KR20170035156A - 전자식 디스크 브레이크 - Google Patents

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center pin
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공영훈
손종구
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주식회사 만도
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Abstract

전자식 디스크 브레이크가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크는 차륜과 함께 회전하는 디스크와, 디스크의 양측에 설치된 패드 플레이트를 동작 하기 위한 캘리퍼 하우징과, 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 피스톤을 진퇴시키기 위해 캘리퍼 하우징에 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 스핀들을 회전시키는 전기모터와, 전기모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위한 감속장치를 구비하는 액츄에이터를 포함하고, 감속장치는 전기모터와 연결되는 동력연결유닛과, 동력연결유닛과 스핀들을 연결하는 유성기어유닛과, 동력연결유닛과 유성기어유닛을 관통하는 센터핀을 포함하되, 동력연결유닛은 전기모터의 축에 마련되는 구동기어와, 유성기어유닛에 연결되는 피동기어를 포함하고, 유성기어유닛은 선기어와, 선기어의 외측에 치합되는 복수의 유성기어와, 유성기어를 수용하도록 내접기어로 된 링기어와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하고 선기어와 동축적으로 회전하도록 설치되며 회전 동력을 출력하는 캐리어를 포함하며, 센터핀은 유성기어유닛의 선기어에 압입 고정된다.

Description

전자식 디스크 브레이크{Electronic disc brake}
본 발명은 전자식 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기모터의 동작에 의해 주차 기능을 구현할 수 있는 전자식 브레이크 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 브레이크 장치는 제동 또는 주차 시 차량을 움직이지 못하도록 정지시키기 위한 장치로, 차량의 휠을 회전하지 못하도록 잡아주는 역할을 한다.
최근에는 주차 브레이크의 구동을 전자적으로 제어하는 전자식 주차 브레이크(Electronic Parking Brake;EPB) 시스템이 널리 사용되고 있는데, 통상의 디스크 브레이크에 장착되어 주차 브레이크의 기능을 수행한다. 전자식 디스크 브레이크에는 케이블 풀러(Cable Puller)형, 모터 온 캘리퍼(Motor-On-Caliper;MOC)형, 유압주차 브레이크(Hydraulic Parking Brake)형이 있다.
한국 공개특허 제10-2011-0072877호(2011.06.29.) 상기 문헌은 MOC형 전자식 파킹 브레이크 액츄에이터 구조에 관한 것으로, 동력을 발생시키는 모터가 액츄에이터에 연결되고, 모터로부터 발생된 동력을 다수의 기어장치를 이용하여 감속하는 한편 토크를 증가시켜 액츄에이터 및 캘리퍼로 전달하여 제동 동작을 수행한다. 그런데, 동력 전달을 위해 설치되는 다수의 기어장치들은 제동 시 작동소음 측면에서 불리하게 작용된다. 예컨대, 기어들 간의 결합(치합)이 정밀하게 제어되지 못할 경우, 이는 액츄에이터의 작동 시 소음 및 진동을 유발할 뿐만 아니라 심할 경우 내구성을 해칠 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크는 모터의 구동력을 전달하는 연결유닛 및 회전력을 감소시키는 감속유닛 등 각 구성부품들 사이의 연결구조를 개선한 전자식 디스크 브레이크를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차륜과 함께 회전하는 디스크와, 디스크의 양측에 설치된 패드 플레이트를 동작 하기 위한 핑거부와 실린더부를 갖춘 캘리퍼 하우징과, 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 피스톤을 진퇴시키기 위해 캘리퍼 하우징의 실린더부에 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 스핀들을 회전시키는 전기모터와, 전기모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위한 감속장치를 구비하는 액츄에이터를 포함하고, 감속장치는 전기모터와 연결되는 동력연결유닛과, 동력연결유닛과 스핀들을 연결하는 유성기어유닛과, 동력연결유닛과 유성기어유닛을 관통하는 센터핀을 포함하되, 동력연결유닛은 전기모터의 축에 마련되는 구동기어와, 유성기어유닛에 연결되는 피동기어를 포함하고, 유성기어유닛은 선기어와, 선기어의 외측에 치합되는 복수의 유성기어와, 유성기어를 수용하도록 내접기어로 된 링기어와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하고 선기어와 동축적으로 회전하도록 설치되며 회전 동력을 출력하는 캐리어를 포함하며, 센터핀은 유성기어유닛의 선기어에 압입 고정되는 전자식 디스크 브레이크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유성기어유닛은 다단 감속하기 위한 제1유성기어유닛과 제2유성기어유닛을 포함하며, 상기 센터핀은 상기 동력연결유닛의 피동기어와 인접한 상기 제1유성기어유닛의 선기어에 압입 고정될 수 있다.
