KR101950234B1 - 전자식 주차 브레이크용 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성이 간단하고 부피가 작으며 조립 공정을 단순화할 수 있는 전자식 주차 브레이크용 액추에이터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 브레이크의 작동 시 발생하는 소음을 저감할 수 있는 전자식 주차 브레이크용 액추에이터에 관한 것이다. 그 구성을 살펴보면, 작동공간이 내부에 마련된 케이스와, 상기 케이스에 장착되고 상기 작동공간으로 회전축이 돌출된 모터와, 상기 작동공간에 일체로 형성되고 내주면에 기어가 형성된 링 기어와, 상기 링 기어의 내부에 설치되고 상기 회전축에 의해 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 상면에 방사상으로 배치된 복수의 유성 기어와, 상기 유성 기어의 상부에 설치되고 상기 유성 기어와 맞물리는 선 기어가 내부에 형성된 제1 웜 휠과, 상기 회전축과 교차하도록 배치된 웜 샤프트와, 상기 웜 샤프트의 일단에 마련되고 상기 제1 웜 휠과 맞물리는 제1 웜 기어와, 상기 웜 샤프트의 타단에 마련된 제2 웜 기어와, 상기 제2 웜 기어와 맞물리고 상기 회전축과 평행한 출력축이 마련된 제2 웜 휠을 포함한다.

Description

전자식 주차 브레이크용 액추에이터{ACTUATOR FOR ELECTRONIC PARKING BRAKE}

본 발명은 전자식 주차 브레이크용 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 구성이 간단하고 부피가 작으며 조립 공정을 단순화할 수 있는 전자식 주차 브레이크용 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 브레이크 시스템(Brake System)은 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차상태를 유지하기 위해 사용되는 제동장치이다.

브레이크 시스템은 통상 운동에너지를 열에너지로 바꾸는 유압식 마찰 브레이크가 사용된다. 유압식 마찰 브레이크는 유압에 의해 작동하는 브레이크 패드가 차륜과 함께 회전하는 휠 디스크를 가압함으로써 제동기능을 수행하는 브레이크이다.

통상의 유압식 마찰 브레이크는, 유압을 발생시키는 장치, 유압을 이송하기 위한 라인, 유압을 제어하기 위한 보조 장치 등을 포함하므로, 구성이 복잡할 뿐만 아니라 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성과 안정성 강화에 한계가 있었다.

최근에는 유압식 마찰 브레이크에 비하여 구성이 단순하고 제동 성능이 우수한 전자 기계식 브레이크(Electro mechanical Brake; EMB)가 사용되고 있다. 전자 기계식 브레이크는, 브레이크 페달에서 정보가 전달되면 ECU가 모터를 구동시켜 너트 피스톤을 이동시키고, 너트 피스톤이 브레이크 패드를 이동시켜 휠 디스크를 가압하게 함으로써 제동력을 발생시킨다.

그러나 전자 기계식 브레이크에는 전자식 주차 브레이크(Electro Parking Brake; EPB) 등의 부가 기능이 구비되는바, 그 구성이 여전히 복잡하고 큰 부피로 인해 설치공간의 활용성이 떨어지며 작동 시 소음이 발생하는 등의 문제가 있다.

대한민국공개특허공보 제2013-0038432(2013.04.18.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 구성이 간단하고 부피가 작으며 조립 공정을 단순화할 수 있는 전자식 주차 브레이크용 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 브레이크의 작동 시 발생하는 소음을 저감할 수 있으며, 제동력이 우수하고 풀림 방지 기능을 가진 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자식 주차 브레이크용 액추에이터는, 작동공간이 내부에 마련된 케이스와, 상기 케이스에 장착되고 상기 작동공간으로 회전축이 돌출된 모터와, 상기 작동공간에 일체로 형성되고 내주면에 기어가 형성된 링 기어와, 상기 링 기어의 내부에 설치되고 상기 회전축에 의해 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 상면에 방사상으로 배치된 복수의 유성 기어와, 상기 유성 기어의 상부에 설치되고 상기 유성 기어와 맞물리는 선 기어가 내부에 형성된 제1 웜 휠과, 상기 회전축과 교차하도록 배치된 웜 샤프트와, 상기 웜 샤프트의 일단에 마련되고 상기 제1 웜 휠과 맞물리는 제1 웜 기어와, 상기 웜 샤프트의 타단에 마련된 제2 웜 기어와, 상기 제2 웜 기어와 맞물리고 상기 회전축과 평행한 출력축이 마련된 제2 웜 휠을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 유성 기어 장치와 웜 기어 장치를 통하여 액추에이터를 간단하게 구성할 수 있고, 부피가 작아 설치공간의 활용성이 높으며, 조립이 용이할 뿐만 아니라 조립 공정을 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명에 적용된 웜 기어 장치와 유성 기어 장치는 큰 감속비를 가지므로 모터의 회전력을 증대시켜 제동력을 향상시킬 수 있으며, 제동 시 소음의 발생을 저감시킬 수 있다.

