KR20210050578A - 휠 브레이크 액추에이터용 전기 모터, 휠 브레이크 액추에이터, 및 전기 모터의 냉각 시스템 제어 방법 - Google Patents

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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키기 위한 전기 모터로서, 스테이터와 로터를 포함하고, 냉각 유체가 전기 모터의 하나 이상의 부품을 냉각시키는 냉각 시스템을 더 포함하는 전기 모터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 모터를 포함하는 휠 브레이크 액추에이터에 관한 것이고, 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터의 냉각 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

휠 브레이크 액추에이터용 전기 모터, 휠 브레이크 액추에이터, 및 전기 모터의 냉각 시스템 제어 방법
본 발명은 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키기 위한 전기 모터와, 이러한 전기 모터를 포함하는 휠 브레이크 액추에이터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 모터의 냉각 시스템을 제어하는 방법을 제공한다.
전기 공압식을 비롯한, 전기 기계식 휠 브레이크 액추에이터가 상용차에 흔히 사용되고 있다. 이러한 휠 브레이크 액추에이터는 작동 중에 열 소산을 크게 발생시키는데, 이러한 열 소산은 전기 모터를 포함하는 것에 기인하여 기계식 휠 브레이크 액추에이터에 비해 증가된 것이다. 높은 온도는 전기 모터와 전기 기계식 휠 브레이크 액추에이터의 다른 구성요소의 내마모성을 감소시킨다. 따라서, 전기 기계식 휠 브레이크 액추에이터를 위한 효율적인 냉각 시스템은 가치 있다.
현재는 휠 브레이크 액추에이터를 그리고 특히 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터를 냉각하는 데 공기 냉각 시스템이 사용된다. 그러나, 휠 브레이크 액추에이터용 공기 냉각 시스템의 효율은, 직접적으로 공기 순환에 그리고 이에 따라 차량의 속도에 좌우되는 공기 대류에 의해 제한된다. 저속에서는, 휠 브레이크 액추에이터 주위의 벌크 공기의 온도가 높고 공기 속도가 작기 때문에 대류 계수가 작다. 따라서, 낮은 대류 계수로 인하여 열 제거가 크게 제한되므로, 저속에서 냉각은 불충분하다. 결과적으로, 휠 브레이크 액추에이터의 구성요소들의 응력을 해제하기 위해 차량이 감속되거나 이미 정지된 경우에, 열을 제거할 필요성이 통상적으로 증가된다.
본 발명의 과제는, 종래 기술의 단점을 극복하는 것, 특히 휠 브레이크 액추에이터의 전기 모터의 냉각 효율을, 특히 저속 작동시에, 증가시키고, 휠 브레이크 액추에이터의 내마모성을 향상시키는 대안적인 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
이 과제는 독립 청구항 1, 11 및 14의 대상에 의해 해결된다.
본 발명에 따르면, 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터는 스테이터와, 로터, 그리고 냉각 유체가 전기 모터의 하나 이상의 부품을 냉각시키는 냉각 시스템을 포함한다. 냉각 유체의 열용량이 공기에 비해 크기 때문에, 특히 저속 작동시, 전기 모터의 냉각 효율이 향상된다. 냉각 유체는 액체 냉각제, 기체 냉각제, 고체 냉각제 중의 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
실시형태에 따르면, 전기 모터는 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하도록 구성되어 있는 액체 펌프를 더 포함한다. 전기 모터는 또한 냉각 유체를 냉각시키는 냉각 장치에 연결될 수 있다. 냉각 장치는 압축기 기반 냉장기 또는 예를 들어 펠티어 요소를 포함하는 전기 냉각 장치를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 전기 모터의 하나 이상의 부품 상에 배치된 냉각층을 포함하여, 냉각층에 공급된 냉각 유체의 증발로 인하여 전기 모터를 냉각시킨다.
