KR20200019732A - 제동 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제동 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자이로스코픽 제동 장치 및 방법에 관한 것이지만 이에 한정하는 것은 아니다. 제동 장치(1)는 몸체(2); 제1 축선(101)을 중심으로 한 회전을 위해 몸체(2)를 지지하기 위한 내측 지지 수단(4); 제2 축선(102)을 중심으로 한 회전을 위해 내측 지지 수단(4)을 지지하기 위한 외측 지지 수단(6); 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31); 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17); 외측 지지 수단(6)을 지지하기 위한 서스펜션 수단(9,10,11,29)을 포함한다.

Description

제동 장치 및 방법
본 발명은 제동 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자이로스코픽 제동 장치 및 방법에 관한 것이지만 이에 한정하는 것은 아니다.
제동 시스템은, 예컨대 내리막 길을 이동하는 동안, 차량의 속도를 감소시키거나 또는 차량의 원치않는 가속을 방지하기 위해 사용되는 차량의 기본 구성요소이다. 종래의 제동 시스템에서, 브레이크 패드 또는 브레이크 슈(brake shoe)가 차량의 바퀴에 연결된 회전 디스크 또는 드럼에 대해 가압된다. 이는 대응하는 디스크 또는 드럼의 표면 상에서 마찰력이 발생되게 한다. 이러한 마찰력에 의해서, 차량의 운동 에너지는 열에너지로 변환되고, 그에 따라서, 차량의 전체 운동 에너지를 감소시킨다. 비록, 이러한 종래의 제동 시스템은 차량에 널리 사용되고 있지만, 이들은 몇 가지 단점이 있다. 특히, 이들 제동 시스템이 사용됨에 따라서 브레이크 패드 또는 브레이크 슈가 마모되고, 그에 따라서, 이들은 규칙적으로 교체되어야 한다. 또한 브레이크 패드와 슈가 마모됨에 따라서, 이들은 주변 공기에 먼지 입자를 방출시켜 오염과 개인의 가능한 건강 문제를 유발시킨다. 또한, 열로서 소산될 수 없는 이들 시스템에서 생성된 열 에너지의 양은 마찰 표면의 온도를 급속하게 상승시킨다. 온도가 임계값 초과로 상승하면 제동 시스템의 성능이 크게 저하된다. 이 문제는 브레이크 페이드(brake fade)라고도 한다.
연속 사용 동안에 제동 시스템의 구성요소가 과열되는 것은 운동 에너지를 열에너지로 변환시키는 제동 시스템의 잠재적 문제이다. 이 문제를 어느 정도 해결하기 위해서, 디스크 브레이크에서의 디스크를 통기시키거나 냉각 핀을 드럼 브레이크에서의 드럼에 통합하는 것과 같은 일부 공기 역학적 기술을 사용하여 제동 시스템의 냉각 속도를 높일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적용 가능한 시스템에 대해, 제동 시스템의 구성 요소로부터 생산된 열 에너지를 제거하기 위해 추가적인 냉각 시스템이 제공될 수 있다. 이를 위해서는 차량의 냉각 시스템의 용량을 늘리거나 특별히 제동 시스템용으로 별도의 냉각 시스템을 설치해야 한다. 그러나, 두 방법 모두 차량의 비용 및 차량의 성능에 악영향을 미칠 수 있는 차량의 중량을 증가시키게 된다. 또한, 이들 제동 시스템으로부터 얻을 수 있는 연속 제동력의 양은 제동 시스템으로부터 제거될 수 있는 열 에너지의 양에 의해 제한되며, 이런 이유로 공기 냉각 능력 및/또는 사용된 외부 냉각 시스템의 용량에 의해 제한된다.
생성되는 열 에너지의 양을 줄이기 위해서, 재생 제동 시스템이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 재생 시스템에서, 차량의 운동 에너지의 일부는 전기 발전기 또는 모터를 사용하여 전기 에너지로 변환되고, 얻어진 에너지는 배터리 또는 커패시터(capacitor)에 저장된다. 그러나, 이러한 시스템은 복잡하며 이들은 차량의 비용과 중량 둘 모두를 증가시키는 발전기/모터 및 배터리/캐패시터를 차량에 설치해야 한다. 반면에, 플라이휠이 있는 기계식 재생 제동 시스템에서는, 차량의 운동 에너지가 플라이휠에 직접 저장된다. 그러나, 그러한 시스템에 사용되는 플라이휠은 크고 무거우며, 이는 차량의 역동성에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 사용되는 재생 제동 시스템의 유형에 관계없이, 저장될 수 있는 에너지의 양은, 예컨대, 배터리/캐퍼시터의 용량과 같은 에너지 저장 매체의 용량에 의해, 그리고 플라이휠의 최대 안전 회전 속도에 의해 제한된다. 따라서, 이들은 연속 사용에 적합하지 않다고 간주된다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 한다.
그에 따라서, 본 발명의 목적은 지구 온난화 및 환경 오염을 감소시키는데 도움이 되는 운동 에너지를 열 에너지로 직접 전환하지 않으면서 요망되는 양의 연속적인 제동력을 얻는 개선된 제동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 요망되는 양의 일정하고 연속적인 제동력을 제공하는 개선된 제동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 덜 진동하는 제동 시스템을 제조하기 위한 개선된 제동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저렴하고, 내구성 있고, 안전한 제동 시스템을 제조하기 위한 개선된 제동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경량의 제동 시스템을 제조하기 위한 개선된 제동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적은 청구항 제1항의 제동 장치 및 청구항 제37항에 따른 제동 방법에 의해서 해결된다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 몸체; 제1 축선을 중심으로 한 회전을 위한 몸체를 지지하는 내측 지지 수단; 제2 축선을 중심으로 한 회전을 위한 내측 지지 수단을 지지하는 외측 지지 수단; 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단; 회전 및 토오크를 제2 축선을 중심으로 몸체에 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단; 외측 지지 수단을 지지하는 서스펜션 수단을 포함하는 제동 장치로서; 제1 축선이 제2 축선에 대해서 0 도보다 큰 알파각으로 배향되고; 제2 축선이 제4 축선에 대해서 0 도보다 크고 90 도보다 작은 베타각으로 배향되며; 서스펜션 수단이 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이 가능하도록 구성되고, 서스펜션 수단이 제2 축선을 중심으로 한 외측 지지 수단의 회전을 방지하도록 구성되어; 몸체가 세차운동 축선인 제3 축선을 중심으로 추가로 회전 가능하고, 세차운동 축선을 중심으로, 몸체의 세차운동이 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키고 토오크를 제2 축선을 중심으로 몸체에 인가한 결과로서 발생하고, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제2 축선을 중심으로 한 몸체에 인가된 토오크가 함께 몸체를 제3 축선에 대해서 추가로 회전되게 하고, 몸체가 제1 축선, 제2 축선 및 제3 축선을 중심으로 동시에 회전하고, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제3 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 함께 제동 토오크가 제2 축선을 중심으로 발생되게 하여; 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대한 제동 토오크를 얻는, 제동 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태는 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전과 제3 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 마치 몸체가 제4 축선을 중심으로 회전하는 것처럼 관측되고, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제3 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 함께 제2 축선을 중심으로 제동 토오크가 발생하도록 하여; 제4 축선을 중심으로 한 제동되여야 할 회전에 대하여 제동 토오크가 얻어진다는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 제동 장치는 제1 축선, 제2 축선, 제3 축선 및 제4 축선을 포함할 수 있다.
제동 장치는 제4 축선을 중심으로 되동되어야 할 회전에 대한 연속적인, 바람직하게는 일정한, 제동 토오크를 제공할 수 있다.
제동 장치에서, 제1 축선 및 제2 축선이 교차하는 경우, 알파각은 제1 축선과 제2 축선 사이의 예각(또는, 제1 축선과 제2 축선이 수직인 경우 직각)으로 정의된다. 제1 축선과 제2 축선이 교차하지 않는 경우, 알파각은, 제1 축선과 제2 축선을 연결하는 최단선의 방향을 따라 볼 때, 제1 축선과 제2 축선 사이의 예각 또는 직각으로 정의된다. 이러한 기하학적 관계를 표현하는 다른 방법은, 제1 축선상의 지점을 고려하고, 이 지점을 통과하며 제2 축선에 평행한 가상선을 고려하는 것이다. 그에 따라서, 알파각은 제1 축선이 이 가상선과 교차하는 예각 또는 직각으로 정의된다. 제1 축선과 제2 축선이 평행 또는 일치하는 경우, 알파각은 0도이다. 제1 축선과 제2 축선이 수직인 경우, 알파각은 90도이다. 따라서, 알파각의 최소값은 0도이고, 알파각의 최대값은 90도이다.
