형부를 포함하는 피니언에 결합된 출력 샤프트와,
   상기 출력 샤프트의 회전축에 대해 양방향 이동을 위해 구성되고 배열된 피니언과,
   상기 피니언, 피니언 치형부 및 출력 샤프트를 적어도 부분적으로 원주방향으로 둘러싸는 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선을 포함하고,
   상기 솔레노이드 코일 권선은 양방향 이동의 적어도 일부를 유도하기에 충분한, 상기 피니언과 출력 샤프트 중 적어도 하나를 에워싸는 자기장 플럭스를 제공하도록 구성되고 배열되며,
   상기 전자 제어 유닛으로부터의 신호에 응답하여, 상기 피니언은 엔진의 링 기어에 맞물리도록 작동될 수 있는 것인 시동기.
10. 제9항에 있어서, 상기 출력 샤프트 및 상기 피니언에 결합된 적어도 하나의 피니언 편의 부재를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 피니언 편의 부재는 상기 피니언을 적어도 부분적으로 이동시키도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
11. 제9항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 솔레노이드 코일 권선 및 모터를 통해 전류가 흐르게 할 수 있도록 구성되고 배열되는 것인 시동기.
12. 제11항에 있어서, 프라이밍 전류가 마인드 정지-시작 시동 에피소드(mind stop-start starting episode)의 발생에 응답하여 모터에 결합될 수 있는 것인 시동기.

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