선택적 셀프-로킹 장치를 구비한 전기 기계 및 유압 작동식 차량 브레이크(ELECTROMECHANICALLY AND HYDRAULICALLY ACTUATABLE MOTOR VEHICLE BRAKE WITH SELECTIVE SELF-LOCKING)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2016-0085862
(43) 공개일자 2016년07월18일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F16D 65/18 (2006.01) B60T 13/58 (2006.01)
B60T 13/74 (2006.01) F16D 121/04 (2012.01)
F16D 121/24 (2012.01) F16D 125/36 (2012.01)
F16D 125/40 (2012.01) F16D 125/48 (2012.01)
(52) CPC특허분류
F16D 65/18 (2013.01)
B60T 13/588 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2016-7015541
(22) 출원일자(국제) 2014년10월24일
심사청구일자 없음
(85) 번역문제출일자 2016년06월10일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2014/072819
(87) 국제공개번호 WO 2015/071071
국제공개일자 2015년05월21일
(30) 우선권주장
10 2013 018 946.2 2013년11월12일 독일(DE)
(71) 출원인
루카스 오토모티브 게엠베하
독일 56070 코브렌즈 칼 스파에터 스트라쎄 8
(72) 발명자
포얼츠젠 그레고어
독일 56068 코블렌츠 마켄빌드첸웨그 32
쉐러 스티브
독일 56414 빌크하임 암 행 6
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
박장원
전체 청구항 수 : 총 11 항
(54) 발명의 명칭 선택적 셀프-로킹 장치를 구비한 전기 기계 및 유압 작동식 차량 브레이크
(57) 요 약
본 발명은 액추에이터 어셈블리(A)를 구비한 차량 브레이크, 특히, 유압 및 전기 기계적으로 결합되어 작동 가능
한 차량 브레이크로, 하우징(AG, BG), 브레이크 라이닝을 유압 또는 전기 기계적으로 이동시키기 위해 하우징
(AG, BG)에 대하여 이동될 수 있는 엑추에이터(BK), 모터 드라이브(EM), 모터 드라이브(EM)와 이동 가능한 액추
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도6
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에이터(BK) 사이에 배치되는 이동 기구, 이동 기구와 짝을 이루는 변속 장치(GS1, GS2, GS3), 및 필요 시 이동
기구를 차단하도록 설계된 별도의 셀프-로킹 장치(SHV)를 포함한다. 이동 기구는 회전 가능한 스핀들 및 하우징
(BG)에서 선형으로 이동될 수 있는 너트를 구비한 볼 스크류 드라이브(SM)를 구비한다. 너트는 스핀들을 회전시
킴으로써 액추에이터(BK)를 이동시키기 위해 하우징 내에서 이동될 수 있고, 변속 장치는 적어도 2개의 변속 스
테이지(GS1, GS2, GS3)를 구비한다. 차량 브레이크에서, 셀프-로킹 장치(SHV)는, 적어도 2개의 변속 스테이지
(GS2, GS3)가 볼 스크류 드라이브(SM)와 셀프-로킹 장치(SHV) 사이에 배치되도록 변속 장치(GS1, GS2, GS3) 내
에 또는 변속 장치(GS1, GS2, GS3) 상에 배치된다.
(52) CPC특허분류
B60T 13/741 (2013.01)
F16D 2121/04 (2013.01)
F16D 2121/24 (2013.01)
F16D 2125/36 (2013.01)
F16D 2125/40 (2013.01)
F16D 2125/48 (2013.01)
(72) 발명자
딜라 크리스티안
독일 56170 벤도르프 피터-시버트-스트라세 19
미헬스 어윈
독일 56829 케일 에커스트라세 15
올리그 베네딕트
독일 56179 발렌다르 임 펠즈그라벤 1
공개특허 10-2016-0085862
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명 세 서
청구범위
청구항 1
액추에이터 어셈블리(10)를 구비한 차량 브레이크, 특히, 유압 및 전기 기계적으로 결합되어 작동 가능한 차량
브레이크로,
- 하우징(12),
- 브레이크 패드를 유압 또는 전기 기계적으로 변위시키기 위해 하우징(12)에 대하여 변위 가능한 엑추에이터
(18),
- 모터 드라이브(22),
- 모터 드라이브(22)와 변위 가능한 액추에이터(18) 사이에 배치되는 변위 기구,
- 변위 기구에 배치된 기어 장치(26), 및
- 필요에 따라 변위 기구를 차단하도록 설계된 별도의 셀프-로킹 장치를 포함하며,
상기 변위 기구는 스핀들(76) 및 너트(86)를 구비한 볼 스크류(28)를 포함하고, 선택적으로 스핀들(76)과 너트
(86) 중 하나의 부품이 회전 구동될 수 있고, 스핀들(76)과 너트(86) 중 다른 부품은 스핀들(76)과 너트(86) 중
하나의 부품이 회전 구동됨으로써 액추에이터(18)를 변위시키기 위해 하우징 내에서 선형으로 변위될 수
있으며, 기어 장치(26)는 적어도 2개의 기어 스테이지를 포함하는, 차량 브레이크에 있어서,
적어도 2개의 기어 스테이지가 볼 스크류와 셀프-로킹 장치에 배치되도록 기어 장치 내에 또는 기어 장치 상에
셀프-로킹 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 기어 장치는 3개 또는 4개의 기어 스테이지(GS1, GS2, GS3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량
브레이크.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 셀프-로킹 장치(SHV)는 모터 드라이브(EM)와 기어 장치(GS1, GS2, GS3) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하
는 차량 브레이크.
