KR102363663B1 - 제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체 및 브레이크 조립체 그룹 - Google Patents

제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체 및 브레이크 조립체 그룹 Download PDF

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KR102363663B1
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라스 마티스 세베린슨
미카엘 크리스티안 티아이넨
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할덱스 브이아이이(샹하이) 일렉트로메케니컬 브레이크 시스템 시오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 차량의 브레이크 시스템용 제동력전달유닛(3)에 관한 것이다. 본 발명은 제동력전달유닛(3)의 제동력 흐름에 스크류 롤러(20)와 이러한 스크류 롤러(20)에 교합되는 스크류 스핀들(30)을 이용하는 것을 제안하고 있다. 특히 스크류 롤러(20)의 이용은 제동력전달유닛(3)의 제동력전달을 개선하고 구조가 콤팩트하도록 하며 제동력전달유닛의 수명이 연장될 수 있도록 한다.

Description

제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체 및 브레이크 조립체 그룹
본 발명은 차량, 특히, 예를 들어,
- 상용차량,
- 전기에너지만으로 구동되는 차량, 또는
- 전기에너지와 내연기관으로 구동되는 하이브리드 차량 등과 같은 차량에 사용되는 제동력전달유닛(brake force transmission unit)에 관한 것이다.
이러한 제동력전달유닛은
- 입력토크를 발생하는(특히, 운전자 및/또는 제어유닛에 의한 자동작동시에) 브레이크 액추에이터와,
- 브레이크 장치, 예를 들어, 디스크 브레이크 장치와 같은 브레이크 장치
사이에 설치된다.
제동력전달유닛은 브레이크 액추에이터로부터의 입력토크를 받아 브레이크 장치의 브레이크 패드에서 제동력을 발생하기 위하여 브레이크 장치에 전달(어떤 경우에는 다른 전달유닛의 개재하에)되는 출력을 발생한다.
제동력전달유닛은
- 브레이크 액추에이트를 브레이크 장치에 기계적으로 연결한다(직접 또는 간접적으로). 여기에서 또한 브레이크 액추에이터는 브레이크 장치에서 제동력전단유닛에 의하여 고정될 수도 있다.
- 입력의 작용선을 출력의 작용선으로 변경한다.
- 브레이크 액추에이터의 스트로크에서 입력으로부터 요구된 의존특성의 출력을 얻을 수 있도록 한다.
- 회전운동을 병진운동으로 변환한다.
- 적당한 전달비로 입력을 출력으로 증가시킨다.
또한, 본 발명은 차량의 브레이크 시스템을 위한 브레이크 서브조립체(brake sub-assembly)에 관한 것이다. 브레이크 서브조립체는 전원공급시에 작동력 또는 입력을 발생하기 위한 전기드라이브(electrical drive)와 상기 언급된 형태의 제동력전달유닛를 포함한다.
끝으로, 본 발명은 또한 브레이크 조립체의 그룹(a group of brake assembly)에 관한 것이다. 이러한 브레이크 조립체의 그룹은 예를 들어 제조회사에 의하여 제작, 판매되거나, 판매상점에 보관되거나 또는 차량군의 여러 차량에 사용될 수 있다.
특허문헌 EP 1 977 134 B1에는 전기-기계 브레이크 조립체가 기술되어 있다. 이러한 브레이크 조립체에서, 전기드라이브는 전기드라이브의 전기공급에 따른 입력토크로 로터를 바이어스시킨다. 제동력전달유닛에 의하여(여기에서는 왕복 볼베어링 전달) 로터의 회전은 푸쉬로드의 병진운동으로 변환된다. 푸쉬로드는 브레이크 레버의 단부영역에 연결된다. 브레이크 레버는 회전되는 브레이크 장치의 캘리퍼에 편심되게 연결된다. 브레이크 레버의 다른 단부영역은 작동피스턴에 연결된다. 제1 푸쉬로드의 운동에 의한 브레이크 레버의 회전은 작동피스턴의 작동이 이루어질 수 있도록 한다. 작동피스턴의 전면은 브레이크 디스크에서 제동력을 발생하기 위하여 브레이크 패드에 대하여 롤러를 가압한다. 레버에 의하여 작동되는 작동피스턴에 평행하게 배치된 추가 작동피스턴들이 캘리퍼에서 베어링에 의하여 직접 지지된다. 이들 추가 작동피스턴은 경사램프를 형성하는 전면을 갖는다. 롤러가 이들 램프와 브레이크 패드 사이에 개재되어 브레이크 디스크의 회전축의 주연방향으로 램프를 따라 이동하는 롤러의 운동으로 제동력을 발생하기 위한 자기강제기구(self-enforcing mechanism)가 제공된다. 작동피스턴은 스핀들 드라이브에 의하여 작동피스턴의 길이를 변화시키는 마모조절기구를 포함한다. 여기에서 스핀들 드라이브는 브레이크 레버 또는 캘리퍼에 연결된 피스턴 스핀들과 롤러를 위한 접촉면 또는 램프를 갖는 전면을 형성하는 스핀들요소를 포함한다. 브레이크의 작동시에 브레이크 패드는 브레이크 디스크의 회전축선과 평행한 방향으로 이동된다. 이러한 운동은 전기드라이브의 작동에 의하여 이루어진다. 더욱이, 브레이크 패드는 브레이크 디스크의 회전축선의 주연방향으로 이동되어 요구된 자기강제효과를 얻을 수 있도록 한다.
특허문헌 WO 2011/076366 A1은 차량의 주차브레이크 또는 상용브레이크를 작동시키기 위하여 사용되는 전기기계 브레이크 액추에이터에 관한 것이다. 이러한 브레이크 액추에이터에서 전기드라이브의 구동축의 구동모멘트는 교합된 일련의 기어를 통하여 동축상으로 배치된 두개의 서브기어셋트(sub-gearset)를 포함하는 유성기어셋트의 선기어에 전달된다. 유성기어셋트의 출력축은 브레이크 피스턴을 작동시키기 위한 스핀들 드라이브에 결합된다. 특허문헌 WO 2011/076366 A1에서는 지지요소를 포함하는 서브조립체를 갖는 구성을 제안하고 있다. 이러한 서브조립체에서, 전기 드라이브, 교합된 기어셋트 및 유성기어셋트는 지지요소에 착설된다. 브레이크 액추에이터의 진동을 줄이기 위하여 지지요소(그리고, 전기 드라이브, 교합된 기어셋트 및 유성기어셋트)는 브레이크 액추에이터의 하우징에서 두개의 댐핑요소에 의하여 지지된다.
또한 특허문헌 EP 2 345 830 A1에는 전기드라이브가 일련의 기어를 통하여 유성기어셋트에 결합되는 브레이크 액추에이터가 기술되어 있다. 덮개가 전기드라이브와 유성기어셋트의 하우징에 착설된다. 이러한 덮개는 일련의 기어를 덮어 커버한다. 더욱이, 덮개는 전기드라이브에 의하여 직렬로 구동되는 기어의 베어링을 지지하는데 사용된다. 일련의 기어에서, 최종의 기어는 회전축에 결합되어 구동된다. 회전축의 외면은 원통형의 선기어가 유성롤러에 마찰접촉할 수 있도록 한다. 롤러들은 지지핀에 의하여 회전되도록 지지된다. 이들 핀은 방사상 방향으로 배치된 유성캐리어의 기다란 통공내에 배치된다. 스프링에 의하여 지지핀은 회전축의 외면을 향하는 기다란 통공에 의한 안내하에 방사상 내측방향으로 가압되어 요구된 토크를 회전축으로부터 유성롤러 측으로 전달하기 위한 마찰접촉이 이루어지도록 한다. 유성롤러의 방사상 외주면은 회전되지 않게 고정되어 있으나 하우징에 축방향으로 활동가능하게 결합되는 외부레이스부재에 교합된다. 외부레이스부재는 나선형 리브가 고정결합되는 나선요구를 포함한다. 이들 리브는 유성롤러의 대응하는 나선요구에 교합되어 유성롤러의 회전운동으로 외부레이스부재의 축방향 운동이 이루어질 수 있도록 한다. 한편으로는 유성롤러가 회전축에 마찰접촉하고 다른 한편으로는 나선리브와 교합하기 때문에, 유성롤러의 외부면은 큰 마찰계수로 마찰접촉이 이루어지고 나선형 리브의 고정결합이 이루어질 수 있도록 하는데 최적화되어야 한다. 하우징은 브레이크의 캘리퍼 동체에 착설된다. 외부레이스부재는 출력부재로써 사용되고 브레이크 패드의 하나에 회전가능하게 고정된다,
특허문헌 US 2008/0217117 A1에는 브레이크 패드에 결합된 브레이크 레버가 공압식 상용 브레이크 액추에이터에 결합된 푸쉬로드를 통하여 작동되는 상용 브레이크용 브레이크 시스템이 기술되어 있다. 제동력이 공압식 상용 브레이크 액추에이터로부터 브레이크 레버 측으로 향하므로 푸쉬로드는 전기드라이브를 통한 작동력으로 편향될 수 있다. 전기드라이브는 트랜스미션으로 푸쉬로드에 결합된다. 트랜스미션에서, 전기드라이브의 구동기어는 링기어의 외부톱니에 교합된다. 링기어의 내부나선은 링기어의 내부나선에 대응하는 구조를 갖는 외부요구가 형성된 롤러에 결합된다. 링기어의 내부나선과 롤러의 요구 사이의 결합은 자기차단(self blocking) 방식의 결합이다. 방사상 내측에서, 롤러의 요구는 제동력을 푸쉬로드에 전달하는 구동소켓에 결합되거나 푸쉬로드 자체에 결합된다.
