KR20240102217A - 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크 - Google Patents

작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크 Download PDF

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KR20240102217A
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KR1020220184050A
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유창희
황정규
주성욱
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상신브레이크주식회사
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Abstract

본 발명은 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크에 관한 것이다. 본 발명의 전기기계식 디스크 브레이크는, 회전력을 생성하는 전기 모터와, 상기 전기 모터에서 생성된 회전력을 직선 방향의 제동력으로 변환하는 볼 스크류 및 볼 너트와, 상기 볼 스크류에서 생성된 제동력에 의해 회전하면서 제동력을 증폭하는 회전 레버와, 상기 회전 레버에 의해 증폭된 제동력으로 마찰 패드를 브레이크 디스크에 압착하는 제동력 인가 피스톤과, 상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이에 설치되며, 제동력 인가 중에 발생하는 상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이의 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 포함한다.

Description

작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크{An electromechanical disc brake with adapter compensating for actuation path difference}
본 발명은 전기기계식 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 특히 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크에 관한 것이다.
상용차 분야에서 여러 유형의 전기기계식 디스크 브레이크가 개발되고 있다. 전기기계식 디스크 브레이크는 전기 모터를 액추에이터에서 사용하므로, 전기 모터에서 생성된 회전력을 직선 방향의 제동력으로 변환하고, 감속하여 제동력을 증폭(배력)하는 전달 메커니즘을 필요로 한다. 이러한 전달 메커니즘으로 유성 기어가 많이 사용되고 있으나, 정밀한 부품이 필요하므로 비용이 고가이고 구조가 복잡하다는 문제가 있다. 따라서 비용 효율적이고 구조가 단순하며 콤팩트(compact)한 구조를 갖는 전기기계식 디스크 브레이크가 요구되고 있다.
1. 등록특허 제2363665호 (차량용 디스크 브레이크 액추에이터) 2. 공개특허 제2020-0142011호 (전기기계 브레이크와 그의 전기액추에이터)
본 발명은 비용 효율적인 전기기계식 디스크 브레이크를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조가 단순한 전기기계식 디스크 브레이크를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 콤팩트한 구조를 갖는 전기기계식 디스크 브레이크를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기기계식 디스크 브레이크에 있어서, 회전력을 생성하는 전기 모터와, 상기 전기 모터에서 생성된 회전력을 직선 방향의 제동력으로 변환하는 볼 스크류 및 볼 너트와, 상기 볼 스크류에서 생성된 제동력에 의해 회전하면서 제동력을 증폭하는 회전 레버와, 상기 회전 레버에 의해 증폭된 제동력으로 마찰 패드를 브레이크 디스크에 압착하는 제동력 인가 피스톤과, 상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이에 설치되며, 제동력 인가 중에 발생하는 상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이의 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 포함하는 것을 일 양태로 한다.
바람직하게는, 상기 어댑터는, 상기 제동력 인가 방향에 수직인 방향으로 상기 볼 스크류에 삽입되는 연결 핀과, 상기 연결 핀에 회전 가능하게 설치되는 어댑터 브라켓을 구비한다. 또한, 상기 어댑터는 상기 어댑터 브라켓에 설치되며 상기 회전 레버에 상응하는 형상을 가지며 상기회전 레버에 제동력을 인가하는 압박부를 더 구비한다. 또한, 상기 어댑터는 상기 어댑터 브라켓에 설치되는 하중 센서를 더 구비한다.