대안적인 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 냉각 유체용 냉각 재킷을 포함하고, 냉각 재킷은 전기 모터의 하나 이상의 부품의 반대편에 배치되어 있는 하나 이상의 부품을 포함하며, 냉각 유체를 통과시키는 냉각 채널이 냉각 재킷의 하나 이상의 부품과 상기 냉각 재킷의 하나 이상의 부품의 반대편에 있는 전기 모터의 하나 이상의 부품 사이에 획정된다.
대안적인 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 냉각 유체용 냉각 재킷을 포함하고, 냉각 재킷은 전기 모터의 하나 이상의 부품과 접촉하게 배치되어 있으며, 냉각 재킷은 냉각 유체를 통과시키기 위한 냉각 채널을 포함한다. 냉각 채널은, 냉각 유체가 전기 모터의 서로 다른 부품들에 공급되는 순서를 정하거나 변경하는 가능성과, 냉각 유체의 유속의 제어를 향상시킨다. 예를 들어, 전기 모터 상에 배치된 전자 구성요소들이 먼저 냉각 유체에 의해 냉각되고 이후에 전기 모터의 부품이 냉각되는 방식으로 냉각 채널을 형성하는 것이 효율적일 수 있다. 따라서, 일차적으로 냉각되어야 할 필요가 있는 구성요소들이, 후순위 냉각을 필요로 하며 냉각 채널에서 하류에 배치되는 다른 구성요소들의 상류에 배치되도록, 전기 모터에 있어서 냉각 채널의 경로가 배치된다.
다른 실시형태에 따르면, 냉각 재킷은 전기 모터의 적어도 일부분을 둘러싸는 원통 또는 그 일부분의 형상부를 포함하고, 냉각 채널로의 냉각 유체의 유입을 위한 냉각 채널의 입구 포트와 냉각 채널로부터의 냉각 유체의 유출을 위한 냉각 채널의 출구 포트를 포함한다. 냉각 재킷의 원통 형상부는 전기 모터의 형상에 따르며, 이에 따라 전기 모터 및 그 외면과의 양호한 접촉과 양호한 냉각 효율을 제공한다.
다른 실시형태에 따르면, 스테이터는 스테이터의 외면에 인접하게 또는 상기 외면 위에 배치된 추가 구성요소들, 특히 전자 구성요소들을 포함하고, 냉각 채널은 추가 구성요소들 중 적어도 일부와 접촉하여 또는 인접하여 연장되며, 스테이터의 외면의 적어도 일부에는 추가 구성요소들이 없다. 이는 전기 모터의 부품들 및 구성요소들의 선택적인 냉각을 제공하고, 전기 모터의 전체 냉각 속도를 증가시킨다. 추가적인 하우징(들)이 상기 전자 구성요소들을 위해 제공될 수도 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 입구 포트에 들어간 후 냉각 유체가 먼저 추가 구성요소들 중 적어도 일부와 접촉하게 되거나 추가 구성요소들 중 적어도 일부의 위로 또는 그에 인접하게 유동한 후 출구 포트에서 나가기 전에 스테이터의 외면의 하나 이상의 부분에 추가 구성요소들이 없도록, 냉각 채널을 통과하는 냉각 유체의 흐름 방향이 배치된다. 결과적으로, 열에 더 민감한 전자 구성요소들이 먼저 냉각되고, 전자 구성요소들의 파괴로부터의 추가적인 보호가 제공된다.
다른 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 1차 냉각 채널로부터 분리되어 있는 하나 이상의 2차 냉각 채널을 포함하고, 하나 이상의 2차 냉각 채널은 전기 모터의 하나 이상의 부품을 냉각하기 위해 상기 하나 이상의 부품과 접촉해 있거나, 그 위에 있거나, 그에 인접하여 있다.
다른 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 상기 추가 구성요소들, 특히 전자 구성요소들을 포함하는 전기 모터의 하나 이상의 부품의 냉각, 가열, 또는 열 제어를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 실시형태들을 포함하는 전기 모터를 포함하는 휠 브레이크 액추에이터가 제공된다.
