KR20230000202A - 전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자식 브레이크는, 중앙에 중심홀이 형성된 원판형의 고정자 본체, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심홀을 따라 형성되는 실린더형의 중심축부, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심축부의 외측으로 배치되는 영구자석, 및 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 고정자 본체의 둘레를 따라 형성되는 외측벽부을 구비하는 고정자; 상기 중심축부의 외측 둘레를 따라 배치되는 권선; 및 상기 고정자의 일측에서 상기 고정자에 대해 회전 가능하게 형성되며, 슬릿을 구비하는 회전자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 기존의 전자식 브레이크에 비하여 제동력과 내구성이 우수하다.

Description

전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치{Electronic brake and mechanical equipment using thereof}

본 발명은 전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성과 제동 효율이 높은 전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치에 관한 것이다.

전자식 브레이크는 전자석의 원리를 이용한 브레이크로서, 코일에 대하여 전류가 흐르거나 흐르지 않도록 함으로써 구동수단이 회전하거나 회전하지 않도록 할 수 있다.

기존의 전자식 브레이크(2)는 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 하단에 영구자석(3a)을 구비하는 고정자(3), 상기 고정자의 축을 따라 형성되는 권선(4), 상기 권선을 감싸는 하우징(5), 및 상기 고정자와 하우징의 상부에서 고정자에 대해 회전 가능하게 형성되는 회전자(6)를 포함하여 이루어진다.

이러한 전자식 브레이크는 고정자의 영구자석에서 자속이 발생하여 회전자와의 폐회로 구성을 통해 회전자를 끌어당기고, 이에 따라 고정자와 회전자가 마찰함으로써 제동될 수 있다. 반면, 구동시에는 권선에 전류를 인가하여 회전자의 자속을 상쇄함으로써 회전자가 고정자로부터 이탈할 수 있도록 한다.

그런데 이러한 전자식 브레이크는 고정자와 회전자의 마찰력만으로 회전자를 정지시키기 때문에 제동력에 한계가 있고, 마찰에 의한 마모와 이에 따른 분진으로 인해 장치의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 권선에 의해 하우징 내의 온도가 증가함에 따라 전자식 브레이크의 출력밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

KR 10-2012-0060274 A

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 전자식 브레이크에 비하여 제동력과 내구성이 우수한 전자식 브레이크 및 이를 포함하는 기계장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라,중앙에 중심홀이 형성된 원판형의 고정자 본체, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심홀을 따라 형성되는 실린더형의 중심축부, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심축부의 외측으로 배치되는 영구자석, 및 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 고정자 본체의 둘레를 따라 형성되는 외측벽부을 구비하는 고정자; 상기 중심축부의 외측 둘레를 따라 배치되는 권선; 및 상기 고정자의 일측에서 상기 고정자에 대해 회전 가능하게 형성되며, 슬릿을 구비하는 회전자;를 포함하는 전자식 브레이크에 의해 달성된다.

상기 슬릿은 상기 회전자의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성될 수 있다.

상기 외측벽부에는 제2 슬릿이 형성될 수 있다.

상기 중심축부에는 제3 슬릿이 형성될 수 있다.

상기 제2 슬릿은 상기 외측벽부의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성되고, 상기 제3 슬릿은 상기 중심축부의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성될 수 있다.

상기 제2 슬릿과 상기 제3 슬릿은 상기 회전자의 회전 위치에 따라 상기 슬릿과 연통하도록 형성될 수 있다.

상기 슬릿의 벽체에서 상기 고정자와 접하는 부분의 모서리는 라운드지게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기한 전자식 브레이크를 포함하는 기계장치가 제공된다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크에 의하면, 코일에서 발생한 열이 쉽게 방출되어 열에 의해 전자식 브레이크의 성능이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크가 회전자의 슬릿 외에 고정자의 제2 슬릿과 제3 슬릿을 구비하는 경우에는 회전자의 고정자의 마찰에 의한 제동력에 전자계적인 제동력이 추가되어, 보다 우수한 제동력을 발휘할 수 있다.

도 1은 종래의 전자식 브레이크에 관한 설명도,
도 2는 본 발명에 의한 전자식 브레이크의 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 전자식 브레이크를 구성하는 회전자의 위치별로 전자식 브레이크의 각 부분에서의 자속 밀도를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 의한 전자식 브레이크를 구성하는 회전자의 위치에 따른 토크의 크기를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.

도 2에는 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)는 크게 고정자(10), 권선(20) 및 회전자(30)를 포함하여 이루어진다.

고정자(10)는 보다 구체적으로 고정자 본체(11), 중심축부(12), 영구자석(미도시) 및 외측벽부(14)를 포함하여 이루어진다.

고정자 본체(11)는 전체적인 형상이 원판형으로 이루어지며, 중앙에서 중심홀(11a)을 구비한다. 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)는 중심홀(11a)에 삽입되는 결합축(미도시)을 통해 기계장치의 다른 구성에 결합할 수 있다.

