KR20150044323A

KR20150044323A - Ecm 제동장치

Info

Publication number: KR20150044323A
Application number: KR20130123586A
Authority: KR
Inventors: 박승영
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-24
Also published as: CN104553819A; US20150101894A1; KR101738522B1; US9296367B2; DE102014009138B4; CN104553819B; DE102014009138A1

Abstract

본 발명은 ECM 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징; 상기 하우징의 수납부에 양단이 수용되는 샤프트; 상기 샤프트에 연결되는 플래닛기어; 및 상기 샤프트에 동력을 전달하여 상기 플래닛기어를 축방향으로 이동시키고, 상기 하우징과 상기 플래닛기어 상호간의 마찰을 유도하는 구동수단;을 포함하여 이루어진다.
즉 본 발명은 구동수단에 의하여 플래닛기어를 축방향으로 이동시켜 하우징과 플래닛기어 상호간의 마찰을 유도하고, 이에 의하여 플래닛기어의 구속력을 생성함으로써 감속기에 의한 동력전달을 차단하여 제동기능을 구현하고, 이를 통하여 휠의 무게를 줄이고, 동력전달시스템의 사이즈를 줄여 패키징의 최적화를 구현할 수 있는 ECM 제동장치를 제안하고자 한다.

Description

ECM 제동장치{BRAKE APPARATUS FOR ELECTRIC CORNER MODULE}

본 발명은 구동수단에 의하여 플래닛기어를 축방향으로 이동시켜 하우징과 플래닛기어 상호간의 마찰을 유도하고, 이에 의하여 플래닛기어의 구속력을 생성함으로써 감속기에 의한 동력전달을 차단하여 제동기능을 구현할 수 있는 ECM 제동장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차나, 하이브리드 자동차의 경우에는 동력전달을 위하여 내연기관 차량과 달리 휠 내부에 모터가 장착되어 모터의 구동을 동력원으로 사용하게 된다.

이러한 구조의 동력전달시스템을 Electric Corner Module이나, 또는 In-wheel Motor가 있다.

또한 상기한 바와 같은 동력전달시스템은 큰 구동력을 얻기 위해 감속기를 사용하게 되고,

이러한 감속기의 구조는 휠축에 선기어가 장착되고, 하우징에 링기어가 배치되며, 선기어와 링기어 사이에 맞물리는 다수의 플래닛기어로 구성되는 플래닛기어 캐리어가 휠의 허브에 설치되어 링기어를 고정하고 선기어를 구동시키게 되면 플래닛기어 캐리어가 감속되도록 구성된다.

즉 모터의 스테이터에 전원이 인가되어 로터가 구동하여 동력이 전달되면 선기어가 회전하고, 이때 링기어의 내면을 따라 플래닛기어가 회전하여 플래닛기어 캐리어가 휠을 구동시키게 되므로 휠은 감속되어 큰 구동력을 얻을 수 있게 된다.

다만 상기한 바와 같은 종래의 Electric Corner Module를 비롯한 In-wheel Motor 구조의 동력전달시스템은 휠 내부에 모터 브레이크, 캘리퍼(caliper), 드럼 브레이크 등과 같은 통상적인 제동장치가 설치되는 구조로 이루어져 있다.

따라서 동력전달시스템과 통상적인 제동장치가 휠 내부에 동시에 배치되어야 하기 때문에 동력전달시스템의 사이즈에 제한이 따르는 문제가 있다.

또한 별도의 캘리퍼, 드럼을 도입하는 경우에는 모터나 감속기 일부의 성능을 손해 보거나, 제동성능의 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 휠의 사이즈가 증대되고, 결과적으로 동력전달시스템의 사이즈 증대를 초래하여 패키징의 최적화를 구현하기 어렵다는 문제가 있다.

아울러 휠과 동력전달시스템의 사이즈 증대는 자동차의 공간효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 연비를 저감시키는 데에도 악영향을 미치는 문제가 있다.