제동 장치에서, 제2 축선과 제4 축선이 교차하는 경우, 베타각은 제2 축선과 제4 축선 사이의 예각(또는, 제2 축선과 제4 축선이 수직인 경우 직각)으로 정의된다. 제2 축선과 제4 축선이 교차하지 않는 경우, 베타각은, 제2 축선과 제4 축선을 연결하는 최단선의 방향을 따라 볼 때, 제2 축선과 제4 축선 사이의 예각 또는 직각으로 정의된다. 이러한 기하학적 관계를 표현하는 다른 방법은, 제2 축선 상의 지점을 고려하고, 이 지점을 통과하며 제4 축선에 평행한 가상선을 고려하는 것이다. 그에 따라서, 베타각은 제2 축선이 이 가상선과 교차하는 예각 또는 직각으로 정의된다. 제2 축선과 제4 축선이 평행 또는 일치하는 경우, 베타각은 0도이다. 제2 축선과 제4 축선이 수직인 경우, 베타각은 90도이다. 따라서, 베타각의 최소값은 0도이고, 베타각의 최대값은 90도이다.
제동 장치에서 제동 토오크를 얻기 위해서, 알파각은 0도 보다 커야하고, 베타각은 0도보다 크고 90도보다 작아야 한다.
알파각의 값은 제동 토오크의 크기에 영향을 미친다. 다른 매개변수를 고정하여 유지시키면서, 알파각이 0도로 설정되면, 제동 토오크의 크기는 0이 된다. 즉, 제동 토오크가 존재하지 않는다. 알파각이 증가함에 따라 제동 토오크의 크기가 증가한다. 알파각이 90도로 설정되면, 제동 토오크의 크기가 최대이다. 따라서, 알파각은 90도일 수 있다.
다른 매개변수를 고정하여 유지시키면서, 베타각이 0도 또는 90도로 설정되면, 제동 토오크의 크기는 0이 된다. 즉, 제동 토오크가 존재하지 않는다.
본 발명의 발명자는 작은 베타각 값이 제동 장치가 요망되는 양의 제동 토오크를 제공하게 할 수 있다는 것을 발견하였다.
내측 지지 수단은, 몸체가 제1 축선을 중심으로 회전하게 하면서, 몸체를 지지하도록 구성된 임의의 지지 구조물을 포함할 수 있다.
외측 지지 수단은, 내측 지지 수단이 제2 축선을 중심으로 회전하게 하면서, 내측 지지 수단을 지지하도록 구성된 임의의 지지 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 내측 지지 수단은 내측 크래들을 포함할 수 있고, 외측 지지 수단은 외측 크래들을 포함할 수 있다. 몸체는 내측 크래들에 대해서 제1 축선을 중심으로 회전하도록 장착될 수 있고, 내측 크래들은 외측 크래들에 대해서 제2 축선을 중심으로 회전하도록 장착될 수 있다. 외측 크래들은 제2 축선을 중심으로 한 회전을 위한 내측 크래들의 한 단부를 지지하도록 각각 구성되는 두 개의 지지 부품을 포함할 수 있다.
제동 장치는 프레임을 포함할 수 있고, 여기서, 서스펜션 수단이 외측 크래들을 지지하도록 프레임과 외측 크래들 사이에 위치되어, 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이 가능하고, 제2 축선을 중심으로 한 외측 지지 수단의 회전이 방지되게 할 수 있다. 프레임은 서스펜션 수단이 장착될 수 있는 임의의 지지 구조물일 수 있고, 그에 따라서, 프레임은 또한 차량의 플랫폼(platform) 또는 섀시(chassis)를 포함할 수 있다.
제동 장치에서, 제2 축선이 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전과 독립하여 제4 축선을 중심으로 회전하게 되며, 몸체가 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전과 독립하여 제2 축선을 중심으로 회전하게 된다는 것이 제동 방법의 원론적인 양태이다. 이는, 몸체가 초기 정지 상태인 경우, 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이, 제동 장치의 프레임에 대해, 즉, 제동 장치의 프레임에 결합된 기준 프레임에 대해, 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전을 유발시키지 않아야 하며, 제동 장치의 프레임에 대해 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전은 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전을 유발시키지 않아야 함을 의미한다. 이는 또한, 몸체가 초기에 정지 상태인 경우, 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이 제4 축선을 중심으로 한 몸체의 회전을 유발시키기 않아야 하고, 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 제4 축선을 중심으로 한 몸체의 회전을 유발시키지 않아야 함을 의미한다.
제동 장치는 다음의 두 가지 특징을 만족시켜야 한다:(i) 몸체가 초기 정지 상태인 경우, 제2 축선을 중심으로 한 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단의 회전이 몸체를 단지 제2 축선을 중심으로 하여 회전하게 한다. 즉, 그러한 회전이 몸체가 제4 축선을 중심으로 회전하지 않게 할 뿐만 아니라, 제2 축선이 제4 축선을 중심으로 회전하지 않게 하고; (ii) 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하도록 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단이 정지 상태로 유지되는 경우에도, 제2 축선이 제4 축선을 중심으로 회전될 수 있다(이는 회전이 제한될 수도 있음을 주지해야 한다).
몸체는 제3 축선을 중심으로 한 제한된 회전 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 축선과 예각(90도 미만)을 이루는 축선 x를 중심으로 몸체가 자유롭게 회전할 수 있다면(즉, 축선 x를 따른 벡터가 제3 축선 상의 구성요소를 갖는 경우), 몸체는 제3 축선을 중심으로 제한된 회전 자유도를 가지며, 이는 몸체가 제3 축선을 중심으로 회전 가능함을 의미한다.
제동 장치는 몸체, 내측 지지 수단, 및 제2 축선을 중심으로 회전 및 토오크를 몸체에 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단 중 하나 이상을 지지하기 위한 유체 베어링 수단을 포함할 수 있다.
서스펜션 수단은 (i) 외측 지지 수단을 지지하고,(ii) 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전을 가능하게 하고,(iii) 제2 축선을 중심으로 외측 지지 수단의 회전을 방지하도록 구성되는 임의의 서스펜션 시스템을 포함할 수 있다.
서스펜션 수단은 탄성 마운팅 수단(elastic mounting mean)을 포함할 수 있다. 따라서, 외측 지지 수단이 탄성 마운팅 수단에 의해서 프레임에 장착될 수 있다. 탄성 마운팅 수단은 임의의 유형의 하나 이상의 탄성 마운트를 포함할 수 있다. 탄성 마운팅 수단은 하나 이상의 엔진 마운트, 바람직하게는 셋 이상의 엔진 마운트를 포함할 수 있다. 엔진 마운트는 또한 모터 마운트로 일컬어질 수 있다.
서스펜션 수단은 스프링 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 외측 지지 수단이 스프링 수단에 의해서 프레임에 장착될 수 있다. 스프링 수단은 임의의 유형의 하나 이상의 스프링을 포함할 수 있다. 스프링 수단은 하나 이상의 기계적인 스프링을 포함할 수 있다.
스프링 수단은 공기 스프링 수단을 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단은 실린더 내측의 공기의 압축에 의해서 스프링으로서 작동하도록 구성되는 하나 이상의 공압 실린더를 포함할 수 있다. 공압 실린더는 단동 또는 복동 실린더(single acting or double acting cylinder)일 수 있다. 공기 스프링 수단은 하나 이상의 에어 벨로우(air bellow)를 포함할 수 있다. 에어 벨로우는 또한 에어 스프링으로서 일컬어질 수 있다.
서스펜션 수단이 또한 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이 가능하도록 배열되고/되거나 구성되어서, 베타각이 0 도 초과 및 90 도 미만인 요망되는 값으로 제한되게 할 수 있다. 서스펜션 수단의 강성은 최대 제4 축선을 중심으로 제2 축선이 회전되게 하는 정도이어서, 베타각이 0 도 초과 및 90 도 미만인 요망되는 값으로 제한되게 할 수 있다.
공압 실린더의 위치는 공압 실린더의 피스톤의 행정 길이로 정의될 수 있다. 에어 벨로우의 위치는 에어 벨로우의 높이로 정의될 수 있다. 제동 장치는 공기 스프링 수단의 위치를 측정하는 수단을 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단의 위치를 측정하는 수단은 공압 실린더와 에어 벨로우 중 하나 이상의 위치를 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단의 위치를 측정하는 수단은 공압 실린더 및 에어 벨로우 중 하나 이상 내의 공기의 압축 값을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
제동 장치는 공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단을 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 공기 스프링 수단에 공기를 공급하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 공기 스프링 수단로부터 공기를 배출시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 공기 스프링 수단의 위치를 요망되는 범위 내로 유지시키기 위해서 공기 스프링 수단으로부터 얻은 위치 피드백(position feedback)을 기반으로 하여 공기 스프링 수단으로부터 공기를 공급하거나 공기를 배출시킬 수 있다.
공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 공기 스프링 수단 내의 공기의 부피 및/또는 압력을 제어할 수 있다.
공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 제어 유닛(control unit)을 포함할 수 있다.
공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 하나 이상의 공기 압축기 및 압축된 공기 탱크, 공압 실린더 또는 에어 벨로우에 압축된 공기를 이송하기 위한 하나 이상의 공압 튜브 및 파이트, 및 각각의 공압 실린더 또는 에어 벨로우를 위한 하나 이상의 입구 밸브 및 하나 이상의 출구 밸브를 포함할 수 있다.
공기 스프링 수단의 위치를 제어하는 수단은 몸체의 질량 중심을 제4 축선 상에 유지시키도록 구성될 수 있다.
