JP2008020014A - Electric brake for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動力源に電動モータを用いてブレーキ力を発生させる車両用電動ブレーキに関するものである。 The present invention relates to a vehicular electric brake that generates a braking force using an electric motor as a power source.
電動モータを動力源としてパットをディスクロータに圧接させてブレーキ力を得るようにした電動ブレーキとして、例えば特開2000−104766号公報(以下、特許分権1という)に記載されたものがある。これは、電動モータによる回転をボールねじにより回転−直動変換し、更にトグル機構によって電動モータの回転トルクから過大なブレーキ力を得るようにしている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-104766 (hereinafter referred to as Patent Decentralization 1) discloses an electric brake in which an electric motor is used as a power source and a pad is pressed against a disk rotor to obtain a braking force. In this method, rotation by the electric motor is converted into rotation-linear motion by a ball screw, and an excessive braking force is obtained from the rotation torque of the electric motor by a toggle mechanism.
上記特許文献1の電動ブレーキ装置はディスクブレーキのキャリパ方式であり、主に自動車用のブレーキ装置として考案されたものである。ディスクブレーキは車軸とともに回転するディスクロータを両側のパットで挟持してブレーキをかける方式であるキャリパ方式のため、車軸上の電動ブレーキのディスクロータとパット間の隙間は一定で且つ微少である。
The electric brake device disclosed in
このキャリパ方式の特徴として、ディスクロータとパット間の隙間を大きくとれないと同時に隙間が小さいほどパットがディスクロータに接触するまでの無駄な時間を短縮でき、応答性を向上できる利点によるものである。そのため、車軸とブレーキ機構間に、例えばばね等の衝撃吸収材を介して支持しディスクロータとパットの衝突を回避するため、あらかじめディスクロータとパット間の隙間を広く確保する必要がある鉄道車両用のブレーキ機構においては応答性が低下する恐れがあった。 A feature of this caliper method is that the gap between the disk rotor and the pad cannot be made large, and at the same time, the smaller the gap is, the shorter the time required for the pad to contact the disk rotor can be shortened and the responsiveness can be improved. . Therefore, in order to avoid collision between the disk rotor and the pad by supporting the axle and the brake mechanism via an impact absorbing material such as a spring, it is necessary to secure a wide gap between the disk rotor and the pad in advance. In the brake mechanism of this type, the responsiveness may be reduced.
このため、応答性を確保するためには高出力の電動モータを必要とし、高コスト,高重量及び燃費の低下を招くことになっていた。 For this reason, in order to ensure responsiveness, a high-output electric motor is required, resulting in high cost, high weight, and reduced fuel consumption.
本発明の目的は、低出力の電動モータで所定のブレーキ力を発生させ、更に応答性を向上することができる電動ブレーキ機構を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric brake mechanism capable of generating a predetermined braking force with a low-output electric motor and further improving the responsiveness.
上記目的は、車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、一端に前記制動部材を取付けたブレーキてこと、このブレーキてこの中央部を回転支持する支持部と、前記ブレーキてこの他端に取付けられた電動モータとを備え、この電動モータの回転により前記ブレーキてこは他端が押し広げられて前記支持部を軸として前記制動部材が前記被制動部材を挟持方向に回転することにより達成される。 An object of the present invention is to provide a vehicular electric brake including a braked member that rotates with a wheel and a brake member that sandwiches both sides of the braked member. A support portion for rotating and supporting a central portion; and an electric motor attached to the other end of the brake lever. The rotation of the brake motor causes the other end of the brake lever to be spread and the support portion as an axis. This is achieved by the braking member rotating the braked member in the clamping direction.
