KR102258549B1

KR102258549B1 - 전기기계식 브레이크

Info

Publication number: KR102258549B1
Application number: KR1020190172920A
Authority: KR
Inventors: 권오석; 신동환; 이동하
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-05-31

Abstract

일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 적어도 세 개의 웨지(wedge) 및 서포터를 포함하고, 제1 웨지는 제1 경사각을 가지며 디스크에 마찰력을 가하는 제1 브레이크 패드를 구비하며, 제1 서포터는 상기 제1 웨지와 결합되어 상기 제1 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고, 제2 웨지는 제2 경사각을 가지며 상기 디스크에 마찰력을 가하는 제2 브레이크 패드를 구비하며, 제2 서포터는 상기 제2 웨지와 결합되어 상기 제2 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고, 제3 웨지는 제3 경사각을 가지며 상기 디스크에 마찰력을 가하는 제3 브레이크 패드를 구비하며, 제3 서포터는 상기 제3 웨지와 결합되어 상기 제3 웨지에 가해지는 외력에 의하여 수직방향으로 이동될 수 있다.

Description

전기기계식 브레이크 {AN ELECTROMECHANICAL BRAKE}

아래의 실시예들은 전기기계식 브레이크에 관한 것이다.

근래 활발히 연구되고 있는 웨지를 이용한 전기기계식 브레이크는 자기 배력(Self Reinforcement) 효과를 이용하여 자동차의 제동효율을 크게 향상시켰다 (참고문헌 : 특허 : Patent No. US 6,978,868 B2, 논문 : SAE Paper No. 2003-01-3331, SAE Paper No. 2007-01-0866).

이러한 전기기계식 브레이크의 원리 역시 종래 브레이크와 같이 브레이크 패드와 제동대상체인 디스크의 마찰을 이용해 자동차를 정지시키는 것이지만, 종래 브레이크는 유압식 실린더가 패드를 디스크에 밀착시켰던 반면에 전기기계식 브레이크는 전동모터와 연관된 시스템이 이러한 역할을 대신한다.

따라서, 상기 전기기계식 브레이크는 종래 브레이크 시스템과 달리 브레이크 라인과, 브레이크 액, 마스터 실린더, 캘리퍼 안쪽의 피스톤이 필요치 않게 되어 구조가 매우 단순해지는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 전기기계식 브레이크는 제동에 필요한 모터 요구출력이 너무 크다는 문제점이 있었다. 이에 따라 대용량, 고전압, 고비용, 중량, 대형 모터가 필요하게 되어 실용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다

일 실시예에 따른 목적은 다중 웨지 구조를 이용해 디스크에 추가적인 수직력과 마찰력을 인가함으로써 제동효율을 향상시킬 수 있는 전기기계식 브레이크를 제공하고자 하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 다중 웨지 구조를 이용해 제동효율을 향상시킴으로써 제동에 소요되는 에너지를 저감시킬 수 있는 전기기계식 브레이크를 제공하고자 하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 다중 웨지 구조를 이용해 작은 모터 용량의 설계가 가능하도록 구현할 수 있는 전기기계식 브레이크를 제공하고자 하는 것이다.

상기 전기기계식 브레이크는, 상기 제1 서포터와 상기 제2 웨지를 상호 연결시켜 상기 제1 웨지를 통해 제1 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제2 웨지에 전달하는 제1 커넥터 및 상기 제2 서포터와 상기 제3 웨지를 상호 연결시켜, 상기 제2 웨지를 통해 제2 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제3 웨지에 전달하는 제2 커넥터를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제1 커넥터는, 상기 제1 서포터에 연결되는 제1 수평 바 및 상기 제1 수평 바와 상기 제2 웨지 사이에 연결되어 상기 제1 수평 바에 의해 전달되는 외력을 상기 제2 웨지에 전달하는 제1 수직 바를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 커넥터는, 상기 제2 서포터에 연결되는 제2 수평 바 및 상기 제2 수평 바와 상기 제3 웨지 사이에 연결되어 상기 제2 수평 바에 의해 전달되는 외력을 상기 제3 웨지에 전달하는 제2 수직 바를 포함할 수 있다.

