KR20200116298A

KR20200116298A - 엑츄에이터 및 이를 갖는 전기 기계식 브레이크 시스템

Info

Publication number: KR20200116298A
Application number: KR1020190037908A
Authority: KR
Inventors: 성준호; 정경호
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2020-10-12

Abstract

전기 기계식 브레이크 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 기계식 브레이크 시스템은 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 상기 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 피스톤을 진퇴 이동시키기 위한 스크류 조립체를 회전시키기 위해 모터와 복수의 감속기어를 갖는 감속장치를 포함하고, 복수의 감속기어 중 스크류 조립체와 연결되는 출력축에 마련된 감속기어는 원주방향을 따라 기어이가 없는 무치차부를 구비한다.

Description

엑츄에이터 및 이를 갖는 전기 기계식 브레이크 시스템{ACTUACTOR AND ELECTRO-MECHANICAL BRAKE SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 전기 기계식 브레이크 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전기기계식 브레이크(Electro-mechanical Brake)는 차세대 브레이크 개념으로 운전자의 제동의지를 감지한 후 모터와 같은 전동기를 이용하여 전륜과 후륜의 제동압력을 조절하는 장치이다.

전기기계식 브레이크는 일반제동기능, ABS(anti-lock brake system), ESC(electronic stability control), VDC(vehicle dynamic control) 기능은 물론, 향후 지능형 정속 주행장치 등에서 요구하는 자동 제동기능에 이르기까지 모든 지능형 제동역할을 가능하게 한다.

이러한 전기기계식 브레이크는 모터와 감속기를 사용하여 캘리퍼에 적정 클램핑 압력을 생성하고, 클램핑 압력을 통해 서비스 브레이크 및 주차 브레이크 기능을 수행하여야 하므로, 이러한 적정 클랭핌 압력을 생성하기 위해서는 모터의 사양 뿐만 아니라 적합한 감속기 타입과 사양 선정이 중요한 역할을 한다.

한국등록특허 제10-1511437호(2015.04.10 공고)

본 발명의 실시 예들은 엑츄에이터의 중량 감소 및 공간 활용성이 우수한 전기 기계식 브레이크 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 차륜과 함께 회전하는 디스크의 양측에 설치된 패드 플레이트를 동작시키기 위한 캘리퍼 하우징과, 상기 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 상기 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 상기 피스톤을 진퇴 이동시키기 위한 스크류 조립체와, 상기 스크류 조립체를 회전시키기 위해 모터와 복수의 감속기어를 갖는 감속장치를 갖는 엑츄에이터를 포함하고, 상기 복수의 감속기어 중 상기 스크류 조립체와 연결되는 출력축에 마련된 감속기어는 원주방향을 따라 기어이가 없는 무치차부를 구비하는 전기 기계식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.

또한 상기 복수의 감속기어는 상기 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 입력축에 설치된 제1 기어와, 상기 입력축과 나란히 배치된 중간축에서 상기 제1 기어와 치합되어 감속 회전하는 제2 기어와, 상기 중간축에서 상기 제2 기어와 동축상에 설치된 제3 기어와, 상기 스크류 조립체와 연결된 상기 출력축에서 상기 제3 기어와 치합되어 감속 회전하는 제4 기어를 포함한다.

또한 상기 복수의 감속기어는 헬리컬기어를 포함한다.

또한 상기 무치차부는 상기 출력축에 마련된 감속기어의 원주길이의 1/2 내지 3/4을 포함한다.

또한 상기 스크류 조립체는 상기 피스톤 내부에 배치되어 진퇴 가능한 볼 너트와, 상기 감속장치의 동력을 전달받아 회전하여 상기 볼 너트를 이동시키는 스핀들을 포함한다.

또한 상기 입력축에는 주차 제동을 위한 래칫기어가 상기 제1 기어와 동축상에 마련될 수 있다.

또한 상기 래칫기어는 솔레노이드 구동부의 플런저에 의해 간섭 가능할 수 있다.

또한 상기 감속장치를 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징에는 상기 솔레노이드 밸브의 로드가 상기 래칫기어와 간섭 가능하도록 상기 솔레노이드 구동부의 플런저가 관통 가능한 관통홀이 형성될 수 있다.

