KR20150130302A - 기어 변형 시스템을 구비한 교류기-스타터 어셈블리 - Google Patents

기어 변형 시스템을 구비한 교류기-스타터 어셈블리 Download PDF

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KR20150130302A
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알렉산더 크레비스톤
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레미 테크놀러지스 엘엘씨
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Abstract

내연엔진을 위한 교류-스타터 어셈블리는 크랭크축 및 크랭크축에 작동되게 연결된 구동부재를 구비한다. 교류-스타터 어셈블리는 전기기계, 트랜스미션 어셈블리 및 컨트롤러를 포함한다. 전기기계는 스테이터 및로터를 포함하고, 그것은 스테이터에 대해 회전하도록 형성된다. 트랜스미션 어셈블리는 로터에 작동되게 연결되는 제1 구동축, 구동부재에 작동되게 연결되는 제2 구동축, 및 제1 구동축과 제2 구동축에 작동되게 연결되는 기어 어셈블리를 포함한다. 제어기는 전기기계에 연결되고, 제1 기어 구성에 기어 어셈블리가 있을 때, 발전기와 같이 전기기계를 작동하도록, 제2 기어 구성에 지어 어셈블리가 있을 때, 모터와 같이 전기기계를 작동하도록 형성된다.

Description

기어 변형 시스템을 구비한 교류기-스타터 어셈블리{ALTERNATOR-STARTER ASSEMBLY HAVING GEAR REDUCTION SYSTEM}
본원은 스타터 교류 어셈블리들의 분야, 특히 제1 기어구성 및 제2 기어 구성에서 작동 가능한 스타터 교류 어셈블리에 관한 것이다.
내연엔진에 의해 동작되는 차량들은 전형적으로 스타터 어셈블리와 교류 어셈블리를 포함한다. 스타터 어셈블리는 엔진의 작동이 요구될 때, 엔진을 시동하도록 사용된다. 스타터는 전형적으로 엔진의 하부면에 결합된다. 스타터 어셈블리는 구동 메커니즘과 전기모터를 포함한다. 전기모터는 점화스위치의 폐쇄 시 배터리에 의해 전류가 흘려진다. 구동 메커니즘은 엔진의 플라이휠과 전기모터의 토크를 전달하도록 엔진의 크랭크축에 메싱하게 맞물린다. 크랭크축의 회전은 엔진시동을 야기하고, 이 시점에서 전기모터는 전원이 끊기며 구동 메커니즘은 플라이휠로부터 풀린다.
전형적인 내연엔진에 관한 교류 어셈블리는 스타터 어셈블리로부터 분리된 어셈블리 이며, 상기 배터리의 충전을 위한, 조명과 같은 차량 악세서리들의 동작을 위한 발전을 하도록 사용된다. 교류 어셈블리는 전형적으로 브라켓과 같은 또는 브라켓에 의해 엔진의 앞에 거치된다. 교류 어셈블리는 로터 및 스테이터를 포함하는 발전기와 같이 형성된 전기기계를 포함한다. 로터는 풀리들 및 적어도 하나의 순환벨트를 포함하는 벨트구동시스템에 의해 엔진 크랭크 축에 연결된다. 엔진의 작동은 벨트를 돌리고, 그 결과 로터는 회전한다. 스테이터에 관한 로터의 회전은 전기를 발생한다.
스타터 어셈블리 및 교류 어셈블리의 분리 대신에, 몇몇 차량들은 스타터 어셈블리와 교류 어셈블리의 기능을 겸비한 단일 유닛의 벨트 교류 스타터 어셈블리("BAS")를 구성한다. BAS는 전형적으로 교류기의 전형적인 위치에서 엔진의 앞에 위치된다. BAS는 적어도 하나의 순환벨트 및 풀리들을 구성하는 벨트 구동 시스템에 의하여 엔진 크랭크축에 연결된다. BAS는 로터와 스테이터를 갖는 전기기계를 포함한다. 전기기계는 발전기 또는 전기모터를 선택적으로 작동 가능하게 할 수 있다.
엔진의 시동에 따르면, BAS는 전기모터와 같이 작동되고, 토크를 발생하는 로터를 야기하는 배터리에 연결 된다. 벨트 구동시스템은 BAS로 인해 발생된 토크를 엔진 크랭크축으로, 크랭크축을 회전하고 엔진을 시동하도록 전달한다.
엔진의 시동 후에, BAS는 발전기/교류기와 같이 작동된다. 발전기와 같이 형성될 때, 벨트 구동 시스템은 엔진 크랭크축에 의해 발생된 토크를 로터로 전달하고, 이는 로터가 스테이터에 대해 회전하게 하고 전기 발전을 야기한다. 발전은 배터리의 충전 및 조명과 같은 차량 악세서리들의 동작에 사용된다.
BAS와 엔진이 시동될 때, 전기기계는 높은 토크/낮은 각속도의 부하에 적용을 받지만; 그러나 BAS가 발전기와 같이 작동될 때, 전기기계는 낮은 토크/높은 각속도의 부하에 적용을 받는다. BAS가 두 상황에 모두 효과적으로 작동할 수 있도록, 전기기계는 전형적인 교류기의 전기기계가 전기모터와 같이 작동될 때 충분히 강하지 않기 때문에, 전형적으로 전형적인 교류기의 전기기계보다 크고 더 강하게 제조된다. 더 크고 더 강한 전기기계를 가진 결과, 전형적인 BAS는 전형적인 교류기 어셈블리보다 제작이 더 비싸다. 따라서, BAS의 제작비용을 줄이는 것은 요구될 것이다.