이 경우, 제1 수평 바와 제1 수직 바 사이 및 상기 제2 수평 바와 상기 제2 수직 바 사이에는 베어링이 각각 배치되어 수평 바와 수직 바를 연결할 수 있다.

아울러, 상기 제1 서포터는 수평방향으로 이동 가능하도록 제1 서포터의 일측에 구비되는 제1 수평 플레이트와 베어링을 통해 연결되며, 상기 제2 서포터는 수평방향으로 이동 가능하도록 제2 서포터의 일측에 구비되는 제2 수평 플레이트와 베어링을 통해 연결될 수 있다.

상기 전기기계식 브레이크는, 상기 디스크를 기준으로 상기 제1 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제1 패드 플레이트, 상기 제1 수평 플레이트와 상기 제1 패드 플레이트를 연결하는 제1 브레이크 캘리퍼, 상기 디스크를 기준으로 상기 제2 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제2 패드 플레이트, 상기 제2 수평 플레이트와 상기 제2 패드 플레이트를 연결하는 제2 브레이크 캘리퍼, 상기 디스크를 기준으로 상기 제3 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제3 패드 플레이트 및 상기 제3 서포터와 상기 제3 패드 플레이트를 연결하는 제3 브레이크 캘리퍼를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 다중 웨지 구조를 이용해 디스크에 추가적인 수직력과 마찰력을 인가함으로써 제동효율을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 다중 웨지 구조를 이용해 제동효율을 향상시킴으로써 제동에 소요되는 에너지를 저감시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 다중 웨지 구조를 이용해 작은 모터 용량의 설계가 가능하도록 구현될 수 있다.

도1은 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 개략적인 구성을 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크에 제동력이 인가되는 상태를 나타낸다.
도3은 도 2의 디스크 회전방향과 반대방향으로 디스크가 회전하는 경우에 디스크에 제동력이 인가되는 상태를 나타낸다.
도4는 복수의 웨지가 배치되는 전기기계식 브레이크의 개념도를 나타낸다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도1은 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 개략적인 구성을 나타내며, 도2는 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크에 제동력이 인가되는 상태를 나타낸다. 도3은 도 2의 디스크 회전방향과 반대방향으로 디스크가 회전하는 경우에 디스크에 제동력이 인가되는 상태를 나타내며, 도4는 복수의 웨지가 배치되는 전기기계식 브레이크의 개념도를 나타낸다.

도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 적어도 세 개의 웨지(wedge) 및 서포터를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 더 많은 웨지 및 서포터를 포함한 진기기계식 브레이크가 구성될 수 있을 것이다.

이하에서는 세 개의 웨지 및 서포터를 포함하는 전기기계식 브레이크를 기준으로 설명한다.

제1 웨제(110)는 제1 경사각(α)을 가지며 디스크(10)에 마찰력을 가하는 제1 브레이크 패드(120)를 구비하며, 제1 서포터(130)는 제1 웨지(110)와 결합되어 제1 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고, 제2 웨지(210)는 제2 경사각(β)을 가지며 디스크(10)0에 마찰력을 가하는 제2 브레이크 패드(220)를 구비하며, 제2 서포터(230)는 제2 웨지(210)와 결합되어 제2 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고, 제3 웨지(310)는 제3 경사각(δ)을 가지며 디스크에 마찰력을 가하는 제3 브레이크 패드(320)를 구비하며, 제3 서포터(330)는 제3 웨지와 결합되어 제3 웨지에 가해지는 외력에 의하여 수직방향으로 이동될 수 있다.

또한, 전기기계식 브레이크는, 제1 서포터(130)와 제2 웨지(210)를 상호 연결시켜 제1 웨지를 통해 제1 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제2 웨지에 전달하는 제1 커넥터(400) 및 제2 서포터(230)와 상기 제3 웨지(310)를 상호 연결시켜 제2 웨지를 통해 제2 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제3 웨지에 전달하는 제2 커넥터(500)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 제1 커넥터(400)는, 제1 서포터(130)에 연결되는 제1 수평 바(410) 및 제1 수평 바(410)와 제2 웨지(210) 사이에 연결되어 제1 수평 바에 의해 전달되는 외력을 제2 웨지에 전달하는 제1 수직 바(420)를 포함할 수 있다.

