KR20180129067A - 스타터-제너레이터 시스템 - Google Patents

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KR20180129067A
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Abstract

본 발명은, 엔진 크랭킹 토크를 제공하거나 제너레이팅 토크를 전달받도록 구성된 스타터-제너레이터; 상기 스타터-제너레이터와 엔진 사이에 설치된 벨트 구동기구; 및 상기 스타터-제너레이터 및 벨트 구동기구 사이에서 엔진 크랭킹 토크 또는 제너레이팅 토크를 선택적으로 전달하는 토크 전달기구;를 가질 수 있다. 토크 전달기구는 엔진 크랭킹 토크를 일정한 감속비로 전달하도록 구성될 수 있다.

Description

스타터-제너레이터 시스템{STARTER-GENERATOR SYSTEM}
본 발명은 일체형 스타터-제너레이터(integrated starter-generator)를 가진 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요구출력 및 요구토크가 작은 스타터-제너레이터를 적용하더라도 엔진의 시동성을 개선할 수 있고, 제너레이터의 발전을 안정적으로 구현할 수 있는 스타터-제너레이터 시스템에 관한 것이다.
내연기관은 스타터(starter) 및 제너레이터(또는 알터네이터)를 가질 수 있다.
스타터는 스타터의 출력축에 장착된 피니언 및 엔진의 플라이휠의 외면에 형성된 링기어를 통해 엔진에 연결된다. 엔진의 점화 시에 피스톤의 이동을 촉진(facilitate)시키고 캠샤프트를 회전시키기 위하여, 스타터는 엔진 크랭킹 토크(engine-cranking torque)를 플라이휠(flywheel) 또는 엔진의 크랭크샤프트에 제공한다. 예컨대, 엔진의 시동에 요구되는 토크가 102 Nㆍm이고, 스타터의 토크가 7 Nㆍm이며, 플라이 휠의 링기어와 스타터의 피니언의 기어비가 20:1이면 스타터는 140 Nㆍm의 토크를 엔진 측으로 제공할 수 있다.
제너레이터는 배터리를 충전함과 더불어, 차량의 전기부하와 부합하도록 전기 출력을 제공한다. 제너레이터에서 전기부하를 발생하기 위하여 제너레이터 풀리 및 엔진의 크랭크풀리와 마찰적으로 결합된(frictionally engaged) 벨트에 의해 토크가 제너레이터 측으로 인가된다.
최근에는 스타터와 제너레이터를 하나의 기구(only one machine)로 통합한 일체형 스타터-제너레이터(integrated starter-generator)가 개발되어 있다. 일체형 스타터-제너레이터는 설치공간을 줄일 수 있고, 중량을 가볍게 하며, 부품 비용을 줄일 수 있고, 조립시간을 감소시킬 수 있다.
하지만, 일체형 스타터-제너레이터는 기존의 알터네이터에 인버터가 추가된 구조로 이루어지고, 이로 인해 엔진의 크랭크풀리와 스타터-제너레이터 풀리 사이의 풀리비(대략 2.5:1)가 작을 경우에는 엔진의 시동이 불가능해진다. 따라서, 스타터-제너레이터의 요구출력 및 요구토크가 커져야 엔진의 시동이 용이해질 수 있다. 예컨대, 스타터-제너레이터의 요구출력이 적어도 3 Kw이상이어야 하고, 스타터-제너레이터의 요구토크는 적어도 50 Nㆍm 이상이 되어야 한다.