また上記目的は、車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、前記制動部材の動力源となる電動モータと、この電動モータの回転を直動駆動に変換する変換機構と、この変換機構により直動する直動機構と、この直動機構を直動方向に案内する支持部材と、これらを連結する連結部材と、前記直動機構に設けられた左右の溝にそって摺動可能に支持される回転部材と、前記回転部材と反対側に前記制動部材を具備して支点を軸に回転可能に支持された左右のブレーキてこと、前記ブレーキてこの支点及び前記連結部材を支持するブレーキてこ受台とを備え、前記電動モータの回転駆動により回転−直動変換機構で前進する直動機構の溝に沿って摺動する回転部材が左右に移動して支点を中心に回転するブレーキてこにより反対側の左右の制動部材で被制動部材を挟持することにより達成される。 Another object of the present invention is to provide a vehicular electric brake including a braked member that rotates with a wheel and a brake member that sandwiches both sides of the braked member. A conversion mechanism that converts the rotation of the linear movement to a linear drive, a linear movement mechanism that moves linearly by the conversion mechanism, a support member that guides the linear movement mechanism in the linear movement direction, a connecting member that connects them, and the linear movement mechanism Rotating member that is slidably supported along left and right grooves provided in the moving mechanism, and left and right brakes that are rotatably supported around a fulcrum provided with the braking member on the opposite side of the rotating member And a brake lever pedestal for supporting the fulcrum of the brake lever and the connecting member, and slides along a groove of a linear motion mechanism that moves forward by a rotation-linear motion conversion mechanism by rotational driving of the electric motor. Rotating member It is achieved by sandwiching the braked member in the left and right braking member opposite the brake lever which rotates about the fulcrum and move to the right.
また上記目的は、前記直動機構の溝形状は左右対称で角度の異なる2段以上の直線、又は曲線形状から構成され、電動モータの回転における制動部材の移動速度を段階的に可変可能なことにより達成される。 Further, the above-mentioned object is that the groove shape of the linear motion mechanism is composed of two or more straight lines or curved shapes that are bilaterally symmetrical and have different angles, and the moving speed of the braking member during the rotation of the electric motor can be varied stepwise. Is achieved.
また上記目的は、電動モータの回転を直動に変換する機構及び連結部材を支持する支持部材に摺動部材を備え、前記ブレーキてこ受台に左右の前記ブレーキてこ支点とともに固定された固定部材間で前記車軸方向にのみ摺動可能に支持され、制動力発生時に前記被制動部材と前記ブレーキてこ受台との中心ずれを補正可能としたことにより達成される。 Further, the object is to provide a mechanism for converting the rotation of the electric motor into a linear motion and a support member for supporting the connecting member, and a sliding member provided between the fixed members fixed to the brake lever base together with the left and right brake lever fulcrums. This is achieved by being slidably supported only in the axle direction, and correcting the center deviation between the braked member and the brake lever support when a braking force is generated.
本発明によれば、低出力の電動モータで所定のブレーキ力を発生させ、更に応答性を向上することができる電動ブレーキ機構を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric brake mechanism capable of generating a predetermined braking force with a low-output electric motor and further improving the responsiveness.