본원의 실시예에 따르면, 교류 스타터 어셈블리는 크랭크 축을 포함한 내연엔진 및 크랭크축과 작동되게 연결된 구동부재에 관한 것이다. 교류 스타터 어셈블리는 전기기계, 트랜스미션 어셈블리, 제어기를 포함한다. 전기기계는 스테이터 및 로터를 포함한다. 로터는 스테이터에 대해 회전하도록 형성된다. 트랜스미션 어셈블리는 (i)로터에 작동되게 연결된 제1 구동축, (ii)구동부재에 작동되게 연결된 제2 구동축, 및 (iii) 작동되게 연결되는 제1 구동축 및 제2 구동축을 포함한다. 기어 어셈블리는 제1 기어 구성 및 제2 기어 구성에서 형성 가능하다. 제어기는 제1 기어 구성에 기어 어셈블리가 있을 때, 전기기계를 발전기로서 작동시키고 제2 기어 구성에 기어 어셈블리가 있을 때, 전기기계를 모터로서 작동시키도록 형성된 전기기계와 작동되게 연결된다.
본원의 다른 실시예에 따르면, 교류 스타터 어셈블리는 크랭크 축을 포함한 내연엔진 및 크랭크축과 작동되게 연결된 엔진 구동부재에 관한 것이다. 교류 스타터 어셈블리는 전기기계, 복수의 기어 어셈블리, 중심축, 제1 차동, 제2 차동 및 클러치 어셈블리를 포함한다. 복수의 기어 어셈블리는 링기어, 복수의 유성기어들 및 개구를 정의하는 선기어를 포함한다. 중심축은 개구을 통해서 연장된다. 제1 차동기어 어셈블리는 선기어, 중심축 및 복수의 유성기어들과 작동되게 연결된다. 제2 차동기어 어셈블리는 복수의 유성기어들, 중심축 및 엔진 구동부재와 작동되게 연결된다. 클러치 어셈블리는 선기어 및 제2 차동기어 어셈블리와 작동되게 연결된다. 클러치 어셈블리는 스타터 모드와 교류모드에서 형성 가능하다.
본원의 또 다른 실시예를 따라, 크랭크 및 크랭크축과 작동되게 연결된 엔진 구동 부재를 포함하는 내연엔진에 대한 스타터 교류 어셈블리의 작동 방법 및 크랭크 축과 작동되게 연결된 엔진구동부재는 스타터 교류 어셈블리의 전기기계와 함께 제1 기어구성 및 회전하는 엔진 구동 부재에서 스타터 교류 어셈블리의 전달기어 형상을 포함한다. 상기 방법은 엔진구동부재와 제2 기어구성 및 전기기계의 회전하는 로터에서 형성된 트랜스미션 어셈블리를 더 포함한다. 트랜스미션 어셈블리는 전기기계 및 엔진구동부재 사이에 위치되어 있다.
본 명세서에 포함되어 있음.
상기 기술된 특징들과 이점들뿐만 아니라 다른 것들은 이곳에 상세한 설명과 첨부된 도면에 따르는 레퍼런스를 통해, 동업자에게 더 쉽고 명백히 할 것이다.
도 1은 이곳에서 기술된 내연엔진에 연결된 교류 스타터 어셈블리의 블록 다이어그램을 도시한다.
도3은 스타터 모드에서 형성된 교류 스타터 어셈블리의 클러치 어셈블리와 도1의 교류 스타터 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도4는 교류 모드에서 형성된 교류 스타터 어셈블리의 클러치 어셈블리와 도1의 교류 스타터 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도5는 도1의 교류 스타터 어셈블리의 작동방법의 플로어차트를 기술한다.
본원의 원리의 이해를 촉진하는 목적을 위해, 레퍼런스는 도면에 도시되고, 따라 작성된 명세서에 기술된 실시예들을 지금 설명한다. 이는 본원에 의도되지 않은 범위에 한정되지 않도록 이해된다. 나아가 이는 본원의 어떠한 개정들, 도시된 일 실시예들의 변경 및 나아가 동업자에게 일반적으로 발생할 수 있는 본원에 속하는 본원의 원리의 적용들을 포함한다.
도1에 도시된 바와 같이, 교류 스타터 어셈블리(alternator-starter assembly), 소위 벨트 교류기 스타터(belt alternator starter, BAS, 100)는 내연엔진(internal combustion engine, 104)에 관한 것이다. 내연엔진(104)은 크랭크축(crankshaft, 108) 및 풀리(pulley, 112)를 포함한다. 풀리(112)는 크랭크축(108)과 함께 회전하기 위한 크랭크축(108)에 연결된다. 여기서 이용된 연결(connected), 작동되게 연결(operatively connected), 결합(coupled), 작동되게 결합(operatively coupled) 등은, 두 가지 혹은 더 많은 요소들을 직접 또는 간접적으로 이을 수 있다. 따라서, 풀리(112)는 크랭크축(108) 또는 중간요소와 직접 접촉하거나, 요소들이 풀리와 크랭크축 사이를 중재(interposed)할 수 있다. 다른 경우에, 풀리(112)는 크랭크축(108)에 연결될 수 있다. 엔진(104)의 구동부재와 같이 지칭되는(referred to) 풀리(112)는 엔진의 작동으로 인해 풀리 및 크랭크축(108)의 회전을 초래할 수 있다. 엔진(104)은 동업자에게 알려진 하이브리드 엔진을 포함한 어떠한 엔진과 같이 제공될 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이, BAS는 하우징(housing, 116), 전기기계(electric machine, 120), 트랜스미션 어셈블리(transmission assembly, 124) 및 구동축(drive shaft, 126)을 포함한다. 하우징(116)은 전형적으로 브라켓(bracket, 도1의, 132) 또는 다른 부착부재에 의해 엔진(114)와 연결된다. 전기기계(120), 트랜스미션 어셈블리(124) 및 구동축(126)은 적어도 부분적으로 하우징(116)에 위치된다. 하우징(116)은 적어도 부분적으로 트랜스미션 어셈블리(124)의 윤활을 위한 윤활유(lubricant)를 채울 수 있다. 윤활유는 엔진(104)를 윤활 시키는데 사용된 오일일 수 있다. 하우징(116)은 알루미늄, 철, 강철 등으로 제작된다.