청구항 4
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 셀프-로킹 장치(SHV)는 모터 드라이브(EM)에 인접한 기어 장치의 기어 스테이지(GS1)의 하류에 위치되는
것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 5
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 셀프-로킹 장치(SHV)는, 변위 기구를 차단하는 중에 발생하는 반력이 직접적으로 또는 간접적으로 하우징
내로 유도될 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 6
제5항에 있어서,
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상기 셀프-로킹 장치는 변위 기구를 차단하는 중에 발생하는 반력을 기어 장치에 배치되는 하우징 부분 내로 유
도하되, 상기 하우징 부분은 힘-전달 방식으로 브레이크-패드 장치를 지탱하는 하우징 부분에 연결되는 것을 특
징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 7
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 셀프-로킹 장치는, 모터 드라이브에서 스핀들로 토크의 전달을 허용하는 랩-스프링 클러치로 설계되고, 스
핀들에서 모터 드라이브로 토크의 전달을 차단하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 8
제7항에 있어서,
전환 부재(130)는 랩-스프링 클러치(70)에 배치되되, 제1 전환 위치에서 상기 전환 부재는 스핀들(76)에서 모터
드라이브(22)로 토크의 전달을 허용하고, 제2 전환 위치에 도달하면 랩-스프링 클러치(70)가 스핀들(76)에서 모
터 드라이브(22)로 토크의 전달을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 9
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
기어 장치(26)는 유성 기어 기구(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
청구항 10
제9항에 있어서,
모터 드라이브(22)는 전기 모터, 유성 기어 기구(34)의 태양 휠을 구비하는 출력 샤프트(30)를 포함하고, 유성
기어 기구(34)의 링 기어(44)는 하우징에 대해 고정되도록 배치되며, 유성 기어 기구(34)의 유성 휠(42)은 하우
징(12)에 회전 가능하게 지지되는 유성 캐리어(38) 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 차량 브레
이크.
청구항 11
제10항에 있어서,
상기 셀프-로킹 장치는 유성 기어 기구의 태양 휠과 통합되는 것을 특징으로 하는 차량 브레이크.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 액추에이터 어셈블리를 구비한 전기 기계 및 유압 작동식 차량 브레이크에 관한 것으로, [0001]
- 하우징,[0002]
- 브레이크 패드를 유압 또는 전기 기계적으로 변위시키기 위해 하우징에 대하여 변위 가능한 액추에이터,[0003]
- 모터 드라이브,[0004]
- 모터 드라이브와 변위 가능한 액추에이터 사이에 배치되는 변위 기구,[0005]
- 변위 기구에 배치된 기어 장치, 및[0006]
- 필요에 따라 변위 기구를 차단하도록 설계된 별도의 셀프-로킹 장치를 포함하되, 변위 기구는 스핀들 및 너트[0007]
를 구비한 볼 스크류를 구비하고, 선택적으로 스핀들과 너트 중 하나의 부품은 회전 구동될 수 있고, 스핀들과
너트 중 다른 부품은 하나의 부품이 회전 구동됨으로써 액추에이터를 변위시키기 위해 하우징 내에서 선형으로
변위될 수 있으며, 기어 장치는 적어도 2개의 기어 스테이지를 구비한다.
배 경 기 술
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한동안, 차량 브레이크는, 차량이 주행하는 동안 일반적인 서비스 제동의 경우에, 브레이크 패드가 보통 유압식[0008]
으로 변위되지만, 주차-브레이크 기능의 활성화를 위해, 브레이크 패드의 전기 기계적인 변위 또는 제동 위치에
서 적어도 브레이크 패드의 전기 기계적인 작동 차단이 발생하도록 사용되었다. 이러한 유형의 차량
브레이크는, 주차-브레이크 기능이 작동 스위치의 간단한 작동으로 더욱 편리하게 작동 또는 해제될 수 있는 이
점을 제공한다.
이러한 유형의 전기 기계적 및 유압 작동식 차량 브레이크는 공지되어 있다.[0009]
예컨대, 국제 공개공보 WO 2008/037738 A1호는 유압 및 전기 기계식으로 작동될 수 있는 차량 브레이크를 개시[0010]
한다. 일반적인 작동 상황, 즉, 차량이 주행하는 중에, 차량 브레이크는 유압식으로 종래 방식으로 작동된다.
그러나, 주차 브레이크의 활성화를 위해, 전기 기계적인 작동 기능이 활성화된다. 이러한 경우에, 기어 장치를
구비한 변위 기구를 통해 스핀들/너트 장치를 구동시키는 전기 모터가 구동된다. 주차 브레이크가 작동될 때 주
차 브레이크 작용이 감소되는 것을 방지하기 위해, 기어 장치는 웜 기어와 함께 셀프-로킹 되도록 설계된다. 그
러나, 셀프-로킹은 매우 낮은 효율이 달성될 수 있어서, 특히, 전기 모터인 부품은 상대적으로 강하고, 높은 소
비 전류를 갖도록 설계되어야 한다. 시스템의 전체 효율은 부품의 각 효율의 곱으로 이루어지는 것으로 여겨진
다. 예를 들어, 전체 효율은 엔진의 효율과 하류 기어 장치의 효율 및 스핀들/너트 장치의 효율의 곱으로 발생
된다. 이에 따라, 셀프-로킹 효과를 갖는 기어 장치에서, 전체 효율은 30% 및 그 미만의 범위 내에서 달성될 수
있다.
독일 특허출원공개공보 DE 10 2012 208 294 A1호는 별도의 셀프-로킹 장치가 스핀들/너트 장치 상에 직접적으로[0011]
배치되는 차량 브레이크를 개시한다. 특히, 상기 공보에서 도 8이 참조된다. 도 8에는 롤링-부재 램프 변속기와
브레이크 피스톤 사이에 배치되는, 결합 장치(41)로서 표시된 셀프-로킹 장치가 도시되어 있다. 볼 스크류의 너
트/스핀들 장치에 셀프-로킹 장치의 이런 직접적인 공간 배치는, 브레이크의 작동 및 (주차) 제동 상태의 유지
보수 중에 발생하는 반력이 전체 크기의 셀프-로킹 장치에 의한 전체 크기로 지탱되어야 한다는 단점이 있다.
