KR930007711B1 - 엔진 시동겸 충전장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

엔진 시동겸 충전장치

시동전동기와 충전발전기를 일체화 한 엔진의 시동겸 충전장치는 종래부터 제안되어 있으며, 예컨데 특공소 61-54949호 공보가 있다.

제1도는 특공소 61-54949호 공보에 표시된 종래의 엔진 시동겸 충전장치의 단면도이다. 제1도에서 시동겸 충전장치 본체 1은. 회전계 자극(2a,2b) 계자코일(3), 전기자 철심(4), 전기자 코일(5), 크랭크가 검출기(6)을 주요소로 구성되어 있다.

회전계 자극(2a,2b)은 강자성체로 한쌍의 빗모양의 계자극으로 되어 있으며 그것들의 자극부가 원주방향으로 서로 교차하게 위치하도록 비자성체의 링 (7)을 끼워 하나로 결합되어 있다. 또한 계자극(2a)는 플라이 휘일 및 후술하는 클러치의 담체를 겸하고 있으며, 기관의 크랭크축(8)에 끼워맞추어, 볼트(9)에 의하여 크랭크축(8)의 축단에 고정되어 있다. 10은 계가극(2a)의 측부에 형성되어 크랭크 각도 검출기(6)와 결합 되어 크랭크 각도의 검출에 사용되는 절결로, 계자극(2a)가 가지는 자극수와 같은 수만 원주위에 같은 간격으로 설치되어 있다. 또한 그 절결(10)의 원주방향의 폭은 360°를 절결수로 나눈치의 반정도의 각도로 되어 있다 .

계자코일(3)은 계자극(2a,2b)을 여자하기 위한 것으로, 계자철심(11)에 설치되어 있다. 이 계자철심(11)은 도시하지 않은 볼트에 의하여 브래킷(12)에 설치하여 고정되어 있으며, 계자극(2a,2b)과는 중심방향에서 약간의 공격(a,b)을 끼워 대향하고 있다.

전기자 철심(4)은 극소강판을 적층해 형성되고, 그 내주부에는 전기자 코일(5)을 수납할 홈이 다수 설치 되어 있으며, 전기자 코일(5)은 통상의 무정류자 전동기와 마찬가지로 삼상의 분포권으로 되어 있다. 전기자 철심(4)은 브래킷(12)에 대하여 위치가 맞추어져서 고정되어, 또한 브래킷(12)은 기관본체(13)에 대하여 전기자 철심 (4)을 고정하는 하우징(4)과 함께 볼트(15)에 의하여 고정되어 있다.

크랭크 각도 검출기(6)는 도시하지 않은 전기자 전류절환회로를 작동시키는 신호원이 되는 것으로 발진식 근접 스위치가 사용되고 있다. 이 근접 스위치는 계자극(2a)의 절결(10)이 마련된 원주선상에 그 검출단이 대향하도록 브래킷(12)에 설치되어 있으며, 계자극(2a)의 절결부와 비절결부에서의 인덕턴스 변화에 의해서 발진조건이 변화하고, 크랭크 각도(계자극 위치)에 대응할 "1" 또는 "0"의 2진 신호를 출력한다. 전기자코일(5)을 삼상으로 한 경우, 크랭크 각도 검출기 (6)는 3개 설치된다.

그리고 16은 크랭크축(8)과 변속기 구동축(17)과의 사이의 동력전달을 단속하는 플러치이고, 클러치 디스크(l8), 프레샤 프레이트(19), 다이아프램 스프링(접시 용수철) (20), 와이어링(21,22), 클러치 커버(23)로 된 다이아프램 스프링, 클러치가 사용되고 있으며, 클러치 커버 (23)는 볼트(24)에 의하여 계자극(2a)에 설치되어 있다.

