JP2004263776A

JP2004263776A - 電動ディスクブレーキ装置

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Publication number: JP2004263776A
Application number: JP2003054359A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tsuchiya; 昭一土屋; Takuya Usui; 拓也臼井; Hirotaka Oikawa; 浩隆及川
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP4065994B2

Abstract

【課題】アクチュエータ駆動のためのケーブル本数を少なくしてパーキング機能を発揮することができる電動ディスクブレーキ装置を提供する。
【解決手段】キャリパ内のモータコイル４５の中性点４６とロック機構コイル５０を電力ケーブル６０を介して接続し、中性点４６の電圧によりロック機構コイル５０を駆動する。電力ケーブル６０はキャリパ内に含まれており、キャリパ（コントローラ４０側）に引き出されていない。パーキングブレーキとしての機能発揮を、ロック機構コイル５０側とコントローラ４０とを接続するケーブルについては制御ケーブル５４の１本としてケーブル本数を削減した状態で、果たすことができる。このため、装置全体の構成を簡略化できる。ケーブルの本数が少なくなったことに伴い、材料費の低減、組立工数の低減、及びケーブルの屈曲性の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回転力によって制動力を発生させる電動ディスクブレーキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車両に用いられる電動ディスクブレーキ装置として、パーキングブレーキの機能を付加して構成したものがある。その一例として、ディスクロータを挟んで対向する一対のブレーキパッドをディスクロータに向けて前進させるモータと、該モータによる前記ブレーキパッドに対する推力を保持する保持機構と、該保持機構を駆動するアクチュエータと、を内包するキャリパを有する電動ディスクブレーキ装置がある（特許文献１参照）。この電動ディスクブレーキ装置では、アクチュエータに対する通電、遮断などにより保持機構及びアクチュエータが協働してパーキングブレーキの機能を発揮するようにしている。また、電動ディスクブレーキ装置用のモータとして、スター結線された三相モータを用いたものがある（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３２６４０号公報
【特許文献２】
特開２００２−０５８２８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術の電動ディスクブレーキ装置では、パーキングブレーキの機能を発揮するために、保持機構を駆動するアクチュエータが必要とされている。そして、これに伴い、アクチュエータへの電力供給用の電力ケーブル（ソレノイド線）及びアクチュエータ制御用のケーブル（制御ケーブル）をアクチュエータ側に接続し、この電力ケーブル及び制御ケーブルを、キャリパ外（車内）に設けられた、モータドライバ（モータ用電力供給部）を含むコントローラに接続する必要があった。
【０００５】
このため、パーキングブレーキの機能を発揮する上でソレノイドを設けたことに伴い、コントローラとキャリパ内の部材との接続のために、モータへの電力供給に必要とされる電力線に加えて、電力ケーブル及び制御ケーブルが増加することになり、装置の複雑化防止などの観点から、改善が求められているのが実状であった。また、電力ケーブル及び制御ケーブルは、キャリパ内からキャリパ外まで延びて設けられており、長くなってしまっている。このため、必要電流を確保するため、ケーブルの大径化が必要となり、さらに屈曲性の低下、引き回し性の低下、作業性の低下を招くことになる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アクチュエータ駆動のためのケーブル本数を少なくしてパーキング機能を発揮することができる電動ディスクブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ディスクロータを挟んで対向する一対のブレーキパッドをディスクロータに向けて前進させる、中性点を有する多相のモータと、該モータによる前記ブレーキパッドに対する推力を保持する保持機構と、該保持機構を駆動するアクチュエータと、を内包するキャリパを有する電動ディスクブレーキ装置において、前記中性点と前記アクチュエータとを接続したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動ディスクブレーキ装置において、前記中性点及び前記アクチュエータを含む回路に、前記アクチュエータへの通電、遮断を行えるようにスイッチング素子を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を図１ないし図６に基づいて説明する。図１〜図３において、電動ディスクブレーキ装置１は、ディスクロータ２より車両内側に位置する車両の非回転部（ナックル等）に固定されたキャリア３にキャリパ４を、ディスクロータ２の軸方向へ浮動可能に支持している。ディスクロータ２を挟んで一対のブレーキパッド５，６が対向して配置されている。ブレーキパッド５，６はディスクロータ２の軸方向に移動可能にキャリア３に支持されている。