셀프-로킹 장치는 상당하게 튼튼히 구성되어야 하고, 이에 따라 상당한 구성 공간을 갖는다. 이는 브레이크가
특히 나사산 스핀들에 대해 축 방향으로 상대적으로 큰 크기로 되어야함을 의미한다.
또한, 독일 특허출원공개공보 DE 10 2011 102 860 A1호는 공지 기술과 비교하여 개선된 차량 브레이크를 개시하[0012]
는데, 셀프-로킹 장치는 너트/스핀들 장치 근방에 배치되지만 기어 장치와 일체형이어서, 나사산 스핀들에 대해
축 방향에서 구성 공간이 절약될 수 있다. 상기 브레이크는 더욱 소형으로 구성될 수 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 힘의 유동 및 치수에 대하여 공지 기술에 비해 최적화되고, 서비스 브레이크 및 주차 브레이[0013]
크 모두에 이용될 수 있는 이용 가능한 차량 브레이크를 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단
상기 목적은, 적어도 2개의 기어 스테이지가 볼 스크류와 셀프-로킹 장치 사이에 배치되는 방식으로, 셀프-로킹[0014]
장치가 기어 장치 내부 또는 기어 장치 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 유형의 차량 브레이크에 의해 달성된
다.
본 발명은, 변속비 또는 감속비를 갖는 적어도 2개의 기어 스테이지가 브레이크 패드로부터 발생하는 반력을 감[0015]
소시키기 위해 이용될 수 있어서, 셀프-로킹 장치가 작게 이루어질 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따르
면, 셀프-로킹 장치는 작은 구성 공간의 위치에 배치될 수 있기 때문에, 나사산 스핀들로부터의 거리에서 셀프-
로킹 장치의 배열은 전체 차량 브레이크를 작게 하도록 자유를 준다.
본 발명에 따른 추가적인 이점은, 기어 장치 또는 볼 스크류 자체가 더 이상 셀프-로킹 되도록 구성되어야 하지[0016]
않기 때문에, 차량 브레이크의 전체 효율이 공지 기술에 비해 개선될 수 있다. 결론적으로, 힘의 전달에 대해
50%를 초과하는 효율이 달성될 수 있고, 모터 드라이브가 약하게, 낮은 소비 전류를 갖도록, 이에 따라 작은 구
성이 되도록 설계될 수 있는 점에 기여한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 3개 또는 4개의 기어 스테이지를 구비하는 기어 장치를 제공한다. 3개 또는 4개의[0017]
기어 스테이지의 선택은, 변위 기구가 상대적으로 소형으로 설계될 수 있음에도 불구하고, 상대적으로 작은 치
수의 모터 드라이브로 상대적으로 큰 변속비를 달성하는 것을 가능하게 한다. 또한, 기어 스테이지의 개수는 셀
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프-로킹 장치의 편리한 위치 설정을 허용한다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 실시예에 따르면, 셀프-로킹 장치가 모터 드라이브와 기어 장치 사이에 배치된다.[0018]
이는 모든 기어 스테이지를 구비한 전체 기어 장치가 브레이크 패드로부터 발생하는 반력을 감소시키는 데에 이
용되는 것을 의미한다. 이에 따라, 셀프-로킹 장치는 약하게 및 공간-절약형으로 치수화될 수 있고, 안정적인
작용을 수행할 수 있다.
셀프-로킹 장치가 모터 드라이브에 매우 인접한 기어 장치의 기어 스테이지의 하류에 위치되는 실시예의 변형으[0019]
로 거의 유사한 우수한 효과가 달성될 수 있다. 상기 실시예에서, 셀프-로킹 장치는 제동 상태에서 브레이크 패
드에 의해 발생되는 반력을 감소시키기 위해, 기어 장치와 일체형일 수 있고, 구동-측 기어 스테이지를 제외하
고 모두 다른 기어 스테이지를 이용할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따르면, 셀프-로킹 장치는, 변위 기구를 차단하는 중에 발생하는 반력이 간접적으로 또[0020]
는 직접적으로 하우징으로 유도되는 방식으로 배치된다. 이러한 맥락에서, 본 발명의 추가적인 발전으로, 셀프-
로킹 장치는 변위 기구를 차단하는 중에 발생하는 반력을 기어 장치에 배치된 하우징 부분으로 유도하되, 상기
하우징 부분은 브레이크-패드 장치를 지탱하는 하우징 부분에 힘-전달 방식으로 연결된다. 일반적으로 브레이크
장치를 지탱하는 하우징 부분은 다소 튼튼하게 설계되어 셀프-로킹 장치로부터의 반력을 흡수하는 데에 유리하
다. 또한, 셀프-로킹 장치는 변위 기구를 차단하는 중에 발생하는 반력을 브레이크-패드 장치를 지탱하는 튼튼
한 하우징 부분으로 직접적으로 유도한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 셀프-로킹 장치가 모터 드라이브에서 스핀들로 토크의 전달을 허용하고,[0021]
스핀들에서 모터 드라이브로 토키의 전달을 차단하도록 설계된 랩-스프링 클러치로 설계된다. 랩-스프링 클러치
는 주로 직접적으로 및 가상으로 해제 상태에서 무-손실 전달을 허용하지만, 폐쇄 상태에서 확실히 차단하기 때
문에, 이러한 랩-스프링 클러치로 효율의 많은 손실을 방지할 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 발명에 따르면, 전
환 부재는 랩-스프링 클러치에 배치되어, 제1 전환 위치에서 전환 부재는 스핀들에서 모터 드라이브로 토크의
전달을 허용하고, 제2 전환 위치에 도달하면 랩-스프링 클러치가 스핀들에서 모터 드라이브로 토크를 전달하는
것을 차단시킨다. 이러한 전환 부재는 예컨대, 굴곡 스프링일 수 있다.
