KR101596684B1

KR101596684B1 - 와전류를 이용한 드럼브레이크 및 제동방법

Info

Publication number: KR101596684B1
Application number: KR1020100098200A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 박지상; 정태호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2016-02-24
Also published as: KR20120036484A

Abstract

본 발명은 드럼브레이크의 구조에 관한 것으로서, 휠과 함께 회전하는 드럼;과 상기 드럼 내부에 장착되되, 외주면에 라이닝이 장착되고 상기 라이닝의 내측으로 자성체와 비자성체가 배치된 제1브레이크슈;와 상기 제1브레이크슈에서 활주가능하도록 결합되되, 비자성체와 마주하도록 영구자석이 장착된 제2브레이크슈;와 상기 제2브레이크슈를 활주시키도록 길이가 확장하는 피스톤; 및 상기 제1브레이크슈에 고정되어 제2브레이크슈의 활주를 정지시키는 스토퍼;를 포함하여 구성되며,상기 피스톤은 영구자석이 자성체와 마주하도록 제2브레이크슈를 스토퍼까지 이동시키고, 상기 스토퍼에 밀착된 제2브레이크슈는 피스톤의 추가적인 확장 여부에 따라 라이닝이 드럼에 밀착되도록 제1브레이크슈를 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 차량의 운행 상황에 따라 비접촉 제동 또는 접촉 제동을 선택적으로 수행할 수 있다. 따라서, 종래의 접촉식 브레이크(드럼식 브레이크)와 비접촉식 브레이크(와전류 브레이크)의 장점만을 취합하여 작동시킬 수 있다. 즉, 고속에서의 제동시에는 비접촉 제동을 이용함으로서 접촉식 브레이크의 취약점인 페이드 현상, 베이퍼록 현상을 방지할 수 있으며, 저속에서의 제동시에는 접촉 제동으로 종래의 비접촉식 브레이크 보다 강력한 제동력을 제공할 수 있다.

Description

와전류를 이용한 드럼브레이크 및 제동방법{Drum-brake using eddy current and breaking-method thereof}

본 발명은 차량의 드럼브레이크 및 상기 드럼브레이크를 이용한 제동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와전류 효과를 이용하여 제동력을 발생시키는 차량용 드럼브레이크와 제동방법에 관한 것이다.

드럼브레이크는 디스크브레이크 보다 열에 약한 성질이 있지만, 제동력의 크기는 우세하여 대형차량에 널리 사용될 뿐만 아니라 승용차량(주로 후륜)에도 널리 사용되고 있다.

상기 드럼브레이크의 구조는, 휠과 일체로 회전하는 드럼의 내측에서 마찰재인 라이닝이 부착된 브레이크슈를 압착시켜 제동력을 얻는 방식으로서 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 배력장치에 의해 브레이크슈가 드럼의 내주면에 압착되어 라이닝과 드럼 사이의 마찰력에 의해 제동력을 얻는 방식이다.

한편, 와전류는 맴돌이전류라고도 불려지며 도체의 내부 안에서 만들어지는 전류로서, 도체 전체가 아닌 일부분에 소용돌이 모양으로 닫힌 통로를 흐르는 전류이다. 와전류는 도체 내부를 지나는 자기력선속의 변화로 인해 발생되며, 자석을 도체판 위에서 이동시키면 자기력선속의 변화에 의해 와전류가 발생된다.

상기와 같은 와전류 효과는 차량뿐만 아니라 철도 등 몇몇 운송수단에서 브레이크로 적용된 바 있다. 와전류 브레이크는 일정한 자속이 흐르고 있는 고정자(영구자석, 전자석)와 고정자의 전면에 위치한 회전자(디스크 또는 드럼)로 구성된다. 회전자의 회전자에 의해 시간에 따라 자기력은 변하게 되고, 이는 렌츠의 법칙(Lenz's Law)에 의해 전기력으로 변환되고, 옴의 법칙(Ohm's Law)에 의해 회전자 위에는 와전류가 발생하게 된다. 따라서, 이와 같이 생성된 와전류는 회전자의 운동방향과 반대방향으로 힘을 발생시켜 제동이 이뤄지게 한다.

