KR100416398B1 - 전자기유도부를 구비하는 ｍｒ감쇠장치 - Google Patents

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KR100416398B1
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    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
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Abstract

본 발명인 전자기유도부를 구비한 MR감쇠장치는 영구자석과 솔레노이드로 구성된 전자기유도부에서, 구조물과 감쇠장치의 상대운동에 따라, 전자기유도현상을 통해 발생되는 전류를 사용한다.
따라서 별도의 외부전원이 필요치 않으며, 또한 전자기유도부에서 발생되는 전류는 감쇠장치의 움직임의 정도에 따라 크기가 변하기 때문에, 감쇠장치의 감쇠력을 조절하기 위한 센서와 제어기가 필요치 않다.

Description

전자기유도부를 구비하는 ＭＲ감쇠장치 {Magnetorheological damper including electromagnetic induction}
본 발명은 MR감쇠장치에 관한 것으로, 특히 기존 및 신설 구조물에서 여러 종류의 외부 하중에 의해 발생되는 진동을 외부전원 및 센서없이 제어하기 위해 사용되는 MR감쇠장치에 관한 것이다.
MR유체(자기유변유체,Magnetorheological fluid)란 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가질 수 있는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액으로, 자기장이 부하되지 않은 경우는 분산 입자가 뉴튼 유체 성질을 띠지만 자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화을 일으켜 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가지는 유체이다.
MR감쇠장치는 MR유체를 이용한 감쇠장치로써, 유체에 자장을 가하면 점성이 높아지는 것을 이용하여, 감쇠장치 내에서 유체의 이동시 유체의 마찰력을 상승시켜 외부에서 입력된 에너지를 소산시키는 장치이다.
첨부된 도면의 도 1과 도 2에는 종래의 MR감쇠장치의 개요도와 그러한 감쇠장치의 전원공급 및 센서 그리고 제어시스템의 개요도가 예시적으로 도시되어 있다.
종래의 MR감쇠장치는 선형운동을 유도하는 실린더(11); 상기의 실린더(11)의 내부에 충전되는 자기유변유체(A); 상기 자기유벤유체(A)를 통과시키는 통로부(16)와, 통과하는 자기유변유체(A)에 자기장을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드(B)를 구비하는 피스톤(10); 및 실린더(11)와 피스톤축(20)에 연결되며 외부의 고정물에 고정되는 고정부(13,19)로 구성되어 있다.
MR감쇠장치에는 자기유변유체의 팽창을 고려하여 완충부(12)를 포함시키며, 상기의 완충부(12)는 칸막이(15)로 실린더(11)와 분리된다.
상기의 고정부(13)와 실린더(11)는 이음부(14)에 의해 연결된다.
MR감쇠장치의 설치는 구조물(110, 111)에 연결부(101,102)로 고정된다.
구조물의 진동은 연결부(101,102)을 통해 MR감쇠장치에 전달된다.
MR감쇠장치에는 선형운동을 원활하게 하고 자기유변유체의 누출을 막기 위한 베어링 및 실링부(17)가 설치되어 있다.
배터리와 같은 외부전원(121)으로부터 연결선(18)을 통해 솔레노이드(B)에 전원이 공급되면 솔레노이드(B)에 자기장(M)이 발생한다.
이런 종래의 자기유변유체와 솔레노이드를 이용한 감쇠장치는 피스톤(10)이 외부힘에 의해 좌 방향 또는 우 방향으로 이동할 경우 통상적인 감쇠장치와 같이 내부에 채워진 자기유변유체(A)가 피스톤(11)에 마련된 통로부(16)위에서 압력을 받게 된다.
이와 동시에, 이렇게 압력을 받은 자기유변유체(A)는 유체유동으로 상기 피스톤(10)의 방향과 반대 방향으로 각각 이동하게 된다.
이때, 솔레노이드(B)의 자기장은 자기유변유체(A)를 통과하여 점성을 변화시키는 동시에 실린더(10)에 감쇠력을 작용시킨다.