以下、本発明の一実施例を図を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図(初期位置)である。
図1において、乗客が搭乗する台車(図示せず)の下部に取付けられた左右の車輪1間を連結する車軸2には円盤型の被制動部材であるディスクロータ10が固定されている。この車軸2には走行時の衝撃を吸収するための衝撃吸収材を介して上記台車が搭載されている。この台車にはアーム状のブラケット(図示せず)を介してブレーキてこ受台20が固定されている。上記の衝撃吸収材は走行時にレールと車軸2間で発生する振動が台車側に伝わりにくくするためのものである。
FIG. 1 is a top view (initial position) of an electric brake for a vehicle provided with a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a
前記ブレーキてこ受台20にはブレーキてこ40a,40bが回転摺動部材210a,210bを介して連結されている。回転摺動部材210a,210bはブレーキてこ40a,40bの回転支点となる。ブレーキてこ40a,40bのディスクロータ10側にはディスクロータ10を左右から挟み込んで制動力を発生させる制輪子30a,30bが取付けられている。この制輪子30a,30bはディスクロータ10と接触する摩擦部材を備えている。制輪子30a,30bは回転摺動部材200a,200bが回転支点となって連結されている。回転摺動部材200a,200bによって制輪子30a,30bはブレーキ力発生時の作用点となる。
Brake levers 40a and 40b are connected to the brake
回転摺動部材210a,210bを境として制輪子30a,30bの逆側のブレーキてこ40a,40bにはブレーキ力発生時の力点となる回転部材50a,50bが取付けられている。この回転部材50a,50bを左右に押し広げることでブレーキてこ40a,40bを回転支点210a,210bを中心に回動させてディスクロータ10を左右の制輪子30a,30bで挟持させてブレーキ力を発生させることになる。
Rotating
ブレーキの駆動源には電動モータ130が用いられている。この電動モータ130はボールねじブラケット140に固定されている。電動モータ130の駆動部分はカップリング120を介してボールねじ80に固定されている。電動モータ130の回転駆動力はボールねじ80により車軸2と直交する進行方向へ直動駆動に変換されることになる。直動するボールねじ80のナットフランジ部にはカム機構70が固定されている。このカム機構70には直動駆動の案内として、ボールねじ80の左右に平行する案内ガイド90a,90bがボールねじブラケット140に固定されている。
An
カム機構70の詳細を図2を用いて説明する。
図2は本発明の第1の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図(制輪子ディスクロータの接触時)である。
Details of the
FIG. 2 is a top view of the electric brake for a vehicle provided with the first embodiment of the present invention (when the brake disc rotor is in contact).
図2において、ブレーキてこ40a,40bには溝60a,60bが形成されており、この溝60a,60bの前記ブレーキてこ40a,40bの回転部材50a,50bが摺動するように配置されている。電動モータ130の回転駆動することによりボールねじ
80が矢印A方向に回転しカム機構70が案内ガイド90a,90bに沿って直動(矢印B方向)すると、カム機構70の溝60a,60bに沿って回転部材50a,50bが移動することによって回転部材50a,50bは矢印D方向に押し広げられる。回転部材
50a,50bの移動によってブレーキてこ40a,40bは回転摺動部材210a,
210bを支点として回転(矢印C方向)することで制輪子30a,30bはディスクロータ10に接触する方向(矢印E方向)に移動する。
In FIG. 2,
By rotating 210b as a fulcrum (arrow C direction), the
図3は本発明の第1の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図(ブレーキ力発生時)である。 FIG. 3 is a top view of the electric brake for a vehicle equipped with the first embodiment of the present invention (when a braking force is generated).
図3において、制輪子30a,30bがディスクロータ10に接触後から更に電動モータを回転駆動し続けると、同様にディスクロータ10を制輪子30a,30bで締付けることで摩擦力による制動力を発生する。電動モータ130の駆動による回転数と制輪子
30a,30bの移動量の関係は、カム機構70の溝60a,60bの形状によって決定される。
In FIG. 3, when the electric motor continues to be driven to rotate after the
一例として図2,図3に示すように、カム機構70に設けられた溝60a,60bは二つのブレーキてこ40a,40bに対応して左右対称の形状である。その形状は角度の異なる直線の2段形状となり、1段目は大きい角度α1で制輪子30a,30bがディスクロータ10に接触する前までの移動用となり、2段目は浅い角度α2で制輪子30a,
30bがディスクロータ10接触後からの押圧用となる。
As an example, as shown in FIGS. 2 and 3, the
30b is used for pressing after contact with the
これにより、過大な制動力を必要としない制輪子30a,30bのディスクロータ10接触前と、過大な制動力を必要とする接触後でのカム機構70の溝形状を変化させることで応答性を向上することが可能である。
Accordingly, the responsiveness can be improved by changing the groove shape of the
つまり、過大な回転トルクを必要としない制輪子30a,30bがディスクロータ10に接触するまでは、カム機構70の溝60a,60b形状によるモータの減速比を小さくしても小出力の電動モータ130で駆動することが可能であり、よってブレーキてこ40a,40bを高速で駆動することで無駄な時間を短縮し応答性を向上できる。
That is, until the
図9(a)(b)は時間と推力の関係を示すグラフ図である。
図9(a)(b)において、カム機構70に設けられた溝形状が1段の場合は図9(a)に示すように、制輪子が「ディスクロータ接触」から「目標推力」に達するまでの時間に比例して推力Rが上昇する。これに対し、溝形状を2段にした場合は図9(b)に示すように、制輪子が「ディスクロータ接触」から「目標推力」に達するまでの時間が破線で示す位置から実線で示す位置まで短縮されている。ここでは、カム機構70の溝60a,
60b形状を左右対称の角度の異なる直線の2段形状として説明したが、2段以上の直線から構成する形状や、曲線により徐々に角度が増加する形状としても良い。
FIGS. 9A and 9B are graphs showing the relationship between time and thrust.
