KR20150131138A

KR20150131138A - 자동차용 시동 모터

Info

Publication number: KR20150131138A
Application number: KR1020157028256A
Authority: KR
Inventors: 키이스 제이. 머피; 커크 니트
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-11-24
Also published as: US20140260793A1; CN105122604A; DE112014001355T5; WO2014143559A1

Abstract

본 명세서에서는 시동 모터를 개시하는데, 이는 고정 필드(stationary field)와, 고정 필드에 대해 회전 가능한 전기자(armature)와, 전기자에 결합된 전기자 샤프트(armature shaft)와, 그리고 전기자 샤프트에 슬라이딩 가능하게 배치되고 전기자에 대해 회전 가능하게 고정된 피니언 기어를 가지는 모터부를 포함한다. 시동 모터는 또한 모터부에 장착된 솔레노이드(solenoid)를 포함한다. 이 솔레노이드는 피니언 기어와 기계적으로 연결된 플런저(plunger)를 포함한다. 솔레노이드는, 전기자 샤프트가 약 150 RPM 내지 약 250 RPM에 도달함에 따라, 피니언 기어가 플라이휠(flywheel)과 결합하도록 구성 및 배치된다.

Description

자동차용 시동 모터{STARTER MOTOR FOR A MOTOR VEHICLE}

예시적인 실시예들은 자동차에 관련되며, 보다 구체적으로 자동차용 시동 모터에 관련된다.

자동차는 원동력을 제공하기 위해 다양한 동력 장치를 사용한다. 일반적으로 동력 장치는 휘발유 또는 디젤 연료를 사용하는 내연 기관을 포함한다. 현재 많은 자동차들은 내연 기관에 전기 엔진을 결합한 하이브리드 동력 장치를 사용하기도 한다. 내연 기관은 점화 장치를 위한 엔진 회전을 시작시키는 데 필요한 최초 원동력을 제공하는 시동 모터를 포함한다. 시동 모터는 통상적으로 내연 기관에서 링 기어(ring gear)와 결합되는 피니언 기어(pinion gear)를 포함한다. 일단 결합되면, 시동 모터는 내연 기관의 동작을 시작시키기 위해 회전하게 된다. 엔진이 동작하면, 이 피니언 기어는 링 기어로부터 떨어지게 된다.

많은 새로운 자동차들은 스타트/스탑 시스템(start/stop system)을 포함한다. 이 스타트/스탑 시스템은 자동차가 정지할 때 내연 기관을 정지시킨다. 자동차가 움직이지 않을 때 내연 기관을 정지시키게 되면 연료 소모 및 배기 가스 배출을 줄일 수 있게 된다. 일반적으로, 자동차는 브레이크 시스템의 적용을 감지함에 따라 내연 기관의 정지를 개시시키는 컨트롤러를 포함하기 마련이다. 구체적으로, 브레이크 시스템이 동작함에 따라, 내연 기관은 멈추게 되고 자동차가 멈춤에 따라 관성으로 멈춤을 허용하게 된다. 액셀러레이터를 적용함에 따라 내연 기관이 재점화 된다.

때에 따라서는, 자동차를 정지시킬 필요가 변할 수 있다. 완전히 정차하기 전에, 신호등이 적색에서 녹색으로 바뀔 수 있거나, 장애물이 감지될 수 있거나, 또는 다른 요소들이 운전자로 하여금 브레이크 시스템을 사용하기로 한 결정을 다시 고려하도록 할 수 있다. 이러한 경우에, 내연 기관을 재시작할 필요가 있다. 내연 기관이 약 400 RPM 이상의 속도로 회전하고 있을 때, 재시작은 시동 인게이지먼트(starter engagement)가 필요 없다. 약 400 RPM 이하의 속도에서는 시동 인게이지먼트가 통상 필요하다. 약 90 RPM 이하의 속도에서는 그다지 큰 인터피어런스(interference) 없이도 피니언 기어와 링 기어의 인게이지먼트가 일어나게 된다. 엔진 속도가 약 90 RPM에서 약 400 RPM 사이인 경우에, 시동이 정지되면서 인터피어런스가 발생하며 이로 인해 상당한 소음이나 마모가 일어나게 된다. 따라서, 시동으로부터 피니언 기어를 동작 중인 링 기어와 연결시킬 때에 소음 및 마모를 줄이는 것이 바람직하다.

