KR20110127848A - 발전형 제동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제동장치는 차륜과 함께 회전하는 회전체; 상기 회전체와 구름접촉(rolling contact)하여 상기 회전체와 함께 회전하는 종동체; 상기 종동체에 연결되어 상기 종동체의 회전에 의해 발전하는 발전기; 그리고 상기 종동체가 상기 회전체와 접촉하는 발전위치 및 상기 종동체가 상기 회전체로부터 이격되는 비발전위치로 상기 종동체를 전환하는 전환유닛을 포함한다. 상기 전환유닛은 상기 발전기에 연결되는 구동축; 그리고 상기 구동축에 연결되어 상기 구동축과 함께 상기 발전기를 이동하는 이동실린더를 포함할 수 있다.

Description

발전형 제동 장치{POWER GENERATING BRAKES}

본 발명은 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기를 통해 발전이 가능한 제동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차, 전동차, 엘리베이터 등과 같이 소정의 회전 운동을 수반하는 차량(또는 기기)을 감속하거나 정지시키는 장치를 포괄적으로 제동 장치라고 하는데, 이러한 제동장치는 주로 복수의 구성요소 간의 마찰력을 이용하고 있다. 일례로, 자동차에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟는 힘(답력)을 중간 매체인 유압 실린더를 통해 바퀴에 전달하여 마찰이 일어나도록 한다.

하지만, 복수의 구성요소 간의 마찰을 이용하여 제동을 수행하는 경우에는, 종래의 디스크 브레이크나 드럼 브레이크에서처럼 제동시에 많은 열이 발생할 뿐만 아니라, 발생된 열은 공기 중으로 발산된다. 따라서, 제동을 통해 많은 에너지 손실이 발생할 수 있으므로, 이와 같은 에너지를 재생하기 위한 새로운 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 제동시 발생하는 에너지를 재생할 수 있는 제동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제동으로 인해 발생하는 고열로 인하여 발전기가 파손되는 것을 방지할 수 있는 제동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제동장치는 차륜과 함께 회전하는 회전체; 상기 회전체와 구름접촉(rolling contact)하여 상기 회전체와 함께 회전하는 종동체; 상기 종동체에 연결되어 상기 종동체의 회전에 의해 발전하는 발전기; 그리고 상기 종동체가 상기 회전체와 접촉하는 발전위치 및 상기 종동체가 상기 회전체로부터 이격되는 비발전위치로 상기 종동체를 전환하는 전환유닛을 포함한다.

상기 전환유닛은 상기 발전기에 연결되는 구동축; 그리고 상기 구동축에 연결되어 상기 구동축과 함께 상기 발전기를 이동하는 이동실린더를 포함할 수 있다.

상기 전환유닛은 상기 회전체의 온도를 감지하는 센서; 그리고 상기 회전체의 온도가 기설정된 온도를 초과할 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 상기 비발전위치로 전환하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

상기 제동장치는 운전자에 의해 조작되어 제동력을 발생시키는 브레이크 페달을 더 포함하며, 상기 이동실린더는 상기 브레이크 페달과 연동될 수 있다.

상기 전환유닛은 상기 회전체의 온도를 감지하는 센서; 그리고 상기 브레이크 페달에 의해 제동력이 발생될 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 발전위치로 전환하며, 상기 회전체의 온도가 기설정된 온도를 초과할 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 상기 비발전위치로 전환하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

상기 제동장치는 운전자에 의해 조작되어 제동력을 발생시키는 브레이크 페달; 상기 브레이크 페달의 답력을 유압으로 변경하여 브레이크 액을 공급하는 마스터 실린더; 그리고 상기 마스터 실린더로부터 제공된 유압에 의해 상기 회전체와 마찰 접촉하여 상기 회전체를 감속하는 패드를 더 포함하며, 상기 이동실린더는 상기 마스터 실린더에 의해 구동될 수 있다.

상기 회전체는 외주면에 구동기어가 형성된 브레이크 디스크이며, 상기 종동체는 상기 구동기어와 맞물리는 피니언기어일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 제동시 발생하는 에너지를 재생할 수 있으며, 특히, 제동시 발생하는 고열로 인하여 발전기가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 브레이크의 과열에 의해 발생될 수 있는 페이드 현상 또는 베이퍼 록 현상 등을 방지하고 패드의 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 제동장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 캘리퍼 부위를 확대한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 브레이크 디스크에 연결된 전환유닛을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 브레이크 디스크를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 제동장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 제동장치는 브레이크 페달(1), 브레이크부스터(3), 마스터 실린더(4), 캘리퍼(5), 그리고 휠 실린더(6)를 포함한다. 운전자는 운전 중 감속이 요구될 경우, 브레이크 페달(1)을 밟아 제동력을 발생시키며 발생된 제동력은 차륜(도시안함)을 감속시키거나 정지시킨다.