9 (a) and 9 (b), when the groove shape provided in the
Although the 60b shape has been described as a straight two-stage shape with different symmetrical angles, it may be a shape composed of two or more straight lines or a shape in which the angle gradually increases with a curve.
このように、カム機構70に設けられた溝60a,60bの形状により電動モータ130による回転トルクの減速比をカム機構70の移動位置により可変させることが可能である。また制輪子30a,30bの応答性の向上や制動力の向上を小出力の電動モータでも充分に実現可能である。
As described above, the reduction ratio of the rotational torque by the
さて、電動ブレーキのフェールセーフ機能は制輪子30a,30bでディスクロータ
10を挟持しブレーキ力を発生している状態(図3の状態)でありながら電動モータへの電力供給が停止された場合でもブレーキ力を維持する必要がある。
The fail-safe function of the electric brake is a state in which the
本発明による電動ブレーキは、電動モータ130の回転トルクをボールねじ80で回転運動から直動運動に変換しているため、ボールねじ直径D(図1に示す)とボールねじ1回転当たりに進むリード長さP(図1に示す)からボールねじ80の直動機構であるカム機構70が静止状態を維持するのに必要な静止摩擦係数μsが決まり、μs>P/(2πD)を満たせば電動モータの電力が停止してもブレーキ力が維持することができる。よって、ボールねじ80の直径D及びリード長さPは、ボールねじの静止摩擦係数μsを考慮して上式を満たす値のものを選定すると良い。
In the electric brake according to the present invention, since the rotational torque of the
図4において、ディスクロータ10とブレーキてこ受台20の中心がΔSずれた状態でブレーキが動作した場合について説明すると、電動ブレーキの主要構成部品である電動モータ130の回転駆動によりボールねじ80が回転してカム機構70が動作しブレーキてこ40a,40bが回転摺動部材210a,210bを中心に回転する。
Referring to FIG. 4, a description will be given of a case where the brake is operated with the center of the
図5において、受台20の中心がΔSずれている関係から、始めに片側の制輪子30aがディスクロータ10面に接触する。電動モータ130,ボールねじ80、及びカム機構70はボールねじブラケット140に固定されており、摺動部材110a,110bによって電動ブレーキブラケット100に車軸2の軸方向にのみ移動可能に支持されている。
In FIG. 5, because of the relationship that the center of the
このため、図6に示すように電動モータが回転駆動を続けることにより電動モータ130,ボールねじ80,カム機構70を支持するボールねじブラケット140が制輪子30a側にΔS移動することで、反対側の制輪子30bもディスクロータ10に接触しブレーキ力が発生する。
For this reason, as shown in FIG. 6, when the electric motor continues to rotate, the
このようにディスクロータ10とブレーキてこ受台20が車軸2方向への中心ずれを生じた状態でもブレーキ力を発生することが可能である。ブレーキ力解除は、電動モータ
130をブレーキ動作時と同様の回転数分、逆回転することで初期位置に復帰することが可能である。
Thus, it is possible to generate a braking force even when the
以上説明した電動ブレーキは、小出力の電動モータで過大なブレーキ力を発生することが可能であるため装置の小型化が図られる。また、簡素な構成により重量低減による燃費の向上を図ることが可能である。更に、電動ブレーキブラケット100を用いることで、既存のブレーキてこ受台20に固定可能であり、既存のブレーキとの交換が簡易に行える互換性を有する。