영구자석은 고정자 본체(11)의 일면에서 중심축부(12)의 외측으로 배치된다. 영구자석은 다수 개가 원주방향을 따라 동일한 간격을 두고 배치될 수 있다.

중심축부(12)는 중심홀(11a)의 직경에 대응하는 직경을 가지는 실린더형의 부재로서, 고정자 본체(11)의 일면에서 중심홀(11a)을 따라 형성된다. 그리고 외측벽부(14)는 고정자 본체(11)의 외경에 대응하는 직경을 가지는 실린더형의 부재로서, 고정자 본체(11)의 일면에서 고정자 본체(11)의 둘레를 따라 형성된다. 고정자 본체(11), 중심축부(12) 및 외측벽부(14)에 의해 고정자(10)에는 내부 공간이 형성된다.

권선(20)은 고정자(10)의 내부 공간에 배치되는 것으로서, 중심축부(12)의 외측 둘레를 따라 위치한다. 권선(20)에 전류가 공급되는지 공급되지 않는지에 따라, 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)는 제동력을 발생시키거나 발생시키지 않는다.

회전자(30)는 고정자(10)의 일측에서 고정자(10)에 대해 회전 가능하게 형성되는 것으로서, 자석을 구비하여 자속을 발생시킬 수 있다. 이러한 회전자(30)는 권선(20)에 전류가 공급되는 경우에는 고정자(10)의 영구자석과의 인력에 의해 고정자(10)의 일단부에 밀착되어 제동력을 발생시키고, 권선(20)에 전류가 공급되지 않는 경우에는 그 자속이 상쇄되어 고정자(10)의 일단부에서 이탈함으로써 제동력을 발생시키지 않는다.

회전자(30)는 전체적인 형상이 원판형으로 이루어져 고정자(10)의 내부 공간을 덮을 수 있다.

회전자(30)는 보다 구체적으로 회전자(30)의 몸체를 관통하여 형성되는 슬릿(31)을 구비하는데, 이러한 슬릿(31)에 의해 권선(20)에 전류가 공급되면서 발생하는 열이 고정자(10)의 내부 공간 밖으로 방출될 수있다.

결과적으로, 높은 온도에 의해 출력밀도가 떨어져 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

슬릿(31)은 다수 개를 형성하여 슬릿(31)에 의한 냉각 효과를 높여줄 수 있다. 다수 개의 슬릿(31)은 회전자(30)의 원주 방향을 따라 등간격을 두고 이격 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)는 회전자(30)의 슬릿(31) 외에도, 고정자(10)의 외측벽부(14)에 형성되는 제2 슬릿(14a)과 고정자(10)의 중심축부(12)에 형성되는 제3 슬릿(12a)을 구비하여, 고정자(10) 내부 공간의 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있다.

회전자(30)가 회전하면서 발생하는 원심력에 의해 공기는 원심력 방향으로 이동할 수 있는데, 외측벽부(14)의 제2 슬릿(14a)은 공기의 이동 방향에 위치하여 고정자(10) 내부 공간의 공기를 효과적을 배출시키며, 중심축부(12)의 제3 슬릿(12a)은 공기의 이동 방향 반대측에 위치하여 외부의 냉기가 고정자(10)의 내부 공간으로 원활하게 유입되도록 할 수 있다.

다수 개의 슬릿(31)이 회전자(30)의 원주방향을 따라 이격 형성되는 것과 마찬가지로, 제2 슬릿(14a)은 외측벽부(14)의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성되고 제3 슬릿(12a)은 중심축부(12)의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격 형성될 수 있다.

제2 슬릿(14a)과 제3 슬릿(12a) 각각 다수 개 구비됨에 따라 고정자(10) 내부 공간의 냉각은 보다 효과적으로 이루어지게 된다.

제2 슬릿(14a)과 제3 슬릿(12a)은 각각 슬릿(31)과 동일한 수로 형성될 수 있다.

제2 슬릿(14a)과 제3 슬릿(12a)은 회전자(30)의 회전 위치에 따라 슬릿(31)과 연통하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 회전자(30)의 슬릿(31)은 회전자(30)의 반경 방향을 따라 전체적으로 연장 형성되며, 제2 슬릿(14a)은 외측벽부(14)의 상단까지 형성되고 제3 슬릿(12a)은 중심축부(12)의 상단까지 형성된다. 이 경우, 슬릿(31)의 외측 단부가 제2 슬릿(14a)과 연통할 수 있고, 슬릿(31)의 내측 단부가 제3 슬릿(12a)과 연통할 수 있다.

이처럼 연통하는 슬릿(31), 제2 슬릿(14a), 제3 슬릿(12a)을 통해서는 고정자(10) 내부 공간의 열이 보다 쉽게 방출될 수 있다.

