KR20210030433A - 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 및 브레이크 시스템 - Google Patents

전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 및 브레이크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 브레이크 시스템용의 가압된 압력 매체를 제공하기 위한 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2) 에 관한 것이고, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2) 는, · 스테이터 및 로터 (10) 를 갖는 전기 모터 (6), · 상기 전기 모터 (6) 에 의해 회전 구동되고 회전가능한 나사산형 너트 (40) 및 나사산형 스핀들 (48) 을 갖는 회전-병진 메카니즘 (32) 으로서, 상기 나사산형 스핀들 (48) 은 회전이 방지되고 축방향으로 변위가능하도록 장착되는, 상기 회전-병진 메카니즘 (32), · 축방향으로 상기 나사산형 스핀들 (48) 과 커플링되는 피스톤 (50), · 유압식 챔버 (56) 를 갖는 유압식 실린더 (58) 로서, 상기 유압식 챔버 (56) 는 압력 매체로 충전되고, 상기 피스톤 (50) 이 후방 피스톤 위치로부터 전방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 상기 나사산형 스핀들 (48) 의 병진 운동에 의해 변위 가능하여서 상기 압력 매체를 가압하고 그리고/또는 상기 압력 매체를 상기 유압식 챔버 (56) 로부터 배출하는, 상기 유압식 실린더 (58), 및 상기 유압식 챔버 (56) 와 연결되고 압력 매체가 상기 유압식 챔버 (56) 로부터 배출될 수 있는 유압식 연결부 (60), 및 · 상기 전기 모터 (6), 상기 회전-병진 메카니즘 (32) 및 상기 유압식 실린더 (58) 가 체결된 지지 구조물 (3) 을 포함하고, 상기 전기 모터 (6) 의 상기 로터 (10) 와 상기 나사산형 너트 (40) 사이에는 회전 커플링의 피스톤-트레블-제어된 차단을 위한 차단 디바이스 (70) 가 제공된다.

Description

전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 및 브레이크 시스템
본 발명은 차량의 브레이크 시스템용의 가압된 압력 매체를 제공하기 위한 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터에 관한 것이고, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터는,
· 스테이터 및 로터를 갖는 전기 모터,
· 전기 모터에 의해 회전 구동되고 회전가능한 나사산형 너트 및 나사산형 스핀들을 갖는 회전-병진 메카니즘으로서, 상기 나사산형 스핀들은 회전이 방지되고 축방향으로 변위가능하도록 장착되는, 상기 회전-병진 메카니즘,
· 나사산형 스핀들과 그것의 축방향으로 커플링되는 피스톤,
· 유압식 챔버를 갖는 유압식 실린더로서, 상기 유압식 챔버는 압력 매체로 충전되고, 압력 매체를 가압하고 그리고/또는 압력 매체를 상기 유압식 챔버로부터 배출하기 위해 상기 유압식 챔버 내로 피스톤이 후방 피스톤 위치로부터 전방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 스핀들의 병진 운동에 의해 변위될 수 있는, 상기 유압식 실린더, 및
· 유압식 챔버와 연결되고 압력 매체를 유압식 챔버로부터 배출할 수 있는 유압식 연결부, 및
· 전기 모터, 회전-병진 메카니즘 및 유압식 실린더가 체결된 지지 구조물을 포함한다.
본 발명은 추가로 전자 제어가능한, 중앙의 전자-유압식 브레이크 압력 공급부 및 유압식으로 작동가능한 휠 브레이크들을 갖는 브레이크 시스템에 관한 것이다.
현대 브레이크 시스템들은 전자 제어 및 조절 디바이스들을 사용하고 복수의 작동 모드들을 제어한다. 규칙적인 작동 모드, 즉 일반적인 드라이빙 모드를 위해 제공되는 작동 모드에서, 차량 휠들에 작용하는 개별적인 제동 토크들은 전자 조절된 방식으로 제공된다. "바이-와이어" 기술은 이를 위해 사용될 수 있다. 이는 차량 감속 요청으로부터 휠 브레이크 토크들의 물리적인 증강에 대한 기능적 체인의 적어도 일부가 전기 또는 전자 전달 경로의 형태라는 것으로서 이해되어야 한다. 그러한 감속 요청은 - 예를 들면 드라이빙 동역학의 관점에서 위험한 상황들을 자동적으로 회피하기 위해 또는 차량이 언덕에서 시동될 때에 롤링 백하는 것으로부터 방지하기 위해 - 사람인 드라이버로부터 뿐만 아니라 기술적 시스템, 예를 들면 드라이버 지원 시스템으로부터, 그리고 자동화된 드라이빙 기능을 갖는 차량에서, 또한 소위 가상 드라이버, 즉 드라이빙의 임무를 맡는 컴퓨터 시스템으로부터 나올 수 있다.
