KR100341824B1 - Reaction force feedback device using magneto-rheological fluid - Google Patents

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KR100341824B1 KR1020000023647A KR20000023647A KR100341824B1 KR 100341824 B1 KR100341824 B1 KR 100341824B1 KR 1020000023647 A KR1020000023647 A KR 1020000023647A KR 20000023647 A KR20000023647 A KR 20000023647A KR 100341824 B1 KR100341824 B1 KR 100341824B1
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박영진
정병보
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윤덕용
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 능동 및 반능동의 반력을 발생하는 반력장치에 있어서, 가제어성유체를 이용한 반력장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a reaction apparatus using a controllable fluid in a reaction apparatus that generates active and semi-active reaction forces.

본 발명에 따르면, 구동축(205)과 피동축(305) 사이에서 능동 및 반능동 반력을 발생하는 반력장치에 있어서, 능동 액추에이터(200)에 의해 구동하는 상기 구동축(205)의 단부에 연결되는 로터(120)와, 상기 로터(120)의 둘레에 위치하는 가제어성유체(110)와, 상기 가제어성유체(110)의 둘레에 위치하여 자기장을 발생시킴으로써 상기 가제어성유체(110)의 점성을 변화시키는 코어(140) 및, 상기 피동축(305)의 단부에 고정되며 상기 가제어성유체(110)와 상기 코어(140) 및 회전 가능하도록 상기 로터(120)를 수용하는 하우징(130)을 포함하며, 상기 코어(140)에 공급되는 전류의 세기에 따라 상기 가제어성유체(110)의 점성이 변화하여 상기 구동축(205)과 상기 피동축(305)에 능동 및 반능동의 반력을 발생시키는 반력장치가 제공된다.According to the present invention, in a reaction device for generating active and semi-active reaction forces between the drive shaft 205 and the driven shaft 305, the rotor is connected to the end of the drive shaft 205 driven by the active actuator 200 (120), the controllable fluid 110 located around the rotor 120, and the circumference of the controllable fluid 110 to generate a magnetic field to change the viscosity of the controllable fluid 110 And a housing 130 fixed to an end of the driven shaft 305 and receiving the controllable fluid 110 and the core 140 and the rotor 120 to be rotatable. Reaction devices for generating active and semi-active reaction forces on the drive shaft 205 and the driven shaft 305 by changing the viscosity of the controllable fluid 110 according to the strength of the current supplied to the core 140. Is provided.

Description

자기유변유체를 이용한 반력장치{Reaction force feedback device using magneto-rheological fluid}Reaction force feedback device using magneto-rheological fluid

본 발명은 능동 또는 반능동의 반력을 발생하는 반력장치에 관한 것이며, 특히, 자기력에 따라 유체의 거동이 바뀌는 자기유변유체와 능동 액추에이터인 모터를 이용하여 능동 및 반능동의 반력을 함께 발생시킬 수 있는 반력장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reaction force device that generates an active or semi-active reaction force, and in particular, by using a magnetorheological fluid and a motor that is an active actuator that changes the behavior of the fluid depending on the magnetic force, it can generate both active and semi-active reaction forces. It is about a reaction force device.

자동차 및 자전거를 타고 이동하는 운전자는 노면상태에 따라 자신이 잡고 있는 핸들의 흔들림을 느낄 수 있으며, 굴착기를 운전하는 운전자는 굴착기의 버킷(bucket)으로 굴착함에 있어서 자신이 잡고 있는 레버의 작동상태에 의해 버킷으로 굴착하는 물체의 경도를 알 수 있다. 즉, 굴착기의 버킷이 흙 속에 위치한 바위와 접하게 되면, 반력이 작동하여 레버의 작동을 원활하게 작동시킬 수 없게 하여 버킷의 손상을 방지한다.The driver who rides by car and bicycle can feel the shaking of the steering wheel he is holding according to the road surface condition, and the driver who drives the excavator is not allowed to operate the lever that he is holding in digging with the bucket of the excavator. By this, the hardness of the object excavated by the bucket can be known. That is, when the bucket of the excavator comes in contact with the rock located in the soil, the reaction force is prevented from operating the lever smoothly to prevent damage to the bucket.