또한 상기 출력축에 마련된 상기 감속기어는 상기 출력축에 결합되는 부채꼴 형상의 몸체를 포함한다.

또한 상기 출력축에 마련된 상기 감속기어는 상기 출력축 외주에서 연장된 플랜지에 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 외주를 따라 일부분에 기어이가 마련될 수 있다.

또한 상기 제4 기어는 토션 스프링에 지지되고, 상기 토션 스프링은 상기 제4 기어가 일방향으로 회전 시 탄성력을 저장하고, 타방향 회전 시 상기 제4 기어에 복원력을 통해 회전력을 제공할 수 있다.

또한 상기 감속장치를 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 토션 스프링은 일단이 상기 하우징에 지지되고, 타단이 상기 제4 기어에 지지될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 패드 플레이트를 가압하는 피스톤을 이동시키는 스크류 조립체에 동력을 제공하는 전기 기계식 브레이크 시스템의 엑츄에이터에 있어서, 상기 엑츄에이터는 모터와, 상기 모터의 동력을 상기 스크류 조립체에 전달하는 복수의 감속기어를 포함하고, 상기 복수의 감속기어 중 상기 스크류 조립체와 연결되는 출력축에 결합된 감속기어는 외주에 기어이를 갖는 부채꼴 형상으로 마련되는 전기 기계식 브레이크 시스템의 엑츄에이터가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 엑츄에이터의 전체 중량과 크기를 줄여 비교적 협소한 차량에 장착 시 설계 자유도를 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 기계식 브레이크 시스템을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 출력축의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 출력축의 분해 사시도이다.

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 실시 예에 따른 전기 기계식 브레이크 시스템을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 감속장치의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 출력축의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템(10)은 차량의 휠과 함께 회전하는 디스크(11)를 가압하도록 한 쌍의 패드 플레이트(12,13)가 설치된 캐리어(14)와, 캐리어(14)에 슬라이딩 가능하게 설치되어 한 쌍의 패드 플레이트(12,13)를 작동시키는 캘리퍼 하우징(15)과, 캘리퍼 하우징(15) 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤(20)과, 피스톤(20)을 이동시키기 위한 회전력을 제공하는 모터(41)를 포함한 엑츄에이터(40)와, 엑츄에이터(40)에서 전달되는 회전력을 직선력으로 변환하여 피스톤(20)에 전달함으로써 피스톤(20)이 축방향 진퇴 이동되도록 하는 스크류 조립체(30)를 포함한다.

한 쌍의 패드 플레이트(12,13)는 내면에 마찰패드(16,17)가 부착된다. 한 쌍의 패드 플레이트(12,13)는 그 외면이 피스톤(20)의 선단과 접하도록 배치되는 내측 패드 플레이트(13)와, 외면이 캘리퍼 하우징(15)의 핑거부(15a)와 접하도록 배치되는 외측 패드 플레이트(12)로 이루어진다.

피스톤(20)은 컵 형상으로 내부가 파인 원통형으로 마련되어, 실린더(21) 내부에서 슬라이딩 가능하게 삽입된다.

피스톤(20)은 엑츄에이터(40)의 회전력을 전달받는 스쿠류 조립체(30)의 축력에 의해 내측 패드 플레이트(13)를 디스크(11) 측으로 가압한다.

스크류 조립체(30)는 모터(41)와 감속장치(50)로 구성된 엑츄에이터(40)로부터 회전력을 전달받아 피스톤(20)을 내측 패드 플레이트(13) 측으로 가압하는 역할을 한다.

스크류 조립체(30)는 피스톤(20) 내부에 배치되어 전후 진퇴 가능한 볼 너트(31)와, 엑츄에이터(40)로부터 회전력을 전달받아 회전하여 볼 너트(31)를 진퇴 이동시키는 스핀들(32)을 포함한다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 엑츄에이터(40)는 하우징(60)과, 하우징(60)과 결합되는 하우징 커버(70)와, 모터(41)의 동력을 스핀들(32)에 전달하도록 하우징 내부에 마련되는 감속장치(50)를 포함한다.

