KR20090060455A - 전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동기(2, 8)의 선형 운동을 전자-기계 쐐기 제동기의 쐐기판(3)에 전달하는 커플링 장치로서, 커플링 장치는 제1 단이 구동기에 체결되고, 제2 단이 쐐기판에 연결되는 하나 이상의 고정체 부재를 포함하고, 고정체 부재(1)는 제1 방향으로의 넓이가 상기 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향으로의 넓이보다 현저하게 더 작은 단면을 가지는 하나 이상의 제1 영역들(1a, 1b)을 구비한다.

Description

전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기{PLAY-FREE DRIVE FOR AN ELECTROMECHANICAL BRAKE DEVICE}

본 발명은 전자-기계 제동기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 액추에이터와 자기-발전(self-energizing) 전자-기계 쐐기 제동기 사이에서 힘들을 전달하는 것에 관한 것이다.

종래의 디스크 제동기들에서, 제동 모멘트(braking moment)의 개선(development)은 둘 이상의 제동 패드들 사이에서 큰 클램핑(clamping) 힘의 직접적인 생성에 근거한다. 다른 한편, 자기-발전 전자-기계 쐐기 제동기에서, 제동기에 가해지는 힘은 얻어지는 클램핑 힘보다 더 작다.

이런 유형의 제동기에서 전기 모터가 상기 힘을 인가하는데, 이것은 능동 쐐기판으로 구체화되는 제동 패드를 변위시킨다(displace). 제동 패드는 일반적으로 구름 베어링(rolling bearing)에 의해서 제2 의 쐐기판인 수동 쐐기판 상에 지지되는데, 그 변위가 그것을 제동될 대상, 예를 들어 제동 디스크에 비스듬하 게(obliquely) 가이드하도록 지지된다. 제동 패드가 제동될 물체의 이동 방향으로 상기 물체에 가이드되면, 상기 물체에 의해서 그것이 움직이는 방향으로 제동 패드가 이동한다(carry). 쐐기판들 상의 쐐기 표면들의 경사가 적절하다면, 이로써 이를 따라 이동하는(carry) 마찰 부재가, 제동될 물체를 향하여 더 당겨지고, 그 결과 액추에이터로서의 역할을 하는 전기 모터의 제동 효과가 증가한다. 이 효과는 일반적으로 자기-발전(self-energization)으로 알려져 있다. 자기-발전 효과의 수학적인 처리가 예를 들어 특허 명세서 EP 0 953 785에 개시되어 있다. 이에 따르면, 소정의 제동력 F_B(마찰 부재 상에 생성되는 마찰력)에 대하여 전기 모터가 쐐기 장치(arrangement)에 인가하는 힘 F_M은 수학식 1에 의하여 더 작다:

F_M = F_B * (tanα-μ) / μ;

여기서 α는 운동 평면에 대한 쐐기 표면의 각이고, μ는 마찰 짝(즉, 제동될 물체의 마찰 라이닝/표면)에 대한 마찰 계수이다.

수학식 1로부터, 쐐기 제동기의 자기-발전 계수 C*는 다음의 수학식 2와 같다:

C* = F_B/F_M = μ / (tanα-μ);

(tanα-μ) > 0 이면, C*은 양의 값으로 가정된다. 따라서 제동기 엑추에이 터 역할을 하는 전기 모터는 제동 패드를 제동될 물체에 가이드하는 변위 힘(displacement force)을 야기해야 한다. 따라서 미는 상황이 적용된다.

(tanα-μ)< 0 이면, C*은 음의 값으로 가정된다. 따라서 제동기 엑추에이터 역할을 하는 전기 모터는 제동 패드를 제동될 물체로부터 멀리 가이드하는 변위 힘을 야기해야 한다. 따라서 당기는 상황이 적용된다.

(tanα-μ)= 0 이면, C*의 값은 정해지지 않는 것으로 가정된다.