따라서 솔레노이드(B)에 외부로부터 공급되는 전류의 양을 조절함으로써, 발생되는 감쇠력을 조절할 수 있다.
외부전원(121)으로부터 MR감쇠장치로 공급되는 전류의 양은 구조물의 진동정도를 측정하는 센서(120)와 센서의 신호로부터 전류의 양을 결정하는 제어기(122)에 의해 결정된다.
그러나 종래의 MR감쇠장치는 솔레노이드에 자기장을 인가하기 위하여 배터리와 같은 외부전원을 사용하여야 하는 단점이 있다.
또한 솔레노이드에 공급되는 전류의 양을 조절하여 감쇠력을 변화시키기 위해서, 센서를 이용해 외부 하중조건에 의한 구조물의 진동정도를 측정해야 하는 단점이 있다.
따라서 MR감쇠장치 개개의 가격은 저렴하더라도, 여러 개를 사용하는 경우, 이를 제어하기 위해서는 복잡한 외부전원망과, 센서, 그리고 제어기 등을 함께 설치해야 하기 때문에 설치 및 유지·관리에 비용과 노력이 많이 들어가는 단점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 영구자석과 추가적인 솔레노이드로 이루어진 전자기유도부를 포함시켜, 외부의 전원과 센서 없이도 감쇠력을 진동의 정도에 적합하게 변화시킬 수 있는 MR감쇠장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 MR감쇠장치 개요도
도 2는 도 1의 종래의 MR감쇠장치를 구조물에 설치한 개념도
도 3은 본 발명의 제1실시예인 전자기유도부를 구비하는 MR감쇠장치의 단면도
도 4는 본 발명의 제2실시예인 전자기유도부를 구비하는 MR감쇠장치의 단면도
도 5는 도 3 또는 도 4의 전자기유도부를 구비하는 MR감쇠장치를 구조물에 설치한 개념도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 피스톤 11: 실린더
12: 완충부 13: 고정부
14: 이음부 15: 칸막이
16: 통로부 17: 실링부
18: 연결선 19: 고정부
20: 피스톤 21: 하우징
22: 실링부 24: 체결수단
28: 연결선 30: 확장고정부
31: 확장축 101: 연결부
102: 연결부 110: 구조물
111: 구조물 120: 센서
121: 외부전원 122: 제어기
A: MR유체 B: 솔레노이드
C: 영구자석 D: 유도솔레노이드
M: 자기장
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더(11); 상기의 실린더(11)의 내부에 충전되는 자기유변유체(A); 상기 자기유벤유체(A)를 통과시키는 통로부(16)와, 통과하는 자기유변유체(A)에 자기장을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드 (B)를 구비하는 피스톤(10); 및 실린더(11) 또는 피스톤축(20)에 연결되며 외부의 구조물(110,111)에 고정되는 고정부(13,19)를 포함하는 MR감쇠장치에 있어서, 상기 피스톤(20)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 솔레노이드(B)에 공급하는 전자기유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MR 감쇠장치이다.
이하 본 발명을 자세히 설명하겠다.
실린더는 피스톤의 운동을 유도하며,MR감쇠장치의 하우징역할을 한다.
실린더의 운동은 선형 또는 회전운동이 가능하다.
실린더의 단면형상은 제한이 없으나, 제작비용을 고려하여 일반적으로 중공인 원형으로 한다.
실린더는 MR감쇠장치가 일반적으로 구조물에 설치되는 점을 고려하여, 부식에 강한 재료를 사용한다.
실린더의 내벽은 피스톤과의 마찰을 줄이기 위해 연마, 래핑 등의 표면처리를 해 두어야 한다.
상기의 실린더의 내부에는 MR유체가 충전되어 진다.
MR감쇠장치에는 MR유체의 팽창을 고려하여 완충부를 포함시킬 수 있으며, 완충부는 칸막이를 이용하여 실린더와 분리된다.
실린더 내부에 마련되어 선형 또는 회전운동하는 피스톤은 상기의 MR유체를 통과시키는 통로부와, 통과하는 자기유변유체에 자기장을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드를 포함한다.