이와 같이, 일체형 스타터-제너레이터는 요구출력 및 요구토크 등이 커져야 하므로, 스타터-제너레이터의 용량(capacity) 및 비용 등이 상승한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 요구출력 및 요구토크가 작은 저용량의 스타터-제너레이터를 적용하더라도 엔진의 시동성을 개선할 수 있고, 제너레이터의 발전을 안정적으로 구현할 수 있는 스타터-제너레이터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스타터-제너레이터 시스템은,
엔진 크랭킹 토크(engien cranking torque)를 제공하거나 제너레이팅 토크(generator cranking torque)를 전달받도록 구성된 스타터-제너레이터;
상기 스타터-제너레이터와 엔진 사이에 설치된 벨트 구동기구; 및
상기 스타터-제너레이터 및 벨트 구동기구 사이에서 엔진 크랭킹 토크 또는 제너레이팅 토크를 선택적으로 전달하는 토크 전달기구;를 포함할 수 있고,
상기 토크 전달기구는 엔진 크랭킹 토크를 일정한 감속비로 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 토크 전달기구는 제너레이팅 토크를 1:1의 감속비로 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 벨트 구동기구는 상기 스타터-제너레이터에 연결된 2개의 풀리와, 상기 엔진의 크랭크풀리에 장착된 크랭크풀리와, 상기 2개의 풀리 및 상기 크랭크풀리를 마찰적으로 결합하는 벨트를 포함할 수 있다.
상기 2개의 풀리는 상기 벨트로부터 제너레이팅 토크를 전달받는 제1풀리 및 엔진 크랭킹 토크를 상기 벨트로 제공하는 제2풀리를 포함할 수 있다.
상기 토크 전달기구는 제1기어와, 제2기어와, 제1기어 및 제2기어와 치합되는 아이들러 기어를 가진 기어트레인일 수 있다.
상기 제1기어, 상기 제2기어, 상기 아이들러 기어는 일정한 감속비를 가질 수 있다.
상기 스타터-제너레이터는 제1샤프트를 가지고, 상기 제1기어 및 상기 제1풀리는 상기 제1샤프트에 장착되며, 상기 제2기어 및 상기 제2풀리는 제2샤프트에 장착되고, 상기 아이들러 기어는 중간샤프트에 장착되며,
상기 제1샤프트, 상기 제2샤프트, 및 상기 중간샤프트는 서로 평형할 수 있다.
상기 제1샤프트 및 상기 제1풀리가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하는 제1원웨이클러치를 포함할 수 있다.
상기 제1원웨이클러치는 상기 제1풀리의 내경과 상기 제1샤프트의 외경 사이에 개재될 수 있다.
상기 제1원웨이클러치는 상기 제1샤프트의 회전속도가 상기 제1풀리의 회전속도 보다 빠른 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
상기 제1원웨이클러치는 상기 제1샤프트의 회전속도가 상기 제1풀리의 회전속도 보다 느린 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
상기 제2샤프트 및 상기 제2풀리가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하는 제2원웨이클러치를 포함할 수 있다.
상기 제2원웨이클러치는 상기 제2풀리의 내경과 상기 제2샤프트의 외경 사이에 개재될 수 있다.
상기 제2원웨이클러치는 상기 제2샤프트의 회전속도가 상기 제2풀리의 회전속도 보다 느린 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
상기 제2원웨이클러치는 상기 제2샤프트의 회전속도가 상기 제2풀리의 회전속도 보다 빠른 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
상기 제1풀리 및 상기 제2풀리 사이에서 상기 벨트에 긴장력을 인가하는 하나의 텐셔너를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 요구출력 및 요구토크 등이 작은 저용량의 스타터-제너레이터를 적용하더라도 엔진의 시동성을 개선할 수 있고, 제너레이터의 발전을 안정적으로 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스타터-제너레이터의 샤프트와 벨트 구동장치 사이에 엔진 크랭킹 토크 및 제너레이팅 토크를 선택적으로 전달가능한 토크 전달기구가 설치되고, 토크 전달기구가 스타터-제너레이터의 시동모드에서 엔진 크랭킹 토크를 증대시킴으로써 요구출력 및 요구토크 등이 작은 저용량의 스타터-제너레이터를 채택할 수 있으므로, 그 부품비용을 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 토크 전달기구가 스타터-제너레이터의 발전모드에서 제너레이팅 토크를 1:1의 감속비로 전달함으로써 발전성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 벨트 구동장치의 적어도 일부 풀리 내에 원웨이클러치를 일체형으로 구성함으로써 벨트 구동장치의 점유공간을 축소할 수 있고, 엔진 크랭킹 토크를 전달하는 풀리와 제너레이터 크랭킹 풀리를 전달하는 풀리 사이에 하나의 텐셔너만을 설치할 수 있으므로, 그 부품비용 및 전체 제조원가를 대폭 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스타터-제너레이터 시스템이 엔진에 연결된 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스타터-제너레이터 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템에서 스타터-제너레이터의 시동모드를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템에서 스타터-제너레이터의 발전모드를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템의 벨트 구동기구를 예시한 정면도로서, 스타터-제너레이터의 시동모드를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템의 벨트 구동기구를 예시한 정면도로서, 스타터-제너레이터의 발전모드를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템의 벨트 구동기구를 예시한 정면도로서, 스타터-제너레이터의 시동모드를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스타터-제너레이터시스템의 벨트 구동기구를 예시한 정면도로서, 스타터-제너레이터의 발전모드를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스타터-제너레이터 시스템은, 스타터-제너레이터(10)와, 스타터-제너레이터(10)와 엔진(1) 사이에 설치된 벨트 구동기구(20)를 포함할 수 있다.
