KR20220006624A - 회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크에 관한 것으로, 상기 드럼 브레이크는 브레이크 드럼, 이러한 브레이크 드럼에 회전 가능하게 연결된 브레이크면, 및 전자석 어셈블리를 구비한다. 다수의 브레이크 슈가 전자석 어셈블리에 의해 브레이크 드럼에 가압되며, 드럼 브레이크는 전자석 어셈블리를 브레이크면에서 이격된 위치에 예압하는 예압 어셈블리를 구비한다.

Description

회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크
본 발명은 자동차의 회전 부재(rotatable element)를 위한, 구체적으로는 샤프트를 위한 전기 드럼 브레이크에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 자동차용 드럼 브레이크이다.
오랫동안 자동차에는 종래의 유압 작동식 드럼 브레이크가 사용되어 왔다. 예를 들어 유럽 특허문헌 EP 2 528 360 A1에 개시된 듀오 듀플렉스 드럼 브레이크는 비교적 새로운 디자인의 드럼 브레이크이다.
미국 특허문헌 US 2 377 277 A는 저항제어법(rheostatic control)이 적용되며 특정 링 모양의 브레이크 슈를 포함하여 구성된 유압-전자기 혼합 작동식 드럼 브레이크를 개시한다. 이 문헌에 의하면, 유연한 브레이크 슈의 두 단부 사이의 요홈에 유압식 스프레딩 장치가 배치되며, 횡방향으로 유연한 레버 연결장치를 통해 전자기식 액추에이터가 상기 브레이크 슈의 한 단부에 작용한다.
본 발명의 목적은 공지된 드럼 브레이크의 대안적 또는 개선된 디자인을 제공하는 데에 있다. 이는 본 발명에 따라 청구항 1에 따른 전기 드럼 브레이크를 통해 실현된다. 예를 들어 종속항에서는 유리한 구성예를 얻을 수 있다.
본 발명은 자동차의 회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크에 관한 것으로, 회전 부재는 예를 들어 샤프트일 수 있다. 드럼 브레이크는 회전 부재에 회전 가능하게 연결된 브레이크 드럼을 구비한다. 드럼 브레이크의 브레이크면은 브레이크 드럼에 회전 가능하게 결합되어 있다. 여기서, 브레이크면은 브레이크 드럼과는 별도인 부재에 부착될 수 있거나 브레이크 드럼 상에 형성될 수도 있다.
전기 드럼 브레이크는 하나 이상의 전기 코일을 구비한 전자석 장치를 구비한다. 전원이 인가되면 전기 코일은 전자석 장치를 브레이크면 쪽으로 밀어내는 자기장을 생성하며 이에 전자석 장치가 부수적으로 브레이크면에 의해 제한적으로 회전하게 된다. 구체적으로 이는, 일반적으로, 전기 코일에 전원이 인가되지 않은 경우, 전자석 장치가 브레이크면에 의해 부수적으로 회전되는 것이 아니라 드럼 브레이크 상의 기준 구조체(예를 들면, 고정부 또는 하우징)에 대해 회전되지 않는다는 것을 의미한다.
전기 드럼 브레이크는 2개 이상의 브레이크 슈들을 구비한다. 전자석 장치 및 브레이크 슈들의 배치는 전자석 장치가 회전하면서 브레이크 슈들을 브레이크 드럼 쪽으로 밀어내도록 이루어져 있다. 특히, 이는 드럼 브레이크가 작동될 수 있게 만든다.
바람직한 일 실시형태에 따르면, 전기 드럼 브레이크는 전자석 장치를 브레이크면에서 이격된 위치에 예압하는 예압 장치를 구비한다. 이 덕분에, 종래 기술에 따른 실시형태들에서 발견되는 전자석 장치와 브레이크면 사이의 지속적인 마찰 접촉을 피할 수 있게 된다. 특히, 고속 및 장거리 주행을 위한 구성이 필요한 자동차 적용예에서 주행 거리를 늘리고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 전자석 장치를 브레이크면에서 이격된 위치에 예압하는 본 실시형태를 본 발명의 한 독립적인 양태로 간주할 수 있음에 유의해야 한다.
다른 한 가능한 실시형태에 따르면, 브레이크면은 브레이크 드럼 상에 형성된다. 또 다른 가능한 실시형태에 따르면, 상기 브레이크면은 디스크 상에 형성되되 상기 디스크는 브레이크 드럼과는 별도이며 회전 부재에 회전 가능하게 결합된 형태로 연결되어 있다.