일 실시형태에 따르면, 냉각 재킷은 휠 브레이크 액추에이터의 하우징의 일부를 적어도 부분적으로 형성하고, 냉각 재킷의 입구 포트 및 출구 포트는 휠 브레이크 액추에이터의 하우징에 형성된다. 이러한 형태는 구조를 단순화할 수 있고 액추에이터의 집적화를 증대시킬 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 휠 브레이크 액추에이터의 하우징과 전기 모터의 스테이터의 외면 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터의 냉각 시스템을 제어하는 방법이 제공된다.
상기 방법은: 전기 모터에 결합된 하나 이상의 온도 센서로부터 온도 신호를 고정된 시간 간격을 두고 컨트롤러에 의해 수신하는 단계; 컨트롤러에서 온도 신호를 임계값과 비교하는 단계; 온도 신호가 임계값보다 큰 경우, 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하도록 제어 신호를 컨트롤러에 의해 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 다르면, 임계값은 전기 모터의 온도 이력에 기초하여 사전 결정되거나 또는 전기 모터의 작동 중에 동적으로 결정된다. 온도 이력은 메모리의 데이터베이스에 저장될 수 있다.
바람직한 실시형태들은 종속 청구항들에 의해 제공된다.
본 발명에 따른 방법은, 본 발명의 기술된 양태들에 따른 전기 모터를 구현하도록 정해질 수 있고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 주목해야 할 필요가 있다.
이하의 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조한다. 동일한 또는 유사한 요소를 식별하기 위해, 서로 다른 도면들에서 동일한 참조 부호들이 사용될 수 있다. 이하의 설명에서는, 설명을 목적으로 그리고 제한을 의도하지 않고서, 특정 구조, 기능성 등과 같은 구체적인 사항들이 청구되는 발명의 다양한 양태들의 충분한 이해를 제공하기 위해 제시되어 있다.
청구되는 본 발명의 여러 양태들이 상기한 구체적인 사항들로부터 벗어나는 다른 실시예로 실시될 수 있다는 것이, 본 개시 내용에서 이익을 얻는 당업자에게 명백할 것이다. 특정 예들에서, 잘 알려진 장치들과 방법들의 설명은, 불필요한 세부 사항들로 본 발명의 설명이 모호해지지 않도록 생략되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태들 중의 어느 하나에 따른 전기 모터의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 2는 도 1에 따른 전기 모터의 전체도를 도시하며;
도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하고;
도 4는 전기 모터와 냉각 시스템 사이의 상호 작용의 개략적인 배치 구성을 도시한다.
도 1에 도시된 실시형태에서, 전기 모터(1)는 (도 1에 도시되어 있지 않은) 냉각 시스템(11)의 냉각 재킷(2)에 포함되고, 냉각 재킷(2)은 휠 브레이크 액추에이터의 하우징(9)의 일부로서 형성된다. 휠 브레이크 액추에이터의 힘, 특히 선형 힘은 스테이터(3)와 로터(5)를 포함하는 전기 모터(1)에 의해 발생된다. 스테이터(3)에는 전기 모터(1)의 코일(4)이 들어 있다. 스테이터(3)는 휠 브레이크 액추에이터의 하우징(9)에, 특히 하우징에 있어서 냉각 재킷(2)을 형성하는 부분에, 고정되고, 냉각 재킷(2)의 벽에 인접해 있다. 냉각 재킷(2)은 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품과 접촉하게 배치된다. 냉각 재킷(2)은 냉각 유체를 통과시키기 위한 냉각 채널(6)을 포함한다.
도 2를 참조해 보면, 냉각 재킷(2)은 전기 모터(1)의 적어도 일부분을 둘러싸는 원통의 형상을 갖는다. 냉각 재킷(2)은 냉각 채널(6)로의 냉각 유체의 유입을 위한 냉각 채널(6)의 입구 포트(7)와, 냉각 채널(6)로부터의 냉각 유체의 유출을 위한 냉각 채널(6)의 출구 포트(8)를 포함한다. 냉각 유체를 공급하는 펌프가 입구 포트(7)에 연결될 수 있다. 또한, 입구 포트(7)와 출구 포트(8)는 폐쇄 냉각 사이클을 제공하도록 냉각 장치에 연결될 수 있다.