드라이버로서 사람은 브레이크 페달의 작동에 의한 감속을 위한 그들의 요청을 통신하고, 전자 시스템들은 사이버네틱 신호들을 통해 상기 요청을 통신한다. 바이-와이어 브레이크 시스템에서, 브레이크 페달의 작동은 처음에 또한 상응하는 신호로 변환된다. 바이-와이어 기술의 그러한 결과적인 사용은, 한편으로, 언급된 상이한 감속 요청들이 피드백 없이 신호들의 조합들에 의해 중첩될 수 있고, 다른 한편으로, 상이한 형태들의 휠 브레이크 토크 발생이 브레이크 페달에서 임의의 바람직하지 않은 피드백 없이 선택될 수 있다는 이점을 제공한다. 이는 요청된 차량 감속이 발전기 모드로 작동하는 전기 트랙션 모터를 통해 부분적으로 또는 완전히 실행되는 전기 및 하이브리드 차량들에서, 바람직하게 소위 회생 제동으로서 제동을 실행하는 데 필수적이다. 부분적으로 회생 제동의 경우에, 마찰 브레이크의 목적은 차량 감속의 나머지 부분에 기여하는 것이다.
바이-와이어 기술은 브레이크 시스템을 위한 기능적 전력 공급을 요한다. 심지어 전력 공급이 실패할 때조차 페달-제어된 제동 작용을 얻도록, 바이-와이어 시스템은 자동적으로 그러한 작동 상황에서 백-업 작동 모드로 "폴백" 되는 방식으로 구성될 수 있다. 전자 제어 및 조절 디바이스 유닛이 작동하지 않는 가능성 있는 경우에 대해 - 예를 들면 차량 전기 시스템의 고장의 경우에 - 제동 기능은 오로지 브레이크 페달의 작동을 통해 제공되고, 이를 위해 브레이크 페달은 기계적-유압식 커플링을 통해 휠 브레이크들에 직접 작동 연결된다. 그 백-업 작동 모드로의 브레이크 시스템의 그러한 작동은 전자 제어 및 조절 디바이스의 지원 없이 기능하고 따라서 전자 제어 및 조절 디바이스 유닛이 작동하지 않는 가능성 있는 경우를 위해 폴백 레벨로서 사용된다.
브레이크 페달을 포함하고 일반적인 작동으로 바이-와이어를 작동시키는 바이-와이어 브레이크 시스템에서, 드라이버를 위해 편안한 브레이크 페달의 힘-트레블 특징을 얻도록, 소위 페달 트레블 시뮬레이터가 사용되고, 즉 각각의 브레이크 페달을 작동하는 힘의 값에 대해, 사전규정된 방식으로 연관된 브레이크 페달 트레블을 발생시키는 기술적 디바이스가 사용된다. 가장 간단한 경우에, 시뮬레이터는 페달 복귀 스프링이다. 일반적인 작동 중에 폴백 레벨의 동시 이용의 경우에, 바이-와이어 작동 모드에서 드라이버의 근육 작동에 의해 시뮬레이터에 디포짓팅되는 작동 에너지가 현재 백-업 작동 모드에서 제동 작동을 위해 사용되어야 하다면, 보다 복잡한 페달 트레블 시뮬레이션 디바이스가 사용될 수 있다. 오로지 완전히 자동화된 방식으로 이동되는 차량들에서, 브레이크 페달은 선택적으로 생략될 수 있고 - 그러나, 이때 또한 직접적인, 비-전자 피드스루를 갖는 백-업 작동 모드는 존재하지 않는다.
휠 브레이크 토크들을 발생시키도록, 마찰 브레이크들이 작동할 수 있다. 작동 에너지는 이를 위해 요구된다. 백-업 작동 모드에서, 드라이버는 그들의 근육 작동에 의해 이러한 작동 에너지를 적용한다. 일반적으로 사용된 바이-와이어 작동 모드에서, 이는 전자 제어 및 조절 유닛에 의해 제어되고 유압식 휠 브레이크들의 경우에, 압력 액츄에이터의 형태인 액츄에이터에 의해 담당된다. 하나의 액츄에이터가 이로써 각각의 휠 브레이크에 대해 사용될 수 있다. 바람직하게, 그러나, 복수의 휠 브레이크들은 공통의 압력 액츄에이터에 의해 활성화되고, 상이한 압력들이 그에 연결된 휠 브레이크들에서 요구되는 경우에, 전자 제어 및 조절 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브들이 제공된다. 작동 중에, 액츄에이터는 그 압력 값이 적어도 연결된 휠 브레이크들에서 요구되는 최대 압력에 상응하는 압력을 제공하고, 솔레노이드 밸브들에 의해, 개별적인 휠 브레이크 압력들이 요구된다면 그로부터 개별적으로 유도된다.
솔레노이드 밸브들은 부가적인 액츄에이터들보다 실질적으로 작은 설치 공간을 요구하기 때문에, 예를 들면, 네개의 휠들을 갖는 차량에 대해 네개의 채널들을 갖는 압력 액츄에이터는 그 가장 컴팩트한 형태로 바람직하게 전자유압식 액츄에이터 및 각각의 경우에 유입구 및 유출구 밸브를 갖는 하류의 네개의-채널 모듈레이터로 구성된다. 특정한 요구조건들이 존재하는 경우에 - 예를 들면 바람직하게 하나의 차량 차축에서 회생 제동으로서 그리고 다른 차량 차축에서 마찰 제동으로서 제동을 실행하도록 - 두개의 차량 차축들과 연관된 두개의 전자유압식 액츄에이터들을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
"브레이크-바이-와이어" 작동 모드를 갖는 전자유압식 브레이크 시스템들에서, 드라이버는 이러한 작동 모드에서 브레이크들에 직접 액세스하는 것으로부터 단절된다. 페달이 작동할 때에, 페달-커플링 해제 유닛 및 시뮬레이터가 일반적으로 작동하고, 드라이버의 제동 의도가 센서 시스템에 의해 검출된다. 페달 시뮬레이터는 가능하다면 보다 친숙한 브레이크 페달 느낌을 운전자에게 부여하도록 사용된다. 검출된 제동 의도는 공칭 차량 감속 값을 결정하게 하고, 그로부터 브레이크들을 위한 공칭 브레이크 압력이 그후 결정된다. 브레이크 압력은 그후 압력 공급 디바이스에 의해 브레이크들에서 활성으로 증강된다.