특허문헌 WO 2014/170259 A2에는 전기드라이브의 출력축의 회전이 서로 회전가능하게 결합된 3개의 연결레버를 갖는 결합형 기어에 의하여 비선형 방식으로 디스크의 회전으로 전달된다. 디스크에는 브레이크 패드를 편향되게 하는 편심볼트가 착설되어 있다. 따라서, 전기드라이브의 출력축의 회전은 편심볼트의 운동으로 유도되고 이러한 운동으로 브레이크 패드는 브레이크 디스크 측으로 향하거나 이로부터 벌어지는 방향으로 향한다.
다른 종래기술이 특허문헌 EP 0 847 132 A2 및 특허문헌 JP 2016-032997로부터 알려져 있다.
본 발명의 목적은 특히
- 대안적인 디자인,
- 개선된 제동력 전달,
- 개선된 운동학,
- 개선된 성능 및/또는
- 적은 노력으로 다양한 브레이크 조립체를 제작, 보관 및/또는 조립할 수 있도록 하는 옵션이 특징인
제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체, 브레이크 조립체 그룹을 제공하는데 있다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 목적은 독립청구항의 특징부분에 의하여 해결된다. 본 발명에 따른 부가적인 우선실시예는 종속청구항에 기재되어 있다.
본 발명은 다음에 관한 것이다.
- 제동력전달유닛.
- 브레이크 서브조립체.
- 전기드라이브로부터 푸쉬로드로 향하는 제동력 흐름(force flow)에 배치된 제동력전달유닛을 갖는 브레이크 조립체 그룹.
이와 같은 본 발명은 제동력전달유닛에서 스크류 롤러와 이러한 스크류 롤러에 교합된 스크류 스핀들이 입력토크와 출력 사이의 제동력 흐름내의 위치에 배치되도록 제안한다. 환언컨데, 이와 같은 본 발명은 제동력전달유닛의 제동력 흐름내에서 제동력의 전달을 위한 스크류 롤러와 스크류 스핀들 사이의 교합형 접속을 이용하는데 있다.
스크류 스핀들에 교합된 스크류 롤러에 의한 제동력 전달은 통상적으로 플라스틱 사출성형 및 취입성형을 위한 프레스, 전기기계 프레스, 브로칭 머신(broaching machine), 대형기계공구, 차량조립라인(스폿용접, 접착, 리베팅 등), 공장 자동화 시스템 등과 같은 다른 기술분야에 사용된다. 스크류 롤러에 교합된 스크류 스핀들은 회전운동을 선형운동으로 변환시키는데 사용된다. 스크류 롤러(그리고/또는 스크류 스핀들)는 전형적으로 나선형이지만 스크류 롤러와 스크류 스핀들의 형태에 따라서 요구의 형태일 수도 있다. 스크류 스핀들은 이러한 스크류 스핀들의 둘레에 방사상으로 정렬된 하나의 스크류 롤러 또는 복수의 스크류 롤러를 위한 나선형 선로를 제공할 수 있다. 여기에서, 스크류 롤러의 나선의 단면형상은 전형적으로 스크류 스핀들의 나선의 단면형상과 동일하다.
본 발명은 차량의 제동력전달유닛에 스크류 스핀들과 함께 스크류 롤러를 최초로 사용함으로써 다음과 같은 효과와 개선된 기능성을 유도하는 것에 기초하고 있다(다음은 비제한적인 것으로 단순히 예를 든 것이다).
- 스크류 롤러와 스크류 스핀들의 접촉면적이 리서큘레이팅(recirculating) 볼 베어링 트랜스미션에 기반하는 전달구성요소의 접촉면적 보다 넓어 하중지지 및 하중전달의 강성을 증가시키고 사용수명을 증가시킬 수 있다.
- 리서큘레이팅 볼을 안내하기 위한 구성수단을 필요로 하지 않아 설계공간을 줄일 수 있다.
- 스크류 롤러와 스크류 스핀들의 교합접촉에 의한 제동력의 전달이 안정된 마찰력을 제공하고 작동방향을 변경하는데 적용할 수 있다.
- 스크류 롤러와 스크류 스핀들에 의한 제동력전달은 상대적인 운동(가하여지는 하중에 관계없음)에 의하여 낮은 소음이 발생된다.
- 스크류 롤러와 스크류 스핀들의 교합접촉에 의한 전달의 이용으로 자기고정효과가 제공됨으로써 브레이크 액추에이터에 의한 감소된 작동을 위하여 또는 전원고장의 경우나 또는 브레이크 패드의 조절된 위치 및 편향을 고정하기 위하여 요구된 적어도 감소된 고정력에서 브레이크 패드의 작동위치를 고정(어느 정도까지)할 수 있다.
- 스크류 스핀들과 교합되는 스크류의 수를 선택함으로써, 제동력전달이 다수의 평행한 제동력전달 경로로 분할되어 스크류 롤러와 이에 관련된 구성요소와 같은 단일 제동력전달 요소의 편향을 줄이고, 예를 들어, 스크류 스핀들의 종축선의 둘레에서 주연방향으로 전달제동력의 작용점의 평형을 유지하는데 유리하도록 한다.
본 발명에 의하여 제안된 다른 해법은 차량의 브레이크 시스템용의 브레이크 서브조립체를 제안하는 것이다. 다음은 "제1 브레이크 서브조립체"라 할 수 있는 이러한 브레이크 서브조립체에 관한 것이다. 본 발명의 제1 브레이크 서브조립체는 전기드라이브와 제동력전달유닛을 포함한다. 제동력전달유닛은 스크류 롤러와 이러한 스크류 롤러에 교합하는 스크류 스핀들을 포함한다. 차량의 전원시스템과 이에 결합된 전자제어시스템에 의하여 전기드라이브에 전원이 인가될 때, 전기드라이브는 제동력전달유닛에 의하여 전달되고 변형되는 작동력을 발생한다.
본 발명의 한 실시예에 따라서, 브레이크 서브조립체는 취부유닛을 형성한다. 이러한 취부유닛은 특히 자립형 유닛이거나 단일부품 또는 복수부품의 하우징을 갖는다. 또한 취부유닛은 모듈러 설계의 구성을 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 브레이크 서브조립체는 서로 분리되어 형성되거나 또는 일체의 접속부로써 형성될 수 있는 조립체접속부와 제동력전달접속부를 포함한다. 조립체접속부는 브레이크 서브조립체를 다른 브레이크 서브조립체에 취부하기 위하여 구성된다. 다른 브레이크 서브조립체(이를 "제2 브레이크 서브조립체"라 한다)는 특히 브레이크 패드와 브레이크 캘리퍼를 포함하는 브레이크 장치를 포함한다. 더욱이, 제2 브레이크 서브조립체는 추가 제동력전달유닛을 포함한다. 제1 브레이크 서브조립체에 제공된 조립체 접속부는 전자제어장치에 의하여 작동되는 브레이크 조립체를 구성하기 위하여 두개의 브레이크 서브조립체를 연결하기 위하여 사용된다. 조립체 접속부는 예를 들어 두개의 브레이크 서브조립체를 연결하기 위하여 사용되는 플랜지, 브래킷 또는 지지체이다.
더욱이, 본 발명에 따라서, 브레이크 서브조립체는 또한 제동력전달 접속부를 포함한다. 제동력전달 접속부는 제1 브레이크 서브조립체로부터 제2 브레이크 서브조립체로 출력을 전달하는데 사용된다.
비제한적인 단 하나의 실시예를 언급하자면, 추가 제동력전달유닛은 편심지지체에 축설된 브레이크 레버일 수 있으며 지지체에서 브레이크 레버의 편심운동은 브레이크 패드에 전달된다. 이러한 형태의 추가 제동력전달유닛을 갖는 제2 브레이크 서브조립체의 한 예가 특허문헌인 US 2013/008749에 기술되어 있다. 브레이크 장치와 추가 제동력전달유닛을 갖는 제1 브레이크 서브조립체의 다른 예로써는 본원 출원인의 the Haldex Air Disc Brake Module T(www.haldex.com/en/Europe/ products/air-disc-brakes/modul-t), 또는 공개특허문헌 DE 20 2010 003 738 U, DE 20 2010 003 732 U, DE 20 2010 003 739 U에 기재된 바와 같이 브레이크 장치와 추가 제동력전달유닛을 갖는 유사한 브레이크 서브조립체, 또는 출원인의 경쟁회사의 유사한 브레이크 서브조립체가 있다.