스타터-제너레이터(10)는 전기에너지에 의해 회전력을 발생하는 모터 및 외부에서 전달받은 회전력에 의해 전기에너지를 발전하는 제너레이터가 기계적으로 결합된 모터-제너레이터일 수 있다. 스타터-제너레이터(10)에는 배터리(15)가 접속될 수 있다. 배터리(15)로부터 전기에너지가 스타터-제너레이터(10)에 공급되거나 스타터-제너레이터(10)에서 발생된 전기에너지가 배터리(15)에 충전될 수 있다.
스타터-제너레이터(10)는 벨트 구동기구(20)의 벨트(25)를 통해 엔진 크랭킹 토크(engine cranking torque)를 제공하거나 벨트 구동기구(20)의 벨트(25)로부터 제너레이팅 토크(generator cranking torque)를 받도록 구성될 수 있다. 여기서, 엔진 크랭킹 토크(engine cranking torque)는 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서 스타터-제너레이터(10)로부터 엔진의 크랭크풀리(23)로 전달되는 토크일 수 있고, 제너레이팅 토크(generator cranking torque)는 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서 엔진의 크랭크풀리(23)로부터 스타터-제너레이터(10) 측으로 전달되는 토크일 수 있다.
스타터-제너레이터(10)는 배터리(15)로부터 전류를 공급받아 구동함으로써 벨트 구동기구(20) 측으로 엔진 크랭킹 토크를 제공할 수 있다. 또한, 스타터-제너레이터(10)는 벨트 구동기구(20)로부터 전달받은 제너레이팅 토크에 의해 전기에너지를 발전시키며, 그 발전된 전기에너지는 배터리(15)에 충전될 수 있다.
벨트 구동기구(20)는 스타터-제너레이터(10)에 연결된 2개의 풀리(21, 22)와, 엔진(1)의 크랭크샤프트(2)에 장착된 크랭크풀리(23)와, 2개의 풀리(21, 22) 및 크랭크풀리(23)를 마찰적으로 결합하는(frictionally engage) 벨트(25)를 포함할 수 있다.
2개의 풀리(21, 22)는 서로 이격된 제1풀리(21) 및 제2풀리(22)를 포함하고, 제1풀리(21)는 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서 벨트(25)로부터 제너레이팅 토크를 전달하도록 구성되며, 제2풀리(22)는 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서 엔진 크랭킹 토크를 벨트(25)로 전달하도록 구성될 수 있다. 제1풀리(21)는 스타터-제너레이터(10)의 제1샤프트(11)에 장착되고, 제2풀리(22)는 스타터-제너레이터(10)의 제1샤프트(11)에 평행한 제2샤프트(12)에 장착될 수 있다.