전자석 장치는 특히 링 모양으로 설계될 수 있다. 이는 일반적인 드럼 브레이크에서 유리한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 다른 기하학적 형상도 가능하다.
바람직한 일 실시형태에 따르면, 전자석 장치는 단면이 E자형이거나 W자형인 요크를 구비할 수 있다. 이 덕분에, 특히, 2개의 전기 코일들이 제공될 수 있게 되며, 일반적으로, 각각의 경우, 하나의 전기 코일이 하나의 E자형 또는 W자형 홈에 배치된다. 이렇게 E자형 또는 W자형 요크를 구비한 전자석 장치의 디자인을 본 발명의 한 독립적인 양태로 간주할 수 있음에 유의해야 한다.
따라서, 바람직한 일 실시형태에 따르면, 전기 드럼 브레이크는 2개의 전기 코일들을 구비한다. 특히 이로 인해 높은 수준의 중복설계(redundancy)를 가질 수 있게 된다. 예를 들어, 한 코일이 고장나면 두 번째 코일을 사용하여 드럼 브레이크를 작동할 수 있다. 그러나, 한 코일만 사용하거나 3개 이상의 코일들을 사용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 각각의 전기 코일이 전자석 장치의 요크에 있는 홈에 각각 배치된다. 요크는 예를 들어 이미 전술한 것처럼 E자형 또는 W자형일 수 있다. 그러나, 다른 모양들도 가능하다. 다시 말해, 이들 코일이 수용되는 홈들은 다른 방식으로 요크에 배치될 수도 있다.
예압 장치는 바람직하게는 다수의 스프링을 구비한다. 이런 식으로, 원하는 예압 작용을 간단한 방식으로 실현할 수 있다.
전기 드럼 브레이크는 바람직하게는 전자석 장치와 브레이크 슈들 사이에 다수의 힘 측정 장치를 구비한다. 이런 식으로, 브레이크 슈들에 작용하는 전자석 장치의 힘을 유리한 방식으로 모니터링할 수 있다. 힘 측정 장치에 추가로 또는 대안으로, 예를 들면, 압력 측정 장치, 변위 측정 장치, 및/또는 변형률(strain) 측정 장치를 사용할 수도 있다.
바람직한 일 실시형태에서, 브레이크 드럼의 단부면은 강철로 구성된다. 상기 브레이크 드럼, 구체적으로는 브레이크 슈들의 마찰 영역이 회주철(gray cast iron)로 구성될 수 있다. 이러한 재료 조합이 일반 적용예에서 유리한 것으로 밝혀졌다.
유리한 일 실시형태에 따르면, 전자석 장치는 자성 시트 금속으로 구성된 요크를 구비할 수 있다. 상기 전자석 장치에는 활성화된 상태에서 브레이크면과 결합되는 마찰 영역이 있을 수 있다. 상기 마찰 영역은 특히 구상 흑연 주철로 구성될 수 있다. 이러한 실시형태들 및 재료 조합들이 일반 적용예에서 유리한 것으로 밝혀졌다. 2종 이상의 재료, 바람직하게는 본원에 명시된 재료들로 전자석 장치를 형성하는 것을 본 발명의 한 독립적인 양태로 간주할 수 있음에 유의해야 한다.
전기 드럼 브레이크는 바람직하게는 전자석 장치를 브레이크면에 기계적으로 유지시키는 멈춤쇠 기구를 가질 수 있다. 이러한 멈춤쇠 기구 덕분에, 예를 들어 코일로의 전원 인가가 종료되더라도 드럼 브레이크의 작용이 특히 활성화 상태에 유지될 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 드럼 브레이크가 주차 브레이크로 사용될 수 있다.
유리한 일 실시형태에 따르면, 전기 드럼 브레이크의 일부 또는 전체가 액체나 트랜스미션 오일에 배치될 수 있다. 이에 따라, 특히, 마찰이 감소되고 유리한 냉각효과를 얻을 수 있다.
전기 드럼 브레이크는 구체적으로 듀오 듀플렉스 브레이크일 수 있다. 본원에 기술되는 실시형태들은 이러한 드럼 브레이크의 실시형태들에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
전자석 장치는 특히 다수의 캠을 구비할 수 있다. 전자석 장치가 회전할 때 이들 캠은 브레이크 슈들과 결합하여 브레이크 슈들을 작동시킨다. 캠을 통한 이러한 작동은 간단하면서 안정적인 작동 옵션을 나타낸다.