본 명세서에는 자동차용 시동 모터를 동작시키는 방법이 또한 개시된다. 이 방법은, 시동 모터의 모터부 내의 전기자 샤프트를 회전시키는 단계, 모터부에 장착된 솔레노이드를 동작시켜 전기자 샤프트에 회전 가능하게 고정된 피니언 기어를 플라이휠 쪽으로 쉬프트시키는 단계, 그리고 전기자 샤프트가 약 150 RPM 및 약 250 RPM 사이의 속도에 도달할 때 피니언 기어 및 플라이휠을 결합시키는 단계를 포함한다.

이하의 설명은 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 첨부된 도면에서는 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 사용되었다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 시동 모터 및 솔레노이드를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 시동 모터의 피니언 속도 및 스트로크(stroke) 길이를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 시동 모터의 피니언 속도 및 플런저 스트로크 속도를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여 비제한적인 실시예들로써 개시된 장치 및 방법의 하나 이상의 실시예들을 상세히 설명한다.

예시적인 실시예에 따른 시동 모터는 도면부호 2로 표시된다. 시동 모터(2)는 모터부(4) 및 솔레노이드(6)를 포함한다. 모터부(4)는 고정 필드(12) 및 전기자(14)를 감싸는 모터 하우징(8)을 포함한다. 전기자(14)는 전기자 샤프트(16)를 통해 모터 하우징(8) 내에 지지되며, 복수의 모터 브러쉬(미도시)를 통해 전기 에너지원(미도시)에 연결되는 정류자(미도시)를 포함한다. 전기자 샤프트(16)는 베어링(18)을 지지하며 피니언 샤프트(20)에 동작 가능하게 결합된다. 피니언 샤프트(20)는 플라이휠(25)과 결합되도록 선택적으로 쉬프트된 피니언 기어(24)를 지지한다. 피니언 기어(24)는 피니언 샤프트(20) 및 전기자 샤프트(16)에 대해 회전 가능하게 고정된다.

솔레노이드(6)는 하나 이상의 코일(미도시)를 감싸는 하우징(26)을 포함한다. 이 코일은 터미널(28)에 결합되며 솔레노이드 플런저(30)를 감싼다. 솔레노이드 플런저(30)는 베어링(18)에 동작하여 피니언 샤프트(20)를 따라 피니언 기어(24)를 쉬프트시킨다. 전류가 전기 에너지원으로부터 터미널(28)로 흐른다. 전류는 솔레노이드(6) 내의 코일 및 모터 브러쉬를 통과한다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 솔레노이드(6)로 흐르는 전류는 플런저(30)로 하여금 특정 속도 및 거리(여기서는 집합적으로 파라미터라고 함)에서 들어가게 한다. 모터 브러쉬로 흐르는 전류는 정류자를 통과하며 전기자(14)로 흐른다. 전류는 고정 필드(12)와 상호작용 하는 전기자(14) 내의 필드를 셋업한다. 필드의 상호작용은 전기자(14)의 회전을 유도한다.