스타터-제너레이터(10)와 벨트 구동기구(20) 사이에는 엔진 크랭킹 토크 및 제너레이팅 토크를 선택적으로 전달가능한 토크 전달기구(30)가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 토크 전달기구(30)는 스타터-제너레이터(10)로부터 벨트(25)로 전달되는 엔진 크랭킹 토크를 일정 감속비(예컨대 6:1)로 증가시킬 수 있고, 벨트(25)로부터 스타터-제너레이터(10) 측으로 전달되는 제너레이팅 토크를 1:1의 감속비로 유지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 토크 전달기구(30)는 제1기어(31)와, 제2기어(32)와, 제1기어(31) 및 제2기어(32)와 치합되는 아이들러 기어(33)를 포함한 기어트레인(30, gear train)일 수 있다.
제1기어(31)는 제1샤프트(11)에 장착되고, 제1샤프트(11)는 스타터-제너레이터(10)에 제공된다. 제1샤프트(11)에는 제1기어(31) 및 제1풀리(21)가 서로 이격되게 장착될 수 있다.
제2기어(32)는 제1샤프트(11)에 평행한 제2샤프트(12)에 장착될 수 있고, 제2샤프트(12)에는 제2기어(32) 및 제2풀리(22)가 서로 이격되게 장착될 수 있다.
아이들러 기어(33)는 제1샤프트(11) 및 제2샤프트(12)에 평행한 중간샤프트(13)에 장착되고, 아이들러 기어(33)의 치형들이 제1기어(31)의 치형들 및 제2기어(32)의 치형들에 개별적으로 치합될 수 있다.
제1샤프트(11), 제2샤프트(12), 중간샤프트(13)는 제1기어(31), 제2기어(32), 아이들러 기어(33)의 치합을 유지하도록 이격된다.
기어트레인(30)의 제1기어(31), 아이들러 기어(33), 제2기어(32)는 일정한 감속비(예컨대, 6:1)를 가질수 있다. 이에, 제1샤프트(11)의 토크가 기어트레인(30)을 통해 제2샤프트(12)로 전달되면 기어트레인(30)의 감속비에 의해 제2샤프트(12)의 회전속도가 감속되고, 제2샤프트(12)의 토크가 증대될 수 있다. 여기서, 기어트레인(30)의 감속비는 스타터-제너레이터(10)의 용량에 대응하여 결정될 수 있다.
제1풀리(21)에는 제1원웨이클러치(41)가 장착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1원웨이클러치(41)가 제1풀리(21)의 내경과 제1샤프트(11)의 외경 사이에 개재됨으로써 제1원웨이클러치(41)는 제1풀리(21)와 일체형으로 구성될 수도 있다. 제1원웨이클러치(41)는 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1원웨이클러치(41)는 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 빠른 것을 허용함과 더불어, 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 느린 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 빠르면 제1원웨이클러치(41)는 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)를 해제시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 빠르면 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)는 서로에 대해 자유회전(freely rotate)할 수 있다.
이와 반대로, 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 느리면 제1원웨이클러치(41)는 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)를 결합시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해 제1샤트프(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 느리면 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)는 동일한 방향으로 함께 회전할 수 있다.
제2풀리(22)에는 제2원웨이클러치(42)가 장착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2원웨이클러치(42)는 제2풀리(22)의 내경과 제2샤프트(12)의 외경 사이에 개재됨으로써 제2원웨이클러치(42)는 제2풀리(22)와 일체형으로 구성될 수 있다. 제2원웨이클러치(42)는 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2원웨이클러치(42)는 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 느린 것을 허용함과 더불어, 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 빠른 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 느리면 제2원웨이클러치(42)는 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)를 해제시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 느리면 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)는 서로에 대해 자유회전(freely rotate)할 수 있다.