실제 제동은 따라서 압력-공급 디바이스에 의해 브레이크 회로들에서 소프트웨어-제어된 압력 증강에 의해 달성되고, 이는 제어 및 조절 유닛에 의해 활성화된다. 상기-설명된 브레이크 시스템들에서 압력 공급 디바이스로서, 특히 전기기계-유압식 선형 액츄에이터가 사용될 수 있고, 전기기계-유압식 선형 액츄에이터에서 압력을 증강하기 위해, 피스톤은 유압식 압력 챔버 내로 축방향으로 변위된다. 전기 모터의 모터 샤프트의 회전은 피스톤의 축방향 변위로 회전-병진 메카니즘에 의해 변환된다.
요구된 시스템 압력의 설정은 적절한 압력 조절기, 또는 적절한 압력 조절 시스템에 의해 실행되고, 그곳에는 전기 모터의 속도 및 회전 각도를 위한 추가의 조절기가 압력 조절기에 부수된다.
그러한 전기기계-유압식 선형 액츄에이터의 피스톤의 선형 운동의 의도된 범위는 유압식 실린더의 보어 길이에 의해 제한된다. 피스톤이 구동에 의해 유압식 실린더로부터 당겨질 가능성을 방지하도록, 기계적 스톱은 피스톤 또는 피스톤에 연결된 스핀들과 지지 구조물 사이에 제공된다. 액츄에이터 피스톤의 후방 단부 위치는 그러한 스톱과 피스톤 또는 스핀들의 접촉에 의해 규정된다.
특히 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터들의 형태일 수 있는 그러한 선형 액츄에이터들의 경우에, 리트랙션 시에, 후방 스톱 (압력 증강의 방향에 반대 방향에 위치됨) 이 높은 속도로 타격된다면 자체 파괴의 위험성이 존재한다는 것은 공지되어 있다. 이는 후방 스톱에 접근될 때에 전기 모터를 제동하는 모터 제어기에 의해 활성 작동 중에 방지된다. 그러나, 모터 제어 유닛이 급속한 리트랙션 중에, 예를 들면 전력 공급부의 고장의 결과로서 갑자기 고장나는 경우가 고려될 수 있다. 전기 모터의 관성 매스로 인해, 전기 모터는 그 속도를 유지하고, 후방 스톱은 이러한 경우에 제동 없이 실제로 타격된다.
DE 10 2009 019 209 A1 은 나사산형 스핀들 및 나사산형 너트를 갖는 회전-병진 메카니즘을 갖는 선형 액츄에이터를 설명한다. 나사산형 너트는 지지 구조물에 회전불가능하게 장착된다. 스핀들은 전기 모터에 의해 구동되고, 그 로터는 토크 트랜스미션 커플링을 통해 나사산형 스핀들과 커플링된다. 심지어 단부 위치에 도달하기 전에, 토크 트랜스미션 커플링의 커플링 디스크는 맞물림 해제되어, 토크 트랜스미션 커플링은 단부 위치 직전에 커플링 해제된다.
설명된 선형 액츄에이터는 단지 커플링 디스크 및 전기 모터의 회전 각도들이 상응할 때에 커플링이 가능하여, 커플링 디스크가 전기 모터의 로터의 그루브 내에 자체로 "나사산 결합" 될 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서 커플링 해제가 발생된 후에 안전한 리커플링이 발생되는 지는 확실하지 않다.
따라서, 본 발명을 기초한 목적은, 나사산형 스핀들의 충격의 결과로서 손상을 방지하는 것을 가능하게 하고 작동이 재개될 때에, 커플링이 회전 각도에 독립적으로 그리고 신뢰성있게 다시 가능하게 행해지는 방식으로 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터의 형태의 선형 액츄에이터를 개선하는 것이다. 또한, 개선된 선형 액츄에이터를 갖는 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터와 관련하여, 이러한 목적은 전기 모터의 로터와 나사산형 너트 사이에 회전 커플링의 피스톤-트레블-제어된 차단을 위한 차단 디바이스가 제공된다는 점에서 본 발명에 따라 달성된다.
종속 청구항들 및 설명들은 본 발명의 유리한 실시형태들에 관한 것이다.
본 발명은 급속한 리트랙션 중에 전기 오작동의 경우에 액츄에이터의 가능한 파괴를 방지하도록, 비전기 수단에 의해, 전기 모터의 관성 매스와 커플링되어 비제동 방식으로 단부 위치에 도달하는 것을 방지하는 것이 필수적이라는 고려로부터 시작된다. 그러한 전기 오작동은, 예를 들면 차량에 전력 공급의 일시적 중단에 의해 발생될 수 있다. 또한 차후의 리커플링이 신뢰성있게 행해져서, 전기 오작동이 수정되자 마자 액츄에이터의 기능성이 복원되는 것이 중요하다.
