KR101251215B1 - 와전류식 감속 장치 - Google Patents

Abstract

감속 장치는, 차량의 회전축에 고정되는 제동 디스크와, 제동 디스크의 주면에 대향하여 원주 방향에 걸쳐 자극이 번갈아 다르게 배치되는 영구 자석과, 영구 자석을 유지함과 더불어 스위치 브레이크 디스크를 가지며, 회전축에 회전 가능하게 지지되는 회전 부재와, 스위치 브레이크 디스크를 사이에 끼우는 브레이크 패드를 가지며, 차량의 비회전부에 고정되는 스위치 브레이크 캘리퍼와, 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하여 브레이크 패드를 직선 구동시키는 유성 롤러 기구의 전동식 직동 액추에이터를 구비함으로써, 소형화를 실현할 수 있고, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량이어도 도입하는 것이 가능해진다.

Description

와전류식 감속 장치 {EDDY-CURRENT REDUCTION GEAR}

본 발명은, 영구 자석을 이용하는 와전류식 감속 장치에 관한 것이며, 특히, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형의 버스나 트럭 등에 적합한 와전류식 감속 장치에 관한 것이다.

트럭이나 버스 등의 대형 차량에 있어서는, 주브레이크인 풋 브레이크(마찰 브레이크) 외에, 보조 브레이크로서 엔진 브레이크나 배기 브레이크가 이용된다. 근래에는, 차량 엔진의 소배기량화가 진전되고, 이에 따라 엔진 브레이크나 배기 브레이크의 능력이 저하하기 때문에, 와전류식 감속 장치(이하, 단지 「감속 장치」라고도 한다)를 도입하여 보조 브레이크를 강화하는 경우가 많다.

감속 장치는, 제동력을 가져오는 자계를 발생시키기 위해서, 전자석을 이용하는 방식과, 영구 자석을 이용하는 방식으로 크게 구별되지만, 요즘, 제동시에 통전을 필요로 하지 않는 영구 자석 방식의 것이 주류로 되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 대형 차량에 도입되는 영구 자석 방식의 감속 장치의 일반적인 구성이 개시되어 있다. 그 문헌에 개시되는 감속 장치에서는, 프로펠라 샤프트 등의 회전축에 제동 부재로서 드럼 형상의 로터를 고정하고, 이 로터의 내측에, 복수의 영구 자석을 주위에 설치한 링 부재를 배치하고, 그 링 부재를 소정의 위치로 이동시킴으로써, 제동과 비제동의 전환을 행하도록 하고 있다.

통상, 대형 차량에서는, 각종 장비를 구동시키는 동력원에 압축 공기를 이용하므로, 압축 공기를 저류하는 압축 공기 탱크를 탑재하고 있다. 이 때문에, 대형 차량에 도입되는 감속 장치에 있어서는, 제동과 비제동을 전환하기 위해, 영구 자석을 유지하는 링 부재를 이동시키는 구동 장치로서, 압축 공기 탱크로부터의 압축 공기를 동력원으로 활용하는 공기압식의 액추에이터가 채용된다.

그런데, 대형 차량뿐만 아니라 중소형의 트럭이나 버스 등에 있어서도, 보조 브레이크의 강화가 요구되고 있고, 종래보다도 소형이며 경량화된 영구 자석 방식의 감속 장치를 도입하는 요청이 높아지고 있다.

그러나, 이들 중소형 차량은, 압축 공기 탱크를 탑재하지 않는 일이 많다. 이 때문에, 중소형 차량에 도입되는 감속 장치에 있어서는, 제동과 비제동을 전환할 때에, 링 부재를 이동시키는 동력원에 압축 공기를 이용할 수 없고, 공기압식의 액추에이터는 채용할 수 없다.

이에 더하여, 상기 특허 문헌 1에 개시되는 감속 장치에서는, 링 부재를 제동 위치와 비제동 위치로 이동시키는 액추에이터의 스트로크가 크고, 그 소요력도 높기 때문에, 액추에이터의 사이즈가 커지지 않을 수 없고, 중소형 차량에의 도입에서 요구되는 감속 장치의 소형화를 실현하는 것이 곤란하다.

이러한 문제에 대응하는 기술로서, 예를 들면, 특허 문헌 2, 3에는, 영구 자석을 주위에 설치한 링 부재를 이동시키지 않고, 제동과 비제동의 전환을 행하는 감속 장치가 제안되어 있다. 그 문헌에 제안되는 감속 장치는, 회전축에 제동 부재로서 드럼 형상의 로터를 고정하고, 이 로터의 내측에서, 복수의 영구 자석을 외주면에 고착한 지지 링을, 베어링을 개재하여 회전축에 회전 가능하게 지지하고, 또한, 지지 링에 브레이크 디스크를 부착하고, 이 브레이크 디스크에 대해서 스위치 브레이크를 설치한 구성이다.

상기 특허 문헌 2, 3에 제안되는 감속 장치에 의하면, 비제동시는, 스위치 브레이크를 작동시키지 않는 상태에 있고, 회전축과 함께 로터가 회전함에 따라, 지지 링이 영구 자석과 로터의 자기 흡인 작용에 의해 로터와 동기하여 일체적으로 회전하고, 제동력은 발생하지 않는다.

한편, 제동시는, 스위치 브레이크를 구성하는 액추에이터를 작동시킴으로써, 지지 링과 일체로 회전하고 있는 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압접하고, 지지 링의 회전을 정지시킨다. 이로 인해, 정지한 지지 링에 있어서의 영구 자석으로부터의 자계의 작용으로, 회전 중의 로터의 내주면에 와전류가 발생하고, 로터에 제동력이 발생한다.

