JP4418592B2 - 電気機械式のホイールブレーキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、特に自動車で使用するために設けられた、請求項１の上位概念に記載の特徴を有した電気機械的なホイールブレーキ装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８４０６８５号明細書により電気機械的なホイールブレーキ装置が公知である。この公知のホイールブレーキ装置は、電動モータと、相前後して設けられた３つの遊星歯車伝動装置とを有しており、これらの遊星歯車伝動装置のうち第１の遊星歯車伝動装置が電動モータによって駆動可能である。第３の遊星歯車伝動装置はホイールブレーキ装置のブレーキ操作装置を操作し、この場合、公知のホイールブレーキ装置のブレーキ操作装置は二重カムを有している。この二重カムは第３の遊星歯車伝動装置によって回転可能であって、２つのブレーキジョー（摩擦ブレーキライニング）を、ドラムブレーキとして形成されたホイールブレーキ装置のブレーキドラム（ブレーキ本体）に押し付ける。前記遊星歯車伝動装置のうちの１つ、有利には、第１の遊星歯車伝動装置は切替可能な２つのクラッチを有しており、これらのクラッチによって選択的に、遊星歯車伝動装置のリングギアがロック可能であるか、または遊星歯車動装置のプラネタリキャリアがリングギアに相対回動不能に結合可能である。プラネタリキャリアがリングギアに相対回動不能に結合されている場合には、１つの遊星歯車伝動装置が橋絡されており、変速比は１：１となる。このような状態では、他の２つの遊星歯車伝動装置だけが回転数を減じさせる。これによりブレーキ操作装置は迅速に、しかし低いモーメントもしくは小さな力で操作可能である。このような状態では摩擦ブレーキライニングとブレーキ本体との間の空隙が克服される。両クラッチを切り替えた後は、これらのクラッチが設けられている遊星歯車伝動装置も回転数を減速させる。総じてより大きな回転数の減速が、３つ全ての遊星歯車伝動装置を介して行われる。このような状態ではブレーキ操作装置は比較的ゆっくりであるが、比較的高い力もしくは大きなモーメントで操作される。このような状態では、既にブレーキ本体に接触させられていた摩擦ブレーキライニングが大きな力でブレーキ本体に押し付けられ、これにより大きなブレーキ力と高いブレーキモーメントとが得られる。
【０００３】
発明の効果
請求項１の特徴を備えた本発明によるホイールブレーキ装置は、２つの遊星歯車伝動装置と、２つの切替可能なクラッチとを有している。２つの切替可能なクラッチのうちの第１のクラッチは、一方の切替位置では第２の遊星歯車伝動装置のサンギアをロックし、他方の切替位置では、両遊星歯車伝動装置の両サンギアを相対回動不能に互いに結合させる。第２のクラッチは一方の切替位置では第２の遊星歯車伝動装置のリングギアをロックし、他方の切替位置では、両遊星歯車伝動装置の両リングギアを相対回動不能に互いに結合させる。本発明によるホイールブレーキ装置によれば、両遊星歯車伝動装置の４つの切替位置が可能である。即ち、ホイールブレーキ装置を緊締するための高速切替段および低速切替段ならびに、ホイールブレーキ装置を解除するために逆の回転方向を有する高速切替段及び、両遊星歯車伝動装置が互いに回転せずこれにより付与されたブレーキ力が電動モータが給電されていない状態でも維持されたままであるパーキング位置である。
【０００４】
本発明によるホイールブレーキ装置は、摩擦ブレーキライニングとブレーキ本体との間の空隙を迅速に克服でき、次いで比較的大きな減速比に移行することによりブレーキ本体への摩擦ブレーキライニングの高い押し付け力が得られることにある。さらに有利には、電動モータの同じ回転方向で、ブレーキ本体への摩擦ブレーキライニングの押し付け力が減じられ、ホイールブレーキ装置を完全に解除することができる。即ち電動モータは、ホイールブレーキ装置解除の際に、緊締の際と同じ回転方向で運転される。従って電動モータの運転方向の反転およびリバース運転は不要である。ホイールブレーキ装置を使用する際には電動モータは専らスイッチオン、オフされ、このために１つの出力スイッチで十分である。これに対して、回転方向を反転させるためには、４つの出力スイッチを備えたブリッジ回路が必要である。本発明のさらなる利点は、ホイールブレーキ装置の戻しが高い速度で行われるので、ホイールブレーキ装置が迅速に解除されることにある。付加的に本発明によるホイールブレーキ装置は、動力学的に改善されるという利点を有している。何故ならば、緊締から解除への迅速な変更の際に、もしくはブレーキ本体への摩擦ブレーキライニングの押し付け力の増大から減少への迅速な変更の場合に、またはその逆の場合に、電動モータの回転方向が慣性モーメントに反して反転されるのではなく、維持されるので、迅速な変更の際に電動モータの慣性モーメントを利用することさえできるからである。これにより本発明によるホイールブレーキ装置は特に、緊締と解除の迅速な変更及びブレーキ力の増大と減少の迅速な変更を必要とするようなアンチロックコントロール、トラクションコントロール及び／又はビークルダイナミックコントロールのために特に適している。
【０００５】
請求項２以下に、請求項１に記載の本発明の有利な構成および別の構成が記載されている。
【０００６】