이와 같이, 반력장치는 특정 시스템의 운전조작부에서 운전자에게 필요한 반력을 제공함으로서 양호한 성능과 적절한 느낌을 구현하는데 사용되는 장치이다. 기존의 많은 반력장치들은 능동 또는 반능동의 반력 중에서 하나의 반력만을 형성하며, 능동형의 반력의 경우에는 능동 액추에이터의 손상으로 인하여 능동 액추에이터인 모터의 수명이 단축된다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 큰 용량의 모터를 사용하여야 하며, 또한, 약 10msec이하의 빠른 제어속도로 제어하여야 하는 단점이 있다.As such, the reaction force device is a device used to realize good performance and proper feeling by providing the reaction force required by the driver in the operation control unit of a specific system. Many existing reaction apparatuses form only one reaction force among active or semi-active reaction forces, and in the case of active reaction forces, the life of the motor as an active actuator is shortened due to damage of the active actuator. In order to compensate for this disadvantage, a large capacity motor must be used, and there is a disadvantage in that a control speed of about 10 msec or less is controlled.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 자기유변유체를 사용하여 모터의 손상없이 능동의 반력뿐만 아니라 반능동의 반력을 동시에 구현할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a device that can implement not only active reaction force but also semi-active reaction force at the same time without damaging the motor using a magnetorheological fluid have.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 반력장치의 구성도이고,1 is a block diagram of a reaction force device using a magnetorheological fluid according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 도시된 자기유변유체를 이용한 반력장치의 개념도이고,2 is a conceptual diagram of a reaction apparatus using the magnetorheological fluid shown in FIG.

도 3은 도 1에 도시된 반력장치의 단면도이고,3 is a cross-sectional view of the reaction force device shown in FIG.

도 4는 도 1에 도시된 MR장치의 조립도이고,4 is an assembly view of the MR device shown in FIG.

도 5는 도 4에 도시된 MR장치의 단면도이며,5 is a cross-sectional view of the MR device shown in FIG.

도 6은 도 3에 도시된 MR장치를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a test result of the MR device illustrated in FIG. 3.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

10 : 반력장치 100 : MR장치(Magneto-Rheological device)10: reaction force device 100: MR-Mheto device (Magneto-Rheological device)

110 : 자기유변유체 120 : 로터110: magnetorheological fluid 120: rotor

130 : 하우징 140 : 코어130 housing 140 core

150 : 샤프트 190 : 전류조절기150: shaft 190: current regulator

200 : 모터 210 : 모터회전조절기200: motor 210: motor rotation controller

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 구동축과 피동축 사이에서 능동 및 반능동 반력을 발생하는 반력장치에 있어서, 능동 액추에이터에 의해 구동하는 상기 구동축의 단부에 연결되는 로터와, 상기 로터의 둘레에 위치하는 가제어성유체와, 상기 가제어성유체의 둘레에 위치하여 자기장을 발생시킴으로써 상기 가제어성유체의 점성을 변화시키는 자기장발생수단 및, 상기 피동축의 단부에 고정되며 상기 가제어성유체와 상기 자기장발생수단 및 회전 가능하도록 상기 로터를 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 자기장발생수단에서 발생하는 자기장의 세기에 따라 상기 가제어성유체의 점성이 변화하여 상기 구동축과 상기 피동축에 능동 및 반능동의 반력을 발생시키는 반력장치가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the reaction force generating active and semi-active reaction force between the drive shaft and the driven shaft, a rotor connected to the end of the drive shaft driven by an active actuator, and A controllable fluid positioned around the rotor, a magnetic field generating means for changing the viscosity of the controllable fluid by generating a magnetic field around the controllable fluid, and fixed to an end of the driven shaft and fixed to the controllable fluid And a housing accommodating the rotor so that the magnetic field generating means and the rotor are rotatable, and the viscosity of the controllable fluid is changed depending on the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating means, so that the drive shaft and the driven shaft are active and inverse. A reaction force device for generating an active reaction force is provided.

또한, 본 발명의 상기 하우징은 상기 피동축의 단부에 고정되는 상부 커버와, 상기 상부 커버의 저면에 연결되며 상기 로터가 안쪽에 위치하도록 상기 로터를 감싸는 원통케이스와, 상기 원통케이스의 저면에 연결되며 상기 로터의 하부에 위치한 상기 자기장발생수단을 감싸고 상기 로터에 연결된 상기 구동축이 관통하도록 중심부에 관통공이 형성된 하부 커버를 포함하며, 상기 로터와 상기 원통케이스의 사이와, 상기 로터와 상기 상부 커버의 사이와, 상기 로터와 상기 자기장발생수단의 사이에는 상기 가제어성유체가 채워진다.In addition, the housing of the present invention is connected to the upper cover is fixed to the end of the driven shaft, the bottom of the top cover and the cylindrical case surrounding the rotor so that the rotor is located inward, and is connected to the bottom of the cylindrical case And a lower cover which surrounds the magnetic field generating means located below the rotor and has a through hole formed at a center thereof so that the driving shaft connected to the rotor penetrates, between the rotor and the cylindrical case, between the rotor and the upper cover. The controllable fluid is filled in between and between the rotor and the magnetic field generating means.

