KR20120060274A - 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비 접촉식 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 상호 인력이 발생되는 고정자와 회전자에 의해 비 접촉식으로 제동력이 발생되어 브레이크를 제동함으로써, 브레이크 마찰음 발생을 방지하고 브레이크 부품을 반영구적으로 사용할 수 있다.

Description

차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법{ELECTROMAGNET BRAKE IN VEHICLES AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비 접촉식으로 브레이크를 작동시킴으로써, 브레이크 마찰음 발생을 방지하고 브레이크 부품을 반영구적으로 사용할 수 있는 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 장착되는 브레이크는 주행 중의 자동차를 감속하거나 정지 또는 정지 상태를 유지하기 위한 것으로, 바퀴에 마찰력을 주어 이때 발산되는 일 에너지를 대기로 방출함으로써 바퀴의 회전 속도를 감속 또는 정지시키게 된다.
이러한 브레이크는 로드나 와이어를 사용하는 기계식과 유압을 사용하는 유압식으로 구분되며, 주차 브레이크로 기계식이 사용되고, 주행용 브레이크로 유압식이 주로 사용된다.
또한, 유압식 브레이크는 크게 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 나눌 수 있다.
드럼식 브레이크는 마찰패드가 부착된 슈가 드럼의 내부에 회동가능하게 설치되고, 슈의 회동에 따라 마찰패드가 드럼에 접촉되면서 제동력이 발생하게 된다.
디스크 브레이크는 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 양쪽에서 브레이크 패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻게 되는 것으로 일반적인 승용차의 앞차축에 사용된다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
상기와 같은 종래의 차량용 브레이크는 회전하는 바퀴에 제동력을 발생시키기 위해 사용되는 드럼, 디스크 및 패드가 일정시간 경과하게 되면 마모가 발생되므로, 주기적으로 교체하여야 할 뿐만 아니라, 이에 따른 부품 예를 들어 오일을 주기적으로 관리하야여 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 차량용 브레이크는 패드가 드럼 또는 디스크에 접촉되어 제동력이 발생되므로, 제동시 그 마찰음이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 비 접촉식으로 브레이크를 작동함으로써 브레이크 마찰음 발생을 방지하고 브레이크 부품을 반영구적으로 사용할 수 있는 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크는, 드럼과, 드럼의 내주면에 결합되어 드럼과 함께 회전되며 자력을 가지는 회전자 및 회전자의 내부에 위치되도록 차량의 차축에 고정되며 회전자와 인력이 발생되도록 전류가 공급되어 드럼의 회전방향에 대하여 반력을 발생시키는 고정자를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크는 외부에서 제동신호가 입력되면 회전자와 고정자 사이에 인력 발생되어 제동력이 발생되도록 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
또한, 회전자는, 드럼의 내주면에 일정간격으로 부착되는 자석부재 및 자석부재 사이에 위치되도록 드럼에 결합되어 자석부재의 간격을 유지시키는 간격유지부재를 포함한다.
또한, 고정자는, 차축에 고정되는 코어 및 코어에 권선되어 전류가 공급되는 코일을 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크의 제어방법은, 제동신호가 입력되는가를 판단하여 제동신호가 입력되면 회전자의 위치 및 회전속도를 감지하여 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 조절하는 제동력 발생단계 및 회전자가 정지되었는가를 판단하여 회전자가 정지되면 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 일정하게 유지하는 제동력 유지단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법에 의하면, 상호 인력이 발생되는 고정자와 회전자에 의해 비 접촉식으로 제동력이 발생되어 브레이크를 제동함으로써, 브레이크 마찰음 발생을 방지하고 브레이크 부품을 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자석 브레이크의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자석 브레이크의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 주차 브레이크의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 차량용 전자석 브레이크(100)는 크게 드럼(110), 회전자(120), 고정자(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
드럼(110)은 베어링(도시생략)을 통해 차축(10)의 스핀들(도시생략)에 회전가능하게 결합되며, 볼트에 의해 타이어 휠(도시생략)이 고정된다. 또한, 드럼(110)의 내부에는 자력을 가지는 회전자(120)가 함께 회전되도록 설치된다.
회전자(120)는 자력을 가지며, 드럼(110)의 내주면에 결합되는 자석부재(121)와, 이 자석부재(121)의 간격을 유지시키는 간격유지부재(123)를 포함한다.
자석부재(121)는 고정자(130)에 전류가 공급되면 고정자(130)와의 사이에 인력이 발생되어 드럼(110)에 제동력을 발생시킨다. 이러한 자석부재(121)는 드럼(110)의 내주면에 일정간격으로 부착되며, 드럼(110)의 대향되는 면에 동일 극성을 가지도록 위치된다.