특히, 브레이크 패드 측에 연결된 출력축이 회전을 하더라도 웜 샤프트가 회전되지 않으므로 주차 제동 후 풀림을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 분해사시도.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터 중 감속부를 확대한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 평면도.
도 6은 종래 기술에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터와 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 소음 측정 결과를 도시한 그래프.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터(1)는, 액추에이터의 외형을 이루는 케이스(100)와, 전원 인가 시 회전력을 발생시키는 구동부(200)와, 구동부(200)에서 발생한 회전력을 증대시켜 외부로 출력하는 감속부(300,400)로 구성된다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터(1)를 구성하는 각 구성요소(100~400)에 대해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(100)는, 구동부(200)가 설치되는 제1 하우징(110)과, 감속부(300,400)가 설치되는 제2 하우징(120)으로 이루어진다.

제1 하우징(110)은 일 방향(도면상 수직방향)으로 연장된 원통 형상이다. 제1 하우징(110)의 내부에는 구동부(200)의 설치를 위한 공간(미도시)이 마련된다. 제1 하우징(110)의 상단 일측에는 구동부(200)에 전원을 인가하는 커넥터(130)가 구비된다. 제1 하우징(110)의 하단은 구동부(200)의 설치를 위해 개방되며, 개방된 하단에는 덮개(140)가 탈착 가능하게 결합된다.

제2 하우징(120)은 소정의 두께를 가진 판재 형상이다. 제2 하우징(120)의 내부에는 감속부(300,400)의 설치 및 작동을 위한 작동공간(150~170)이 형성된다. 제2 하우징(120)의 상부는 감속부(300,400)의 설치를 위해 개방되며, 개방된 상부에는 커버(180)가 탈착 가능하게 결합된다.

작동공간(150~170)은, 유성 기어 장치(300)가 설치되는 제1 작동공간(150)과, 웜 기어 장치(400)가 설치되는 제2 작동공간(160)으로 구획된다. 그리고 제1 작동공간(150)과 제2 작동공간(160) 사이에는 제3 작동공간(170)이 마련된다.

제1 작동공간(150)은 제3 작동공간(170)을 기준으로 좌측에 위치된다. 즉, 제1 작동공간(150)은 제1 하우징(110)의 상부에 위치된다. 제1 작동공간(130)의 바닥에는 제1 관통공(152)이 형성되며, 후술할 모터(210)의 회전축(212)이 제1 관통공(152)을 통해 제1 작동공간(150)으로 돌출된다.

제1 작동공간(150)의 바닥에는 유성 기어 장치(300)의 링 기어(310)가 마련된다. 링 기어(310)는 제1 관통공(152)의 둘레를 감싸는 환형으로 형성되고, 그 내주면에는 후술할 유성 기어(330)와 맞물리는 기어가 형성된다. 이때, 링 기어(310)는 제1 작동공간(150)과 일체로 형성된다.

링 기어(310)의 내부에는 유성 기어 장치(300)의 캐리어(320) 및 유성 기어(330)가 설치된다. 또한, 링 기어(310)의 상부에는 웜 기어 장치(400)의 제1 웜 휠(410)이 설치된다.

제2 작동공간(160)은 제3 작동공간(170)을 기준으로 우측에 위치된다. 제2 작동공간(160)에는 웜 기어 장치(400)의 제2 웜 휠(450)이 설치된다. 제2 작동공간(160)의 바닥에는 제2 관통공(162)이 형성되며, 제2 웜 휠(450)에 형성된 출력축(452)이 제2 관통공(162)을 통해 외부로 돌출된다.