따라서 제동기의 락킹(locking)을 신뢰성 있게 막기 위해서는, 쐐기 제동기가 수학식 2에 따라서 임계값 μ=tanα에 의해 특징지워지는 점근선(漸近線, asymptote) 아래에서 충분한 간격을 두고 동작되어야 한다. 그러나 그 결과 상기 쐐기 제동기의 얻을 수 있는 자기 발전이 작을 것이다. 그런데 실제로는, 심지어 임계값 μ=tanα에 도달하더라도 쐐기 제동기의 절대적인(absolute) 락킹이 발생하지는 않는 것으로 밝혀졌다.

미는 상황으로부터 당기는 상황으로 지나갈때 상기 제동기가 실제로는 락킹되지 않음은, 제동될 물체와 제동기 액추에이터로서 기능하는 전기 모터 사이에 힘들의 전달에 있어서, 사용된 제어 장치와 관성에 기인한 것이다. 액추에이터로서 기능하는 전기 모터의 도움으로 제동력을 제어할 수 있다. 이 전기 모터에 의해 클램핑 힘이 생성되는 위치로의 능동 쐐기판의 변위가 결과되는데, 상기 클램핑 힘은 쐐기판들의 서로에 대한 위치에 의해서 및 제동기 캘리퍼스의 스프링 효과에 의 해서 실질적으로 결정된다. 클램핑 힘의 원하는 값에 이르면, 그것은 변하는 능동 쐐기판의 위치가 아니라 액추에이터가 인가하는 힘 F_M이다. 전자-기계 쐐기 제동기에서 사용되는 제어 루프에서, 종래의 제동기 액추에이터의 힘 제어는 능동 쐐기판에 대한 구동기의 속도 또는 위치 제어에 의해서 증대되는데, 이러한 제어는, 클램핑 힘의 원하는 값에 상응하는 쐐기판들의 위치가 설정되고 유지되도록, 전기 모터의 회전 속도를 변화시킨다. 이렇게 클램핑 힘의 원하는 값에 도달하면, 제어 장치의 속도 레귤레이터(regulator)는 원하는 값 "영"에 도달한다. 이로써 심지어 라이닝 마찰값 μ 또는 마찰력 tanα가 진동할지라도 쐐기판의 위치가 일정하게 유지된다.

따라서 점근선 C*에 의해 특징지워지는 동작점 주변에서의 쐐기 제동기의 동작이 실제적으로 가능해진다. 이 범위에서 쐐기 제동기의 매우 큰 자기-발전이 발생하므로, 제동기는 제동기 액추에이터가 가하는 매우 작은 힘들로도 동작할 수 있다.

그런데, 액추에이터가 가하는 힘의 방향은 점근선이 교차할(cross) 때마다 역전된다(reverse). 따라서 액추에이터의 전기 모터가 쐐기 제동기 장치에 가하는 힘을 양방향으로(bidirectionally) 제어하는 것이 가능해야 하는데, 시스템의 양방향성(bidirectionality)과 높은 다이나믹스(dynamics)로 인하여, 충분히 짧은 응답 시간으로 수학식 2에 따라서 제어할 수 있어야 한다.

이러한 동적 양방향 제어는, (tanα-μ)= 0에 의해 특징지워지는 동작점 부근에서의 제동기 동작 조건 하에서, 제동기 액추에이터와 능동 쐐기판 사이 힘의 전달에 필요한 커플링 기구에 작용하는 힘이 진동하는 것을 야기한다. 능동 쐐기판에 가해지는 힘의 방향이 지연 없이 전환될 수 있도록, 실질적으로 움직임이 없는(play-free) 방식으로 커플링 기구가 구체화되어야 한다.

커플링 부재는 강체 방식으로 구체화될 수 없다. 순방향 제동시에, 커플링 부재가 쐐기판들의 쐐기 표면들의 경사에 평행하게 정렬되면서, 커플링 기구에 작용하는 힘들이 커플링 기구의 연결축에 평행하게 작용한다. 그러나 역방향으로 제동시에는, 제동될 물체의 움직임이 제동 패드의 변위에 대하여 반대되는 방향으로 발생하면서, 어떤 파괴적으로 작용하는 구속력들이 액추에이터의 연결에 가해지지 않기 위해서는, 연결축을 가로지르는(transversely) 커플링 기구의 변형이 발생할 것을 요구하는 횡단력들(transverse forces)이 커플링 기구에 발생한다.