구체적으로, 자석부재(121)는 고정자(130)와의 사이에 인력이 원활하게 발생될 수 있도록 드럼(110)의 내주면을 따라 4개가 일정간격으로 부착되며, N극과 S극이 순차적으로 배치된다. 그리고 자석부재(121)는 드럼(110)을 중심으로 대향되는 위치에 동일극성을 가지도록 결합되는 N극과 S극이 각각 배치된다.
간격유지부재(123)는 자석부재(121)가 드럼(110)에 일정간격으로 설치되도록 자석부재(121) 사이에 마련되며, 용접, 볼트 또는 나사와 같은 결합방식을 통해 드럼(110)에 결합된다. 이러한, 간격유지부재(123)는 자석부재(121)가 고정자(130)와의 전자기력에 의해 그 위치가 움직이는 것을 방지하고, 드럼(110)에 자석부재(121)를 용이하게 설치할 수 있도록 한다.
또한 간격유지부재(123)는 자석부재(121)가 드럼(110)의 축 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있도록 양단부에 고정부(123a)가 형성된다. 고정부(123a)는 외측으로 벤딩되어 자석부재(121)의 양단부에 지지된다.
고정자(130)는 회전자(120)의 내부에 위치되도록 차량의 차축(10)에 고정되며, 회전자(120)와 인력이 발생되도록 제어부(140)로부터 전류가 공급된다. 그리고 고정자(130)는 전류가 공급되면 회전자(120)의 자석부재(121)와 쌍을 이루어 인력을 발생시킴으로써, 드럼(110)의 회전방향에 대한 제동력인 반력을 발생시킨다.
이러한, 고정자(130)는 차축(10)에 고정되는 코어(131)와, 이 코어(131)에 권선되며 전류가 공급되면 전자기력이 발생되는 코일(133)을 포함한다. 이때, 고정자(130)의 전자기력은 제어부(140)로부터 공급되는 전류의 세기에 따라 제어된다.
제어부(140)는 외부에서 제동신호가 입력되면 회전자(120)의 자석부재(121)와 고정자(130) 사이에 인력 발생되어 제동력이 발생되도록 고정자(130)로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 제어한다.
예를 들어 제어부(140)는 회전자(120)가 회전함에 따라 그 위치가 변화되는 자석부재(121)의 위치를 감지하여 고정자(130)의 코일(133)이 대응되는 자석부재(121)와 동일극성을 가지도록 코일(133)로 공급되는 전류의 위상을 제어한다.
또한, 제어부(140)는 드럼(110)에 급격한 제동력이 발생되는 것이 방지되도록 드럼(110)의 회전속도에 따라 고정자(130)의 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 조절한다. 예컨대 제어부(140)는 드럼(110)의 회전속도가 빠르면 고정자(130)의 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 크게 하고, 드럼(110)의 회전속도가 늦으면 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 작게 한다.
즉, 제어부(140)는 드럼(110)의 회전속도가 감속됨에 따라 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 감소시켜 드럼(110)의 제동력을 점진적으로 줄임으로써, 급격한 제동력의 발생을 방지한다. 이로 인하여, 차량의 감속 및 제동을 보다 부드럽게 할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 드럼(110)의 회전속도가 설정회전속도 이하일 경우 드럼(110)의 회전이 정지될 때까지 코일(133)의 위상 중 어느 하나의 상에만 전류를 인가한다. 그리고 드럼(110)이 정지되어도 그 제동력이 유지되어 차량이 움직이는 것이 방지되도록 고정자(130)로 전류를 인가한다.
더하여, 제어부(140)는 브레이크 패달(도시생략)의 이동속도 예를 들어 브레이크 패달이 급격하게 이동되면 드럼(110)의 회전속도에 관계없이 고정자(130)의 코일(133)로 인가되는 전류의 세기를 증가시켜 드럼(110)에 강한 제동력을 발생시킨다. 이러한, 제어부(140)의 제어는 급정거시 사용된다.
한편, 본 실시 예에 따른 전자석 브레이크(100)는 차량이 감속 없이 운행할 때에는 자석부재(121) 및 코일(133)에 의해 전류가 발생되어 차량의 배터리(도시생략)를 축전시킨다.
본 발명에 따른 차량용 전자석 브레이크의 제어방법을 도 1 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에 따른 차량용 전자석 브레이크의 제어방법은 회전자(120)와 고정자(130) 사이에 인력이 발생되어 드럼(110)의 제동력을 발생시키는 제동력 발생단계(S10) 및 드럼(110)의 제동력을 유지시키는 제동력 유지단계(S20)를 포함한다.