본 발명의 목적을 위한 다른 해법으로, 브레이크 조립체 그룹이 제공된다. 이러한 브레이크 조립체 그룹은 동일한 제2 브레이크 서브조립체를 포함한다. 여기에서 제동력전달유닛은 상기 언급된 바와 같이 편심되게 지지된 브레이크 레버(상기 인용된 공보, 특히 US 2013/0008749 A1)와 같은 브레이크 레버를 포함한다. 브레이크 레버는 작동 푸쉬로드를 위한 접속부를 형성한다.
본 발명은 각 브레이크 조립체 그룹의 제1 서브그룹의 브레이크 조립체가 푸쉬로드를 작동(직접 또는 간접적으로)시키기 위한 통상적인 공압형 브레이크 액추에이터를 포함한다.
대신에, 브레이크 조립체 그룹의 제2 서브그룹의 브레이크 조립체는 푸쉬로드를 작동시키기 위한 전기드라이브를 포함한다. 특히, 제2 서브그룹의 브레이크 조립체의 경우, 제동력전달유닛이 전기드라이브로부터 푸쉬로드 측으로 향하는 제동력 흐름내에 배치되거나 또는 제2 서브그룹의 브레이크 조립체가 상기 언급된 형태의 브레이크 서브조립체를 포함한다.
본 발명의 이러한 제안을 위하여, 브레이크 조립체 그룹에서, 동일한 브레이크 장치 및 동일한 제동력전달유닛을 갖는 하나의 동일한 형태의 제2 브레이크 서브조립체가 사용될 수 있어 특히 제조 및 보관에 소용되는 비용을 줄일 수 있도록 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 제2 브레이크 서브조립체는 통상적인 공압형 브레이크 액추에이터(제1 서브그룹)를 갖는 "통상적인 형태"의 브레이크 조립체에 사용할 수 있다. 제2 서브그룹을 위하여 브레이크 장치와 제동력전달유닛을 갖는 동일한 브레이크 서브조립체가 전기드라이브와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 제1 서브그룹의 브레이크 조립체는 가압공기시스템으로부터의 에너지에 의하여 작동되는 반면에, 제2 서브그룹의 브레이크 조립체에는 전원시스템으로부터 에너지가 공급된다. 요약컨데, 본 발명의 해법은 공압형 브레이크 액추에이터 또는 전기드라이브와 함께 사용될 수 있는 동일한 형태의 제2 브레이크 서브조립체를 제안하고 있다.
이들 두 경우에 있어서, 브레이크 장치와 제동력전달유닛을 갖는 브레이크 서브조립체는 푸쉬로드에 의하여 작동될 수 있으며, 이들 푸쉬로드는 이와 같은 두 경우에서 동일한 다지인, 길이 및 자유도를 갖거나 또는 상이한 디자인, 길이 및/또는 자유도를 가질 수 있다.
다양한 서브그룹의 브레이크 조립체가 다양한 형태의 차량에 사용될 수 있다. 또한 차량에 설치된 하나의 서브그룹의 특정한 브레이크 조립체는 전기드라이브로 공압형 액추에이터를 대체하여(또는 그 반대로) 다른 서브그룹의 브레이크 장치로 개장(改裝)되거나 변경될 수 있다.
다음은 상기 언급된 바와 같은 제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체 또는 브레이크 조립체 그룹에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 스크류 롤러가 축에 의하여 지지되어 이러한 축의 축선을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 하는 것을 제안하고 있다. 더욱이, 축은 회전축선을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 지지되고, 회전축선은 스크류 롤러를 지지하는 축의 축선으로부터 거리를 두고 있으나 이에 평행하게 되어 있다. 이러한 축은 드라이브에 의하여 구동되고 제동력전달유닛의 입력토크에 의하여 편향된다. 회전축선을 중심으로 하는 이러한 축의 구동회전과 함께 다른 축의 축선을 중심으로 하는 스크류 롤러의 동시회전은 스크류 롤러와 스크류 스핀들 사이의 교합된 상호작용에 의하여 스크류 스핀들의 병진운동으로 변환된다. 이러한 병진운동은 차량의 휠에 결합된 브레이크 디스크를 향하거나 이로부터 멀리 떨어지는 방향으로 브레이크 패드의 요구된 병진운동을 제공하기 위하여 사용(직접 또는 간접적으로)될 수 있다.
이와 같은 실시예의 축은 유성기어의 유성캐리어를 형성하는 반면에, 스크류 롤러는 유성기어의 유성을 형성한다. 스크류 롤러와 교합된 스크류 스핀들은 유성기어의 선(sun)을 형성한다. 그러나, 이러한 유성기어는 선이 회전되지 않고 스크류 스핀들과 스크류 롤러의 나선결합에 의한 병진운동으로 이동되므로 통상적인 유성기어는 아니다.
단 하나의 단일 스크류 롤러가 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제동력의 흐름은 적어도 두개, 좋기로는 3개의 스크류 롤러로 분할된다. 이러한 실시예에 있어서, 유성캐리어는 상기 언급된 회전축선을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 지지된다. 유성캐리어에는 적어도 두개의 축이 배치되어 있다. 이들 축은 각각 축에 대하여 회전될 수 있도록 하나의 스크류 롤러를 지지한다. 각 스크류 롤러는 스크류 스핀들과 교합되고, 스크류 롤러(이에 결합된 축과 함께)는 스크류 스핀들의 둘레에 주연방향으로 균등하게 분포되어 있다.
유성캐리어 또는 스크류 롤러를 지지하는 축의 회전운동이 이루어지도록 하는 원인은 다수이다. 본 발명의 한 실시예에서, 유성캐리어의 축은 토크전달연결부(즉, 구동연결부)를 통하여 전기드라이브의 로터에 연결(직접 또는 간접적으로)된다. 여기에서 가장 간단한 경우 토크전달연결부는 축 또는 유성캐리어를 로터에 견고하게 연결하는 연결부를 의미한다. 그러나, 다른 전달 및 힘과 운동변경유닛이 유성캐리어 또는 축과 로터 사이의 토크전달연결부에 일체로 구성될 수 있다.
병진축방향 자유도(translational axial degree of freedom)를 가지면서 차단회전 자유도(blocked rotational degree of freedom)를 가지고 제동력전달유닛의 하우징에 대하여 스크류 스핀들을 지지하기 위하여 다른 형태의 기술이 이용될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 하우징에 대하여 스크류 스핀들의 회전운동을 차단하고 하우징에 대하여 스크류 스핀들의 회전운동을 허용하기 위하여 스크류 스핀들과 하우징 사이에 스플라인 결합이 이용된다. 여기에서, 직선형 스플라인, 인벌류트형 스플라인, 직선형 스플라인 샤프트 또는 평행 키 스플라인 샤프트와 같은 스플라인 결합을 포함하여 모든 유형의 알려진 스플라인 결합이 이용될 수 있다. 스프라인 결합의 이용은 매우 튼튼하고 스크류 스핀들의 정밀한 안내가 이루어져 사용수명이 길어지도록 한다.
일반적으로는 전기드라이브가 다른 전동장치를 통하여 제동력전달유닛의 스크류 롤러, 축 또는 로터 또는 유성캐리어를 구동시킬 수 있는 반면에, 본 발명의 한 실시예에서는 전기드라이브가 제동력전달유닛의 스크류 롤러, 적어도 하나의 축, 로터 또는 유성캐리어를 직접 구동시킨다.
상기 언급된 실시예에서, 푸쉬로드는 스크류 롤러와 스크류 스핀들 사이의 교합접촉을 통하여 작동되었으며 교합접촉은 회전운동을 푸쉬로드에 전달된 병진운동으로 전달하였다. 다른 방식에 있어서, 본 발명은 제동력전달유닛에 토글 레버 드라이브를 사용하는 것을 제안한다. 토글 레버 드라이브는 제1 토글 레버를 포함한다. 제1 토글 레버는 고정형의 제1 회전축선을 갖는다. 제1 토글 레버는 전기드라이브에 의하여 구동(직접 또는 간접적으로)된다. 또한, 토글 레버 드라이브는 제2 토글 레버를 포함한다. 일측단부에서 제2 토글 레버는 토글 조인트에 의하여 제1 토글 레버의 일측 단부에 회전가능하게 연결된다. 제2 토글 레버는 그 자체가 푸쉬로드를 형성할 수 있다. 푸쉬로드는 그 종축선을 따라 이동하고 또한 토글 레버 드라이브의 운동평면에서 회전될 수 있다. 또한 이러한 형태의 토글 레버 드라이브는 회전운동(즉, 제1 토글 레버의 회전운동)은 적어도 병진운동 성분(제2 토글 레버/푸쉬로드의 병진운동 성분)을 갖는 운동으로 변환시키기 위한 기술적 해법의 다른 방식을 제공한다.
두 토글 레버의 크기와 제동중에 통과하는 토글각도의 영역에 따라서, 구조적인 수단에 의하여 제동력전달유닛의 전달비율을 광범위하게 변화시킬 수 있다. 더욱이, 제1 토글 레버의 회전운동으로부터 푸쉬로드의 운동의 병진운동성분으로 토글 레버 드라이브의 비선형 전달특성을 이용할 수 있으며, 여기에서 비선형도는 토글 조인트에서 토글각도에 따라 달라진다. 여러 형태의 브레이크 조립체에 토글 레버 드라이브를 이용할 수 있도록 하기 위하여, 상이한 토글 레버를 사용하거나 제1 토글 레버를 여러 각도위치에서 구동요소에 착설함으로써 토글 레버 드라이브는 토글각도의 여러 영역에서 사용될 수 있거나 전기드라이브의 여러 기준위치를 이용할 수 있다.