움직임 없음(freedom from play)과 커플링 기구의 연결축에 수직한 방향으로의 제한된 상대 운동을 허용해야 한다는 두 가지 요구들을 충족시키기 위해서, 분할 솔기(dividing seams) 또는 슬롯 가이드(slot guides)를 구비하는 커플링 기구가 사용된다. 그러나 움직임 없음은 고정밀의 슬롯 맞춤(high-precision slot fits)이나 제2 모터를 사용하여 많은 비용을 들이는 경우에만 보장될 수 있다.

다른 접근들은 움직임이 없도록 설정되어야 하는 두 개의 구름 베어링들 또는 슬라이딩 베어링들과 함께 커플링 로드들(rods)을 사용하는 것이다. 그러나 이러한 실시예들은 많은 공간을 차지하고 많은 비용이 들며, 더욱이 커플링 로드들에 작용하는 큰 압축력들 때문에 시간에 따라서 베어링들이 변형되고 그 결과 제동력 제어의 정확도를 떨어뜨리는 위험을 수반한다. 또한, 상기 장치의 강성이 작은 힘들의 경우에 작아서, 제동기 제어 품질이 일반적인 상태에서조차 상대적으로 낮은 것으로 알려졌다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자-기계 제동기의 커플링 기구로서, 비용-효율적으로 제조될 수 있고, 적은 공간을 차지하며, 심지어 큰 압축력들 하에서도 연결축에 수직하게 변형될 수 있되 동시에 연결축 방향으로는 충분한 강성을 가져서, 양질의 제동기 제어를 보장하는 커플링 기구를 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립항들의 특징들에 의해서 해결된다.

본 발명은 구동기의 선형 운동을 전자-기계 쐐기 제동기의 쐐기판에 전달하는 커플링 장치를 포함하는데, 상기 커플링 장치는 제1 단이 구동기에 체결되고, 제2 단이 쐐기판에 체결되는 하나 이상의 고정체 부재를 포함한다. 또한, 상기 고정체 부재는 제1 방향으로의 강성이 상기 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향으로의 강성보다 실질적으로 더 작은 단면을 가지는 하나 이상의 제1 영역들을 구비한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구항들에서 특징들을 열거하기 위해서 사용된 용어 "포함하다", "구비한다", 및 "가지다"와 그 문법적인 변형들은 예를 들어 방법 단계들, 장치들, 영역들, 크기들 등과 같은 특징들의 존재를 광범위하게 지칭하는데, 어떤 방식으로든지 다른 또는 부가적인 특징들 또는 다른 또는 부가적인 특징들의 그룹들의 존재를 배제하지 아니한다.

본 발명은 나아가 전자-기계 제동 장치를 포함하는데, 상기 전자-기계 제동 장치는 전기 에너지를 기계적인 선형 운동으로 변환하는 구동기, 능동 쐐기판, 고정된 장치로서(in a fixed arrangement) 전기 구동기에 연결된 수동 쐐기판, 및 능동 쐐기판과 수동 쐐기판 사이에 배치된 하나 이상의 구름체들(rolling bodies)로서, 능동 및 수동 쐐기판의 서로 마주 보는 쐐기 표면들 각각과 접촉하는 하나 이상의 구름체들을 포함한다. 구동기가 생성하는 선형 운동을 능동 쐐기판에 전달하는 커플링 장치가, 능동 쐐기판과 구동기 사이에 배치되는데, 상기 커플링 장치는 전술한 특징들 또는 후술할 다른 특징들을 가진다.

청구항들에 의해 정의되는 커플링 장치는 구동기와 쐐기판 사이에서 하나의 고정체 조인트(fixed-body joint)로서 기능하고, 간단한 구조 때문에, 단지 작은 설계 공간을 차지한다. 한편으로, 그 연결축에 대하여 축 방향으로 작용하는 인력(tractive forces) 및 압축력들 하에서 요구되는 큰 강성을 제공하고, 다른 한편으로 연결축에 수직한 방향으로 작용하는 힘들에 대해서는 탄성적이다. 커플링 장치의 축 방향 또는 길이 방향으로의 큰 강성으로 인해, 구동기와 능동 쐐기판 사이의 움직임 없는(play-free) 힘들의 전송이 가능해지고, 이로써 이러한 커플링 장치를 사용하는 전자-기계 제동기 장치의 양질의 제어가 가능해진다.