有利には、切替可能な両クラッチが電磁的なクラッチとして形成されており、給電されていない基本位置で第２の遊星歯車伝動装置のサンギアとリングギアとがロックされる（請求項６）。このようにしてホイールブレーキ装置は停止されるので、摩擦ブレーキライニングをブレーキ本体に押し付けるために付与された押圧力は、電動モータが給電されていない場合も維持される。ホイールブレーキ装置はこれにより、パーキングブレーキ装置として使用される。
【０００７】
摩擦ブレーキライニングをブレーキ本体に押し付けるために、第２の遊星歯車伝動装置の回転運動を並進運動に変換するために、ホイールブレーキ装置の操作装置は、本発明の構成では、ねじ伝動装置を有している。このねじ伝動装置は、良好な効率と少ない摩擦のため、有利にはローラねじ伝動装置として形成されている（請求項７）。
【０００８】
実施例の説明
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【０００９】
全体を符号１０で示した本発明による電気機械的なホイールブレーキ装置はディスクブレーキとして形成されている。このホイールブレーキ装置はブレーキキャリパ１２を有しており、このブレーキキャリパ１２には伝動装置ケーシング１４がフランジ固定されている。伝動装置ケーシング１４内には、相前後して配置されている２つの遊星歯車伝動装置１６，１８が収用されている。各遊星歯車伝動装置１６，１８は、１つのサンギア２０，２２と、３つのプラネタリギア２４，２６と、１つのリングギア２８，３０とを有している。３つのプラネタリギア２４，２６のうちそれぞれ１つだけが図示されており、他の２つのプラネタリギアは図平面の前方もしくは後方に位置していて、図平面の後方に位置するプラネタリギアは各サンギア２０，２２の後方に隠されている。
【００１０】
第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０は、相対回動不能に電動モータ３４のモータ軸３２上に載着されている。電動モータ３４は外部から伝動装置ケーシング１４の端壁３６にフランジ固定されている。第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０の、電動モータ３４とは反対側に位置する、第２の遊星歯車伝動装置１８に面した端面には、切替可能な電磁的な第１のクラッチの円筒状の磁極体３８が、相対回動不能に取り付けられている。
【００１１】
第１の遊星歯車伝動装置１６のプラネタリギア２４は、伝動装置ケーシング１４の端壁３６に不動に固定されている軸ピン４２上に回転可能に支承されている。従って第１の遊星歯車伝動装置１６のプラネタリギア２４は定置であって、固有の軸を中心として回転可能に伝動装置ケーシング１４内に収用されている。伝動装置ケーシング１４の端壁３６は第１の遊星歯車伝動装置１６の定置のプラネタリキャリアを成している。
【００１２】
第１の遊星歯車伝動装置１６のリングギア２８は側方に配置された中空のリングフランジ４４を有していて、このリングフランジ４４内にはコイル４６が収用されている。このリングフランジ４４は、リングギア２８の、第２の遊星歯車伝動装置１８に面した端面に位置している。このリングフランジは、切替可能な第２の電磁的なクラッチの磁極体４４を成していて、第２のクラッチの構成部分である摩擦ライニング４８によって、第２の遊星歯車伝動装置１８に面した側で閉鎖されている。
【００１３】
第１の遊星歯車伝動装置１６のプラネタリギア２４の軸ピン４２にはリングプレート状のブレーキリング５０がリベット結合されている。このブレーキリング５０は、第１の遊星歯車伝動装置１６と第２の遊星歯車伝動装置１８との間の中間室内に位置している。軸ピン４２が不動にブレーキケーシング１４に固定されているので、軸ピンにリベット結合されたブレーキリング５０も不動にブレーキケーシング１４内に保持されている。
【００１４】
ブレーキリング５０は、両電磁的なクラッチ３８，４０，５２；４４，４６，４８，５４の可動子板５２，５４と協働する。これらの可動子板５２，５４は、ブレーキリング５０と第１の遊星歯車伝動装置１６との間の中間室における同一平面に配置されている。第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２の可動子板５２は円形プレートの形状を有しており、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の、リングプレートの形状を有する可動子板５４によって取り囲まれている。
【００１５】
第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２の可動子板５２は皿ばね５６の外縁にリベット結合されている。この皿ばね５６の内縁は、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２にリベット結合されている。皿ばね５６を介して、第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２の可動子板５２は、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２に相対回動不能に結合されている。皿ばね５６は、可動子板５２をサンギア２２の方向で引っ張っている。即ち、可動子板５２は、皿ばね５６のばね力に基づき、伝動装置ケーシング１４内に回動不能に設けられたブレーキリング５０に当接している。第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２は、第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２の、給電されていないこのような基本状態で回転に抗してロックされている。