이러한 맥락에서, 랩-스프링 클러치는 랩 스프링으로서 하우징에 대하여 고정되는 고정자를 중심으로 감긴 나선[0022]
형 스프링을 구비하되, 상기 나선형 스프링은 적어도 하나의 권선 및 일 단부가 토크-전달 방식으로 제1 기어
휠과 결합될 수 있고, 다른 단부가 토크-전달 방식으로 제2 기어 휠과 결합될 수 있는 2개의 단부를 구비한다.
이러한 경우에, 적어도 하나의 권선은 고정자의 표면과 접촉한다. 바람직하게, 본 발명의 실시예에서, 각각의
기어 휠은 기어 휠에 각각 배치되는 나선형 스프링의 단부와 토크-전달 계합할 수 있는 적어도 하나의 폴을 구
비한다. 폴은 각각의 기어 휠을 상기 기어 휠 사이에 배치된 나선형 스프링과 힘-전달 및 토크-전달 결합시키는
데에 사용된다. 나선형 스프링은 모터 드라이브에서 스핀들 쪽으로 힘을 전달하고, 반대 방향으로 차단시키는
힘-전달 부재이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히, 모터 드라이브에서 스핀들로 토크를 전달하는 중에,
나선형 스프링은 하우징에 대해 고정된 고정자에 대하여 방사상으로 다소 팽창되어, 토크의 전달 중에 고정자
상에 안전하게 슬라이딩되고, 스핀들에서 모터 드라이브로 토크를 전달하는 경우에, 나선형 스프링은 하우징에
대해 고정된 고정자에 대하여 방사상으로 수축되어, 고정자 상에 방사상으로 작용하고, 하우징에 대해
고정되며, 토크의 전달을 차단시킨다. 이에 따라, 차단하는 중에, 나선형 스프링은 하우징에 대해 고정된 고정
자를 중심으로 조여지고, 이러한 방식으로 랩핑의 결과로 강한 마찰력을 제공하고, 궁극적으로 추가적인 이동
및 이에 따른 나선형 스프링을 통한 토크의 전달을 방지한다. 상기 스프링은 이러한 상태로 변속기를 차단한다.
본 발명의 실시예에서 차량 브레이크가 서비스 브레이크 및 주차 브레이크 모두로 사용되는 경우에, 서비스 브[0023]
레이크로의 기능을 위해, 일정 경계 내에서 스핀들에서 모터 드라이브 쪽으로 토크의 전달을 허용하는 것이 요
구될 수 있다. 그러나, 이러한 토크의 전달은 주차-브레이크 기능의 범위 내에서 언급된 이유를 위해 방지되어
야 한다. 이는 서비스 브레이크로서의 기능 및 주차 브레이크로서의 기능에 대한 반대의 요구 사항이 존재한다
는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 본 발명은, 주차 브레이크의 작동을 위해 일반적으로 상당히 높은 토크 또는
인장력이 서비스-브레이크 기능의 범위 내에서 채용되는 점을 활용하여 서비스-브레이크 기능과 주차-브레이크
기능 사이의 구별을 제거한다. 이에 따라, 사용된 인장력의 크기 또는 절대 값에 따라, 서비스-브레이크 기능과
주차-브레이크 기능 사이의 '전환'이 발생할 수 있다. 구조적으로, 상기 전환은, 상기 실시예에서 전환 부재가
랩-스프링 클러치에 배치되는 점에 의해 달성되되, 제1 전환 위치에서 전환 부재가 스핀들에서 모터 드라이브로
토크의 전달을 허용하고, 제2 전환 위치에 도달하면 랩-스프링 클러치가 스핀들에서 모터 드라이브로 토크의 전
달을 차단하도록 한다. 상기 전환 부재는 작용하는 인장력에 따라 전환시킨다. 이와 관련하여, 본 발명에 따르
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면, 전환 부재가 적어도 하나의 탄성 변형 부재를 포함하는 것이 가능하다. 적어도 하나의 변형 부재는 특정 정
도의 변형의 경계 내에서 모터 드라이브와 스핀들 사이에서 양 방향으로 힘의 전달을 허용한다. 인장력에 의해
유발된 특정 변형으로부터, 적어도 하나의 변형 부재는 모터 드라이브에서 스핀들로 힘의 전달이 여전히 가능하
지만 반대 방향으로 차단되는 제2 전환 위치에 도달한다. 특히, 이러한 경우에, 전환 부재는 제1 기어 휠과 제2
기어 휠 사이에서 랩 스프링 상에 작용하는 인장력에 따라 제1 전환 위치 또는 제2 전환 위치를 추정한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 유성 기어 기구를 구비한 기어 장치를 제공한다. 또한, 이러한 맥락에서, 본 발명[0024]
에 따르면, 모터 드라이브는 전기 모터, 유성 기어 기구의 태양 휠을 구비하는 출력 샤프트를 포함하되, 유성
기어 기구의 링 기어는 하우징에 대하여 고정되도록 배치되며, 유성 기어 기구의 유성 휠은 하우징에 회전 가능
하게 지지되는 유성 캐리어 상에 회전 가능하게 지지된다. 이러한 경우에, 본 발명에 따르면, 셀프-로킹 장치가
유성 기어 기구의 태양 휠과 통합되는 것이 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 차량 브레이크의 기술적 배경을 설명하기 위한 액추에이터 어셈블리의 외관 사시도이다.[0025]
도 2는 도 1에 따른 차량 브레이크의 액추에이터 어셈블리의 축선을 통한 단면도이다.