상기 특허 문헌 2, 3에 제안된 감속 장치에서는, 제동과 비제동을 전환하는 스위치 브레이크에 디스크 브레이크를 채용하기 때문에, 액추에이터의 스트로크를 작게 할 수 있고, 감속 장치의 소형화를 기대할 수 있다.

그러나, 스위치 브레이크에는, 와전류에 의한 제동력보다도 큰 토크를 출력할 수 있고, 또 지지 링의 회전을 신속하게 정지시킬 수 있는 성능이 요구된다. 상기 특허 문헌 2, 3에 제안되는 감속 장치에서는, 그 요구에 응하기 위해, 스위치 브레이크를 구성하는 액추에이터로서, 기름이나 압축 공기를 동력원으로 하는 유체압 액추에이터를 채용하고 있다.

이 때문에, 상기 특허 문헌 2, 3에 제안된 감속 장치는, 스위치 브레이크의 동력원으로서 압축 공기를 이용하는 경우는 압축 공기 탱크를 필요로 하고, 기름을 이용하는 경우는 유압 기기나 배관계가 필요하게 되고, 이것들을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량에 도입하는 것은 곤란하다.

특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 평4-12659호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 평4-331456호 공보 특허 문헌 3: 일본국 실용신안 공개 평5-80178호 공보

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 소형화를 실현할 수 있고, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형의 버스나 트럭 등이어도 도입하는 것이 가능한 와전류식 감속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 소형화를 실현하는 것과, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량에 도입하는 것의 양립을 도모하는 데는, 제동과 비제동을 전환하는 스위치 브레이크로서, 전동식 직동 액추에이터를 이용한 브레이크 디스크를 채용하고, 또한 그 전동식 직동 액추에이터로서, 유성 롤러 기구의 것을 채용하는 것이 유효한 것을 알게 되고, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명의 와전류식 감속 장치는, 차량의 회전축에 고정되는 제동 디스크와, 상기 제동 디스크의 주면에 대향하여 원주 방향에 걸쳐 자극이 번갈아 다르게 배치되는 영구 자석과, 상기 영구 자석을 유지함과 더불어 스위치 브레이크 디스크를 갖고, 상기 회전축에 회전 가능하게 지지되는 회전 부재와, 상기 스위치 브레이크 디스크를 사이에 끼우는 브레이크 패드를 갖고, 차량의 비회전부에 고정되는 스위치 브레이크 캘리퍼와, 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해 상기 브레이크 패드를 직선 구동시키는 전동식 직동 액추에이터를 구비한 와전류식 감속 장치로서,

상기 전동식 직동 액추에이터는, 상기 전동 모터의 주축과 일체로 회전하는 로터축의 외주면과, 상기 로터축을 동심상으로 포위하는 외륜 부재의 내주면의 사이에 복수의 유성 롤러를 개재시키고, 상기 로터축의 회전에 따라 상기 각 유성 롤러가 상기 로터축의 둘레를 자전하면서 공전하는 구성이며, 상기 외륜 부재의 내주면에 나선 볼록부를 설치함과 더불어, 상기 각 유성 롤러의 외주면에, 상기 나선 볼록부와 동일한 피치로 상기 나선 볼록부가 맞물리는 원주 홈, 또는 상기 나선 볼록부와 동일한 피치로 리드각이 상이하며 상기 나선 볼록부가 맞물리는 나선 홈을 형성하여 이루어지고, 상기 외륜 부재가 상기 로터축의 회전에 수반하는 상기 각 유성 롤러의 자전 및 공전에 따라서 축방향으로 이동하고, 상기 외륜 부재의 축방향 이동에 수반해 상기 브레이크 패드를 직선 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기의 감속 장치에서는, 상기 스위치 브레이크 캘리퍼가 차량의 비회전부에 대해 완충재를 통해 고정되는 구성인 것이 바람직하다.

본 발명의 와전류식 감속 장치에 의하면, 제동과 비제동을 전환하는 스위치 브레이크에 디스크 브레이크를 채용하기 때문에, 그 디스크 브레이크를 구동시키는데 이용하는 액추에이터의 스트로크를 작게 할 수 있고, 장치의 소형화를 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 감속 장치는, 제동과 비제동의 전환에, 전류를 동력원으로 하는 전동식 직동 액추에이터를 이용하기 때문에, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량이어도 용이하게 도입할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 와전류식 감속 장치의 구성예를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 본 발명의 와전류식 감속 장치에 있어서의 전동식 직동 액추에이터의 구성예를 나타내는 도면이며, 도 2(a)는 종단면도를, 도 2(b)는 도 2(a)의 A-A 단면도를 각각 나타낸다.
도 3은, 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 구조상의 완화책의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 구조상의 완화책의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 구조상의 완화책의 또 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 액추에이터에 유지 기능이 있는 경우의 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 제어상의 완화책의 일례를 설명하는 타임 차트이다.
도 7은, 액추에이터의 적정한 가압력을 파악하기 위해서 제동 디스크와 회전 부재의 회전 속도차와 토크의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 액추에이터에 유지 기능이 없는 경우의 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 제어상의 완화책의 일례를 설명하는 타임 차트이다.

이하에, 본 발명의 와전류식 감속 장치의 실시 형태에 대해서 상술한다.

1. 와전류식 감속 장치의 기본 구성

도 1은, 본 발명의 와전류식 감속 장치의 구성예를 나타내는 종단면도이다. 본 발명의 와전류식 감속 장치는, 영구 자석 방식의 것이며, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 제동 디스크(1)와, 영구 자석(5)을 유지함과 더불어 스위치 브레이크 디스크(6)를 가지는 회전 부재(3)와, 스위치 브레이크 디스크(6)를 사이에 끼우는 브레이크 패드(8a, 8b)를 가지는 스위치 브레이크 캘리퍼(7)와, 스위치 브레이크 캘리퍼(7)를 구동시키는 전동식 직동 액추에이터(9)를 구비한다.