또한, 본 발명의 상기 가제어성유체는 자기유변유체이다.In addition, the controllable fluid of the present invention is a magnetorheological fluid.

또한, 본 발명의 상기 가제어성유체는 가변전성유체이다.In addition, the controllable fluid of the present invention is a variable dielectric fluid.

또한, 본 발명의 상기 자기장발생수단은 코일이 감긴 코어로서, 상기 자기장의 세기는 상기 코어에 가해지는 전류의 세기에 의해 조절된다.In addition, the magnetic field generating means of the present invention is a coil wound core, the strength of the magnetic field is controlled by the strength of the current applied to the core.

또한, 본 발명의 상기 로터와 상기 원통케이스와 상기 상하부 커버는 자기장 형성이 용이한 SM15C의 재질이며, 상기 자기장발생수단은 코일이 감긴 코어로서 상기 코어는 자기장이 형성되지 않은 플라스틱 재질이다.In addition, the rotor, the cylindrical case and the upper and lower cover of the present invention is a material of SM15C easy to form a magnetic field, the magnetic field generating means is a coil wound core, the core is a plastic material is not formed magnetic field.

또한, 본 발명의 상기 능동 액추에이터는 모터로서, 상기 로터의 구동력을 발생시킨다.In addition, the active actuator of the present invention, as a motor, generates the driving force of the rotor.

또한, 본 발명의 상기 능동 액추에이터는 유압장치로서, 상기 로터의 구동력을 발생시킨다.In addition, the active actuator of the present invention is a hydraulic device, and generates a driving force of the rotor.

아래에서, 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 반력장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of a reaction apparatus using a magnetorheological fluid according to the present invention will be described in detail.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 반력장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자기유변유체를 이용한 반력장치의 개념도이고, 도 3은 도 1에 도시된 반력장치의 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 MR장치의 조립도이고, 도 5는 도 4에 도시된 MR장치의 단면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 MR장치를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a reaction force device using a magnetorheological fluid according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram of a reaction force device using a magnetorheological fluid shown in Figure 1, Figure 3 is 4 is an assembly view of the MR device shown in FIG. 1, FIG. 5 is a cross-sectional view of the MR device shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a test of the MR device shown in FIG. 3. A graph showing one result.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반력장치(10)는 구동축(205)과 피동축(305)을 연결하는 MR장치(Magneto Rheological device)(100)를 포함하며, MR장치(100)는 그 내부에 수용된 자기유변유체(110)의 뉴턴유체(Newtonian Fluid)상태와 빙햄유체(Bingham Fluid)상태에 따라 자기유변유체(110)가 감싸고 있는 로터(120)의 회전저항력을 결정한다. 즉, MR장치(100)에 수용된 로터(120)는 자기유변유체(110)의 뉴턴유체상태 또는 빙햄유체상태를 결정하는 자기력의 크기에 따라 그 회전저항력이 결정된다.As shown in FIGS. 1 to 3, the reaction force device 10 of the present invention includes a magnetorheological device 100 that connects the drive shaft 205 and the driven shaft 305. 100 determines the rotational resistance of the rotor 120 wrapped around the magnetorheological fluid 110 according to the Newtonian fluid state and the Bingham fluid state of the magnetorheological fluid 110 contained therein. . That is, the rotor 120 accommodated in the MR device 100 has its rotational resistance determined according to the magnitude of the magnetic force that determines the Newtonian state or Bingham fluid state of the magnetorheological fluid 110.