본 발명은 종속항들에서 보다 개량된다.

고정체 부재의 좌굴 부하를 늘리기 위해서, 고정체 부재는 바람직하게는 제1 방향으로의 강성이 하나 이상의 제1 영역들에서의 제1 방향으로의 고정체 부재의 강성보다 더 큰 다른 영역을 구비한다. 최소의 재료비로 고정체 부재의 가능한 최고의 좌굴 강도를 얻기 위해서, 상기 다른 영역은 바람직하게는 고정체 부재의 제1 단과 제2 단 사이의 실질적으로 중앙에 배치된다.

힘들의 전달에 있어서 움직임(play)을 야기할 수 있는 회전 운동들의 발생을 막기 위해서, 바람직하게는 고정체 부재의 제1 단 및/또는 제2 단이 회전 가능하게 고정되는(rotation-secure) 체결 또는 연결 용도로 설계된다.

비용 효율적인 제조를 위하여 및 고정체 부재의 가능한 최상의 강성을 얻고자, 다른 실시예에서 바람직하게는 고정체 부재들이 하나의 부품으로 이루어진다. 고정체 부재는 바람직하게는 용이하고 저렴한 제조가 가능한 펀칭 및 벤딩 기술을 이용하여 제조한다.

상업적으로 입수할 수 있는 구성 요소들을 사용하는 전자-기계 제동 장치의 비용 효율적인 실시예에서, 구동기는 바람직하게는 전기 모터와 기어를 포함하는데, 상기 기어는 전기 모터의 회전 운동을 기어 부재의 선형 운동으로 효율적으로 변환하도록 설계된다. 기어는 바람직하게는 움직임이 없는(play-free) 스핀들 구동기(spindle drive)로 구성될 수 있는데, 상기 스핀들 구동기는 작은 마찰 손실로 회전 운동을 선형 운동으로 효율적으로 변환할 수 있다.

본 발명의 다른 특징들은 청구항 및 도면과 연계된 본 발명에 따른 예시적인 실시예들의 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 상세한 설명 및 청구항들에서 지적된 개개의 특징들 각각은 본 발명에 따른 일 실시예에서 개별적으로 또는 함께 실행될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들을 설명한 다:

도 1은 커플링 장치의 바람직한 일 실시예를 구비한 전자-기계 쐐기 제동기의 측면도를 스케일링하지 않고 도식적으로 나타낸 다이어그램이고,

도 2a는 도 1의 커플링 장치의 측면도를 도식적으로 나타낸 다이어그램이고,

도 2b는 도 1의 커플링 장치의 탑 뷰(top view)를 도식적으로 나타낸 다이어그램이고,

도 3은 횡단 부하 하에서 커플링 장치의 변형을 나타낸다.

도 1의 개략도로 나타낸 전자-기계 제동기(10)는 액추에이터(2)(actuator)를 구비하고, 상기 액추에이터(2)에는 액추에이터(2)의 회전 운동을 선형 운동으로 변환하기 위한 기어(8)가 부착된다. 액추에이터(2)(예를 들어 전기 모터)와 기어(8)는 구동기(drive)를 이루어서, 제동 장치(brake arrangement)에 힘 F_M을 제공하기 위한 선형 운동을 생성한다. 커플링 장치(1)는 기어(8)를 능동 쐐기 판(3)(active wedge plate)에 연결하고, 상기 능동 쐐기 판(3)의 측부(side)에는 제동될 물체(7)와 접하는 브레이크 라이닝(3a)(brake lining)이 부착된다. 제동 패드(brake pad) 역할을 하는 쐐기 판(3)은 구름체들(5)(rolling bodies)에 의해서 수동 쐐기판(4)(passive wedge plate) 상에 지지된다. 수동 쐐기판(4)은 캐리어 장치(6)(carrier device)에 의해서 액추에이터(2)에 고정되게(fixedly) 연결된다.