또한, 상기 센터핀은 동축 상에 마련되는 동력연결유닛의 피동기어와, 제1유성기어유닛의 캐리어와, 제2유성기어유닛의 선기어 및 캐리어의 중심에 각각 마련되는 중심홀에 슬라이딩 회전 가능하게 이격 마련될 수 있다.
또한, 상기 감속장치는 동력연결유닛과 유성기어유닛을 감싸기 위한 하우징캡을 더 포함하고, 상기 제2유성기어유닛의 캐리어는 스핀들과 결합하는 출력축을 포함하며, 상기 센터핀은 상기 하우징캡과 출력축에 양단이 회전 가능하게 지지될 수 있다.
또한, 상기 센터핀과, 센터핀이 관통하는 감속장치 사이에는 구리스가 도포될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크는 감속장치의 동력연결유닛 및 유성기어유닛들의 기어들을 센터핀을 이용하여 동축 상에 정렬함으로써 기어들의 부정합에 의한 동력의 손실 및 소음을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크는 센터핀이 유성기어유닛의 입력축에 압입 고정되어 있어 조립 편이성이 높으며, 특히 입력축은 부하를 받으면 치합 위치가 변형되기 쉬운 동력연결유닛에 인접하게 마련되기 때문에, 동력연결유닛으로부터 유발되는 센터핀의 휨에 대한 유성기어유닛의 기어 부정합을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크의 감속장치를 분해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 일부 확대 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크를 도시한 단면도로, 도면에 도시된 전자식 디스크 브레이크는 모터 온 캘리퍼(Motor-On-Caliper)방식이다. 도 2는 본 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크의 일부 분해 사시도이며, 도 3은 본 실시 예에 따른 전자식 디스크 브레이크의 일부 확대 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 실시 예의 전자식 디스크 브레이크(10)는 차륜과 함께 회전하는 디스크(11)와, 디스크패드(14,15)가 각각 부착된 한 쌍의 패드 플레이트(12,13)가 일정 간격 이격되게 설치되는 캐리어(미도시)와, 캐리어에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어 패드 플레이트(12,13)를 작동시키는 캘리퍼 하우징(20)과, 캘리퍼 하우징(20)의 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤(31)이 구비되는 액츄에이터(30)를 포함한다.
캘리퍼 하우징(20)은 한 쌍의 가이드로드(미도시)를 통해 캐리어에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되며, 이러한 캘리퍼 하우징(20)은 피스톤(31)이 내장되는 실린더부(21)와, 후술하는 외측 패드 플레이트(12)를 작동시키기 위한 핑거부(23)와, 핑거부(23)와 실린더부(21)를 연결하는 연결부(25)를 포함한다.
캐리어는 차체의 너클에 마운팅 볼트를 통해 장착되며, 이러한 캐리어의 양단부에는 캘리퍼 하우징(20)이 가이드로드를 통해 슬라이딩 가능하게 결합된다.
한 쌍의 패드 플레이트(12,13)는 내면에 디스크패드(14,15)가 부착된다. 패드 플레이트(12,13)는 그 외면이 피스톤(31)의 선단과 접하도록 배치되는 내측 패드 플레이트(13)와, 외면이 핑거부(23)와 접하도록 배치되는 외측 패드 플레이트(12)로 이루어진다.
액츄에이터(30)는 캘리퍼 하우징(20)의 실린더부(21)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 피스톤(31)과, 캘리퍼 하우징(20)의 실린더부(21) 내에 회전 가능하게 설치되는 스핀들(33)과, 스핀들(33)의 회전에 의해 진퇴하면서 피스톤(31)을 가압하거나 가압 해제하도록 피스톤(31)의 내측에 설치되는 너트 스핀들(36)과, 스핀들(33)을 회전시키기 위한 전기모터(41)와, 전기모터(41)의 회전력을 스핀들(33)에 전달하는 감속장치(45)를 포함하여 구성된다.
피스톤(31)은 상술한 바와 같이 실린더부(21)에 슬라이딩 가능하도록 삽입되며, 이러한 피스톤(31)은 내부가 컵(cup) 형상으로 파인 원통형으로 마련된다.