이와같은 클러치(16)는 주지한 바와같이 클러치 페달(도시하지 않음)이 밟히지 않고 있을 때에는 다이아프램 스프링(20)의 당기는 힘이 지레작용으로 프레샤 플레이트(19)를 끼워 변속기 구동축(17)상에 설치된 클러치 디스크(18)에 더해지며, 이 클러치 디스크(18)를 계자극(2a)의 측면에 압압하여 클러치를 접속상태로 한다

클러치 페달을 밟으면 도시하지 않은 슬리브가 축방향으로 습동해서 다이아프램 스프링(20)의 중앙부를 화살표(C)방향으로 압압한다. 이 때문에 다이아프램 스프링(20)은 와이어링 (21,22)을 지점으로 반전하고 클러치 디스크(18)에의 가압력이 해제되어 클러치는 절단상태가 되며, 크랭크축(8)과 변속기 구동축(17)과 의 동력전달이 끊어진다.

제2도는 시동겸 충전장치 전체의 회로구성을 표시하는 그림이다. 그림중(25)는 배터리, (26)은 키이 스위치이고, (d)가 이그닛션 측접점, (e)가 스타트 측접점이다. (27)은 계자코일(3)에 흐르는 전류를 제어할 전압 조정기이고, 이는 발전상태에 있어서 배터리(25)의 단자전압을 검출하여 그 전압치를 소정의 값에 유지되도록 계자전류를 제어하는 것이며, 이하의 구성으로 되어 있다.

즉, (28,29)는 분할저항으로 배터리(25)에 접속되어 이들 저항(28,29)의 접속점은 제너 다이오드(30)를 사이에 두고 트랜지스터 (31)의 베이스에 접속되어 있다.

이 트랜지스터(31)는 계자전류를 온 오프할 파워 트랜지스터(32)를 온 오프하기 위한 것이고, 트랜지스터(31)의 콜렉터가 트랜지스터 (32)의 베이스에 접속되어 있음과 동시에 베이스 저항(33)을 사이에 두고 키이 스위치(26)의 이그닛션 측접점 (d)에 접속되어 있으며 또한 에미터는 접지되어 있다.

트랜지스터(32)의 콜렉터는 계자코일(3)의 한단부에 접속되고 에미터는 접지되어 있다. 계자코일(3)의 다른 단부는 배터리(25)에 접속되어 있으며, 또한 (34)는 트랜지스터 (32)의 서어지를 흡수할 플라이 휘일 다이오드이다.

전기자 전류 절환회로(35)는, 그 입력측에 전류 절환 제어회로(36)가 마련되어, 이 전류 절환 제어회로 (36)를 사이에 두어 키이 스위치(26)의 스타트측 접점(e)에 접속되어 있다. 전류 절환 제어회로(36)는 전기자 코일 각 상용의 크랭크 각도 검출기 (6)의 신호에 의하여 전류 절환용 트랜지스터(37∼42)를 온 오프 동작을 시키기 위한 신호를 발생한다.

전류 절환용 트랜지스터(37∼42)는 (37과 38,39와 40,41과 42)가 한쌍으로 되어 있으며, 트랜지스터 (37,39,41) 의 콜렉터는 배터리(25)의 정측단자에 접속되고 에미터는 트랜지스터(38,40,42)의 콜렉터에 접속되어 있으며, 이들 트랜지스터(38,40,42)의 에미터는 접지되어 있다.

또한 각 트랜지스터(37∼42) 베이스는 전류 절환 제어회로(36)에 접속되고 각각 대응의 트랜지스터. (37과 38,39와 40,41과 42)의 접속점은 각각 전기자 코일(5)의 각상에 접속되어 있다. (43∼48)은 기관 시동후의 발전기로서의 작동시, 전기자 코일(5)에서 출력전압을 직류로 변환하기 위한 삼상전파 정류회로를 구성할 다이오드이 다.