도 3은 전기 모터, 기어 장치 및 스핀들의 단면도이다.
도 4는 랩-스프링 클러치를 설명하기 위한 분해도이다.
도 5는 랩-스프링 클러치를 구비한 2개의 기어 휠로 구성되는 장치의 축방향 직교 단면도이다.
도 6은 제1 기어 스테이지와 제2 기어 스테이지 사이에 셀프-로킹 장치가 배치되는 본 발명의 제1 실시예의 개
략도이다.
도 7은 모터 드라이브와 제1 기어 스테이지 사이에 셀프-로킹 장치가 배치되는 본 발명의 제2 실시예의 개략도
이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 방식으로 설명될 것이다.[0026]
도 1에는 일반적으로 도면부호 10으로 표시하고, 공간적으로 표현된 차량 브레이크의 액추에이터 어셈블리가 도[0027]
시되어 있다. 도 1 내지 도 5는 본 발명의 기술적 배경을 설명하는 역할을 한다. 실제 실시예는 도 6 및 도 7을
참조하여 설명될 것이다.
도 1은 기어 장치가 배치되는 하우징(12), 구동 모터를 수용하는 부분 하우징(14), 및 변위 가능한 피스톤(18)[0028]
이 배치되고, 브레이크로서 유효하도록 차량 브레이크의 브레이크 유닛에서 변위될 수 있는 미 도시된 브레이크
패드를 구비한 추가적인 부분 하우징(16)을 도시한다. 도 1에 도시되어 있는 본 발명에 따른 차량 브레이크의
액추에이터 어셈블리(10)는 예컨대, 플로팅-캘리퍼 브레이크와 같이 종래 방식으로 설치될 수 있다. 이와 관련
하여, 국제 공개공보 WO 2009/046899 A1호의 참조가 이루어지고, 예로서, 이러한 설치 상황이 도시되어 있다.
상기 공보는 본 출원인으로부터 응용된 것이다. 이하에서는 모터 드라이브 및 브레이크 패드를 변위시키는 변위
기구로 구성된 액추에이터 어셈블리와 관련된 것이기 때문에, 이하의 설명은 이러한 구성 요소에 초점을 맞추고
있다. 또한, 도면에서, 상당하는 구성 요소만 도시되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 구동 유닛(10)의 축선을 관통하는 단면을 도시한다. 하우징(12)은 많은 부품으로 구성되[0029]
어 있고, 하우징(20), 전기 모터(22)를 수용하는 부분 하우징(14), 및 변위 가능한 피스톤(18)을 수용하는 부분
하우징(16)으로 이루어진다. 전기 기계식 및 유압식 피스톤(18)은 공지된 방식으로서 종방향 축선(A)을 따라 변
위될 수 있다. 종래 방식으로서 제동 작용을 달성하기 위해 노출된 표면(24)은 미 도시된 브레이크-패드 장치와
협력한다. 유압식 변위는 서비스 제동 중에 공지된 방식으로 발생한다. 전기 기계식 변위는 주차 브레이크 기능
을 활성화및 해제하기 위해 발생한다.
전기 기계식 변위 기구는 이하에서 상세하게 설명될 것이다.[0030]
변위 기구는 기어 장치(26) 및 너트/스핀들 장치(28)를 포함한다. 변위 기구의 기본적인 부품은 전기 모터(22)[0031]
와 함께 내부가 보이도록 도시한 도 3에 도시되어 있다. 기어 장치(26)는 전기 모터(22)의 회전 움직임을 종방
향 축선(A)을 따라 피스톤(18)의 상당하는 선형 움직임으로 변환시키는 역할을 한다. 구체적으로, 전기 모터
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(22)는 모터의 종방향 축선(B)을 따라 연장되는 모터 출력 샤프트(30)를 구비한다. 상기 샤프트는 비틀림-방지
방식으로 치형 휠(32)과 결합된다. 치형 휠(32)은 유성 기어(34)의 태양 휠로서 역할한다. 치형 휠(32)은 모터
로부터 이격된 단부에 저널(36)을 구비한다. 차례로 다수의 저널(40)을 구비한 유성 캐리어(38)는 상기 저널
(36) 상에서 회전 가능하게 지지된다. 상기 저널(40)은 치형 휠(32)과 계합되는 유성 휠(42)을 지지하는 역할을
한다.
유성 휠(42)의 반경 방향 외부에 하우징에 대하여 고정된 링 기어(44)가 배치된다. 이를 위해, 추가적인 하우징[0032]
부품(46)이 제공된다. 유성 캐리어(38)는 저널(50)과 함께 하우징 부품(46)에 지지된다. 상기 유성 캐리어는 저
널(40)과 저널(50) 사이에 외부 치형 기어(52)를 구비한다. 상기 외부 치형 기어(52)는, 외부 주변에 치형 기어
(60)를 구비하고, 반경 방향 내부 베어링부(58)를 통해 하우징에 대해 고정되며, 고정자(56) 상에 회전 가능하
게 지지되는 제1 기어 휠(54)과 맞물린다. 기어 휠(54)은 병(pot)-형상이다. 고정자(56) 상에 형성되고, 비틀림
-방지 방식으로 하우징(12)에 장착되는, 특히, 예컨대, 가압됨으로써 하우징 부분(46) 및 하우징 부분(64)에 비
틀림-방지 방식으로 장착되는 마찰-휠 부분(62)이 상기 기어 휠 내부에서 연장된다. 제2 기어 휠(66)은 고정자
(56) 상에서 회전 가능하게 지지된다. 상기 제2 기어 휠(66)은 토크를 전달하는 랩-스프링 클러치(70)를 통해
제1 기어 휠(54)과 결합된다. 이는 이하에서 상세하게 설명될 것이다. 제2 기어 휠(66)은 제1 기어 휠(54)로부
터 대향하는 부분에 외부 치형 기어(72)를 구비한다. 상기 치형 기어는 너트/스핀들 장치(28)의 스핀들(76) 상
에 비틀림-방지 방식으로 지지되는 출력 치형 휠(74)의 외부 치형 기어(73)와 맞물린다.