예시적인 실시예에 따르면, 피니언 기어가 플라이휠과 결합되기 전까지는 회전을 시작하지 않는 종래의 시스템과는 상반되게, 본 발명은 피니언 기어(24)가 플라이휠(25)과 결합됨에 따라 원하는 속도로 회전한다. 피니언 기어의 속도를 플라이휠 속도인 약 200 RPM 내로 유지함으로써 만족스러운 결합을 얻을 수 있었다. 예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, 솔레노이드(6)는, 전기자 샤프트(16)가 약 150 RPM과 약 250 RPM 사이에서 회전할 때, 피니언 기어(24)와 플라이휠(25)을 결합하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 솔레노이드(6)는, 전기자 샤프트(16)가 약 200 RPM에서 회전할 때, 피니언 기어(24)를 플라이휠(25)과 결합하도록 구성될 수 있다. 피니언 기어(24)는 플라이휠(25)과 결합하는 순간에 회전하고 있음을 알 수 있을 것이다.

예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, 솔레노이드 플런저(30) 및 결합 시스템(34)은 미리 정해진 스트로크 길이를 설정한다. 이 미리 정해진 스트로크 길이는 피니언 샤프트(20)를 따라 피니언 기어(24)를 쉬프트하기 위한 바람직한 결합 길이를 설정한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 정지로 인해 얻어지는 전기자 샤프트(16)의 회전 속도는 비결합 위치로부터 결합 위치로 이동하는 피니언 기어(24)의 결합 거리(및 그에 따른 시간)와 관련된다. 결합 거리가 더 짧을수록 결합 시의 전기자(14) 속도가 더 낮아진다. 반대로, 결합 거리가 더 길수록 결합 시의 전기자(14)의 회전 속도가 더 높아진다. 예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, 결합 거리는 적어도 3 mm이다. 예시적인 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 결합 거리는 적어도 5 mm이다. 예시적인 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 결합 거리는 적어도 9 mm이다. 피니언 샤프트(20)는 피니언 기어(24)에 대한 결합 거리(X)를 설정하여 전기자 샤프트(16)가 원하는 회전 속도(β)에 도달하게끔 한다.

예시적인 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 솔레노이드 플런저(30) 및 결합 시스템(34)은 피니언 기어(24)의 결합 속도를 설정한다. 결합 속도는 피니언 기어(24)가 피니언 샤프트(20)를 따라 원하는 속도로 이동하게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전기자 샤프트(16)의 회전 속도는 피니언 기어(24)의 결합 속도와 관련된다. 결합 속도가 짧을수록 결합 시의 전기자(14) 속도가 더 낮다. 반대로, 결합 속도가 더 길수록 결합 시의 전기자(14)의 회전 속도가 더 높다. 예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, 피니언 샤프트(20)는 전기자 샤프트(16)가 원하는 회전 속도(β)에 도달하는 피니언 기어(24)에 대한 결합 속도 “t”를 설정한다. 결합 속도는 전기자 샤프트(16)에 대한 충분한 시간을 제공하여 피니언 기어(24) 및 플라이휠(25)의 결합 시에 원하는 속도에 도달하게 된다.

여기서 예시적인 실시예들은 플라이휠과의 결합 시에 원하는 회전 속도에 도달하는 피니언 기어를 포함하는 시동 모터를 개시하고 있음이 이해될 것이다. 피니언 기어를 원하는 속도로 회전시키는 것은 플라이휠이 저속으로 회전하는 조건 하에서 플라이휠이 완전히 정지할 때 시동 모터의 만족할만한 활성화를 가능하게 한다.

본 명세서에서는 예시적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 다양한 변형이 가능하리라는 점과 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 구성요소들을 해당 균등물로 치환하는 것이 가능하리라는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 기본적 사상을 벗어남이 없이 본 발명의 가르침에 특정 상황이나 재료를 적용시킨 많은 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최적 실시예로써 개시된 특정 실시예에 제한되는 것이 아니며 특허청구범위 내에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