회전 부재는 구체적으로 샤프트일 수 있다. 이러한 샤프트는 예를 들어 자동차의 드라이브 샤프트 또는 휠 샤프트일 수 있다. 이러한 지점에, 일반적으로 자동차를 제동하기 위한 제동 작용이 필요하다.
브레이크 드럼은 특히 알루미늄으로 구성될 수 있으며, 인레이드(inlaid) 자기전도성 브레이크면을 가질 수 있다. 이러한 디자인은 알루미늄을 사용하기 때문에 특히 경량이라는 특별한 장점을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 다중 코일이 축방향 코일 코어들과 함께 원형 분포 형식으로 배치될 수 있다. 이에 따라 다중 코일을 유사한 배치 형태로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 드럼 브레이크는 특히 평상시 개방된 브레이크(normally open brake)이다. 이는 활성화가 전원 인가를 통해서만 가능하고, 그렇지 않으면 브레이크가 제동 작용을 제공하지 않는다는 것을 의미한다.
본원에 기술된 전기 드럼 브레이크는 전기 구동 기계들을 구비한 차량에 특히 유리하게 사용될 수 있으며, 이러한 전기 기계들에 의해 일부 차량 감속 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 드럼 브레이크는 차륜 중앙에 위치한 전기 드라이브와 같이 사용될 수 있다. 특히, 상기 드럼 브레이크는 긴급 제동 동작이나 상대적으로 강력한 제동 동작에도 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 드럼 브레이크의 가능한 용도가 결코 이에 한정되지는 않으며, 원칙적으로는 회전 부재의 어떠한 제동에도 사용될 수 있다.
이미 전술한 측정 장치들은 예를 들어 제동 토크 측정 장치로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 자기 액추에이터와 슈들 사이의 연결부에 통합될 수 있다.
예를 들어 드럼 브레이크의 바로 부근에는 코일에 전원을 인가하기 위한 전자기기 및/또는 로직(logic) 장치가 배치될 수 있다. 전자기기 및/또는 로직 장치는, 예를 들어, ESP 제어 유닛 또는 일부 다른 자동차 제어 유닛에 배치될 수 있다.
예를 들어, 스프링 또는 이와 유사한 형태의 예압 장치나 복원 부재들은 특히 전자석 장치와 브레이크면 사이에 간극이 확실히 존재하도록 할 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 마찰 영역에 구상 흑연 주철 또는 그와 유사한 긍정적인 특성을 지닌 재료를 사용함으로써 특히 마모 특성이 최적화될 수 있다.
당해 기술분야의 숙련자라면 첨부한 도면을 참조하여 후술되는 예시적 실시형태로부터 추가 특징 및 이점을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 전기 드럼 브레이크의 분해도를 나타낸다.
도 2는 전자석 장치의 단면도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 전기 자동차용 드럼 브레이크(10)를 나타낸다.
전기 드럼 브레이크(10)는 베이스 플레이트(20)를 구비한다. 상기 베이스 플레이트 상에는 2개의 돌기(22, 24)가 형성되어 있어, 후술되는 추가 구성부품들을 지지하는 역할을 한다.
드럼 브레이크(10)는 제1 브레이크 슈(30)와 제2 브레이크 슈(35)를 구비한다. 이들 브레이크 슈(30, 35)의 반경방향 외측에는 브레이크 라이닝(32, 37)이 각각 마련되어 있다.
드럼 브레이크(10)는 전자석 장치(40)를 구비한다. 상기 전자석 장치에 전기 코일(50)이 배치된다. 본 실시형태에서 전자석 장치(40)는 링 모양으로 설계되었으며, 마찬가지로 코일(50)도 링 모양으로 설계되었다.
전자석 장치(40) 상에는 제1 캠(42)과 제2 캠(44)이 베이스 플레이트(20) 쪽을 향해 배치된다. 도시된 방향으로 드럼 브레이크(10)가 예시된 구성부품들과 조립될 때 캠(42, 44)은 아직 브레이크 슈(30, 35)와 결합되지 않는다. 그러나, 전자석 장치(40)가 회전하면 캠(42, 44)은 브레이크 슈(30, 35)를 반경 외향으로 밀어낸다. 이는 드럼 브레이크(10)의 활성화에 해당한다.