현재 인식되는 바와 같이, 이는 후방 스톱에 접근될 때에, 전기 모터의 회전 관성 매스 운동으로부터 액츄에이터 또는 액츄에이터 피스톤의 병진 운동의 자동적인, 오로지 기계적으로 제어된 커플링 해제가 행해진다는 점에서 달성될 수 있다.
유리하게, 회전 커플링의 차단은 후방 피스톤 위치로의 접근에 의해 활성화될 수 있고, 즉 액츄에이터는 후방 피스톤 위치에 접근될 때에, 기계적 수단이 피스톤과 전기 모터의 관성 매스를 받게되는 로터 사이의 기계적 커플링을 차단하는 방식으로 구성된다.
이를 위해, 차단 디바이스는 바람직하게 전기 모터의 로터와 회전 커플링되는 구동 요소와, 나사산형 너트 사이의 분리가능한 포지티브 연결부를 포함한다.
분리가능한 포지티브 연결부는 유리하게 치형 시스템에 의해 형성된다.
분리는 유리하게 축방향 작동 방향으로 포지티브 연결부로부터 나사산형 너트의 맞물림해제에 의해 행해진다.
유리하게, 치형 시스템은 원뿔형 베이스 구역에 기초하여 형성된다. 그 결과로서, 맞물림해제된 부분들은 커플링이 다시 폐쇄될 때에 서로에 대해 자체로 센터링된다. 제 1 바람직한 실시형태에서, 나사산형 너트는 원뿔 내부 표면을 포함할 수 있는 한편, 구동 요소는 원뿔 외부 표면을 포함한다. 제 2 바람직한 실시형태에서, 나사산형 너트는 원뿔 외부 표면을 포함하는 한편, 구동 요소는 원뿔 내부 표면을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 후방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 상기 피스톤의 트레블을 제한하는 스톱이 존재한다.
유리하게, 차단의 활성화는, 피스톤의 리트랙션 시에, 피스톤이 스톱에 의해 추가로 이동하는 것이 방지됨으로써, 나사산형 너트의 추가의 회전 시에, 나사산형 너트는 구동 요소로부터 차단되도록 발생된다.
이를 위해, 스프링은 바람직하게 구동 요소와 나사산형 너트 사이에 제공되고, 스프링의 스프링력은 구동 요소로부터 나사산형 너트의 차단에 대해 작용한다. 용어 스프링은 여기서 일반적으로 탄성 요소들을 포함하고 그 탄성 변형은 실질적으로 후크의 법칙, 또는 스프링 법칙을 따른다.
스프링은 바람직하게 나사산형 너트에서의 제 1 지지 영역에서 그리고 구동 요소에서의 제 2 지지 영역에서 지지된다.
스핀들 너트는 이로써 스핀들 너트가 높은 인장 부하 하에서 구동 휠로부터 분리되는 방식으로 바람직하게 원뿔형 치형 시스템을 통해 구동 휠과 커플링된다. 스프링의 사전부하는 이것이 발생하는 힘을 규정한다. 리커플링 시에, 너트는 스프링력에 의해 지지부 및 원뿔형 치형 시스템의 덕택으로 휠에서 안전한 방식으로 자체로 센터링된다.
구동 요소는 바람직하게 제 1 원뿔형 표면, 특히 제 1 치형 시스템을 갖는 내부 표면을 포함하고, 나사산형 너트는 제 2 원뿔형 표면, 특히 제 2 치형 시스템을 갖는 외부 표면을 포함하고, 제 1 치형 시스템은 커플링된 상태로 제 2 치형 시스템과 맞물림되고, 전기 모터에 의해 회전-병진 메카니즘의 후방 단부 위치에 접근되는 결과로서, 제 1 치형 시스템 및 상기 제 2 치형 시스템은 맞물림 해제된다.
사전부하의 결과로서, 스프링은, 이로써 유리하게 제 1 원뿔형 표면이 제 2 원뿔형 표면에 대해 가압되는 방식으로 나사산형 너트의 축선을 따라 나사산형 너트에 힘을 가한다.
유리하게, 피스톤에 연결된 스핀들은 지지 구조물에 축방향으로 변위가능하게 및 회전불가능하게 장착된다. 상응하는 기계적 회전 방지 디바이스를 제조하는 복수의 가능예가 존재하고, 이는 다음에 설명된다.
제 1 변형예에서, 회전 방지 디바이스는 종방향으로 스핀들에서 외부에 형성된 그루브를 포함하고, 상기 그루브 내에서 지지 구조물에 체결되거나 그안에 통합되고 핀 또는 웨브의 형태인 회전 방지 요소가 맞물린다. 축방향 그루브는 유리하게 스핀들의 선회들을 통해 통과한다.
제 2 변형예에서, 회전 방지 디바이스는 스핀들 또는 스핀들에 연결된 피스톤 내측에 보어의 원통형 벽에서 종방향으로 형성된 그루브를 포함한다. 이러한 축방향 그루브는 스핀들 또는 스핀들에 연결된 피스톤의 내부 보어의 벽에서 구동 측에 또는 챔버 측에 형성될 수 있다.