또한, 제2 커넥터(500)는, 제2 서포터(230)에 연결되는 제2 수평 바(510) 및 제2 수평 바(510)와 제3 웨지(310) 사이에 연결되어 제2 수평 바에 의해 전달되는 외력을 제3 웨지에 전달하는 제2 수직 바(520)를 포함할 수 있다.

이 경우, 제1 수평 바(410)와 제1 수직 바(420) 사이에는 베어링(430)이 배치되어 양자를 연결할 수 있다. 또한, 제2 수평 바(510)와 제2 수직 바(520) 사이에도 베어링(530)이 배치되어 양자를 연결할 수 있다.

아울러, 제1 서포터(130)는 수평방향으로 이동 가능하도록 제1 서포터의 일측에 구비되는 제1 수평 플레이트(140)와 베어링(150)을 통해 연결되며, 제2 서포터(230)는 수평방향으로 이동 가능하도록 제2 서포터의 일측에 구비되는 제2 수평 플레이트(240)와 베어링(250)을 통해 연결될 수 있다.

뿐만 아니라, 전기기계식 브레이크는, 디스크를 기준으로 제1 웨지(110)와 반대되는 방향에 배치되는 제1 패드 플레이트(160), 제1 수평 플레이트(140)와 제1 패드 플레이트(160)를 연결하는 제1 브레이크 캘리퍼(170), 디스크를 기준으로 제2 웨지(210)와 반대되는 방향에 배치되는 제2 패드 플레이트(260), 제2 수평 플레이트와 제2 패드 플레이트를 연결하는 제2 브레이크 캘리퍼(270), 디스크를 기준으로 제3 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제3 패드 플레이트(360) 및 제3 서포터와 제3 패드 플레이트를 연결하는 제3 브레이크 캘리퍼(370)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 웨지(110)는 제1 경사각(α)를 가지며, 제동대상체인 디스크(10)에 마찰력을 가하는 제1 브레이크 패드(120)를 구비한다. 이러한 상기 제1 웨지(110)는 액츄에이터(actuator)(미도시)에 의해 구동력이 인가되면 제1 웨지면(111 또는 1112)을 따라 이동하여 제1 브레이크 패드(120)가 디스크(10)에 접촉되도록 한다.

제1 서포터(130)는 제1 웨지(110)와 결합되며, 제1 웨지(110)에 가해지는 구동력에 의해 수평 및 수직방향 이동한다. 여기서, 제1 서포터(130)와 제1 웨지(110) 사이에는 원활한 상호 이동을 위해 롤러(미도시)가 설치됨이 바람직하다.

또한, 제1 서포터(130)의 수평방향 이동은 제1 서포터(130)가 제1 수평 플레이트(140)와 베어링(150)을 통해 연결됨으로써 이루어진다. 상술한 바와 같이 제1 웨지(110)에 구동력이 인가되면 제1 웨지(110)는 제1 웨지면(111,112)을 따라 이동하며, 이때 제1 웨지(110)와 결합된 제1 서포터의 제1 내면(131 또는 132)에 외력이 작용한다. 이러한 외력에 의해 제1 서포터(130)에 수평방향의 힘이 가해지면 제1 서포터(130)는 베어링(150)에 의해 제1 수평 플레이트(140)를 따라 수평이동하게 된다. 이러한 제1 서포터(130)의 수평방향 이동을 위한 구조는 매우 단순한 구조로서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

또한, 제1 서포터(130)의 수직방향 이동은 제1 수평 플레이트(140)와 결합되는 제1 브레이크 캘리퍼(brake caliper)(170)에 의해 이루어진다. 구체적으로, 상기 제1 브레이크 캘리퍼(170)는 수직방향 이동 가능한 구조를 가지므로 제1 서포터(130)가 제1 웨지(110)에 의해 수직방향의 힘을 받으면 제1 수평 플레이트(140)와 결합된 제1 브레이크 캘리퍼(170)가 수직방향으로 이동하고, 이에 따라 제1 브레이크 캘리퍼(170)와 결합된 제1 서포터(130)의 수직방향 이동이 이루어진다.

이러한 제1 브레이크 캘리퍼(170)의 일단에는 디스크(10)를 사이에 두고 대향 설치되는 제1 패드 플레이트(160)가 설치된다. 상기 제1 패드 플레이트(160)는 제1 웨지(110)와 같이 디스크(10)와 접촉하여 제동력을 인가하는 추가적인 브레이크 패드(미도시)를 구비한다.