일반적으로, 제1 토글 레버는 전기드라이브에 의하여 직접 구동되거나 다른 형태의 트랜스미션을 통하여 전기드라이브에 의하여 구동된다. 하나의 우선실시예에서, 제1 토글 레버는 제1 토글 레버와 전기드라이브 사이에 개재된 유성기어셋트를 통하여 구동된다. 유성기어셋트에 의하여 요구된 변속비를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
본 발명은 제동력전달유닛에서 도달된 작동상태가 액추에이터(특히 전기드라이브)와 제동력전달유닛의 생성되고 확인된 입력토크의 적당한 제어에 의하여 유지되는 실시예 모두를 망라한다. 그러나, 이들 실시예는 액추에이터와 제동력전달유닛의 입력토크의 영구적인 제어를 요구한다. 다른 실시예에서, 본 발명은 토크전달연결부에 의하여 축, 유성캐리어, 로터 또는 제1 토글 레버에 연결된(직접 또는 간접적으로) 제동력전달유닛에 고정유닛을 사용하는 것을 제안한다. 고정유닛에 의하여, 유성캐리어, 축, 로터 또는 제1 토글 레버의 회전위치를 고정하기 위하여 고정요소에 고정토크를 가할 수 있다. 따라서, 고정유닛을 낙동시킬 때 또는 작동 및 입력토크를 감소시킬 때 또는 액추에이터나 전원이 고장일 때에, 유성캐리어, 축, 로터 또는 제1 토글 레버(그리고 브레이크 패드의 바이어스)를 고정할 수 있다.
사용된 고정유닛의 형태의 선택은 많다. 몇가지 예를 든다면, 고정유닛(holding unit)은 예를 들어 축, 유성캐리어, 로터 또는 토글 레버 드라이브의 각위치를 고정하거나 잠그거나 하는 록킹 유닛(lockig unit) 또는 래칭 유닛(latching unit)의 형태일 수 있다. 본 발명의 다른 제동력전달유닛의 경우, 고정유닛은 전기작동형 고정 브레이크이다. 이 경우에 있어서, 고정요소는 고정 브레이크 디스크(축, 유성캐리어, 로터 또는 제1 토글 레버에 직접 또는 간접적으로 결합되는)이고, 여기에서, 활성화 상태에서 고정 액추에이터는 제동력전달유닛의 하우징과 고정 브레이크 디스크 사이의 마찰접촉에 의한 고정제동력을 제공한다. 그러나, 본 발명의 한 우선실시예에서, 고정토크는 고정요소와 고정 액추에이터 사이에 자기토크(magnetic torque)에 의하여 제공된다. 여기에서, 자기토크는 적어도 하나의 전기제어형 전자석에 의하여 생성되고 증가되거나 감소될 수 있다.
전기작동형 고정유닛은 고정 액추에이터에 전원이 인가될 때 작동되지만(이로써 고정토크가 발생된다), 전원이 인가되지 않을 때에는 전기작동형 고정유닛도 작동하지 않는다. 그러나, 한 실시예에서, 전기작동형 고정유닛은 전원이 인가되지 않을 때 작동되고 전원이 인가될 때 작동이 해제된다. 이 실시예는 제동력전달유닛(또한 브레이크 패드에서 브레이크 조건)의 성취상태(achieved state)의 유지에 유리하도록 한다. 고정유닛의 성취상태에서, 제동력전달유닛의 상태의 변화없이 브레이크 액추에이터의 전기작동을 감소시킬 수 있다(에너지를 절약할 수 있고 작동상 안전을 향상시킬 수 있다). 또한, 고정유닛 및/또는 브레이크 액추에이터의 전원고장에도 불구하고 제동력전달유닛의 성취상태는 유지될 수 있다.
만약 센서가 제동력전달유닛 또는 브레이크 서브조립체의 하우징에 일체로 구성된다면 매우 콤팩트하고 다기능 구조의 제동력전달유닛이 제공될 수 있다. 일반적으로, 다양한 형태의 센서가 사용될 수 있다. 좋기로는, 센서가 축, 유성캐리어, 로터, 스크류 롤러 또는 제1 토글 레버의 운동의 회전위치 및/또는 스크류 스핀들 또는 푸쉬로드의 운동의 축방향 위치를 감지(직접 또는 간접적으로)하는 것이다. 센서신호에 의하여 브레이크 패드의 상태, 위치 및/또는 제동력의 주어진 특징에 연관성이 있는 제동력전달유닛의 현재상태를 관측할 수 있다.
좋기로는, 제동력전달유닛이 이러한 제동력전달유닛을 디스크 브레이브 장치에 연결할 수 있도록 구성된 접속부를 포함한다. 접속부는 제동력전달유닛의 하우징과 디스크 브레이크 장치의 하우징을 연결하기 위한 플랜지로 구성된다. 더욱이, 이러한 접속부는 제동력전달유닛의 제동력을 다른 전달유닛으로, 또는 디스크 브레이크 장치, 즉, 이 경우 브레이크 패드에 전달하기 위한 출력요소(예를 들어, 푸쉬로드)를 위한 통로를 포함한다. 접속부는 표준에 따라 구성되어 제동력전달유닛을 다른 형태의 브레이크 장치에 연결할 수 있도록 한다. 그러나, 접속부에 의하여 제동력전달유닛이 전달레버를 수용하는 하우징에 연결될 수 있으며, 또는 접속부는 결합된 액추에이터가 브레이크 장치에 대하여 다른 방향으로 향하도록 제동력전달유닛을 조립할 수 있는 선택을 제공하는 플랜지를 포함한다.
일반적으로 제동력전달유닛의 상태는 전자제어유닛의 의한 자동활성화 및/또는 운전자에 의한 활성화에 의하여 액추에이터 및/또는 고정 액추에이터의 제어에 의하여서만 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 다른 제안으로써, 제동력전달유닛(예를 들어, 스크류 스핀들, 로터, 유성캐리어 또는 축)의 제동력전달 구성요소는 제동력전달유닛 또는 브레이크 조립체를 수동으로 작동시키거나 해제시키기 위한 수동조작영역을 포함한다. 이를 위하여, 구성요소는 사용자에 의하여 사용되는 적당한 공구를 위한 수동조작영역 또는 수동조작면을 포함한다. 구성요소를 수동조작하기 위하여, 제동력전달유닛의 하우징을 부분적으로 개방하는 것이 요구되거나 또는 하우징의 외부로부터 수동조작이 이루어져 하우징의 밀폐요구를 통하여 적당한 수동조작요소에 의하여 전달된다. 수동조작에 의하여 예를 들어 액추에이터 및/또는 고정 액추에이터의 고장이 있는 경우 제동력전달유닛을 작동 또는 해제하거나 또는 주차브레이크 또는 비상브레이크를 수동으로 작동시킬 수 있다.
본 발명의 유리한 전개는 청구범위, 상세한 설명 및 도면에서 설명된다. 설명의 초반부에 언급된 구성들과 이들 구성의 조합의 이점은 예를 든 것이고 이러한 이점을 얻는 본 발명에 따른 실시예의 필요성 없이 다른 방식으로 또는 누적적으로 이용될 수 있다. 첨부된 청구범위에 의하여 정의된 보호범위를 변경하지 않고 다음의 내용이 원 출원 및 특허의 설명에 대하여 적용되는바, 다른 특징이 도면, 특히 도시된 구성과 다수의 구성요소의 상대적인 크기로부터 또는 이들의 상대적인 배열과 이들의 작동연결구성으로부터 확인될 수 있다. 또한 본 발명의 여러 실시예의 구성들의 조합 또는 청구항의 선택에 따른 여러 청구항의 특징들의 조합이 가능하며 이것이 본 발명에서 동기부여되는 것이다. 이는 또한 별도의 도면에 설명되거나 설명할 때 언급된 기능과 관련된다. 이러한 특징은 다른 청구항의 특징과 결합 될 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예는 청구범위에서 언급된 특징을 갖지 않을 수도 있다.
청구범위 및 설명에 언급된 구성의 수효는 "적어도"라는 부사를 명시적으로 사용하지 않고 정확한 수효와 언급된 수효 보다 큰 수효를 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 스크류 롤러가 언급되는 경우, 이는 정확하게 하나의 스크류 롤러이거나 2개의 스크류 롤러 또는 더 많은 스크류 롤러가 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 추가의 특징적인 구성이 이들 구성에 부가되거나 또는 이들 구성이 각 제품에서 유일한 구성일 수 있다.
청구범위에 포함된 도면부호는 청구범위에 의해 보호되는 문제의 범위를 제한하지 않는다. 그들의 유일한 기능은 청구범위를 이해하기 쉽도록 하는 것이다.
본 발명은 대안적인 디자인, 개선된 제동력 전달, 개선된 운동학, 개선된 성능 및/또는 적은 노력으로 다양한 브레이크 조립체를 제작, 보관 및/또는 조립할 수 있도록 하는 선택이 특징인 제동력전달유닛, 브레이크 서브조립체, 브레이크 조립체 그룹을 제공한다.