자기유변유체(MRF : Magneto Rheological Fluid)(110)는 실리콘오일 또는 미네랄오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론(μ) 크기의 자성을 가지는 입자들을 분산시킨 비콜로이드용액으로서, 자기장이 부하되지 않은 경우에는 자성입자가 분산되어 뉴턴유체성질을 띠지만, 자기장이 부하되면 분산된 자성입자가 분극화를 일으켜 부하된 자기장과 평행방향으로 자성입자가 연결되어 전단력이나 유동력에 대한 저항력을 가지는 빙햄유체성질을 갖는다.Magneto Rheological Fluid (MRF) 110 is a non-colloidal solution in which particles having a micron size magnet are dispersed in a non-conductive solvent such as silicon oil or mineral oil. Magnetic particles are dispersed and have Newtonian fluid properties, but when the magnetic field is loaded, the dispersed magnetic particles are polarized, and the magnetic particles are connected in parallel with the loaded magnetic field to have a Bingham fluid property that has resistance to shear or flow forces. .

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, MR장치(100)는 모터(200)의 회전자에 연결되며 MR장치(100)의 중심에 위치하는 샤프트(150)와, 이런 샤프트(150)의 중간부에 고정되는 로터(120)와, 이런 로터(120)의 하부에 약 0.5mm의 거리를 두고 설치된 코일(141)이 감긴 원형코어(140)와, 로터(120)의 둘레에 충진되는 자기유변유체(110) 및, 로터(120)와 원형코어(140) 및 자기유변유체(110)를 수용하는 하우징(130)을 포함하며, 이런 하우징(130)은 원통케이스(136)와 상하부 커버(133H, 133L) 및 고정부(139)를 구비한다.Meanwhile, as shown in FIGS. 4 and 5, the MR device 100 is connected to the rotor of the motor 200 and is located at the center of the MR device 100, and such a shaft 150. The rotor 120 is fixed to the middle portion of the circular core 140 wound around the coil 141 installed at a distance of about 0.5 mm to the lower portion of the rotor 120, and is filled around the rotor 120 A magnetorheological fluid 110 and a housing 130 for receiving the rotor 120 and the circular core 140 and the magnetorheological fluid 110, which includes a cylindrical case 136 and an upper and lower cover. 133H and 133L and the fixing part 139 are provided.

모터(200)의 회전자에 연결된 샤프트(150)의 중간부에는 나사공이 샤프트(150)의 원주둘레를 따라 형성된다. 그리고, 소정의 두께를 가지는 원판형 로터(120)에는 그 두께면을 따라 다수 개의 관통공(121)이 형성되고, 로터(120)의중심에 형성된 구멍에 샤프트(150)가 삽입된다. 이런 관통공(121)에는 제 1 고정나사(122)가 로터(120)의 관통공(121)과 샤프트(150)의 나사공에 체결되어 샤프트(150)의 중간부에 로터(120)가 고정된다.A screw hole is formed along the circumference of the shaft 150 in the middle portion of the shaft 150 connected to the rotor of the motor 200. In the disc-shaped rotor 120 having a predetermined thickness, a plurality of through holes 121 are formed along the thickness surface thereof, and the shaft 150 is inserted into a hole formed in the center of the rotor 120. In the through hole 121, the first fixing screw 122 is fastened to the through hole 121 of the rotor 120 and the screw hole of the shaft 150 to fix the rotor 120 to an intermediate portion of the shaft 150. do.

한편, 원형코어(140)의 둘레에는 직경 0.6mm의 코일(141)이 200회 정도 감겨있어 이런 코일(141)에 전류가 공급됨에 따라 원형코어(140)의 둘레에는 자기장이 형성되고 이런 자기장에 따라 자기유변유체(110)의 자성입자는 재배열된다. 그리고, 하우징(130)은 원통케이스(136)와 상하부 커버(133H, 133L)와 고정부(139)를 포함하며, 상기 로터(120)와 원형코어(270) 및 자기유변유체(110)를 수용한다. 원통케이스(136)의 내부면의 원주둘레를 따라 돌출부(137)가 형성되는데, 돌출부(137)의 안쪽에 로터(120)가 위치하며, 이런 돌출부(137)의 내경은 로터(120)의 직경보다 약 1mm정도 크고 로터(120)의 두께보다 약 1mm가 더 두껍게 형성되며, 원형코어(140)가 돌출부(137)의 저면에 접하도록 위치한다. 그리고, 이런 돌출부(137)의 상하면에는 홈이 돌출부(137)의 원주를 따라 형성되며, 홈에는 오링(138)이 삽입된다.On the other hand, the coil 141 having a diameter of 0.6 mm is wound about 200 times around the circular core 140, and as a current is supplied to the coil 141, a magnetic field is formed around the circular core 140. Accordingly, the magnetic particles of the magnetorheological fluid 110 are rearranged. The housing 130 includes a cylindrical case 136, upper and lower covers 133H and 133L, and a fixing part 139, and accommodates the rotor 120, the circular core 270, and the magnetorheological fluid 110. do. A protrusion 137 is formed along the circumference of the inner surface of the cylindrical case 136, the rotor 120 is located inside the protrusion 137, the inner diameter of the protrusion 137 is the diameter of the rotor 120 It is about 1 mm larger and about 1 mm thicker than the thickness of the rotor 120, and the circular core 140 is positioned to contact the bottom surface of the protrusion 137. In addition, a groove is formed along the circumference of the protrusion 137 on the upper and lower surfaces of the protrusion 137, and an O-ring 138 is inserted into the groove.