따라서, 상술한 바와 같이 제1 웨지(110)가 제1 웨지면(111,112)을 따라 이동하여 제1 웨지(110)의 제1 브레이크 패드(120)가 디스크(10)에 접촉하면, 제1 브레이크 캘리퍼(170)에 의해 제1 패드 플레이트(160) 역시 수직방향으로 이동하게 되어 제1 패드 플레이트(160)에 부착된 브레이크 패드가 디스크(10)에 접촉하게 된다.

또한, 제2 웨지(210)는 제2 경사각(β)를 가지며, 제2 웨지(210)와 같이 제동대상체인 디스크(10)에 마찰력을 가하는 제2 브레이크 패드(220)를 구비한다. 제2 웨지(210)는 이하 설명될 제1 커넥터(400)에 의해 전달되는 수평방향 외력에 의해 웨지면(211 또는 212)을 따라 이동하여 제2 브레이크 패드(220)가 디스크(10)에 접촉되도록 함으로써 디스크(10)에 제동력을 인가한다.

제2 서포터(230)는 상기 제2 웨지(210)와 결합되며, 제2 웨지(210)의 이동시 가해지는 외력에 의해 수직방향 이동한다. 상기 제2 서포터(230)의 수직방향 이동은 제2 브레이크 캘리퍼(270)에 의해 이루어진다. 상기 제2 브레이크 캘리퍼(270)는 수직방향 이동 가능하게 제2 서포터(230)와 결합되어 있다. 따라서, 상기 제2 웨지(210)가 웨지면(211,212)을 따라 이동하면 제2 서포터(230)의 내면(231,232)에 수직방향 외력이 가해져 제2 브레이크 캘리퍼(270)가 수직방향으로 이동하고, 이에 따라 제2 브레이크 캘리퍼(270)와 결합된 제2 서포터(230)의 수직방향 이동이 이루어진다.

이러한 제2 브레이크 캘리퍼(270)의 일단에는 디스크(10)를 사이에 두고 제2 웨지(210)와 대향 설치되는 제2 패드 플레이트(260)가 설치된다. 상기 제2 패드 플레이트(260) 역시 제2 웨지(210)와 같이 디스크(10)와 접촉하여 제동력을 인가하는 브레이크 패드(미도시)를 구비한다.

따라서, 상술한 바와 같이 제2 웨지(210)가 웨지면(211,212)을 따라 이동하여 부착된 브레이크 패드가 디스크(10)에 접촉하면, 제2 브레이크 캘리퍼(270)에 의해 제2 패드 플레이트(260) 역시 수직방향으로 이동하여 부착된 브레이크 패드가 디스크(10)에 접촉한다.

상기 제1 커넥터(400)는 제1 서포터(130)와 제2 웨지(210)를 상호 연결시켜, 상기 제1 웨지(110)를 통해 제1 서포터(130)에 전달되는 수평방향 외력을 제2 웨지(210)에 전달한다.

구체적으로, 상기 제1 커넥터(400)는 제1 서포터(130)에 결합되는 제1 수평 바(bar)(410)와, 상기 제1 수평 바(410) 및 제2 웨지(210)와 각각 결합되어 제 1 수평 바(410)를 통해 전달되는 외력을 제2 웨지(210)에 인가하는 제1 수직 바(420)로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 제1 웨지(110)에 인가되는 구동력에 의해 제1 서포터(130)의 내면에 외력이 인가되면, 제1 서포터(130)는 베어링(150)에 의해 제1 수평 플레이트(140)를 따라 수평이동한다. 이때, 상기 제1 서포터(130)와 결합된 제1 수평 바(410) 역시 수평이동하며 제1 수직 바(420)에 외력을 가하게 된다. 이와 같이, 제1 수직 바(420)에 외력이 전달되면 결국, 제1 수직 바(420)와 결합된 제2 웨지(210)에 외력이 인가되어 제2 웨지(210)가 웨지면(211,212)을 따라 이동하여 제2 브레이크 패드(220)가 디스크(10)와 접촉하게 된다.