액추에이터(2)는 바람직하게는 전기 모터로 구성되고 , 상기 전기 모터의 회전축은 하우징의 외부에서 접근가능(accessible)하다. 모터 축의 회전 운동을 선형으로 변형하는 기어(8)가 모터축에 부착될 수 있는데, 상기 기어(8)는 예를 들어 구형 나사 스핀들(spherical threaded spindle) 또는 롤러 나사 스핀들(roller threaded spindle)과 같은 스핀들 구동기(spindle drive)일 수 있다. 이와 달리, 모터 하우징의 외부에서 모터의 회전축 자체가 스핀들 구동기가 될 수 있다. 공지 기술을 사용하여 스핀들 너트(spindle nut)를 스핀들 나사에 회전 가능하되 움직이지 않도록(rotationally secure and play-free) 부착한다. 이로써 스핀들의 회전이 스핀들 너트의 선형 운동으로 변환된다. 물론 스핀들 구동기 대신에 다른 적절한 유형의 기어가 사용될 수도 있다.

기어(8)에 의해 생성된 선형 운동은 하나 이상의 커플링 장치들(1)에 의해서 능동 쐐기판(3)에 전달된다. 구름체들(5)이 접하는 쐐기 표면들은 쐐기판들(3 및 4)의 마주보는 표면들이다. 쐐기 판(3)의 선형 변위는 두 쐐기판들의 쐐기 표면들 상의 구름체들의 구름에 영향을 미쳐서 두 쐐기판들 사이의 간격이 변한다. 쐐기 판(3)의 시작 위치와 이동 방향에 의존하여, 구름 운동이 쐐기판(3)을 제동될 물체(7) 쪽으로 또는 제동될 물체(7)로부터 멀리 가이드한다. 자동차에서, 제동될 물체(7)는 일반적으로 제동기 디스크(brake disk)로 이루어진다.

커플링 장치(1)로서, 기어(8)의 선형 운동이 가능한 부재(예를 들어, 스핀들 구동기의 스핀들 너트)를 능동 쐐기판(3)에 연결하는 하나 이상의 막대 또는 봉(bar or rod) 형상의 고정체 부재(fixed-body element)들이 제공된다. 커플링 장치(1)의 일단을 상기 능동 쐐기판(3)에 직접 체결하여 이러한 연결을 할 수 있고: 이에 대한 대체로서, 커플링 장치(1)의 일단을 상기 쐐기판(3)에 고정되게 연결된 부분 또는 부분들의 그룹에 체결하여 이러한 연결을 할 수도 있다. 이를 위해서 하나 이상의 고정체 부재(1) 각각의 일단을 기어(8)의 선형 운동이 가능한 부재에 연결하거나 또는 거기에 체결된 부분 또는 부분들의 그룹에 연결한다. 고정체 부재(1)의 길이 방향으로 다른 일단은 능동 쐐기판(3)에 체결되거나 거기에 강체 연결된 홀더(holder)에 체결된다. 양 단에서의 체결은 바람직하게는 굽휨에 탄성적이고 회전가능한 고정(bend-resistant and rotationally secure) 방식으로 이루어진다. 여기서 체결은 바람직하게는 폼-락킹(form-locking), 물질-락킹(material-locking) 또는 힘-락킹(force-locking) 방식으로 행해질 수 있다.

고정체 부재들이 고정체 부재들의 길이 방향에 수직한 방향으로 변형될 수 있도록, 이들 고정체 부재들은 고정체 부재들에 실질적으로 수직한 제2 방향으로의 강성보다 제1 방향으로의 강성이 실질적으로 더 작은 단면 형상(geometry)을 가진다. 따라서 고정체 부재들은 평면 구조를 가지고 그 결과 이들 고정체 부재들은 판(板) 용수철(leaf spring)과 유사하게 제1 방향으로 휠 수 있다. 대조적으로 다른 방향들에 대해서는 상기 형상에 의해 상기 구조가 큰 굽힘 저항을 가진다.

도 2a 및 도 2b에 이러한 조건을 만족하는 예시적인 고정체 부재(1)가 도시되어 있다. 도 2a는 고정체 부재의 도식적인 측면도이고, 도 2b는 도식적인 탑뷰(top view)이다.

