KR100351486B1 - 자동차의 전기 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 전기 브레이크 장치를 개시한다. 본 발명은 휠 브레이크부가, 모터와, 상기 모터의 로터 축에 고정설치되는 선기어와, 상기 선기어와 외접되는 복수의 유성기어들과, 상기 복수의 유성기어들이 내접되는 링기어와, 상기 복수의 유성기어들에 고정되는 타원형 유성 캐리어와, 상기 타원형 유성 캐리어가 결합되는 결합홈이 중앙부 일측면에 형성되고 그 외측면에 다수의 톱니가 형성된 플랙시블한 재질의 가동 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 외경 보다 큰 내경을 가지며 그 내주면에 상기 가동 스플라인의 톱니가 치합되는 톱니가 형성된 고정 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 타측면 중심부에 고정설치되는 스크류기어와, 상기 스크류기어와 나사결합되는 암나사가 형성된 사각단면 형상의 결합부가 일측에 형성되고 타측에 브레이크 디스크를 가압하는 브레이크 패드가 설치된 패드 서포트와, 상기 패드 서포트의 결합부를 직선 왕복운동 가능하게 가이드하는 한쌍의 가이드봉 및 복수의 롤러베어링을 포함하는 점에 특징이 있다. 따라서 스크류기어부에 큰 힘이 급격하게 걸리는 것을 방지함과 동시에 스크류기어를 통해 출력되는 모터의 동력 손실을 줄일 수 있으며, 보다 작은 용량의 모터로 큰 제동력을 얻을 수 있게 된다.

Description

자동차의 전기 브레이크 장치

본 발명은 자동차의 전기 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전운동을 복수개의 기어부재를 통해 직선운동으로 변환시켜 브레이크 디스크에 제동력을 제공하는 휠 브레이크부의 구조를 개선한 자동차의 전기 브레이크 장치에 관한 것이다.

기존에 자동차에 널리 사용되고 있는 브레이크 장치는 유압식으로서, 부스터와 실린더 등을 필요로 하므로 장치의 부피가 크고 가격이 고가이며 또한 환경을 오염시키는 등의 문제점이 있었다.

따라서 최근에는 유압 대신에 전기를 이용한 자동차의 브레이크 장치에 대한 연구가 진행되고 있으며, 미국특허 제4,793,447호에 전기를 이용한 브레이크 장치가 출원되어 있다.

미국특허 제4,793,447호는 도 1에 도시된 바와같이, 모터(40)와, 이 모터(40)의 회전축에 설치되는 선기어(52)와, 이 선기어(52)와 외접되는 3개의 유성기어(54)(56)(58)와, 3개의 유성기어(54)(56)(58)를 지지하는 2개의 캐리어(61)(62)와, 3개의 유성기어(54)(56)(58)를 애워싼 상태로 3개의 유성기어(54)(56)(58)와 내접되는 2개의 링기어(70)(80)와, 2개의 링기어(70)(80)중 내측 링기어(80)에 설치되는 스크류기어(88)와, 이 스크류기어(88)와 나사결합되어 브레이크 패드(18)를 브레이크 디스크(22)에 가압하는 피스톤(30)을 구비하여 구성되어 있다.

그러나 이와같이 구성된 종래의 전기 브레이크 장치는, 모터(40)의 회전력이 선기어(52)를 통해 입력되고 링기어(80)를 통해 출력되며, 링기어(80)와 함께 회전하는 스크류기어(88)를 통해 피스톤(30)이 직선이동되면서 브레이크 디스크(22)를 가압하도록 구성되어 있으므로, 모터(40)의 회전속도가 급격하게 큰 감속비로 감속되어 스크류기어(88)로 전달되기 때문에 스크류기어(88)에 큰 힘이 급격하게 걸리게 되어 스크류기어(88)의 수명이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 피스톤(30)의 외면이 캘리퍼(12)의 내면과 시일을 개재한 상태에서 면접촉되면서 직선 왕복이동되도록 되어 있으므로, 피스톤(30)의 이동시 발생되는 마찰력이 크기 때문에 브레이크 패드(18)의 이동이 원할하지 못할 뿐만아니라, 스크류기어(88)를 통해 출력되는 모터의 동력이 손실되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여창출된 것으로서, 스크류기어부에 큰 힘이 급격하게 걸리는 것을 방지함과 동시에 스크류기어를 통해 출력되는 모터의 동력 손실을 줄일 수 있으며, 보다 작은 용량의 모터로 큰 제동력을 얻을 수 있는 자동차의 전기 브레이크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 폐달 변위 측정부와, 브레이크 패드에 제동력을 전달하는 휠 브레이크부와, 상기 페달 변위 측정부로부터 전달된 폐달 정보와 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보에 따라 상기 휠 브레이크부의 구동을 제어하는 중앙 처리부를 구비하는 자동차의 전기 브레이크 장치에 있어서,