여기서, 상기 제2 웨지(210)는 웨지면(211,212)을 따라 이동하기 때문에 제2 웨지(210)는 수평방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 이동한다. 따라서, 상기 제1 수직 바(420)는 상기 제1 수평 바(410)와 베어링(430)에 의해 연결됨이 바람직하다.

상기와 유사한 매커니즘으로, 제3 웨지(310)는 제3 경사각(δ)를 가지며, 제3 웨지(310)와 같이 제동대상체인 디스크(10)에 마찰력을 가하는 제3 브레이크 패드(320)를 구비한다. 제3 웨지(310)는 제2 커넥터(500)에 의해 전달되는 수평방향 외력에 의해 웨지면(311 또는 312)을 따라 이동하여 제3 브레이크 패드(320)가 디스크(10)에 접촉되도록 함으로써 디스크(10)에 제동력을 인가한다.

이러한 구조의 일 실시예에 따른 전기기계식 브레이크에 의해 디스크에 제동력이 인가되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도2에 도시된 바와 같이, 디스크(10)가 화살표 방향으로 회전할 때 제1 웨지(120)에 구동력 Fm이 γ각도로 인가되면, 제1 웨지(110)는 웨지면(111)을 따라 디스크(10)로 이동한다. 이때, 제1 웨지(110)에 부착된 제1 브레이크 패드(120)가 디스크에 접록하여 수직력 Fn1과 마착력 Fb1을 인가한다. 여기서, μ1은 디스크(10)와 브레이크 패드간의 마찰계수이다.

그리고, 제1 웨지(110)의 웨지면(111)과 제1 서포터(130)의 내면(131)은 롤러(미도시)를 사이에 두고 대면하기 때문에 제1 서포터(130)의 내면(131)은 웨지면(111)에 수직하게 반력 R1을 가한다. 상기 제1 웨지(110)에 대한 정역학 해석으로부터 수직방향으로는

임을 알 수 있고, 수평방향으로는

임을 알 수 있다. 작용 반작용의 원리에 의해 제1 웨지(110)는 제1 서포터(130)에 수직방향으로 Fn1을 전달하며 이 전달된 Fn1은 베어링(150)을 통해 제1 수평 플레이트(140)로 전달된다. 이에 따라 제1 브레이크 캘리퍼(170)에 의해 제1 패드 플레이트(160)가 상승하여 디스크(10)로 이동한다. 따라서, 제1 패드 플레이트(160)에 부착된 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 수직력 Fn1이 발생하게 된다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn1과 마찰력 Fb1을 가한다.

또한, 작용 반작용의 원리에 의해 제1 웨지(110)는 제1 서포터(130)에 수평방향으로 Fb1을 전달한다. 이에 따라 제1 서포터(130)는 베어링(150)에 의해 제1 수평 플레이트(140)를 따라 수평방향으로 이동하며, 제1 서포터(130)에 전달된 수평방향 힘 Fb1은 제1 수평 바(410)로 전달된다. 상기 제1 수평 바(410)로 전달된 수평방향 힘 Fb1은 베어링(430)을 통해 제1 수직 바(420)로 전달되며, 따라서 제2 웨지(210)에 수평방향 힘 Fb1이 전달된다. 이로써 제2 웨지(210)가 웨지면(211)을 따라 이동하여 제2 웨지(210)에 부착된 제2 브레이크 패드(220)가 디스크(10)에 접촉하게 되면, 디스크(10)가 제2 브레이크 패드(220)에 수직력 Fn2와 마찰력 Fb2를 가하게 된다. 여기서, μ2는 디스크(10)와 브레이크 패드간의 마찰계수이다. μ1과 μ2는 각 브레이크 패드와 디스크(10) 사이에서 발생하는 열 등에 차이가 있음을 고려하면 일반적으로 다른 값을 가진다.

그리고, 상기 제2 웨지(210)의 웨지면(211)은 제2 서포터(230)의 내면(231)과 롤러(미도시)를 사이에 두고 대면하게 되어, 제2 서포터(230)의 내면(231)은 웨지면(211)에 수직방향으로 반력 R2를 가하게 된다. 상기 제2 웨지(210) 대한 수직방향 정역학 해석으로부터

가 됨을 알 수 있다. 작용 반작용의 원리에 의해 제2 웨지(210)는 제2 서포터(230)에 수직방향으로 Fn2를 전달하며, 이에 따라 제2 브레이커 캘리퍼(270)에 의해 제2 패드 플레이트(260)가 이동하여 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 Fn2가 발생한다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn2와 마찰력 Fb2를 가하게 된다. 이 때, 제2 웨지(210)에서 제2 서포터(230)로 인가되는 수평방향 힘 Fb1+Fb2는 제2 브레이크 캘리퍼(270)에 전달되게 된다.