공기 대신에, 임의의 다른 유형의 기체, 예컨대, 질소 및 헬륨이 또한 공기 스프링 수단에서 사용될 수 있다.
외측 지지 수단의 운동을 감쇄시키는 것은 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전의 운동 에너지의 일부를 열로 전환되게 한다. 따라서, 소산되는 열량을 최소화시키기 위해서, 서스펜션 수단은 바람직하게는 서스펜션 수단의 감쇄 비율을 가능한 한 작게 유지시키도록 구성될 수 있다.
제동 장치가 작동하는 동안에, 몸체는 베타각을 증가시키는 방향으로 추가로 회전할 수 있다. 이러한 회전을 방지하기 위해서, 제동 장치는 베타각이 0 도 초과 및 90 도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 제2 축선의 운동을 제한하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 제2 축선의 운동을 제한하기 위한 수단은 기계식 접합부(mechanical abutment)를 포함할 수 있다. 기계식 접합부는 제4 축선을 중심으로 한 프레임에 대한 회전을 위해서 장착될 수 있다. 서스펜션 수단은 추가로 제2 축선의 운동을 제한하는 수단으로서 기능하도록 구성될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 서스펜션 수단의 강성은 베타각이 0 도 초과 및 90 도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 조절될 수 있다.
제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결시키기 위한 수단은 제4 축선을 중심으로 한 회전을 위해서 장착될 수 있고, 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결시키기 위한 수단은 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전과 맞물릴 수 있고, 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결시키기 위한 수단은, 제4 축선을 중심으로 회전될 때에, 제2 축선을 중심으로 토오크를 몸체에 인가하도록 구성될 수 있다.
제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결시키기 위한 수단은 회전 연결 수단(rotary connection mean)을 포함할 수 있고, 회전 연결 수단은 제4 축선을 중심으로 회전하도록 장착될 수 있고, 회전 연결 수단은 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전과 맞물릴 수 있고, 회전 연결 수단은, 그러한 회전 연결 수단이 제4 축선을 중심으로 회전되는 때에, 제2 축선을 중심으로 몸체에 토오크를 인가하도록 구성될 수 있다.
회전 연결 수단은, 그러한 회전 연결 수단이 제4 축선을 중심으로 회전되는 때에, 제2 축선을 중심으로 내측 지지 수단에 토오크를 접촉을 통해서 인가하도록 구성될 수 있다. 달리 설명하면, 회전 연결 수단은 내측 지지 수단을 통해서 제2 축선을 중심으로 토오크를 몸체에 인가하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 회전 연결 수단이 내측 지지 수단과 접촉되어 있다.
회전 연결 수단은 추가로 제2 축선의 운동을 제한하기 위한 수단으로서 기능하도록 구성될 수 있다.
제동 토오크의 크기는 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 최전 속도를 조절함으로써 조절될 수 있다. 다른 매개변수를 고정하여 유지시키면서, 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도가 증가되면, 제동 토오크의 크기가 또한 증가한다. 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도가 감소되면, 제동 토오크의 크기가 또한 감소한다.
제동 장치는 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 제어하기 위한 수단은 변속장치 수단을 포함하여, 제동되어야 할 회전이 변속장치 수단의 입력 샤프트에 맞물릴 수 있게 하고, 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결시키기 위한 수단이 변속장치 수단의 출력 샤프트에 맞물릴 수 있게 한다.
제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단은 전기 모터; 유압 모터; 및 공압 모터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
몸체는 또한 가압 유체에 의해서 제1 축선을 중심으로 회전될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 몸체는 하나 이상의 블레이드를 포함할 수 있다. 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단은 유체를 펌핑하기 위한 수단 및 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키도록 몸체의 블레이드 상으로 유체를 발사하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 몸체는 하나 이상의 유체 파이프를 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 몸체는 몸체의 내측의 하나 이상의 유체 채널을 포함할 수 있다. 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단은 몸체의 하나 이상의 유체 파이프 또는 채널 내로 유체를 펌핑시키기 위한 수단을 포함하여, 유체가 파이프 또는 채널의 노즐로부터 빠져나감에 따라서, 몸체가 유체의 반응의 결과로서 제1 축선을 중심으로 회전되게 할 수 있다.
몸체를 제1 축선을 중심으로 회전시키기 위한 수단에 필요한 파워는 제동되어야 할 회전에 의해서 제공될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제동되어야 할 회전에 맞물리는 발전기 및/또는 유체 펌프가 제공될 수 있다.
제동 토오크의 크기는 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도를 조절함으로써 조절될 수 있다. 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도가 증가되면, 제동 토오크의 크기도 증가한다. 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도가 감소되면, 제동 토오크의 크기도 감소한다. 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도는 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단을 제어함으로써 조절될 수 있다.
제동 장치는 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도를 제어하도록 몸체를 제1 축선을 중심으로 회전시키는 수단을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
제동 장치는 다음 매개변수, 즉, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도; 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하도록 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단의 회전 속도; 베타각; 제동 토오크의 크기; 및 제동되어야 할 회전의 속도 중 하나 이상의 값을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 제동 장치는 다음 센서, 즉, 홀-효과 센서(hall-effect sensor), 광학 센서, 근접각 센서(proximity sensor), 유량 센서(flow sensor) 및 토오크 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제동 장치는 제동 토오크의 크기를 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있고, 여기서, 제동 토오크의 크기를 제어하기 위한 수단은 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도; 및 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율 중 하나 이상을 제어함으로써 제동 토오크의 크기를 제어할 수 있다.
알파각은 90도로 설정될 수 있다.
몸체의 질량 중심은 제4 축선 상에 놓일 수 있다. 제1 축선, 제2 축선, 제3 축선 및 제4 축선은 몸체의 질량 중심에서 교차할 수 있다. 제1 축선, 제2 축선 및 제3 축선의 각각은 다른 두 개의 축선에 수직일 수 있다.
몸체는 70 GPa를 초과하는 탄성계수를 지닌 재료, 예를 들어, 강성 합금 또는 스틸(steel)로부터 제조될 수 있다. 몸체는 원통형으로 대칭일 수 있다. 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 단위 질량당 관성 모멘트는 (2/5)*R2 또는 그 초과일 수 있으며, 여기서, R은 몸체의 최소 경계 구체(minimal bounding sphere)의 반경, 즉 몸체를 포함하는 최소 구체의 반경이다. 몸체는 허브(hub), 웹(web) 및 링-형상 림(ring-shaped rim)을 포함할 수 있다.
이러한 제동 장치로, 제동 장치 내에서 불균형한 내력으로부터 바람직하지 않은 진동이 발생할 수 있다는 것이 가능하다. 이 문제는 적합한 엔진/모터 마운트를 사용하는 차량의 플랫폼 또는 섀시에 제동 장치의 프레임을 장착함으로써 해결할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 제동 장치는 제4 축선을 중심으로 한 회전을 위해 장착되는 하나 이상의 평형추(counterbalance mass)를 포함할 수 있다. 자체적으로 또는 상기 해결책 중 하나 또는 둘 모두와 함께 사용될 수 있는, 추가의 옵션은 내측 힘의 균형을 맞추기 위해 함께 장착되는 복수의 이러한 제동 장치를 제공하는 것일 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 유형의 둘 또는 그 이상의 제동 장치의 어셈블리로 확장될 수 있는데, 제동되어야 할 회전을 각각의 제동 장치에 분배시키기 위한 수단과 함께 그러한 어셈블리로 확장되어, 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 각각의 수단을 회전시켜서, 동일한 회전 속도지만 상이한 각자의 위상각으로 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하도록 하며, 여기서, 어셈블리에서의 불균형한 힘의 크기가 감소되어, 어셈블리에서 발생한 진동이 감소되고, 어셈블리에 의해 제공된 제동 토오크의 크기는 어셈블리에 있는 각각의 제동 장치에 의해 제공된 제동 토오크의 합이 된다.
제동 장치는 운동 에너지를 열 에너지로 직접 전환하지 않으면서 임의의 회전을 제동하기 위해서 사용될 수 있다. 그러한 제동 장치는 마찰력의 결과로 소산되는 열 이외의 제동 과정에서 열을 소산시키지 않는다.
본 발명의 두 번째 양태에 따르면, 몸체; 제1 축선을 중심으로 한 회전을 위해서 몸체를 지지하는 내측 지지 수단; 제2 축선을 중심으로 한 회전을 위해서 내측 지지 수단을 지지하기 위한 외측 지지 수단; 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단; 제2 축선을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체에 연결하기 위한 수단; 외측 지지 수단을 지지하는 서스펜션 수단을 포함하며, 여기서, 제1 축선이 제2 축선에 대해서 0도보다 큰 알파각으로 배향되고, 제2 축선이 제4 축선에 대해서 0도보다 크고 90도보다 작은 베타각으로 배향되는, 제동 장치에서 제동 토오크를 생성시키는 방법으로서, 제4 축선을 중심으로 한 제2 축선의 회전이 가능하도록 서스펜션 수단을 구성시키는 단계; 제2 축선을 중심으로 한 외측 지지 수단의 회전이 방지되도록 서스펜션 수단을 구성시키는 단계를 포함하여, 몸체가 세차운동 축선인 제3 축선을 중심으로 추가로 회전되게 하고, 그러한 세차운동 축선을 중심으로 몸체의 세차운동이 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키고 제2 축선을 중심으로 몸체에 토오크를 인가한 결과로서 발생하고, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제2 축선을 중심으로 몸체에 인가된 토오크가 함께 몸체가 제3 축선을 중심으로 추가로 회전되게 하고, 몸체가 제1 축선, 제2 축선 및 제3 축선을 중심으로 동시에 회전하지만, 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제3 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 마치 몸체가 제4 축선을 중심으로 회전하는 것처럼 관찰되고, 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 및 제3 축선을 중심으로 한 몸체의 회전이 함께 제동 토오크가 제2 축선을 중심으로 발생되게 하여; 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대한 제동 토오크를 얻는, 제동 장치에서 제동 토오크를 생성시키는 방법이 제공된다.