제3 작동공간(170)은 전술한 바와 같이 제1 작동공간(150)과 제2 작동공간(160) 사이에 형성된다. 그리고 제3 작동공간(170)에는 유성 기어 장치(300)의 동력을 웜 기어 장치(400)로 전달하는 웜 샤프트 어셈블리(420~440)가 설치된다.

구동부(200)는 전원 인가 시 작동하여 회전력을 발생시키는 모터(210)를 포함한다. 모터(210)는 웨이브 와셔(220)와 함께 제1하우징(110)의 내부에 수납된다. 웨이브 와셔(220)는 모터(210)를 탄성 지지하여 유동을 방지하고, 외부에서 인가되는 충격 및 진동을 흡수하여 모터(210)를 보호하는 역할을 한다.

전술한 바와 같이, 모터(210)의 회전축(212)은 제1 관통공(152)을 통해 제1 작동공간(150)으로 돌출된다. 제1 작동공간(150)으로 돌출된 회전축(212)에는 유성 기어 장치(400)의 캐리어(320)가 설치된다.

감속부(300,400)는 구동부(200)에서 발생한 회전력을 증대시켜 외부로 출력하는 수단이다. 이러한 감속부(300)는, 구동부(200)의 회전력을 증대시키는 유성 기어 장치(300)와, 회전력의 방향을 전환함과 동시에 회전력을 증대시키는 웜 기어 장치(400)를 포함한다.

유성 기어 장치(300)는, 제1 작동공간(150)에 형성된 링 기어(310)와, 링 기어(310)의 내부에 설치된 캐리어(320)와, 캐리어(320)의 상면에 방사상으로 배치된 복수의 유성 기어(330)와, 제1 웜 휠(410)의 내부에 형성된 선 기어(340)로 구성된다.

링 기어(310)는 제1 관통공(152)의 둘레를 감싸는 환형으로 형성되고, 그 내주면에는 복수의 유성 기어(330)와 맞물리는 기어가 형성된다. 이때, 링 기어(310)는 제1 작동공간(150)과 일체로 형성되는데, 이와 같이 링 기어(310)를 일체로 형성할 경우 액추에이터(1)의 부품수를 절감할 수 있고, 부피를 줄일 수 있으며, 조립 공정을 단순화할 수 있다.

캐리어(320)는 링 기어(310)의 내부에 설치된 플레이트(322)를 포함한다. 플레이트(322)의 중앙에는 모터(210)의 회전축(212)이 결합되는 결합공(324)이 형성되고, 결합공(324)의 둘레에는 유성 기어(330)가 설치되는 샤프트(326)가 방사상으로 배치된다.

상술한 캐리어(320)는 모터(210)의 회전축(212)에 결합되어 모터(210)의 작동에 의해 회전을 하며, 그 회전 시 샤프트(326)에 결합된 유성 기어(330)가 링 기어(310)에 맞물려 회전되도록 한다.

한편, 복수의 유성 기어(330)와 맞물려 회전하는 선 기어(340)는 제1 웜 휠(410)의 내부에 마련된다. 이때, 선 기어(340)는 제1 웜 휠(410)과 일체로 형성되어 유성 기어(330)의 회전력을 제1 웜 휠(410)에 전달한다.

웜 기어 장치(400)는, 제1 작동공간(150)에 설치된 제1 웜 휠(410)과, 제3 작동공간(170)에 설치된 웜 샤프트 어셈블리(420~440)와, 제2 작동공간(160)에 설치된 제2 웜 휠(450)을 포함한다.

제1 웜 휠(410)은 하부가 개방된 중공의 캡 형상이다. 제1 웜 휠(410)의 내부, 즉 하면 중앙에는 유성 기어(330)에 맞물리는 선 기어(340)가 형성된다. 또한, 제1 웜 휠(410)의 외주면에는 제1 웜 기어(430)에 맞물리는 기어(412)가 형성된다. 이때, 기어(412)는 모터(210)의 회전축(212)과 교차하도록 배치된 웜 샤프트(420)에 회전력을 전달할 수 있도록 헬리컬 기어로 제작된다. 헬리컬 기어는 치형이 나선형으로 형성되어 물림이 좋고 회전이 원활하며 조용할 뿐만 아니라 큰 회전력을 전달할 수 있다.