제동 디스크(1)는, 제동 부재로서의 로터이며, 프로펠라 샤프트 등의 회전축(11)과 일체로 회전하도록 구성된다. 구체적으로는, 회전축(11)과 동축상에 연결축(12)이 볼트 등에 의해 고정되고, 플랜지가 부착된 슬리브(13)가 그 연결축(12)에 스플라인으로 맞물리면서 삽입되어 너트(14)로 고정되어 있다. 제동 디스크(1)는, 회전축(11)과 일체화된 슬리브(13)의 플랜지에 볼트 등으로 고정되고, 이로 인해, 회전축(11)과 일체로 회전하게 된다.

제동 디스크(1)의 외주에는, 방열 핀(2)이 설치된다. 이 방열 핀(2)은, 제동 디스크(1)와 일체 성형된다. 제동 디스크(1)에는, 철 등의 강자성 재료나, 페라이트계 스테인리스강 등의 약자성 재료를 이용할 수 있다.

회전 부재(3)는, 로터인 제동 디스크(1)에 제동력을 발생시키기 위한 스테이터이며, 회전축(11)에 대해서 회전 가능하게 구성된다. 구체적으로는, 회전 부재(3)는, 연결축(12)과 동심상의 환상 부재이며, 회전축(11)과 일체화된 슬리브(13)에 베어링(15a, 15b)을 개재하여 지지되고, 이로 인해, 회전축(11)에 대해서 자유롭게 회전이 가능해진다. 베어링(15a, 15b)에는 윤활 그리스가 충전되고, 이 윤활 그리스는, 회전 부재(3)의 전후 양단에 장착된 링 형상의 시일 부재(16a, 16b)에 의해 누출이 방지된다.

회전 부재(3)는, 제동 디스크(1)의 주면에 대향하여 영구 자석(5)을 유지하는 자석 유지 디스크(4)를 가진다. 이 자석 유지 디스크(4)는, 회전 부재(3)와 일체 성형해도 되고, 개별적으로 성형하고 볼트 등으로 회전 부재(3)에 고정해도 되다. 자석 유지 디스크(4)에는, 제동 디스크(1)의 주면과 대향하는 면에, 원주 방향에 걸쳐서 복수의 영구 자석(5)이 고착된다. 영구 자석(5)은, 인접하는 것끼리의 자극(N극, S극)이 교호로 상이하도록 배치된다.

또한, 회전 부재(3)는, 자석 유지 디스크(4)의 후방에 스위치 브레이크 디스크(6)를 가진다. 스위치 브레이크 디스크(6)는, 볼트 등으로 회전 부재(3)에 부착되고, 회전 부재(3)와 일체화된다.

스위치 브레이크 캘리퍼(7)는, 전후에서 한 쌍의 브레이크 패드(8a, 8b)를 가지고 있고, 브레이크 패드(8a, 8b)의 사이에 스위치 브레이크 디스크(6)를 배치하고 소정의 간극을 두고 끼운 상태에서, 스프링을 탑재한 볼트 등에 의해 브래킷(17)에 탄성가압 지지된다. 이 브래킷(17)은, 상세한 것은 후술하는 바와 같이, 차량의 섀시나 크로스멤버 등의 비회전부에 부착된다.

또, 도 1에 나타내는 브래킷(17)은, 스위치 브레이크 디스크(6)의 후방에서 회전 부재(3)를 포위하고, 회전 부재(3)에 베어링(18)을 개재하여 회전 가능하게 지지된다. 이 베어링(18)에도 윤활 그리스가 충전되고, 이 윤활 그리스는, 브래킷(17)의 전후 양단에 장착된 링 형상의 시일 부재(19a, 19b)에 의해 누출이 방지된다.

스위치 브레이크 캘리퍼(7)에는, 전동식 직동 액추에이터(9)가 볼트 등으로 고정된다. 전동식 직동 액추에이터(9)는, 전동 모터(10)에 부여하는 전류를 동력원으로 하는 것이며, 전동 모터(10)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 후측의 브레이크 패드(8b)를 스위치 브레이크 디스크(6)를 향해 직선 구동시킨다. 이로 인해, 후측의 브레이크 패드(8b)가 스위치 브레이크 디스크(6)를 가압하고, 이에 따른 반력의 작용으로, 전측의 브레이크 패드(8a)가 스위치 브레이크 디스크(6)를 향해 이동하고, 그 결과, 스위치 브레이크 디스크(6)를 전후의 브레이크 패드(8a, 8b) 사이에 강력하게 끼울 수 있다.

이러한 구성의 감속 장치에 의하면, 비제동시는, 전동 모터(10)에 통전을 행하지 않고 전동식 직동 액추에이터(9)를 작동시키지 않는 상태에 있다. 이 때, 회전축(11)과 일체로 제동 디스크(1)가 회전함에 따라, 회전 부재(3)가, 이것과 일체인 자석 유지 디스크(4)로 유지하는 영구 자석(5)과 제동 디스크(1)의 자기 흡인 작용에 의해, 제동 디스크(1)와 동기하여 일체적으로 회전한다. 이 때, 로터인 제동 디스크(1)와, 스테이터인 회전 부재(3)에 있어서의 영구 자석(5)의 사이에 상대적인 회전 속도차가 생기지 않기 때문에, 제동력은 발생하지 않는다.