일본특허공보 특허제3515628호(2004. 01. 23.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제들을 해결하기 안출된 것으로,

구동수단에 의하여 플래닛기어를 축방향으로 이동시켜 하우징과 플래닛기어 상호간의 마찰을 유도하고, 이에 의하여 플래닛기어의 구속력을 생성하여 감속기에 의한 동력전달을 차단함으로써 제동기능을 구현하여 휠과 동력전달시스템의 무게를 줄이고, 패키징의 최적화를 이루고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 플래닛기어의 축방향 이동을 위한 동력원을 공급하기 위해 구동수단으로는 유압이나, 공압 또는 모터 등과 같은 액추에이터로 구성이 가능하여 구조로 단순하면서도, 안정적인 동력전달이 가능하도록 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 ECM 제동장치는 수납부를 갖는 하우징; 하우징의 수납부에 양단이 수용되는 샤프트; 샤프트에 연결되는 플래닛기어; 및 샤프트에 동력을 전달하여 플래닛기어를 축방향으로 이동시키고, 하우징과 플래닛기어 상호간의 마찰을 유도하는 구동수단;을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 하우징의 수납부에 내장되고, 샤프트의 일단부 또는 양단부를 지지하기 위한 탄성부재가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구동수단은 하우징의 수납부와 연통되도록 형성되는 유로와, 유로를 통하여 작동유체를 공급하고, 샤프트를 축방향으로 가압하여 상기 플래닛기어의 축방향 이동을 유도하기 위한 구동펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구동수단은 구동모터와, 샤프트의 일단부에 연결되고, 상기 구동모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 샤프트의 축방향 이동을 유도하는 운동변환부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 샤프트에 장착되고, 하우징의 수납부 벽면에 접하는 밀폐부재가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하우징과 플래닛기어의 접촉면에는 마찰패드가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 ECM 제동장치는 통상적인 제동장치를 추가로 도입할 필요가 없이 감속기 자체에 의하여 제동기능을 구현함으로써 휠과 동력전달시스템의 무게를 줄이고, 패키징의 최적화를 구현할 수 있게 되며,

또한 패키징의 최적화를 통하여 자동차의 공간효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 자동차의 연비를 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 ECM 제동장치가 구비된 동력전달시스템을 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 ECM 제동장치의 제1 실시례를 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 ECM 제동장치의 제2 실시례를 나타내는 개념도.

이하에서는 본 발명에 따른 ECM 제동장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 ECM 제동장치는

수납부(110)를 갖는 하우징(100)과, 하우징(100)의 수납부(110)에 양단이 수용되는 샤프트(200)와, 샤프트(200)에 연결되는 플래닛기어(300); 및 샤프트(200)에 동력을 전달하여 플래닛기어(300)를 축방향으로 이동시키고, 하우징(100)과 플래닛기어(300) 상호간의 마찰을 유도하는 구동수단(400)으로 구성된다.

우선 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 ECM동력전달시스템은 동력을 전달하기 위한 모터(10)와, 모터(10)에 의한 동력을 휠(60)로 전달하기 위한 감속기(R)로 구성된다.

이 감속기(R)는 모터(10)의 로터(13)에 연결되는 선기어(20)와, 케이싱에 장착되는 링기어(30)와, 선기어(20)와 링기어(30)에 맞물리도록 배치되는 다수의 플래닛기어(300)와, 플래닛기어(300)들이 연결되는 출력 샤프트(40)로 구성되고,

출력 샤프트(40)에는 휠 허브(50)에 설치된다.

이렇게 구성되는 ECM 동력전달시스템은 모터(10)의 스테이터(11)에 전원이 인가되어 로터(13)가 구동되고, 로터(13)에 의하여 선기어(20)가 회전하게 되며, 선기어(20)에 의하여 플래닛기어(300)들이 회전하게 된다.

또한 플래닛기어(300)들에 의하여 링기어(30)가 회전하게 되면 출력 샤프트(40)가 회전하게 되고, 이때 휠 허브(50)에 동력이 전달되어 휠(60)을 구동시켜 자동차에 동력을 전달하게 된다.