【００１６】
第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２のコイル４０が給電されることにより可動子板５２は、皿ばね５６のばね力に抗してブレーキリング５０から離れ、第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２の磁極体３８に摩擦接続的に接触させられる。皿ばね５６を介して、第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２のこのような給電切替位置では、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２が第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０に相対回動不能に結合されている。
【００１７】
第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の可動子板５４は、環状の皿ばね５８の外縁にリベット結合されている。この皿ばね５８の内壁は第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０に結合されている。これにより第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の可動子板５４は、第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０に相対回動不能に結合されている。環状の皿ばね５８は、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の可動子板５４を、伝動装置ケーシング１４内に定置に配置されたブレーキリング５０に当接するように引っ張るので、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４が給電されていない基本位置では、第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０は回転不能に伝動装置ケーシング１４内に保持されている。コイル４６が給電されることにより、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４は給電位置に切り替えられる。この位置では、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の可動子板５４は、電磁力によって環状の皿ばね５８のばね力に抗してブレーキリング５０から持ち上げられ、第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４の摩擦ブレーキライニング４８に摩擦接続的に接触される。第２の電磁的なクラッチ４４，４６，４８，５４のこのような給電切替位置では、両遊星歯車伝動装置１６，１８のリングギア２８，３０は相対回動不能に互いに結合されている。
【００１８】
第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６は、固有の軸を中心として回動可能に、プラネタリキャリア６０に支承されている。このプラネタリキャリア６０自体は球軸受６２によって回動可能にブレーキキャリパ１２に支承されている。即ち第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６は、遊星歯車伝動装置における従来の方式で、サンギア２２を中心として回転することも、固有の軸を中心としても回転することができる。
【００１９】
第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２は、プラネタリキャリア６０と一体である軸端部６４上に回動可能に支承されている。
【００２０】
第２の摩擦ブレーキライニング６６をブレーキディスク６８に押し付けるために、プラネタリキャリア６０の回転運動を並進運動に変換するために、ホイールブレーキ装置１０はブレーキ操作装置７０を有している。このブレーキ操作装置７０はローラねじ伝動装置として形成されており、孔７２内に取り付けられている。この孔は、ブレーキディスク６８に対して垂直に、かつ遊星歯車伝動装置１６，１８と同心的にブレーキキャリパ１２内に設けられている。ローラねじ伝動装置はスピンドル７４を有しており、このスピンドルはローラ式スラスト軸受７６を介してブレーキキャリパ１２の孔７２内に支持されている。第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリキャリア１６に一体の四角ピン７８を介して、スピンドル７４は形状接続的に相対回動不能にプラネタリキャリア６０に結合されている。前記の四角ピン７８は、スピンドル７４に設けられた相補的な四角孔８０に係合している。スピンドル７４はスピンドル７４に対して同心的なナット８２によって取り囲まれている。このナット８２はスピンドル７４よりも大きなねじ山直径を有しているので、スピンドル７４とナット８２との間には環状の中間室が存在している。この中間室内には複数のねじ山付きローラ８４が配置されている。これらのねじ山付きローラ８４は、スピンドル７４のねじ山と、ナット８２のねじ山とに螺合している。スピンドル７４、ナット８２、ねじ山付きローラ８４は、ローラねじ伝動装置の構成部分である。