도3에 도시된 바와 같이, 전기기계(120)는 스테이터(stator, 136) 및 로터(rotor, 140) 를 포함한다. 스테이터(136)는 하우징(116)에 고정되게 연결될 수 있고 하우징에 대한 회전을 방지할 수 있다. 로터(140)은 스테이터(136)에 대한 회전을 위해 하우징(116)에 거치된다. 특히, 축(shaft, 144)은 로터(140)를 통해 연장되고 로터의 회전축(axis of rotation, 148)으로 정의될 수 있다. 여기서 또한 구동축으로 지칭 될 수 있는 축(144)은 베어링(bearing, 152)에 의해 하우징(116)의 일 단부에 회전 가능하게 거치될 수 있다.
도2를 다시 참조하여, 트랜스미션 어셈블리(124)는 좌측 차동 어셈블리(left differential assembly, 156), 유성기어 어셈블리(planetary gear assembly, 160), 클러치 어셈블리(clutch assembly, 170) 및 우측 차동 어셈블리(right differential assembly, 164)를 포함한다. 도3에 도시된 바와 같이 좌측 차동 어셈블리(156)은 좌측 차동기어 부재(left differential gear member, 172) 및 우측 차동기어 부재(right differential gear member, 176) 및 스파이더 어셈블리(spider assembly, 180)를 포함한다. 좌측 차동기어 부재(172)는 로터와의 회전을 위해 로터(140)의 축(144)에 고정되게 연결될 수 있다. 개시된 실시예에서, 좌측 차동 어셈블리(156)은 베벨기어 차동(bevel gear differential) 이고, 따라서, 좌측 차동기어 부재(172)는 베벨기어와 같이 도시된다. 그러나, 일반적으로 좌측 차동기어 어셈블리(156)에서 다른 차동 방식으로 제공될 수 있고 따라서 좌측 차동기어 부재(172)는 대안의 실시예에서 다른 종류의 기어가 될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다. 우측 차동기어 부재(176)는 좌측 차동기어 부재(172)와 실질적으로 동일(identical)하고 중심축(center shaft, 168)과의 회전을 위해 센터축(168)에 연결된다.
스파이더 어셈블리(180)는 케리어(184), 상부 스파이더기어 부재(upper spider gear member, 188) 및 하부 스파이더기어 부재(lower spider gear member, 192)를 포함한다. 케리어(184)는 유성기어 어셈블리(160)에 연결로 인해, 케리어는 회전축(148)에 대하여 회전 가능해진다. 상부 스파이더기어 부재(188) 및 하부 스파이더기어 부재(192)는 케리어(184)에 회전가능 하게 연결되고 회전축(148)에 구직하게 회전축에 대하여 회전하도록 형성된다. 상부 스파이더기어 부재(188)는 좌측 차동기어 부재(172) 및 우측 차동기어 부재(176)와 메싱하게 맞물리고, 하부 스파이더기어 부재(192)는 좌측 차동기어 부재(172) 및 우측 차동기어 부재(176)와 메싱하게 맞물린다. 따라서, 좌측 차동기어 부재(172) 및 우측 차동기어 부재(176)은 스파이더 어셈블리(180)에 작동되게 연결되고, 그로 인해 좌측 차동기어 부재(172)의 회전은 상부 스파이더기어 부재(188) 및 하부 스파이더기어 부재(192)의 회전을 초래한다. 상부 스파이더기어 부재(188) 및 하부스파이더기어 부재(192)는 좌측 차동기어 부재(172) 및 우측 차동기어 부재(176)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 좌측 차동 어셈블리(156)은 당업자들에게 잘 알려진 바와 같이 작동한다.
계속해서 도3을 참조하여, 유성기어 어셈블리(160)는 당업자들에 의해 인정될 수 있는 선기어(sun gear, 196), 유성기어들(planet gears, 200), 링기어(ring gear, 204)를 포함한다. 선기어(196)은 케리어(184)에 연결되고 개구(opening, 208)를 정의한다. 유성기어 어셈블리(160)는 비록 2개의 유성기어들이 도시되어있지만, 3개의 유성기어들(200)을 포함한다. 유성기어들(200)은 선기어(196)와 메싱하게 맞물린다. 링기어(204)는 하우징(116)에 고정되게 연결된다. 링기어(204)는 유성기어들(200)과 메싱하게 맞물린다.
도3에 도시된 바와 같이, 우측 차동 어셈블리(164)는 좌측 차동 어셈블리(156)와 실질적으로 동일하고, 좌측 차동기어 부재(212), 우측 차동기어 부재(216) 및 스파이더 어셈블리(220)를 포함한다. 좌측 차동기어 부재(212)는 중심축과의 회전을 위해 중심축(168)에 고정되게 연결되고, 따라서 좌측 차동기어 부재(212)는 베벨기어(bevel gear)와 같이 도시된다. 그러나, 우측 차동기어 어셈블리(164)에서 차동의 다른 방식으로 제공될 수 있고 따라서, 좌측 차동기어 부재(212)는 다른 실시예에서 다른 종류의 기어가 될 수 있다. 우측 차동기어 부재(216)은 좌측 차동기어 부재(212)와 실질적으로 동일하고, 베어링(232)에 의해 하우징(116)의 일 단부에 회전되게 거치된 구동축(126)에 고정되게 연결될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다.