드럼 브레이크(10)는 중간 부재(60)를 구비한다. 중간 부재(60)는 특히 각각의 휠 베어링에 장착될 수 있다.
드럼 브레이크(10)는 브레이크면이 형성된 디스크(70)를 구비한다. 브레이크면은 베이스 플레이트(20)를 향하고 있어 도 1에서는 보이지 않는다. 디스크(70)는 중간 부재(60)에 장착된다.
또한 드럼 브레이크(10)는 브레이크 드럼(80)을 구비한다.
도 1에 예시된 구성부품들이 조립될 때, 디스크(70)는 브레이크 드럼(80)에 고정 연결된다. 즉, 디스크는 브레이크 드럼(80)과 함께 회전한다. 브레이크 드럼(80)은 또한 드라이브 샤프트와 같은 회전 부재(미도시)에 연결되며, 드럼 브레이크(10)의 제동 작용이 상기 회전 부재에 작용하도록 되어 있다. 이와는 달리 베이스 플레이트(20)는 일반적으로 차량에 고정 설치됨에 따라, 회전 부재는 브레이크 드럼(80) 및 디스크(70)와 함께 베이스 플레이트(20)에 대해 회전하게 된다.
개략적으로 도시된 2개의 스프링(26)을 구비한 예압 장치(25)에 의해 전자석 장치(40)가 디스크(70)에서 이격되도록 전자석 장치를 그 기본 위치로 예압한다. 이로써 전자석 장치(40)의 지속적인 마찰을 피할 수 있다. 코일(50)에 전원이 인가되면 자기 작용으로 인해 코일이 디스크(70)의 브레이크면 반대쪽으로 끌어당겨진다. 디스크(70)가 회전하기 때문에, 특히 그 결과로 생긴 마찰로 인해, 전자석 장치(40)도 따라서 회전하게 된다. 이런 식으로, 이미 전술한 바와 같이, 2개의 브레이크 슈들(30, 35)이 바깥쪽으로 밀리고, 그에 따라 브레이크 라이닝들(32, 37)은 브레이크 드럼(80)과 결합한다. 이는 제동 작용을 발생시킨다.
디스크(70)의 브레이크면에 전자석 장치(40)가 마찰되면서 이미 마찰력이 발생한다는 것에 유의해야 한다. 이로써 이미 한 제동 작용이 발생됨에 따라, 두 제동 작용이 함께 합쳐진다.
예시된 디자인은 듀오 듀플렉스 드럼 브레이크의 디자인에 해당한다.
도 2는 약간 변형된 형태의 전자석 장치(40)를 나타내며, 이러한 전자석 장치는 도 1의 실시형태에서도 사용가능하다. 본 실시형태에서, 전자석 장치(40)는 E자형 요크(46)를 구비함에 따라, 2개의 홈이 요크(46)에 형성된다. 각 코일(50, 55)이 이들 홈에 각자 배치되되, 코일들은 서로 전기적으로 독립적이다. 따라서 본 경우에는 2개의 코일(50, 55)을 구비한 실시형태를 제공하였다. 이는 중복설계를 증가시킨다.
전자석 장치(40)에는 디스크(70)의 브레이크면을 향하는 마찰 영역(48)이 마련되어 있다. 이러한 마찰 영역은 요크(46)와 상이한 재료로 형성될 수 있다. 특히, 구상 흑연 주철이 마찰 영역(48)에 사용될 수 있다. 이는, 유리하게는, 모든 제동 동작 시 마찰을 야기하는 의도된 용도에 특히 내구성이 있는 것으로 밝혀졌다.
드럼 브레이크(10)의 더 신속한 비활성화를 위해, 잔류 자화를 능동적으로 감소시킬 수 있음에 주목한다. 이를 위해, 교번 하강 전류 진폭을 자석에 적용할 수 있다.
본원에 예시하고 설명한 실시형태는 유효 수명이 길고 내마모성 및/또는 내오염성을 갖는 저렴한 전기 엑추에이터인 것으로 밝혀졌다. 본원의 발명자들이 발견한 것과 같이, 지속적인 마찰을 제거할 수 있다. 예시된 드럼 브레이크는 특히 캡슐형 디자인일 수 있어, 높은 수준의 가용성을 제공한다. 본 드럼 브레이크는 일련의 설치 공간에 컴팩트하게 통합될 수 있다. 또한, 본 드럼 브레이크는 유압식 공급 장치들이 없는 건식(dry) 브레이크로 설계될 수 있으며, 활성화되기 위해 통상 전기 연결만 필요하다.