피스톤의 외주면은 실린더와의 마찰을 최소화하면서 자기유변유체가 지나지 못하도록 하여야 하므로, 실린더와의 공극을 유막이하의 두께가 되도록 가공하여야 하며, 또한 표면처리가 요구된다.
피스톤에 마련된 MR유체가 통과하는 통로부는 MR유체와 통로부사이의 마찰력이 증대할 수 있도록, 통로의 폭은 좁게 하고 길이는 길게 형성하는 것이 바람직하다.
솔레노이드는 피스톤에 형성된 통로부 안측 또는/및 외측으로 마련되며, 균일한 자장이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
피스톤의 일측에는 피스톤축이 마련되어 피스톤과 일체로 운동한다.
피스톤축을 통해 전자기유도부로부터 공급받은 전기에너지를 솔레노이드에 전달한다.
MR감쇠장치를 건물 등의 구조물에 연결하기 위한 고정부는 실린더의 단부와 피스톤축의 단부에 마련된다.
본 발명의 특징적 요소인 전자기유도부는 영구자석과 유도솔레노이드를 포함하여 형성된다.
전자기유도부는 실린더와 일체로 형성되어, 실린더를 종래의 것보다 길게 형성하여, MR유체의 유실을 막는 실링부의 외측으로 마련된다.
또한, 종래의 MR감쇠장치를 그대로 이용하기 위해서는, 전자기유도부는 기존의 실린더의 일측 또는 구조물에 전자기유도부의 하우징을 체결수단을 이용하여 결합한다.
상기의 체결수단은 볼트 또는 용접을 이용할 수 있으나, 기밀성을 위해서 용접을 이용하는 것이 바람직하다.
영구자석은 피스톤축에 설치되어, 피스톤축과 일체로 운동한다.
유도솔레노이드는 실린더 또는 하우징의 내벽의 둘레에 형성되도록 하며, 유도솔레노이드로부터 나온 전선을 기존의 연결선과 접합시키거나, 실링부를 통해 피스톤축 내부에 마련된 연결선으로 전기에너지를 전달한다.
또한, 영구자석과 유도솔레노이드는 그 성능에 따라 서로 위치를 바꾸어서, 유도솔레노이드를 피스톤축에 설치하고, 영구자석을 실린더 또는 하우징의 내벽에 설치하여 전자기유도부를 구성할 수 있다.
실린더 또는 하우징의 외측단에는 실링부가 형성되어 외부로부터의 이물질의 침입을 막아 MR감쇠장치의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한다.
종래의 MR감쇠장치에 하우징을 부착해서 형성한 경우, 고정부가 하우징 내부에 위치하게 될 수 있으므로, 이러한 고정부에 체결되어 하우징 외부로 길이를 연장하는 확장고정부를 마련하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 MR감쇠장치의 설치는 구조물에 연결부로 고정된다.
구조물의 진동은 연결부를 통해 MR감쇠장치에 전달된다.
외부힘에 의해 피스톤이 이동할 경우, 전자기유도부의 영구자석과 유도솔레노이드의 상대운동에 의한 전자기유도현상에 의해 전류가 발생한다.
여기서 발생된 전류는 연결선을 통해 MR감쇠장치 내부의 솔레노이드로 전달되며, 이때 솔레노이드에 자기장이 발생한다.
이와 동시에 채워진 MR유체가 피스톤에 마련된 통로부위에서 압력을 받게 되어 상기 피스톤의 방향과 반대 방향으로 이동하게 된다.
이때, 솔레노이드의 자기장은 자기유변유체를 통과하여 점성을 변화시키는 동시에 실린더에 감쇠력을 작용시킨다.
또한 솔레노이드에 공급되는 전류의 양은 영구자석과 유도솔레노이드의 상대운동의 정도에 따라 변한다.