한편, 제동시는, 전동 모터(10)에 통전을 행하고 전동식 직동 액추에이터(9)를 작동시킨다. 이로 인해, 회전 부재(3)와 일체로 회전하고 있는 스위치 브레이크 디스크(6)가 브레이크 패드(8a, 8b) 사이에 끼워넣어지고, 회전 부재(3)의 회전을 신속하게 정지시킬 수 있다. 제동 디스크(1)가 회전하고 있을 때에 회전 부재(3)만이 정지하면, 로터인 제동 디스크(1)와, 스테이터인 회전 부재(3)에 있어서의 영구 자석(5)의 사이에 상대적인 회전 속도차가 생기기 때문에, 영구 자석(5)으로부터의 자계의 작용으로, 제동 디스크(1)의 주면에 와전류가 발생하고, 제동 디스크(1)를 개재하여 회전축(11)에 제동력을 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 감속 장치는, 제동과 비제동을 전환하는 스위치 브레이크에 디스크 브레이크를 채용하기 때문에, 그 디스크 브레이크를 구동시키는데 이용하는 액추에이터의 스트로크를 작게 할 수 있고, 감속 장치의 소형화를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 감속 장치는, 제동과 비제동의 전환에, 전류를 동력원으로 하는 전동식 직동 액추에이터를 이용하기 때문에, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량이어도 용이하게 도입할 수 있다.

또한, 본 발명의 감속 장치에서는, 회전 부재와 일체의 자석 유지 디스크에 있어서의 제동 디스크의 주면과 대향하는 면에 영구 자석이 고착되는 구성이므로, 종래의 감속 장치와 같이, 지지 링의 외주면에 영구 자석이 고착되는 구성과 비교하여, 영구 자석의 제작을 용이하게 행할 수 있고, 저비용화를 실현할 수 있다. 종래의 감속 장치에서 이용하는 영구 자석은, 지지 링의 외주면을 따른 곡면 형상으로 가공할 필요가 있지만, 본 발명의 감속 장치에서 이용하는 영구 자석은, 가공이 용이한 평면 형상이기 때문이다.

2. 전동식 직동 액추에이터의 구성

전동식 직동 액추에이터로서는, 볼 나사 기구나 볼 램프 기구의 것이 일반적이다. 볼 나사 기구나 볼 램프 기구의 전동식 직동 액추에이터는, 리드를 가지는 나사근이나 경사 캠면에 볼을 따르게 하는 운동 변환 기구에 의해, 운동 모터의 회전 운동을 직석 운동으로 변환하는 것이다.

그러나, 볼나사 기구 등의 전동식 직동 액추에이터는, 직선 운동의 구동력을 어느 정도 증력하는 기능을 가지지만, 스위치 브레이크 디스크 즉 회전 부재의 회전을 신속하게 정지시킬 정도의 증력 기능을 충분히 확보할 수 없는 경우가 있다. 증력 기능을 확대하는 데는, 나사의 리드각이나 캠면의 경사각을 작게 하면 되지만, 볼나사 기구의 경우는, 나사의 리드각을 작게 하면 볼 직경이 작아지고, 부하 용량이 저하한다. 또, 볼 램프 기구의 경우는, 캠면의 경사각을 작게 하면 직선 운동의 스트로크를 충분히 확보할 수 없다.

이들 결함에 대응하기 위해, 본 발명의 감속 장치에 있어서는, 제동과 비제동의 전환에, 직선 운동의 구동력의 증력 기능을 충분히 확보할 수 있는 전동식 직동 액추에이터를 채용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 하기 도 2에 나타내는 바와 같은 유성 롤러 기구의 전동식 직동 액추에이터를 채용한다.

도 2는, 본 발명의 와전류식 감속 장치에 있어서의 전동식 직동 액추에이터의 구성예를 나타내는 도면이며, 도 2(a)는 종단면도를, 도 2(b)는 도 2(a)의 A-A 단면도를 각각 나타낸다. 전동식 직동 액추에이터(9)는, 그 외곽이 원통 형상의 케이싱(21)으로 구성되고, 그 후단에 전동 모터(10)가 부착되어 있다.

케이싱(21)은, 상기 도 1에 나타내는 스위치 브레이크 캘리퍼(7)에 고정된다. 케이싱(21)의 내측에는 원통 형상의 외륜 부재(22)가 회전 불능 또한 축방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 그 중심축 상에는 전동 모터(10)의 주축에 상당하는 로터축(24)이 배치된다. 이 로터축(24)은, 전동 모터(10)의 주축과 별체로 성형하고, 그 주축과 연결하는 구성으로 할 수도 있다.

로터축(24)의 외주면과 외륜 부재(22)의 내주면의 사이에는, 원통 형상의 유성 롤러(25)가 복수 배치된다. 도 2에서는, 4개의 유성 롤러(25)가 배치된 예를 나타낸다.

로터축(24), 각 유성 롤러(25) 및 외륜 부재(22)는, 반경 방향으로 부의 간극을 가지고 배치되고, 반경 방향의 예압이 작용하고 있다. 이로 인해, 전동 모터(10)의 출력에 따라 로터축(24)이 회전함으로써, 각 유성 롤러(25)는 로터축(24)의 둘레를 자전하면서 공전하도록 구성된다. 구체적으로는, 로터축(24)에는, 유성 롤러(25)의 후방에 플랜지가 부착된 캐리어 부재(27)가 끼워지고, 유성 롤러(25)의 전방에 덮개 부재(35)가 끼워져 있다. 케이싱(21)의 후단벽과 캐리어 부재(27)의 사이에는 스러스트 볼 베어링(32)이 배치되고, 캐리어 부재(27)는, 로터축(24)의 둘레를 회전 가능하게 지지되어 있다. 로터축(24)의 전단부에는, 덮개 부재(35)에 접촉시켜 C링(36)이 끼워넣어져 있고, 캐리어 부재(27), 유성 롤러(25) 및 덮개 부재(35)는, 그 C링(36)에 의해, 축방향으로의 이동이 규제된다.