제 3 변형예에서, 스핀들의 회전 방지 디바이스는 유리하게 그 축선 주위로 스핀들의 회전이 방지되고 축방향으로 스핀들의 변위가 허용되는 방식으로 지지 구조물에서 지지되는 아암을 포함한다. 지지 구조물에서 그루브에 대한 특히 유리한 대안예로서, 여기서 아암은 스핀들 축선에 대해 오프셋되고 그에 축방향으로 평행하게 배열되는 지지 구조물에 체결되는 볼트에서 원주 방향으로 지지되는 것이 가능하다.
바람직한 실시형태에서, 인장 로드들의 형태의 적어도 두개의 볼트들이 제공된다. 액츄에이터 복귀력을 전달하는 부분들로서, 이들 인장 로드 볼트들은 지지 구조물의 중요한 부분들이다. 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 내에서 마찰 접촉 경로는 구동 요소, 포지티브 연결부, 나사산형 너트, 스핀들, 피스톤, 압력 매체 칼럼, 챔버 바닥, 챔버 벽, 인장 로드 및 베어링을 통해 진행된다. 베어링의 메인 부하 방향은 축방향이다. 적어도 하나의 인장 로드 볼트는 회전 방지 디바이스 아암을 안내하고 인장력을 전달하는 이중 기능을 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 스톱은 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터의 지지 구조물에 형성되고, 상기 스톱은, 후방 단부 위치에 접근될 때에, 나사산형 스핀들-피스톤 조립체의 추가의 병진 운동을 블록킹한다. 스톱에 의해 블록킹되는 영역 내에서 나사산형 스핀들의 병진에 상응하는 회전 각도 값들을 갖는 스핀들 너트의 회전 구동은 스핀들이 기계적 스톱에서 지지되기 때문에, 스핀들 너트에 힘을 가하고, 이는 작동 방향으로 구동 요소로부터 멀리 너트를 당기게 한다. 이를 위해 구동 요소와 스핀들 너트 사이에 제공된 원뿔형 치형 시스템의 맞물림해제에 의해, 전기 모터와 스핀들 너트 사이의 회전 커플링은 차단되어, 이러한 작동 상태에서, 릴리즈 방향으로 전기 모터의 추가의 운동은 실행되지 않고 따라서 어떠한 손상도 발생할 수 없다.
구동 요소는 바람직하게 지지 구조물에 회전가능하게 및 축방향으로 고정식으로 장착되고 회전-회전 커플링 또는 회전-회전 메카니즘에 의해 전기 모터에 의해 구동되는 구동 휠의 형태이고, 구동 휠의 속도는 전기 모터의 로터의 속도보다 낮다.
나사산형 스핀들에 의해 형성된 회전-병진 메카니즘, 나사산형 너트 및 회전 방지 디바이스는 바람직하게 급경사 리드 스크류 구동의 형태이다. 즉, 높은 효율을 달성하도록, 10 도 초과의 나사산 피치 및 복수의 나사산이 사용된다. 금속, 예를 들면 스테인레스 강으로 제조된 스핀들, 및 플라스틱 재료로 제조된 스핀들 너트와 쌍으로 된 재료는 회전-병진 메카니즘의 매우 조용한 진행과 관련하여 특히 유리하다.
브레이크 시스템과 관련하여, 상기 언급된 목적은 활성의 압력 증강을 위해, 브레이크 시스템의 휠 브레이크들에 유압식으로 별개로 연결된 상기-설명된 액츄에이터가 제공된다는 점에서 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명의 이점은 특히 선형 액츄에이터의 자동적인 기계적 보호가 후방 스톱에 대해 높은 속도의 리트랙션의 경우에 자체 파괴에 대해 제공된다는 점이다.
뿐만 아니라, 본 발명은 최소한의 수의 구조적 요소들을 갖는 선형 액츄에이터의 특히 컴팩트 구성을 가능하게 한다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시형태는 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터를 매우 개략적인 도면으로 도시하고;
도 2 는 쿼더러플 (quadruple)-그루브형 급경사-나사산형 스핀들의 와이어 프레임 모델을 매우 개략적인 도면으로 도시하고;
도 3 은 스핀들 측에서 토크 지지부를 갖는 스핀들 내부 프로파일을 통해 회전 방지 디바이스를 갖는 선형 액츄에이터를 매우 개략적인 도면으로 도시하고;
도 4 는 피스톤 측에서 토크 지지부를 갖는 스핀들 내부 프로파일을 통해 회전 방지 디바이스를 갖는 선형 액츄에이터를 매우 개략적인 도면으로 도시하고;
도 5 는 인장 로드와 함께 아암을 통한 회전 방지 디바이스를 갖는 선형 액츄에이터를 매우 개략적인 도면으로 도시한다.
동일한 부분들은 모든 도면들에서 동일한 도면부호로 나타낸다.