웜 샤프트 어셈블리(420~440), 모터(210)의 회전축(212)과 교차하도록 배치된 웜 샤프트(420)와, 웜 샤프트(420)의 양단에 각각 마련된 제1 웜 기어(430) 및 제2 웜 기어(440)로 구성된다.

웜 샤프트(420)는 제3 작동공간(170)에 설치되며 모터(210)의 회전축(212)에 대해 교차하도록 배치된다. 즉, 모터(210)의 회전축(212)과 웜 샤프트(420)는 수평방향과 수직방향으로 각각 배치되어 직각으로 교차된다. 웜 샤프트(420)는 제3 작동공간(170)에 마련된 한 쌍의 브래킷(172)에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 웜 샤프트(420)의 단부에는 부시(422) 또는/및 베어링(424)이 설치되어 웜 샤프트(420)가 회전 가능하게 지지되도록 한다.

제1 웜 기어(430)는 웜 샤프트(420)의 일단에 마련되고 제1 웜 휠(410)에 맞물려 회전한다. 제1 웜 기어(430)는 모터(210)의 회전축(212)에 대해 직교하는 웜 샤프트(420)로 회전력을 전달할 수 있도록 제1 웜 휠(410)과 대응되는 헬리컬 기어로 제작된다.

제2 웜 기어(440)는 웜 샤프트(420)의 타단에 마련된다. 또한, 제2 웜 휠(450)은 제2 작동공간(160)에 회전 가능하게 설치되고, 제2 웜 기어(440)에 맞물려 회전한다. 제2 웜 휠(450)의 하면에는 모터(210)의 회전축(212)과 평행한 출력축(452)이 형성되고, 출력축(452)은 제2 관통공(162)을 통해 외부로 돌출된다.

도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터(1)의 작동 과정에 대해 설명하도록 한다.

커넥터(130)를 통해 전원이 인가되면 모터(도 2의 210)가 작동하여 회전력을 발생시킨다. 모터(210)의 회전력은 회전축(212)을 통해 캐리어(320)에 전달되어 캐리어(320)를 회전시킨다.

캐리어(320)는 복수의 유성 기어(330)를 회전시키는데, 이때 유성 기어(330)는 링 기어(310)에 맞물려 회전함과 동시에 선 기어(340)를 회전시켜 선 기어(340)가 일체로 형성된 제1 웜 휠(410)을 회전시킨다.

제1 웜 휠(410)에 인가된 회전력은 웜 샤프트 어셈블리(420~440)를 통해 제2 웜 휠(420)로 전달되며, 그 과정에서 2번의 감속(회전력 증대)과 2번의 방향전환이 이루어진다.

즉, 제1 웜 휠(410)이 제1 웜 기어(430)를 회전시키는 과정에서 1차 감속(1차 회전력 증대)과 1차 방향전환이 이루어진다. 또한, 제2 웜 기어(440)가 제2 웜 휠(430)을 회전시키는 과정에서 2차 감속(2차 회전력 증대)과 2차 방향전환이 이루어진다.

이와 같이, 제1 웜 휠(410)과 제1 웜 기어(430), 제2 웜 기어(440)와 제2 웜 휠(450)이 맞물려 회전하는 과정에서 감속과 방향전환이 이루어질 뿐만 아니라 소음 또한 감소하게 된다.

상술한 과정을 통해 감속된 회전력은 제2 웜 휠(450)과 일체로 형성된 출력축(452)을 통해 외부로 전달되어 브레이킹 작용을 하게 된다.

결국, 본 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터(1)는, 모터(210)의 회전축(212)과 제2 웜 휠(450)의 출력축(452) 사이에 유성 기어 장치(300)과 웜 기어 장치(400)가 마련되어, 모터(210)의 회전력을 증대시켜 주차 브레이크의 제동력을 향상시킬 수 있다.

또한, 브레이크 패드(미도시) 측에 연결된 출력축(452)이 회전을 하더라도 웜 샤프트(420)가 회전되지 않는 구조를 가지므로, 주차 제동 후 풀림을 방지할 수 있다.