또한, 작용 반작용의 원리에 의해 제2 웨지(210)는 제2 서포터(230)에 수평방향으로 Fm3를 전달한다. 이 때, Fm3는 Fb1+Fb2로 정의될 수 있다. 이에 따라 제2 서포터(230)는 베어링(250)에 의해 제2 수평 플레이트(240)를 따라 수평방향으로 이동하며, 제2 서포터(130)에 전달된 수평방향 힘 Fm3는 제2 수평 바(510)로 전달된다. 상기 제2 수평 바(510)로 전달된 수평방향 힘 Fm3은 베어링(530)을 통해 제2 수직 바(520)로 전달되며, 따라서 제3 웨지(310)에 수평방향 힘 Fm3이 전달된다. 이로써 제3 웨지(310)가 웨지면(311)을 따라 이동하여 제3 웨지(310)에 부착된 제3 브레이크 패드(320)가 디스크(10)에 접촉하게 되면, 디스크(10)가 제3 브레이크 패드(320)에 수직력 Fn3와 마찰력 Fb3를 가하게 된다. 여기서, μ3는 디스크(10)와 브레이크 패드간의 마찰계수이다.

그리고, 상기 제3 웨지(310)의 웨지면(311)은 제3 서포터(330)의 내면(331)과 롤러(미도시)를 사이에 두고 대면하게 되어, 제3 서포터(330)의 내면(331)은 웨지면(311)에 수직방향으로 반력 R3를 가하게 된다. 작용 반작용의 원리에 의해 제3 웨지(310)는 제3 서포터(330)에 수직방향으로 Fn3를 전달하며, 이에 따라 제3 브레이커 캘리퍼(370)에 의해 제3 패드 플레이트(360)가 이동하여 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 Fn3가 발생한다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn3와 마찰력 Fb3를 가하게 된다. 이 때, 제3 웨지(310)에서 제3 서포터(230)로 인가되는 수평방향 힘 Fb1+Fb2+Fb3는 제3 브레이크 캘리퍼(370)에서 지탱되게 된다.

이 경우 제동효율을 출력/입력, 입력은 구동력 Fm으로 하고 출력은 디스크(10)의 한 면에서 발생하는 수직력 즉, Fn=Fn1+Fn2+Fn3로 정의한다. 이로서, 제1 웨지(110), 제2 웨지(210) 및 제3 에지(310)에 대한 정역학 해석으로부터 식 1와 같은 제동효율을 얻을 수 있다.

(식 1)

도 3은 도 2의 디스크 회전방향과 반대방향으로 디스크가 회전하는 경우에 디스크에 제동력이 인가되는 상태를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 디스크(10)가 도 2와 반대방향 즉, 화살표 방향으로 회전할 때 제1 웨지(110)에 구동력 Fm이 γ각도로 인가되면, 제1 웨지(110)는 제1 웨지면(112)을 따라 디스크(10)로 이동한다. 이때, 제1 웨지(110)에 부착된 브레이크 패드(120)가 디스크(10)에 접촉하여 수직력 Fn1과 마찰력 Fb1을 가한다.

그리고, 제1 웨지(110)의 제1 웨지면(112)과 제1 서포터(130)의 내면(132)은 롤러(미도시)를 사이에 두고 대면하기 때문에 제1 서포터(130)의 내면(132)은 웨지면(112)에 수직하게 반력 R1을 가한다. 상기 제1 웨지(110)에 대한 정역학 해석으로부터 수직방향으로는

임을 알 수 있고 수평방향으로는

임을 알 수 있다. 작용 반작용의 원리에 의해 제1 웨지(110)는 제1 서포터(130)에 수직방향으로 Fn1을 전달하며 이 전달된 Fn1은 베어링(150)을 통해 제1 수평 플레이트(140)로 전달된다. 이에 따라 제1 수평 플레이트(140)와 결합된 브레이크 캘리퍼(170)의 수직이동에 의해 제1 패드 플레이트(160)가 디스크(10)로 이동하게 되어 제1 패드 플레이트(160)에 부착된 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 수직력 Fn1이 발생하게 된다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn1과 마찰력 Fb1을 가한다.