하우징(60)은 일측에 모터(41)의 축이 관통하는 제1 축공(61)과, 출력축(57)이 관통하는 제2 축공(67)이 나란히 위치되고, 하우징 커버(70)는 하우징(60)의 개방된 타측을 덮도록 볼트 결합된다.

하우징(60)은 감속장치(50)를 수용하는 역할을 하며, 하우징 커버(70)와 함께 감속장치(50)의 축 지지를 수행한다.

감속장치(50)는 모터(41)의 회전력을 기어비에 따라 감속하도록 구비되는 복수의 감속기어를 포함한다.

복수의 감속기어는 모터(41)의 회전력을 전달받아 회전하는 입력축(51)에 설치된 제1 기어(52)와, 입력축(51)과 나란히 배치되는 중간축(54)에 설치되는 제2 기어(52) 및 제3 기어(55)와, 스핀들(32)과 연결되는 출력축(57)에 설치되는 제4 기어(58)를 포함한다.

복수의 감속기어는 모터(41)의 회전력을 기어비에 따라 감속하도록 구비되며, 진동 및 소음 특성을 개선하기 위해 헬리컬 기어로 구성될 수 있다.

입력축(51)은 일단이 모터(41)의 축과 연결되고, 타단은 하우징 커버(70)에 설치된 입력축 베어링부재(71)에 회전할 수 있게 지지된다.

입력축 베어링부재(71)는 하우징 커버(70)에 오목하게 형성된 입력축 베어링부재 수용홈(72)에 수용된다. 입력축 베어링부재(71)는 볼 베어링을 포함한다.

입력축(51)에는 제1 기어(52)가 설치되며, 제1 기어(52)는 모터(41)에서 전달되는 회전력을 중간축(54)에 전달한다.

또한 입력축(51)에는 주차 제동 시 솔레노이드 구동부와 간섭되는 래칫기어(53)가 제1 기어(52)와 동축상에 마련된다.

솔레노이드 구동부(80)는 하우징(60)의 일측에 결합되며, 전원의 공급에 의해 진퇴하는 플런저(81)가 래칫기어(53)를 향해 전진하여 래칫기어(53)와 간섭되도록 마련된다.

이를 위해, 하우징(60)의 일측에는 솔레노이드 구동부(80)의 플런저(81)가 관통 가능한 관통홀(82)이 형성되고, 플런저(81)는 하우징(60)의 외부에서 관통홀(82)을 통해 하우징(60)의 내부로 진입하여 래칫기어(53)와 간섭될 수 있다.

중간축(54)은 안정적 회전이 가능하도록 양단이 각각 한 쌍의 중간축 베어링부재(62,73)에 의해 회전할 수 있게 지지된다.

한 쌍의 중간축 베어링부재(62,73)는 각각 하우징(60)에 마련된 제1 중간축 베어링부재 수용홈(63)과 하우징 커버(70)에 마련된 제2 중간축 베어링부재 수용홈(74)에 수용된다. 한 쌍의 중간축 베어링부재(62,73)는 볼 베어링을 포함한다.

중간축(54)에는 제1 기어(52)와 맞물리는 제2 기어(55)가 결합되어 제1 기어(52)로부터 전달된 입력축(51)의 회전속도에 대하여 1차 감속을 진행한다.

중간축(54)에는 제1 기어(52)에 의해 전달되는 회전력을 출력축(57)에 전달하기 위한 제3 기어(56)가 마련된다.

제2 기어(55)와 제3 기어(56)는 중간축(54)에서 동축상에 설치되어 중간축(54)과 함께 회전한다.

출력축(57)에는 제3 기어(56)와 맞물리는 제4 기어(58)가 결합되어, 제3 기어(56)로부터 전달된 중간축(54)의 회전속도에 대하여 2차 감속을 진행한다.

출력축(57)은 안정적 회전이 가능하도록 양단이 각각 한 쌍의 출력축 베어링부재(64,75)에 의해 회전할 수 있게 지지된다.