스파이더 어셈블리(220)는 케리어(236), 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)를 포함한다. 케리어(236)은 유성기어들(200)에 연결됨으로 인해 케리어는 중심축에 대하여 회전하는 유성기어와 같이 중심축(148)에 대하여 회전한다. 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)는 케리어(236)에 회전되게 연결되고 회전축(148)에 수직하는 회전축에 대해 회전하기 위하여 형성된다. 상부 스파이더기어 부재(240)는 좌측 차동기어 부재(212)및 우측 차동기어 부재(216)와 메싱하게 맞물리고, 그로 인하여 좌측 차동기어 부재(212)와 우측 차동기어 부재(216)는 스파이더 어셈블리(220)에 작동되게 연결되며, 그로 인해 상부 스파이더기어 부재(240)의 회전 및 하부 스파이더기어 부재(244)는 좌측 차동기어 부재(212) 및 우측 차동기어 부재(216)의 회전을 초래한다. 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)는 좌측 차동기어 부재(212) 및 우측 차동기어 부재(216)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 우측 차동 어셈블리(164)는 당자에게 잘 알려진 바와 같이 작동한다.
트랜스미션 어셈블리(124)는 중심축(168)을 더 포함하고, 선기어(196)에 의해 정의된 개구(208)를 통해 연장된다. 중심축(168)은 베어링(248) 및 베어링(252)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 베어링(248) 및 베어링(252)는 선기어(196)의 개구(208)에 위치된다. 따라서, 중심축(168)은 선기어(196)에 대하여 회전 가능하도록 거치된다. 중심축(168)은 회전축(148)에 대하여 회전한다.
클러치 어셈블리는 교류기 부재(alternator member, 256), 스타터 부재(starter member, 260), 이동부재(movable member 264) 및 제어기(controller, 128)를 포함한다. 교류기 부재(256)는 선기어(196)에 고정되게 연결된 일반적인 원형의 디스크(circular disc)이다. 교류기 부재(256)는 중심축(168)의 연장을 통해 개구(268)을 정의한다. 교류기 부재(256)는 이동부재(264)에 맞물리도록 적당하게 높은 마찰계수(coefficient of friction)를 가지는 물질로 제작된다.
스타터 부재(260)은 좌측 차동기어 부재(212) 및 중심축(168)에 고정되게 연결되는 일반적인 원형의 디스크이다. 스타터 부재(260)은 중심축(168)의 연장을 통해 개구(270)응 정의한다. 스타터 부재는 교류기 부재(256)과 같거나 유사한 물질로 제작된다.
이동부재(264)는 교류기 부재(256) 및 스타터 부재(260)의 사이에 위치된 일반적인 원형의 디스크이다. 이동부재(264)는 중심축(168)의 연장을 통해 개구를 정의한다. 이동부재(264)는 교류기 부재(256)와 같거나 유사한 물질로 제작된다.
이동부재(264)는 교류기 부재(256)과 스타터 부재(260)에 대해 선택적으로 위치할 수 있다. 특히, 이동부재(264)는 두 반대편 위치들 사이에서 중심축(148)에 일반적으로 평행한 방향으로 이동 가능하다. 제1 위치에서 이동부재는 교류기 부재(256)에 대해 위치되고 맞물린다. 제2 위치에서 이동부재는 스타터(260)에 대해 위치되고 맞물린다. 이동부재가 교류기(256, 도4에 도시된 바와 같은)에 대해 위치될 때, 교류기 부재는 이동부재에 대한 회전을 방지하고 BAS(100)는 교류기 모드(alternator mode)에 생성된다. 이동부재(256)가 스타터 부재(260, 도3에 도시된 바와 같은)에 대해 위치될 때, 스타터 부재는 이동부재에 대한 회전을 방지하고, BAS(100)는 스타터 모드(starter mode)에 형성되며, 더 상세히 아래에 설명된다.
클러치 어셈블리(170)는 당업자에게 잘 알려진 방식 중 하나인 교류기 위치(alternator position) 및 스타터 위치(starter position)로 이동부재(264)가 이동하도록 형성된 위치어셈블리(positioning assembly, 280)를 더 포함한다. 예를 들어, 위치어셈블리(280)는 스프링 또는 이동부재의 위치에 알맞게 유지되는 다른 장치(미도시된)와 함께 위치할 수 있다.
제어기(128)은 위치어셈블리(280) 및 전기기계(120) 전기적으로(electrically) 연결된다. 제어기(128)는 스타터 신호로 지칭되는 전기신호(electric signal)를, 스타터 위치(도3)에서 교류기위치(도4)로 위치어셈블리(280)로 이동부재(264)가 이동하도록 보낸다. 제어기(128)는 교류기위치로 되돌아오게(return) 이동부재(264)를 야기하도록 전기신호를 보내는 것을 멈춘다. 이에 대응하여, 제어기(128)는 교류기 위치로 되돌아오게 이동부재를 야기하도록 위치 어셈블리에 교류기 신호를 보낼 수 있다. 클러치어셈블리(170)이 교류기 모드(도4)에서 형성될 때, 제어기(128)는 교류기/발전기와 같은 전기기계를 작동하도록 형성된다. 클러치 어셈블리가(170) 스타터(도3)모드에서 형성될 때, 제어기(128)는 모터와 같이 전기기계(120)를 작동하도록 형성된다.