또한, 작용 반작용의 원리에 의해 제1 웨지(110)는 제1 서포터(130)에 수평방향으로 Fb1을 전달한다. 제1 서포터(130)는 베어링(150)에 의해 제1 수평 플레이트(140)를 따라 수평방향으로 이동할 수 있으며, 따라서 제1 서포터(130)에 전달된 수평방향 힘 Fb1은 제1 수평 바(410)로 전달된다. 제1 수평 바(410)로 전달된 수평방향 힘 Fb1은 베어링(430)을 통해 제1 수직 바(420)로 전달되며, 따라서 제2 웨지(210)에 수평방향 힘 Fb1이 전달된다. 이로써 제2 웨지(210)가 웨지면(212)을 따라 이동하여 브레이크 패드가 디스크(10)에 접촉함으로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn2와 마찰력 Fb2를 가하게 된다.

그리고, 상기 제2 웨지(210)의 웨지면(212)은 제2 서포터(230)의 내면(232)과 롤러(미도시)를 사이에 두고 대면하게 되어, 제2 서포터(230)의 내면(232)은 웨지면(212)에 수직방향으로 반력 R2를 가하게 된다. 상기 제2 웨지(210) 대한 수직방향 정역학 해석으로부터

가 됨을 알 수 있다. 작용 반작용의 원리에 의해 제2 웨지(210)는 제2 서포터(230)에 수직방향으로 Fn2를 전달하며, 제2 브레이커 캘리퍼(270)에 의해 제2 패드 플레이트(260)가 이동하여 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 Fn2가 발생한다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn2와 마찰력 Fb2를 가하게 된다. 이 때, 제2 웨지(210)에서 제2 서포터(230)로 가해지는 수평방향의 힘 Fb1+Fb2는 제2 브레이크 캘리퍼(270)에 전달된다.

위에서 설명한 매커니즘과 동일하게 작용 반작용의 원리에 의해 제3 웨지(310)는 제3 서포터(330)에 수직방향으로 Fn3를 전달하며, 이에 따라 제3 브레이커 캘리퍼(370)에 의해 제3 패드 플레이트(360)가 이동하여 브레이크 패드와 디스크(10)사이에 Fn3가 발생한다. 이로써 디스크(10)가 브레이크 패드에 수직력 Fn3와 마찰력 Fb3를 가하게 된다. 이 때, 제3 웨지(310)에서 제3 서포터(230)로 인가되는 수평방향 힘 Fb1+Fb2+Fb3는 제3 브레이크 캘리퍼(370)에서 지탱되게 된다.

이 경우 상술한 바와 같이 제동효율을 출력/입력, 입력은 구동력 Fm으로 하고 출력은 디스크(10)의 한 면에서 발생하는 수직력 즉, Fn=Fn1+Fn2+Fn3로 정의한다. 이로서, 제1 웨지(110), 제2 웨지(210) 및 제3 웨지(310)에 대한 정역학 해석으로부터 식 2와 같은 제동효율을 얻을 수 있다.

(식 2)

이와 같이 본 발명에 따른 전기기계식 브레이크는 추가적인 수직력 Fn2, Fn3와 마찰력 Fb2, Fb3가 디스크(10)의 양면에 작용하여 제동효율이 향상되게 된다.

도4를 참조하면, 웨지의 개수가 n개로 설정됨에 따라 다중 웨지 브레이크 구조가 구현될 수 있다. 이 때 n개의 웨지에 대한 정역학 해석으로부터 식 3과 같은 제동효율을 얻을 수 있다.

(식 3)

만약, n=4일 경우, 하기와 같은 식4와 같은 제동효율을 얻을 수 있다.

(식 4)

위 식에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 따라 웨지의 개수를 증가시킴에 따라 점진적으로 제동효율을 향상시킬 수 있다.