따라서, 로터(120)는 이런 원통케이스(136)의 내부의 돌출부(137)와 약 0.5mm의 거리만큼 떨어져 위치하며, 돌출부(137)의 저면에 안치된 원형코어(140)와 로터(120)와의 사이에는 약 0.5mm의 간격이 형성된다. 또한, 이런 원통케이스(136)의 상부에는 상부 커버(133H)가 체결되며 하부에는 하부 커버(133L)가 체결되는데, 상부 커버(133H)는 폐쇄형이며 상부 커버(133H)의 상면에는 운전조작부의 피동축(305)이 고정되고, 하부 커버(133L)는 그 중심에 샤프트(150)가 관통하도록관통공이 형성되어 있다. 그리고, 하부 커버(133L)의 저면에는 고정부(139)가 체결된다. 또한, 상하부 커버(133H, 133L)와 코어(270)의 사이에는 에폭시 또는 실리콘 등으로 처리되어 자기유변유체(110)의 누출을 방지한다.Therefore, the rotor 120 is located at a distance of about 0.5 mm from the protrusion 137 inside the cylindrical case 136, and the circular core 140 and the rotor 120 settled on the bottom of the protrusion 137. A gap of about 0.5 mm is formed between and. In addition, the upper cover 133H is fastened to the upper portion of the cylindrical case 136 and the lower cover 133L is fastened to the lower portion, the upper cover 133H is closed and the upper surface of the upper cover 133H of the operation operation portion The driven shaft 305 is fixed, and the lower cover 133L is formed with a through hole so that the shaft 150 penetrates at the center thereof. The fixing part 139 is fastened to the bottom of the lower cover 133L. In addition, between the upper and lower covers 133H and 133L and the core 270 is treated with epoxy or silicon to prevent leakage of the magnetorheological fluid 110.

한편, 로터(120)가 고정된 샤프트(150)에는 두 개의 베어링(153)과 리테이너(154)가 설치되는데, 두 개의 베어링(153)은 로터(120)의 상하부에 각각 설치되며 리테이너(154)가 샤프트(150)의 둘레에 설치되어 샤프트(150)는 두 개의 베어링(153)과 리테이너(154)에 의해 하우징(130)의 내부의 일정한 위치에서 회전 가능하게 된다.Meanwhile, two bearings 153 and a retainer 154 are installed in the shaft 150 to which the rotor 120 is fixed. The two bearings 153 are respectively installed at upper and lower portions of the rotor 120 and retainer 154. Is installed around the shaft 150 so that the shaft 150 is rotatable at a predetermined position inside the housing 130 by the two bearings 153 and the retainer 154.

아래에서는 이와 같이 형성된 MR장치(100)의 구성요소의 재질에 대하여 설명하겠다.Hereinafter, the material of the components of the MR device 100 formed as described above will be described.

샤프트(150)와 고정부(139)는 알루미늄합금으로 제작된다. 샤프트(150)는 자기장 유출을 막고 자기장을 원하는 부분에 집중시키는 목적으로 자기장이 형성되지 않는 재질인 알루미늄합금으로 제작되며, 코어(140)는 자기장 흐름을 방지하기 위해 플라스틱 재질로서 제작된다. 그리고, 케이스(136)와 상하부 커버(133H, 133L)의 재질은 자기장이 원활하게 유도되도록 투자율이 뛰어난 강자성체인 SM15C이다.The shaft 150 and the fixing part 139 are made of aluminum alloy. The shaft 150 is made of aluminum alloy, which is a material in which a magnetic field is not formed, for the purpose of preventing magnetic field leakage and concentrating the magnetic field on a desired portion, and the core 140 is made of a plastic material to prevent magnetic field flow. The material of the case 136 and the upper and lower covers 133H and 133L is SM15C, which is a ferromagnetic material having excellent permeability so that a magnetic field is smoothly induced.