다음에 상기 구성의 시동겸 충전장치의 동작에 대하여 설명한다. 지금 엔진이 정지하고 있는 상태로 키 스위치 (26)를 스타트 위치로 하면 전압 조정기 (27)를 사이에 두고 계자코일(3)에, 또한 전기자 전류 절환회로(35)를 사이에 두고 전기자 코일(5)에 전류가 흘러 이로 인하여 계자극(2a,2b)은 토오크가 발생하여 직결한 크랭크축(8)을 회전시킨다. 계자극(2a,2b)이 돌기 시작하면 크랭크 각도 검출기 (6)가 계자극 위치를 검출하고 전기자 코일(5)이 만드는 회전자계의 속도가 계자극 회전속도와 동일하게 되도록 전기자 코일(5)에의 전류를 전기자 전류 절환회로(35)가 바꿀수 있으므로, 계자극(2a,2b)은 토오크를 얻어서 더욱 가속한다. 이와같은 정귀환 작용에 의하여 기동 토오크를 얻어 엔진을 시동시킨다.

여기서 전기자 전류 절환회로(35)는 예컨데 어떤 기간에는 트랜지스터(37,40,42)가 온, 트랜지스터(38,39,41)가 오프가 되며, 또한 어떤 기간에는 트랜지스터 (38,40,41)가 온으로, 트랜지스터(37,39,42)가 오프가 된다고 한 것처럼 크랭크 각도 검출기(6)의 출력신호에 응하여 전기자 코일(5)에 흐르는 전류 방향을 바꿔, 전기자 코일(5)에 만드는 자계가 회전계 자극(2a,2b)에 의한 자계에 대하여 항상 일정한 위상차(π/2)를 가지는 회전계가 되도록 하고 있다. 엔진이 시동되면 회전속도는 더욱 상승하고, 따라서 전기자코일(5)에, 발생하는 역기전력이 켜지며 불필요한 시동전류는 흐르지 않는다.

또한 엔진시동후 키이 스위치를 이그닛션 위치로 하면 시동겸 충전장치 본체(1)는 교류동기 발전기로 작동하고 발전을 행한다. 그 발생 전력은 다이오드(43-48)에 의해 직류로 변환되어 배터리(25) 및 차량내의 전장품으로 공급된다. 종래의 엔진 시동겸 충전장치는 상기와 같이 구성되어 있으며 기관 시동시는 배터리(25)에서 전기자 코일(5)에서 대단히 큰 전류(예컨데 12/V계에서 150-200A)가 공급된다. 따라서 기관 시동시(크랭킹)는 배터리 전압이 제5도에 표시하듯이 저하해 버린다.

계자코일(3)은 배터리 전압으로 소정의 계자력을 발생하는 것이지만, 계자코일(5) 전류가 감소하기 때문에 그 계자기 자력이 저하하고, 따라서, 기관 시동시는 소망의 전동기로서의 토오크를 얻기 어려운 문제가 있다. 그래서 미리 기관 시동시 저하한 배터리 전압이라도 필요한 계자기 자력을 확보할 필요가 있으나, 이 경우 사용하는 동량이나 권선 스페이스의 증가로 장치가 대형화하여 발전기로서의 작동시에서는 낭비가 많으며 시동겸 충전장치로서는 각각의 기능이 양립하지 않고 장치의 대형화 및 비용상승 등의 문제가 있었다.

이 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 시동시에는 배터리 전압이 저하해도 충분한 계자기 자력을 유지할 수 있으며, 발전시에는 적은 전류로 필요충분한 계자기 자력을 화보할 수 있는 경량, 소형으로 값싼 엔진 시동겸 충전장치를 얻음을 목적으로 한다.

발명의 개시

이 발명에 관한 엔진 시동겸 충전장치는, 계자로일을 복수로 분할하여 감아돌리고 또한 이 분할한 계자코일 각각을 시동시에는 병렬로 접속하여 엔진 시동후에는 직렬로 접속하는 계자코일 제어회로를 갖춘 것이다.