도5에 도시된 바와 같이, BAS(100)은 스타터 모터(starter motor) 및 교류기와 같이 작동 할 수 있다. 블록(500) 및 블록(504)에서 시작하여, 제어기(128)는 BAS(100)가 스타터 모드에서 작동되어야 하는지를 결정한다.
블록(508)에 도시된 바와 같이, 만약 BAS(100)이 스타터 모드에서 작동된다면, 도3에 도시된 바와 같이, 트랜스미션 어셈블리(124)는 스타터 모드에서 형성된 클러치 어셈블리에 의해 제1 기어구성으로 형성될 것이다. 클러치 어셈블리(170)가 스타터 모드에 형성될 때, 제어기(128)는 스타터 부재(260)에 대해 위치되고 이동되도록 이동부재(264)를 야기하는 전기신호를 클러치 어셈블리로 보낸다. 스타터 부재(260)에 대해 이동부재(264)가 위치하는 것은, 스타터 부재, 중심축(168), 우측 차동기어 부재(176) 및 좌측 차동기어 부재(212)의 회전을 방지하고 스타터 부재와 함께 맞물도록 이동부재를 야기한다. 스타터 모드에서, 클러치 어셈블리(170)는 선기어(196), 유성기어들(200), 스파이더 어셈블리(180) 및 스파이더 어셈블리(220)의 회전을 가능하게 할 수 있다.
다음으로 블록(512)에서 도시된 제어기(128)은 모터와 같이 전기기계(120)을 작동한다. 전기기계(120)가 축(144)에서 토크를 발생시키는 모터 로터(140)와 같이 작동할 때, 이것은 축 및 스테이터(136)에 대해 회전하는 로터를 야기한다. 로터(140)의 회전은 축(144) 및 좌측 차동기어 부재(172)의 회전을 야기한다.
좌측 차동기어 부재(172)의 회전은 스파이더 어셈블리(180)의 회전을 야기한다. 특히, 상부 스파이더 부재(188) 및 하부 스파이더 부재(192)는 회전축(148)에 수직인 회전축에 대한 케리어(184)에 관해 회전한다. 또한, 케리어(184)는 회전축(148)에 대해 회전한다. 케리어(184)의 회전의 결과로, 상부 스파이더 부재(188) 및 하부 스파이더 부재(192)도 또한 회전축(148)에 대해 공전(revolve)한다. 우측 차동기어 부재(176)은 클러치 어셈블리(170)에 의한 회전으로부터 방지된다.
케리어(184)의 회전은 선기어(196) 및 교류기 부재(256)를 회전축(148)에 대해 회전하도록 야기한다. 선기어(196)의 회전은 유성기어들(200)을 회전 및 회전축(148)에 대하여 공전하도록 야기한다. 링기어(204)는 하우징(116)에 고정되게 부착되었기 때문에 회전하지 않는다.
유성기어들(200)의 공전은 우측 차동기어 어셈블리(164)로 전달된다. 특히, 유성기어들(200)의 회전은 중심축(148)에 대하여 회전하도록 케리어(236)를 야기한다. 케리어(236)이 회전할 때, 그것은 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)가 회전축(148)에 수직인 회전축에 대한 케리어에 관한 회전을 하도록 야기한다. 케리어(236)의 회전의 결과로, 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)는 또한 중심축(148)에 대해 공전한다. 유성기어 어셈블리(160)은 축(144) 및 축(126)에 작동되게 연결됨으로 인해, 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)의 이동은 우측 차동기어 및 회전축(148)에 대하여 회전하는 축(126)을 야기한다. 또한 스타터 모드에서, 트랜스미션 어셈블리(124)는 축(144) 및 차동 어셈블리(156)에서 축(126) 및 차동 어셈블리(164)로 전기기계(120)에 의해 발생된 토크을 전달하고, 근처에서 구동부재(112)의 회전을 야기한다.
도2와 도3을 다시 참조하여, 풀리(284)는 축과의 회전을 위해 축(126)과 고정되게 연결된다. 벨트(belt, 288)는 풀리(284) 및 구동부재(112)와 작동되게 연결되고, 그로 인해 풀리의 회전은 구동부재의 회전을 초래하고 구동부재의 회전은 풀리의 회전을 초래한다. 구동부재(112)의 회전은 크랭크축(108)의 회전을 야기하고, 이는 엔진(104)를 시동한다.
스타터 모드에서 축(126) 및 풀리(284)는 로터(140)의 각속도 미만으로 회전한다. 따라서, 스타터 모드에 BAS가 있을 때, 로터(140)의 1회전은 풀리(284)의 1회전 미만을 초래한다. 그러나, 풀리(284)는 유성기어 어셈블리(160)에 의해 제공된 기기계 이점의 결과로 로터를 초과하는 토크로 회전한다. 따라서, 전기기계(120)는 더 작을(덜 비쌀) 수 있고, BAS(100)는 엔진(104)가 시동하기에 출분한 토크를 발전 할 수 있다. 또한, 두 차동기어 어셈블리들(156, 164)을 통해 전달된 로터(140)의 회전 이래로, 풀리(284)는 로터와 같이 같은 방향에서 회전한다. 예를 들어, 로터(140) 및 좌측 차동기어 부재(188)이 구동방향으로 회전할 때, 풀리(284) 및 우측 차동기어 부재(216)는 또한 구동방향으로 회전한다.