【００１０】
キャリパ４は、先端側に爪部７を有し基端側に環状基体８を有する爪部材９と、この爪部材９に結合されたキャリパ本体１０とからなっており、爪部７が車両外側のブレーキパッド６に対面して配置される。キャリパ本体１０は、爪部材９の環状基体８に結合された環状体１１と、環状体１１に連結されたモータケース１２とを有している。モータケース１２は、環状体１１に連結された筒状のモータケース本体１３と、モータケース本体１３の開口部を覆うモータ端板１４と、モータケース本体１３の側壁に形成された孔１５の部分に設けられたハウジング１６と、を備えている。
【００１１】
キャリパ４内には、車両内側のブレーキパッド５をディスクロータ２に押圧する分割タイプのピストン２０と、モータ２１と、このモータ２１の回転を直線運動に変換して前記ピストン２０に伝えるボールランプ機構２２と、モータ２１の回転を減速して前記ボールランプ機構２２に伝える差動減速機構２３と、ブレーキパッド５，６の摩耗に応じてピストン２０の位置を変更してパッド摩耗を補償するパッド摩耗補償機構２４と、パーキングブレーキ（駐車ブレーキ）を確立する駐車ブレーキロック機構（保持機構）２５とが配設されている。
【００１２】
ボールランプ機構２２は、キャリパ本体１０の環状基体８及び環状体１１の結合部の内周部に軸受２６を介して回動可能に支持されたリング状の第１ディスク（回動部材）２７と、空間部を有しこの空間部に挿入したピストン２０のピストン筒体部２８と結合されたリング状の第２ディスク２９と、両ディスク２７，２９との間に介装されたボール３０とを備えている。第２ディスク２９は、回転規制されて保持されており、ボール３０を介して第１ディスク２７から受けた回転力を直線動に変換してピストン２０に伝達するようにしている。
【００１３】
ピストン２０は、前記ピストン筒体部２８と、ピストン筒体部２８に比して大径のピストン本体３１と、からなる分割タイプとされており、ピストン本体３１は、ピストン筒体部２８ひいてはボールランプ機構２２（モータ２１）からの力を受けるようになっている。ピストン筒体部２８は、後述する支持用筒体にピストン２０係合部材を介して回動不能に支持されている。ピストン筒体部２８のピストン本体３１側に形成された中空部の底部３２とピストン本体３１との間には、反力センサ３３が配置されピストン本体３１からの反力を検出するようになっている。反力センサ３３の信号線３４は支持用筒体３５に挿通されたパイプ３６内を通って、車体に設けたコントローラ４０に接続されている。前記支持用筒体３５は、モータケース１２に筒体支持部材４１を介して支持されている。
【００１４】
モータ２１は、モータケース１２に嵌合固定されたステータ４３と、ステータ４３内に配置された中空のロータ４４とを備え、ロータ４４は、モータケース１２に回動可能に支持されている。モータ２１は、コントローラ４０からの指令でロータ４４を所望トルクで所望角度だけ回転させるように作動し、そのロータ４４の回転角は、該ロータ４４の内部に配置された位置検出器４２（レゾルバ等）により検出されるようになっている。本実施の形態では、モータ２１は、コントローラ４０からの制動力発生指令でロータ４４を図２時計方向に回転させる。
【００１５】
モータ２１のステータ４３には、スター結線されたＵ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗ（３相巻線。以下、適宜、モータコイル４５という。）が装着されている。モータコイル４５の中性点４６と反対側の端部４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗは、直流を３相交流に変換するモータドライバ４８を介してバッテリ４９に接続されている。前記中性点４６には、一端部５０ａが、キャリパ４内に設けた接地部５１に接地された後述するロック機構コイル（アクチュエータ）５０の他端部５０ｂが電力ケーブル６０を介して接続されており、中性点４６の電圧がロック機構コイル５０に印加されるように回路（ロック機構コイル用回路）５２が形成されている。
【００１６】
ロック機構コイル用回路５２における、ロック機構コイル５０と接地部５１との間には、スイッチング用のトランジスタ（スイッチング素子）５３が介装されている。スイッチング用のトランジスタ５３のベースは、制御ケーブル５４を介してコントローラ４０に接続されている。スイッチング用のトランジスタ５３は、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンオフされてロック機構コイル用回路５２を開閉し、ロック機構コイル５０への通電、遮断ひいては、駐車ブレーキロック機構２５のプランジャ５５の進退動を制御し得るようにしている。制御ケーブル５４は、ロック機構コイル５０（駐車ブレーキロック機構２５）ひいてはキャリパ４内からコントローラ４０ひいてはキャリパ４外まで延びている。