스핀들(33)은 실린더부(21)의 후단 쪽에 회전 가능하게 지지되는 지지부(34)와, 지지부(34)에서 피스톤(31)의 내측 중심부를 향하여 소정 길이 연장되는 수나사부(35)를 구비한다.
너트 스핀들(36)은 원통형으로 형성되며 스핀들(33)의 회전에 의해 축방향으로 진퇴할 수 있도록, 내면에 스핀들(33)의 수나사부(35)와 체결되는 암나사부(37)를 구비한다. 따라서, 스핀들(33)이 정방향 또는 역방향으로 회전하면, 너트 스핀들(36)의 진퇴가 이루어져 피스톤(31)을 가압함으로써 제동이 이루어진다.
전기모터(41)는 차량의 운전석에 마련된 스위치(미도시)의 조작에 의해 전원을 인가받아 전기적 에너지를 기계적 회전 운동에너지로 변환시킨다. 스위치의 작동 신호에 따른 제동 동작의 제어는 미도시된 차량의 전자제어유닛(ECU)에 의해 이루어진다.
감속장치(45)는 동력연결유닛(50)과 복수의 유성기어유닛(60)를 포함한다.
동력연결유닛(50)은 전기모터(41)의 축과 유성기어유닛(60)을 연결한다. 이러한 동력연결유닛(50)은 전기모터(41)에 마련된 구동기어(51)와, 유성기어유닛(60)에 연결되는 피동기어(53)와, 구동기어(51)와 피동기어(53)의 사이에서 이들을 연결하는 중간기어(52)를 포함할 수 있다.
또, 동력연결유닛(50)은 구동기어(51), 중간기어(52), 피동기어(53)의 축간 거리를 유지함과 동시에 중간기어(52)의 축을 지지하는 프레임(54)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 동력연결유닛(50)은 구동기어(51) 측에서 피동기어(53) 측으로 갈수록 기어의 잇수가 증가하도록 하여, 전기모터(41)의 회전이 유성기어유닛(60)에 감속되어 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전기모터(41)는 유성기어유닛(60)의 측방에 설치되고, 그 중심축선이 유성기어유닛(60)의 중심축선과 평행하도록 배치된다. 이처럼 전기모터(41)의 중심축선과 유성기어유닛(60)의 중심축선이 평행하도록 전기모터(41)를 감속장치(45)의 측방에 배치하면 전자식 디스크 브레이크의 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 미설명부호 56은 감속장치(45)와 전기모터(41)를 커버하는 하우징캡이다.
유성기어유닛(60)은 다단 감속을 통해 큰 감속비를 얻을 수 있도록 전기모터(41)와 연결되는 동력연결유닛(50)에서 스핀들(33)에 이르기까지 연속적으로 연결되는 제1 및 제2 유성기어유닛(61,62)을 포함한다.
제1 및 제2유성기어유닛(61,62)은 선기어(61a,62a)와, 선기어(61a,62a)의 외측에 치합되는 복수의 유성기어(61b,62b)와, 유성기어(61b,62b)를 수용하도록 내접기어로 된 링기어(61c,62c)와, 유성기어(61b,62b)를 회전 가능하게 지지하고 선기어(61a,62a)와 동축적으로 회전하도록 설치되며 회전 동력을 출력하는 캐리어(61d,62d)를 포함한다.
본 실시 예에서 제1유성기어유닛(61)의 선기어(61a)는 동력연결유닛(50)의 피동기어(53)에 일체로 마련되고, 제2유성기어유닛(62)의 선기어(62a)는 제1유성기어유닛(61)의 캐리어(62d)에 일체로 마련되는 것으로 도시하였으나, 이는 통상의 기술자가 적절하게 본딩이나 결합 방식으로 수정 및 변경할 수 있다. 또한, 링기어(61c,62c)는 원통의 하우징바디(64) 내면에 기어를 형성하여 마련할 수 있다.
여기서 감속장치(45)를 다시 한번 간단히 정리하면, 전기모터(41)와 기어 연결된 동력연결유닛(50)의 피동기어(53)에는 제1유성기어유닛(61)의 선기어(61a)가 연결되고, 제1유성기어유닛(61)의 출력측인 캐리어(61d)의 중심축에는 제2유성기어유닛(62)의 선기어(62a)가 연결된다. 즉, 복수의 유성기어유닛(61,62)은 이러한 방식으로 연속 결합되고, 최종적으로 제2유성기어유닛(62)의 캐리어(62d)가 출력축(65)를 이용하여 액츄에이터의 스핀들(33)과 연결된다.