상기 방법은 제동 토오크의 크기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
제동 토오크의 크기를 조절하는 단계는 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도; 및 제2 축선을 중심으로 한 몸체의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율 중 하나 이상을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
그러한 방법은 제동 토오크가 필요하지 않은 때에 제동 토오크를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
제동 토오크를 제거하는 단계는 제1 축선을 중심으로 한 몸체의 회전을 정지시킴을 포함할 수 있다.
제동 토오크를 제거하는 단계는 몸체로부터 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 단절시킴을 포함할 수 있다.
제동 토오크를 제거하는 단계는 알파각 및/또는 베타각을 0도로 조절함을 포함할 수 있다.
방법에서, 연속적인, 바람직하게는 일정한, 제동 토오크가 제4 축선을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대해서 제공될 수 있다.
상기 방법은 서스펜션 수단의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 몸체의 질량 중심을 제4 축선 상에 유지시키기 위해서 서스펜션 수단의 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 제2 축선의 운동을 제한하여 베타각이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 서스펜션 수단의 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 알파각을 90도로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
주요 장치 및 방법 청구항들은 전문과 특징부로 구성되어 있다. 이 구성은 청구항의 주제를 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위한 것이다. 전문 및 특징부로의 특징의 분배는 전문의 모든 특징이 알려져 있고 특징부의 모든 특징이 신규이거나 그 반대인 것을 의미하지 않는다. 청구항의 특징들의 값은 그들이 전문에 있는지 또는 특징부에 있는지에 무관하다.
청구항에서의 참조부호의 목적은 모든 사람이 이해하기 쉽게 청구항을 작성하는 것이다. 이들은 청구항의 범위를 제한하지는 않지만, 이들은 청구항의 범위의 명확성에 영향을 미치고 청구항의 범위가 달리 가능하다면 보다 간결하게 표현되게 할 수 있다.
본 발명의 이들 및 추가의 특징, 양태 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 취해진 현재의 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제동 장치의 개략도이다.
도 2는 제1 축선, 제2 축선, 제3 축선 및 제4 축선의 예시적인 배향, 제2 축선 및 제4 축선을 포함하는 평면의 법선, 알파각, 베타각 및 세타각을 예시하는 도면이다.
도 3는 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단의 일 실시예에 따른 몸체의 회전 샤프트 상의 파이프의 배치 예를 예시한다.
도 4는 제2 축선의 운동을 제한하기 위한 수단의 실시예를 나타낸다.
도 5는 외측 지지 수단을 지지하기 위한 서스펜션 수단의 실시예를 나타낸다.
도 6은 제1 축선을 중심으로 몸체를 회전시키기 위한 수단의 실시예에 따른 블레이드 및 노즐의 배치 예를 예시한다.
도 7은 제동 장치의 어셈블리의 실시예를 나타낸다.
도 8은 특이적 예에서의 제동 장치의 어셈블리의 실시예에서의 몸체의 상대적인 배향을 예시하는 도면이다.
본 발명은 이하 설명되는 현재의 바람직한 실시예로 한정되지 않고, 적절한 변형이 본 발명의 요지를 변화시키지 않으면서 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 제동 장치(1)는 제1 축선(101)을 중심으로 그와 함께 회전하도록 회전 샤프트(3) 상에 동축으로 장착되는 솔리드 원통형 휠(solid cylindrical wheel)의 형상인 몸체(2)를 포함한다. 회전 샤프트(3)는 내측 베어링(5)에 의해 내측 크래들(4) 내에 장착된다. 결국, 내측 크래들(4)이 외측 베어링(7)에 의해서 외측 크래들(6) 내의 제2 축선(102)을 중심으로 한 회전을 위해서 장착된다. 외측 크래들(6)은 4 개의 공압 실린더(9)를 포함하는 서스펜션 시스템에 의해서 프레임(8) 내에 서스펜션되어 있다. 실린더(9)의 수, 실린더(9)의 위치 및 배향은 (i) 외측 크래들(6)이 프레임(8) 내에 지지되고, (ii) 제2 축선(102)이 제4 축선(104)을 중심으로 회전되게 하고, (iii) 외측 크래들(6)은 제2 축선(102)을 중심으로 회전되지 않도록(즉, 제2 축선(102)을 중심으로한 외측 크래들(6)의 임의의 회전이 방지됨) 결정된다. 외측 크래들(6)은 바람직하게는 구형 조인트에 의해서 각각의 실린더(9)의 로드에 결합되고, 각각의 실린더(9)의 배럴은 바람직하게는 구형 조인트에 의해서 프레임(8)에 결합된다. 실린더(9)의 배치 예가 도 1에 도시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 실린더(9)는 또한 외측 크래들(6)을 하측으로부터 지지하도록 위치될 수 있다. 더욱이, 실린더(9)는 또한 상측 및 하측 둘 모두로부터 외측 크래들(6)을 지지하도록 위치될 수 있다. 실린더(9)의 배향은 또한 각각의 실린더(9)의 로드가 프레임(8)에 결합되고 각각의 실린더(9)의 배럴이 외측 크래들(6)에 결합되도록 역전될 수 있다. 실린더(9)는 단동 또는 복동 실린더일 수 있다. 공압 실린더(9) 대신에, 또는 공압 실린더(9)에 추가로, 하나 이상의 에어 벨로우(에어 스프링)가 또한 사용될 수 있다.
제동 장치(1) 내의 베어링의 유형은 유체 베어링 유형일 수 있다. 유체는 액체 및/또는 기체 유체를 포함할 수 있다.
제동 장치(1)는 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 제동하기 위해서 사용된다. 제4 축선(104)이 임의의 요망되는 배향일 수 있다. 제2 축선(102)이 제4 축선(104)에 대해서 베타각(β)으로 배향된다. 제1 축선(101)은 제2 축선(102)에 대해서 알파각(α)으로 배향된다. 제동 토오크를 얻기 위해서, 알파각(α)은 0 도보다 큰 값으로 설정되어야 하고, 베타각(β)은 0도보다 크고 90도보다 작은 값으로 설정되어야 한다. 알파각(α)은 바람직하게는 90도로 설정된다.
제동 장치(1)에서, 제3 축선(103)은, 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키고 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 토오크를 인가하는 결과로서, 몸체(2)의 세차운동(precession)을 발생시키는 세차운동 축선으로 정의된다. 달리 설명하면, 몸체(2)가 제1 축선(101)을 중심으로 회전되는 동안에, 토오크가 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 인가되면, 몸체(2)가 제3 축선(103)을 중심으로 세차운동을 시작한다. 즉, 제1 축선(101)이 제3 축선(103)을 중심으로 회전하기 시작한다. 제3 축선(103)은 제1 축선(101)과 제2 축선(102) 둘 모두에 수직이다. 제1 축선(101), 제2 축선(102), 및 제3 축선(103)은 실질적으로 몸체(2)의 질량 중심에서 교차한다. 축선들의 예시적인 배향이 도 2에 도시되어 있다.
제동 장치(1)에서, 공압 실린더(9)는 실린더(9) 내부의 공기의 압축에 의해서 스프링으로서 기능하도록 구성된다. 각각의 실린더(9)의 피스톤 면적은 서스펜션 시스템이 지지하고 있는 어셈블리(외측 크래들(6), 내측 크래들(4) 및 몸체(2)를 포함함)의 중량을 실린더(9)가 운반하도록 및 또한, 베타각(β)이 요망되는 값에 있는 동안에, 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 회전이 가능하도록 결정되어야 한다.