전술한 구성의 본 발명에 의하면 비용 효율적인 전기기계식 디스크 브레이크를 제공할 수 있다. 또한, 구조가 단순한 전기기계식 디스크 브레이크를 제공할 수 있다. 또한, 콤팩트한 구조를 갖는 전기기계식 디스크 브레이크를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기계식 디스크 브레이크의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼 스크류와 회전 레버의 연결을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 어댑터의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 어댑터의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제동력 인가 중에 발생하는 볼 스크류와 회전 레버 사이의 작동 경로 차이를 어댑터가 보상하는 것을 설명하는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기계식 디스크 브레이크(100)의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 전기기계식 디스크 브레이크(100)는 볼 스크류 일체형 모터 액추에이터(101)와 회전 레버(106)와 제동력 인가 피스톤(108)을 구비한다. 액추에이터(101)는 전기 모터(102)와 볼 스크류(104)를 구비한다.
전기 모터(102)는 스테이터(110)와 로터(112)를 구비하며, 전원(도시되지 않음)으로부터 전력이 공급되면 회전력을 생성한다.
볼 스크류(104)는 앞쪽(제동력 인가 방향 또는 브레이크 디스크 방향)에서는 볼 너트(116)에 체결되고, 뒤쪽에서는 스크류 너트(118)에 체결된다. 볼 스크류(104)는 볼 너트(116)와의 사이에 구체(120)를 구비한다. 구체(120)는 볼 스크류(104)와 볼 너트(116) 사이에 삽입되어 구름 운동을 함으로써 볼 스크류(104)와 볼 너트(116) 사이에서 동력을 전달한다. 볼 너트(116)의 전단부와 후단부에는 실링 부품(도시되지 않음)이 설치된다. 실링 부품은 볼 스크류(104)와 볼 너트(116) 사이에 이물이 들어가는 것을 방지하며 윤활재를 가두어 유출되지 않도록 하는 역할을 한다. 볼 스크류(104)는 구체를 사용하지 않는 미끄럼 스크류에 비해 축 방향의 클리어런스(clearance)를 작게 유지하는 것이 용이하고 구동 토크가 극단적으로 커지지 않도록 한다. 또한, 마모가 적어서 수명 또한 늘어나게 된다. 구체(120)의 순환을 위해 리턴 파이프 타입(return pipe type), 디플렉터 타입(deflector type), 앤드캡(end cap) 타입 등의 구조가 모두 가능하다.
스크류 너트(118)는 전반부의 내면에서 볼 너트(116)와 인접하고, 외면에서 로터(112)와 인접한다. 로터(112)의 회전면에 수직인 방향으로 삽입되는 핀(122)에 의해 볼 너트(116)와 스크류 너트(118)는 연결되어 일체로 작동한다. 볼 스크류(104)의 후반부에는 원형이 아닌 형태의 가이드 홀(guide hole)(122)이 내부에 형성된다. 이 가이드 홀(122)에는 볼 스크류 가이드(124)의 일단이 삽입되고, 볼 스크류 가이드(124)의 타단은 하우징(126)에 대해 상대적으로 고정된다.
로터(112)는 스크류 너트(118)에 고정된다. 로터(112)의 회전력은 스크류 너트(118)를 통해 볼 너트(116)에 전달된다. 볼 스크류(104)는 볼 스크류 가이드(124)에 의해 회전이 방지되므로, 볼 너트(116)에 전달된 회전력에 의해 볼 스크류(104)는 볼 스크류 가이드(124)를 따라 직선 방향으로 이동하는 제동력을 생성한다.
볼 스크류(104)의 전단부에는 어댑터(128)가 설치된다. 볼 스크류(104)에서 생성된 직선 방향의 제동력은 어댑터(128)를 경유하여 회전 레버(106)로 전달된다. 회전 레버(106)는 베어링(131)을 통해 캘리퍼(129)에 안착된다. 회전 레버(106)는 볼 스크류(104)에서 생성된 직선 방향의 제동력에 의해 회전한다. 회전 레버(106)는 회전하는 동안 비선형적으로 압박 부재(130)를 압박하여 제동력을 증폭하고, 증폭된 제동력을 제동력 인가 피스톤(108)으로 전달한다.
제동력 인가 피스톤(108)은 백 플레이트(132)를 압박하여, 백 플레이트(132)에 고정된 마찰 패드(134)를 브레이크 디스크(136)에 압착시킨다.
스크류 너트(118)의 외주면에서 후반부에는 파킹 브레이크(138)가 설치된다. 파킹 브레이크(138)는 밴드형 라이닝(140)과 파킹 메커니즘(142)을 구비한다. 밴드형 라이닝(140)은 양 끝단에 라이닝 조인트(144)를 가진다. 라이닝 조인트(144)의 하나는 하우징(126)에 연결되고, 다른 하나는 파킹 메커니즘(142)에 연결된다. 파킹 메커니즘(142)은 파킹 브레이크 동작시에 연결된 라이닝 조인트(144)를 잡아당겨 밴드형 라이닝(140)을 스크류 너트(118)에 밀착시켜서 주차(파킹)을 위한 제동력을 발생시킨다.