한편, 와전류를 이용한 브레이크는 회전자의 회전속도에 따라 와전류의 크기가 정해지므로 저속구간에서의 제동력이 약화되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 와전류를 이용한 비접촉식방식과 기존의 브레이크슈를 이용한 접촉식방식 모두를 상황에 따라 각각 작동시킬 수 있는 차량용 드럼브레이크 및 이를 이용한 제동방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 휠과 함께 회전하는 드럼;과 상기 드럼 내부에 장착되되, 외주면에 라이닝이 장착되고 상기 라이닝의 내측으로 자성체와 비자성체가 배치된 제1브레이크슈;와 상기 제1브레이크슈에서 활주가능하도록 결합되되, 비자성체와 마주하도록 영구자석이 장착된 제2브레이크슈;와 상기 제2브레이크슈를 활주시키도록 길이가 확장하는 피스톤; 및 상기 제1브레이크슈에 고정되어 제2브레이크슈의 활주를 정지시키는 스토퍼;를 포함하여 구성되며, 상기 피스톤은 영구자석이 자성체와 마주하도록 제2브레이크슈를 스토퍼까지 이동시키고, 상기 스토퍼에 밀착된 제2브레이크슈는 피스톤의 추가적인 확장 여부에 따라 라이닝이 드럼에 밀착되도록 제1브레이크슈를 가압할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제1브레이크슈는 반원 링 형상으로서 두 개가 서로 양끝단이 마주하도록 배치되되, 제1브레이크슈의 일측 끝단은 회전가능하도록 힌지바로 연결되고, 타측 끝단은 리턴스프링으로 연결된다.

그리고, 상기 자성체와 비자성체는 연속적으로 이웃하도록 배치되며, 상기 영구자석은 어느 한 극(極)이 드럼의 내주면을 향하도록 다수 개가 간격을 두고 배치되되, 이웃하는 영구자석은 서로 다른 극성(極性)이 드럼의 내주면을 향하도록 배치된다.

또한, 상기 제2브레이크슈가 스토퍼에 밀착됐을 때, 영구자석들은 자성체와 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크.

상기의 와전류를 이용한 드럼브레이크의 제동방법은, 차량의 속도가 미리 정해진 기준속도를 초과하면 라이닝과 드럼이 이격된 상태에서 영구자석을 자성체와 마주하도록 이동시켜 비접촉식 제동을 수행하고, 차량의 속도가 기준속도에 미달하면 라이닝을 드럼에 밀착시켜 접촉식 제동을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 차량의 운행 속도에 따라 비접촉 제동 또는 접촉 제동을 선택적으로 수행할 수 있다.

따라서, 종래의 접촉식 브레이크(드럼식 브레이크)와 비접촉식 브레이크(와전류 브레이크)의 장점만을 취합하여 작동시킬 수 있다. 즉, 고속에서의 제동시에는 비접촉 제동을 이용함으로서 접촉식 브레이크의 취약점인 페이드 현상, 베이퍼록 현상을 방지할 수 있으며, 저속에서의 제동시에는 접촉 제동으로 종래의 비접촉식 브레이크 보다 강력한 제동력을 제공할 수 있다.

아울러, 비제동시에는 영구자석이 비자성체에 마주하도록 배치되므로 자속이 약화되는 것을 방지하는 효과가 있다. 또한, 차속에 따라 더 효과적인 제동력을 제공함으로 차량의 성능 향상 및 연비향상에 도움을 준다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와전류를 이용한 드럼브레이크의 구조를 도시한 것으로 비제동시의 모습을 도시한 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 드럼브레이크가 와전류를 이용해 비접촉 제동할 시의 동작상태를 도시한 단면도,
도 3 은 본 발명에 따른 드럼브레이크가 접촉 제동할 시의 동작상태를 도시한 단면도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제동방법에 따라 드럼브레이크가 작동하는 순서를 도시한 순서도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드럼브레이크를 더욱 상세히 설명한다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 드럼브레이크는, 접촉식 또는/및 비접촉식으로 제동이 이뤄진다.