제동 장치(1)는 서스펜션 시스템 내의 실린더(9)의 피스톤의 위치(행정 길이)를 제어하기 위한 위치 제어 유닛(10)을 포함한다. 서스펜션 시스템에서의 각각의 실린더(9)는 실린더(9)의 피스톤의 행정 길이를 측정하고 위치 제어 유닛(10)에 위치 피드백을 제공하는 위치 센서를 갖는다. 추가적으로, 제동 장치(1)는 또한 공기 탱크 및 압축된 공기를 각각의 실린더(9)에 이송하기 위한 수단(도시되지 않음)을 구비한 공기 압축기(11)을 포함한다. 압축된 공기를 각각의 실린더(9)에 이송하기 위한 수단(도시되지 않음)은 파이프, 튜브, 호스, 채널, 회전 조인트 및 밸브 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 공기 압축기(11)에 요구되는 파워는 외부 파워 서플라이(power supply)에 의해서 제공되거나 제동되어야 할 회전에 의해서 제공될 수 있다. 위치 제어 유닛(10)은 위치 피드백을 기반으로 하여 공기를 실린더(9)에 공급하고/하거나 실린더(9)로부터 공기를 배출시킴으로써 실린더(9)의 피스톤의 위치를 제어할 수 있다. 서스펜션 시스템에서 사용되는 실린더(9)의 구성 및 유형에 따라서, 실린더(9)의 상부 챔버 및/또는 하부 챔버가 사용될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 제동 장치(1)는 실린더(9)의 내부의 공기의 압축 값을 측정하기 위한 하나 이상의 압축 센서를 포함할 수 있다. 위치 제어 유닛(10)은 또한 실린더(9)로부터 얻은 압력 피드백을 사용할 수 있다. 위치 제어 유닛(10)은 또한 누출의 경우에 실린더(9)에 공기를 제공하기 위해서 사용된다.
제동 장치(1)의 작동 동안에, 제2 축선(102)은 제4 축선(104)을 중심으로 하여 회전하여 실린더(9)의 피스톤 로드가 전진 및 후퇴하게 한다. 위치 제어 유닛(10)은 실린더의 위치가 소정의 범위 내에서 유지되게 하기 위해서 각각의 실린더(9)의 위치를 제어한다. 각각의 실린더(9)에 대한 이러한 범위는, 실린더(9)의 피스톤 로드가 이러한 범위 내에서 전후로 이동함에 따라서, 몸체(2)의 질량 중심이 실질적으로 제4 축선(104) 상에 유지되고, 또한, 베타각(β)이 실질적으로 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값에 있는 동안에, 제2 축선(102)이 제4 축선(104)을 중심으로 회전되도록 결정된다.
실린더(9)의 구성에 따라서, 위치 제어 유닛(10)은, 제동 장치(1)의 작동 조건이 변하는 경우에, 제동 장치(1)의 작동 동안에 실린더(9) 세트를 불가능하게 하고 가능하게 할 수 있다.
제동 장치(1)는 제4 축선(104)을 따라서 외측 크래들(6)의 병진 운동을 제한하도록 구성되는 프레임(8)의 양측에 고정되는 두 개의 탄성 범퍼(12)를 포함한다. 따라서, 이들 범퍼(12)는 외측 크래들(6)과 프레임(8) 사이에 충돌이 발생하는 경우의 충격을 흡수한다.
몸체(2)의 강도 및 몸체(2)의 밀도 분포는 제동 토오크의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 몸체(2)의 형태는 솔리드 실린더형 휠과는 상이할 수 있다. 몸체(2)는 허브, 웹 및 링 모양의 림을 포함할 수 있다. 몸체(2)의 형태는 단위 질량당 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 관성 모멘트가 (2/5)*R2보다 크거나 그와 동등하게 될 수 있으며, 여기서 R은 몸체(2)의 최소 경계 구체의 반지름이다. 최소 경계 구체는 몸체(2)를 포함하는 가장 작은 구체로 정의된다. 몸체(2)는 또한 70 GPa을 초과하는 탄성 계수를 지닌 재료로부터 제조될 수 있다. 제1 축선(101)은 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 관성 모멘트가 실질적으로 최대화되도록 몸체(2)에 대하여 배향될 수 있다.
몸체(2)는 가압된 유체에 의해 제1 축선(101)을 중심으로 회전된다. 이러한 목적으로, 몸체(2)는 회전 샤프트(3)의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 향한 회전 샤프트(3) 상에 장착된 하나 이상의 유체 파이프(14)를 포함한다. 이에 추가로, 제동 장치(1)는 유체 펌프(16), 및 회전 샤프트(3) 상에 장착된 파이프에 가압된 유체를 이송하기 위한 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 회전 샤프트(3) 내부에 유체 채널이 위치한다. 이 채널에 들어오는 유체는 도 3에서 보여지는 바와 같이 축방향으로 배열된 화살표로 표시된다. 파이프(14)에 가압된 유체를 이송하기 위한 수단(도시되지 않음)은 파이프, 튜브, 호스, 채널 및 회전 조인트(rotary joint) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 유체 펌프(16)에 요구되는 파워는 외부 파워 서플라이에 의해 또는 제동되어야 할 회전에 의해 제공될 수 있다. 파이프(14)의 노즐은, 가압된 유체가 노즐로부터 빠져나옴에 따라서, 유체의 반응이 몸체(2)를 제1 축선(101)을 중심으로 회전시키기 위해 몸체(2)에 토오크를 인가하도록 배향된다. 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)에 인가해지는 토오크의 크기를 증가시키기 위해, 노즐은 몸체(2)에 대한 접선 방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)에 인가해지는 토오크의 크기는 유체의 유속(flow rate)을 제어함으로써 제어될 수 있다.
몸체(2)는 또 다른 유체 파이프 세트(15)를 포함할 수 있으며, 파이프의 노즐은 반대방향으로 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)에 토오크를 인가하도록 배향된다. 이 경우에, 이러한 파이프 세트(15)에 유체를 운반하는 것은 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)의 감속을 야기한다. 밸브는 유체가 제1 파이프 세트(14) 및 제2 파이프 세트(15) 사이에서 번갈아 나오게 하도록 제공될 수 있다. 제1 파이프 세트(14) 및 제2 파이프 세트(15)의 예시적인 배치가 도 3에서 볼 수 있다. 도 3에서의 화살표는 이 특정 예시에 대한 유체의 흐름 방향을 나타낸다. 제1 파이프 세트(14) 및 제2 파이프 세트(15) 대신에, 유사하게 형성된 두 세트의 채널들이 또한 몸체(2) 내부에 제공될 수 있다.
예를 들어, 도 1, 도 4 및 도 5를 예를 들어 참조하면, 제동 장치(1)는 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전송하기 위해서, 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결하기 위해서 사용되는 회전 연결 수단(17)을 포함한다. 회전 연결 수단(17)은 회전 연결 수단 베어링(19)에 의해 제4 축선(104)을 중심으로 회전하도록 장착되는 샤프트(18)에 견고하게 결합된다. 제4 축선(104)에 따른 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18)는 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전과 맞물린다. 회전 연결 수단(17)은 링의 형태로 존재한다. 회전 연결 수단(17) 상에는, 제4 축선(104)에 대하여 두 개의 대칭적인 슬롯(21)이 존재한다. 내측 크래들(4)은 제3 축선(103)을 따라 배향되는 솔리드 구체 형태의 두 개의 핀(22)을 포함한다. 이들 두 개의 핀(22)의 각각은 구체 운동(spherical motion)을 위한 슬라이딩 부분(20)에 의해 지지된다. 각각의 슬라이딩 부분(20)은 회전 연결 수단(17) 상의 슬롯(21) 중 하나의 안으로 슬라이딩하도록 배열된다. 이 배열은 회전 연결 수단(17)에 대해서 제3 축선(103)을 중심으로 한 내측 크래들(4)의 회전을 가능하게 한다. 슬롯(21)의 배향은 내측 크래들(4)이 회전 연결 수단(17)에 대해 제5 축선(105)을 중심으로 제한된 방식으로 회전하도록 결정된다. 제5 축선(105)은 제3 축선(103) 및 제4 축선(104) 둘 모두에 수직이고, 몸체(2)의 질량 중심을 통과하는 축선으로 정의된다. 슬롯(21)의 크기와 위치는 또한, 회전 연결 수단(17)이 정지 상태로 유지되는 동안에, 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 완전 회전이 허용되도록 결정된다. 슬라이딩 부분(20)과 그에 대응하는 슬롯(21) 사이, 및 핀(22)와 그에 대응하는 슬라이딩 부분(20) 사이의 마찰력의 크기는 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이러한 배열로 인해, 몸체(2)가 초기에 정지 상태인 경우에, 회전 연결 수단(17)의 회전은 몸체(2)가 제2 축선(102)을 중심으로 회전하게 한다.
생산 공차(production tolerance) 때문에, 회전 연결 수단(17)에 의해 이들 두 개의 핀(22)을 통해 내측 크래들(4)에 인가해지는 힘의 크기에 차이가 존재할 수 있다. 이러한 차이를 줄이기 위해, 핀(22)은 내측 크래들(4)에 대해 핀(22)의 작은 움직임(movement)을 허용하도록 탄성적으로 내측 크래들(4)에 장착될 수 있다. 이는 이들 두 개의 핀(22)을 통해 인가해지는 힘의 더 균형잡힌 분배를 제공하여, 몸체(2)의 중심 상에서의 합력(resultant force)을 감소시킨다.
제동 장치(1)가 작동하는 동안에, 몸체(2)는 베타각(β)을 증가시키는 방향으로 추가로 회전할 수 있다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18)는 내측 크래들(4)의 두 개의 원형 개구를 통과한다. 이러한 구성은 제4 축선(104)을 중심으로 한 외측 크래들(6)의 운동(및 또한 제2 축선(102)의 운동)을 제한하여, 베타각(β)의 최대값이 제한되게 한다. 내측 크래들(4)과 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18) 사이의 직접적인 접촉을 방지하기 위해서, 샤프트(18)에 고정되는 탄성 지지체(13)가 그들 사이에 위치된다. 베타각(β)의 요망되는 한계 값은 개구의 직경 및/또는 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18)의 직경(탄성 지지체(13)의 두께를 포함함)을 변화시킴으로써 설정될 수 있다.