베어링(146)은 스크류 너트(118)의 앞쪽을 지지하고 베어링(148)은 스크류 너트(118)의 뒤쪽을 지지하여 스크류 너트(118)가 하우징(126)에 대해 원활하게 회전하도록 한다.
위치 센서(150)는 스크류 너트(118)에서 볼 스크류 가이드(124)가 노출된 부분의 주위에 설치된다. 위치 센서(150)는 볼트(153)에 의해 스크류 너트(118)에 고정된다. 위치 센서(150)는 볼 스크류(104) 또는 볼 스크류 가이드(124)에 대한 스크류 너트(118)의 회전 각도를 검출한다.
하중 센서(152)는 브레이크 디스크(136)에 인가되는 하중(제동력)을 측정하기 위하여, 마찰 패드(134)가 브레이크 디스크(136)를 압착할 때 생성된 반작용력을 스크류너트(118)로부터 전달받아 측정한다.
하우징 커버(154)는 하우징(126)을 밀봉하여 외부로부터 하우징(126) 내부의 구성요소들이 오염되는 것을 보호한다.
밴드형 라이닝(140)에서 생성된 분진에 의한 오염을 방지하기 위해, 하우징(126)과 스크류 너트(118) 사이에서, 밴드형 라이닝(140)의 앞과 뒤에, 각각 실링재(158)와 실링재(160)를 설치할 수 있다. 또한, 분진 배출을 위한 배출공(도시되지 않음)을 실링재(158)과 실링재(160)의 사이에서 하우징(126)에 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼 스크류(104)와 회전 레버(106)의 연결을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 어댑터(128)는 볼 스크류(104)의 전단부에 설치되고 회전 레버(106)의 안착부(156)에 밀착된다. 볼 스크류(104)는 그 구조의 특성으로 인해 서비스 브레이크 동작 또는 해제시에 상하 유동성이 거의 없는 직선 운동을 하는 반면, 회전 레버(106)의 안착부(156)는 회전 운동을 하므로 작동 경로(프로파일)가 상이하다. 따라서 볼 스크류(104)가 회전 레버(106)에 직접 연결되면 볼 스크류(104)의 전단부가 회전 레버(106)로부터 이탈하여 전체 브레이크 시스템이 작동 불능 상태가 될 우려가 있다. 어댑터(128)는 볼 스크류(104)와 회전 레버(106) 사이의 작동 경로의 차이를 보상하는 역할을 하여 볼 스크류(104)의 전단부가 회전 레버(106)로부터 이탈되지 않도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 어댑터(128)의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 어댑터(128)의 분해도이다. 도시된 바와 같이, 어댑터(128)는 연결 핀(302)과 어댑터 브라켓(304)과 압박부(306)를 구비한다.
연결 핀(302)은 제동력 인가 방향(또는 볼 스크류(104)의 이동 방향)과 회전 레버(106)의 이동 방향에 수직인 방향으로 볼 스크류(104)의 전단부에 삽입된다. 어댑터 브라켓(304)은 연결 홀(402)을 구비하며, 연결 홀(402)은 연결 핀(302)에 회전 가능하게 설치된다. 따라서 어댑터 브라켓(304)은 연결 핀(302)을 중심으로 볼 스크류(104)에 대해 소정 각도 범위에서 회전 가능하다. 압박부(306)는 어댑터 브라켓(304)에서 제동력 인가 방향 쪽에 부착되며 회전 레버(106)의 안착부(156)에 제동력을 인가한다. 압박부(306)는 제동력 인가 또는 해제시에 안착부(156)로부터 이탈하지 않도록 안착부(156)에 상응하는 형상을 갖는다. 예를 들어, 안착부(156)가 반구 형상을 갖는 오목부인 경우에 압박부(306)는 안착부(156)의 반구 형상보다 지름이 조금 작은 반구 형상을 갖는 볼록부이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하중 센서(404)가 제동력 인가 방향과 평행하게 어댑터 브라켓(304)에 설치될 수 있다. 하중 센서(404)는 압박부(306)를 경유하여 제동력의 반작용력을 인가받는다. 이러한 구성을 통해 어댑터(128)는 브레이크 디스크(136)에 인가되는 제동력(또는 하중)을 측정할 수 있다. 어댑터(128)를 통해 측정된 하중값은 위치 센서(150)에서 측정된 회전 각도값과 함께 전기 모터(102)를 제어하는데 활용된다.
회전 레버(106)는 볼 스크류(104)로부터 전달된 제동력을 증폭(배력)하는 역할을 한다. 따라서 제동력 전달 과정에서 회전 레버(106)의 다운스트림(downstream)의 위치(예를 들어, 캘리퍼(129) 내부의 제동력 인가 피스톤(108))에 하중 센서를 설치하면 측정해야 할 하중의 범위가 넓어진다. 이로 인해 적절한 하중 센서의 크기가 커지므로 장착이 어려워지고, 측정 정밀도가 떨어져서 전기 모터(102)의 제어가 어려워진다. 제동력 전달 과정에서 회전 레버(106)의 업스트림(upstream)의 위치에 존재하는 어댑터(128)에 하중 센서(404)를 설치하면, 하중 센서의 크기를 줄일 수 있어 장착이 용이하며, 충분한 측정 정밀도를 확보할 수 있어 전기 모터(102)의 적절한 제어가 가능하다.