다음으로, 본 발명은 첨부도면의 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 브레이크 조립체의 개략설명도.
도 2는 제동력전달유닛의 개략구성도.
도 3 내지 도 5는 도 2의 제동력전달유닛의 구성요소를 보인 사시도.
도 6은 제동력전달유닛를 정면좌측으로부터 본 사시도.
도 7은 제동력전달유닛를 배면좌측으로부터 본 사시도.
도 8은 도 6 및 도 7에서 보인 제동력전달유닛을 저면으로부터 본 사시도.
도 9는 도 6 내지 도 8에서 보인 제동력전달유닛의 분해사시도.
도 10은 도 6 내지 도 9에서 보인 제동력전달유닛의 단면도.
도 11은 도 6 내지 도 10에서 보인 제동력전달유닛의 정면도.
도 12는 다른 실시예의 브레이크 조립체를 수직단면으로 보인 단면도.
도 13과 도 14는 도 12에서 보인 브레이크 조립체의 제1 및 제2 브레이크 서브조립체를 보인 설명도.
도 1은 차량, 유틸리티 차량, 트랙터, 트레일러, 전기구동차량 또는 하이브리드 차량의 휠에 제동을 가하기 위한 브레이크 조립체(1)를 보인 것이다. 이러한 브레이크 조립체(1)는 상용 브레이크나 주차 브레이크용으로 사용되는 것이다. 브레이크 조립체(1)는 브레이크 패달, 브레이크 스위치, 주차 브레이크 수동조작요소 등에 의하여 발생되는 운전자에 의한 브레이크 명령에 기초하여 작동된다. 또한 브레이크 조립체(1)는 비상제동기능을 위하여 자동순항제어에 기초한 제어유닛, 차량의 동안정 시스템 또는 휠 등의 전자제어형 안티블록킹 기능에 의하여 작동될 수 있다.
브레이크 조립체(1)는 브레이크 액추에이터(2), 제동력전달유닛(3), 선택적인 추가 제동력전달유닛(4)과, 브레이크 장치(5)를 포함하며, 이들은 브레이크 액추에이터(2)로부터 브레이크 장치(5)까지 제동력 흐름에서 일렬로 상기 언급된 순서로 배열되어 있다.
브레이크 액추에이터(2)는 작동력 또는 입력토크를 발생할 수 있는 종래기술로부터 잘 알려진 형태의 브레이크 액추에이터일 수 있다. 좋기로는, 이러한 브레이크 액추에이터(2)는 전자제어유닛에 의하여 제어되는 전원공급에 기초하여 작동되는 전기드라이브(6)이다. 그러나, 브레이크 액추에이터(2)는 통상적인 공압형 브레이크 액추에이터(58)일 수 있다. 브레이크 액추에이터(2)는 제동력전달유닛(3)을 위한 입력토크(7)를 발생한다. 특히 힘의 증가 및/또는 힘의 방향수정 또는 축방향 힘에 대한 토크의 전달에 따라, 제동력전달유닛(3)은 출력(8)을 발생한다. 선택적으로, 이 출력(8)은 추가 제동력전달유닛(4)에 의하여 브레이크 장치(5)의 브레이크 패드(10)를 편향되게 가압하는 제동력(9)에 전달된다. 여기에서, 추가 제동력전달유닛(4)은 종래기술의 잘 알려진 제동력전달유닛으로 구성될 수 있다. 추가 제동력전달유닛(4)은 예를 들어 특허문헌 EP 1 977 134 B1 및 US 2013/0008749 A1에서 언급된 회전형 브레이크 레버(11) 및/또는 자기강제기구(12)를 포함한다.
브레이크 장치(5)는 잘 알려진 구조를 가질 수 있다. 좋기로는, 브레이크 장치(5)는 디스크 브레이크 장치(13)이다. 브레이크 장치(5)는 제동력(9)에 응답하여 휠의 브레이크 디스크와 같은 휠부재에 마찰이 이루어지도록 마찰을 발생하는 구성요소를 포함한다. 특히, 브레이크 장치(5)는 적어도 캘리퍼, 브레이크 패드(10) 및 브레이크 디스크를 포함한다. 이와 같은 브레이크 장치(5)의 상세한 내용에 대하여서는 예를 들어 특허문헌 US 2013/0008749 A1이 참조된다.
도 1에서 개략적으로 보인 바와 같이, 브레이크 조립체(1)는 일점쇄선으로 보인 구조적인 유닛을 형성하는바, 여기에서, 브레이크 액추에이터(2), 제동력전달유닛(3), 추가 제동력전달유닛(4) 및 브레이크 장치(5)가 운동과 힘을 전달하기 위한 기계적인 접속부를 통하여 연결되는 단일 모듈을 형성한다. 이들 모듈은 서로 연결되게 착설된다. 파선으로 보인 바와 같이, 브레이크 액추에이터(2)와 제동력전달유닛(3)은 브레이크 서브조립체(1a)("제1 브레이크 서브조립체"라고도 함)와 같이 하나의 구조적인 유닛 또는 모듈을 형성한다. 또한, 추가 제동력전달유닛(4) 및 브레이크 장치(5)가 브레이크 서브조립체(1b)("제2 브레이크 서브조립체"라고도 함)와 같이 하나의 구조적인 유닛 또는 모듈을 형성한다. 브레이크 서브조립체(1b)는 "Module T brake" 또는 특허문헌 US 2013/0008749 A1에 언급되어 알려져 있거나 또는 서두에 언급된 바와 같은 다른 잘 알려진 제2 브레이크 서브조립체와 같은 잘 알려진 일반적인 에어 디스크 브레이크로써 제작되고 사전배치되어 공급되고 보관될 수 있다. 또한 브레이크 서브조립체(1a)도 독립형 또는 예비조립형 유닛으로써 제작되고 사전배치되어 공급되고 보관될 수 있다. 브레이크 서브조립체(1a, 1b)는 각각 조립체접속부(59a, 59b)를 포함하며 이에 의하여 브레이크 서브조립체(1a, 1b)가 상대측에 대하여 착설되거나 고정될 수 있다. 더욱이, 브레이크 서브조립체(1a, 1b)는 이들 브레이크 서브조립체(1a, 1b) 사이에 출력(8)을 전달하도록 하는 제동력전달접속부(60a, 60b)를 포함한다. 제동력전달접속부(60a 또는 60b)는 예를 들어 브레이크 서브조립체(1a, 1b) 사이에 연장된 푸쉬로드(61), 이러한 푸쉬로드(61)를 안내하기 위한 안내장치 및/또는 브레이크 서브조립체(1a) 또는 브레이크 서브조립체(1b)에 제공된 푸쉬로드(61)를 위한 안내영역으로 형성될 수 있다. 만약 제1 서브그룹의 브레이크 조립체(1)가 도 1에서 보인 바와 같이 브레이크 서브조립체(1a, 1b)를 구비한 구조를 가지고 브레이크 서브조립체(1a)에 전기드라이브(6)가 사용되는 경우, 브레이크 서브조립체(1a)와 조합되지 않으나 공압형의 브레이크 액추에이터(58)와 함께 제2 서브그룹의 브레이크 조립체(1)에 동일한 브레이크 서브조립체(1b)를 사용할 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서, 공압형 브레이크 액추에이터(58)는 제동력전달유닛(3)을 통하여 브레이크 서브조립체(1b)가 편중되지 않도록 하는 것이 좋다. 대신에, 공압형 브레이크 액추에이터(58)의 피스턴 스템 또는 다른 푸쉬로드가 출력(8)을 브레이크 서브조립체(1b)에 전달하기 위하여 푸쉬로드(61) 처럼 사용될 수 있다.
도 2는 제동력전달유닛(3) 또는 그 일부분을 개략적으로 보인 것이다. 적어도 하나의 베어링(14)(여기에서는 볼 베어링)에 의하여 로터축(15)이 회전축선(17)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 하우징(16)에 지지되어 있다. 로터축(15)에는 스크류 롤러(20)를 위한 회전축선(19)을 갖는 적어도 하나의 축(18)이 배치되어 있다. 축(18)의 회전축선(19)은 로터축(15)의 회전축선(17)과 평행하게 배치되어 있다. 도시된 실시예의 경우, 축(18)은 그 양단영역이 로터축(15)의 방사상 플랜지(21, 22)에 정렬된 통공에 삽입되어 있다. 플랜지(21, 22)가 유성캐리어(56)를 구성한다.
스크류 롤러(20)는 슬리이브형의 구조이고 내부통공(단층형)(23), 평면상의 링형 전면(24, 25)과 적어도 하나의 나선(27)을 포함하는 원통형 외면(26)을 포함한다.