브레이크페달(1)은 푸시로드(2)를 통해 브레이크부스터(3)에 연결되며, 브레이크부스터(3)를 통해 운전자의 답력은 증폭된다. 마스터실린더(4)는 브레이크부스터(3)를 통해 증폭된 운전자의 답력을 유압으로 변경하여 브레이크액을 공급하며, 브레이크액은 별도의 유압라인(도시안함)을 통해 휠의 캘리퍼(5) 또는 휠실린더(6)로 전달된다.

도 2는 도 1에 도시한 캘리퍼 부위를 확대한 도면이다. 캘리퍼(5)는 유압에 의해 구동하는 피스톤(5a)과, 피스톤(5a)의 단부에 구비되어 브레이크 디스크(7)를 가압하는 패드(5b)가 구비되고, 휠 실린더(6)는 유압에 의해 구동되어 브레이크 슈(8)를 작동시키는 피스톤(6a)을 구비한다. 캘리퍼(5)로 전달된 유압은 피스톤(5a)을 밀어내어 패드(5b)가 브레이크 디스크(7)와 마찰 접촉하도록 하며, 여기서 생기는 마찰 접촉은 브레이크 디스크(7)와 차륜(도시안함)을 감속시키거나 정지시킨다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 브레이크 디스크에 연결된 전환유닛을 나타내는 도면이며, 도 5는 도 1에 도시한 브레이크 디스크를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 앞서 설명한 패드(5b)를 통해 브레이크 디스크(7)를 제동할 경우, 브레이크 디스크(7)와 패드(5b)의 마찰로 인해 열이 발생하며, 발생된 열은 공중으로 발산되어 소모된다. 즉, 브레이크 디스크(7)의 감속은 단순한 열에너지로 전환되어 소모되므로, 이처럼 브레이크 디스크(7)의 감속시 소모되는 에너지로부터 재생에너지를 얻을 경우 전체적으로 높은 에너지 효율을 확보할 수 있다.

전환유닛은 발전기(20), 피니언기어(21), 그리고 이동실린더(23)를 포함한다. 피니언 기어(21)는 브레이크 디스크(7)에 맞물려 브레이크 디스크(7)와 함께 회전하는 종동형 기어이며, 도 5에 도시한 바와 같이, 브레이크 디스크(7)는 외주면에 구동기어(7a)를 가진다. 피니언기어(21)는 종동축(27)을 통해 발전기(20)에 연결되며, 피니언기어(21)의 회전시 발전기(20)를 통해 전기가 발생한다. 발생된 전기는 발전기(20)에 연결된 배터리(22)에 충전되며, 이와 같은 방법을 통해 브레이크 디스크(7)로부터 에너지를 회수할 수 있다.

한편, 발전기(20)는 이동축(26)을 통해 이동실린더(23)에 연결되며, 이동실린더(23)는 이동축(26)을 구동하여 발전기(20) 및 피니언기어(21)를 이동시킨다. 피니언기어(21)는 브레이크 디스크(7)와 맞물리는 위치(이하 '발전위치'라 한다) 및 브레이크 디스크(7)로부터 이격되는 위치(이하 '비발전위치'라 한다)로 이동할 수 있으며, 이동실린더(23)는 이동축(26)을 통해 피니언 기어(21)를 발전위치와 비발전위치로 전환할 수 있다. 이때, 이동실린더(23)는 마스터 실린더(24)에 의해 작동될 수 있다. 즉, 마스터 실린더(24)가 유압을 제공할 경우(또는 운전자에 의해 브레이크페달(1)이 작동한 경우) 이동실린더(23)는 피니언 기어(21)를 발전위치로 전환할 수 있으며, 마스터 실린더(24)로부터 제공된 유압이 제거될 경우 피니언 기어(21)는 비발전위치로 전환될 수 있다.

한편, 이동실린더(23)와 마스터 실린더(24) 사이에 제어기가 설치될 수 있다. 제어기는 브레이크 디스크(7)의 온도를 감지하는 센서에 연결되어 감지된 온도가 기설정된 온도를 초과할 경우 피니언 기어(21)를 비발전위치로 전환시킬 수 있다. 브레이크 디스크(7)는 앞서 설명한 패드(5b)와 마찰 접촉으로 인해 높은 열을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 브레이크 디스크(7)와 피니언 기어(21)가 맞물려 회전할 경우 열이 발생할 수 있다. 이때, 발생된 열은 발전기(20)를 손상시킬 수 있다. 따라서, 피니언 기어(21)가 발전위치로 전환된 이후에 브레이크 디스크(7)가 기설정된 온도를 초과할 경우, 피니언 기어(21) 및 발전기(20)를 브레이크 디스크(7)로부터 이격시킴으로써 발전기(20)를 보호할 수 있다. 이때, 피니언 기어(21)가 이격됨으로 인해 발전은 중단된다.