도면들에 도시된 고정체 부재(1)는 평면의 직육면체 형상의 기본체와 그 중심 영역에 배열된 두께부(1c)(thickening)로 이루어진다. 두께부(1c)는 반드시 필요한 것은 아니지만, 두께부(1c)는, 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 커플링 장치(1)의 좌굴 강도(buckling resistance)를 향상시킨다. 물론 도시된 직육면체 형상 대신에, 평면 디자인의 다른 연장된(elongate) 구조들을 고정체 부재(1)로서 사용할 수도 있다.

평면의 바 또는 봉 형상의 솔리드 바디(solid body)로서 양단이 기어(8)의 선형 운동이 가능한 부재 및 능동 쐐기판(3)에 강체 연결되는 커플링 장치(1)의 디자인으로 인해, 기어(8)로부터 쐐기 판(3)에 선형 운동의 요구되는 움직임이 없는(required play-free) 전달이 보장된다.

순방향 제동 상황에서, 쐐기 판(3)이 제동될 물체(7)의 운동 방향으로 및 제동될 물체(7)에 가이드된다. 자동차의 순방향 제동 동안, 때때로 대략 10kN 단위 또는 그 이상이 될 수 있는 값들을 가지는 압축력들 F_M이 능동 쐐기판(3)에 가해져야 한다. 이들 압축력들이 고정체 부재(1)의 길이 방향에 수직한 성분을 가진다면, 고정체 부재들(1)은 좌굴되어 파손(fail)될 수 있다.

커플링 장치에 복수의 고정체 부재들(1)을 사용하여서, 부하를 분산시킬 수 있고 이로써 각 부재에 대한 부하를 더 낮출 수 있다는 사실과는 무관하게, 기어(8)의 선형 운동이 가능한 부재의 체결과 능동 쐐기판(3)의 체결 사이의 연결축을 따라서 연장되는 고정체 부재들(1)의 길이 방향이, 순방향 제동 동안 구름체들(5)이 구르는 쐐기 표면들의 경사에 평행하게 배열된다는 점에서, 상응하는 횡단력들(transverse force)의 발생을 배제할 수 있다.

압축력은 tanα보다 작은 마찰 계수(μ)들에서만 발생한다. 임계값 μ=tanα를 초과하면, 고정체 부재들(1)은 압축력들을 받는다. 이 경우 구조적으로 손상을 입히는 어떤 좌굴도 발생할 수 없으므로, 고정체 부재들(1)의 적절한 강도와는 무관하게, 특정한 디자인 형상들(particular design features)을 고려하지 않아도 된다.

역방향 제동 상황에서, 순방향 제동에서와는 다른 조건들이 적용된다. 여기서 쐐기판은 제동될 물체(7)에 접근함에 따라서 제동될 물체(7)의 운동 방향에 대 항하여(against) 가이드된다. 이 운동 방향에서, 쐐기판은 고정체 부재들(1)의 길이 방향에 수직한 운동 성분을 가진다. 따라서 고정체 부재들(1)이, 이들의 운동 성분들의 방향이 그들의 가장 작은 측면 연장(smallest lateral extension) 방향으로 고정체 부재들의 넓은 쪽(wide side)에 실질적으로 수직한 방향이 되도록, 그리고 그 결과 고정체 부재들(1)이 쉽게 그들의 좁은 쪽(narrow side) 위로 휘어질(bent over) 수 있고 고정체 조인트(fixed-body joint)처럼 움직이도록, 이롭게 배치된다. 굽휨에 의해서 고정체 부재들(1)의 좁은 쪽들이 구부러진다.