적어도 하나의 방사상 베어링(28), 여기에서는 두개의 원통형 베어링에 의하여, 스크류 롤러(20)는 회전축(19)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 축(18)에 지지된다. 더욱이, 스크류 롤러(20)의 전면(24)은 축방향 베어링(37), 여기에서는 축방향 실린더 베어링에 의하여 플랜지(21)에 지지된다. 또한 다른 플랜지(22)는 축방향 베어링에 의하여 지지된다. 그러나, 도시된 실시예의 경우에 있어서 스크류 롤러(20)는 그 전면(25)이 플랜지(22)에서의 슬라이딩 접촉으로만 지지된다(예를 들어, 적당한 물질의 슬라이딩 디스크를 포함하는 슬라이딩 베어링의 삽입하에). 좋기로는, 작동하는 힘이 전달될 때 이루어지는 방향으로 로터축(15)에서 스크류 롤러(20)를 지지하기 위하여 축방향 베어링(37)이 사용되는 것이 좋다. 스크류 롤러(20)는 유동이 없거나 무시할 정도로 유동이 없이 플랜지(21, 22)사이에 수용된다.
로터축(15)은 통공(29)을 포함한다. 스크류 스핀들(30)이 방사상의 유동이 가능하도록 통공(29)을 통하여 연장된다. 스크류 스핀들(30)은 스크류 롤러(20)의 나선(27)에 대응하는 적어도 하나의 나선(31)을 갖는 원통형 외면을 포함한다. 스크류 롤러(20)와 스크류 스핀들(30)의 나선(27, 31)은 힘의 전달과 로터축(15)에 대한 스크류 스핀들(30)의 상대 축방향 운동을 발생하기 위하여 서로 교합한다. 스크류 롤러(20)와 스크류 스핀들(30)의 나선(27, 31)은 예를 들어 60도 나사플랭크각을 갖는 통상적인 절삭공구인 M-thread-tool에 의하여 절삭가공된다.
스크류 스핀들(30)의 일측 단부영역은 로터축(15)의 개방단부로부터 돌출되어 있다. 이러한 단부영역에서, 스크류 스핀들(30)에는 칼라(32)가 형성되어 있다. 이 칼라(32)의 외주연부에는 하우징(16)의 대응하는 축방향 요구(34)에 삽입되는 적어도 하나의 돌출부(33)가 형성되어 있다. 좋기로는, 다수의 돌출부(33)와 이에 대응하는 요구(34)가 스플라인 결합부(35)를 형성한다. 적어도 하나의 돌출부(33)와 요구(34), 즉 스플라인 결합부(35)에 의하여 스크류 스핀들(30)의 회전자유도는 차단되는 반면에, 스크류 스핀들(30)의 축방향 이동은 가능하게 이루어진다. 상기 언급된 단부영역에서 스크류 스핀들(30)에 접속부(36)가 형성되어 있다. 이러한 접속부(36)는 추가 제동력전달유닛(4)에 대한 결합을 위하여 푸쉬로드(61)의 결합이 이루어질 수 있도록 한다. 아울러, 접속부(36)는 제동력전달 접속부(60a)를 형성한다. 도시된 실시예에서, 접속부(36)는 타측단부영역에서 제동력전달유닛(4)에 연결된 푸쉬로드(61)를 지지하기 위한 볼조인트의 지지부를 형성한다. 볼조인트를 이용함으로써 푸쉬로드에 대한 축방향의 힘전달과 브레이크 조립체(1)의 전체 브레이크 스트로크에서 푸쉬로드의 회전운동이 이루어질 수 있도록 한다. 다른 실시예의 경우 푸쉬로드는 잘 알려진 바와 같이 접속부(36)에 대하여 볼조인트로 부착고정될 수 있다(도시하지 않았음).
도 2에서 보인 제동력전달유닛(3)의 일반적인 기능은 다음과 같다.
브레이크 액추에이터(2)에 의하여 발생된 입력토크(7)가 로터축(15)의 회전이 이루어질 수 있도록 한다. 로터축(15)의 회전으로 축(18)과 적어도 하나의 스크류 롤러(20)가 회전축선(17)을 중심으로 하여 회전한다. 적어도 하나의 스크류 롤러(20)의 나선(27)과 스크류 스핀들(30)의 나선(31)의 교합에 의하여, 축(18)의 회전축선(19)의 회전이 스크류 스핀들(30)의 축방향 운동이 이루어질 수 있도록 하고 출력(8)이 발생되어 추가 제동력전달유닛(4)으로 전달된다.
스크류 롤러(20)와 함께 로터축(15)의 회전운동을 스크류 스핀들의 축방향 운동으로 전달하기 위한 스크류 롤러(20)와 스크류 스핀들(30)의 나선(27, 31)의 형상과 전개는 스크류 롤러의 기술분야의 전문가라면 다양한 옵션이 있음을 알 수 있을 것이다. 다음의 예는 비한정적인 예를 보인 것이다.
- 예를 들어, 스크류 롤러(20)는 피치나 경사도를 갖지 않는 다수의 평행한 요구 또는 나선(27)을 포함하는 반면에, 스크류 스핀들(30)은 경사도 또는 피치를 갖는 적어도 하나의 나선요구 또는 나선(27)을 가질 수 있다.
- 그러나, 스크류 롤러(20)는 스크류 스핀들(30)의 경사도 또는 피치에 해당하는 경사도 또는 피치를 갖는 적어도 하나의 나선요구 또는 나선(27)을 가질 수 있다. 이와 같은 경우 스크류 롤러(20)의 회전속도는 도 2에서 보인 바와 같이 로터축(15)의 회전축선(17)을 중심으로 하는 축(18)의 회전축선(19)의 회전에 따라 달라질뿐 아니라 스크류 롤러(20)의 다른 경계조건에 의하여 달라질 수 있다. 비한정적인 하나의 실시예에서 스크류 롤러(20)는 하우징(16)에 의하여 형성된 대응하는 링기어 또는 중공휠과 교합하는 기어를 가질 수 있다.
도 3은 스크류 롤러(20)를 사시도로 보인 것이다. 여기에서, 외면(26)은 다수의 평행한 비경사형 요구 또는 나선(27a, 27b, 27c...)을 포함한다.
도 4는 로터축(15)을 사시도로 보인 것이다. 여기에서, 플랜지(21, 22)는 링형의 디스크로 구성되어 있지 않고 각각 스크류 롤러(20)의 축(18)을 지지할 수 있게 구성된 3개의 암을 갖는 성형(星形) 구조로 되어 있다. 따라서, 스크류 스핀들(30)을 중심으로 하여 주연방향으로 등간격을 두고 배치되는 3개의 스크류 롤러(20)를 이용할 수 있으며 스크류 스핀들(30)에서 스크류 롤러(20)의 3개 접촉점으로 힘의 분할이 이루어질 수 있도록 한다. 도 4에 따라서, 보강부(38)가 플랜지(21, 22)를 서로 연결하여 스크류 롤러(20)가 롤러축(15)에 케이지 형태로 수용될 수 있도록 한다.
도 5는 하우징(16)과 함께 스플라인 결합부(35)를 형성하기 위하여 나선(31)과, 방사상 돌출부(33)가 형성된 칼라(32)를 갖는 스크류 스핀들(30)을 보인 것이다.
도 6 내지 도 8은 브레이크 액추에이터(2)와, 다중구성으로 이루어진 공통의 하우징(16)에 일체로 구성된 제동력전달유닛(3)을 포함하는 브레이크 조립체(1a)를 사시도로 보인 것이다(참고. 브레이크 조립체 1a가 도 1에서는 파선으로 표시되어 있다). 하우징(16)에는 추가 제동력전달유닛(4)의 플랜지를 추가 제동력전달유닛(4)의 플랜지에, 직접적으로는 제2 브레이크 서브조립체(1b)에 연결하기 위한 플랜지(39)가 형성되어 있다. 플랜지(39)에는 조립체 접속부(59a)가 형성되어 있다. 스크류 스핀들(30)의 접속부(36)에 연결되는 푸쉬로드(61)(여기에서는 도시하지 않았음)가 운동과 힘을 추가 제동력전달유닛(4), 브레이크 장치(5) 또는 제2 브레이크 서브조립체(1b)에 전달하기 위하여 플랜지(39)의 통공을 통하여 연장된다. 통공이 제동력전달 접속부(60a)를 형성한다. 저면에서(반드시 저면부는 아니다) 하우징(16)은 브레이크 조립체(1a)의 다른 접속부를 형성하는 개방부(40, 41)를 포함한다. 개방부(40, 41)를 통하여 전원 및/또는 전기적인 제어신호가 브레이크 액추에이터(2)에 전달되고, 또는 센서의 전원 및/또는 출력신호가 전달된다.
도 9는 브레이크 서브조립체(1a)의 구성요소들을 사시도로 보인 것이다. 이들 구성요소는 제1 하우징부분(16a), 고정유닛(42)의 액추에이터부재(43)(고정액추에이터 44를 구비한 전기작동형 고정브레이크 45로 구성됨), 고정요소(46)(특히 고정 브레이크 디스크), 고정링(47), 베어링(14), 하우징(16)의 파지링(48), 로터축(15)와 3개의 스크류 롤러(20) 및 스크류 스핀들(30)을 구비한 서브조립체 유닛(49)와, 하우징부재(16)이며, 이들은 상기 열거한 순서에 따라 브레이크 서브조립체(1a)로 조립될 수 있다.