상기에서 설명한 구성들을 포함하는 전기기계식 브레이크는 다중 웨지 구조를 이용해 디스크에 추가적인 수직력과 마찰력을 인가함으로써 제동효율을 향상시킬 수 있으며, 그에 따라, 제동에 소요되는 에너지를 저감시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 전기기계식 브레이크는 다중 웨지 구조를 이용해 작은 모터 용량의 설계가 가능하도록 구현될 수 있다.

이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110, 210, 310 : 웨지
120, 220, 320 : 브레이크 패드
130, 230, 330 : 서포터
140, 240 : 수평 플레이트
150, 250 : 베어링
160, 260, 360 : 패드 플레이트
170, 270, 370 : 브레이크 캘리퍼

Claims

적어도 세 개의 웨지(wedge) 및 서포터를 포함하고,
제1 웨지는 제1 경사각을 가지며 디스크에 마찰력을 가하는 제1 브레이크 패드를 구비하며,
제1 서포터는 상기 제1 웨지와 결합되어 상기 제1 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고,
제2 웨지는 제2 경사각을 가지며 상기 디스크에 마찰력을 가하는 제2 브레이크 패드를 구비하며,
제2 서포터는 상기 제2 웨지와 결합되어 상기 제2 웨지에 가해지는 구동력에 의하여 수평 및 수직방향으로 이동되고,
제3 웨지는 제3 경사각을 가지며 상기 디스크에 마찰력을 가하는 제3 브레이크 패드를 구비하며,
제3 서포터는 상기 제3 웨지와 결합되어 상기 제3 웨지에 가해지는 외력에 의하여 수직방향으로 이동되며,
상기 제1 서포터와 상기 제2 웨지를 상호 연결시켜, 상기 제1 웨지를 통해 제1 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제2 웨지에 전달하는 제1 커넥터; 및
상기 제2 서포터와 상기 제3 웨지를 상호 연결시켜, 상기 제2 웨지를 통해 제2 서포터에 인가되는 수평방향 외력을 제3 웨지에 전달하는 제2 커넥터;를 더 포함하고,
상기 제2 커넥터는 상기 제2 서포터에 연결되는 제2 수평 바 및 상기 제2 수평 바와 상기 제3 웨지 사이에 연결되어 상기 제2 수평 바에 의해 전달되는 외력을 상기 제3 웨지에 전달하는 제2 수직 바를 포함하고,
상기 제1 서포터는 수평방향으로 이동 가능하도록 제1 서포터의 일측에 구비되는 제1 수평 플레이트와 베어링을 통해 연결되고,
상기 제2 서포터는 수평방향으로 이동 가능하도록 제2 서포터의 일측에 구비되는 제2 수평 플레이트와 베어링을 통해 연결되고, 상기 제2 수평 플레이트와 제2 패드 플레이트를 연결하는 제2 브레이크 캘리퍼;를 더 포함하여,
상기 제2 브레이크 캘리퍼는 상기 제2 서포터 및 상기 제2 수평 바에 연결되어 제2 서포터로 인가되는 수평 방향 힘을 전달하는, 전기기계식 브레이크.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 커넥터는,
상기 제1 서포터에 연결되는 제1 수평 바; 및
상기 제1 수평 바와 상기 제2 웨지 사이에 연결되어 상기 제1 수평 바에 의해 전달되는 외력을 상기 제2 웨지에 전달하는 제1 수직 바;
를 포함하는, 전기기계식 브레이크.
삭제
제3항에 있어서,
상기 제1 수평 바와 상기 제1 수직 바 사이 및 상기 제2 수평 바와 상기 제2 수직 바 사이에는 베어링이 각각 배치되어 수평 바와 수직 바를 연결할 수 있는, 전기기계식 브레이크.
삭제
제1항에 있어서,
상기 디스크를 기준으로 상기 제1 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제1 패드 플레이트;
상기 제1 수평 플레이트와 상기 제1 패드 플레이트를 연결하는 제1 브레이크 캘리퍼;
상기 디스크를 기준으로 상기 제2 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제2 패드 플레이트;
상기 디스크를 기준으로 상기 제3 웨지와 반대되는 방향에 배치되는 제3 패드 플레이트; 및
상기 제3 서포터와 상기 제3 패드 플레이트를 연결하는 제3 브레이크 캘리퍼;를 더 포함하는, 전기기계식 브레이크.