도 1 에 도시된 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2) 는 지지 구조물 (3), 트랜스미션 커버 (4) 및 도 1 에서 쌍으로 된 기어 휠로서 도시되지만 벨트 트랜스미션에 의해 마찬가지로 용이하게 제공될 수 있는 회전을 통해 구동 요소 (20) 와 커플링된 스테이터 및 로터 (10) 를 갖는 전기 모터 (6) - 회전 메카니즘 (16) - 를 갖는 하우징을 포함한다. 로터 (10) 가 회전할 때에, 베어링 (26) 에서 지지 구조물 (3) 에 회전가능하게 장착되는 구동 요소 (20) 가 회전하게 설정된다. 액츄에이터 (2) 는 구동 요소 (20) 에 의해 구동되고 회전가능한 나사산형 너트 (40) 및 나사산형 스핀들 (48) 을 갖는 회전-병진 메카니즘 (32) 을 포함하고, 상기 나사산형 스핀들 (48) 은 회전이 방지되고 축방향으로 변위가능하도록 장착된다. 피스톤 (50) 은 나사산형 스핀들 (48) 과 축방향으로 커플링된다.
압력을 증강하기 위해, 피스톤 (50) 은 지지 구조물 (3) 에 연결되고 압력 매체로 충전되거나 또는 충전될 수 있는 유압식 챔버 (56) 를 포함하는 유압식 실린더 (58) 에서 변위가능하다. 이를 위해, 피스톤 (50) 은 도면에 도시된 후방 피스톤 위치로부터 전방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 나사산형 스핀들 (48) 의 병진 운동에 의해 변위됨으로써, 챔버 (56) 에서의 압력 매체는 챔버로부터 가압되거나 또는 배출된다. 챔버 (56) 는 압력 매체가 챔버 (56) 로부터 배출될 수 있는 유압식 연결부 (60) 에 연결된다. 연결부 (60) 는 예를 들면, 하나의 또는 두개의 유압식 브레이크 회로들에 연결될 수 있어서, 전기 모터의 전자 활성화의 제어 하에서, 압력은 액츄에이터 (2) 에 의해 적어도 하나의 브레이크 회로에서 증강될 수 있다.
액츄에이터 (2) 는 후방 스톱 (66) 에 속도를 갖고서 접근될 때의 스핀들 (48) 의 충격의 작동 상황에서, 액츄에이터 (2) 가 전기 모터의 관성 매스의 작용에 의해 손상되거나 또는 심지어 파괴되는 것을 방지하도록 조절된다. 이를 위해, 전기 모터의 로터의 회전과 스핀들의 선형 운동 사이에서 트랜스미션 커플링을 작동 상황에 따라 차단하기 위한, 즉 전기 구성요소들의 기능에 독립적인 오로지 기계적 차단 디바이스 (70) 가 제공되고, 상기 차단 디바이스는 너트 (40), 구동 요소 (20) 및 스프링 (76) 을 포함한다. 스프링 (76) 은 상기 나사산형 너트 (40) 에서의 제 1 지지 영역 (80) 에서 그리고 상기 구동 요소 (20) 에서의 제 2 지지 영역 (84) 에서 지지된다.
여기서 구동 휠의 형태인 나사산형 너트 (48) 및 구동 요소 (20) 는 스핀들 너트 (48) 가, 즉 스프링 (76) 의 힘을 초과하는 높은 인장 부하 하에서 구동 휠로부터 분리되는 방식으로 원뿔형 치형 시스템 (90) 에 의해 커플링된다. 스핀들 (48) 이 후방 스톱 (66) 을 타격하지 않는 액츄에이터 (2) 의 일반적인 작동에서, 스프링 (76) 은 이러한 분리, 또는 커플링 해제가 발생하는 힘을 규정하는 사전부하를 갖는다.
나사산형 스핀들 (48) 은 도 2 에서 바람직한 실시형태로 도시된 바와 같이 종방향으로 그루브형 급경사-나사산형 스핀들 (100) 의 형태이다. 이는 적어도 두개의 종방향 그루브들 (102) 이 제공되는 급경사-나사산형 스핀들의 형태이고, 이는 스핀들 (100) 이 회전하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 단일 종방향 그루브는 적절하지 않게 보이는 데, 왜냐하면 토크 지지부가 이때 단지 바람직하지 않은 마찰을 발생시키는 스핀들 (48) 과 너트 (40) 사이에 작용하는 부가적인 접촉력들에 의해 발생할 수 있기 때문이다.
스핀들 (48) 을 위한 회전 방지 디바이스를 제공하도록 조합된 스톱 및 회전 방지 요소 (120) 가 제공되고, 조합된 스톱 및 회전 방지 요소 (120) 는 변위 불가능하게 및 회전 불가능하게, 또는 회전이 방지되는 방식으로 지지 구조물 (3) 에 연결되고, 종방향 그루브들 (102) 내에서 맞물리는 돌부들 또는 돌출부들을 갖는다. 이러한 방식으로, 나사산형 스핀들 (48) 의 회전이 방지된다.
그러나, 도 1 에 도시된 바와 같이 선형 액츄에이터 (2) 의 단순 및 컴팩트 구성은 볼 스크류 구동부 (KGT) 가 아니라 모션 또는 급경사 리드 스크류 구동부의 사용을 요구한다. 볼들은 종방향 그루브들에서 고착되게 된다. KGT 와 비교하여, 급경사 리드 스크류 구동부는 보다 적은 구성요소들로 이루어지고 실질적으로 덜 비싸지만, 그 보다 높은 나사산 피치로 인해, 감속 기어의 보다 더 큰 로트-로트 (rot-rot) 감속을 요구한다. 도시된 하나의-스테이지 스퍼-기어 시스템은 따라서 예로써 또는 상징적으로 이해되어야 한다. 두개의-스테이지 스퍼-기어 시스템, 유성 기어 시스템 및/또는 벨트 구동부가 또한 사용될 수 있다.