어댑터 브라켓(304)은 볼 스크류(104)의 전단부에서 회전 가능하도록 “ㄷ”자 형상을 갖는다. 어댑터 브라켓(304)은 하나의 앞벽(406)과 2개의 측벽(408)을 갖는다. 연결 홀(402)은 2개의 측벽(408)에서 마주보는 위치에 형성된다. 볼 스크류(104)의 전단부(410)가 앞벽(406)으로부터 소정 거리 이격되어 위치하도록 연결 홀(402)이 측벽(408)에 형성된다. 이 거리에 의해 어댑터 브라켓(304)이 볼 스크류(104)에 대해 연결 핀(302)을 중심으로 회전할 수 있는 최대 회전 각도가 결정된다. 제동력을 인가하는 동안 압박부(306)가 안착부(156)로부터 이탈되지 않도록 앞벽(406)과 볼 스크류(104)의 전단부(410) 사이의 이격 거리를 통해 최대 회전 각도를 설정한다. 또한, 연결 핀(302) 및/또는 어댑터 브라켓(304)이 특별한 형상(예를 들어, 간섭을 일으키는 볼록부)을 갖도록 하여 볼 스크류(104)에 대한 어댑터 브라켓(304)의 최대 회전 각도를 조정할 수 있다. 최대 회전 각도를 조정함으로써 브레이크 시스템의 조립성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.
압박부(306)는 나사 체결 방식으로 어댑터 브라켓(304)에 결합함으로써 조립과 교체를 용이하게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제동력 인가 중에 발생하는 볼 스크류(104)와 회전 레버(106) 사이의 프로파일(profile) 차이를 어댑터(128)가 보상하는 것을 설명하는 도면이다.
도 5(a)는 회전 레버(106)가 캘리퍼 후면(502)에 안착한 상태를 도시하고, 도 5(b)는 회전 레버(106)가 회전하여 안착부(156)가 가장 높은 위치에 있는 상태를 도시한다. 도 5(c)는 브레이크 패드(132)가 요구되는 제동력을 브레이크 디스크(136)에 인가하고 있을 때의 회전 레버(106)의 상태를 도시하고 있다.
도 5(a)와 도 5(c)에서는 어댑터 브라켓(304)이 볼 스크류(104)에 대해 아래 방향으로 회전한 상태로 압박부(306)가 안착부(156)를 압착하고 있다. 도 5(b)에서는 어댑터 브라켓(304)이 볼 스크류(104)에 대해 대략 평행한 상태로 압박부(306)가 안착부(156)를 압착하고 있다.
전술한 구성을 통해 어댑터(128)는 볼 스크류(104)의 직선 운동을 회전 레버(106)의 회전 운동으로 원활하게 유도할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 전기기계식 디스크 브레이크의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 전기기계식 디스크 브레이크
101 : 볼 스크류 일체형 모터 액추에이터 102 : 전기 모터
104 : 볼 스크류 106 : 회전 레버
108 : 제동력 인가 피스톤 110 : 스테이터
112 : 로터 116 : 볼 너트
118 : 스크류 너트 120 : 구체
122 : 가이드 홀 124 : 볼 스크류 가이드
126 : 하우징 128 : 어댑터
129 : 캘리퍼 130 : 압박 부재
131 : 베어링 132 : 백 플레이트
134 : 마찰 패드 136 : 브레이크 디스크
138 : 파킹 브레이크 140 : 밴드형 라이닝
142 : 파킹 메커니즘 144 : 라이닝 조인트
146/148 : 베어링 150 : 위치 센서
152 : 하중 센서 154 : 하우징 커버
156 : 안착부 302 : 연결 핀
304 : 어댑터 브라켓 306 : 압박부
402 : 연결 홀 404 : 하중 센서
406 : 앞벽 408 : 측벽

Claims (2)

  1. 전기기계식 디스크 브레이크에 있어서,
    회전력을 생성하는 전기 모터와,
    상기 전기 모터에서 생성된 회전력을 직선 방향의 제동력으로 변환하는 볼 스크류 및 볼 너트와,
    상기 볼 스크류에서 생성된 제동력에 의해 회전하면서 제동력을 증폭하는 회전 레버와,
    상기 회전 레버에 의해 증폭된 제동력으로 마찰 패드를 브레이크 디스크에 압착하는 제동력 인가 피스톤과,
    상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이에 설치되며, 제동력 인가 중에 발생하는 상기 볼 스크류와 상기 회전 레버 사이의 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어댑터는 하중 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
KR1020220184050A 2022-12-26 작동 경로 차이를 보상하는 어댑터를 구비하는 전기기계식 디스크 브레이크 KR20240102217A (ko)

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