이 경우 감속기(R)의 선기어(20)가 회전하고, 이때 링기어(30)의 내면을 따라 플래닛기어(300)가 회전하여 휠(60)을 구동시키게 되어 휠(60)은 큰 구동력을 얻을 수 있게 된다.

특히 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 명에 따른 ECM 제동장치는 감속기(R)의 출력 샤프트(40) 내측단부에 하우징(100)이 연결되어 링 기어 내부에 배치되고,

이 하우징(100)은 프론트 하우징(100A)과, 리어 하우징(100B)으로 구성되며, 프론트 하우징(100A)과, 리어 하우징(100B)의 내측면에는 상호 대응하는 위치에 다수의 수납부(110)들이 구비된다.

아울러 각 하우징(100)의 수납부(110)들 중에서 대응하는 위치에 배치된 수납부(110)에 샤프트(200)의 양단이 수용되고,

이 샤프트(200)들에는 각각 베어링(800)이 장착되며, 이 베어링(800)들의 외측에는 다수의 플래닛기어(300)들이 장착된다.

그리고 샤프트(200)들의 전후방에는 각 베어링(800)과 플래닛기어(300)의 외측면을 지지하여 샤프트(200)로부터 베어링(800)과 플래닛기어(300)가 이탈하는 것을 방지하기 위해 C-링과 같은 지지부재(900)가 장착된다.

상기한 바와 같이 구성된 ECM 제동장치는 모터(10)의 구동에 의하여 선기어(20)가 회전을 하게 되면 플래닛기어(300)들이 링기어(30)의 내면을 따라 구동되어 출력 샤프트(40)가 휠 허브(50)를 구동시켜 큰 동력을 휠(60)에 전달하게 된다.

이 경우 종래의 전기자동차나, 하이브리드 자동차의 제동은 전술한 배경기술에서 알 수 있는 바와 같이 모터 브레이크, 캘리퍼, 드럼 브레이크 등과 같은 통상적인 제동장치를 필요로 한다.

그러나 Electric Corner Module을 비롯한 In-wheel Motor 관련된 동력전달시스템은 최근 패키징 최적화를 위한 노력으로 사이즈를 줄이기 위한 노력이 가속화되고 있는데,

종래와 같이 통상적인 제동장치가 도입되는 경우 동력전달시스템이 휠의 내부에 설치되어야 하므로 사이즈에 대한 제한이 많이 따르기 때문에 제동장치를 구성하는 데에 어려움이 많다.

그러므로 통상적인 제동장치를 사용하는 경우 패키징의 최적화가 어려울 뿐만 아니라, 휠의 무게나 사이즈 증대와, 동력전달시스템의 증대를 초래하는 문제가 있고,

이는 자동차의 공간효율을 저해하는 요소일 뿐만 아니라, 연비를 저감시키는 데에도 악영향을 미치게 된다.

또한 종래와 같이 통상적인 제동장치를 추가적으로 장착하는 경우에는 모터나 감속기 일부의 성능을 손해 보거나, 또는 제동성능이 저하되는 문제를 초래하기도 한다.

따라서 본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 감속기(R) 자체에 제동성능을 부여함으로써 휠(60)과 동력전달시스템의 사이즈를 줄이고, 이를 통하여 패키징 최적화를 구현할 수 있게 된다.

이를 위한 본 발명에 따른 ECM 제동장치는 플래닛기어(300)를 축방향으로 이동시켜 플래닛기어(300)와 리어 하우징(100B)(또는 프론트 하우징(100A))과 접촉을 통한 마찰저항에 의하여 플래닛기어(300)가 구속되도록 함으로써 제동성능을 구현하게 된다.