스핀들(76)이 레이디얼 니들 베어링(78) 및 스러스트 베어링을 통해 하우징 부분(16)에서 지지되는 도 2가 설명[0033]
될 것이다. 스핀들(76)은 외부 주변에 롤링 부재(82)가 수용되는 나사산 형성부(80)를 구비한다. 롤링 부재(8
2)는 나선형 스프링(85)을 통해 도 2 및 도 3에 도시된 초기 위치로 편향되는 롤링 부재 케이지(84)에
고정된다. 롤링 부재(82) 상에 종래 방식으로서 스핀들(76)의 회전 움직임 동안에 하우징 부분(16) 내에서 선형
움직임을 발생시키는 너트(86)가 지지된다. 너트(86)는 상기 너트(86)의 움직임 동안에 상당하게 변위되는 결합
부재(88)에 단단히 연결된다. 결합 부재(88)의 자유 단부에는, 피스톤(18) 내부의 상당하는 피스톤 면(92)과 계
합할 수 있고, 동일한 변위 즉, 미 도시된 브레이크 패드의 변위를 위해, 피스톤(18)과 함께 변위될 수 있는 원
뿔형 결합 면(90)이 구비된다.
또한, 도 2에는 연결 케이블(94) 및 서로 및 연결된 부품에 대하여 하우징 부분을 밀봉하기 위해 또는 밀봉 방[0034]
식으로 안내하기 위해 다양한 시일(96)이 도시되어 있다. 또한, 피스톤(18)이 벨로즈(98)로 밀봉되어 있다.
도 2 및 도 3에 변위 기구가 상세하게 도시되어 있다.[0035]
도 4 및 도 5를 참조하면, 랩-스프링 클러치(70)의 구조 및 각 구성 요소가 도시되어 있다. 마찰-휠 부분(62)을[0036]
구비한 고정자(56)는 랩-스프링 클러치(70)의 내부에 제공된다. 이미 언급된 바와 같이, 고정자(56)는 하우징에
대하여 고정되도록, 즉, 2개의 저널(102, 104)을 통해 회전 불가능하게 하도록 하우징에 지지된다. 제1 기어 휠
(54)은 고정자(56) 상에 지지된다. 상기 기어 휠은 외부 주변에 외부 치형 기어(60)를 구비하고, 내부에 캐비티
(106)가 제공된다. 캐비티(106)에는 접합 면(110)이 구비된 측면 포켓(108)이 제공된다. 또한, 원형-세그먼트
형상의 폴(112)(pawl)은 제1 기어 휠(54)의 측면으로부터 연장된다. 외부 치형 기어(72) 후방에 있는 제2 기어
휠(66)은 축선 방향으로 연장되며, 제1 폴(116) 및 제2 폴(118)이 배치되는 판형 구조물(114)을 구비한다.
또한, 도 4에는 굽은 단부(122, 124)를 구비한 나선형 스프링(120)이 도시되어 있다. 나선형 스프링(120)은 이
완된 상태에서 마찰-휠 부분(62)의 외주면에 대해 꼭 맞게 지탱하지만 측면 상에서 슬라이딩될 수 있도록 치수
화된다. 어셈블리의 경우에, 나선형 스프링(120)은 마찰-휠 부분(62) 상으로 배치된다. 상기 배열은 캐비티
(106) 내에 수용된다. 2개의 굽은 단부(122, 124)는, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 캐비티(106)를 구분
짓는 면을 따라 마찰 또는 긁힘없이 폴(112, 116, 118)과 계합할 수 있을 때까지 반경 방향 외측으로 연장된다.
또한, 도 4에는 기본 가닥(134)을 따라 연장되는 복수의 권선 루프(132)를 구비한 형상 스프링(130)이 도시되어[0037]
있다. 2개의 단부(136, 138)는 서로 결합한다. 권선 루프(132)는 힘(F)이 작용할 때 이완된 위치에서 압축된 위
치로 압축될 수 있다. 형상 스프링(130)은 포켓(108)에 배치되고, 마지막 루프로 접촉면(110)에 대해 지탱한다.
굽은 스프링 단부(122)가 중간의 공간(140)에서 폴(116)과 폴(118) 사이에 수용되는 랩-스프링 클러치(70)의 조[0038]
립된 상태가 도 5에 도시되어 있다.
일반적으로, 전술된 차량 브레이크는 주차-브레이크 기능을 활성화하기 위해 주로 전술된 액추에이터 어셈블리[0039]
와 함께 채용된다. 이는 서비스-브레이크 경우에, 보통 피스톤(18)이 하우징 부분(16)의 외부로 변위되도록 유
압으로 변위되는 것을 의미한다. 또한, 서비스-브레이크의 경우에, 브레이크를 해제하기 위해 부분적으로 또는
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전체적으로 도 2에 따른 초기 위치로 다시 변위되는 것이 가능해야 한다. 대체적으로, 미 도시된 브레이크 패드
에서 이완 효과 및 일반적으로 요구되는 전기 모터(42)에 의한 모터 드라이브 없이 복귀 스프링(85)의 중개를
통해 발생된다. 서비스-브레이크의 경우에, 비교적 작은 인장력이 필요하다는 것을 인식해야 한다.