이와 반대로, 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 빠르면 제2원웨이클러치(42)는 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)를 결합시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해 제2샤트프(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 빠르면 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)는 동일한 방향으로 함께 회전할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스타터-제너레이터(10)가 엔진(1)을 시동시키는 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서, 스타터-제너레이터(10)가 구동하면 제1샤프트(11)의 토크가 기어트레인(30)을 통해 제2샤프트(12)로 전달될 수 있고, 기어트레인(30)의 감속비에 의해 제2샤프트(12)의 회전속도가 감속되고, 제2샤프트(12)의 토크가 증대될 수 있다. 엔진의 시동 시에는 엔진이 정지된 상태이므로 크랭크풀리(2), 제1풀리(21), 제2풀리(12)가 모두 정지되어 있고, 이에 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(12)의 회전속도 보다 빠르므로 제2원웨이클러치(42)에 의해 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)가 결합됨으로써 제2풀리(22)는 제2샤프트(12)와 함께 동일한 회전속도 및 회전방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 제2샤프트(12)의 토크가 제2풀리(22)로 전달되고(도 3의 화살표 A 참조), 이에 벨트구동장치(20)의 벨트(25)가 엔진(1)의 크랭크풀리(23)를 구동시켜 엔진(1)이 시동될 수 있다.
이러한 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서, 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 빠르므로 제1원웨이클러치(41)에 의해 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)가 해제될 수 있고, 이에 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)는 서로에 대해 자유회전함으로써 제1샤프트(11)의 토크가 제1풀리(21)로 전달되지 않는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 구동 시에 스타터-제너레이터(10)가 엔진(1)에 의해 전기에너지를 발전시키는 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서, 스타터-제너레이터(10)가 정지된 상태이므로 제1샤프트(11)의 회전속도가 제1풀리(21)의 회전속도 보다 느리고, 이에 제1원웨이클러치(41)에 의해 제1샤프트(11) 및 제1풀리(21)가 결합됨으로써 제1샤프트(11)는 제1풀리(21)와 함께 동일한 회전속도 및 회전방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 제1풀리(21)의 토크가 제1샤프트(11)로 전달될 수 있고(도 4의 화살표 B 참조), 이에 스타터-제너레이터(10)의 제1샤프트가 회전함으로써 전기에너지를 발전할 수 있다.
이러한 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서, 제2샤프트(12)의 회전속도가 제2풀리(22)의 회전속도 보다 느리므로 제2원웨이클러치(42)에 의해 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)가 해제될 수 있고, 이에 제2샤프트(12) 및 제2풀리(22)는 서로에 대해 자유회전함으로써 제2풀리(22)의 토크가 제2샤프트(12)로 전달되지 않는다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 벨트 구동기구(20)를 도시한 정면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 벨트(25)가 제1풀리(21), 제2풀리(22), 엔진(1)의 크랭크풀리(23)를 마찰적으로 결합하도록 구성되고, 크랭크풀리(23)의 좌측에 제1풀리(21)가 배치되며, 크랭크풀리(23)의 우측에 제2풀리(22)가 배치될 수 있다.
제1풀리(21) 및 제2풀리(22) 사이에 벨트(25)에 긴장력을 인가하는 하나의 텐셔너(28)가 배치될 수 있다. 텐셔너(28)는 수동식 텐셔너(passive tensioner) 또는 능동식 텐셔너(active tensioner)일 수 있다.
도 5와 같이, 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서는 제2풀리(22)의 토크(51)가 엔진(1)의 크랭크풀리(23)로 전달될 수 있고, 이에 벨트(25)는 제2풀리(22)의 양측에서 긴장측(25a, tight-side) 및 이완측(25b, slack-side)를 가질 수 있다. 도 5에서는 제2풀리(22)의 토크(51)가 반시계방향으로 전달되고, 벨트(25)의 긴장측(25a)이 제2풀리(22)의 우측에 형성되며, 벨트(25)의 이완측(25b)이 제2풀리(22)의 좌측에 형성된 상태를 예시한다. 텐셔너(28)가 벨트(25)의 이완측(25b)을 긴장시킴으로써 스타터-제너레이터(10)의 토크(51)가 엔진(1)의 크랭크풀리(23) 측으로 안정되게 전달될 수 있고, 이에 스타터-제너레이터(10)는 엔진(1)을 시동시킬 수 있다.