따라서 외부의 힘이 강하여 전자기유도부의 영구자석과 유도솔레노이드 사이의 상대운동 변화정도가 강하면, 유도되는 전류의 양이 많아져서, 솔레노이드에 강한 자기장이 형성되고, 결과적으로 감쇠장치의 감쇠력을 증가시킨다.
반대로 외부의 힘이 약하여 전자기유도부의 영구자석과 유도솔레노이드의 상대운동의 변화정도가 약하면, 유도되는 전류의 양이 적어져서, 솔레노이드에 약한 자기장이 형성되고, 결과적으로 감쇠장치의 감쇠력을 감소시킨다.
따라서, 구조물에 본 발명인 MR감쇠장치를 설치할 경우, 별도의 센서와 제어기 없이도 MR감쇠장치의 감쇠력을 조절할 수 있다.
또한, 외부전원도 필요없게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 통하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 전자기유도부가 MR감쇠장치와 일체로 형성된 것이다.
선형운동을 유도하는 실린더(11)의 내부에 MR유체(A)가 충전된다.
상기 MR유체(A)를 통과시키는 통로부(16)와 통과하는 MR유체(A)에 자기장(M)을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드(B)를 구비하는 피스톤(10)이 실린더(11) 내벽을 타고 좌우로 이동한다.
상기 MR유체(A)의 팽창을 고려하여 실린더(11)의 외측으로 완충부(12)가 형성되어 있으며, 상기의 완충부(12)와 접촉하며 다소 탄성을 지닌 소재로 형성된 칸막이(15)가 MR유체(A)의 팽창에 의해 소정의 정도로 변형될 수 있도록 설치된다.
칸막이(15)와 고정부(13)는 이음부(14)로 연결된다.
피스톤(10)에는 피스톤(10)과 일체로 형성되어 수평운동하는 피스톤축(20)이 마련된다.
상기의 피스톤축(20) 내부를 통과하여 유도솔레노이드(D)에 연결되는 연결선(28)은 솔레노이드(B)에 전원을 공급한다.
상기의 피스톤축(20)의 주위로 실링부(17)가 형성되어 MR유체(A)의 유실을 막을 수 있도록 한다.
전자기유도를 위한 유도솔레노이드(D)는 실링부(17) 외측에 실린더(11) 안측벽면으로 형성되며, 영구자석(C)은 상기 피스톤축(20)에 설치된다.
실린더(11)의 최외측에는 실링부(22)를 형성하여 외부의 이물질출입을 막을 수 있도록 한다.
구조물(110,111)에 본 실시예를 설치할 수 있도록 마련된 고정부(13,19)는 실린더(11)의 일단과 피스톤축(20)의 단부에 마련된다.
도 5는 실시예 1을 구조물에 설치한 모습이며, 외부전원이나 센서를 포함하고 있지 않다.
[실시예 2]
도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 2은 전자기유도부가 기존의 MR감쇠장치에 부착하여 형성된 것이다.
선형운동을 유도하는 실린더(11)의 내부에 자기유변유체(A)가 충전된다.
상기 자기유변유체(A)를 통과시키는 통로부(16)와 통과하는 자기유변유체(A)에 자기장(M)을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드(B)를 구비하는 피스톤(10)이 실린더(11) 내벽을 타고 좌우로 이동한다.
상기 MR유체(A)의 팽창을 고려하여 실린더(11)의 외측으로 완충부(12)가 형성되어 있으며, 상기의 완충부(12)와 접촉하며 다소 탄성을 지닌 소재로 형성된 칸막이(15)가 MR유체(A)의 팽창에 의해 소정의 정도로 변형될 수 있도록 설치된다.
칸막이(15)와 고정부(13)는 이음부(14)로 연결된다.
피스톤(10)에는 피스톤(10)과 일체로 형성되어 수평운동하는 피스톤축(20)이 마련된다.
상기의 피스톤축(20) 내부를 통과하여 유도솔레노이드(D)에 연결되는 연결선(28)은 솔레노이드(B)에 전원을 공급한다.
상기의 피스톤축(20)의 주위로 실링부(17)가 형성되어 MR유체(A)의 유실을 막을 수 있도록 한다.