제동 장치(1)는 또한, 제동 토오크가 요구되지 않는 때에, 회전 연결 수단(17)으로부터 제동되어야 할 회전을 분리(disengaging)시키기 위한 클러치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 변속기(transmission)가 제4 축선(104)을 중심으로 한 회전 연결 수단(17)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 변화시키기 위해서 제공될 수 있다. 이 경우에, 변속기의 입력 샤프트는 제동되어야 할 회전과 맞물리고, 출력 사프트는 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18)와 맞물린다. 회전 연결 수단(17)이 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전과 토오크를 전달하도록 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결하기 때문에, 변속기는 또한 제동되어야 할 회전의 속도가 일정한 동안에 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)의 회전 속도를 변경하는 것을 허용한다.
제동 장치(1)는 바람직하게는, 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도; 회전 연결 수단(17)의 회전 속도; 베타각(β); 제동되어야 할 회전의 속도의 값을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 제동 장치는 다음 센서, 즉, 홀-효과 센서, 광학 센서, 근접각 센서, 유량 센서 및 토오크 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제동 장치(1)는 상이한 작동 조건을 제공하기 위해서 사용되는 자동 제어 유닛(23)(예를 들어, 도 1, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있음)을 포함한다. 적용 분야에 따라서, 자동 제어 유닛(23)은 제동 장치(1)의 다양한 센서로부터 상이한 입력 신호를 얻으며, 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도, 제동 토오크의 크기, 및 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율과 같은 제동 장치(1)의 매개변수를 설정한다. 또한, 자동 제어 유닛(23)은 제동되어야 할 회전의 속도를(예를 들어, 내리막을 이동하는 차량의 속도를 실질적으로 원하는 값으로 일정하게 유지시키기 위해서) 원하는 값으로 실질적으로 일정하게 유지하도록 제동 토오크의 크기를 제어할 수 있다.
제동 토오크의 크기를 제어하기 위하여, 자동 제어 유닛(23)은 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도 및/또는 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도를 제어한다. 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도는 제4 축선(104)을 중심으로 한 회전 연결 수단(17)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 변경함으로써, 즉, 변속기의 속도 비율을 변경함으로써 제어될 수 있다.
또한, 자동 제어 유닛(23)은, 제동 토오크가 필요하지 않을 때에는, 제동되어야 할 회전에 대해 제동 토오크를 제거하도록 제동 장치(1)를 제어할 수 있다. 제동 토오크는 (i) 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전을 정지시키는 것, 및 (ii) 회전 연결 수단(17)으로부터 제동되어야 할 회전을 분리시키는 것 중 적어도 하나를 사용하여 제거될 수 있다.
제동 토오크는, 내력에 의해 야기된 제동 장치(1)에서 발생하는 가능한 진동 및 변형 때문에, 베타각(β)을 0도 또는 90도로 설정함으로써 완전히 제거되지 않을 수 있다는 것을 주지해야 한다.
제동 장치(1)의 작동을 설명하기 전에, 추가로 각도에 대한 정의가 소개될 것이다. 제2 축선(102) 및 제4 축선(104)을 포함하는 평면의 법선(normal line)은, 그러한 면에 직각이며 몸체(2)의 질량 중심을 통과하는 선으로 정의된다. 세타각(θ)은 제1 축선(101)과 제2 축선(102) 및 제4 축선(104)을 포함하는 평면의 법선 사이의 예각(또는 가능하게는 직각)으로서 정의된다.
제동 장치(1)의 작동 시에, 몸체(2)는 우선 유체 펌프(16)로부터 얻어진 가압된 유체를 몸체(2)의 회전 샤프트 상의 파이프로 이송함으로써 제1 축선(101)을 중심으로 하여 회전한다. 제동되어야 할 회전이 회전 연결 수단(17)에 맞물릴 때, 회전 연결 수단(17)은 제2 축선(102)을 중심으로 하여 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하도록 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결한다. 따라서, 회전 연결 수단(17)을 통해, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 토오크가 인가되어 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)를 회전시킨다. 먼저, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 인가된 토오크는 몸체(2)가 제2 축선(102)을 중심으로 회전되게 하여, 세타각(θ)이 90도보다 작지 않은 경우 90도보다 작게 한다. 달리 설명하면, 제1 축선(101)은 제2 축선(102) 및 제4 축선(104)을 포함하는 평면에 더이상 존재하지 않는다. 이는 몸체(2)가 제3 축선(103)을 중심으로 제한된 회전 자유도를 지녀서, 몸체(2)가 제3 축선(103)을 중심으로 회전할 수 있게 한다. (i) 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전, 및 (ii) 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)에 인가된 토오크의 결과로서, 몸체(2)는 제3 축선(103)을 중심으로 회전하기 시작한다. 문헌에서, 이러한 회전은 세차 운동으로 알려져 있다. 따라서, 몸체(2)는 제1 축선(101), 제2 축선(102) 및 제3 축선(103)을 중심으로 동시에 회전한다. 그러나, 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제3 축선(103)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전은 마치 몸체(2)가 제4 축선(104)을 중심으로 회전하는 것처럼 관찰된다. 달리 설명하면, 몸체(2)는 제4 축선(104)을 중심으로 회전하지 않고; 제4 축선(104)을 중심으로 관측된 몸체(2)의 회전은 실제로 제2 축선(102) 및 제3 축선(103) 둘 모두를 중심으로 한 몸체(2)의 회전의 결과이다. 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제3 축선(103)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전은 함께 제동 토오크가 제2 축선(102)을 중심으로 발생되게 한다. 제2 축선(102)을 중심으로 한 제동 토오크는 회전 연결 수단(17)에 의해 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전으로 다시 전송된다. 제동 장치(1)의 작동 동안에, 세타각(θ)은, 제동 장치(1)의 매개변수가 변함없이 유지되는 한, 90도보다 작은 값으로 일정하게 유지된다. 세타각(θ)의 값은 제동 장치(1)의 매개변수에 의존한다. 그러므로, 제동 장치(1)는 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대하여 연속적인 제동 토오크를 제공한다.
제동 장치의 바람직한 제2 실시예에서, 서스펜션 시스템은 추가적으로 제2 축선(102)의 운동을 제한하기 위한 수단으로서 기능하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 서스펜션 시스템의 강성은 베타각(β)이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 결정 또는 조절된다.
도 4를 참조하면, 베타각(β)이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 제2 축선(102)의 운동을 제한하기 위한 수단의 또 다른 바람직한 실시예는 제한 아암(limiting arm: 24)으로서 일컬어지게 될 아암(24)을 포함한다. 제한 아암(24)은 제1 로드(25)가 배향되는 축과 제2 로드(26)가 배향되는 축 사이의 각이 베타각(β)에 요망되는 값이 되도록 함께 견고하게 결합되는 두 개의 로드를 포함한다. 제한 아암(24)은, 제1 로드(25)가 제4 축선(104)을 따라서 놓이고 프레임(8)의 제1 제한 아암 베어링(27)에 의해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 회전을 지지하고; 제2 로드(26)가 제2 축선(102)을 따라서 놓이고 내측 크래들(4)의 제2 제한 아암 베어링(28)에 의해서 제2 축선(102)을 중심으로 한 회전을 지지하도록 하여, 제동 장치에 장착된다. 이러한 배열은, 제2 축선(102)이 제4 축선(104)을 중심으로 회전하게 하면서, 제2 축선(102)의 운동이 베타각(β)을 소정의 값으로 일정하게 유지시키기 위해서 제한되는 것을 확실히 한다.
도 5를 참조하면, 서스펜션 수단의 또 다른 바람직한 실시예는 4개의 엔진 마운트(29)(모터 마운트로도 일컬어질 수 있음)를 포함하며, 이들의 각각의 한 단부는 구체 조인트에 의해서 외측 크래들(6)의 하부측에 장착되고, 이들의 각각의 다른 단부는 또 다른 구체 조인트에 의해서 프레임(8)에 장착된다. 엔진 마운트(29)의 수, 엔진 마운트(29)의 위치, 배향 및 유형은, (i) 외측 크래들(6)이 프레임(8) 내에서 지지되고, (ii) 제2 축선(102)이 제4 축선(104)을 중심으로 회전되게 하고, (iii) 외측 크래들(6)이 제2 축선(102)을 중심으로 회전되지 않도록(즉, 제2 축선(102)을 중심으로 한 외측 크래들(6)의 임의의 회전이 방지되도록) 결정된다.