이상과 같이 구성된 자기유변유체를 이용한 반력장치의 작동에 대하여 상세히 설명하겠다.The operation of the reaction force device using the magnetorheological fluid configured as described above will be described in detail.

먼저, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반력장치의 능동방식의 반력 구현관계에 대하여 설명하겠다.First, the reaction force implementation relationship of the active method of the reaction apparatus using the magnetorheological fluid of the present invention will be described.

능동 형태의 반력 구현시에 조작레버 또는 핸들(300)을 통해 운전자에게 전달되어지는 토오크의 크기는 자기유변유체를 이용한 반력장치에 인가되는 전류의 양을 조절함으로써 토오크의 크기는 조절된다. 원하는 토오크의 크기와 방향이 결정되면 모터(200)는 원하는 방향으로 적절한 속도로 회전한다. 이 때, 모터(200)는 그 모터(200)의 최대 토오크를 출력하며, 모터(200)가 회전함과 동시에 MR장치(100)에 전류를 인가하게 되고 인가된 전류에 의해서 MR장치(100) 내부에서 자기장이 형성되어 자기유변유체(110)가 항복응력을 발생한다. 따라서, 모터(200)에서 출력되는 토오크는 MR장치(100)에서 결정한 크기만큼 운전자에게 전달되며 운전자의 조작입력 또한 MR장치(100)를 통해 모터(200)로 역전달된다. 그러나, 이 과정에서 MR장치(100)에서 설정한 크기 이상은 역전달되지 않으므로 모터(200)에 손상이 가해지지 않게 된다. 또한, 운전자가 모터(200) 회전자의 회전방향과 반대로 조작하게 되더라도 모터(200)는 계속 원래의 방향대로 회전하여 종래의 반력장치와는 달리 모터(200)에 손상이 없다. 이는 종래의 반력장치에서 운전조작부인 핸들(300)과 모터(200)가 견고하게 연결되어 있는 것과는 달리 자기유변유체(110)라는 일종의 유체가 그 연결부위를 연결해 주고 있어 역전달로 인한 모터(200)의 손상을 방지할 수 있다. 이런 MR장치(100)가 전달할 수 있는 최대 토오크만큼의 역전달이 일어나므로 이 값보다는 큰 용량의 모터를 사용하여야 한다.The torque transmitted to the driver through the operating lever or the handle 300 when the active type reaction force is implemented is controlled by adjusting the amount of current applied to the reaction apparatus using the magnetorheological fluid. When the size and direction of the desired torque is determined, the motor 200 rotates at an appropriate speed in the desired direction. At this time, the motor 200 outputs the maximum torque of the motor 200, and while the motor 200 rotates, a current is applied to the MR device 100 and the MR device 100 is applied by the applied current. The magnetic field is formed inside the magnetorheological fluid 110 generates a yield stress. Therefore, the torque output from the motor 200 is transmitted to the driver as much as the size determined by the MR device 100 and the driver's operation input is also reversely transmitted to the motor 200 through the MR device 100. However, in this process, since the size larger than the size set by the MR device 100 is not reversely transmitted, the motor 200 is not damaged. In addition, even if the driver is operated in the opposite direction to the rotation direction of the rotor of the motor 200, the motor 200 continues to rotate in the original direction is not damaged to the motor 200, unlike the conventional reaction force device. This is because, in the conventional reaction force device, the steering wheel 300 and the motor 200, which are the driving operation unit, are firmly connected to each other. ) Can be prevented. Since a reverse torque transfer occurs as much as the maximum torque that the MR device 100 can transmit, a motor having a capacity larger than this value should be used.

다음에서는 반능동 형태의 반력 구현에 대하여 상세히 설명하겠다.In the following, the reaction of the semi-active type will be described in detail.

반능동 형태의 반력 구현시에는 모터(200)는 정지하게 되고 이 때, MR장치(100)는 감속기와 같은 역할을 한다. 즉, 인가된 전류에 의해서 자기장이 형성되고 MR장치(100) 내부의 자기유변유체(110)의 점성이 바뀌게 되면서, 운전자는조작레버나 핸들(300)의 조작이 무거워짐을 느끼게 된다.When the reaction force of the semi-active type is implemented, the motor 200 is stopped, and at this time, the MR device 100 serves as a speed reducer. That is, as the magnetic field is formed by the applied current and the viscosity of the magnetorheological fluid 110 inside the MR device 100 is changed, the driver feels that the operation of the operation lever or the handle 300 becomes heavy.