한편, 본 실시예에서는, 브레이크 페달(1)을 밟은 경우 피니언 기어(21)가 브레이크 디스크(7)와 맞물려 에너지가 회수(또는 발전)되며, 브레이크 페달(1)을 밟지 않은 경우 피니언 기어(21)가 브레이크 디스크(7)로부터 이격되어 에너지 회수(또는 발전)를 중단하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 반대로 브레이크 페달(1)을 밟은 경우 에너지 회수를 중단하며, 브레이크 페달(1)을 밟지 않은 경우 피니언 기어(21)를 통해 상시 발전이 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예는 아래와 같이 응용될 수 있다. 운전자는 운전 중 정지를 요하는 경우보다 감속을 요하는 경우가 비교적 많으며, 정지의 경우에도 일정한 감속을 통해 서행 후 정지하는 경우가 많다. 운전자가 감속을 요하거나 현재 운행속도보다 서행을 원할 경우, 운전자는 브레이크 페달(1)을 밟아 피니언 기어(21)를 브레이크 디스크(7)와 맞물리게 할 수 있으며, 이 경우 피니언 기어(21)는 브레이크 디스크(7)에 부하로 작용하므로 브레이크 디스크(7)의 회전속도는 단순 감속(우전자가 가속페달을 밟지 않을 경우의 감속)에 비해 빠르게 감속한다. 이때, 패드(5b)는 브레이크 디스크(7)와 마찰 접촉하지 않는다. 만일 운전자가 더욱 빠르게 감속이 필요할 경우 브레이크 페달(1)을 더 밟으며, 이때 비로소 패드(5b)는 브레이크 디스크(7)와 마찰 접촉하여 브레이크 디스크(7)(또는 차륜)의 감속 또는 정지를 돕는다. 즉, 감속이 필요할 경우, 1단계로 피니언 기어(21)를 통해 감속하면서 에너지의 재생을 시도할 수 있으며, 2단계로 패드(5b)를 통해 빠른 제동을 시도할 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

1 : 페달 2 : 푸쉬로드
3 : 부스터 4 : 마스터 실린더
5 : 캘리퍼 5a : 피스톤
5b : 패드 6 : 휠 실린더
6a : 피스톤 7 : 브레이크 디스크
7a : 구동기어 8 : 브레이크 슈
20 : 발전기 21 : 피니언기어
22 : 배터리 23 : 이동실린더
24 : 마스터실린더 25 : 너클
27 : 종동축

Claims (7)

1. 차륜과 함께 회전하는 회전체;
   상기 회전체와 구름접촉(rolling contact)하여 상기 회전체와 함께 회전하는 종동체;
   상기 종동체에 연결되어 상기 종동체의 회전에 의해 발전하는 발전기; 및
   상기 종동체가 상기 회전체와 접촉하는 발전위치 및 상기 종동체가 상기 회전체로부터 이격되는 비발전위치로 상기 종동체를 전환하는 전환유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전환유닛은,
   상기 발전기에 연결되는 구동축; 및
   상기 구동축에 연결되어 상기 구동축과 함께 상기 발전기를 이동하는 이동실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전환유닛은,
   상기 회전체의 온도를 감지하는 센서; 및
   상기 회전체의 온도가 기설정된 온도를 초과할 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 상기 비발전위치로 전환하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제동장치는 운전자에 의해 조작되어 제동력을 발생시키는 브레이크 페달을 더 포함하며,
   상기 이동실린더는 상기 브레이크 페달과 연동되는 것을 특징으로 하는 제동장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전환유닛은,
   상기 회전체의 온도를 감지하는 센서; 및
   상기 브레이크 페달에 의해 제동력이 발생될 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 발전위치로 전환하며, 상기 회전체의 온도가 기설정된 온도를 초과할 때 상기 이동실린더를 구동하여 상기 종동체를 상기 비발전위치로 전환하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제동장치는,
   운전자에 의해 조작되어 제동력을 발생시키는 브레이크 페달;
   상기 브레이크 페달의 답력을 유압으로 변경하여 브레이크 액을 공급하는 마스터 실린더; 및
   상기 마스터 실린더로부터 제공된 유압에 의해 상기 회전체와 마찰 접촉하여 상기 회전체를 감속하는 패드를 더 포함하며,
   상기 이동실린더는 상기 마스터 실린더에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 제동장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는 외주면에 구동기어가 형성된 브레이크 디스크이며,
   상기 종동체는 상기 구동기어와 맞물리는 피니언기어인 것을 특징으로 하는 제동장치.

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