따라서, 본 실시 예에 따른 감속장치(45)는 구동원인 전기모터(41)를 소형화하면서도 스핀들(33)을 큰 힘으로 회전시킬 수 있도록 하여, 예를 들어 제동을 수행한 상태에서 전기모터(41)의 동작을 정지시킬 경우 감속장치(45)의 큰 감속비에 의해 스핀들(33)의 회전이 제한됨으로써 제동상태가 유지되도록 할 수 있다.
한편, 상술한 감속장치(45)의 기어들 예컨대, 동력연결유닛(50)의 피동기어(53)와, 제1,2유성기어유닛(61,62)의 각 선기어 및 캐리어의 중심은 센터핀(70)을 이용하여 동축상에 일렬로 배치된다.
센터핀(70)은 도 3에 도시한 바와 같이 일단은 하우징캡(56)에 일단이 회전 가능하게 결합되고, 타단은 유성기어유닛(60)을 관통하여 출력축(65)에 회전 가능하게 결합된다. 하우징캡(56)은 관통공 형태의 핀홀을 마련하여 센터핀(70)이 슬라이딩 회전 가능하게 끼워지며, 출력축(65)은 소정 깊이로 파인 축홀을 마련하여 센터핀(70)이 회전 가능하게 끼워진다. 도시하지는 않았지만 센터핀과 하우징캡 및 출력축 사이에는 회전이 용이하도록 베어링을 개재할 수 있다.
한편, 센터핀(70)이 관통하는 제1유성기어유닛(61)의 선기어(61a)는 동력연결유닛(50)으로부터 유성기어유닛(61)으로 동력을 전달하는 입력축으로, 이 선기어(61a)의 중심에 마련되는 기어공(61e)에는 센터핀(70)이 강제 압입되어 고정된다. 이는 전기모터(41)가 부하를 받으면 횡방향으로 연결되어 있는 동력연결유닛(50)의 각 기어(51,52,53)가 순차적으로 밀리면서 치합 위치가 변형되기 쉽기 때문에 최종 피동기어(53)에 센터핀(70)이 고정될 경우 휠 가능성이 높다. 본 실시 예에서는 피동기어(53)에 인접한 제1유성기어유닛(61)의 선기어(61a)에 센터핀(70)을 고정시킴으로써 동력연결유닛의 변형에 의한 유성기어유닛의 기어 부정합을 효과적으로 방지할 수 있다.
센터핀(70)이 관통하는 다른 제1유성기어유닛(61)의 캐리어(61d)와, 제2유성기어유닛(62)의 선기어(62a) 및 캐리어(62d)에 대해서 센터핀(70)은 슬라이딩 회전 가능하도록 센터에 마련되는 중심홀(67)에 대해 이격하여 끼워진다.
이와 같이 피동기어(53)와 제1,2유성기어유닛(61,62)의 선기어 및 캐리어에 각각 마련되는 중심홀(67)에 대해 소정 거리 이격하여 슬라이딩 회전 가능하게 결합된 센터핀(70)으로 인해 감속장치(45)는 중심이 일렬로 정렬(centering)되기 때문에 다수의 기어를 이용한 동력 전달 시 비틀림으로 인한 동력 손실 및 소음 증가를 효과적으로 저감할 수 있으며, 나아가 감속장치의 조립이 용이해진다.
또한, 자세히 도시하지는 않았지만 이격된 감속장치의 피동기어(53), 선기어(61a,62a), 및 캐리어(61d,62d)의 중심홀(67)과 센터핀(70) 사이에는 이물 유입의 방지 및 원활한 회전을 위해 구리스 등의 윤활재가 도포될 수 있다.
상기와 같은 구조를 가진 전자식 디스크 브레이크의 제동 동작은 다음과 같이 이루어진다.
운전자가 제동(주차 포함)를 위해 차량의 운전석 쪽에 마련된 주차스위치를 조작하면, 전기모터(41)의 회전이 이루어진다. 전기모터(41)의 회전은 감속장치(45)를 거치면서 감속되어 큰 힘으로 스핀들(33)을 회전시킨다.
스핀들(33)이 회전하면 너트 스핀들(36)의 축방향 이동이 이루어지고, 너트 스핀들(36)이 피스톤(31)을 가압함으로써 제동이 이루어진다.