우선 플래닛기어(300)를 축방향으로 이동시키기 위해 구동수단(400)이 구비되는데,

이 구동수단(400)은 유압이나, 공압 또는 구동모터(430)를 동력원으로 하여 샤프트(200)를 일측 방향으로 이동시키게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 유압이나 공압(이하 '작동유체'라고 함)을 동력원으로 사용하는 경우에는 프론트 하우징(100A)(또는 리어 하우징(100B))에 배치된 수납부(110)에 연통되도록 유로(410)가 형성되고,

이 유로(410)에 작동유체를 공급하기 위해 구동펌프(420)가 구비된다.

따라서 제동을 위한 신호가 인가되어 구동펌프(420)가 작동하게 되면, 소정 압력의 작동유체가 유로(410)를 통하여 수납부(110)를 채우게 되고,

작동유체의 압력에 의하여 샤프트(200)의 일단부(또는 전단부)가 가압되어 샤프트(200)는 'b'방향에서 'a'방향으로 이동을 하게 된다.

이때 플래닛기어(300)가 축방향으로 이동하여 플래닛기어(300)의 타단면(또는 후단면)이 리어 하우징(100B)의 내측면에 접촉되고, 플래닛기어(300)와 리어 하우징(100B)의 접촉면에 의한 저항으로 플래닛기어(300)가 구속됨으로써 동력전달이 차단되어 제동이 가능하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이 구동수단(400)의 또 다른 실시례로 모터(10)의 구동력을 사용하는 경우에는 프론트 하우징(100A)(또는 리어 하우징(100B))에 배치된 수납부(110) 측에 구동모터(430)를 장착하고,

이 구동모터(430)에 의하여 회전운동을 직선운동으로 전환할 수 있는 운동변환부(440)가 도입되고, 이 운동변환부(440)는 구동모터(430)와 샤프트(200)의 일단부(또는 전단부)에 연결된다.

따라서 제동 신호가 인가되어 구동모터(430)가 작동하게 되면, 구동모터(430)의 회전운동을 운동변환부(440)가 직선운동으로 변환하게 되며,

이때 샤프트(200)가 'a'방향에서 'b'방향으로 이동을 하게 된다.

따라서 플래닛기어(300)는 축방향으로 이동하여 플래닛기어(300)의 타단면(또는 후단면)이 리어 하우징(100B)의 내측면에 접촉되고, 플래닛기어(300)와 리어 하우징(100B)의 접촉면에 의한 저항으로 플래닛기어(300)가 구속됨으로써 동력전달이 차단되어 제동이 가능하게 된다.

이 경우 운동변환부(440)는 구동모터(430)의 회전운동을 직선운동을 변환하기 위해 다양한 구조가 가능한데,

예컨대 구동모터(430)에 구비되는 구동축을 스크루 형태로 제작하거나, 또는 구동축에 스크루를 연결하고, 샤프트(200)에 축방향으로 나선이 구비된 홈이나, 홀이 형성되며, 이 홈이나 홀에 스크루를 삽입하여 구동모터(430)의 구동 시, 스크루는 회전함과 동시에, 샤프트(200)는 스크루를 타고 직선으로 이동하게 된다.

이 경우 스크루와 샤프트(200)의 나선간의 마찰을 줄이기 위해 볼이 내장되는 볼 스크루 타입을 도입하는 것도 가능하다.

또한 운동변환부는 상기 실시례 외에도 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있는 장치나 기구의 도입이 가능하다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 ECM 제동장치는 감속기(R) 자체에 제동기능을 부여함으로써 종래와 같이 통상적인 제동장치를 별도로 설치할 필요가 없게 되고,

이에 의하여 휠(60)이나 동력전달시스템의 사이즈와 무게를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 패키징의 최적화를 구현할 수 있게 된다.

나아가 샤프트(200)의 양단부에는 오링 형태의 밀폐부재(600)가 장착되어 수납부(110)의 벽면에 접하여 기밀이 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하고,

특히 구동수단(400)에 의한 동력원으로 작동유체를 사용하는 경에는 작동유체가 누유되는 것을 방지하여 제동 시, 일정한 압력이 유지될 수 있도록 하기 위해 밀폐부재(600)의 도입이 필수적이라 하겠다.