차량의 휠과 함께 회전하는 드럼(10) 내부에는 제1브레이크슈(20)와 제2브레이크슈(30)가 장착된다. 상기 제1브레이크슈(20)와 제2브레이크슈(30)는 각각이 두 부분으로 나눠져 서로 대향하여 배치된다.

즉, 도시된 바와 같이, 상기 제1브레이크슈(20)는 반원 링 형상으로서 두 개가 서로 양끝단이 마주하도록 배치되되, 제1브레이크슈(20)의 일측 끝단은 회전가능하도록 힌지바(70)로 연결되고, 타측 끝단은 리턴스프링(50)으로 연결된다.

상기 제1브레이크슈(20)는 드럼(10)의 내주면에 밀착되면 제동력을 발생시킬 수 있도록 외주면에 둘레를 따라 라이닝(23)이 장착된다. 그리고, 상기 라이닝(23)의 내측으로는 자성체(21)와 비자성체(22)가 연속적으로 이웃하여 배치된다.

상기 제2브레이크슈(30)는 제1브레이크슈(20)에서 활주가능하도록 결합되되, 다수 개의 영구자석(31)이 일정거리를 두고 배치된다. 상기 영구자석(31)은 (비제동시) 비자성체(22)와 마주하는 위치에 장착된다.

그리고, 상기 제2브레이크슈(30)의 일측에는 제2브레이크슈(30)를 활주시켜 영구자석(31)이 자성체(21)와 마주하도록 활주시키는 피스톤(40)이 장착된다. 그리고, 제1브레이크슈(20)에 고정되어 제2브레이크슈(30)의 활주를 정지시키는 스토퍼(60)가 장착된다.

즉, 제2브레이크슈(30)는 피스톤(40)에 의해 제1브레이크슈(20)에서 소정의 거리만큼 활주하되, 상기 제2브레이크슈(30)가 소정의 거리만큼 활주한 후 스토퍼(60)에 밀착되면 상기 피스톤(40)이 제1브레이크슈(20)를 활주시키는 구조이다. 이와 같은 제1브레이크슈(20)의 활주에 따라 라이닝(23)은 드럼(10)에 밀착되어 제동력을 발생시킨다.

아울러, 드럼(10)이 회전하는 상태에서 제2브레이크슈(30)가 활주하면 자성체(21)와 마주하여 와전류를 발생시킬 수 있도록 상기 영구자석(31)은 어느 한 극(極)이 드럼(10)의 내주면을 향하도록 다수 개가 간격을 두고 배치되되, 이웃하는 영구자석은 서로 다른 극성(極性)으로 드럼의 내주면을 향하도록 배치된다(즉, 드럼의 내주면에 마주하는 극이 N, S, N... 으로 반복되도록 배치된다).

아울러, 접촉식 제동시(라이닝이 드럼에 밀착됐을 시) 와전류에 의한 제동력이 추가적으로 생성될 수 있도록 상기 제2브레이크슈(30)가 스토퍼(60)에 밀착됐을 때, 영구자석(31)들은 자성체(21)와 마주하도록 배치된다.

따라서, 비제동시에는 제2브레이크슈(30)에 내장된 영구자석(31)들에서 발생된 자기장은 제1브레이크슈(20)의 비자성체(22)에 의해 단절되어 연속적으로 형성되지 않는다. 즉, 개별의 영구자석(31)들은 도 1 에 도시된 바와 같이 제2브레이크슈(30) 내에서만 형성되도록 자기장이 구속된다.

참고적으로, 이와 같은 구조는 비제동시에도 드럼(10)까지 자기장이 형성되어 불필요한 제동력을 발생시키며 시간이 지남에 따라 자력이 점차적으로 약해지는 리키지(leakage) 현상을 방지하는 장점이 있다.