센서(51)가 하우징에 일체로 구성될 수 있다. 이와 같은 경우, 센서(51)의 전원 및/또는 출력신호가 신호라인에 의하여 개방부(40, 41)를 통하여 통과될 수 있다. 그러나, 도시된 실시예에서 로터축(15)의 단부영역이 하우징(16)의 외측으로 돌출되고 여기에서 로터축(15)은 하우징(16)에 부착되는 센서(51)를 위한 연결부(50)를 형성한다. 센서(51)는 로터축(15)의 회전각도를 감지하는 각도센서 또는 인코더인 것이 좋다. 센서(51)는 다른 하우징부분 또는 하우징부분(16b)에 부착된 덮개로 덮일 수 있다(도시하지 않았음).
고정 브레이크(45)는 로터축(15)에 고정적으로 착설되어 이와 함께 회전하는 고정요소(46)를 포함한다. 더욱이, 고정 브레이크(45)는 개방부(41)를 통하여 전기적으로 제어되는 고정 브레이크 작동요소(52)를 포함한다. 고정 브레이크(45)의 구조와 제어는 로터축(15)이 회전되지 않도록 고정하기 위하여 고정 브레이크 작동요소(52)와 고정요소(46) 사이에 제동력을 발생할 수 있도록 한다. 고정 브레이크(45)는 마찰고정 브레이크로써 고정토크를 발생하기 위하여 고정 브레이크 작동요소(52)가 고정요소(46)에 대하여 가압된다.
도시된 실시예에서, 고정제동력은 자력에 의하여 발생된다. 고정요소(46)와 고정 브레이크 작동요소(52) 사이에서 작용하는 영구자석에 의하여, 고정 브레이크 작동요소(52)의 전기적인 작동없이 자기고정토크가 발생된다. 영구자석에 의하여 고정 브레이크 작동요소(52)와 고정요소(46) 사이의 자력을 감소시키거나 제거하는 역자기장을 형성하는 고정 브레이크 작동요소(52)의 작동을 통하여 영구자석에 의하여 발생된 토크를 감소시키거나 제거할 수 있다. 고정 브레이크 작동요소(52)는 하우징부분(16b)에 고정적으로 착설된다. 고정 브레이크 작동요소(52)와 고정요소(46) 사이에는 작은 에어갭만이 존재한다.
다른 실시예에서, 고정 브레이크(45)는 스프링작동형 고정 브레이크로써 전기적으로 비활성상태에서 고정 브레이크(45)의 스프링은 고정 브레이크(45)의 마찰제동력을 유도하는 항력(normal force)을 제공한다. 활성상태를 제공하기 위하여 전자석이 여자된다. 여자상태에서, 전자석은 스프링의 힘에 완전히 또는 부분적으로 반작용하는 전자기력을 발생한다. 따라서, 고정 브레이크(45)의 활성상태에서, 항력이 감소되거나 제거됨으로써 마찰제동력 역시 감소되거나 제거된다. 그러나, 스프링이 고정 브레이크(45)의 마찰요소를 해제하는 반면에 전자기력이 항력과 마찰제동력은 발생하기 위하여 반응하는 것으로 기능이 바뀔 수도 있다. 여기에서 항력과 마찰제동력은 하우징에 고정된 부분과 로터축(15)에 고정적으로 착설된 다른 부분 사이에서 발생된다. 상기 언급된 두 마찰요소는 종축선(17)에 평행한 방향 또는 상대측으로 향하여 방사상 방향으로 상대측에 대하여 가압될 수 있다. 또한 고정 브레이크(45)는 고정 브레이크(45)를 손으로 해제하기 위하여 하우징(16)의 외측으로부터 접근가능한 수동해제수단을 포함한다.
고정 브레이크 작동요소(52)와 고정요소(46)는 대체로 슬리이브형 또는 링형의 구성요소로 구성되는 반면에, 도 10에 따라서는 고정요소(46)가 반단면으로 보았을 때 L-형이다. 여기에서 L-형 구조의 수직각부는 회전축선(17)에 수직이고 L-형 구조의 수평각부는 회전축선(17)에 평행하고 고정 브레이크 작동요소(52)의 내부통공내에 연장되어 있다.
브레이크 액추에이터(2)는 회전전자기장을 발생하는데 적합한 스테이터 링(stator ring)(53)을 포함한다. 제어신호 및/또는 전원이 개방부(41)를 통하여 스테이터 링(53)에 전달된다. 링형 또는 슬리이브형 로터(54)(잘 알려진 방식으로 구성됨)가 작은 방사상 갭을 두고 스테이터 링(53)내에 연장되어 있다. 스테이터 링(53)에서 제어된 회전자계는 로터(54)에 인가되는 회전 및 입력토크를 발생한다.로터(54)는 여기에서 중간동체(55)에 의하여 제공된 로터축(15)에 고정적으로 착설되어 있다. 로터(54)는 중간동체(55)의 방사상 칼라와 고정링(47) 사이에서 축방향으로 파지된다.
로터축(15)은 조작영역(여기에서는 도시하지 않았음)을 포함한다. 하우징부분(16a)을 개방하였을 때(또는 하우징(16)의 개방부를 통하여) 브레이크 장치(5)를 수동으로 해제하거나 작동시키기 위하여 스크류 스핀들(30)을 수동으로 회전시킬 수 있도록 조작영역에 공구를 결합시키는 것이 가능하다.
적어도 하나의 추가 제동력전달유닛이 전기드라이브와 디스크 브레이크 장치 사이의 제동력 흐름에, 특히 제동력전달유닛으로부터 하류측에 일체로 구성될 수 있다. 비한정적인 실시예에서, 제동력전달유닛은 제동력전달유닛에 의하여 작동되고 디스크 브레이크 장치(참조, 예를 들어, 특허문헌 EP 1 977 134 B1 또는 US 2013/0008749 A1에 따라 사용된 레버)의 브레이크 패드 및/또는 자기강제기구(참조, 예를 들어, 특허문헌 EP 1 977 134 B1 또는 US 2013/0008749 A1에 따라 사용된 램프)를 작동시키는 편심지지체를 갖는 브레이크 레버로 구성될 수 있다.
도 12는 도 13 및 도 14에서 분해된 상태로 보인 두개의 브레이크 서브조립체(1a, 1b)로 구성되는 다른 브레이크 조립체(1)를 보이고 있다. 여기에서, 브레이크 서브조립체(1a)는 푸쉬로드(61)를 포함한다. 푸쉬로드(61)의 일측 단부영역에는 브레이크 서브조립체(1b)의 편심회전형 브레이크 레버(11)의 제동력전달 접속부(60b)에 결합되는 제동력전달 접속부(60a)가 형성된다. 브레이크 서브조립체(1a, 1b)는 이들의 조립체 접속부(59a, 59b)에 의하여 상대측에 취부된다. 브레이크 조립체(1)는 차량샤시에 취부된다. 브레이크 서브조립체(1b)의 브레이크 캘리퍼는 차량휠에 결합된 브레이크 디스크에 결합된다. 브레이크 디스크의 회전축선은 도 12에서 수평으로 도면의 평면에 놓인다. 브레이크 서브조립체(1a)는 브레이크 서브조립체(1b)에 대하여 수직방향으로 벗어난 위치에 배치되거나 그 상부에 배치된다. 회전축선(62)을 갖는 브레이크 서브조립체(1a)의 종축선은 도 12의 도면의 평면에 수직으로 배치되어 브레이크 디스크의 회전축선에 대하여 수직을 이룬다.
도 13은 브레이크 서브조립체(1a)의 정면을 보인 것이다. 구동축(63)이 제1 토글 레버(64)에 결합된다(회전되지 않고 고정되어 있다). 구동축(63)으로부터 멀리 향하는 단부영역에서 제1 토글 레버(64)는 토글 조인트(66)에 의하여 제2 토글레버(65)에 결합된다. 제2 토글 레버(65)가 푸쉬로드(61)를 구성한다. 토글 레버(64, 65)가 토글각도(67)를 이룬다. 브레이크 조립체(1)의 조립된 상태에서, 구동축(63)의 회전으로 제1 토글 레버(64)의 회전이 유도되고, 토글각도(67)가 변화하며, 토글 레버(65)의 운동이 이루어지고 이 운동이 제동력전달 접속부(60a, 60b)에 의하여 브레이크 레버(11)에 전달된다. 제2 토글 레버(65)의 운동은 거의 병진운동에 가까운 운동(예를 들어, 어떠한 원호상에서 브레이크 레버 11의 제동력전달 접속부 60b의 운동을 무시할 때 브레이크 레버 11의 선회운동에 해당하는 운동)을 갖는 성분과, 토글 레버(65)의 회전운동을 갖는 성분을 포함한다. 브레이크 레버(11)(궁극적으로는 브레이크 패드)에 대한 구동축(63)의 구동토크의 전달특성은 주어진 운동학으로부터 계산될 수 있는 바와 같이 비선형이다. 토글 레버(64, 65)와 토글 조인트(66)가 토글 레버 드라이브(68)를 구성한다. 토글 레버(64, 65)는 수직방향으로 향하고 브레이크 디스크의 회전축선에 평행한 평면에서 운동한다.