【００２１】
スピンドル７４の回転駆動により、ねじ山付きローラ８４は、遊星歯車伝動装置のプラネタリギアに匹敵する、スピンドル７４を中心とした回転運動をするように駆動される。この場合、ねじ山付きローラ８４は同時に固有の軸を中心として回転する。ねじ山付きローラ８４の回転運動と、固有の軸を中心とした回転とにより、スピンドル７４、ナット８２、ねじ山付きローラ８４のねじ山のリード角に基づき、ナット８２が軸方向に移動させられる。このようなナット８２の移動は、図示の実施例のようにねじ山付きローラ８４のリード角がゼロである場合、即ち、ねじ山の代わりに環状の溝が設けられている場合にも行われる。ナット８２の摺動によりナット８２は、このナットに取り付けられている摩擦ブレーキライニング６６をブレーキディスク６８の一方の面に押し付ける。他方の摩擦ブレーキライニング６６は、浮動キャリパとして形成されたブレーキキャリパ１２を介して自体公知の方式で、反力によってブレーキディスク６８の他方の面に押し付けられる。
【００２２】
本発明によるホイールブレーキ装置１０の作用を以下に説明する。摩擦ブレーキライニング６６とブレーキディスク６８との間の空隙を克服するために、第１の電磁的なクラッチ３８，４０，５２が給電され、これによりこのクラッチの可動子板５２が、伝動装置ケーシング１４に固定されたブレーキリング５０から持ち上がり、第１のクラッチ３８，４０，５２の磁極体３８に摩擦接続的に当接される。第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２は相対回動不能に、第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０に結合し、ひいては相対回動不能にモータ軸３２に結合される。電動モータ３４に給電することにより、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２は電動モータ３４によって直接的に回転駆動され、第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６とプラネタリキャリア６０とを介して、ローラねじ伝動装置７４，８２，８４のスピンドル７４を回転駆動する。リングギア３０は、給電されていない第２のクラッチ４４，４６，４８，５２によって回動不能に伝動装置ケーシング１４に保持されている。ナット８２は、ナットに取り付けられた摩擦ブレーキライニング６６を直接的に摺動させ、向かい合って位置する摩擦ブレーキライニング６６を、ブレーキキャリパ１２を介して間接的にブレーキディスク６８に当接させる。第１の遊星歯車伝動装置１６のリングギア２８は摩擦ブレーキライニング６６とブレーキディスク６８との間の空隙を克服した場合に自由に回転可能になり、第１の遊星歯車伝動装置１６は機能しなくなる。
【００２３】
摩擦ブレーキライニング６６がブレーキディスク６８に当接するとすぐに、ブレーキ力もしくはブレーキモーメントを生ぜしめるために必要な、ブレーキディスク６８に対する摩擦ブレーキライニング６６の押圧力が上昇し、その結果、そのために必要なねじ山付きスピンドル７４の駆動モーメントが急激に上昇する。このことは例えば、電動モータ３４の電流量の急激な上昇または電動モータの回転数を減じることにより問題なく行える。摩擦ブレーキライニング６６がブレーキディスク６８に接触している状態で、ブレーキのために必要な押圧力を付与するために、第１のクラッチ３８，４０，５２の他に第２のクラッチ４４，４６，４８，５２も給電される。即ち、第１の遊星歯車伝動装置１６と第２の遊星歯車伝動装置１８とのサンギア２０，２２の他にリングギア２８，３０も互いに回動不能に結合される。第２の遊星歯車伝動装置１８の、モータ軸３２に相対回動不能に結合されたサンギア２２が、モータ軸３２と同じ速度で回転している間に、第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０は、第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０と、定置の軸ピン４２を中心として回転可能なプラネタリギア２４と、給電された第２のクラッチ４４，４６，４８，５２を介して第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０に相対回動不能に結合されたリングギア２８とを介して、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２とは反対の方向で回転運動するように駆動される。第２の遊星歯車伝動装置１８はこの状態ではディファレンシャルギアとして働く。サンギア２２の回転とリングギア３０の回転とは重畳し、第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６の回転速度は著しく減じられ、従って、電動モータ３４によって、ローラねじ伝動装置７４、８２，８４のスピンドル７４に伝えられるトルクは何倍も高くなる。両遊星歯車伝動装置１６，１８のサンギア２０，２２が同じ直径を有していて、第１の遊星歯車伝動装置１６のプラネタリギア２４が、第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６よりも大きいならば、第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６は、摩擦ブレーキライニング６６とブレーキディスク６８との間の空隙を克服する場合と同じ方向で回転する。