도 3과 관련하여, 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터의 냉각 시스템을 제어하는 방법(100)을 예시한다. 냉각 시스템의 컨트롤러는, 단계 101에서, 전기 모터에 결합된 하나 이상의 온도 센서로부터 온도 신호 ST를 수신한다. 온도 신호 ST는 고정된 시간 간격을 두고 주기적으로 수신된다. 온도 신호 ST가 수신된 후, 컨트롤러는, 단계 102에서, 수신된 온도 신호 ST를 임계값 TH와 비교한다. 임계값 TH는 서로 다른 작동 조건에 있어서의 전기 모터의 온도 이력에 기초하여 사전 결정되고 컨트롤러에 연결된 데이터베이스에 저장될 수 있다. 대안적으로, 임계값은 상기 고정된 시간 간격을 두고 수신된 온도 신호에 의해 정해진 온도들에 기초하여 전기 모터의 작동 중에 동적으로 결정될 수 있다. 단계 102에서 온도 신호 ST가 임계값 TH보다 크다고 컨트롤러가 결정한 경우, 단계 103에서 컨트롤러는 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하도록 제어 신호 SC를 냉각 장치에 제공한다. 냉각 유체가 냉각 시스템에 공급된 후, 냉각 시스템은 전기 모터를 냉각하기 시작한다. 온도 신호 ST가 임계값 TH보다 아래로 내려가거나 적어도 임계값 TH과 동일해진다고 컨트롤러가 결정한 경우, 컨트롤러는 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하는 것을 중단하는 중단 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 냉각 유체를 공급하기 위해 소모하는 동력이 감소되고, 냉각 시스템은 전기 모터의 작동 조건 때문에 필요한 경우에만 작동된다.
도 4를 참조해 보면, 컨트롤러(12)는 전기 모터(1) 및 냉각 시스템(11)과 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 컨트롤러(12)에서는 전기 모터(1)에 결합된 하나 이상의 온도 센서(10)로부터 온도 신호 ST를 수신한다. 컨트롤러(12)가 도 3에 예시된 비교 단계 102를 수행한 후, 컨트롤러(12)는 냉각 유체를 냉각 시스템(11)에 공급하거나 또는 냉각 시스템으로의 냉각 유체의 공급을 중단하도록 제어 신호 SC를 보낸다. 제어 신호 SC는 냉각 유체를 냉각 시스템(11)에 공급하도록 구성되어 있는 액체 펌프에 공급될 수 있다. 그 후에, 냉각 시스템(11)은 전기 모터(1)의 냉각을 시작하거나 또는 중단한다.
이상의 설명, 도면들 및 청구범위에 개시된 특징들은, 임의의 조합에서와 같이 개별적으로 본 발명을 그 서로 다른 실시형태들로 구현하는 데 있어서 중요할 수 있다.
1 : 전기 모터 2 : 냉각 재킷
3 : 스테이터 4 : 스테이터의 코일
5 : 로터 6 : 냉각 채널
7 : 입구 포트 8 : 출구 포트
9 : 휠 브레이크 액추에이터의 하우징
10 : 센서 11 : 냉각 시스템
12 : 컨트롤러

Claims (15)

  1. 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키기 위한 전기 모터(1)로서, 스테이터(3)와 로터(5)를 포함하고, 냉각 유체가 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품을 냉각시키는 냉각 시스템(11)을 더 포함하는 전기 모터(1).