주차-브레이크 상황에서, 피스톤(18)은 주차-브레이크 작용을 발생시키기 위해 비교적 큰 인장력으로 변위되고,[0040]
차량을 안전하게 고정시키도록 상기 위치에 내구성 있게 고정된다. 도달된 피스톤 위치는 주차-브레이크 작용을
유지시키기 위해 절대적으로 유지되어야하고, 피스톤(18)이 기어 장치(26)에서 고정되는 시간 동안에 다시 변위
되는 것이 방지되어야 한다. 주차 브레이크가 능동적으로 해제되는 능동적인 구동이 모터(22)를 통해 발생된 후
에, 피스톤(18)은 도 2에 따른 초기 위치로 다시 변위될 수 있다.
이에 따라, 서비스-브레이크 상황과 주차-브레이크 상황 사이에서 차이가 발생하고, 브레이크의 현재 상태에 따[0041]
라, 피스톤(16)에서 모터(22) 쪽으로의 힘의 유동이 허용되거나 또는 방지된다. 이러한 요구를 충족시키기
위해, 랩-스프링 클러치(70)가 도시된 방식으로 채용된다. 랩-스프링 클러치(70)는 2개의 기어 휠(54, 56)과의
상호 작용으로 아래와 같이 작동한다:
- 먼저, 모터-측 기어 휠(54)로부터 힘의 유동이 고려되는데, 즉, 모터(22)가 구동되어 유성 기어(34)의 중개를[0042]
통해 기어 휠(54)을 회전으로 구동시킨다. 2개의 회전 방향, 즉, 브레이크를 인장(서비스 브레이크 및 주차 브
레이크의 인장)시키기 위해 반시계 방향인 기어 휠(54)의 회전 방향 및 브레이크의 능동 해제(주차 브레이크의
해제)를 위해 시계 방향인 기어 휠(54)의 회전 방향이 있다.
- 화살표(P1)에 상당하는 제1 기어 휠(54)의 반시계 방향 회전 중에(이는 하우징(16) 외부로 피스톤(18)을 변위[0043]
시키는, 즉, 서비스-브레이크 상황과 주차-브레이크 상황에서 모터(22)를 통해 브레이크를 활성화시키는 움직임
에 상당하다), 형상 스프링(130)은 접촉면(110)을 통해 폴(116) 쪽으로 변위된다. 폴(116)이 이러한 변위(즉,
인장력을 증가시키는 경우에)에 대해 설정되는 저항이 클수록, 형상 스프링(130)이 더욱 강하게 압축된다. 나선
형 스프링(120)은 화살표(P1)에 상당하는 반시계 방향으로 작동하는 중에, 상기 스프링 단부가 마찰-휠 부분
(62) 상에서 슬라이딩하고, 폴(112, 116, 118) 사이의 간극에서 자유롭게 이동할 수 있기 때문에, 무익하게 유
지된다.
- 브레이크 패드가 피스톤(18)을 통해 브레이크 디스크에 대해 강하게 가압되어야 할 때 주차 브레이크를 작동[0044]
하는 중에서와 같이, 큰 인장력이 발생하는 경우에, 형상 스프링(130)은 더욱 강하게 압축된다. 형상 스프링
(130)이 화살표(P1)에 상당하는 회전의 결과로 더욱 강하게 압축되는 경우에, 제1 기어 휠(54)이 형상 스프링
(130)의 압축에 상당하게 제2 기어 휠(56)에 대하여 변위되는 것을 의미한다. 최대의 상대 변위는 단부면(142)
을 구비한 폴(112)이 굽은 단부(124)의 중개를 통해 폴(118) 및 폴(118)의 단부면(144)에 대해 지탱하는 것에
의해 결정된다. 이러한 상태에 도달하면, 형상 스프링(130)은 최대로 압축되고, 전기 모터(22)의 추가적인 회전
은 주차 브레이크의 추가적인 인장을 위해 기어 장치(26)를 통해 너트/스핀들 장치(28)에 전달된다.
- 주차 브레이크가 인장되면, 인장력으로부터 발생하는 반력이 변속기에 반응한다. 이러한 반력은 너트/스핀들[0045]
장치(28)를 통해 폴(116, 118)에 전달되고, 출력 치형 휠(74) 및 외부 치형 기어(72)는 반시계 방향으로 이동하
도록 폴(116, 118)을 초기 위치로 푸쉬한다. 그러나, 폴(116)이 초기 상태로 복귀하면 즉, 반시계 방향으로 이
동하면, 나선형 스프링(120)의 굽은 단부(122)와 계합한다. 상호 계합의 결과로서, 반시계 방향으로 이동하는
폴(116)의 성향으로 인해, 나선형 스프링(120)은 마찰-휠 부분(62) 주변에서 조여져서, 루프는 좁아지고, 마찰-
휠 부분(62)의 외주면에서 더욱 강하게 작용한다. 마찰-휠 부분(62)의 외주면의 랩핑(wrapping)은 나선형 스프
링(120)이 외주면 상에서 슬라이딩할 수 없고, 점착되어 있는 결과가 발생한다. 이에 따라, 폴(116)은 초기 위
치로 이동될 수 없다. 주차 브레이크는 활성화된 상태로 유지된다. 따라서, 고정 과정은 제외된다.
- 주차 브레이크를 해제하기 위해, 모터(22)의 재 구동이 요구된다. 이는 기어 휠(54)이 시계 방향으로 회전되[0046]
도록 한다. 기어 휠(54)이 화살표(P2)에 상당하는 시계 방향으로 이동하는 경우에(이는 피스톤(18)을 하우징
(16) 내로 변위시키는, 즉, 주차 브레이크의 비활성화 중에 모터(22)를 통해 브레이크의 능동 해제시키는 움직
임에 상당하다), 폴(112)은 비슷하게 시계 방향으로 상당하게 이동하고, 형상 스프링(130)에 인장을
해제시킨다. 또한, 나선형 스프링(120)은 해제되고, 폴(118)은 자유롭게 된다. 리턴 스프링(85)의 작용으로 상
기 폴(다음 폴(112))은 다시 이동할 수 있다.