시동 모터로서,
고정 필드(stationary field), 상기 고정 필드에 대해 회전 가능한 전기자(armature), 상기 전기자에 결합된 전기자 샤프트(armature shaft) 및 상기 전기자 샤프트에 슬라이딩 가능하게 배치되고 상기 전기자에 대해 회전 가능하게 고정된 피니언 기어를 포함하는 모터부와;
상기 모터부에 장착된 솔레노이드(solenoid)
를 포함하며,
상기 솔레노이드는 상기 피니언 기어에 기계적으로 연결된 플런저(plunger)를 포함하고, 상기 솔레노이드는 상기 전기자 샤프트가 약 150 RPM 내지 약 250 RPM에 도달함에 따라 상기 피니언 기어가 플라이휠(flywheel)과 결합하도록 구성 및 배치되는 것인, 시동 모터.
제1항에 있어서,
상기 솔레노이드는 상기 전기자 샤프트가 약 200 RPM의 속도에 도달함에 따라 상기 피니언 기어가 상기 플라이휠과 결합되도록 구성 및 배치되는 것인, 시동 모터.
제1항에 있어서,
상기 플런저는 상기 피니언 기어를 플라이휠과의 결합으로 쉬프트시키기 위해 정해진 결합 속도로 상기 솔레노이드로부터 연장하도록 구성 및 배치되며, 상기 정해진 결합 속도는 상기 전기자 샤프트의 속도를 설정하는 것인, 시동 모터.
제1항에 있어서,
상기 플런저는 상기 피니언 기어를 상기 플라이휠과의 결합으로 미리 정해진 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키도록 구성 및 배치되며, 상기 미리 정해진 결합 길이는 상기 전기자 샤프트의 속도를 설정하는 것인, 시동 모터.
제1항에 있어서,
상기 솔레노이드는 상기 플런저와 상기 피니언 기어 사이에 결합된 결합 시스템(linkage system)을 포함하며, 상기 결합 시스템은 상기 피니언 기어를 상기 전기자 샤프트에 대해 적어도 3 mm의 결합 길이로 쉬프트시키도록 구성 및 배치되는 것인, 시동 모터.
제5항에 있어서,
상기 결합 시스템은 상기 피니언 기어를 상기 전기자 샤프트에 대해 적어도 5 mm의 결합 길이로 쉬프트시키도록 구성 및 배치되는 것인, 시동 모터.
제5항에 있어서,
상기 결합 시스템은 상기 피니언 기어를 상기 전기자 샤프트에 대해 적어도 9 mm의 결합 길이로 쉬프트시키도록 구성 및 배치되는 것인, 시동 모터.
자동차용 시동 모터를 동작시키는 방법으로서,
상기 시동 모터의 모터부 내의 전기자 샤프트를 회전시키는 단계;
상기 모터부에 장착된 솔레노이드를 동작시켜 상기 전기자 샤프트에 회전 가능하게 고정된 피니언 기어를 플라이휠 쪽으로 쉬프트시키는 단계;
상기 전기자 샤프트가 약 150 RPM 및 약 250 RPM 사이의 속도에 도달할 때 상기 피니언 기어 및 상기 플라이휠을 결합시키는 단계
를 포함하는, 방법.
제8항에 있어서,
상기 결합시키는 단계는 상기 피니언 기어를 미리 정해진 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제9항에 있어서,
상기 피니언 기어를 미리 정해진 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키는 단계는, 결합 시스템(linkage system) 및 상기 솔레노이드에 동작 가능하게 연결된 플렌저를 연장하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제10항에 있어서,
상기 연장하는 단계는, 상기 플런저에 기계적으로 결합된 결합 시스템에 동작하여 상기 피니언 기어를 약 3 mm의 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제11항에 있어서,
상기 연장하는 단계는, 상기 플런저에 기계적으로 결합된 결합 시스템에 동작하여 상기 피니언 기어를 약 5 mm의 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제12항에 있어서,
상기 연장하는 단계는, 상기 플런저에 기계적으로 결합된 결합 시스템에 동작하여 상기 피니언 기어를 약 9 mm의 결합 길이에 걸쳐 쉬프트시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제8항에 있어서,
상기 피니언 기어 및 상기 플라이휠을 결합시키는 단계는 상기 피니언 기어를 미리 정해진 결합 속도로 쉬프트시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.