【００１７】
モータドライバ４８は、コントローラ４０からの制御信号に応じて位相が１２０°ずつ異なる電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧）を生成し、該電圧をＵ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗ（モータコイル４５）にそれぞれ加えるようにしている。モータドライバ４８は、図５に示すように、コントローラ４０からの制御信号によりオンオフする６個のトランジスタ（第１〜第６トランジスタ）６１〜６６を有し、これらを３相ブリッジ回路に構成したものになっている。
【００１８】
第１トランジスタ６１のエミッタ（符号省略）と第２トランジスタ６２のコレクタ（符号省略）とが接続され、その接続部がＵ相コイル４５Ｕに接続されており、第１、第２トランジスタ６１，６２によりＵ相直列素子体６７Ｕが構成されている。同様に、第３、第４トランジスタ６３，６４によりＶ相直列素子体６７Ｖが構成され、第５、第６トランジスタ６５，６６によりＷ相直列素子体６７Ｗが構成されている。モータドライバ４８とＵ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗとを接続するケーブルを、以下、動力線６８という。この動力線６８は、キャリパ４内からモータドライバ４８（コントローラ４０）ひいてはキャリパ４外まで延びている。
【００１９】
第１、第３、第５トランジスタ６１，６３，６５の各コレクタがバッテリ４９のプラス端子に接続され、第２、第４、第６トランジスタ６２，６４，６６の各エミッタがバッテリ４９のマイナス端子に接続されている。モータドライバ４８は、制御信号を入力してモータコイル４５（Ｕ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗ）に印加される電圧を制御する。そして、第１、第２トランジスタ６１，６２のオン時間の比率〔デューティー比〕を変えることにより、Ｕ相コイル４５Ｕへの出力電圧を調整する。第１トランジスタ６１のオン時間を長くするほど、Ｕ相コイル４５Ｕへの出力電圧は高くなる。Ｖ相コイル４５Ｖに接続される第３、第４トランジスタ６３，６４（Ｖ相直列素子体６７Ｖ）及びＷ相コイル４５Ｗに接続される第５、第６トランジスタ６５，６６（Ｗ相直列素子体６７Ｗ）についても、上述した第１、第２トランジスタ６１，６２（Ｕ相直列素子体６７Ｕ）と同様である。
【００２０】
上述したように、モータドライバ４８は前記Ｕ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗに電圧を加えるが、各コイルには、モータ２１が回転しているとき、図６に示すように、１２０°位相がずれた正弦波状の電圧が印加される。このとき、モータドライバ４８に入力される直流電圧をＶとすると、モータコイル４５の中性点４６の電圧はＶ／２となる。なお、モータドライバ４８の出力電圧は、デューティー比が５０％のとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相いずれもＶ／２となり、このとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相間には電位差はなく、電流は流れない。デューティー比５０％を中心にして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧振幅を変化させるように調整することができ、上述したように１２０°位相がずれた正弦波であれば、中性点電圧は前記電圧振幅の中心であるＶ／２となる。
【００２１】
駐車ブレーキロック機構２５は、図２及び図３に示すように、外周部にラチェット７０が設けられロータ４４に連結されたつめ車７１と、つめ車７１のラチェット７０に対して進退するプランジャ５５を有するラチェットソレノイド機構７２と、を備えている。プランジャ５５は、軸方向がつめ車７１の中心に向くようにして配置されており、先端に設けられた係合爪７３がラチェット７０に当接可能とされている。
【００２２】
ラチェットソレノイド機構７２は、プランジャ５５を進退動可能に支持するソレノイド機構本体７４と、ソレノイド機構本体７４に支持されてプランジャ５５に対する電磁力を発生する前記ロック機構コイル５０と、引っ張りばね７５と、を備えている。ソレノイド機構本体７４は、プランジャ５５がモータケース本体１３の孔１５からつめ車７１に向けて突出するようにモータケース本体１３の外側に配置されており、ハウジング１６に覆われている。
【００２３】
引っ張りばね７５は、プランジャ５５と所定の固定部７６（図２において固定部７６の位置は便宜的に記載している。）との間に設けられており、プランジャ５５をつめ車７１の中心に向けて引っ張るようにしている。そして、ソレノイド機構本体７４のコイルが通電されていない（制動力を発生しない状態）場合、プランジャ５５の係合爪７３がラチェット７０に係合している。
【００２４】