제 2 바람직한 실시형태에서 선형 액츄에이터 (2) 는 도 3 에 예시된다. 이러한 실시형태에서, 나사산형 스핀들 (48) 은 중공형이다. 그것은 블라인드 구멍 (128) 및 블라인드 구멍에서, 바람직하게 그루브들을 포함하는 내부 프로파일 (130) 을 갖는다. 고정 요소 (136), 특히 로드는 후방 스톱 (66) 에서 하우징에 회전가능하게 체결된다. 로드는 스핀들 (48) 의 공동 (128) 에 배열된다. 그것은 그루브들 내에 맞물리는 돌출부들, 또는 돌부들을 포함하고, 이로써 스핀들 (48) 의 회전이 방지된다. 토크 지지부는 하우징의 보강된 트랜스미션 커버 (4) 에서 회전되는 것으로부터 방지하는 방식으로 로드를 체결함으로써 이러한 실시형태에서 발생되고, 상기 트랜스미션 커버는 차례로 지지 구조물 (3) 에서 지지된다.
선형 액츄에이터 (2) 의 추가의 바람직한 실시형태는 도 4 에 예시된다. 이러한 실시형태에서 역시, 나사산형 스핀들 (48) 은 중공형이고 블라인드 구멍의 형태이다. 그것은 특히 그루브들을 포함하고 유압식 측을 향해, 즉 챔버 (56) 를 향해 개방되는 내부 프로파일 (130) 을 갖는다. 고정 요소로서 작용하는 로드 (140) 는, 유압식 실린더 (58) 의 내부 측에 그리고, 유압식 실린더를 통해, 지지 구조물 (3) 에 회전 고정된 방식으로 체결된다. 로드는 스핀들 (48) 의 그루브들 내에서 맞물리고 그러한 방식으로 스핀들 (48) 이 회전하는 것을 방지하는 돌출부들, 또는 돌부들을 포함한다.
선형 액츄에이터 (2) 의 추가의 바람직한 실시형태는 도 5 에 예시된다. 공통의 축선을 갖는 피스톤 및 나사산형 스핀들의 조립체는 그 축선에 대해 이러한 조립체의 회전이 방지되고 그러한 축선을 따르는 변위가 가능하게 행해지는 방식으로 액츄에이터의 지지 구조물 (3) 에서 안내되는 적어도 하나의 아암 (148) 을 갖는다. 이를 위해, 아암의 단부는 바람직하게 나사산형 스핀들-피스톤 축선으로부터 이격되고 상기 그루브 내에서 축방향으로 평행하게 배열되는 볼트 주위에서 맞물림된다. 가능한 대안예는 지지 구조물 (3) 의 내측에 형성되고 축방향으로 평행하게 연장되는 그루브이고, 그 안에서 아암의 그루브 단부가 안내된다.
볼트가 회전을 방지하기 위해 사용되는 것 뿐만 아니라, 필수적인 수용력들을 제공하기 위해 사용되는 경우가 특히 유리하다. 이를 위해 지지 구조물 (3) 의 구성요소들로서, 액츄에이터 챔버에서 압력을 증강하기 위해 필수적인 액츄에이터 챔버 유지력을 제공하는 적어도 두개의 인장 로드들 (142) 가 제공된다. 그러한 구성은 생산 비용의 관점에서 특히 유리한 데, 왜냐하면, 비싸지 않은 인장 로드들 및 유압식 실린더 (58) 이외에, 높은 인장력들을 전달하는 어떠한 추가의 수용 구성요소도 요구되지 않기 때문이다. 액츄에이터의 하우징은, 따라서 예를 들면 시트 금속 또는 플라스틱 재료로부터 제조될 수 있는 단순한 얇은-벽형 케이싱 (5) 에 의해 인장 로드들 (142) 의 영역에서 완성될 수 있다. 이러한 변형예에서 약간 증가된 전체 길이에도 불구하고, 이는 중량 및 비용 절감을 제공하는 데 왜냐하면 인장 로드들 (142) 및 얇은-벽형 케이싱 (5) 은 예를 들면 인장력들의 전달을 위해 설계되고 금속으로부터 주조된 두꺼운-벽형 하우징 부분의 대안예와 비교하여 보다 유리한 구조적 해결책을 제공하기 때문이다. 추가의 이점은, 예시된 바와 같이 로드 피스톤이 사용될 수 있다는 점이다. 실린더의 내부 벽에서보다 로드에서의 외측에서 유압식 개스킷과 협동하는 슬라이딩 표면을 배열하고, 그것이 피스톤에 배열된 유압식 개스킷과 협동하도록 허용하는 것이 보다 유리하다. 그러나, 물론 또한 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4 에 예시된 바와 같이 피스톤-실린더 조립체를 사용하는 것이 가능하다.