이 발명에 있어서는 엔진 시동시는 계자코일이 병렬 접속되기 때문에 저하한 배터리 전압이라도 필요한 계자기 자력이 확보된다. 그리고 엔진 시동후 발전기로서의 기능시는 계자코일이 직렬 접속되어 그 기능에 필요충분한 계자기 자력을 발생하는 효과가 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 이 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제4도 및 제5도는 이 발명의 한 실시예에 의한 엔진 시동겸 충전장치를 표시한 단면도 및 회로 구성도 이며, 이들은 종래 장치의 제1도의 제2도에 대응하는 것이다.

이들 그림에서 (49a,49b)는 분할되어 감아돌게 된 계자코일이며 이계자코일(49a,49b)은 제5도에 표시한 자계코일 제어회로(50)에 의해서 직병렬 접속이 제어된다.

이 계자코일 제어회로(50)에서 (51,52)는 베이스 저항이고 이것들은 직렬 접속되어 저항(51)이 키이 스위치(26)의 스타트측 접점(e)에, 저항(52)이 NPN 트랜지스터(53) 베이스에 접속되어 이들 저항(51,52) 접속점은 NPN 트랜지스터(54) 베이스에 접속되어 있다.

(55)는 그 에미터가 배터리(25)의 정측단자에 접속된 PNP 트랜지스터이고, 베이스 저항(56)을 사이에 두어 트랜지스터(53)의 콜렉터에, 콜렉터는 계자로일(49a)의 한단부에 접속되어 있다. 또한 트랜지스터(53)의 에미터는 접지되어 있다.

상기 계자코일(49b)의 한단부 배터리(25)의 정측단자에 접속되어 다른 단부는 역류 저지용 다이오드(57)를 사이에 두고 계자코일(49a)의 한단부에 접속되어 있음과 함께 트랜지스터 (54)의 콜렉터에 접속되어 있다. 또한 계자코일(49a)의 다른 단부 트랜지스터(54)의 에미터 접속되어 있음도 함께 전압 조정기(27)의 트랜지스터 (32)의 콜렉터에 접속되어 있다.

다음에 상기 구성의 엔진 시동겸 충전장치 동작에 대해서 설명한다. 먼저 시동시에서는 키이 스위치(26)를 스타트 위치로 하면 배터리 전압이 스타트측 접점(e)를 사이에 두고 전기자 전류 절환회로(35)에 공급되어 전기자 코일(5)에 전류가 흐름과 동시에 계자코일 제어회로(50)에 공급되어 트랜지스터(53 및 54)가 온한다.

따라서 트랜지스터(55)도 온하여 배터리 전압이 계자로일(49b)에 공급됨과 동시에 트랜지스터 (55)를 사이에 두고 계자코일(49a)에 공급된다. 계자로일(49b)를 흐르는 전류는 트랜지스터(54)를 사이에 두고 트랜지스터(32)로, 또한 계자코일(49a)의 전류는 그대로 트랜지스터(32)로 흐른다.

즉 계자코일(49a,49b)는 배터리 (25)에 대하여 병렬로 접속된 것으로 되며, 엔진 시동시 저하한 배터리 전압이라도 충분한 자계코일 전류가 흘러 필요한 계자기 자력이 확보된다.

다음에 엔진이 시동하고 키이 스위치(26)가 스타트측 접점(e) 떨어져 이그닛션 축접점(d)만으로 접속된 경우, 제자코일 제어회로(50)는 스타트측 접점(e)으로부터의 전압이 인가되지 않기 때문에 트랜지스터 (53,54.55)가 모두 오프가 된다. 이 때문에 계자코일(49a와 49b)는 다이오드(57)의 순방향을 사이에 두고 직렬 접속된 것으로 되며 발전기로서의 기능에 필요충분한 계자기 자력을 발생한다.