예를 들어 이해를 돕기 위해 여러 특징을 청구범위와 본 발명의 설명에서 조합하여 설명할 수 있지만, 이들 특징이 서로 별개로 이용될 수도 있음을 주목한다. 당해 기술분야의 숙련자라면 이러한 특징을 서로 독립적인 다른 특징들 혹은 특징 조합들과 합칠 수도 있음을 이해할 것이다.
종속항들의 종속성 인용은 각 특징의 바람직한 조합을 특징으로 할 수 있지만 다른 특징 조합들을 배제하지 않는다.
10: 전기 드럼 브레이크
20: 베이스 플레이트
22: 돌기
24: 돌기
25: 예압 장치
26: 스프링
30: 브레이크 슈
32: 브레이크 라이닝
35: 브레이크 슈
37: 브레이크 라이닝
40: 전자석 장치
42: 캠
44: 캠
46: 요크
48: 마찰 영역
50: 코일
55: 코일
60: 중간 부재
70: 디스크
80: 브레이크 드럼

Claims (15)

  1. 자동차의 회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크(10)에 있어서, 상기 드럼 브레이크(10)는:
    - 회전 부재에 회전 가능하게 연결된 브레이크 드럼(80),
    - 브레이크 드럼(80)에 회전 가능하게 연결된 브레이크면,
    - 하나 이상의 전기 코일(50, 55)을 구비한 전자석 장치(40)로서, 전원이 인가되면 전기 코일은 전자석 장치(40)를 브레이크면 쪽으로 밀어내는 자기장을 생성하며 이에 전자석 장치(40)가 부수적으로 브레이크면에 의해 제한적으로 회전하게 되는 것인 전자석 장치(40), 및
    - 2개 이상의 브레이크 슈들(30, 35)
    을 구비하며,
    - 전자석 장치(40) 및 브레이크 슈들(30, 35)의 배치는 전자석 장치(40)가 회전하면서 브레이크 슈들(30, 35)을 브레이크 드럼(80) 쪽으로 밀어내도록 이루어져 있고,
    - 드럼 브레이크(10)는 전자석 장치(40)를 브레이크면에서 이격된 위치에 예압하는 예압 장치(25)를 구비하는, 자동차의 회전 부재를 위한 전기 드럼 브레이크(10).
  2. 제1항에 있어서,
    - 브레이크면이 브레이크 드럼(80) 상에 형성되거나, 또는 브레이크 드럼(80)과는 별도이며 회전 부재에 회전 가능하게 결합된 형태로 연결된 디스크(70) 상에 형성되는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)가 링 모양으로 설계된, 전기 드럼 브레이크(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)는 단면이 E자형이거나 W자형인 요크(46)를 구비하는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)는 2개의 전기 코일들(50, 55)을 구비하는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  6. 제5항에 있어서,
    - 각각의 전기 코일(50, 55)이 전자석 장치(40)의 요크(46)에 있는 홈에 각각 배치되는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 예압 장치(25)가 다수의 스프링(26)을 구비하는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)와 브레이크 슈들(30, 35) 사이에 다수의 힘 측정 장치
    를 구비하는 전기 드럼 브레이크(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)는 자성 시트 금속으로 구성된 요크(46), 및/또는 구상 흑연 주철로 구성되며 활성화 상태 시 브레이크면과 결합하는 마찰 영역(48)을 구비하는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)를 브레이크면에 기계적으로 유지시키는 멈춤쇠 기구
    를 구비하는 전기 드럼 브레이크(10).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 일부 또는 전체가 액체나 트랜스미션 오일에 배치되는 전기 드럼 브레이크(10).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 드럼 브레이크(10)가 듀오 듀플렉스 드럼 브레이크인, 전기 드럼 브레이크(10).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전자석 장치(40)는 다수의 캠(40, 44)을 구비하며, 전자석 장치(40)가 회전할 때 캠은 브레이크 슈(30, 35)와 결합하여 브레이크 슈를 작동시키는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 브레이크 드럼(80)은 알루미늄으로 구성되며 인레이드(inlaid) 자기전도성 브레이크면을 갖는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 다중 코일(50, 55)이 축방향 코일 코어들과 함께 원형 분포 형식으로 배치되는 것인, 전기 드럼 브레이크(10).
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