각 유성 롤러(25)에는, 지지축(28)이 각각 삽입되고, 각 지지축(28)은, 덮개 부재(35) 및 캐리어 부재(27)의 플랜지를 관통하고, 캐리어 부재(27)에 볼트 등으로 고정되어 있다. 각 유성 롤러(25)는, 각각의 지지축(28)에 침 형상 롤러 베어링(29)을 개재하여 회전 가능하게 지지됨과 더불어, 캐리어 부재(27)의 플랜지와의 사이에 배치한 스러스트 볼 베어링(30)에 의해 캐리어 부재(27)에 대해서도 회전 가능하게 지지되어 있다.

이러한 구성에 의해, 로터축(24)이 회전하면, 각 유성 롤러(25)는 로터축(24)의 둘레를 자전하면서 공전하는 것이 가능해진다.

또한, 외륜 부재(22)는, 각 유성 롤러(25)가 로터축(24)의 둘레를 자전하면서 공전함에 따라서, 축방향으로 이동하도록 구성된다. 구체적으로는, 각 유성 롤러(25)가 회전 접촉하는 외륜 부재(22)의 내주면에는, 2줄의 나선 홈이 설치되고, 각 나선 홈에 각형 단면의 라인 부재가 부착된다. 이들 라인 부재에서 외륜 부재(22)의 내주면에 2줄의 나선 볼록부(23)가 형성된다. 한편, 각 유성 롤러(25)의 외주면에는, 외륜 부재(22)의 나선 볼록부(23)와 같은 피치로 리드각이 다른 사다리꼴 단면의 1줄의 나선 홈(26)이 설치된다.

이러한 구성에 의해, 외륜 부재(22)는, 그 나선 볼록부(23)가 각 유성 롤러(25)의 나선 홈(26)과 맞물리고, 로터축(24)의 회전에 따라 각 유성 롤러(25)가 자전하면서 공전하는 과정에서 축방향으로 이동하고, 직선 운동하는 것이 가능해진다. 이 때, 로터축(24)의 회전량에 대한 외륜 부재(22)의 직선 이동량은, 나선 볼록부(23)와 나선 홈(26)의 리드각의 차에 의해 정해지고, 그 리드각의 차를 작게 할 수록, 외륜 부재(22)의 직선 이동량이 작아지고, 그 결과, 직선 운동의 감속율이 커지고, 직선 운동의 구동력을 증력할 수 있다.

외륜 부재(22)의 전단에는, 직선 구동 부재(31)가 연결되고, 이 직선 구동 부재(31)에는, 상기 도 1에 나타내는 후측의 브레이크 패드(8b)가 연결된다. 이로 인해, 외륜 부재(22)의 직선 운동이 직선 구동 부재(31)에 전달되고, 후측의 브레이크 패드(8b)를 스위치 브레이크 디스크(6)를 향해 직선 구동시킬 수 있다. 그 때, 외륜 부재(22)는, 케이싱(21)의 내주면과의 광범위에 걸치는 슬라이딩에 의해 안내되므로, 안정된 자세로 축방향으로 이동하고, 그 결과, 후측의 브레이크 패드(8b)의 직선 구동을 원활히 행할 수 있다.

또한, 각 유성 롤러(25)의 외주면, 및 각 유성 롤러(25)가 회전 접촉하는 외륜 부재(22)의 내주면과 로터축(24)의 외주면은, 내마모성을 확보하기 위해서 표면 경화 처리가 실시되고, 이것들의 회전 접촉면에는 윤활 그리스가 충전되어 있다. 마찬가지로, 서로 슬라이딩하는 외륜 부재(22)의 외주면과 케이싱(21)의 내주면에도 표면 경화 처리가 실시되고, 윤활 그리스가 충전되어 있다. 또, 케이싱(21)의 내부는, 케이싱(21)의 전단과 외륜 부재(22)의 전단부의 외주에 장착된 가요성을 가지는 부츠(33)로 시일링되고, 외륜 부재(22)의 전단부의 내측에 장착된 막 형상 시일(34)로 시일링되어 있다.

도 2에 나타내는 전동식 직동 액추에이터(9)에서는, 외륜 부재(22)의 나선 볼록부(23)를 2줄로 하고, 유성 롤러(25)의 나선 홈(26)을 1줄로 하고 있지만, 이것은, 나선 볼록부(23)를 여러 줄로 함으로써, 양자의 리드각의 차의 설정 자유도를 확대할 수 있기 때문이다. 단, 이들 줄수는, 양자의 피치가 동일하여 양자가 맞물리는 한, 양자간에 설정하는 리드각의 차에 따라서 임의로 설정할 수 있다.

또, 도 2에 나타내는 전동식 직동 액추에이터(9)에서는, 유성 롤러(25)의 외주면에 나선 홈(26)을 설치하는 구성이지만, 나선 홈(26)에 대신하여 나선 볼록부(23)와 같은 피치로 이것과 맞물리는 원주 홈을 설치하는 구성으로 변경할 수도 있다.

3. 스위치 브레이크에 의한 충격을 완화하는 구성

본 발명의 감속 장치에서는, 상술한 대로, 제동과 비제동을 전환하는 스위치 브레이크에 유성 롤러 기구의 액추에이터를 이용한 디스크 브레이크를 채용하고, 이 스위치 브레이크에는, 뛰어난 응답성으로 보조 브레이크로서의 제동력을 발생시키기 때문에, 비제동 상태로부터 제동 상태로 신속하게 전환하는 기능이 요구된다. 이 요구로부터, 스위치 브레이크는, 주브레이크로 이용되는 디스크 브레이크와 같이 타이어의 회전을 락시키지 않고 수초간으로 그 회전을 정지시키는 것과는 다르며, 스위치 브레이크 디스크를 브레이크 패드 사이에 강력하게 끼워넣고, 회전 부재의 회전을 길어도 1초 정도의 순간에 정지시킨다.