더구나 상기 실시예에서는 계자코일(49a,49b)을 이분할로 했기 때문에 그 직렬과 병렬에서는 같은 계자기 자력을 발생시키기 위한 배터리 전압은 병렬접속이 직렬 접속의 약 1/2이 된다. 또한 계자코일을 이분할 이상의 복수분할로 해도 된다. 그리고 상기 시동겸 충전장치에서 클러치(16)동작은 종래 장치와 마찬가지기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.

게다가 상기 실시예에서는 계자코일 제어회로(50)를 반도체 소자로 구성했으나 이에 한정되는 것이 아니며 예컨데 전기 개폐기등을 결합해 구성해도 상기 실시예와 마찬가지의 효과를 이룬다

이 발명은 엔진을 시동하는 시동전동기와 그 엔진으로 구동되어 배터리를 충전하는 충전발전기를 일체화한 엔진 시동겸 충전장치에 관한 것이다.

제1도는 종래의 엔진 시동겸 충전장치의 단면도.

제2도는 동엔진 시동겸 충전장치의 회로구성도.

제3도는 엔진시동시의 배터리 전압상태를 표시한 전압 파형도.

제4도는 이 발명의 한 실시예로 인한 엔진 시동겸 충전장치를 표시한 단면도.

제5도는 동엔진 시동겸 충전장치의 회로구성도이다.

Claims (6)

1. 기관의 크랭크축에 설치된 회전계 자극과 기관본체에 고정된 계자철심에서 복수로 분할하여 감아돌게 되어 전기 회전계 자극을 여자할 계자코일과 전기 기관본체에 고정된 전기자 철심 및 이에 감아돌게 된 전기자 코일과 전기 회전계 자극의 회전각도를 검출하는 크랭크 각도 검출기와 기관 시동시에는 전기 전기자 코일이 전기 회전계 자극의 자계에 대해서 일정한 위상차를 가지는 회전자계를 형성하도록 전기 크랭크 각 도 검출기의 출력신호에 응하여 그 전기자 코일에 흐르는 전류방향을 달리 접속시키는 전기자 전류 회로와 기관 시동후에는 전기 전기자 코일에 발생하는 전압을 직류로 변환하여 끄집어내는 정류수단과 상기 복수로 분할된 계자로일을 기관 시동시에는 병렬로 접속하고 시동후에는 직렬로 접속하는 제자코일 제어회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.
2. 제1항에 있어서, 계자철심은 브래킷에 고정하고 전기자 철심은 하우징에 고정한 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.
3. 제1항에 있어서, 브래킷과 하우징을 공통 볼트로 기관본체로 설치한 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.
4. 기관 크랭크축에 설치된 회전계 자극과 기관본체에 고정된 계자철심에 복수로 분할하여 권회되어 전기 회전계 자극을 여자하는 계자코일과 전기 기관본체에 고정된 전기자 철싫 및 이에 감아돌게 된 전기자 코일과 전기 회전계 자극의 회전각도를 검출하는 크랭크 각도 검출기와 기관 시동에는 전기자 코일이 전기 회전계 자극의 자계에 대해서 일정한 위상차를 가지는 회전계자를 형성하도록 전기 크랭크 각도 검출기의 출력신호에 응하여 전기자 로일에 흐르는 전류방향을 달리 접속시키는 전기자 전류 절환회로와 기관 시동후에는 상기 전기자 코일에 발생하는 전압을 직류 변환하여 꺼내는 정류수단과 2분할된 계자코일의 각각에 기관 시동후에 닫히게 되는 스위치를 직렬로 접속하고 그 한쪽 계자코일은 스위치측을 배터리에 접속하여 다른쪽 계자코일은 그 계자코일측을 전기 배터리에 접속하고 전기 각 계자로일과 스위치와의 접속점간에 다이오드를 접속하여 구성한 계자코일 제어회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.
5. 제2항에 있어서, 스위치로서 반도체 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.
6. 제2항에 있어서, 스위치로서 전자 개폐기를 사용하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동겸 충전장치.

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