또한 플래닛기어(300)와 리어 하우징(100B) 상호간의 마찰면에 마찰패드(700)를 부착하여 플래닛기어(300)와 리어 하우징(100B) 상호간의 마찰로 인한 소재의 마모를 방지하고, 소음을 줄일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 마찰패드(700)는 플래닛기어(300)와, 리어 하우징(100B) 상호간의 마찰 시, 마찰력이 증대될 수 있도록 마찰계수가 큰 소재를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 상호간의 마찰에 의한 마모와 소음을 줄일 수 있는 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

아울러 구동수단(400)에 의하여 샤프트(200)와 플래닛기어(300)가 축방향으로 이동하여 제동기능을 수행한 후, 샤프트(200)와 플래닛기어(300)가 원 상태로 복원되는 것을 원활히 하기 위해 탄성부재(500)가 도입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 탄성부재(500)는 각 하우징(100)의 수납부(110)에 내장되고, 샤프트(200)의 양단면에 연결되어 제동기능의 수행 후, 샤프트(200)가 원 상태로 복귀하기 위해 'a'방향에서 'b'방향으로의 이동 시, 탄성을 발휘하여 샤프트의 복귀동작이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다만 도 3에 도시와 같이 구동수단(400)으로 구동모터(430)가 도입되는 경우 운동변환부(440)가 위치하는 프론트 하우징(100A) 쪽에는 탄성부재(500) 대신에 압력변환부가 수납부(110)에 배치될 수 있도록 한다.

이 경우 샤프트(200)의 복귀 동작은 리어 하우징(100B) 쪽에 구비된 하나의 탄성부재(500)만으로 구현이 가능하다.

그리고 상기 탄성부재(500)는 스프링이나, 고무 또는 엘라스토머 등과 같이 탄성을 발휘할 수 있는 다양한 소재로 제작될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

R : 감속기
10 : 모터
11 : 스테이터 13 : 로터
20 : 선기어
30 : 링기어
40 : 출력 샤프트
50 : 휠 허브
60 : 휠
100 : 하우징
100A : 프론트 하우징 100B : 리어 하우징
110 : 수납부
200 : 샤프트
300 : 플래닛기어
400 : 구동수단
410 : 유로 420 : 구동펌프
430 : 구동모터 440 : 운동변환부
500 : 탄성부재
600 : 밀폐부재
700 : 마찰패드
800 : 베어링
900 : 지지부재

Claims

수납부(110)를 갖는 하우징(100);
상기 하우징(100)의 수납부(110)에 양단이 수용되는 샤프트(200);
상기 샤프트(200)에 연결되는 플래닛기어(300); 및
상기 샤프트(200)에 동력을 전달하여 상기 플래닛기어(300)를 축방향으로 이동시키고, 상기 하우징(100)과 상기 플래닛기어(300) 상호간의 마찰을 유도하는 구동수단(400);
을 포함하여 이루어진 ECM 제동장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징(100)의 수납부(110)에 내장되고, 상기 샤프트(200)의 일단부 또는 양단부를 지지하기 위한 탄성부재(500)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 ECM 제동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동수단(400)은
상기 하우징(100)의 수납부(110)와 연통되도록 형성되는 유로(410)와,
상기 유로(410)를 통하여 작동유체를 공급하고, 상기 샤프트(200)를 축방향으로 가압하여 상기 플래닛기어(300)의 축방향 이동을 유도하기 위한 구동펌프(420)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ECM 제동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 구동수단(400)은
구동모터(430)와,
상기 샤프트(200)의 일단부에 연결되고, 상기 구동모터(430)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 상기 샤프트(200)의 축방향 이동을 유도하는 운동변환부(440)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ECM 제동장치.
제1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(200)에 장착되고, 상기 하우징(100)의 수납부(110) 벽면에 접하는 밀폐부재(600)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 ECM 제동장치.
제1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(100)과 상기 플래닛기어(300)의 접촉면에는 마찰패드(700)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 ECM 제동장치.