이와 같은 반력 구현관계를 이용한 MR장치의 성능실험을 통해 도 6에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 도 6의 (a)는 인가전류에 대한 MR장치의 출력 토오크를 나타낸 그래프이며, 도 6의 (b)는 출력 토오크의 반응속도를 나타낸 그래프이다.Through the performance test of the MR device using such a reaction force implementation relationship as shown in Figure 6 was obtained. FIG. 6A is a graph showing the output torque of the MR device with respect to the applied current, and FIG. 6B is a graph showing the reaction speed of the output torque.

도 6의 (a)에서와 같이, MR장치(100)에 가해지는 전류의 세기와 이에 따라 발생하는 출력 토오크와의 관계는 선형적으로 비례함을 알 수 있다. 따라서, MR장치(100)에 가해지는 전류가 커짐에 따라 운전자가 잡고 있는 레버 및 핸들(300)의 조작이 무겁게 되며, 운전자는 레버 및 핸들(300)의 작동에 필요한 힘이 증가하게 된다. 또한, 도 6의 (b)에서와 같이, 전류가 가해진 시점으로부터 약 0.05초 후에 최대 출력 토오크를 발생한다. 이는 MR장치(100)의 출력속도가 빠름을 알 수 있다.As shown in (a) of FIG. 6, it can be seen that the relationship between the strength of the current applied to the MR device 100 and the output torque generated accordingly is linearly proportional. Therefore, as the current applied to the MR device 100 increases, the manipulation of the lever and the handle 300 held by the driver becomes heavy, and the driver increases the force required for the operation of the lever and the handle 300. In addition, as shown in Fig. 6B, the maximum output torque is generated after about 0.05 seconds from the time when the current is applied. This can be seen that the output speed of the MR device 100 is fast.

따라서, 모터가 회전하고 있는 상태에서, 운전조건을 감지하는 감지센서(도면에 도시안됨)로부터 운전조건 데이터가 제어부(220)로 입력되면, 제어부(220)에서는 MR장치(100)에 공급되는 전류의 세기를 조절하는 전류조절기(190)를 제어하고, 모터(200)의 회전속도를 조절하는 모터회전조절기(210)를 제어한다. 그러면, 전류조절기(190)에서 조절되어 공급되는 전류의 세기에 따라 MR장치(100)의 자기유변유체(110)는 그 점성이 변하게 되며 그에 따라, 구동축(205)과 피동축(305)의 사이에는 능동 및 반능동 반력이 발생하게 된다.Therefore, when the driving condition data is input to the control unit 220 from a sensor (not shown in the drawing) that detects the driving condition while the motor is rotating, the control unit 220 supplies the current supplied to the MR device 100. The current controller 190 to control the intensity of the control, and the motor rotation controller 210 to control the rotational speed of the motor 200. Then, the viscosity of the magnetorheological fluid 110 of the MR device 100 is changed according to the intensity of the current supplied and controlled by the current regulator 190, and thus, between the drive shaft 205 and the driven shaft 305. Active and semi-active reaction forces occur.

한편, 앞에서 설명한 양호한 실시예인 자기유변유체를 이용한 반력장치에 있어서, 자기유변유체를 가변전성유체(ERF; Electro Rheological Fluid)로 대신하여 사용하더라도 자기유변유체를 이용한 반력장치와 같은 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 본 발명의 양호한 실시예로 능동 액추에이터를 모터로서 설명하였으나, 유압시스템을 이용하여 로터를 구동시킬 수 있다.On the other hand, in the reaction apparatus using the magnetorheological fluid, which is the preferred embodiment described above, even if the magnetorheological fluid is used instead of the variable rheological fluid (ERF), the same effect as the reaction device using the magnetorheological fluid can be obtained. . And although the active actuator is described as a motor in the preferred embodiment of the present invention, the rotor can be driven using a hydraulic system.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반력장치는 능동 및 반능동의 반력을 구현할 수 있어 능동 반력을 위한 구동기의 손상을 예방하는 장점이 있다.As described in detail above, the reaction apparatus using the magnetorheological fluid of the present invention can implement active and semi-active reaction forces, which has the advantage of preventing damage to the actuator for active reaction forces.