上述したように構成した電動ディスクブレーキ装置１では、制動力は、モータ２１への通電により発生するモータ２１の回転力について、ボールランプ機構２２を介して直線動に変換して、ピストン２０を前進させることにより発生させる。すなわち、ピストン２０の前進に伴って車両内側のブレーキパッド５，６がディスクロータ２を押圧し、この反力によりキャリパ４が変位して爪部７がブレーキパッド５，６をディスクロータ２に押圧し、両ブレーキパッド５，６がディスクロータ２を挟み付けることにより制動力を発生する。
【００２５】
また、パーキングブレーキとして機能させる場合は、スイッチング用のトランジスタ５３をオン（ロック機構コイル用回路５２を閉作動）してロック機構コイル５０に通電し、引っ張りばね７５のばね力に抗してプランジャ５５を上げ係合爪７３のラチェット７０への係合を解除すると共に、上述したように、モータコイル４５に通電してピストン２０推力を発生させた状態とし、この後、ロック機構コイル５０及びモータコイル４５への通電を遮断する。
【００２６】
そして、ロック機構コイル５０への通電が遮断されることにより、引っ張りばね７５の図２下方向のばね力により係合爪７３がラチェット７０に当接される。一方、モータコイル４５への通電が遮断されることにより、モータ２１のロータ４４（ひいては、つめ車７１）はブレーキパッド５，６の押圧力の反力により戻し方向（図２反時計方向）の回転力を受ける。この際、上述したように係合爪７３がラチェット７０に当接しているので、つめ車７１ひいてはロータ４４は係合爪７３（プランジャ５５）によりロックされて、前記ピストン２０推力が保持され、これによりパーキングブレーキとしての機能が発揮される。
【００２７】
また、上述したようにロック機構コイル５０及びモータコイル４５への通電を行わずにパーキングブレーキがかかった状態で、スイッチング用のトランジスタ５３を閉じ作動する。すると、ロック機構コイル５０は通電されて電磁力を発生し、プランジャ５５に上方向の力を作用させる。このため、引っ張りばね７５のばね力に抗してプランジャ５５は持ち上げられて係合爪７３のラチェット７０への係合が解除され、つめ車７１ひいてはロータ４４はフリーな状態になり、パーキングブレーキが解除される。
【００２８】
そして、スイッチング用のトランジスタ５３をオフ（ロック機構コイル用回路５２を開作動）して、ロック機構コイル５０の通電を停止すると、ロック機構コイル５０がプランジャ５５を引き上げる力がなくなり、引っ張りばね７５のばね力により係合爪７３がラチェット７０に係合し、ロータ４４がロックされてピストン２０推力が保持され、パーキングブレーキが作動した状態になる。
【００２９】
本実施の形態では、上述したようにロック機構コイル５０（アクチュエータ、ソレノイド）を有する駐車ブレーキロック機構２５を備え、ロック機構コイル５０への通電及び遮断によって、パーキングブレーキとしての作動及びその解除を果たすことができる。そして、上述したようにロック機構コイル５０への電力供給用のケーブルはモータコイル４５の中性点４６とロック機構コイル５０とを接続する電力ケーブル６０を用い、キャリパ４内に含まれており、コントローラ４０等のキャリパ４外に引き出していない。したがって、上述したパーキングブレーキとしての機能発揮を、ロック機構コイル５０（ソレノイド）とコントローラ４０とを接続するケーブルについては制御ケーブル５４の１本として、ケーブル本数を削減した状態で、果たすことができる。このため、装置全体の構成を簡略化できる。また、このようにケーブルの本数が少なくなったことに伴い、材料費の低減、組立工数の低減、及びケーブルの屈曲性の向上を図ることができる。
【００３０】
さらに、ロック機構コイル５０への電力供給は、キャリパ４内のモータコイル４５の中性点４６に接続した１本の電力ケーブル６０により行われるので、長さが短くて済む。このため、電力ロスが少なくなり、ロック機構コイル５０を作動するための供給電流を抑制でき、これに伴い、ソレノイド（ロック機構コイル５０）への電力供給用のケーブルを小径化でき、ひいては当該用途のケーブルの屈曲性の向上、良好な引き回し性の確保を図ることができる。
【００３１】
また、上述した従来技術では、キャリパ内のソレノイド（ロック機構コイル５０に相当するもの）とキャリパ外のコントローラ（電源）と接続するために、ケーブルとしては例えばプラス側、マイナス側の２本が必要とされる。これに対し、本実施の形態によれば、ロック機構コイル５０への電力供給は１本の電力ケーブル６０で行える上、この電力ケーブル６０は長さが短い状態でキャリパ４内に配置される。このため、本実施の形態によれば、上述した従来技術に比して、装置全体の構成の簡略化、ロック機構コイル５０への電力供給用のケーブルの小径化を、より顕著に行え、屈曲性及び引き回し性を、より向上することができる。
【００３２】
また、ロック機構コイル５０の一端部５０ａをキャリパ４内の接地部５１に接続しているので、ロック機構コイル５０の一端部５０ａとキャリパ４内の接地部５１とを接続する電力ケーブルの長さも短くて済む。このため、さらに、電力ケーブルの小径化、ひいては屈曲性の向上、良好な引き回し性の確保を図ることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施の形態を図７に基づいて説明する。