구동축(63)은 전기드라이브(6)에 의하여 직접적으로 구동될 수 있다. 그러나, 유성기어셋트가 전기드라이브(6)와 구동축(63) 사이의 제동력 흐름내에 배치되는 것이 좋다. 여기에서, 구동축(63)은 유성기어셋트의 구성요소, 즉, 선기어, 유성캐리어 또는 내부환상 기어휠에 결합될 수 있다.
도 14에서 보인 브레이크 서브조립체(1b)의 내부구조, 기능 및 구성요소에 관하여서는 "제2 브레이크 서브조립체"에 대하여 서두에서 언급된 바와 같이 공지의 브레이크 서브조립체(1b)를 참조한다.
도 13의 실시예에서, 제동력전달유닛(3)은 토글 레버 드라이브(68)와 부가적인 전달시스템 또는 유성기어셋트를 포함한다. 도 2에서 개략적으로 보인 바와 같이, 도 14의 브레이크 서브조립체(1b)는 도 13의 브레이크 서브조립체와 함께, 따라서 전기드라이브(6) 및 토글 레버 드라이브(68)(그리고 부가적인 유성기어셋트)와 함께 사용할 수 있다. 달리 적용하는 것이 요구되지 않거나 또는 조립체 접속부(59b)의 적용 및/또는 제동력전달 접속부(60b)의 적용으로, 도 14에서 보인 바와 같은 동일한 형태의 브레이크 서브조립체(1b)가 다른 브레이크 서브조립체(1a), 예를 들어, 도 2 내지 도 11에서 보인 바와 같은 브레이크 서브조립체와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 달리 적용함이 없이 또는 조립체 접속부(59b)의 적용 및/또는 제동력전달 접속부(60b)의 적용으로, 도 14에서 보인 바와 같은 동일한 브레이크 서브조립체(1b)가 통상적인 공압형 브레이크 액추에이터(58)와 함께 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 공압형 브레이크 액추에이터의 하우징은 브레이크 서브조립체(1b)의 조립체 접속부(59b)에 직접 취부되고 공압형 브레이크 액추에이터(58)의 푸쉬로드는 브레이크 레버(11)의 제동력전달 접속부(60b)에 결합된다. 그러나, 공압형 브레이크 액추에이터(58)와 브레이크 레버(11) 사이에 다른 형태의 공지된 트랜스미션이 삽입배치될 수 있다. 아울러, 다른 형태의 드라이브를 갖는 브레이크 조립체에 동일한 형태의 브레이크 서브조립체(1b)를 사용하는 것도 가능하다.
제동력전달유닛(3)에서 스크류 롤러(20)는 방사상 내측면에서 스크류 스핀들(30)에만 교합되는 반면에, 방사상 외주면에서는 스크류 롤러(20)가 어느 것에나 결합됨이 없이 자유롭다. 특히, 스크류 롤러(20)의 외부면과 하우징(16, 16b) 사이에는 간극이 존재한다(도 2 및 도 10 참조).
스크류 롤러(20)의 경계조건은 다음에 의하여 정의된다.
a) 스크류 롤러(20)의 나선(27)과 스크류 스핀들(30)의 나선(31)의 접촉.
b) 롤러축(15)의 회전속도에 의하여 한정되고 이에 일치하는 축(18)의 회전축선(17)의 회전속도.
스크류 롤러(20)를 지지하는 축(18)을 갖는 로터축(15)이 입력으로써 작용는 반면에 스크류 스핀들(30)이 출력으로써 작용한다. 입력요소와 출력요소에 영향을 주는 부가적인 입력 또는 출력은 없다.
1: 브레이크 조립체, 1a, 1b: 브레이크 서브조립체, 2: 브레이크 액추에이터, 3, 4: 제동력전달유닛, 5: 브레이크 장치, 6: 전기드라이브, 7: 입력, 8: 출력, 9: 제동력, 10: 브레이크 패드, 11: 브레이크 레버, 12: 자기강제기구, 13; 디스크 브레이크 장치, 14: 베어링, 15: 로터축, 16: 하우징, 16a, 16b: 하우징 부분, 17: 로터축의 회전축선, 18: 축, 19: 축의 회전축선, 20: 스크류 롤러, 21, 22: 로터축의 플랜지, 23: 스크류 롤러의 통공, 24, 25; 스크류 롤러의 전면, 26: 스크류 롤러의 외면, 27: 나선, 28: 베어링, 29: 통공, 30: 스크류 스핀들, 31: 나선, 32: 칼라, 33: 돌출부, 34: 요구, 35; 스플라인 결합부, 36; 접속부, 37: 베어링, 38: 보강부, 39: 플랜지, 40, 41: 개방부, 42: 고정유닛, 43: 액추에이터 부재, 44: 고정 액추에이터, 45; 고정 브레이크, 46; 고정요소, 47: 고정링, 48: 파지링, 49: 서브조립체 유닛, 50: 연결부, 51: 센서, 52: 고정 브레이크 작동요소, 53: 스테이터 링, 54; 로터, 55: 중간동체, 56; 유성캐리어, 58: 공압형 브레이크 액추에이터, 59a, 59b: 조립체 접속부, 60a, 60b: 제동력전달 접속부, 61: 푸쉬로드, 62: 회전축선, 63: 구동축, 64: 제1 토글 레버, 65: 제2 토글 레버, 66: 토글 조인트, 67: 토글각도, 68: 토글 레버 드라이브.

Claims (25)

  1. 차량의 브레이크 시스템용 제동력전달유닛(3)에 있어서,
    나선형 또는 요구형태의 스크류 롤러(20)와 상기 스크류 롤러(20)에 교합하는 스크류 스핀들(30)이 상기 제동력전달유닛(3)의 제동력 흐름 라인에 배치됨을 특징으로 하는 차량의 브레이크 시스템용의 제동력전달유닛(3).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크류 롤러(20)가 축(18)의 축선(19)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 상기 축(18)에 의하여 지지되고,
    상기 축(18)이 회전축선(17)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 지지되며,
    상기 축(18)의 축선(19)을 중심으로 하는 상기 스크류 롤러(20)의 회전과 동시에 상기 회전축선(17)을 중심으로 하는 상기 축(18)의 구동회전이 상기 스크류 롤러(20)와 상기 스크류 스핀들(30) 사이의 교합에 의한 상호작용에 의하여 상기 스크류 스핀들(30)의 병진운동으로 변환됨을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  3. 제2항에 있어서,
    유성캐리어(56)가 상기 회전축선(17)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 지지되고 상기 유성캐리어(56)는 각각 회전되는 상기 스크류 롤러(20)가 하나씩 지지되는 2개 이상의 상기 축(18)을 가지며, 각각의 상기 스크류 롤러(20)가 상기 스크류 스핀들(30)에 교합됨을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 축(18)이 토크전달연결부에 의하여 로터(54)에 연결됨을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유성캐리어(56)가 토크전달연결부에 의하여 로터(54)에 연결됨을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스크류 스핀들(30)이 스플라인 결합부(35)에 의하여 상기 제동력전달유닛(3)의 하우징(16)에 연결되고,
    상기 스플라인 결합부(35)가 상기 하우징(16)에 대하여 상기 스크류 스핀들(30)의 회전운동을 차단하고, 상기 하우징(16)에 대하여 상기 스크류 스핀들(30)의 병진운동을 허용함을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서,
    고정유닛(42)이 토크전달연결부에 의하여 상기 축(18)에 연결되고, 고정 액추에이터(44)에 의하여 상기 축(18)의 회전위치를 고정하기 위해 고정요소(46)에 고정토크를 가할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  10. 제3항에 있어서,
    고정유닛(42)이 토크전달연결부에 의하여 상기 유성캐리어(56)에 연결되고, 고정 액추에이터(44)에 의하여 상기 유성캐리어(56)의 회전위치를 고정하기 위해 고정요소(46)에 고정토크를 가할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  11. 제4항에 있어서,
    고정유닛(42)이 토크전달연결부에 의하여 상기 로터(54)에 연결되고, 고정 액추에이터(44)에 의하여 상기 로터(54)의 회전위치를 고정하기 위해 고정요소(46)에 고정토크를 가할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  12. 삭제
  13. 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정유닛(42)이 전기작동형 고정 브레이크(45)를 포함함을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전기작동형 고정 브레이크(45)가 전원이 공급되지 않을 때 작동되고 전원이 공급되었을 때 해제됨을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  16. 삭제
  17. 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
    센서(51)가 상기 제동력전달유닛(3)의 하우징(16)에 일체로 구성되어 있고, 상기 센서(51)가 하기 a) 및 b) 중의 하나 이상을 감지함을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
    a) 상기 축(18), 유성캐리어(56), 로터(54) 또는 스크류 롤러(20)의 회전위치 또는 회전운동;
    b) 상기 스크류 스핀들(30)의 축방향 위치 또는 축방향 운동.
  18. 삭제
  19. 제1항에 있어서,
    디스크 브레이크 장치(5) 또는 브레이크 서브조립체(1a)에 상기 제동력전달유닛(3)을 연결하기 위한 접속부(36)가 구성되어 있음을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제동력전달유닛(3)을 수동으로 작동시키거나 해제시키기 위한 조작영역이 구성되어 있음을 특징으로 하는 제동력전달유닛(3).
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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