상기의 실린더(11)에 전자기유도부의 하우징(21)이 체결수단(24)에 의해 부착된다.
체결수단(24)는 조임나사를 이용하였다.
전자기유도를 위한 유도솔레노이드는 상기 하우징(21)의 안측벽면으로 형성되며, 영구자석(C)은 상기 피스톤축(20)에 설치된다.
하우징(21)의 일단에는 실링부(22)를 형성하여 외부의 이물질출입을 막을 수 있도록 한다.
종래의 MR감쇠장치에 하우징(21)을 부착해서 형성한 경우, 고정부(19)가 하우징(21) 내부에 위치하게 될 수 있으므로, 이러한 고정부(19)에 체결되어 하우징(21) 외부로 길이를 연장하는 확장고정부(30)를 마련하는 것이 바람직하다.
구조물(110,111)에 본 실시예를 설치할 경우, 실린더(11)의 일단에 마련된 고정부(13)와, 기존의 고정부(19)를 연장한 확장고정부(30)를 구조물(110,111)과 연결한다.
도 5는 실시예 2를 구조물에 설치한 모습이며, 외부전원이나 센서를 포함하고 있지 않다.
이상에서 본 발명의 전자기유도부를 구비한 MR감쇠장치에 대한 기술사상을도면을 통하여 상세히 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명인 전자기유도부를 구비한 MR감쇠장치는 영구자석과 유도솔레노이드로 구성된 전자기유도부에서, 감쇠장치의 움직임에 따라, 전자기유도현상을 통해 발생되는 전류를 사용한다. 따라서 별도의 외부전원이 필요치 않은 장점이 있다.
또한, 전자기유도부에서 발생되는 전류는 감쇠장치의 움직임의 정도에 따라 크기가 변하기 때문에, 감쇠장치의 감쇠력을 조절하기 위한 센서와 제어기가 필요치 않은 장점이 있다.
또한, MR 감쇠장치가 여러 개가 필요한 경우, 종래의 기술에서는 이들의 감쇠력을 변화시키고 제어하기 위해서, 외부전원망, 센서망 그리고 제어기망이 복잡하게 필요했으나, 본 발명의 전자기유도부를 갖는 MR 감쇠장치는 독자적으로 구동하여, 복잡한 외부전원망, 센서망 그리고 제어기망 등이 필요치 않다.

Claims (10)

  1. 실린더(11); 상기의 실린더(11)의 내부에 충전되는 자기유변유체(A); 상기 자기유변유체(A)를 통과시키는 통로부(16)와, 통과하는 자기유변유체(A)에 자기장을 가하여 점성을 변화시키는 솔레노이드(B)를 구비하는 피스톤(10); 및 실린더(11) 또는 피스톤축(20)에 연결되며 외부의 구조물에 고정되는 고정부(13,19)를 포함하는 MR감쇠장치에 있어서,
    상기 피스톤(10)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 솔레노이드(B)에 공급하는 전자기유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    피스톤의 운동은 선형 또는 회전운동인 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전자기유도부는 영구자석(C)과 유도솔레노이드(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전자기유도부는 실린더(11)와 일체로 형성되어 실링부(17)의 외측으로 마련되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전자기유도부는 실린더(11)의 일측에 전자기유도부의 하우징(21)을 체결수단(24)을 이용하여 결합되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    영구자석(C)은 피스톤축(20)에 설치되며, 유도솔레노이드(D)는 실린더(11) 또는 하우징(21)의 내벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    유도솔레노이드(D)는 피스톤축(20)에 설치되며, 영구자석(C)은 실린더(11) 또는 하우징(21)의 내벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    실린더(11) 또는 하우징(21)의 외측단에는 실링부(22)가 형성되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    전자기유도부 내부에 위치하는 고정부(19)에 체결되어 하우징(21) 외부로 길이를 연장하는 확장고정부(30)가 마련되는 것을 특징으로 하는 MR감쇠장치.
  10. 삭제
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