이미 언급한 바와 같이, 순방향 및 역방향 제동 상황 동안, 고정체 부재들의 길이 방향을 따라서 큰 압축력들이 발생한다. 이들 압축력들의 작용 하에서, 고정체 부재들(1)에 굽힘 모멘트들이 발생할 수 있는데, 이 굽힘 모멘트들은 상기 고정체 부재들(1)이 안정성(stability)을 잃게 만들 수 있다. 안정성을 잃는 것은, 좌굴 부하라고 불리는 소정의 부하 이상에서, 상기 부하와 함께 급격하게 증가하는 고정체 부재들(1)의 형상 변화가 발생하는 것으로 나타난다. 레오나르드 오일러(Leonard Euler)(1707-1783)에 의하면 길이가 l인 막대 또는 봉의 좌굴힘은 수학식 3으로 나타낼 수 있는데,

F_K = Π²EI/(βl)²

여기서 E는 막대 또는 봉의 탄성 계수이고 I는 막대 또는 봉 단면의 면적 관 성 모멘트이며 β는 좌굴 길이 계수이다. 후자의 값은 막대 또는 봉의 양단이 어떻게 지지되는가에 따라서 달라진다. 수학식 3으로부터 좌굴힘 다시 말해서 구조를 좌굴시키는데 필요한 압축력은 구조의 길이 l의 제곱에 반비례함을 알 수 있다.

주어진 길이에 대하여 좌굴 부하를 늘리기 위해서, 수학식 3에 따라서 막대 또는 봉 단면의 면적 관성 모멘트 I을 증가시킬 수 있는데, 면적 관성 모멘트는 굽휨에 대한 단면의 저항의 크기(measure)를 구성한다. 면적 관성 모멘트는 단면적 증가로 증가한다.

도면들에 도시된 고정체 부재(1)의 형상으로부터 단면적 증가는 단지 가장 큰 굽힘 모멘트가 예상되는 경우에만 필요하다는 사실을 이용할 수 있다. 양단이 클램핑(clamp)된 막대 또는 봉 형상 구조의 경우, 가장 큰 굽힘 모멘트는 중앙에서 발생한다. 따라서 좌굴 부하를 늘리기 위해, 반드시 고정체 부재의 전체 길이에 걸쳐서 단면적을 늘려야만 하는 것은 아니다. 도 2a 및 도 2b에 예시적으로 나타낸 고정체 부재(1)처럼, 고정체 부재들(1)의 길이 상 중앙에서 고정체 부재들(1)을 두껍게 하는 것으로 충분하다.

고정체 부재(1)의 중앙에 위치하는 직육면체 형상 구조(1c)로서, 고정체 부재의 평면의 기본 구조와 동일한 폭을 가지되 고정체 부재의 평면의 기본 구조보다 실질적으로 더 큰 두께를 가지는 직육면체 형상 구조(1c)가 도시되어 있다. 그런 데 상기 구조의 폭은 상기 기본 구조의 폭보다 더 작거나 더 클 수도 있다. 또한 다른 두께부들, 예를 들어 렌즈 형상, 연장된(elongate) 렌즈 형상, 원통형 등의 형상도 가능하다. 두께부는, 속이 꽉 찼던지 또는 속이 비었든지 간에, 면전 관성 모멘트를 증가시켜 굽힘에 대한 저항을 증가시키고, 이로써 개별적인 고정체 부재의 중앙 부근 영역에서 고정체 부재들의 강성 증가가 얻어진다.

이런 방식으로, 고정체 부재들(1)은 세 부분들로 구분되는데, 바깥쪽의 두 영역들은 하나의 방향으로 플렉서블하고 중앙 부분은 굽힘에 저항한다. 바깥쪽의 두 영역들 각각은 고정체 부재(1)의 길이의 반보다 더 짧아서, 두께부는 수학식 3에 따라서, 계수 4(a factor of 4)보다 더 큰 좌굴 부하 증가를 가져온다.

그런데 굽힘 저항 영역은 역방향 제동 상황에서 고정체 부재(1)의 변형을 막지 못한다. 이것을 도 3에 도시하였는데, 횡단력(transverse force)의 작용 하에서 변형되는 고정체 부재(실선)를 변형되지 않은 고정체 부재(점선)와 비교하여 도시하였다. 여기서 횡단 부하가 발생하는 경우에, 이런 목적으로 좁게 다시 말해서 횡단력의 작용에 작은 강성을 가지도록 구체화된, 고정체 부재(1)의 바깥쪽 영역들이 실질적으로 구부러진다. 중앙 부분은 실질적으로 그 형상을 유지하는데, 두 양단의 서로에 대한 상대적인 변형을 막지 못하지만, 지레와 같이, 바깥쪽 영역들의 안쪽 단부들을 방향-유지(ction-maintaining) 방식으로 서로에게 연결하여서 그들을 지지한다.