이에 따라, 랩-스프링 클러치(70)는, 모터에서 너트/스핀들 장치로 토크의 전달이 높은 인장력의 경우에 발생하[0047]
고, 랩-스프링 클러치(70)의 작용에 의해, 특히 마찰-휠 부분(62)의 외주면 상에 단단히 작용하는 나선형 스프
링(120)의 조임 작용에 의해 주차-브레이크의 고정 효과 또는 의도하지 않은 해제가 방지되는 것을 보장하는 주
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차-브레이크 기능의 일반적인 효과를 갖는다.
서비스-브레이크의 작동이 전적으로 유압으로 이루어져 단지 주차 브레이크 기능이 실현되는 경우에, 형상 스프[0048]
링(130)은 옵션이고, 생략될 수 있다.
그러나, 서비스-브레이크 기능과 주차-브레이크 기능을 갖는 브레이크에 전기 기계적인 작동이 이루어지는 경우[0049]
에, 인장의 현재 상태에 따라 더욱 강하게 또는 덜 강하게 변형되는 형상 스프링(130)이 추가로 채용된다. 서비
스 제동 중에 대체로 낮은 인장력이 발생하는 경우에, 형상 스프링(130)은 전혀 변형되지 않거나 또는 약간 변
형되어, 나선형 스프링(120)(랩 스프링)의 비활성화 상태를 유지시킨다. 모터 드라이브와 너트/스핀들 장치 사
이에서 양 방향으로 힘의 유동의 전달이 가능하다. 형상 스프링(130)이 충분히 압축될 때에만 나선형 스프링
(120)(랩 스프링)이 활성화되고, 그 기능으로서 너트/스핀들 장치에서 전기 모터 쪽으로 힘의 유동의 전달을 차
단한다. 이에 따라, 도시된 실시예에서 2개의 브레이크 기능(서비스-브레이크 기능과 주차-브레이크 기능)이 이
용될 수 있기 때문에, 형상 스프링(130)이 요구된다.
도 1 내지 도 5에 따른 실시예의 이해를 바탕으로 본 발명은 상기 실시예의 최적화를 실시한다. 본 발명의 제1[0050]
실시예는 도 6에 따른 블록도에 개략적으로 도시된다. 도 6에서는 전기 공급원(EV)에 의해 구동되는 전기 모터
(EM)가 출력 샤프트를 통해 모터의 각속도(ωM)로 기어 장치의 제1 기어 스테이지(GS1)에 모터 토크(MM)를 전달
하는 것을 알 수 있다. 제1 기어 스테이지(GS1)와 제2 기어 스테이지(GS2) 사이에 셀프 로킹 장치(SHV)가 배치
되고, 반력(R)이 각각의 기어 스테이지(GS1 내지 GS3) 및 전기 모터(EM)를 구비한 기어 장치에 할당된 하우징
부분(AG)에서 변환된다. 또한, 상기 하우징 부분은 액추에이터 하우징 부분(AG)으로 지칭될 수 있다. 반력(R)은
액추에이터 하우징 부분(AG)과 브레이크의 하우징 부분(BG)의 적절한 결합으로써 이하에서 더욱 상세하게 설명
되는 바와 같이, 점선 화살표(R')에 상당하게 변환될 수 있다.
제2 기어 스테이지(GS2)의 하류에는 추가적인 기어 스테이지(GS3)가 위치되고, 액추에이터의 각속도(ωA)로 토[0051]
크(MA)가 브레이크에 전달된다. 브레이크는 볼 스크류의 스핀들/너트 장치(SM) 및 브레이크 피스톤(BK)을 포함
하고, 브레이크 작동력(FB)이 작동 속도(VB)로 브레이크 패드에 전달된다. 제동의 경우에 반력은 브레이크 피스
톤(BK)으로부터 소급된다.
상기 실시예의 특이점은, 2개의 기어 스테이지(GS2, GS3)가 스핀들/너트 장치(SM)와 함께 볼 스크류와 셀프-로[0052]
킹 장치(SHV) 사이에 배치되는 방식으로 셀프-로킹 장치(SHV)가 배치된다는 것이다. 이는 주차-브레이크 상황에
서 브레이크 피스톤(BK)에서의 소급 반력에 대해 기어 감소로서 2개의 기어 스테이지(GS2, GS3)의 변속비를 활
용하는 것을 가능하게 하여, 궁극적으로 셀프-로킹 장치(SHV) 상에 작용하는 반력이 명백히 감소된다. 그 결과
로, 셀프-로킹 장치(SHV)는 비교적 작게 치수화될 수 있고, 이에 따라, 특히 구성 공간이 절약된다. 또한, 셀프
-로킹 장치(SHV)의 상기 배열은 기어 장치 내에 셀프-로킹 장치의 설계 및 수용에 자유를 제공한다.
본 발명의 추가적인 실시예는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서 셀프-로킹 장치(SHV)가 전기 모터(EM)와 제1 기[0053]
어 스테이지(GS1) 사이에 배치되어, 전체 3개의 기어 스테이지(GS1 내지 GS3)의 변속비가 브레이크 피스톤(BK)
에서의 소급 반력을 위해 감속기로 활용될 수 있는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 이점은, 브레이크의 실제 부품 즉, 볼 스크류(스핀들/너트 장치(SM))에 대하여, 기어 장[0054]
치 내에 각각의 기어 스테이지(GS1 내지 GS3)와 함께 셀프-로킹 장치(SHV)의 배열에 있다. 상기 배열에 의해,
기어 스테이지(GS1 내지 GS3)의 변속비는 반력을 감소시키기 위해 유리하게 활용될 수 있다. 또한, 상기 배열은
구성 공간의 절약과 관련된 큰 가변성을 제공한다.
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