상기 휠 브레이크부는, 모터와, 상기 모터의 로터 축에 고정설치되는 선기어와, 상기 선기어와 외접되는 복수의 유성기어들과, 상기 복수의 유성기어들이 내접되는 링기어와, 상기 복수의 유성기어들에 고정되는 타원형 유성 캐리어와, 상기 타원형 유성 캐리어가 결합되는 결합홈이 중앙부 일측면에 형성되고 그 외측면에 다수의 톱니가 형성된 플랙시블한 재질의 가동 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 외경보다 큰 내경을 가지며 그 내주면에는 상기 가동 스플라인의 톱니가 치합되는 다수의 톱니가 형성된 고정 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 타측면 중심부에 고정설치되는 스크류기어와, 상기 스크류기어와 나사결합되는 암나사가 형성된 사각단면 형상의 결합부가 일측에 형성되고 타측에 브레이크 디스크를 가압하는 브레이크 패드가 설치된 패드 서포트와, 상기 패드 서포트의 결합부를 직선 왕복운동 가능하게 가이드하는 한쌍의 가이드봉 및 복수의 롤러베어링을 포함하는 자동차의 전기 브레이크 장치를 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1은 종래 자동차의 전기 브레이크 장치를 도시한 결합단면도.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 전체 시스템을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부를 도시한 결합단면도.

도 4는 본 발명에 따른 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부를 도시한 요부발췌 분리사시도.

도 5는 본 발명에 따른 휠 브레이크부에 채용된 가동 스플라인의 동작상태를 도시한 발췌 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 페달 변위 측정부 3 : 페달

4 : 엔코더 5 : 중앙 처리부

10 : 휠 브레이크부 11 : 모터

13 : 선기어 14 : 유성기어

15 : 링기어 16 : 타원형 유성 캐리어

17 : 가동 스플라인 18 : 고정 스플라인

19 : 스크류기어 20 : 패드 서포트

21 : 결합부(사각단면 형상의) 22 : 브레이크 패드

23 : 브레이크 디스크 24 : 한쌍의 가이드봉

25 : 롤러 베어링

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 전기 브레이크 장치의 전체 시스템을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부를 도시한 결합단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부의 요부를 발췌하여 도시한 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명에 채용된 가동 스플라인의 동작상태를 도시한 발췌단면도이다.

도 2에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치는, 폐달 변위 측정부(2)와, 휠 브레이크부(10) 및 중앙 처리부(5)를 구비한다.

페달 변위 측정부(2)는 페달(3)과, 이 페달(3) 축의 끝에 설치되어 회전각을 계산할 수 있는 펄스를 발생시키는 엔코더(4)를 구비한다.

그리고 중앙 처리부(5)는 페달 변위 측정부(2)로부터 전달된 엔코더(4) 변위의 정보(펄스 신호)를 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보와 호환되도록 마핑(Mapping)시켜 엔코더 변위 정보와 제동 정보에 따라 휠 브레이크부(10)에 실행 명령을 전달하는 역할을 하게 된다.

그리고 휠 브레이크부(10)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와같이, 모터(11)와, 이 모터(11)의 회전속도를 감속시키는 유성기어군(12)과, 브레이크 디스크(23)를 가압하는 브레이크 패드(22)가 일측에 설치된 패드 서포트(20)를 구비한다.

그리고 유성기어군(12)은 하나의 선기어(13)와, 이 선기어(13)와 외접하는 복수개(3개)의 유성기어(14)와, 이 복수개의 유성기어(14)가 내접하는 하나의 링기어(15)와, 복수개의 유성기어(14)를 연결하는 유성캐리어(16)로 이루어진다.