고정체 부재로서 구체화되어 제안된 커플링 장치(1)는 액추에이터로부터 또는 거기에 부착된 기어로부터 전자-기계 쐐기 제동기의 능동 쐐기판으로의 연결으로서 좌굴에 저항하고 플렉서블한 연결을 제공한다. 비용 효율적인 제조를 위해, 특히 용이하고 저렴한 제조가 가능한 펀칭 및 벤딩 기술을 이용해서, 고정체 부재는 하나의 부품(piece)로 이루어진다.

참조 부호 리스트

1 커플링 장치

1a 제1 단을 가진 고정체 부재의 바깥 영역

1b 제2 단을 가진 고정체 부재의 바깥 영역

1c 두꺼워진 단면을 가진 고정체 부재의 다른 영역

2 액추에이터

3 능동 쐐기판

4 수동 쐐기판

5 구름체

6 캐리어 장치

7 제동될 물체, 제동 디스크

8 액추에이터의 회전 운동을 변환하는 장치

10 전자-기계 제동기

Claims (10)

1. 구동기(2, 8)의 선형 운동을 전자-기계 쐐기 제동기의 쐐기판(3)에 전달하는 커플링 장치로서,

   상기 커플링 장치는 제1 단이 상기 구동기에 연결되고, 제2 단이 상기 쐐기판에 연결되는 하나 이상의 고정체 부재(1)를 포함하고,

   상기 고정체 부재(1)는 제1 방향으로의 강성이 상기 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향으로의 강성보다 실질적으로 더 작은 단면을 가지는 하나 이상의 제1 영역들(1a, 1b)을 구비하는,

   커플링 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 고정체 부재(1)는 상기 제1 방향으로의 강성이 상기 하나 이상의 제1 영역들에서의 상기 제1 방향으로의 상기 고정체 부재(1)의 강성보다 더 큰 다른 영역(1c)을 구비하는 것을 특징으로 하는,

   커플링 장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 다른 영역(1c)은 상기 고정체 부재(1)의 상기 제1 단과 상기 제2 단 사이의 실질적으로 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는,

   커플링 장치.
4. 제1 항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정체 부재(1)의 제1 단 및/또는 제2 단은 회전 가능한 고정 방식으로 체결 또는 연결될 수 있게 설계된 것을 특징으로 하는,

   커플링 장치.
5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정체 부재(1)는 하나의 부품(one piece)으로 이루어진 것을 특징으로 하는,

   커플링 장치.
6. 제1 항 내지 제5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정체 부재(1)는 펀칭 및 벤딩(bending) 기술을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는,

   커플링 장치.
7. - 전기 에너지를 기계적인 선형 운동으로 변환하는 구동기(2, 8),

   - 능동 쐐기판(3),

   - 고정된 장치로서(in a fixed arrangement) 상기 전기 구동기(2, 8)에 연결된 수동 쐐기판(4), 및

   - 상기 능동 쐐기판(3)과 상기 수동 쐐기판(4) 사이에 배치된 하나 이상의 구름체들(5)(rolling bodies)로서, 상기 능동 및 수동 쐐기판의 서로 마주 보는 쐐기 표면들 각각과 접촉하는 상기 하나 이상의 구름체들(5)을 포함하는 전자-기계 제동 장치로서,

   상기 구동기(2, 8)가 생성하는 선형 운동을 상기 능동 쐐기판(3)에 전달하는 커플링 장치로서, 제1 항 내지 제6 항 중의 어느 한 항에 따른 커플링 장치가 상기 능동 쐐기판(3)과 상기 구동기(2, 8) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는,

   전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 구동기는 전기 모터(2)와 상기 전기 모터(2)의 회전 운동을 기어 부재의 선형 운동으로 변환하는 기어(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 기어(8)는 스핀들 구동기(spindle drive)로 구성되는 것을 특징으로 하는,

   전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 스핀들 구동기는 실질적으로 움직임이 없도록(play-free) 설계된 것을 특징으로 하는,

    전자-기계 제동 장치 용도의 움직임 없는 구동기.

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