  2. 제1항에 있어서, 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하도록 구성되어 있는 펌프를 더 포함하는 전기 모터(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품 상에 배치된 냉각층을 포함하여, 냉각층에 공급된 냉각 유체의 증발로 인하여 전기 모터(1)를 냉각시키는 것인 전기 모터(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 냉각 유체용 냉각 재킷(2)을 포함하고, 냉각 재킷(2)은 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품의 반대편에 배치되어 있는 하나 이상의 부품을 포함하며, 냉각 유체를 통과시키는 냉각 채널(6)이 냉각 재킷(2)의 하나 이상의 부품과 상기 냉각 재킷(2)의 하나 이상의 부품의 반대편에 있는 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품 사이에 획정되는 것인 전기 모터(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 냉각 유체용 냉각 재킷(2)을 포함하고, 냉각 재킷(2)은 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품과 접촉하게 배치되어 있으며, 냉각 재킷(2)은 냉각 유체를 통과시키기 위한 냉각 채널(6)을 포함하는 것인 전기 모터(1).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 냉각 재킷(2)은 전기 모터(1)의 적어도 일부분을 둘러싸는 원통 또는 그 일부분의 형상부를 포함하고, 냉각 채널(6)로의 냉각 유체의 유입을 위한 냉각 채널(6)의 입구 포트(7)와 냉각 채널(6)로부터의 냉각 유체의 유출을 위한 냉각 채널(6)의 출구 포트(8)를 포함하는 것인 전기 모터(1).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이터(3)는 스테이터(3)의 외면에 인접하게 또는 상기 외면 위에 배치된 추가 구성요소들, 특히 전자 구성요소들을 포함하고, 냉각 채널(6)은 추가 구성요소들 중 적어도 일부와 접촉하여 또는 인접하여 연장되며, 스테이터(3)의 외면의 적어도 일부에는 추가 구성요소들이 없는 것인 전기 모터(1).
  8. 제7항에 있어서, 입구 포트(7)에 들어간 후 냉각 유체가 먼저 추가 구성요소들 중 적어도 일부와 접촉하게 되거나 추가 구성요소들 중 적어도 일부의 위로 또는 그에 인접하게 유동한 후 출구 포트(8)에서 나가기 전에 스테이터(3)의 외면의 하나 이상의 부분에 추가 구성요소들이 없도록, 냉각 채널(6)을 통과하는 냉각 유체의 흐름 방향이 배치되는 것인 전기 모터(1).
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 냉각 채널(6)로부터 분리되어 있는 하나 이상의 2차 냉각 채널을 포함하고, 하나 이상의 2차 냉각 채널은 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품을 냉각하기 위해 상기 하나 이상의 부품과 접촉해 있거나, 그 위에 있거나, 그에 인접하여 있는 것인 전기 모터(1).
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 상기 추가 구성요소들, 특히 전자 구성요소들을 포함하는 전기 모터(1)의 하나 이상의 부품의 냉각, 가열, 또는 열 제어를 제공하는 것인 전기 모터(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전기 모터(1)를 포함하는 휠 브레이크 액추에이터.
  12. 제11항에 있어서, 냉각 재킷(2)은 휠 브레이크 액추에이터의 하우징(9)의 일부를 적어도 부분적으로 형성하고, 냉각 재킷(2)의 입구 포트(7) 및 출구 포트(8)는 휠 브레이크 액추에이터의 하우징(9)에 형성되는 것인 휠 브레이크 액추에이터.
  13. 제11항에 있어서, 냉각 시스템(11)은 휠 브레이크 액추에이터의 하우징(9)과 전기 모터(1)의 스테이터(3)의 외면 사이에 배치되는 것인 휠 브레이크 액추에이터.
  14. 휠 브레이크 액추에이터를 작동시키는 전기 모터의 냉각 시스템의 제어 방법(100)으로서,
    전기 모터에 결합된 하나 이상의 온도 센서로부터 온도 신호를 고정된 시간 간격을 두고 컨트롤러에 의해 수신하는 단계(101);
    컨트롤러에서 온도 신호를 임계값과 비교하는 단계(102);
    온도 신호가 임계값보다 큰 경우, 냉각 유체를 냉각 시스템에 공급하도록 제어 신호를 컨트롤러에 의해 제공하는 단계(103)
    를 포함하는 제어 방법(100).
  15. 제14항에 있어서, 임계값은 전기 모터의 온도 이력에 기초하여 사전 결정되거나 또는 전기 모터의 작동 중에 동적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법(100).
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