한 쌍의 출력축 베어링부재(64,75)는 각각 하우징(60)에 마련된 제1 출력축 베어링부재 수용홈(65)과 하우징 커버(70)에 마련된 제2 출력축 베어링부재 수용홈(76)에 수용된다. 한 쌍의 출력축 베어링부재(64,75)는 볼 베어링을 포함한다.

제4 기어(58)는 출력축(57)에서 반경방향 외측으로 연장된 플랜지(57a)에 결합되는 몸체(58a)를 구비할 수 있다.

제4 기어(58)는 모터(41)의 회전을 감속하여 출력축(57)에 전달하기 위해 복수의 감속기어와 대비 상대적으로 큰 직경을 갖게 되므로, 가공성 및 생산성 향상을 위해 출력축(57)에 마련된 플랜지(57a)에 결합되는 몸체(58a)를 가질 수 있다.

이러한 제4 기어(58)의 몸체(58a)는 볼트 체결에 의해 출력축(57)의 플랜지(57a)에 결합될 수 있다.

또한 제4 기어(58)는 다른 감속기어 대비 큰 직경을 가지므로, 엑츄에이터(40)의 전체 중량과 하우징(60)의 전체 크기를 줄여 비교적 협소한 차량에 장착 시 설계 자유도를 높일 수 있도록 원주방향을 따라 기어이가 없는 무치차부를 갖도록 제작될 수 있다.

일 예로, 제4 기어(58)의 몸체(58a)가 링 형태로 이루어진 경우, 몸체(58a)의 외주를 따라 일부분에 기어이(58b)가 마련되고, 다른 부분에는 기어이가 형성되지 않도록 절개된 형태로 마련될 수 있다. 이 경우, 제4 기어(58)의 기어이(58b) 부분은 대략 부채꼴 또는 반원 형상으로 이루어질 수 있다.

즉 제4 기어(58)가 원형 모양을 가지는 경우, 그 외주를 따라 기어이(58b)를 갖는 부분과 기어이(58b)가 없는 두 부분으로 나뉘어질 수 있다.

제4 기어(58)는 실질적으로 모터(41)의 회전을 감속하여 스핀들(32)에 전달하는 부분으로서, 디스크(11)를 압박하는 클램핑력을 생성하도록 제3 기어(56)와 맞물려 회전하는 경우 1/4 내지 1/2 회전만이 이루어지고, 실질적으로 1회전 조차 하지 않아, 제4 기어(58)의 외주 전체에 기어이(58b)가 필요치 않게 된다. 즉 제4 기어(58)에 마련되는 무치차부는 제4 기어(58)의 전체 원주길이의 1/2 내지 3/4를 포함할 수 있다.

따라서, 제4 기어(58)의 기어이(58b)가 없는 영역은 여분의 공간(도 4의 A)을 확보할 수 있어, 하우징(60)의 형상 변경을 통해 컴팩트한 구성을 도모할 수 있고, 감속장치(50)의 전체 중량을 줄일 수 있게 된다.

한편 제4 기어(58)는 백래쉬 보상 및 릴리즈 성능을 향상시키기 위하여 토션 스프링(90)에 의해 지지될 수 있다.

토션 스프링(90)은 일단이 하우징(60)의 일측에 지지되고, 타단이 제4 기어(58)에 지지된 상태로 하우징(60)과 제4 기어(58) 사이공간에서 출력축(57)의 외주를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

토션 스프링(90)은 제4 기어(58)가 일방향으로 회전 시에는 탄성력을 저장하고, 제4 기어(58)가 타방향으로 회전 시에는 복원력을 통해 제4 기어(58)에 회전력을 제공함에 따라 제동 해제 시 응답성을 향상시킬 수 있게 한다.