이 경우, 비제동으로부터 제동으로의 전환에 따라 회전 부재의 회전이 급속히 저하하므로, 특히, 회전 부재가 정지한 순간에, 그 반동으로 스위치 브레이크 캘리퍼에 과대한 충격이 가해지기 쉽다. 이 충격은, 스위치 브레이크 캘리퍼를 지지하는 브래킷, 또한 브래킷을 지지하는 차량의 비회전부에도 가해지고, 내구성에 지장을 초래할 우려가 있다.

이 때문에, 본 발명의 감속 장치에 있어서는, 스위치 브레이크에 의한 충격을 완화하는 방책을 강구하는 것이 바람직하다. 이하에, 본 발명의 감속 장치에서 적용할 수 있는 구조상의 방책과, 제어상의 방책에 대해서, 순서대로 설명한다.

3-1. 구조상의 충격 완화책

도 3은, 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 구조상의 완화책의 일례를 나타내는 모식도이다. 이 도면에서는, 감속 장치를 전방으로부터 축방향으로 본 상태에 있어서, 스위치 브레이크 캘리퍼의 브레이크 패드(8a, 8b)를 표시하고, 이 브레이크 패드(8a, 8b)와의 배치 관계에서, 회전 부재(스테이터)의 스위치 브레이크 디스크(6)을 점선으로 나타냄과 더불어, 그 회전 방향을 화살표로 나타내고 있다. 후술하는 도 4 및 도 5에서도 마찬가지로 나타낸다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 브레이크 패드(8a, 8b)와 더불어 스위치 브레이크 캘리퍼를 지지하는 브래킷(17)은, 좌우의 측부로부터 각각 암부(41)가 돌출한다. 각 암부(41)는, 차량 섀시와 일체의 크로스 멤버(42)에, 쇼크 마운트 부쉬(43) 및 와셔(44)을 개재하여, 볼트(45)와 너트(46)에 의한 체결로 고정된다. 쇼크 마운트 부쉬(43)는, 고무나 우레탄 등의 탄성재이다.

도 3에 나타내는 구성에 의하면, 제동시에, 스위치 브레이크 디스크(6)(회전 부재)의 정지에 수반하여 생기는 충격은, 쇼크 마운트 부쉬(43)의 탄성 변형에 의해 흡수되고, 완화할 수 있다.

도 4는, 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 구조상의 완화책의 다른 예를 나타내는 모식도이며, 도 5는, 그 또 다른 예를 나타내는 모식도이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 브래킷(17)은, 좌우의 측부 중 한쪽의 측부로부터 암부(51)가 돌출한다. 암부(51)는, 차량 섀시에 설치한 스테이(52)에 고정된다.

도 4에 나타내는 구성에서는, 리턴 기능이 부착된 쇼크 업소버(54)를 스테이(52)에 부착하고, 암부(51)는, 그 쇼크 업소버(54)의 선단에 맞닿게 함과 더불어, 스테이(52)로부터 돌출되는 갈고리 형상의 돌출편(53)을 밀착시켜 유지된다. 쇼크 업소버(54)에는, 오리피스식의 것이나 실리콘 러버 내장식의 것을 채용할 수 있다.

도 5에 나타내는 구성에서는, 암부(51)는, 스테이(52)와의 사이에 코일 스프링(55)을 배치하고, 볼트(56)와 너트(57)에 의한 체결로 스테이(52)에 고정된다.

도 4, 도 5에 나타내는 구성에 의하면, 제동시에, 스위치 브레이크 디스크(6)(회전 부재)의 정지에 따라 생기는 충격은, 쇼크 업소버(54), 코일 스프링(55)에 의해 흡수되고, 완화할 수 있다.

3－2. 제어상의 충격 완화책

스위치 브레이크에 의한 회전 부재(스테이터)의 정지에 따라 생기는 충격을를 완화하는데는, 회전 부재가 정지하기 직전에, 그 회전 속도의 급격한 저하를 완화하고, 회전 속도의 시간적 변화를 억제하는 것이 유효하다. 이것은, 전동 모터에 인가하는 전류를 제어함으로써 실현하는 것이 가능하다. 이 전동 모터의 전류 제어의 방법은, 전동식 직동 액추에이터에 유지 기능이 있는지의 여부에 의해 약간 다르다.

액추에이터의 유지 기능이란, 제동시에, 전동 모터에 전류를 인가함으로써 액추에이터가 작동하고, 브레이크 패드가 직선 운동에 의해 진출하여 스위치 브레이크 디스크에 가압력을 발생시키지만, 그 후에 전류 인가를 멈추었을 때에, 브레이크 패드의 위치가 유지되어 그 가압력이 유지되는 기능을 말한다. 유지 기능이 있는 경우는, 전동 모터에 정부가 역의 전류를 인가함으로써, 브레이크 패드가 역방향으로 직선 운동하여 후퇴하고, 가압력이 해제된다. 유지 기능이 없는 경우는, 전동 모터에의 통전을 멈추면, 가압력의 반력으로 브레이크 패드가 자연스럽게 후퇴하고, 가압력이 해제된다.

액추에이터의 유지 기능은, 예를 들면, 상기 도 2에 나타내는 유성 롤러 기구의 액추에이터의 경우, 직선 운동의 구동력을 증력시키기 위해서, 나선 볼록부(23)와 나선홈(26)의 리드각의 차를 0.3° 이하로 작게 설정하면 발현한다. 이하에, 전동 모터의 제어상의 충격 완화책에 대해서, 액추에이터에 유지 기능이 있는 경우와 없는 경우로 나누어 설명한다.

(1)액추에이터에 유지 기능이 있는 경우

도 6은, 액추에이터에 유지 기능이 있는 경우의 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 제어상의 완화책의 일례를 설명하는 타임 차트이며, 이 도면 (a)는 회전 부재(스테이터)의 회전 속도, 이 도면 (b)는 전동 모터에의 인가 전류값, 이 도면 (c)는 액추에이터의 가압력, 이 도면 (d)는 제동력을 각각 나타내고 있다.

