KR100507109B1 - 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼 - Google Patents

Abstract

프로펠러 샤프트의 회전력을 이용하여 발생되는 전기를 이용하여 ER유체가 충진된 댐퍼를 구동하여 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트에 발생되는 공진 진동을 감쇠하도록;

차체의 하부에 구성되어 배기계의 열을 차단하는 열 방지판 상에 상기 프로펠러 샤프트에 대응하여 장착되는 영구자석과; 상기 영구자석에 대응하여 상기 프로펠러 샤프트의 외주면 상에 장착되는 코일유닛과; 상기 코일유닛이 장착되는 프로펠러 샤프트 상의 내측 중공부 상에 끼워져 장착되며, 상기 코일유닛과 전기적으로 연결되는 유체댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼를 제공한다.

Description

프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼{A DYNAMIC DAMPER OF PROPELLER SHAFT}

본 발명은 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로펠러 샤프트의 회전력을 이용하여 발생되는 전기를 이용하여 ER유체가 충진된 댐퍼를 구동하여 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트에 발생되는 공진 진동을 감쇠하는 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 프로펠러 샤프트는 F-R차량 및 4WD차량에서 엔진의 구동력을 리어 액슬로 연결하는 동력 전달축으로써, 차체 길이 방향으로 배기계의 일측방에 설치된다.

이러한 프로펠러 샤프트는 그 구조상, 특정 영역에서 공진 주파수를 지니고 있으며, 이 공진 주파수가 차량의 주행간 프로펠러 샤프트가 회전하면서 발생한 주파수와 일치되면 프로펠러 샤프트는 공진하게 되어 진동을 발생시키게 된다.

상기 진동은 차량의 플로워나 서스펜션을 통해 흡수되어 탑승자에 불쾌감을 조성하게 되고, 승차감을 저하시키게 되어, 이를 해결하기 위하여 종래에는 프로펠러 샤프트의 공진 진동을 감쇠하기 위한 댐퍼를 장착하여 차량의 특정 주행 속도에서 공진 주파수에 의하여 일어나는 진동을 상기 댐퍼를 통해 감쇠하고 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 댐퍼는 특정 영역의 주파수로 한정되어 있어 차량의 주행속도에 따라 다르게 발생하는 주파수에 따른 공진을 모두 감쇠할 수 없으며, 차량의 속도에 따라 발생되는 공진을 감쇠하기 위해 스티프니스(STIFFNESS)가 다른 여러 종류의 댐퍼를 사용하더라도 원가 상승 및 프로펠러 샤프트 상의 장착 공간 제약의 문제점이 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 프로펠러 샤프트의 회전력을 이용하여 발생되는 전기를 이용하여 ER유체가 충진된 댐퍼를 구동하여 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트에 발생되는 공진 진동을 감쇠하는 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼는 차체의 하부에 구성되어 배기계의 열을 차단하는 열 방지판 상에 상기 프로펠러 샤프트에 대응하여 장착되는 영구자석과; 상기 영구자석에 대응하여 상기 프로펠러 샤프트의 외주면 상에 장착되는 코일유닛과; 상기 코일유닛이 장착되는 프로펠러 샤프트 상의 내측 중공부 상에 끼워져 장착되며, 상기 코일유닛과 전기적으로 연결되는 유체댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하고,

상기 코일유닛은 원형의 링 형상으로 이루어지는 케이스 내에 코일이 감겨져 형성되며, 상기 영구자석으로부터의 유도 기전력에 의해 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하며,

상기 유체댐퍼는 원형의 링 형상으로 이루어지는 댐퍼 케이스 내에 ER 유체가 충진되며, 상기 코일유닛과 와이어를 통하여 연결되어 전류을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다이나믹 댐퍼가 구비되는 프로펠러 샤프트의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다이나믹 댐퍼의 장착 상태를 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A 선에 따른 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 단면도로써, 본 발명의 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼는, 먼저, 차체의 하부에 구성되어 배기계(1)의 열을 차단하는 열 방지판(3; HEAT PROTECTOR) 상의 2개소에 프로펠러 샤프트(5)에 대응하여 영구자석(7)을 장착한다.

상기 영구자석(7)에 대응하여 프로펠러 샤프트(5)의 외주면 상에는 코일유닛(9)이 장착되며, 도 2에서와 같이, 상기 코일유닛(9)이 장착되는 프로펠러 샤프트(5) 상의 내측 중공부(11) 상에는 상기 코일유닛(9)과 전기적으로 연결되는 유체댐퍼(13)가 끼워져 장착된다.

상기 코일유닛(9)은, 상기 도 3에서와 같이, 원형의 링 형상으로 이루어지는 케이스(21) 내에 코일(23)이 감겨져 형성되며, 상기 영구자석(7)으로부터의 유도 기전력에 의해 전기를 발생시키게 된다.