그리고 본 발명의 특징에 따라 유성기어(12)군 중의 선기어(13)는 모터(11)의 로터(11a) 축에 고정설치되어 로터(11a)와 일체로 회전되도록 설치되고, 유성 캐리어로는 타원형 유성 캐리어(16)가 사용된다.

그리고 타원형 유성 캐리어(16)의 외주에는 가동 스플라인(17)의 일측면 중앙부에 형성된 결합홈(17a)이 결합되고, 이 가동 스플라인(17)은 그 외주면에 다수의 톱니(17b)가 형성된 플랙시블한 재질로 이루어진다.

그리고 가동 스플라인(17)의 톱니(17b)는 고정 스플라인(18)의 내주면에 형성된 톱니(18b)와 치합되고, 고정 스플라인(18)은 그 내경이 가동 스플라인(17)의 외경보다 큰 원형으로 이루어지며, 고정 스플라인(18)의 내주면에 형성되는 톱니(18b)는 가동 스플라인(17)의 외주면에 형성된 톱니(17b)보다 그 수가 많게 형성된다.

그러므로 타원형 유성 캐리어(16)의 회전에 따라서 플랙시블한 재질의 가동 스플라인(17)이 외측방향으로 변형되면서 그 외주면에 형성된 톱니(17b)가 순차적으로 원형의 고정 스플라인(18) 내주면에 형성된 톱니(18b)와 치합되면서 감속 회전하게 된다.

그리고 가동 스플라인(17)의 타측면 중심부에는 스크류기어(19)가 고정설치되고, 스크류기어(19)는 패드 서포트(20)의 일측에 형성된 사각단면 형상의 결합부(21) 중앙부에 형성된 암나사(21a)와 나사결합된다.

그리고 패드 서포트(20)의 타측에는 브레이크 디스크(23)를 가압하는 브레이크 패드(22)가 설치되고, 패드 서포트(20)의 결합부(21)는 한쌍의 가이드봉(24)에 의해 직선왕복 운동가능하게 지지되고, 결합부(21)의 4면에는 각각 복수개의 롤러베어링(25)이 설치된다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부의 제동 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자가 페달(3)을 조작하면 페달 변위 측정부(2)의 엔코더(4)에서 페달의 회전각을 계산할 수 있는 펄스를 발생시켜 중앙 처리부(5)로 전달하고, 중앙처리부(5)에서는 전달된 펄스 신호를 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보와 호환되도록 마핑(Mapping)시키고, 이들 정보를 비교 판단한 후 그 데이터 값에 따라서 휠 브레이크부(10)의 모터(11)에 전류를 공급한다.

따라서 모터(11)의 로터(11a)가 회전되어 로터(11a)의 축에 고정설치된 유성기어군(12)의 선기어(13)가 로터(11a)와 일체로 회전하게 된다.

그리고 선기어(13)의 회전에 따라 선기어(13)와 외접된 복수개(3개)의 유성기어(14)는 지구가 태양을 돌 듯이 선기어(13)를 공전하면서 자전하게 된다. 이때에 공전은 유성기어(14)에 연결된 타원형 유성 캐리어(16)를 회전시키게 되고, 링기어(15)는 모터(11)의 스테이터(11b)와 함께 고정되어 회전하지 않는다.

따라서 모터(11)의 회전력은 유성기어(14)에서 유성기어비만큼 1차 증가되고, 반면에, 모터(11)의 회전속도는 유성기어비만큼 1차 감속된 상태로 타원형 유성 캐리어(16)를 통해 1차적으로 출력되게 된다.

그리고 타원형 유성 캐리어(16)의 회전에 의하여 이에 결합된 가동 스플라인(17)의 톱니(17b)가 도 5a 와 도 5b에 도시된 바와같이 외측으로 변형되면서 고정 스플라인(18)의 내면에 형성된 톱니(18b)와 순차적으로 치합되는 상태로 회전하게 된다.