도 6을 참조하면, 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제동 장치(1)는 하나 이상의 블레이드(30)를 구비한 몸체(2), 내측 크래들(4)에 결합된 하나 이상의 노즐(31)의 세트, 유체 펌프(16), 및 내측 크래들(4)에 결합된 노즐(31)에 가압된 유체를 이송하기 위한 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 노즐(31)의 배향 및 블레이드(30)의 형태는, 가압된 유체가 몸체(2)의 블레이드(30) 상에 발사되는 때에, 유체가 토오크를 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)에 인가되게 하여 몸체(2)가 제1 축선(101)을 중심으로 하여 가속되도록 결정된다. 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)에 인가된 토오크의 크기는 유체의 유속을 제어함으로써 제어될 수 있다. 제2 노즐 세트(도 6에 도시되지 않음)가 또한 반대 방향으로 제1 축선(101)을 중심으로 하여 몸체(2)에 토오크를 인가하도록, 즉, 제1 축선(101)을 중심으로 하여 몸체(2)를 감속시키도록 제공될 수 있다. 밸브는 유체가 제1 및 제2 노즐 세트 사이에서 번갈아 나오게 하도록 제공될 수 있다.
제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키도록 동력원이 제공된다. 동력원은, 예를 들어, 전기 모터 또는 유압 모터 또는 공압 모터일 수 있다. 동력원에 요구되는 파워는 외부 파워 서플라이에 의해 또는 제동되어야 할 회전에 의해 제공될 수 있다.
제3 대안적인 실시예에서, 제1 축선, 제2 축선, 제3 축선 또는 제4 축선 중 적어도 하나는 몸체(2)의 질량 중심을 통과하지 않는다.
제4 대안적인 실시예에서, 제동 장치(1)의 프레임(8)은 차량의 섀시를 포함한다.
제5 대안적인 실시예에서, 제동 장치(1)의 프레임(8)은 진동을 감소시키기 위해서 엔진 마운트에 의한 차량의 섀시에 장착된다.
도 7을 참조하면, 제동 장치(1)의 어셈블리(32)의 실시예가 제공된다. 어셈블리(32)는 2 x 2 배열로 배열된 4 개의 동일한 제동 장치(1)를 포함한다. 제동 장치(1)의 프레임(8)들은 실질적으로 서로 평행한 제동 장치(1)의 제4 축선(104)과 같이 함께 견고하게 결합된다. 어셈블리(32)는 제6 축선(106)을 중심으로 한 회전을 각각의 제동 장치(1)에 분배하기 위한 수단(33)을 포함하여, 회전을 분배하기 위한 수단의 샤프트(34)가 각각의 제동 장치(1)의 회전 연결 수단(17)의 샤프트(18)에 맞물려서 각각의 제동 장치(1)의 회전 연결 수단(17)을 동일한 회전 속도지만 상이한 각자의 위상각(phase angle)으로 회전되게 한다. 제6 축선(106)은 제동 장치(1)의 제4 축선(104)과 실질적으로 평행한 임의의 축선일 수 있다. 제동되어야 할 회전은 회전을 분배하기 위한 수단의 샤프트(34)에 맞물린다. 회전을 분배하기 위한 수단(33)은 하나 이상의 체인-스프로킷 메커니즘(chain-sprocket mechanism), 벨트-풀리 메커니즘(belt-pulley mechanism) 또는 기어 메커니즘을 포함할 수 있다. 이러한 실시예의 위상각들은 내부 합산 토오크의 크기를 감소시키기 위해 동일하게 이격되어 있다. 예를 들어, 왼쪽 위 제동 장치(1)의 위상각이 0도로 가정되는 경우, 왼쪽 아래 제동 장치(1)의 위상각은 90도일 것이고, 오른쪽 아래 제동 장치(1)의 위상각은 180도일 것이며, 오른쪽 위 제동 장치(1)의 위상각은 270도일 것이다. 특정한 순간에 제동 장치(1)의 몸체(2)의 상대적인 배향이 도 8에 도시되어 있다. 회전을 분배하기 위한 수단(33)은 제동 장치(1)의 회전 연결 수단(17)의 회전들이 제동 장치(1)의 몸체(2)의 상대적인 배향을 보존하도록 동기화되는 것을 보장한다. 이러한 배열은 어셈블리(32)에서 발생하는 진동을 감소시킨다. 어셈블리(32)에 의해 제공된 제동 토오크의 크기는 어셈블리(32)에 있는 제동 장치(1)의 각각에 의해 제공된 제동 토오크의 합이다.
부호의 설명
1. 제동 장치
2. 몸체
3. 회전 샤프트
4. 내측 크래들
5. 내측 베어링
6. 외측 크래들
7. 외측 베어링
8. 프레임
9. 실린더
10. 위치 제어 유닛
11. 공기 압축기
12. 탄성 범퍼
13. 탄성 지지체
14. 제1 유체 파이프 세트
15. 제2 유체 파이프 세트
16. 유체 펌프
17. 회전 연결 수단
18. 회전 연결 수단의 샤프트
19. 회전 연결 수단 베어링
20. 슬라이딩 부분
21. 회전 연결 수단의 슬롯
22. 구체 핀
23. 자동 제어 유닛
24. 제한 아암
25. 제한 아암의 제1 로드
26. 제한 아암의 제2 로드
27. 제1 제한 아암 베어링
28. 제2 제한 아암 베어링
29. 엔진 마운트
30. 몸체의 블레이드
31. 노즐
32. 제동 장치의 어셈블리
33. 회전을 분배하기 위한 수단
34. 회전을 분배하기 위한 수단의 샤프트
101. 제1 축선
102. 제2 축선
103. 제3 축선
104. 제4 축선
105. 제5 축선
106. 제6 축선
α 알파각
β 베타각
θ 세타각
N 제2 축선과 제4 축선을 포함하는 평면의 법선

Claims (48)

  1. 몸체(2);
    제1 축선(101)을 중심으로 한 회전을 위해 몸체(2)를 지지하기 위한 내측 지지 수단(4);
    제2 축선(102)을 중심으로 한 회전을 위해 내측 지지 수단(4)을 지지하기 위한 외측 지지 수단(6);
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31);
    제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크(torque)를 전달하기 위해서 몸체(2)에 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 연결시키기 위한 수단(17)을 포함하며,
    제1 축선(101)이 제2 축선(102)에 대해서 0도 초과인 알파각(α)으로 배향되고,
    제2 축선(102)이 제4 축선(104)에 대해서 0도 초과 및 90도 미만인 베타각(β)으로 배향되는, 제동 장치(1)로서;
    제동 장치(1)가 외측 지지 수단(6)을 지지하기 위한 서스펜션 수단(suspension mean: 9,10,11,29)을 추가로 포함하고, 서스펜션 수단(9,10,11,29)이 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 회전이 가능하도록 구성되고, 서스펜션 수단(9,10,11,29)이 제2 축선(102)을 중심으로 한 외측 지지 수단(6)의 회전을 방지하도록 구성되어;
    몸체(2)가 세차운동 축선인 제3 축선(103)을 중심으로 추가로 회전되게 하고, 그러한 세차운동 축선을 중심으로 몸체(2)의 세차운동이 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키고 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 토오크를 인가한 결과로서 발생하고,
    제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 인가된 토오크가 함께 몸체(2)가 제3 축선(103)을 중심으로 추가로 회전되게 하고,
    몸체(2)가 제1 축선(101), 제2 축선(102) 및 제3 축선(103)을 중심으로 동시에 회전하고,
    제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제3 축선(103)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전이 함께 제동 토오크가 제2 축선(102)을 중심으로 발생되게 하여;
    제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대한 제동 토오크를 얻는 것을 특징으로 하는 제동 장치(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    프레임(frame: 8)을 추가로 포함하고, 여기서, 서스펜션 수단(9,10,11,29)이 외측 지지 수단(6)을 지지하기 위해서 프레임(8)과 외측 지지 수단(6) 사이에 위치되어, 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 회전이 가능하고, 제2 축선(102)을 중심으로 한 외측 지지 수단(6)의 회전이 방지되게 하는 제동 장치(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    몸체(2), 내측 지지 수단(4), 및 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결하기 위한 수단(17) 중 하나 이상을 지지하기 위한 유체 베어링 수단을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    서스펜션 수단이 탄성 마운팅 수단(elastic mounting mean: 29)을 포함하는 제동 장치(1).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    서스펜션 수단이 스프링 수단을 포함하는 제동 장치(1).
  6. 청구항 5에 있어서,
    스프링 수단이 하나 이상의 기계적인 스프링을 포함하는 제동 장치(1).
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    스프링 수단이 공기 스프링 수단(9,10,11)을 포함하는 제동 장치(1).
  8. 청구항 7에 있어서,
    공기 스프링 수단(9,10,11)이 실린더(9) 내부의 공기의 압축에 의해서 스프링으로서 작동하도록 구성되는 하나 이상의 공압 실린더(9)를 포함하는 제동 장치(1).
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    공기 스프링 수단(9,10,11)이 하나 이상의 에어 벨로우(air bellow)를 포함하는 제동 장치(1).
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    공기 스프링 수단(9,10,11)의 위치를 측정하는 수단을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  11. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    공기 스프링 수단(9,10,11)의 위치를 제어하기 위한 수단(10)을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  12. 청구항 11에 있어서,
    공기 스프링 수단(9,10,11)의 위치를 제어하기 위한 수단(10)이 몸체(2)의 질량 중심을 제4 축선(104) 상에 유지시키도록 구성되는 제동 장치(1).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    서스펜션 수단(9,10,11,29)이 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 회전이 가능하도록 구성되어, 베타각(β)이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되게 하는 제동 장치(1).