제2 슬릿(14a)과 제3 슬릿(12a) 각각 다수 개 구비되는 경우에는 고정자(10) 내부 공간의 냉각 효율을 높이는 것 외에도 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 제동력을 높이는 효과가 발휘될 수 있다.

보다 구체적으로, 기존의 슬릿이 미구비된 회전자는 회전자의 위치에 따른 인덕턴스 변화가 발생하지 않지만, 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)는 회전자(30)가 회전하면서 슬릿(31)이 제2·3 슬릿(14a, 12a)과 연통하는지의 여부에 따라 인덕턱스의 변화가 발생하고, 회전자(30)와 고정자(10)의 마찰에 의한 제동력에 인덕턱스 변화에 의한 제동력이 추가되어 보다 큰 제동력을 발생시킬 수 있다.

도 3의 (a)에는 슬릿(31)이 제2·3 슬릿(14a, 12a)과 연통하지 않는 경우에 있어 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 각 부분에서의 자속 밀도를 나타낸 그림이 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 슬릿(31)이 제2·3 슬릿(14a, 12a)과 연통하는 경우에 있어 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 각 부분에서의 자속 밀도를 나타낸 그림이 도시되어 있다.

그리고 도 4에는 회전자(30)의 위치에 따른 토크의 크기를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.

도 3과 4의 결과는 전자계 3D FEA를 이용하여 얻을 수 있었다.

도 3에서와 같이, 회전자(30)의 위치가 변화하여 슬릿(31)과 제2·3 슬릿(14a, 12a)이 연통하는지의 여부에 따라 전자식 브레이크(1)의 각 부분에서의 자속 밀도의 배치가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 슬릿(31)과 제2·3 슬릿(14a, 12a)이 교차를 반복하면 쇄교하는 자속의 변화가 발생하여 돌극차가 발생하는 것과 같은 효과가 발생하고, 이에 따라 돌극차에 의한 철손으로 인해 전자계적인 제동력(역토크)이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 4에서는 회전자(30)의 위치에 따라 반복적으로 마이너스 토크(역토크)가 발생하는 것을 확인할 수 있고, 이러한 마이너스 토크는 전자식 브레이크(1)의 제동력으로 작용하게 된다.

이처럼 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)가 전자계적인 추가적인 제동력을 발생시킴에 따라, 고정자(10)와 회전자(30)의 마찰에 의한 마모와 이에 따른 분진의 발생을 줄일 수 있고, 결과적으로 본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)의 내구성이 증가하게 된다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)가 슬릿(31), 제2 슬릿(14a) 및 제3 슬릿(12a)을 구비하는 경우, 회전자(30)의 슬릿(31)에서 고정자(10)와 접하는 부분의 모서리는 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 전자식 브레이크(1)가 제동하는 중 회전자(30)는 고정자(10)에 밀착되면서 회전하기 때문에 회전자(30) 슬릿(31)의 모서리가 고정자(10)의 제2 슬릿(14a) 또는 제3 슬릿(12a)의 모서리에 걸릴 수 있다.

따라서 슬릿(31)에서 고정자(10)와 접하는 부분의 모서리는 라운드지게 형성하여 슬릿(31)의 모서리가 걸림에 의해 갑작스럽게 큰 제동력이 발생하거나 진동이 발생하는 것을 방지한다.

위와 같은 본 발명의 전자식 브레이크(1)를 구비하여 제동을 하는 기계장치는 제동력이 우수하여 구동 상태를 정확하게 제어하는 것이 가능하고, 전자식 브레이크의 내구성이 우수하므로 관리가 용이하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

[본 발명을 지원한 과제]

1 : 전자식 브레이크
10 : 고정자 11 : 고정자 본체
11a : 중심홀 12 : 중심축부
12a : 제3 슬릿 14 : 외측벽부
14a : 제2 슬릿 20 : 권선
30 : 회전자 31 : 슬릿

Claims (8)

1. 중앙에 중심홀이 형성된 원판형의 고정자 본체, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심홀을 따라 형성되는 실린더형의 중심축부, 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 중심축부의 외측으로 배치되는 영구자석, 및 상기 고정자 본체의 일면에서 상기 고정자 본체의 둘레를 따라 형성되는 외측벽부을 구비하는 고정자;
   상기 중심축부의 외측 둘레를 따라 배치되는 권선; 및
   상기 고정자의 일측에서 상기 고정자에 대해 회전 가능하게 형성되며, 슬릿을 구비하는 회전자;를 포함하는 전자식 브레이크.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬릿은 상기 회전자의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 외측벽부에는 제2 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 중심축부에는 제3 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 슬릿은 상기 외측벽부의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성되고,
   상기 제3 슬릿은 상기 중심축부의 원주 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 슬릿과 상기 제3 슬릿은 상기 회전자의 회전 위치에 따라 상기 슬릿과 연통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 슬릿의 벽체에서 상기 고정자와 접하는 부분의 모서리는 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의한 전자식 브레이크를 포함하는 기계장치.
   

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