그리고 상기 유체댐퍼(13)는 원형의 링 형상으로 이루어지는 댐퍼 케이스(25) 내에 ER유체(27)가 충진되며, 상기 코일유닛(9)의 코일(23)과 와이어(29)를 통하여 연결되어 전기를 공급받도록 구성된다.

이러한 구성의 다이나믹 댐퍼는 프로펠러 샤프트(5)의 회전력을 이용하여 상기 코일유닛(9)이 영구자석(7)에 대하여 회전하면서 유도 기전력으로 발생된 전기를 이용하여 유체댐퍼(13) 내부의 ER유체(27)에 전류을 공급하게 되는 것이다.

여기서 상기 ER(Electro-Rheological Fluid)유체(27)는 외부에서 전기장을 가함으로써 유체의 점도를 변화시킬 수 있는 지능성 액체로써, 기존의 액체가 기준 온도에서 하나의 점도만을 가지는데 비해 전기장의 인가에 따라 여러가지 점도로 변화하는 성질로 인해 여러 분야에 응용되고 있으며, ER유체의 기본적인 특성은 ER유체에 전기장이 가해지면 유체내의 입자들이 클러스터를 형성하며 결합한다. 이로 인해 항복 전단 응력이 증가하면서 유동저항이 증가한다.

이는 결국, 전기장을 가해주지 않았을 때는 입자가 자유로이 이동하는 뉴토니안 유체 상태이나 전기장을 가해주면 유체 내에 항복응력을 갖는 빙햄유체 상태로 변하게 되는 성질을 이용하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 작동을 설명한다.

먼저, 공진 주파수(f)는 로 정의되는데, (단, k; stiffness) 본 발명 작동원리 또한, 프로펠러 샤프트(5)의 스티프니스(k; stiffness)를 ER유체(27)의 성질을 이용한 유체댐퍼(13)를 통하여 변화시켜 결과적으로 프로펠러 샤프트(5)의 공진 주파수(f)를 변화시킴으로써, 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트(5)의 공진을 방지하고자 하는 것이다.

즉, 영구자석(7)에 대하여 프로펠러 샤프트(5)에 의해 회전하는 코일유닛(9)이 유도 기전력을 발생시키면, 상기 유도 기전력은 프로펠러 샤프트(5) 내부의 유체댐퍼(13) 내에 충진된 ER유체(27)로 전달되고, 전원을 공급받은 ER유체(27)는 점성이 변화한다.

상기 ER유체(27)의 점성 변화는 프로펠러 샤프트(5)의 스티프니스(k)값을 변화시키고, 결과적으로는 프로펠러 샤프트(5)의 공진 주파수를 변화시켜 공진 진동을 방지하는 것이다.

한편, ER유체(27)에 공급되는 전원제어장치는 별도로 두지 않으며, 이미 알고 있는 프로펠러 샤프트(5)의 공진 주파수(f)와 공진이 발생하는 영역 데이터를 토대로 상기 유체댐퍼(13)의 크기를 조절하면 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트(5)의 공진을 막을 수 있다. 즉 ER유체(27)에 공급되는 전류는 차량의 속도에 비례하며, 기존에 공진이 발생되는 영역에서 ER유체(27)에 공급되는 전력을 계산하고, 이 영역에서 공진을 피할 수 있는 ER유체(27)의 점도를 만들 수 있는 양만큼의 ER유체(27)를 충진한 유체댐퍼(13)를 장착함으로써 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼에 의하면, 프로펠러 샤프트의 회전력을 이용하여 발생되는 전기를 이용하여 유체댐퍼 내에 충진된 ER유체의 점도를 변화시켜 프로펠러 샤프트의 스티프니스를 가변함으로써, 전 속도 영역에서 프로펠러 샤프트에 발생되는 공진 진동을 감쇠하며, 이에 따른 차량의 NVH를 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다이나믹 댐퍼가 구비되는 프로펠러 샤프트의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다이나믹 댐퍼의 장착 상태를 도시하는 사시도이다.

도 3은 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.

Claims (3)

1. 프로펠러 샤프트용 댐퍼에 있어서,

   차체의 하부에 구성되어 배기계의 열을 차단하는 열 방지판 상에 상기 프로펠러 샤프트에 대응하여 장착되는 영구자석과;

   원형의 링 형상으로 이루어지는 케이스 내에 코일이 감겨져 형성되며, 상기 영구자석에 대응하여 상기 프로펠러 샤프트의 외주면에 장착되어 상기 영구자석으로부터의 유도 기전력에 의해 전류를 발생시키는 코일유닛과;

   원형의 링 형상으로 이루어지는 댐퍼 케이스 내에 ER유체가 충진되어 구성되며, 상기 코일유닛이 장착되는 프로펠러 샤프트 상의 내측 중공부 상에 끼워진 상태로 상기 코일유닛과 전기적으로 연결되어 전류을 공급받도록 구성되는 되는 유체댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로펠러 샤프트용 다이나믹 댐퍼.
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