또한, 모터만을 사용하는 반력장치에 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반력장치를 사용함으로써, 사용 모터의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다.In addition, by using the reaction force device using the magnetorheological fluid of the present invention in the reaction force device using only the motor, there is an advantage that the size of the motor used can be reduced.

이상에서 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반력장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical concept of the reaction apparatus using the magnetorheological fluid of the present invention has been described above with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (8)

구동축과 피동축 사이에서 능동 및 반능동 반력을 발생하는 반력장치에 있어서,In a reaction force device that generates active and semi-active reaction forces between a drive shaft and a driven shaft, 능동 액추에이터에 의해 구동하는 상기 구동축의 단부에 연결되는 로터와,A rotor connected to an end of the drive shaft driven by an active actuator, 상기 로터의 둘레에 위치하는 가제어성유체와,A controllable fluid positioned around the rotor, 상기 가제어성유체의 둘레에 위치하여 자기장을 발생시킴으로써 상기 가제어성유체의 점성을 변화시키는 자기장발생수단 및,Magnetic field generating means positioned around the controllable fluid to generate a magnetic field to change the viscosity of the controllable fluid; 상기 피동축의 단부에 고정되며 상기 가제어성유체와 상기 자기장발생수단 및 회전 가능하도록 상기 로터를 수용하는 하우징을 포함하며,A housing fixed to an end of the driven shaft and accommodating the controllable fluid and the magnetic field generating means and the rotor to be rotatable, 상기 자기장발생수단에서 발생하는 자기장의 세기에 따라 상기 가제어성유체의 점성이 변화하여 상기 구동축과 상기 피동축에 능동 및 반능동의 반력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반력장치.And the viscosity of the controllable fluid is changed according to the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating means to generate active and semi-active reaction forces on the drive shaft and the driven shaft. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징은 상기 피동축의 단부에 고정되는 상부 커버와, 상기 상부 커버의 저면에 연결되며 상기 로터가 안쪽에 위치하도록 상기 로터를 감싸는 원통케이스와, 상기 원통케이스의 저면에 연결되며 상기 로터의 하부에 위치한 상기 자기장발생수단을 감싸고 상기 로터에 연결된 상기 구동축이 관통하도록 중심부에 관통공이 형성된 하부 커버를 포함하며,The housing has an upper cover fixed to an end of the driven shaft, a cylindrical case connected to the bottom of the upper cover and surrounding the rotor so that the rotor is located inward, and a bottom of the rotor connected to the bottom of the cylindrical case. Wrapping the magnetic field generating means located in the and includes a lower cover formed with a through hole in the center so that the drive shaft connected to the rotor, 상기 로터와 상기 원통케이스의 사이와, 상기 로터와 상기 상부 커버의 사이와, 상기 로터와 상기 자기장발생수단의 사이에는 상기 가제어성유체가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 반력장치.And the controllable fluid is filled between the rotor and the cylindrical case, between the rotor and the upper cover, and between the rotor and the magnetic field generating means. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가제어성유체는 자기유변유체인 것을 특징으로 하는 반력장치.And the controllable fluid is a magnetorheological fluid. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가제어성유체는 가변전성유체인 것을 특징으로 하는 반력장치.And the controllable fluid is a variable malleable fluid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기장발생수단은 코일이 감긴 코어로서, 상기 자기장의 세기는 상기 코어에 가해지는 전류의 세기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 반력장치.The magnetic field generating means is a coil wound core, the strength of the magnetic field is controlled by the strength of the current applied to the core. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 로터와 상기 원통케이스와 상기 상하부 커버는 자기장 형성이 용이한 SM15C의 재질이며, 상기 자기장발생수단은 코일이 감긴 코어로서 상기 코어는 자기장이 형성되지 않은 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 반력장치.The rotor, the cylindrical case, and the upper and lower covers are made of SM15C, which is easy to form a magnetic field, and the magnetic field generating means is a coil wound core and the core is made of a plastic material in which no magnetic field is formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 능동 액추에이터는 모터로서, 상기 로터의 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반력장치.The active actuator is a motor, characterized in that for generating a driving force of the rotor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 능동 액추에이터는 유압장치로서, 상기 로터의 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반력장치.The active actuator is a hydraulic device, characterized in that for generating a driving force of the rotor.
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