도 6과 같이, 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서는 엔진(1)의 크랭크풀리(23)의 토크(52)가 제1풀리(21)로 전달될 수 있고, 이에 벨트(25)는 엔진(1)의 클랭크풀리(25)의 양측에서 긴장측(25a, tight-side) 및 이완측(25b, slack-side)를 가질 수 있다. 도 6에서는 크랭크풀리(23)의 토크(52)가 반시계방향으로 전달되고, 벨트(25)의 긴장측(25a)이 크랭크풀리(23)의 좌측에 형성되며, 벨트(25)의 이완측(25b)이 크랭크풀리(23)의 우측에 형성된 상태를 예시한다. 텐셔너(28)가 벨트(25)의 이완측(25b)을 긴장시킴으로써 크랭크풀리(23)의 토크(52)가 제1풀리(21)로 안정되게 전달될 수 있고, 이에 스타터-제너레이터(10)는 전기에너지를 발전시켜 배터리(19)에 충전할 수 있다.
도 5 및 도 6에서는 크랭크풀리(23)의 좌측에 제1풀리(21)가 배치되고, 크랭크풀리(23)의 우측에 제2풀리(22)가 배치되며, 토크(51, 52)가 반시계방향으로 전달되는 것으로 예시되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 그외 다양한 구조로 변경가능할 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨트 구동기구(20)를 도시한 정면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 벨트(25)가 제1풀리(21), 제2풀리(22), 엔진(1)의 크랭크풀리(23)를 마찰적으로 결합하도록 구성되고, 크랭크풀리(23)의 우측에 제1풀리(21)가 배치되며, 크랭크풀리(23)의 좌측에 제2풀리(22)가 배치될 수 있다.
제1풀리(21) 및 제2풀리(22) 사이에 벨트(25)에 긴장력을 인가하는 하나의 텐셔너(28)가 배치될 수 있다. 텐셔너(28)는 수동식 텐셔너(passive tensioner) 또는 능동식 텐셔너(active tensioner)일 수 있다.
도 7과 같이, 스타터-제너레이터(10)의 시동모드에서는 제2풀리(22)의 토크(53)가 엔진(1)의 크랭크풀리(23)로 전달될 수 있고, 이에 벨트(25)는 제2풀리(22)의 양측에서 긴장측(25a, tight-side) 및 이완측(25b, slack-side)를 가질 수 있다. 도 7에서는 제2풀리(22)의 토크(53)가 시계방향으로 전달되고, 벨트(25)의 긴장측(25a)이 제2풀리(22)의 우측에 형성되며, 벨트(25)의 이완측(25b)이 제2풀리(22)의 좌측에 형성된 상태를 예시한다. 텐셔너(28)가 벨트(25)의 이완측(25b)을 긴장시킴으로써 스타터-제너레이터(10)의 토크(51)가 엔진(1)의 크랭크풀리(23) 측으로 안정되게 전달될 수 있고, 이에 엔진(1)이 시동될 수 있다.