第２実施の形態は、第１実施の形態のスイッチング用のトランジスタ５３に代えて、ロック機構コイル用回路５２にツェナ−ダイオード７６を設けたことが異なっている。ツェナ−ダイオード７６の電圧をＶ／２とした場合、ロック機構コイル５０の両端に電位差が無いためロック機構コイル５０に電流が流れない。
【００３４】
これに対し、図８に示すように、Ｕ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗの電圧振幅の中心を、例えば３Ｖ／４にシフトさせる（デューティー比を変化させることによりシフトすることができる）と、モータコイル４５の中性点４６の電圧を３Ｖ／４に変えることができ、ロック機構コイル５０に通電することができる。ロック機構コイル５０にＶ／４の電圧で動作可能なコイルを用いれば駐車ブレーキロック機構２５、ひいてはプランジャ５５を動作させることができる。このため、第２実施の形態では、ロック機構コイル５０はＶ／４の電圧で動作可能なコイルを用い、駐車ブレーキロック機構２５によりパーキングブレーキの機能を発揮するようにしている。
【００３５】
上述した電圧振幅の中心のシフトは、次のようにして達成される。すなわち、Ｕ相コイル４５Ｕ、Ｖ相コイル４５Ｖ及びＷ相コイル４５Ｗの電圧振幅は、モータドライバ４８の上・下のスイッチング素子（図５で例えば第１、第２トランジスタ６１，６２）を駆動するデューティー比により決まり、上・下のスイッチング素子のデューティー比を５０％とした場合には、Ｖ／２となり、上のスイッチング素子のデューティー比を７５％、下のスイッチング素子のデューティー比を２５％とすると、振幅の中心電圧は３Ｖ／４になる。
【００３６】
本第２実施の形態では、ツェナ−ダイオード７６にかかる電圧に応じて、ロック機構コイル用回路５２が開閉してロック機構コイル５０に対する通電、遮断が行われる。このため、モータコイル４５の中性点４６の電圧ひいては動力線６８側の電圧により駐車ブレーキロック機構２５によるロック及びその解除を行えるので、第１実施の形態で用いたコントローラ４０とキャリパ４側とを接続する制御ケーブル５４が不要となる。このため、第２実施の形態では、第１実施の形態に比べ、装置全体の構成をより簡略化できる。
【００３７】
上記各実施の形態では、モータ２１が３相のスター結線である場合を例にしたが、これに限らず、中性点を有する４相結線、６相スター結線、千鳥結線など他のタイプのモータに本発明を用いてもよい。また、アクチュエータとして、ロック機構コイル５０に代えて、モータ動力の切り離しを行う電磁クラッチを用いてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アクチュエータへの電力供給は、モータの中性点とアクチュエータとを接続することにより行えるので、アクチュエータを駆動するために必要とされるケーブルの本数を少なくできる。
請求項２記載の発明によれば、スイッチング素子としてツェナ−ダイオードを用いることが可能であり、ツェナ−ダイオードにかかる電圧に応じてアクチュエータのオンオフ作動、ひいては保持機構の駆動制御を行えるので、アクチュエータを制御するための制御ケーブルを廃止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る図３に示す電動ディスクブレーキ装置のロック機構コイル用回路を模式的に示す図である。
【図２】図３の駐車ブレーキロック機構を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を模式的に示す断面図である。
【図４】図３の電動ディスクブレーキ装置のキャリパ及びコントローラの配線状態を示す回路図である。
【図５】図３の電動ディスクブレーキ装置に用いるモータドライバを示す図である。
【図６】図５のモータドライバの出力電圧を示す波形図である。
【図７】図１のロック機構コイル用回路のトランジスタに代えて、ツェナ−ダイオードを用いた本発明の第２実施の形態を示す図である。
【図８】中性点電圧を、図６の例に対して変化させた場合を示す波形図である。
【符号の説明】
１電動ディスクブレーキ装置
４キャリパ
２１モータ
４０コントローラ
４６中性点
４８モータドライバ
５０ロック機構コイル
５４制御ケーブル

Claims

ディスクロータを挟んで対向する一対のブレーキパッドをディスクロータに向けて前進させる、中性点を有する多相のモータと、該モータによる前記ブレーキパッドに対する推力を保持する保持機構と、該保持機構を駆動するアクチュエータと、を内包するキャリパを有する電動ディスクブレーキ装置において、前記中性点と前記アクチュエータとを接続したことを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
前記中性点及び前記アクチュエータを含む回路に、前記アクチュエータへの通電、遮断を行えるようにスイッチング素子を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動ディスクブレーキ装置。