도 5의 블록(504)에서 도시된 바와 같이, BAS(100)가 스타터 모드에서 작동되지 않는다면, 다음으로, 블록 516에서 제어기(128)가 BAS는 교류기 모드에서 작동되어야 하는지를 결정한다. 블록(520)에서, BAS(100)이 교류기에서 작동한다면, 컨트롤러(128)는 교류기 모드에서 형성된 클러치 어셈블리(170)에 의해 제2 기어 구성의 트랜스미션 어셈블리(124)를 형성한다. 클러치 어셈블리(170)가 교류기 모드에서 형성될 때, 제어기(128)는 도4에 도시된 바와 같이, 교류기 부재(256)에 대해 위치되고 이동하도록 이동부재(264)를 야기하는 클러치 어셈블리로 전기신호를 보낸다. 이에 대응하여, 클러치 어셈블리(170)가 교류기 모드에서 형성될 때, 제어기(128)는 클러치 어셈블리로 스타터 신호를 보내는 것을 중단한다. 교류기 부재(256)에 대해 위치하는 이동부재(264)는 교류기 부재와 교류기 부재, 선기어(196), 유성기어들(200), 케리어(184) 및 케리어(236)의 회전을 방지하도록 맞물리는 이동부재를 야기한다. 교류기 모드에서, 클러치 어셈블리(170)는 중심축의 회전을 가능하게 한다.
다음, 블록(524)에서 도시된 바와 같이, 제어기(128)는 제너레이터와 같이 전기기계(120)를 작동한다. 전기 기계(112)가 발전기와 같이 작동될 때, 풀리 및 축은 엔진(104)의 구동 부재(112)에 의해 회전된다. 축(126)의 회전은 회전하는 우측 차동기어 부재(216)를 야기한다.
우측 차동 부재(216)가 회전할 때, 그것은 상부 스파이더기어(240) 및 하부 스파이더 기어 부재(244)의 케리어(220)에 관한 회전을 야기한다. 그러나 우측 차동기어 부재(216)의 회전은 클러치 어셈블리(170)에 의한 회전으로부터 방지되기 때문에 케리어(236)의 회전축(148)에 대한 회전을 야기하지 않는다. 상부 스파이더기어 부재(240) 및 하부 스파이더기어 부재(244)가 회전할 시, 그들은 회전축(148)에 대해 회전하도록 좌측 차동기어 부재(212), 중심축(168) 및 우측 차동기어 부재(176)을 야기한다.
우측 차동기어 부재(176)의 회전은 케리어(184)에 관하여 회전하도록 상부 스파이더기어 부재(188) 및 하부 스파이더기어 부재(192)를 야기한다. 그러나, 우측 차동기어 부재(176)의 회전은 회전축(148)에 대하여 회전하는 케리어(184)의 움직임을 야기하지 않고, 그로 인해 케리어는 클러치 어셈블리(170)에 의해 회전이 방지되는 선기어(196)에 연결된다. 상부 스파이더기어 부재(188) 및 하부 스파이더기어 부재(192)가 회전 시, 그것들은 좌측 차동기어 부재(172), 축(144) 및 회전축(148)에 대하여 회전하는 로터(140)를 야기한다. 그러므로, 교류기 모드에서 트랜스미션 어셈블리(124)는 축(126) 및 우측 차동기어 어셈블리(164)에서 축(144) 및 좌측 차동기어 어셈블리(156)로 로터의 회전을 야기하도록 토크를 전달한다.
로터(140)의 스테이터(136)에 관한 회전은 교류기가 작동할 때, 전기기계 전기를 발전하도록 야기된다. BAS(100)에 의해 발전된 전기는 엔진(104)의 전기적 악세서리들의 동작 및 배터리(미도시된)의 충전하도록 및/또는 엔진과 관련된 차량(미도시된)의 전기적 악세서리들의 전력을 공급하도록 이용된다.
교류기 모드에서, 로터(140) 및 풀리(284)는 같은 각속도로 함께 회전한다. 따라서,교류기 모드에 BAS가 있을 때, 로터(140)의 1회전은 풀리(284)의 1회전을 초래한다. 또한, 풀리(284)는 이 기어의 구성에서 기계적 이점을 제공하는 것이 방지된 유성기어 어셈블리(160) 때문에, 로터의 동작과 같이 같은 크기의 토크로 함께 회전한다. 더욱이, 이후 풀리(284)에서 전해진 토크는 두 차동기어 어셈블리들(156, 164)를 통하여 전달되기 때문에 풀리(284)는 로터(140)와 같이 동일한 방향에서 회전한다. 예를 들어, 풀리가 구동방향에서 회전할 때, 로터(140)는 또한 구동방향에 관하여 회전한다. 다른 실시 실시예에서, BAS(100)은 하이브리드 차량 및 전기차량을 위해 트랙션 모터(traction motor)와 같이 형성될 수 있다. BAS(100)이 트랙션 모터일 때, 이것은 차량 이동의 구동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 휠(wheel) 및 타이어(tire) 어셈블리(미도시된)는 축(126)에 연결될 수 있고, "스타터"모드에서 BAS(100)는 차량이 구동하도록 회전하는 휠 및 타이어 어셈블리상의 토크를 분할한다. 교류기 모드가 형성될 때, BAS(100)는 차량을 제동할 수 있고, 통상적으로 지칭되는 회생 제동(regenerative braking)의 과정을 통해 배터리를 충전할 수 있다. 도면들과 상세한 설명에서 상세하게 본원이 기술되고 도시되었지만, 설명은 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 특징을 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 그 것은 단지 바람직한 실시예들이 제공된 것이며, 본원의 사상 안에서 모든 변경과 변형 및 더 나아가는 적용들은 보호 될 수 있다는 것이 이해된다.