도 8과 같이, 스타터-제너레이터(10)의 발전모드에서는 엔진(1)의 크랭크풀리(23)의 토크(54)가 제1풀리(21)로 전달될 수 있고, 이에 벨트(25)는 엔진(1)의 크랭크풀리(23)의 양측에서 긴장측(25a, tight-side) 및 이완측(25b, slack-side)를 가질 수 있다. 도 8에서는 크랭크풀리(23)의 토크(52)가 시계방향으로 전달되고, 벨트(25)의 긴장측(25a)이 크랭크풀리(23)의 좌측에 형성되며, 벨트(25)의 이완측(25b)이 크랭크풀리(23)의 우측에 형성된 상태를 예시한다. 텐셔너(28)가 벨트(25)의 이완측(25b)을 긴장시킴으로써 크랭크풀리(23)의 토크(54)가 제1풀리(21)로 안정되게 전달될 수 있고, 이에 스타터-제너레이터(10)는 전기에너지를 발전시켜 배터리(19)에 충전할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 스타터-제너레이터 11: 제1샤프트
12: 제2샤프트 13: 중간샤프트
20: 벨트 구동기구 21: 제1풀리
22: 제2풀리 23: 크랭크풀리
25: 벨트 30: 토크 전달기구(기어트레인)
31: 제1기어 32: 제2기어
33: 아이들러 기어 41: 제1원웨이클러치
42: 제2원웨이클러치

Claims (16)

  1. 엔진 크랭킹 토크를 제공하거나 제너레이팅 토크를 전달받도록 구성된 스타터-제너레이터;
    상기 스타터-제너레이터와 엔진 사이에 설치된 벨트 구동기구; 및
    상기 스타터-제너레이터 및 벨트 구동기구 사이에서 엔진 크랭킹 토크 또는 제너레이팅 토크를 선택적으로 전달하는 토크 전달기구;를 포함하고,
    상기 토크 전달기구는 엔진 크랭킹 토크를 일정한 감속비로 전달하도록 구성되는 스타터-제너레이터 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 전달기구는 제너레이팅 토크를 1:1의 감속비로 전달하도록 구성되는 스타터-제너레이터 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 벨트 구동기구는 상기 스타터-제너레이터에 연결된 2개의 풀리와, 상기 엔진의 크랭크풀리에 장착된 크랭크풀리와, 상기 2개의 풀리 및 상기 크랭크풀리를 마찰적으로 결합하는 벨트를 포함하는 스타터-제너레이터 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 2개의 풀리는 상기 벨트로부터 제너레이팅 토크를 전달받는 제1풀리 및 엔진 크랭킹 토크를 상기 벨트로 제공하는 제2풀리를 포함하는 스타터-제너레이터 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 토크 전달기구는 제1기어와, 제2기어와, 제1기어 및 제2기어와 치합되는 아이들러 기어를 가진 기어트레인인 스타터-제너레이터 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1기어, 상기 제2기어, 상기 아이들러 기어는 일정한 감속비를 가지는 스타터-제너레이터 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스타터-제너레이터는 제1샤프트를 가지고, 상기 제1기어 및 상기 제1풀리는 상기 제1샤프트에 장착되며, 상기 제2기어 및 상기 제2풀리는 제2샤프트에 장착되고, 상기 아이들러 기어는 중간샤프트에 장착되며,
    상기 제1샤프트, 상기 제2샤프트, 및 상기 중간샤프트는 서로 평형한 스타터-제너레이터 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1샤프트 및 상기 제1풀리가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하는 제1원웨이클러치를 포함하는 스타터-제너레이터 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1원웨이클러치는 상기 제1풀리의 내경과 상기 제1샤프트의 외경 사이에 개재되는 스타터-제너레이터 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1원웨이클러치는 상기 제1샤프트의 회전속도가 상기 제1풀리의 회전속도 보다 빠른 것을 허용하도록 구성되는 스타터-제너레이터 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1원웨이클러치는 상기 제1샤프트의 회전속도가 상기 제1풀리의 회전속도 보다 느린 것을 방지하도록 구성되는 스타터-제너레이트 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2샤프트 및 상기 제2풀리가 한방향으로만 함께 회전함을 허용하는 제2원웨이클러치를 포함하는 스타터-제너레이터 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2원웨이클러치는 상기 제2풀리의 내경과 상기 제2샤프트의 외경 사이에 개재되는 스타터-제너레이터 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2원웨이클러치는 상기 제2샤프트의 회전속도가 상기 제2풀리의 회전속도 보다 느린 것을 허용하도록 구성되는 스타터-제너레이터 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2원웨이클러치는 상기 제2샤프트의 회전속도가 상기 제2풀리의 회전속도 보다 빠른 것을 방지하도록 구성되는 스타터-제너레이트 시스템.
  16. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1풀리 및 상기 제2풀리 사이에서 상기 벨트에 긴장력을 인가하는 하나의 텐셔너를 포함하는 스타터-제너레이터 시스템.
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