본 발명에 따른 드럼브레이크의 비접촉 제동 작동상태는 도 2 에 도시되었다. 도시된 바와 같이, 피스톤(40)의 확장에 따라 제2브레이크슈(30)가 스토퍼(60)까지 활주하여 영구자석(31)이 자성체(21)에 마주하게 되면, 자성체(21)를 통하여 드럼(10)까지 자기장의 범위가 확장되고, 회전하는 드럼(10)에는 전자기 유도 원리에 따라 자기장의 세기에 비례하는 와전류가 발생된다. 상기 와전류는 드럼의 회전방향에 반대되는 방향으로 힘을 발생시켜 드럼의 회전을 제동한다.

그리고, 도 3 에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)이 더 확장되면 제2브레이크슈(30)의 끝단이 스토퍼에 밀착상태에서, 제1브레이크슈(20)도 리턴스프링(50)을 확장시키며 힌지바(70)의 양측으로 힌지회동하며 확장된다. 이에 따라 라이닝(23)은 드럼(10)의 내주면에 접촉하게 되고, 라이닝(23)과 드럼(10) 간의 마찰력에 의해 접촉제동이 이뤄진다.

이때, 전술한 바와 같이, 제1브레이크슈(20)가 확장될 때, 영구자석(31)은 자성체(21)와 마주한 상태이므로 와전류가 생성하여 비접촉 제동력이 추가적으로 발생된다.

따라서, 전술한 바와 같이, 비접촉 제동은 저속 운행시 제동력이 떨어지므로(∵드럼의 회전속도가 낮아 와전류 발생량이 작으므로), 도 4 에 도시된 바와 같이, 차량의 속도가 미리 정해진 기준속도인 20kph(kilometres per hour) 이하인 경우 접촉제동으로 제동하고, 차속이 그 이상인 경우는 비접촉 제동으로 제동하도록 구성함으로서, 종래의 드럼브레이크의 문제점인 페이드현상, 베이퍼록 현상 등을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 드럼
20 : 제1브레이크슈
30 : 제2브레이크슈
40 : 피스톤

Claims

휠과 함께 회전하는 드럼;과
상기 드럼 내부에 장착되되, 외주면에 라이닝이 장착되고 상기 라이닝의 내측으로 자성체와 비자성체가 배치된 제1브레이크슈;와
상기 제1브레이크슈에서 활주가능하도록 결합되되, 비자성체와 마주하도록 영구자석이 장착된 제2브레이크슈;와
상기 제2브레이크슈를 활주시키도록 길이가 확장하는 피스톤; 및
상기 제1브레이크슈에 고정되어 제2브레이크슈의 활주를 정지시키는 스토퍼;를 포함하여 구성되며,
상기 피스톤은 영구자석이 자성체와 마주하도록 제2브레이크슈를 스토퍼까지 이동시키고 상기 피스톤이 추가적으로 확장되면 스토퍼에 밀착된 제2브레이크슈는 라이닝이 드럼에 밀착되도록 제1브레이크슈를 가압하는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크.
제 1 항에 있어서, 상기 제1브레이크슈는 반원 링 형상으로서 두 개가 서로 양끝단이 마주하도록 배치되되, 제1브레이크슈의 일측 끝단은 회전가능하도록 힌지바로 연결되고, 타측 끝단은 리턴스프링으로 연결된 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크.
제 2 항에 있어서, 상기 자성체와 비자성체는 연속적으로 이웃하도록 배치되며, 상기 영구자석은 어느 한 극(極)이 드럼의 내주면을 향하도록 다수 개가 간격을 두고 배치되되, 이웃하는 영구자석은 서로 다른 극성(極性)이 드럼의 내주면을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크.
제 3 항에 있어서, 상기 제2브레이크슈가 스토퍼에 밀착됐을 때, 영구자석들은 자성체와 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 와전류를 이용한 드럼브레이크의 제동방법에 있어서,
차량의 속도가 미리 정해진 기준속도를 초과하면 라이닝과 드럼이 이격된 상태에서 영구자석을 자성체와 마주하도록 이동시켜 제동을 수행하고, 차량의 속도가 기준속도에 미달하면 라이닝을 드럼에 밀착시켜 제동을 수행하는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 드럼브레이크의 제동방법.