한편, 본 실시 예의 제4 기어(58)는 출력축(57)에 마련된 플랜지(57a)에 결합되는 형태를 도시하나, 도 6과 같이, 출력축(57) 외면에 압입 결합되는 부채꼴 형상의 몸체(59)를 갖는 감속기어로 이루어질 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 전동식 디스크 브레이크, 11: 디스크,
15: 캘리퍼 하우징, 20: 피스톤,
30: 스크류 조립체, 31: 볼 너트,
32: 스핀들, 40: 엑츄에이터,
41: 모터, 50: 감속장치,
51: 입력축, 52: 제1 기어,
53: 래칫기어, 54: 중간축,
55: 제2 기어, 56: 제3 기어,
57: 출력축, 58: 제4 기어,
60: 하우징, 61: 제1 축공,
67: 제2 축공, 70: 하우징 커버,
80: 솔레노이드 구동부, 90: 토션 스프링.

Claims

차륜과 함께 회전하는 디스크의 양측에 설치된 패드 플레이트를 동작시키기 위한 캘리퍼 하우징과, 상기 캘리퍼 하우징 내에 마련되어 상기 패드 플레이트를 디스크에 밀착하도록 가압하는 피스톤과, 상기 피스톤을 진퇴 이동시키기 위한 스크류 조립체와, 상기 스크류 조립체를 회전시키기 위해 모터와 복수의 감속기어를 갖는 감속장치를 갖는 엑츄에이터를 포함하고,
상기 복수의 감속기어 중 상기 스크류 조립체와 연결되는 출력축에 마련된 감속기어는 원주방향을 따라 기어이가 없는 무치차부를 구비하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 감속기어는 상기 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 입력축에 설치된 제1 기어와, 상기 입력축과 나란히 배치된 중간축에서 상기 제1 기어와 치합되어 감속 회전하는 제2 기어와, 상기 중간축에서 상기 제2 기어와 동축상에 설치된 제3 기어와, 상기 스크류 조립체와 연결된 상기 출력축에서 상기 제3 기어와 치합되어 감속 회전하는 제4 기어를 포함하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제2항에 있어서,
상기 복수의 감속기어는 헬리컬기어를 포함하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 무치차부는 상기 출력축에 마련된 감속기어의 원주길이의 1/2 내지 3/4을 포함하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 스크류 조립체는 상기 피스톤 내부에 배치되어 진퇴 가능한 볼 너트와, 상기 감속장치의 동력을 전달받아 회전하여 상기 볼 너트를 이동시키는 스핀들을 포함하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제2항에 있어서,
상기 입력축에는 주차 제동을 위한 래칫기어가 상기 제1 기어와 동축상에 마련되는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제6항에 있어서,
상기 래칫기어는 솔레노이드 구동부의 플런저에 의해 간섭 가능한 전기 기계식 브레이크 시스템.
제7항에 있어서,
상기 감속장치를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
상기 하우징에는 상기 솔레노이드 밸브의 로드가 상기 래칫기어와 간섭 가능하도록 상기 솔레노이드 구동부의 플런저가 관통 가능한 관통홀이 형성되는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 출력축에 마련된 상기 감속기어는 상기 출력축에 결합되는 부채꼴 형상의 몸체를 포함하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 출력축에 마련된 상기 감속기어는 상기 출력축 외주에서 연장된 플랜지에 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 외주를 따라 일부분에 기어이가 마련된 전기 기계식 브레이크 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제4 기어는 토션 스프링에 지지되고, 상기 토션 스프링은 상기 제4 기어가 일방향으로 회전 시 탄성력을 저장하고, 타방향 회전 시 상기 제4 기어에 복원력을 통해 회전력을 제공하는 전기 기계식 브레이크 시스템.
제11항에 있어서,
상기 감속장치를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
상기 토션 스프링은 일단이 상기 하우징에 지지되고, 타단이 상기 제4 기어에 지지되는 전기 기계식 브레이크 시스템.
패드 플레이트를 가압하는 피스톤을 이동시키는 스크류 조립체에 동력을 제공하는 전기 기계식 브레이크 시스템의 엑츄에이터에 있어서,
상기 엑츄에이터는 모터와, 상기 모터의 동력을 상기 스크류 조립체에 전달하는 복수의 감속기어를 포함하고,
상기 복수의 감속기어 중 상기 스크류 조립체와 연결되는 출력축에 결합된 감속기어는 외주에 기어이를 갖는 부채꼴 형상으로 마련되는 전기 기계식 브레이크 시스템의 엑츄에이터.