제동이 이루어진 후에는 전기모터(41)의 동작이 정지되고, 감속장치(45)가 큰 감속비를 가지기 때문에 스핀들(33)의 회전이 방지된다. 이에 따라 전기모터(41)를 다시 구동하지 않는 한 제동상태가 그대로 유지된다.
운전자가 제동을 해제할 때에는 운전석의 주차스위치를 조작하여 제동을 해제한다. 이때는 전기모터(41)가 제동 시의 역방향으로 회전하고 스핀들(33)이 제동 시의 역방향으로 회전하므로, 너트 스핀들(36)이 피스톤(31)의 가압을 해제하여 제동이 해제된다.
10 : 전자식 디스크 브레이크 11 : 디스크
20 : 캘리퍼 하우징 21 : 몸체부
23 : 핑거부 31 : 피스톤
33 : 스핀들 36 : 너트 스핀들 41 : 전기모터 45 : 감속장치
50 : 동력연결유닛 53 : 피동기어
60 : 유성기어유닛 61 : 제1유성기어유닛
62 : 제2유성기어유닛 65 : 출력축
67 : 중심홀 70 : 센터핀

Claims (5)

  1. 차륜과 함께 회전하는 디스크와,
    상기 디스크의 양측에 설치된 패드 플레이트를 동작 하기 위한 캘리퍼 하우징과,
    상기 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 상기 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 피스톤을 진퇴시키기 위해 상기 캘리퍼 하우징에 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 상기 스핀들을 회전시키는 전기모터와, 상기 전기모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위한 감속장치를 구비하는 액츄에이터를 포함하고,
    상기 감속장치는 전기모터와 연결되는 동력연결유닛과, 동력연결유닛과 상기 스핀들을 연결하는 유성기어유닛과, 상기 동력연결유닛과 유성기어유닛을 관통하는 센터핀을 포함하되,
    상기 동력연결유닛은 전기모터의 축에 마련되는 구동기어와, 유성기어유닛에 연결되는 피동기어를 포함하고,
    상기 유성기어유닛은 선기어와, 선기어의 외측에 치합되는 복수의 유성기어와, 유성기어를 수용하도록 내접기어로 된 링기어와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하고 선기어와 동축적으로 회전하도록 설치되며 회전 동력을 출력하는 캐리어를 포함하며,
    상기 센터핀은 상기 유성기어유닛의 선기어에 압입 고정되는 전자식 디스크 브레이크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유성기어유닛은 다단 감속하기 위한 제1유성기어유닛과 제2유성기어유닛을 포함하며,
    상기 센터핀은 상기 동력연결유닛의 피동기어와 인접한 상기 제1유성기어유닛의 선기어에 압입 고정되는 전자식 디스크 브레이크.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센터핀은 동축 상에 마련되는 동력연결유닛의 피동기어와, 제1유성기어유닛의 캐리어와, 제2유성기어유닛의 선기어 및 캐리어의 중심에 각각 마련되는 중심홀에 슬라이딩 회전 가능하게 이격 마련되는 전자식 디스크 브레이크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 감속장치는 동력연결유닛과 유성기어유닛을 감싸기 위한 하우징캡을 더 포함하고,
    상기 제2유성기어유닛의 캐리어는 스핀들과 결합하는 출력축을 포함하며,
    상기 센터핀은 상기 하우징캡과 출력축에 양단이 회전 가능하게 지지되는 전자식 디스크 브레이크.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센터핀과, 센터핀이 관통하는 감속장치 사이에는 구리스가 도포되는 전자식 디스크 브레이크.
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그런데, 동력 전달을 위해 설치되는 다수의 기어장치들은 제동 시 작동소음 측면에서 불리하게 작용된다. 예컨대, 기어들 간의 결합(치합)이 정밀하게 제어되지 못할 경우, 이는 액츄에이터의 작동 시 소음 및 진동을 유발할 뿐만 아니라 심할 경우 내구성을 해칠 수 있다.
상기 문헌은 MOC형 전자식 파킹 브레이크 액츄에이터 구조에 관한 것으로, 동력을 발생시키는 모터가 액츄에이터에 연결되고, 모터로부터 발생된 동력을 다수의 기어장치를 이용하여 감속하는 한편 토크를 증가시켜 액츄에이터 및 캘리퍼로 전달하여 제동 동작을 수행한다.

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