Since the electric brake described above can generate an excessive braking force with a small output electric motor, the apparatus can be downsized. In addition, it is possible to improve fuel consumption by reducing the weight with a simple configuration. Furthermore, by using the
次に、ブレーキてこの取付け構造を図7,図8を用いて説明する。
図7はブレーキてこの取付け構造を説明するための斜視図である。
図8はブレーキてこが取付けられた状態を説明するための斜視図である。
図7,図8において、ブレーキてこ受台20は形状がほぼコの字状となっておりブレーキてこ40a,40bが固定されるための貫通穴20aが取付けられている。電動ブレーキブラケット100はブレーキてこ受台20の形状とほぼ同じであり、ブレーキてこ受台の貫通穴20aと同じ位置にやはり貫通穴100aが設けられている。このブレーキてこ受台20と電動ブレーキブラケット100とは組み合わされて一体構造となる。ブレーキてこ40a,40bは貫通穴20a,100aの部分に取付けられ、この貫通穴20a,100aに回転摺動部材210a,210bが挿入されてブレーキてこ40a,40bが固定されることになる。
Next, the brake lever mounting structure will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a perspective view for explaining the mounting structure of the brake lever.
FIG. 8 is a perspective view for explaining a state in which a brake lever is attached.
7 and 8, the brake
ブレーキてこ受台20には電動ブレーキブラケット100がブレーキてこ40a,40bとともに連結される。この連結にあたってはブレーキてこ40a,40bの回転支点となる回転摺動部材210a,210bが上述の貫通穴20a,100aに挿入されて連結される。この電動ブレーキブラケット100には図1で説明した電動モータ130,ボールねじ80,カム機構70を備えたボールねじブラケット140がが取付けられる。図1に示した摺動部材110a,110bは車軸2の軸方向にのみ摺動可能となるようにボールねじブラケット140に固定されている。
An
電動ブレーキブラケット100に支持されているボールねじブラケット140はブレーキてこ受台20に対して車軸2の軸方向にのみ摺動可能な構成となっている。この電動ブレーキブラケット100を介してブレーキてこ受台20に固定しているので既存のブレーキ受台20にそのままに電動ブレーキを固定することが可能である。
The
以上のごとく、本発明によれば、電動モータを用いた電動ブレーキにおいて、小出力の電動モータを用いて、背反する応答性と過大なブレーキ力を両立することが可能な電動ブレーキを実現できる。また、電動ブレーキブラケット100を用いることで、既存の台車上のブレーキてこ受台20にそのまま取付け可能な互換性を有する電動ブレーキを供給できる。
As described above, according to the present invention, in an electric brake using an electric motor, an electric brake capable of achieving both contradictory response and excessive braking force can be realized using a small output electric motor. In addition, by using the
1…車輪、2…車軸、10…ディスクロータ、20…ブレーキてこ受台、30a,30b…制輪子、40a,40b…ブレーキてこ、50a,50b…回転部材、60a,60b…カム機構溝、70…カム機構、80…ボールねじ、90a,90b…案内ガイド、100…電動ブレーキブラケット、110a,110b…摺動部材、120…カップリング、
130…電動モータ、140…ボールねじブラケット、200a,200b,210a,210b…回転摺動部材。
DESCRIPTION OF
130 ... Electric motor, 140 ... Ball screw bracket, 200a, 200b, 210a, 210b ... Rotating sliding member.