도 6(a)에 a점으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재(스테이터)가 차량의 회전 및 제동 디스크(로터)와 함께 회전하고 있는 비제동 상태로부터 제동 상태로 전환할 때, 도 6(b)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 전동 모터에 소정의 전류값(I)으로 전류를 인가한다. 이 때, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도에 따라서, 전동 모터에의 적정한 인가 전류값(I)을 설정한다. 이로 인해, 액추에이터가 작동하여 브레이크 패드가 진출하고, 도 6(c)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 스위치 브레이크 디스크에 대해서 액추에이터의 가압력이 발생한다. 이에 따라, 도 6(a)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재의 회전 속도가 저하하고, 이것과 동시에 제동 디스크와 회전 부재의 사이에 회전 속도차가 생기기 때문에, 도 6(d)에 나타내는 바와 같이, 제동 디스크에 제동력이 발생한다.

또한, 상기 도 2에 나타내는 액추에이터에서는, 액추에이터의 가압력은, 예를 들면, 케이싱(21)의 후단벽과 스러스트 볼 베어링(32)의 사이에 가중 센서를 배치함으로써 감시하는 것이 가능하다.

가압력이 소정의 가압력(P)에 이른 후, 도 6(b)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 전동 모터에의 전류 인가를 멈춘다. 이 때, 액추에이터에 유지 기능이 있기 때문에, 도 6(c)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 그대로 유지된다. 이에 따라, 도 6(a)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 또한 회전 부재의 회전 속도가 저하하고, 결국은, 도 6(a)의 c점으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재가 정지한다. 제동 디스크에는, 정지한 회전 부재와의 회전 속도차에 의해, 계속해 제동력이 발생한다.

이 상태로부터 비제동으로 전환할 때는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 전동 모터에 제동시의 인가 전류와는 정부가 역의 전류를 인가한다. 이로 인해, 액추에이터가 작동하여 브레이크 패드가 후퇴하고, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 해제되고, 비제동 상태가 된다.

이러한 제동으로의 전환에 있어서, 응답성 좋게 전환을 행하고, 회전 부재의 정지에 따라 생기는 충격을 완화하는 데는, 전동 모터에 인가하는 전류값을 적정하게 설정하는 것이 중요하다.

예를 들면, 도 6(b)에 파선으로 나타내는 바와 같이, 전동 모터로의 인가 전류값을 비교적 낮게 설정한 경우, 도 6(c)에 파선으로 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 불충분해진다. 이 경우, 도 6(a)에 파선으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재의 회전 저하 속도의 변화가 완만해지고, 회전 부재를 단시간에 정지시킬 수 없다.

또, 도 6(b)에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 전동 모터로의 인가 전류값을 비교적 높게 설정한 경우는, 도 6(c)에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 과도하게 커진다. 이 경우, 도 6(a)에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재의 회전 저하 속도의 변화가 커지고, 상당히 단시간에 회전 부재를 정지시킬 수 있는 반면, 그 반동으로 충격이 현저해진다.

이들에 대해서, 도 6(b)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 전동 모터에 인가하는 전류값을 적정한 전류값(I)으로 설정한 경우, 도 6(c)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 적당한 가압력(P)이 된다. 이 경우, 도 6(a)에 실선으로 나타내는 바와 같이, 회전 부재의 회전 속도가 급속히 저하한 후, 회전 부재가 정지하기 직전에, 그 회전 저하 속도의 변화가 완만해진다. 이로 인해, 응답성 좋게 전환을 행할 수 있고, 회전 부재의 정지에 따라 생기는 충격을 완화할 수 있다.

여기서, 회전 부재의 회전 속도를 급속히 저하시킴과 동시에, 회전 부재가 정지하기 직전에 그 회전 저하 속도의 변화를 완만하게 하는 것이 가능한 액추에이터의 가압력은, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도에 의존한다. 이 때문에, 전동 모터로의 적정한 인가 전류값을 설정함에 있어서, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도마다, 적정한 가압력을 파악할 필요가 있다.

도 7은, 액추에이터의 적정한 가압력을 파악하기 위해서 제동 디스크와 회전 부재의 회전 속도차와 토크의 상관을 나타내는 모식도이다. 이 도면에 나타내는 제동 디스크(로터)와 회전 부재(스테이터)의 회전 속도차는, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도에도 해당한다. 이 도면에 파선으로 나타내는 바와 같이, 제동 디스크에 발생하는 제동력에 기초하는 제동 토크는, 제동 디스크와 회전 부재의 상대적인 회전 속도차가 커짐에 따라 증가하고, 그 회전 속도차가 어느 정도 커지면 포화하고 거의 일정해진다.

회전 부재를 정지시키는 경우, 액추에이터의 가압력에 의해 발생하는 스위치 브레이크 토크로서는, 적어도, 제동 토크를 넘는 토크가 필요하고, 또한, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도에 의해 생기는 관성력에 기초하는 관성 토르크를 더한 토크가 필요하다. 단, 스위치 브레이크 토크가 너무 크면, 회전 부재의 정지에 따라 과대한 충격이 생긴다.

이로부터, 스위치 브레이크 토크는, 도 7에 범위를 사선으로 나타내는 바와 같이, 제동 전환 시점에서의 회전 부재의 회전 속도에 대응하여 생기는 제동 토크를 기준으로 하고, 그 제동 토크의 120% 이상에서 150% 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 액추에이터의 적정한 가압력은, 그 범위 내의 스위치 브레이크 토크를 발생시키는 것으로 하고, 그 가압력에 대응하여 전동 모터로의 인가 전류값을 설정한다.