100 : 벨트 교류기 스타터
104 : 내연엔진
108 : 크랭크축
112 : 풀리
116 : 하우징
120 : 전기기계
124 : 트랜스미션 어셈블리
126 : 구동축
128 : 제어기
132 : 브라켓
136 : 스테이터
140 : 로터
144 : 축
148 : 회전축
152 : 베어링
156 : 좌측 차동 어셈블리
160 : 유성기어 어셈블리
164 : 우측 차동 어셈블리
168 : 중심축
170 : 클러치 어셈블리
172 : 좌측 차동기어 부재
176 : 우측 차동기어 부재
180 : 스파이더 어셈블리
184 : 케리어
188 : 상부 스파이더기어 부재
192 : 하부 스파이더기어 부재
196 : 선기어
200 : 유성기어들
204 : 링기어
208 : 개구
212 : 좌측 차동기어 부재
216 : 우측 차동기어 부재
220 : 스파이더 어셈블리
236 : 케리어
240 : 상부 스파이더기어 부재
244 : 하부 스파이더기어 부재
248 : 베어링
252 : 베어링
256 : 교류기 부재
260 : 스타터 부재
264 : 이동부재
268 : 개구
270 : 개구
280 : 위치어셈블리
288 : 벨트
284 : 풀리
500 : 블록
504 : 블록
508 : 블록
512 : 블록
516 : 블록

Claims (20)

  1. 크랭크 축 및 크랭크축에 작동되게 연결된 구동부재를 구비하는 내연엔진에 연관된 교류 스타터 어셈블리에 있어서,
    스테이터 및 스테이터에 대하여 회전하도록 형성된 로터를 포함하는 전기기계;
    트랜스미션 어셈블리; 및
    전기기계에 작동되게 연결되고 기어 어셈블리가 제1 기어 구성에 있을 때 전기기계를 발전기로서 작동시키고 기어 어셈블리가 제2 기어 구성에 있을 때 전기기계를 모터로서 작동시키도록 형성된 제어기;
    를 포함하고,
    상기 트랜스미션 어셈블리는,
    로터에 작동되게 연결된 제1 구동축,
    구동부재에 작동되게 연결된 제2 구동축, 및
    제1 구동축 및 제2 구동축에 작동되게 연결되고, 제1 기어 구성 및 제2 기어 구성으로 형성 가능한 기어 어셈블리;
    를 포함하는 교류 스타터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스미션 어셈블리는 클러치 어셈블리를 더 포함하고, 상기 클러치 어셈블리는 기어어셈블리를 제1 기어구성 및 제2 기어구성 중 선택된 하나로 형성시키는, 교류 스타터 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 기어 구성에서 트랜스미션 어셈블리는 제2 구동축에서 제1 구동축으로 토크를 전달하고 로터의 회전을 야기하며, 제2 기어 구성에서 트랜스미션 어셈블리는 제1 구동축에서 제2 구동축으로 토크를 전달하고 로터의 회전을 야기하는 교류 스타터 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 기어 구성에서, 제2 구동축의 1회전은 제2 구동축의 1회전을 야기하고,
    제2 기어 구성에서 제1 구동축의 1회전은 제2 구동축의 1회전 미만을 야기하는 교류 스타터 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    구동방향으로 제1 구동축의 상기 회전이 구동방향으로 제2 구동축의 회전을 초래하는 교류 스타터 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    중심축 및 유성기어어셈블리를 포함하는 기어 어셈블리를 포함하고,
    유성기어 어셈블리는 선기어, 복수의 유성기어들 및 링기어를 포함하며,
    선기어는 중심축이 연장하는 개구를 정의하고,
    제1 기어 구성에서 링기어, 선기어 및 복수의 유성기어들의 회전은 방지되고 중심축은 회전 가능하며,
    제2 기어 구성에서 링기어 및 중심축의 회전은 방지되고 선기어 및 복수의 유성기어들은 회전 가능한 교류 스타터 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    트랜스미션 어셈블리는
    선기어, 중심축 및 전기기계를 작동되게 연결된 제1 차동 어셈블리, 및
    복수의 유성기어들, 중심축, 그리고 엔진 구동부재와 작동되게 연결되는 제2 차동 어셈블리,
    를 더 포함하는 교류 스타터 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    트랜스미션 어셈블리는 선기어 및 제2 차동 어셈블리에 작동되게 연결되는 클러치 어셈블리를 더 포함하고,
    클러치 어셈블리는 제1 기어 구성 및 제2 기어 구성 중의 하나로 선택된 트랜스미션 어셈블리를 형성하도록 형성되는 교류 스타터 어셈블리.