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    베타각(β)이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 제2 축선(102)의 운동을 제한하기 위한 수단(24)을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17)이 제4 축선(104)을 중심으로 한 회전을 위해서 장착되고, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17)이 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 맞물리고, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17)이, 제4 축선(104)을 중심으로 회전되는 때에, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 토오크를 인가하도록 구성되는 제동 장치(1).
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 제어하기 위한 수단을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  17. 청구항 16에 있어서,
    제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율을 제어하기 위한 수단이 변속장치 수단을 포함하여, 제동되어야 할 회전이 변속장치 수단의 입력 샤프트에 맞물리고, 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17)이 변속장치 수단의 출력 샤프트에 맞물리는 제동 장치(1).
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31)이 전기 모터; 유압 모터(hydraulic motor); 및 공압 모터(pneumatic motor) 중 하나 이상을 포함하는 제동 장치(1).
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)가 하나 이상의 블레이드(30)을 포함하는 제동 장치(1).
  20. 청구항 19에 있어서,
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31)이 유체를 펌핑하기 위한 수단(16) 및 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위해서 유체를 몸체(2)의 블레이드에 발사하기 위한 수단(31)을 포함하는 제동 장치(1).
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)가 하나 이상의 유체 파이프(14,15) 또는 채널을 포함하는 제동 장치(1).
  22. 청구항 21에 있어서,
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31)이 유체를 몸체(2)의 하나 이상의 유체 파이프 또는 채널 내로 펌핑하기 위한 수단(16)을 포함하여, 유체가 파이프 또는 채널의 노즐로부터 빠져나감에 따라서, 몸체(2)가 유체의 반응의 결과로서 제1 축선(101)을 중심으로 회전되게 하는 제동 장치(1).
  23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31)에 요구되는 파워(power)가 제동되어야 할 회전에 의해서 제공되는 제동 장치(1).
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(1)의 회전 속도를 제어하기 위해서 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(1)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31)을 제어하기 위한 수단을 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  25. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    다음 매개변수, 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도; 제2 축선(102)을 중심으로 몸체에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결하기 위한 수단(17)의 회전 속도; 베타각(β); 제동 토오크의 크기; 및 제동되어야 할 회전의 속도 중 하나 이상의 값을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  26. 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    제동 토오크의 크기를 제어하기 위한 수단을 추가로 포함하고, 여기서, 제동 토오크의 크기를 제어하기 위한 수단이 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도; 및 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율 중 하나 이상을 제어함으로써 제동 토오크의 크기를 제어하는 제동 장치(1).
  27. 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    알파각(α)이 90도인 제동 장치(1).
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축선(101), 제2 축선(102), 제3 축선(103) 및 제4 축선(104)이 몸체(2)의 질량 중심에서 교차하는 제동 장치(1).
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축선(101), 제2 축선(102) 및 제3 축선(103)의 각각이 다른 두 개의 축선과 수직인 제동 장치(1).
  30. 청구항 1 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)가 70 GPa를 초과하는 탄성 계수를 갖는 재료로 제조되는 제동 장치(1).
  31. 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)가 실린더형 대칭인 제동 장치(1).
  32. 청구항 1 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    단위 질량당 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 관성 모멘트가 (2/5)*R2보다 크거나 그와 동등하고, 여기서, R은 몸체(2)의 최소 경계 구체(minimal bounding sphere), 즉, 몸체(2)를 포함하는 최소 구체의 반지름인 제동 장치(1).
  33. 청구항 1 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)가 허브(hub), 웹(web) 및 링 모양 림(ring shaped rim)을 포함하는 제동 장치(1).
  34. 청구항 1 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    제4 축선(104)을 중심으로 한 회전을 위해서 장착된 하나 이상의 하나 이상의 평형추(counterbalance mass)를 추가로 포함하는 제동 장치(1).
  35. 청구항 1 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    제동 장치(1)가 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대한 연속적인, 바람직하게는 일정한, 제동 토오크를 제공하는 제동 장치(1).
  36. 청구항 1 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 청구된 제동 장치(1)를 둘 이상 포함하는데, 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17)의 각각을 회전시켜 동일한 회전 속도로 그러나 상이한 각각의 위상각으로 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제동되어야 할 회전을 각각의 제동 장치(1)에 분배하기 위한 수단(33)과 함께 포함하는 어셈블리(32)로서, 어셈블리(32)에서의 불균형된 힘의 크기가 감소되어, 어셈블리(32)에서 발생되는 진동이 감소되고, 어셈블리(32)에 의해서 제공된 제동 토오크의 크기가 어셈블리(32)에서의 제동 장치(1)의 각각에 의해서 제공된 제동 토오크의 합인 어셈블리(32).
  37. 몸체(2);
    제1 축선(101)을 중심으로 한 회전을 위해 몸체(2)를 지지하기 위한 내측 지지 수단(4);
    제2 축선(102)을 중심으로 한 회전을 위해 내측 지지 수단(4)을 지지하기 위한 외측 지지 수단(6);
    제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키기 위한 수단(14,15,16,30,31);
    제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 회전 및 토오크를 전달하기 위해서 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 몸체(2)에 연결시키기 위한 수단(17);
    외측 지지 수단(6)을 지지하기 위한 서스펜션 수단(9,10,11,29)을 포함하고,
    제1 축선(101)이 제2 축선(102)에 대해서 0도 초과인 알파각(α)으로 배향되고,
    제2 축선(102)이 제4 축선(104)에 대해서 0도 초과 및 90도 미만인 베타각(β)으로 배향되는, 제동 장치(1)에서 제동 토오크를 생성시키는 방법으로서,
    상기 방법이 제4 축선(104)을 중심으로 한 제2 축선(102)의 회전이 가능하도록 서스펜션 수단(9,10,11,29)을 구성시키는 단계;
    제2 축선(102)을 중심으로 한 외측 지지 수단(6)의 회전을 방지하도록 서스펜션 수단(9,10,11,29)을 구성시키는 단계를 특징으로 하여;
    몸체(2)가 세차운동 축선인 제3 축선(103)을 중심으로 추가로 회전되게 하고, 그러한 세차운동 축선을 중심으로 몸체(2)의 세차운동이 제1 축선(101)을 중심으로 몸체(2)를 회전시키고 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 토오크를 인가한 결과로서 발생하고,
    제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제2 축선(102)을 중심으로 몸체(2)에 인가된 토오크가 함께 몸체(2)가 제3 축선(103)을 중심으로 추가로 회전되게 하고,
    몸체(2)가 제1 축선(101), 제2 축선(102) 및 제3 축선(103)을 중심으로 동시에 회전하지만, 제2 축선(102)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제3 축선(103)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전이 마치 몸체(2)가 제4 축선(104)을 중심으로 회전하는 것처럼 관찰되고,
    제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 및 제3 축선(103)을 중심으로 한 몸체(2)의 회전이 함께 제2 축선(102)을 중심으로 제동 토오크가 발생되게 하여;
    제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대한 제동 토오크를 얻는, 제동 장치(1)에서 제동 토오크를 생성시키는 방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    제동 토오크의 크기를 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    제동 토오크의 크기를 조절하는 단계가 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체의 회전 속도; 및 제2 축선을 중심으로 한 몸체(2)의 회전 속도에 대한 제동되어야 할 회전의 속도의 비율 중 적어도 하나를 조절함을 포함하는 방법.
  40. 청구항 37 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    제동 토오크가 필요하지 않은 때에 제동 토오크를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  41. 청구항 40에 있어서,
    제동 토오크를 제거하는 단계가 제1 축선(101)을 중심으로 한 몸체(1)의 회전을 정지시킴을 포함하는 방법.
  42. 청구항 40 또는 청구항 41에 있어서,
    제동 토오크를 제거하는 단계가 몸체(2)로부터 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전을 분리시킴을 포함하는 방법.
  43. 청구항 40 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    제동 토오크를 제거하는 단계가 알파각(α) 및/또는 베타각(β)을 0도로 조절함을 포함하는 방법.
  44. 청구항 37 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서,
    연속적인, 바람직하게는 일정한, 제동 토오크가 제4 축선(104)을 중심으로 한 제동되어야 할 회전에 대해서 제공되는 방법.
  45. 청구항 37 내지 청구항 44 중 어느 한 항에 있어서,
    서스펜션 수단(9,10,11,29)의 위치를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  46. 청구항 37 내지 청구항 45 중 어느 한 항에 있어서,
    몸체(2)의 질량 중심을 제4 축선(104) 상에 유지시키기 위해서 서스펜션 수단(9,10,11,29)의 위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  47. 청구항 37 내지 청구항 46 중 어느 한 항에 있어서,
    베타각(β)이 0도 초과 및 90도 미만인 요망되는 값으로 제한되도록 제2 축선(102)의 운동을 제한하기 위해서 서스펜션 수단(9,10,11,29)의 위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  48. 청구항 37 내지 청구항 47 중 어느 한 항에 있어서,
    알파각(α)을 90도로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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