이때 고정 스플라인(18)은 그 내경이 원형으로 형성되고 그 내주면에 형성된 톱니(18b)는 가동 스플라인(17)의 톱니(17b)수 보다 많이 형성되어 있으므로, 상기 타원형 유성 캐리어(16)를 통해 그 회전력과 회전속도가 1차 증가 및 감속된 모터의 출력이 상기 가동 스플라인(17)에 의해서 그 회전력과 회전속도가 2차로 증가 및 감속된 상태로 출력되게 된다.

그리고 가동 스플라인(17)을 통해 그 회전력과 회전속도가 2차로 증가 및 감속된 모터(11)의 출력은 가동 스플라인(17)의 일측에 일체로 고정설치된 스크류 기어(19)를 통해서 이와 나사결합된 패드 서포트(20)의 결합부(21)로 전달되어 결합부(21)를 한쌍의 가이드봉(24)을 따라 직선 이동시킴으로써 패드 서포트(20)의 브래이크 패드(22)가 브레이크 디스크(23)를 가압하여 제동을 수행하게 된다.

이때 모터(11)의 회전력(힘)과 회전속도가 상기 유성기어(14)들에 의해 1차적으로 증가 및 감속되고, 이어서 다시 상기 가동 스플라인(17)에 의해 2차적으로 증가 및 감속된 상태로 스크류기어(19)로 전달되게 됨에따라 브레이크 패드(22)가 큰 회전력(힘)과 느린 속도로 이송되면서 브레이크 디스크(23)를 가압하게 되므로 적은 용량의 모터로 큰 제동력을 얻을 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 모터(11)의 회전력과 회전속도가 2단계에 걸쳐 단계적으로 증가 및 감속되어 스크류기어(19)로 전달되도록 되어 있으므로, 종래 모터의 회전력과 회전속도가 급격하게 증가 및 감소된 상태로 스크류 기어로 전달됨으로써 발생되던 스크류기어에 큰 힘이 급격하게 걸려 스크류기어의 수명이 저하되는 문제점을 방지할 수 있게 된다.

그리고 패드 서포트(20) 일측에 형성된 결합부(21)의 4면에 각각 결합부(21)의 직선이동을 원할하게 하는 롤러베어링(25)이 설치되어 있으므로, 종래 피스톤의 외면이 캘리퍼의 내면과 시일을 개재한 상태로 면접촉된 상태로 직선 이동되도록 구성된 방식에서 비하여 패드 서포트의 직선이동이 원할하고, 또한 스크류기어를 통해 출력되는 모터의 동력 손실을 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 자동차의 전기 브레이크 장치에 의하면, 스크류기어부에 큰 힘이 급격하게 걸리는 것을 방지함과 동시에 스크류기어를 통해 출력되는 모터의 동력 손실을 줄일 수 있으며, 보다 작은 용량의 모터로 큰 제동력을 얻을 수 있는 등의 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 폐달 변위 측정부와, 브레이크 패드에 제동력을 전달하는 휠 브레이크부와, 상기 페달 변위 측정부로부터 전달된 폐달 정보와 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보에 따라 상기 휠 브레이크부의 구동을 제어하는 중앙 처리부를 구비하는 자동차의 전기 브레이크 장치에 있어서,

   상기 휠 브레이크부는, 모터와, 상기 모터의 로터 축에 고정설치되는 선기어와, 상기 선기어와 외접되는 복수의 유성기어들과, 상기 복수의 유성기어들이 내접되는 링기어와, 상기 복수의 유성기어들에 고정되는 타원형 유성 캐리어와, 상기 타원형 유성 캐리어가 결합되는 결합홈이 중앙부 일측면에 형성되고 그 외측면에 다수의 톱니가 형성된 플랙시블한 재질의 가동 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 외경보다 큰 내경을 가지며 그 내주면에는 상기 가동 스플라인의 톱니가 치합되는 다수의 톱니가 형성된 고정 스플라인과, 상기 가동 스플라인의 타측면 중심부에 고정설치되는 스크류기어와, 상기 스크류기어와 나사결합되는 암나사가 형성된 사각단면 형상의 결합부가 일측에 형성되고 타측에 브레이크 디스크를 가압하는 브레이크 패드가 설치된 패드 서포트와, 상기 패드 서포트의 결합부를 직선 왕복운동 가능하게 가이드하는 한쌍의 가이드봉 및 복수의 롤러베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기 브레이크 장치.