【００２４】
ブレーキ力を減じ、ホイールブレーキ装置１０を解除し、摩擦ブレーキライニング６６とブレーキディスク６８との間の空隙を形成するためには、第１のクラッチ３８，４０，５２に給電せずに、第２のクラッチ４４，４６，４８，５２が給電される。電動モータ３４は給電され、即ちホイールブレーキ装置１０が緊締される場合と同じ極性で給電される。即ち電動モータ３４はホイールブレーキ装置１０の緊締時と解除時とは同じ回転方向を有している。第１のクラッチ３８，４０，５２が給電されていないと、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２は回転不能に保持される。スピンドル７４は、第１の遊星歯車伝動装置１６のサンギア２０、プラネタリギア２４、リングギア２８と、第１の遊星歯車伝動装置１６のリングギア２８と一緒に回転する、第２の遊星歯車伝動装置１８のリングギア３０と、第２の遊星歯車伝動装置１８の定置のサンギア２２の周りを回転する、第２の遊星歯車伝動装置１８のプラネタリギア２６とを介して回転駆動される。両遊星歯車伝動装置１６，１８は、回転方向の逆転を行わせ、スピンドル７４は、モータ軸３２の回転方向が同じ場合に、以前とは反対の方向で回転するので、摩擦ブレーキライニング６６はブレーキディスク６８から持ち上げられる。
【００２５】
付与されたブレーキ力を維持するためには、両クラッチ３８，４０，５２；４４，４６，４８，５４が給電されず、第２の遊星歯車伝動装置１８のサンギア２２とリングギア３０とをロックする。これにより第２の遊星歯車伝動装置１８はロックされるので、ローラねじ伝動装置７４，８２，８４のスピンドル７４は電動モータ３４が給電されていない状態でも回転しない。付与されたブレーキ力は維持されれる。本発明によるブレーキ装置１０は、これによりパーキングブレーキとして使用される。電動モータ３４を給電する必要なしに、制動時のブレーキ力を一定に維持することもできる。このことはエネルギの節約並びに電動モータ３４の加熱が減じられるという利点をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるホイールブレーキ装置を部分的に断面して示した図である。

Claims (7)

1. 自動車のための電気機械的なホイールブレーキ装置であって、第１の遊星歯車伝動装置を駆動するための電動モータが設けられており、前記第１の遊星歯車伝動装置によって駆動される第２の遊星歯車伝動装置が設けられており、該第２の遊星歯車伝動装置によって操作され、摩擦ブレーキライニングをブレーキ本体に押し付け、再び離すことができるブレーキ操作装置が設けられており、この場合、前記ブレーキ本体が相対回動不能に車両ホイールに結合されている形式のものにおいて、
   前記両遊星歯車伝動装置（１６，１８）が異なる変速比を有しており、電気機械的なホイールブレーキ装置（１０）が切替可能な第１のクラッチ（３８，４０，５２）を有しており、該クラッチ（３８，４０，５２）が一方の切替位置では第２の遊星歯車伝動装置（１８）のサンギア（２２）をロックし、他方の切替位置では、両遊星歯車伝動装置（１６，１８）の両サンギア（２０，２２）を相対回動不能に互いに結合させ、電気機械的なホイールブレーキ装置（１０）が、切替可能な第２のクラッチ（４４，４６，４８，５４）を有しており、該第２のクラッチ（４４，４６，４８，５４）が一方の切替位置では第２の遊星歯車伝動装置（１８）のリングギア（３０）をロックし、他方の切替位置では、両遊星歯車伝動装置（１６，１８）の両リングギア（２８，３０）を相対回動不能に互いに結合させることを特徴とする、電気機械的なホイールブレーキ装置。
2. 第１の遊星歯車伝動装置（１６）が第２の遊星歯車伝動装置（１８）よりも大きな減速比を有している、請求項１記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。
3. 第１の遊星歯車伝動装置（１６）のプラネタリキャリア（３６）が固定されている、請求項１記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。
4. 第２の遊星歯車伝動装置（１８）のプラネタリキャリア（６０）がブレーキ操作装置（７０）を操作する、請求項１記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。
5. 両クラッチ（３８，４０，５２；４４，４６，４８，５４）のうち少なくとも一方が電磁的なクラッチとして形成されている、請求項１記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。
6. 両クラッチ（３８，４０，５２；４４，４６，４８，５４）が電磁的なクラッチとして形成されており、第１のクラッチ（３８，４０，５２）が給電されていない基本位置でサンギア（２２）をロックし、第２のクラッチ（４４，４６，４８，５４）が給電されていない基本位置で第２の遊星歯車伝動装置（１８）のリングギア（３０）をロックする、請求項５記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。
7. ブレーキ操作装置（７０）がローラねじ伝動装置（７４，８２，８４）を有している、請求項１記載の電気機械的なホイールブレーキ装置。

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