  9. 크랭크 축 및 크랭크축과 작동되게 연결되는 엔진 구동부재를 포함하는 내연엔진에 관한 교류 스타터 어셈블리에 있어서,
    전기기계;
    링기어, 복수의 유성기어들 및 개구(opening)를 정의한 선기어를 포함하는 유성기어 어셈블리;
    개구를 통하여 연장되는 중심축;
    선기어, 복수의 유성기어들 및 전기기계에 작동되게 연결되는 제1 차동 어셈블리;
    복수의 유성기어들, 중심축 및 엔진 구동 부재에 작동되게 연결되는 제2 차동 어셈블리;
    선기어, 제2 차동 어셈블리와 작동되게 연결된 교류모드와 스타터 모드에서 형성되는 클러치 어셈블리;
    를 포함하는 교류 스타터 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    스타터 모드에서 클러치 어셈블리가 중심축의 회전을 방지하고 선기어의 회전을 가능하게 하고;
    교류모드에서 클러치 어셈블리가 선기어의 회전을 방지하고, 중심축의 회전을 가능하게 하는 교류 스타터 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    전기기계는 스테이터에 대해 회전하도록 형성된 로터 및 스테이터를 포함하고;
    제1 차동기어 어셈블리는 선기어에 작동되게 연결된 제1 스파이더 어셈블리, 제1 스파이더 어셈블리 및 로터에 작동되게 연결된 제1 차동기어 부재, 및 중심축 및 제1 스파이더 어셈블리와 작동되게 연결된 제2 차동기어 부재를 포함하며
    제2 차동기어 어셈블리는 복수의 유성기어들을 작동되게 연결하는 제2 스파이더 어셈블리, 제2 스파이더 어셈블리 및 중심축을 작동되게 연결하는 제3 차동기어 부재, 및 제2 스파이더 어셈블리 및 엔진구동부재를 작동되게 연결하는 제4 차동기어 부재를 포함, 및
    클러치 어셈블리는 선기어와 작동되게 연결된 교류부재, 제3 차동기어 부재와 작동되게 연결된 스타터 부재, 교류부재 및 스타터 부재 중 하나에 대해 선택적으로 위치 가능한 이동부재를 포함하는 교류 스타터 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 스파이더 어셈블리는 제1 차동 기어 및 제2 차동 기어와 메싱하게(meshingly) 맞물리는 제1 스파이더기어 부재, 제1 차동기어 부재 및 제2 차동기어 부재와 메싱하게 맞물리는 제2 스파이더기어 부재, 중심축에 의해 정의된 축에 대하여 회전 가능하게 형성된 제1 케리어를 포함하고,
    제2 스파이더 어셈블리는 제3 차동기어 부재 및 제4 차동기어 부재와 메싱하게 맞물리는 제3 스파이더기어 부재, 제3 기어부재와 메싱하게 맞물리는 제4 스파이더기어 부재, 축에 대하여 회전가능 하도록 형성된 제2 케리어를 포함하는 교류 스타터 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    유성기어 어셈블리, 제1 차동 어셈블리, 제2 차동 어셈블리 및 클러치 어셈블리가 적어도 부분적으로 위치되는 하우징을 더 포함하고,
    상기 링기어는 하우징에 고정되도록 연결되고,
    상기 중심축은 회전축으로 정의되며,
    상기 스타터 모드에서 이동부재는 중심축의 회전을 방지하는 스타터 부재, 제2 차동기어 부재, 제3 차동기어 부재에 대해 위치되고, 선기어, 제1 스파이더 어셈블리, 복수의 유성기어들, 제2 스파이더 어셈블리, 제4 차동기어 부재의 회전축에 대해 회전할 수 있는,
    상기 교류모드에서 이동부재는 선기어의 회전축에 대한 회전을 방지하는 교류부재 및 복수의 유성기어들에 대해 위치되고, 제1 차동기어 부재, 제2 차동기어 부재, 중심축, 제3 차동기어 부재 및 제4 차동기어 부재의 회전축에 대해 회전할 수 있는
    교류 스타터 어셈블리.
  14. 제12항에 있어서,
    스타터 모드에서 유성기어 어셈블리는 제1 차동 어셈블리에서 제2 차동 어셈블리로 토크를 전달하고, 구동부재의 회전을 야기하고,
    교류모드에서 중심축은 제2 차동 어셈블리에서 제1 차동 어셈블리로 토크를 전달하고, 로터의 회전을 야기하는 교류 스타터 어셈블리.
  15. 제 14항에 있어서,
    스타터 모드에서 제1 차동기어 부재의 1회전은 제4 차동기어 부재의 1회전을 야기하고,
    교류모드에서 제4 차동기어 부재의 1회전은 제1 차동기 기어부재의 1회전 미만을 야기하는 교류 스타터 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서
    구동방향에서 상기 제1 차동기어 부재의 회전은 구동방향에서 제4 차동기어 부재의 회전을 초래하는 교류 스타터 어셈블리.
  17. 크랭크 및 크랭크축과 작동되게 연결된 엔진 구동 부재를 포함하는 내연엔진에 관한 스타터 교류 어셈블리 작동 방법에 있어서,
    스타터 교류 어셈블리의 전기기계와 함께 회전하는 엔진 구동부재 및 제 1기어 구성에 스타터 교류 어셈블리의 트랜스미션 어셈블리의 형성하는 단계; 및
    엔진구동부재와 함께 회전하는 전기기계의 로터 및 제2 기어 구성에 트랜스미션 어셈블리의 형성하는 단계;
    상기 트랜스미션 어셈블리 전기기계와 엔진구동 부재 사이에 위치되는 단계;
    를 포함하는 스타터 교류 어셈블리의 작동 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    제1 기어 구성에서 트랜스미션 어셈블리를 형성하도록 스타터 교류 어셈블리의 클러치 어셈블리를 이용하는 단계; 및
    제2 기어 구성에서 트랜스미션 어셈블리를 형성하도록 클러치 어셈블리를 이용하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    제1 기어 구성에서 제2 기어 구성으로 스위치(switch)되도록 클러치 어셈블리로 제1 전기신호를 보내는 단계; 및
    제2 기어 구성에서 제1 기어구성으로 스위치 되도록 클러치 어셈블리로 제1 전기신호를 멈추는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    트랜스미션 어셈블리가 제1 기어구성에 있을 때, 제어기와 모터 같은 전기기계를 작동하는 단계; 및
    트랜스미션 어셈블리가 제2 기어구성에 있을 때, 제어기와 발전기 같은 전기기계를 작동;
    을 더 포함하는 단계.
    를 더 포함하는 방법.
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