제동력 발생단계(S10)에서는 브레이크 패달의 작동에 따른 제동신호가 발생되었는가를 판단(S11)하여 제동신호가 입력되면 회전자(120)의 위치 및 회전속도를 센싱하여 고정자(130)로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 제어한다(S13).
구체적으로, 전류의 위상 및 세기를 제어하는 단계(S13)에서는 회전자(120)의 자석부재(121)와 고정자(130)의 코일(133)이 동일 극성을 가짐으로 인하여 발생되는 인력에 의해 드럼(110)에 제동력이 발생되도록 코일(133)로 공급되는 전류의 위상을 제어한다. 또한, 전류의 위상 및 세기를 제어하는 단계(S13)에서는 회전자(120)의 회전속도에 따라 고정자(130)의 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 감소 또는 증가시켜 제동력을 변화시킨다.
예를 들어 회전자(120)의 회전속도가 빠르면 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 증가시키고, 회전자(120)의 회전속도가 감소되면 코일(133)로 공급되는 전류의 세기를 감소시킨다. 이로 인하여, 회전자(120)의 회전속도를 점진적으로 감속시키면서 회전자(120)를 부드럽게 정지시킬 수 있다.
또한, 전류의 위상 및 세기를 제어하는 단계(S13)에서는 회전자(120)의 회전속도가 설정회전속도 이하로 감속되면 회전자(120)의 회전이 정지될 때까지 코일(133)의 위상 중 어느 하나의 상에만 전류를 인가하여 회전자(120)를 정지시킨다.
이후, 제동력 유지단계(S20)에서는 회전자(120)가 정지되었는가를 판단(S21)하여 회전자(120)가 정지하면 고정자(130)로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 일정하게 유지한다(S23).
이때, 고정자(130)가 회전자(120)의 자석부재(121)와 동일 극성을 띠도록 코일(133)로 공급되는 전류의 위상을 제어한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자석 브레이크 및 이의 제어방법의 작용을 설명한다.
제동력을 발생시키는 회전자(120)와 고정자(130)가 일정간격 이격된 상태에서 전자기력을 통해 제동력을 발생하므로, 차량의 제동시 회전자(120)와 고정자(130)가 접촉되는 것이 방지된다. 이로 인하여, 제동장치인 회전자(120) 및 고정자(130)를 주기적으로 수리 또는 교체할 필요 없이 반영구적으로 사용할 수 있다.
또한, 회전자(120)와 고정자(130)가 비접촉식으로 제동력을 발생하므로, 마찰에 의한 소음이 방지된다. 즉, 차량의 제동소음을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 고정자(130)의 코일(133)로 전류가 공급될 때 회전자(120)의 회전속도 및 자석부재(121)의 위치를 감지하여 코일(133)로 공급되는 전류의 세기 및 위상을 제어하므로, 차량을 일정한 속도로 감소하면서 제동시킬 수 있다. 이로 인하여, 차량을 보다 부드럽게 감속 및 제동된다.
또한, 차량이 주행 중일 때에는 회전자(120)의 자석부재(121)와, 고정자(130)의 코일(133)이 발전기로 동작하게 되어 전류가 발생되고, 이 전류를 배터리에 충전할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 전자석 브레이크 110 : 드럼
120 : 회전자 121 : 자석부재
123 : 간격유지부재 130 : 고정자
131 : 코어 133 : 코일
140 : 제어부

Claims (5)

  1. 드럼;
    상기 드럼의 내주면에 결합되어 상기 드럼과 함께 회전되며, 자력을 가지는 회전자; 및
    상기 회전자의 내부에 위치되도록 차량의 차축에 고정되며, 상기 회전자와 인력이 발생되도록 전류가 공급되어 상기 드럼의 회전방향에 대하여 반력을 발생시키는 고정자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자석 브레이크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부에서 제동신호가 입력되면 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 인력이 발생되어 제동력이 발생되도록 상기 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자석 브레이크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자는,
    상기 드럼의 내주면에 일정간격으로 부착되는 자석부재; 및
    상기 자석부재 사이에 위치되도록 상기 드럼에 결합되어 상기 자석부재의 간격을 유지시키는 간격유지부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자석 브레이크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고정자는,
    상기 차축에 고정되는 코어; 및
    상기 코어에 권선되어 전류가 공급되는 코일;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자석 브레이크.
  5. 제동신호가 입력되는가를 판단하여 제동신호가 입력되면 회전자의 위치 및 회전속도를 감지하여 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 조절하는 제동력 발생단계; 및
    회전자가 정지되었는가를 판단하여 회전자가 정지되면 고정자로 공급되는 전류의 위상 및 세기를 일정하게 유지하는 제동력 유지단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자석 브레이크의 제어방법.
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