Claims (4)
一端に前記制動部材を取付けたブレーキてこと、このブレーキてこの中央部を回転支持する支持部と、前記ブレーキてこの他端に取付けられた電動モータとを備え、この電動モータの回転により前記ブレーキてこは他端が押し広げられて前記支持部を軸として前記制動部材が前記被制動部材を挟持方向に回転することを特徴とする車両用電動ブレーキ。 In an electric brake for a vehicle including a braked member that rotates together with a wheel and a brake member that sandwiches both surfaces of the braked member,
A brake having the brake member attached to one end; a support portion for rotating and supporting the central portion of the brake lever; and an electric motor attached to the other end of the brake lever. An electric brake for a vehicle, wherein the other end of the lever is expanded and the braking member rotates in the clamping direction of the braked member with the support portion as an axis.
前記制動部材の動力源となる電動モータと、この電動モータの回転を直動駆動に変換する変換機構と、この変換機構により直動する直動機構と、この直動機構を直動方向に案内する支持部材と、これらを連結する連結部材と、前記直動機構に設けられた左右の溝にそって摺動可能に支持される回転部材と、前記回転部材と反対側に前記制動部材を具備して支点を軸に回転可能に支持された左右のブレーキてこと、前記ブレーキてこの支点及び前記連結部材を支持するブレーキてこ受台とを備え、前記電動モータの回転駆動により回転−直動変換機構で前進する直動機構の溝に沿って摺動する回転部材が左右に移動して支点を中心に回転するブレーキてこにより反対側の左右の制動部材で被制動部材を挟持することを特徴とする車両用電動ブレーキ。 In an electric brake for a vehicle including a braked member that rotates together with a wheel and a brake member that sandwiches both surfaces of the braked member,
An electric motor that is a power source of the braking member, a conversion mechanism that converts the rotation of the electric motor into a linear drive, a linear mechanism that moves linearly by the conversion mechanism, and guides the linear mechanism in the linear direction A supporting member that connects the connecting member, a rotating member that is slidably supported along left and right grooves provided in the linear motion mechanism, and the braking member on the opposite side of the rotating member. Left and right brakes supported rotatably about a fulcrum, and a brake lever support for supporting the fulcrum and the connecting member of the brake lever, and rotating to linear motion conversion by rotating the electric motor. A rotating member that slides along a groove of a linear motion mechanism that moves forward by a mechanism moves to the left and right, and a brake lever that rotates about a fulcrum sandwiches the member to be braked between the left and right braking members. Electric blur for vehicles Key.
前記直動機構の溝形状は左右対称で角度の異なる2段以上の直線、又は曲線形状から構成され、電動モータの回転における制動部材の移動速度を段階的に可変可能なことを特徴とする車両用電動ブレーキ。 In the electric brake for vehicles according to claim 1,
The groove shape of the linear motion mechanism is composed of two or more straight lines or curved shapes that are symmetrical and have different angles, and the moving speed of the braking member during the rotation of the electric motor can be varied stepwise. Electric brake.
電動モータの回転を直動に変換する機構及び連結部材を支持する支持部材に摺動部材を備え、前記ブレーキてこ受台に左右の前記ブレーキてこ支点とともに固定された固定部材間で前記車軸方向にのみ摺動可能に支持され、制動力発生時に前記被制動部材と前記ブレーキてこ受台との中心ずれを補正可能としたことを特徴とする車両用電動ブレーキ。
In the electric brake for vehicles according to claim 1,
A mechanism for converting the rotation of the electric motor into a linear motion and a support member for supporting the connecting member are provided with a sliding member, and the left and right brake lever fulcrums are fixed to the brake lever cradle between the fixed members in the axle direction. A vehicular electric brake, wherein the vehicular electric brake is supported so as to be slidable only, and a center shift between the braked member and the brake lever receiving base can be corrected when a braking force is generated.
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