또한, 제1 및 제3 작동공간(150,170)에 마련된 제1 웜 휠(410)과 제1 웜 기어(430)에 의해 윤활제가 유효하게 작용하여 유성 기어 장치(300) 측에서 발생하는 소음을 저감할 수 있고, 제1 웜 휠(410)/제1 웜 기어(430) 및 제2 웜 기어(440)/제2 웜 휠(450)을 통한 감속과정에서 소음을 한 번 더 저감시킬 수 있다.

도 6의 (a)는 종래 기술에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 소음 측정 결과이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 소음 측정 결과이다.

전자식 주차 브레이크용 액추에이터의 소음 실험을 위하여 통상의 구조를 가진 캘리퍼를 사용하였다. 캘리퍼의 내부에는, 휠 디스크에 밀착되어 제동력을 발생시키는 브레이크 패드와, 상기 브레이크 패드를 이동시키는 피스톤 및 스핀들이 구비된다. 이때, 실험의 공정성을 위하여 동일한 캘리퍼에 액추에이터를 교번 설치하여 실험하였다.

도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 유성 기어 장치만 적용된 종래의 전자식 주차 브레이크용 액추에이터는 최대 56데시벨[dB]의 소음이 측정되었고, 유성 기어 장치와 웜 기어 장치가 모두 적용된 본 실시예의 전자식 주차 브레이크용 액추에이터에서는 최대 45.5데시벨[dB]의 소음이 측정되었다.

본 실시예와 같이, 액추에이터의 내부에 유성 기어 장치(300) 외에 웜 기어 장치(400)를 추가할 경우 종래에 비해 소음이 현저하게 저감됨을 알 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 전자식 주차 브레이크용 액추에이터
100: 케이스 200: 구동부
300: 유성 기어 장치 310: 링 기어
320: 캐리어 330: 유성 기어
340: 선 기어 400: 웜 기어 장치
410: 제1 웜 휠 420: 웜 샤프트
430: 제1 웜 기어 440: 제2 웜 기어
450: 제2 웜 휠

Claims (6)

1. 작동공간이 내부에 마련된 케이스;
   상기 케이스에 장착되고 상기 작동공간으로 회전축이 돌출된 모터;
   상기 작동공간에 일체로 형성되고 내주면에 기어가 형성된 링 기어;
   상기 링 기어의 내부에 설치되고 상기 회전축에 의해 회전하는 캐리어;
   상기 캐리어의 상면에 방사상으로 배치된 복수의 유성 기어;
   상기 유성 기어의 상부에 설치되고 상기 유성 기어와 맞물리는 선 기어가 내부에 형성된 제1 웜 휠;
   상기 회전축과 교차하도록 배치된 웜 샤프트;
   상기 웜 샤프트의 일단에 마련되고 상기 제1 웜 휠과 맞물리는 제1 웜 기어;
   상기 웜 샤프트의 타단에 마련된 제2 웜 기어; 및
   상기 제2 웜 기어와 맞물리고 상기 회전축과 평행한 출력축이 마련된 제2 웜 휠을 포함하고,
   상기 제1 웜 휠은 하부가 개방된 중공의 캡 형상이고, 상기 제1 웜 휠의 하면 중앙에 상기 선 기어가 일체로 형성되며,
   상기 제1 웜 휠의 외주면과 상기 제1 웜 기어의 외주면에는 서로 맞물리는 헬리컬 기어가 형성되되, 상기 제1 웜 휠의 헬리컬 기어는 상기 제1 웜 휠의 외주연을 따라 형성된 나선형이고, 상기 제1 웜 기어의 헬리컬 기어는 상기 제1 웜 기어의 외주면에서 상기 웜 샤프트의 길이방향으로 연장된 비틀린 나선형으로 형성되며,
   상기 캐리어는, 상기 링 기어의 내부에 설치된 플레이트와, 상기 플레이트의 중앙에 형성된 결합공과, 상기 결합공의 둘레에 방사상으로 배치된 복수의 샤프트로 이루어지고,
   상기 작동공간은, 상기 캐리어, 상기 유성 기어, 상기 제1 웜 휠이 설치되는 제1 작동공간과, 상기 제2 웜 휠이 설치되는 제2 작동공간으로 구획되며,
   상기 제1 작동공간과 상기 제2 작동공간 사이에 상기 웜 샤프트, 상기 제1 웜 기어, 상기 제2 웜 기어가 설치되는 제3 작동공간이 마련된 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크용 액추에이터.
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