(2)액추에이터에 유지 기능이 없는 경우

도 8은, 액추에이터에 유지 기능이 없는 경우의 스위치 브레이크에 의한 충격에 대한 제어 상의 완화책의 일례를 설명하는 타임 차트이며, 이 도면 (a)는 회전 부재(스테이터)의 회전 속도, 이 도면 (b)는 전동 모터로의 인가 전류값, 이 도면 (c)는 액추에이터의 가압력, 이 도면 (d)는 제동력을 각각 나타내고 있다.

액추에이터에 유지 기능이 없는 경우의 제어는, 상술한 유지 기능이 있는 경우와 이하의 점에서 상위하다.

도 8(a)에 나타내는 a점에서 전동 모터에 소정의 전류값(I)으로 전류를 인가한 후, 이 도면에 b점으로 나타내는 바와 같이, 소정의 시간이 경과했을 때, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 전동 모터로의 인가 전류값을 내린다. 이로 인해, 액추에이터에 유지 기능이 없기 때문에, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 액추에이터의 가압력이 저하한다. 이에 따라, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 회전 부재의 회전 저하 속도의 변화가 완만해지고, 이 도면의 c점에서 회전 부재가 정지한다.

이로 인해, 회전 부재의 회전 속도가 급속하게 저하한 후, 회전 부재가 정지하기 직전에, 그 회전 저하 속도의 변화가 완만해지기 때문에, 응답성 좋게 전환을 행할 수 있고, 회전 부재의 정지에 따라 생기는 충격을 완화할 수 있다. 도 8에 나타내는 제어의 경우, 도 7에 나타내는 제어의 경우보다도, 제동 전환시의 인가 전류값(I)을 크게 설정할 수 있다.

또, 도 8(a)에 나타내는 b점에서 전동 모터로의 인가 전류값을 내릴 때에, 시간 경과를 대신하여, 회전 부재의 회전 속도가 소정의 회전 속도로 저하했을 때에, 인가 전류값의 인하를 행해도 된다.

액추에이터에 유지 기능이 없는 경우, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 전동 모터로의 전류 인가를 멈추면, 액추에이터의 가압력이 해제되어 즉시 비제동 상태가 되기 때문에, 회전 부재가 정지한 다음이라도, 제동 중은 전동 모터로의 전류 인가를 계속한다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 와전류식 감속 장치에 의하면, 장치의 소형화를 실현하는 것이 가능하고, 또한, 압축 공기 탱크 등을 각별히 탑재하지 않는 중소형 차량이어도 용이하게 도입할 수 있다. 따라서, 본 발명의 와전류식 감속 장치는, 모든 차량의 보조 브레이크로서 상당히 유용하다.

1:제동 디스크 2:방열 핀
3:회전 부재 4:자석 유지 디스크
5:영구 자석 6:스위치 브레이크 디스크
7:스위치 브레이크 캘리퍼 8a, 8b:브레이크 패드
9:전동식 직동 액추에이터 10:전동 모터
11:회전축 12:연결축
13:슬리브 14:너트
15a, 15b:베어링 16a, 16b:시일 부재
17:브래킷 18:베어링
19a, 19b:시일 부재 21:케이싱
22:외륜 부재 23:나선 볼록부
24:로터축 25:유성 롤러
26:나선홈 27:캐리어 부재
28:지지축 29:침형상 롤러 베어링
30:스러스트 볼 베어링 31:직선 구동 부재
32:스러스트 볼 베어링 33:부츠
34:막 형상 시일 35:덮개 부재
36:C링 41:암부
42:크로스 멤버 43:쇼크 마운트 부쉬
44:와셔 45:볼트
46:너트 51:암부
52:스테이 53:돌출편
54:쇼크 업소버 55:코일 스프링
56:볼트 57:너트

Claims (2)

1. 차량의 회전축에 고정되는 제동 디스크와,
   상기 제동 디스크의 주면에 대향하여 원주 방향에 걸쳐 자극(磁極)이 번갈아 다르게 배치되는 평면 형상의 영구 자석과,
   상기 영구 자석을 유지함과 더불어 스위치 브레이크 디스크를 갖고, 상기 회전축에 회전 가능하게 지지되는 회전 부재와,
   상기 스위치 브레이크 디스크를 사이에 끼우는 브레이크 패드를 갖고, 차량의 비회전부에 고정되는 스위치 브레이크 캘리퍼와,
   전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해 상기 브레이크 패드를 직선 구동시키는 전동식 직동 액추에이터를 구비한 와전류식 감속 장치로서,
   상기 전동식 직동 액추에이터는, 상기 전동 모터의 주축과 일체로 회전하는 로터축의 외주면과, 상기 로터축을 동심상으로 포위하는 외륜 부재의 내주면의 사이에 복수의 유성(遊星) 롤러를 개재시키고, 상기 로터축의 회전에 따라 상기 각 유성 롤러가 상기 로터축의 둘레를 자전하면서 공전하는 구성이며, 상기 외륜 부재의 내주면에 나선 볼록부를 설치함과 더불어, 상기 각 유성 롤러의 외주면에, 상기 나선 볼록부와 동일한 피치로 상기 나선 볼록부가 맞물리는 원주 홈, 또는 상기 나선 볼록부와 동일한 피치로 리드각이 상이하며 상기 나선 볼록부가 맞물리는 나선 홈을 형성하여 이루어지고,
   상기 외륜 부재가 상기 로터축의 회전에 수반하는 상기 각 유성 롤러의 자전 및 공전에 따라서 축방향으로 이동하고, 상기 외륜 부재의 축방향 이동에 수반해 상기 브레이크 패드를 직선 구동시키는 것을 특징으로 하는 와전류식 감속 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위치 브레이크 캘리퍼가 차량의 비회전부에 대해 완충재를 통해 고정되는 것을 특징으로 하는 와전류식 감속 장치.

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