Claims (15)

  1. 차량의 브레이크 시스템용의 가압된 압력 매체를 제공하기 위한 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2) 로서,
    · 스테이터 및 로터 (10) 를 갖는 전기 모터 (6),
    · 상기 전기 모터 (6) 에 의해 회전 구동되고 회전가능한 나사산형 너트 (40) 및 나사산형 스핀들 (48) 을 갖는 회전-병진 메카니즘 (32) 으로서, 상기 나사산형 스핀들 (48) 은 회전이 방지되고 축방향으로 변위가능하도록 장착되는, 상기 회전-병진 메카니즘 (32),
    · 상기 나사산형 스핀들 (48) 과 그것의 축방향으로 커플링되는 피스톤 (50),
    · 유압식 챔버 (56) 를 갖는 유압식 실린더 (58) 로서, 상기 유압식 챔버 (56) 는 압력 매체로 충전되고, 상기 압력 매체를 가압하고 그리고/또는 상기 압력 매체를 상기 유압식 챔버 (56) 로부터 배출하기 위해 상기 유압식 챔버 (56) 내로 상기 피스톤 (50) 이 후방 피스톤 위치로부터 전방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 상기 나사산형 스핀들 (48) 의 병진 운동에 의해 변위될 수 있는, 상기 유압식 실린더 (58),
    · 상기 유압식 챔버 (56) 와 연결되는 유압식 연결부 (60) 로서, 상기 유압식 연결부 (60) 를 통해 상기 압력 매체를 상기 유압식 챔버 (56) 로부터 배출할 수 있는, 상기 유압식 연결부 (60), 및
    · 상기 전기 모터 (6), 상기 회전-병진 메카니즘 (32) 및 상기 유압식 실린더 (58) 가 체결된 지지 구조물 (3) 을 포함하고,
    상기 전기 모터 (6) 의 상기 로터 (10) 와 상기 나사산형 너트 (40) 사이에는 회전 커플링의 피스톤-트레블-제어된 차단 (isolation) 을 위한 차단 디바이스 (70) 가 제공되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 커플링의 차단은 후방 피스톤 위치로의 접근에 의해 활성화될 수 있는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차단 디바이스 (70) 는 상기 전기 모터 (6) 의 상기 로터 (10) 와 회전 커플링되는 구동 요소 (20) 와 상기 나사산형 너트 (40) 사이의 분리가능한 포지티브 연결부를 포함하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분리가능한 포지티브 연결부는 치형 시스템 (90) 에 의해 형성되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 치형 시스템은 원뿔형 베이스 구역에 기초하여 형성되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 요소 (6) 는 제 1 치형 시스템을 갖는 제 1 원뿔형 표면, 특히 내부 표면을 포함하고,
    상기 나사산형 너트 (403) 는 제 2 치형 시스템을 갖는 제 2 원뿔형 표면, 특히 외부 표면을 포함하고,
    상기 제 1 치형 시스템은 커플링된 상태로 상기 제 2 치형 시스템과 맞물림되고,
    상기 전기 모터가 상기 회전-병진 메카니즘 (32) 의 후방 단부 위치에 접근함으로써, 상기 제 1 치형 시스템 및 상기 제 2 치형 시스템은 맞물림 해제 (out of engagement) 되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 피스톤 위치를 향하는 방향으로 상기 피스톤 (50) 의 트레블을 제한하는 스톱 (66) 이 존재하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  8. 제 7 항에 있어서,
    차단의 활성화는, 상기 피스톤 (50) 의 리트랙션 (retraction) 시에, 상기 피스톤이 스톱 (66) 에 의해 추가로 이동하는 것이 방지됨으로써, 상기 나사산형 너트 (40) 의 추가의 회전 시에, 상기 나사산형 너트는 상기 구동 요소 (20) 로부터 차단되도록 발생되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 요소 (20) 와 상기 나사산형 너트 (40) 사이에 스프링 (76) 이 제공되고, 상기 스프링의 스프링력은 상기 구동 요소 (20) 로부터 상기 나사산형 너트 (40) 의 차단에 대해 작용하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스프링 (76) 은 한편으로 상기 나사산형 너트 (3) 에서의 제 1 지지 영역 (21) 에서 그리고 다른 한편으로 상기 구동 요소 (6) 에서의 제 2 지지 영역 (22) 에서 지지되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사산형 스핀들 (48) 의 상기 회전 방지 디바이스는 상기 나사산형 스핀들 (48) 에 형성된 축방향 그루브 (102) 를 포함하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 축방향 그루브 (102) 는 상기 나사산형 스핀들 (48) 의 선회들 (turns) 을 통해 통과하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 축방향 그루브 (102) 는 상기 나사산형 스핀들 (48) 의 내부 보어의 벽에서 구동부 측 또는 챔버 측에 형성되는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 나사산형 스핀들의 상기 회전 방지 디바이스는 상기 피스톤으로부터 이격되고 상기 피스톤과 축방향으로 평행하게 배열된 볼트에서 원주 방향으로 지지되는 적어도 하나의 아암 (148) 을 포함하는, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 볼트는, 회전을 방지하기 위한 지지 요소로서의 기능 뿐만 아니라, 또한 인장력들을 전달하는 구성요소의 기능을 수행하고, 이를 위해 상기 볼트는 인장 로드 (142) 의 형태인, 전기기계-유압식 피스톤 액츄에이터 (2).
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