KR100664578B1

KR100664578B1 - 엠알 댐퍼를 이용한 제진장치 및 제진방법

Info

Publication number: KR100664578B1
Application number: KR1020050101970A
Authority: KR
Inventors: 유재형; 정진한
Original assignee: 주식회사 모두테크놀로지
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-01-04

Abstract

본 발명은 횡방향, 종방향 및 수직방향의 진동을 제어할 수 있는 제진장치 및 제진방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 제진장치는, 자기장을 인가하면 점성이 변하는 자성 입자를 가지는 MR유체(20)를 이용한 댐퍼(10)와, 제진 테이블(40)을 구비한 제진장치에 있어서, 상기 댐퍼(10)는, 내부 하우징(14)내에 배치되며, 상기 MR유체(20)의 유동을 위한 오리피스(23)와, 피스톤로드(25)를 가지는 장방형 형상의 피스톤(24)과, 상기 피스톤(24)내에 배치되며, 상기 피스톤(24)의 네 변을 따라 서로 대향하여 배치되는 두 쌍의 전자석(22a, 22b)과, 상기 피스톤을 둘러싸는 장방형 형상의 내부하우징(14)을 포함하여 구성되어, 위치센서(60)가 횡방향의 진동에 의한 변위(Lx) 또는 종방향의 진동에 의한 변위(Ly)를 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 위치센서(60)로부터 받은 신호에 따라 상기 변위(Lx)를 방지할 수 있는 전류를 상기 전자석(22a)에 보내서 자기장을 형성하여 상기 횡방향 또는 종방향 변위를 방지한다.

MR유체, 댐퍼, 횡방향, 종방향, 수직방향, 진동

Description

엠알 댐퍼를 이용한 제진장치 및 제진방법{VIBRATION ISOLATION APPARATUS AND METHOD USING A MAGNETO-RHEOLOGICAL DAMPER}

도 1은 본 발명에 의한 제진장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A'에서 본 평면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 제진장치의 댐퍼 배치를 나타내는 개념도이다.

도 4는 본 발명에 의한 댐퍼와 공기스프링의 배치를 나타내는 개념도이다.

도 5는 본 발명에 의한 제진장치의 센서와 제어부를 나타내는 개념도이다.

도 6는 본 발명에 의한 제진방법을 나타내는 블럭도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : MR 댐퍼 11 : 외부 하우징

12 : 공기출입구 13 : 다이어프램

14 : 내부 하우징 15 : 상부판

16 : 접합판 20 : MR유체

21 : 유실 22 : 전자석

23 : 오리피스 24 : 피스톤

25 : 피스톤로드 26 : 가이드판

30 : 지지판 40 : 제진 테이블

50 : 가속도 센서 60 : 위치센서

70 : 제어부

본 발명은 MR(엠알: magneto-rheological) 댐퍼를 이용한 제진장치 및 제진방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 횡방향, 종방향 및 수직방향의 진동을 제어할 수 있는 제진장치 및 제진방법에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프나 모터 등을 사용하기 시작한 때부터 진동체의 진동감쇠나 제진의 중요성이 부각되어 왔다. 또한, 건물의 경우 지진이나 진동에 의한 건물의 피해를 방지하기 위하여 진동감쇠가 중요한 요소로 인식되어 왔다.

이러한 제진장치로서, 종래에는 고무재의 제진장치나 공기흡입을 통한 에어댐퍼를 이용하여 진동체의 진동에너지를 흡수하는 수동형 제진장치와, 압전소자 등을 이용한 능동형 제진장치와, MR유체를 이용한 반능동형 제진장치가 있다.

수동형 제진장치는 제진재료의 열화와 함께 진동에너지의 흡수효율이 나쁘다고 하는 문제가 있었다. 또한, 종래의 댐퍼는 그 진동제어가 미세하지 못하여 반도체제조장치나 반도체검사장치, 전자현미경과 같은 진동에 대한 미세조정이 필요한 기계장치의 제진장치로서는 적당하지 않다고 하는 문제가 있었다.

능동형 제진장치는 장비가 고가이고 전력소모가 매우 크다고 하는 문제가 있 어서, 최근 MR유체를 이용한 반능동형 제진장치가 널리 사용되고 있는 실정이다.

MR유체는 자기장의 존재하에 그 유동특성이 변화하는 지능형 재료로서, 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등에 직경 1 내지 10 마이크론 크기의 자성 입자를 분산시킨 비콜로이드 용액으로, 자기장이 가해지지 않은 경우에는 뉴튼 유체의 성질을 나타내지만, 자기장이 가해지면 입자들이 정렬하여 자기장에 평행한 자화사슬을 형성하여, 전단력이나 유동에 대한 저항력을 나타내는 유체이다. MR유체는 전기유변유체(ER유체)와 마찬가지로 수 milisec의 빠른 응답속도를 가지면서도 항복응력이 높고 사용되는 온도범위도 넓고, 점성이 낮고, 불순물에 대한 안정성이 높은 장점을 가지고 있어서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 MR유체를 이용한 반능동 장치의 설계방법으로서는, 일반적으로, 두 개의 판 사이에 MR유체를 충진하고 두 개의 판에 수직한 방향으로 자기장을 인가하여 MR유체의 유동을 방해하는 저항력이 발생하도록 하는 밸브모드와, 고정된 하나의 판과 이동가능한 하나의 판 사이에 MR유체를 충진하고, 상기 판에 수직방향으로 자기장을 인가하여 저항력을 발생하도록 하는 전단모드와, 두 개의 판 사이에 MR유체가 충진되고 두 판이 힘을 받는 방향과 수평한 방향으로 자기장을 인가하여 저향력을 발생하도록 하는 스퀴즈필름모드가 있다.

그러나 이러한 MR유체를 이용한 종래의 제진장치는, 원통형의 댐퍼를 이용하여 수직방향의 진동제어만을 하고 있기 때문에, 수평방향의 진동에 대해서는 효과적으로 대처하지 못한다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 수평의 어느 한 방향에서의 진동이 발생한 경우, 횡방향 종방향 및 수직방향의 진동을 각각 따로 제어할 필 요가 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 장방형 형상의 MR 댐퍼를 이용하여, 횡방향 또는 종방향의 진동에 의한 변위에 대응하여 대향하는 두 쌍의 전자석에 각각 전류를 별개로 공급하여 자화사슬을 형성함으로써 횡방향 및 종방향의 진동에 의한 변위를 방지할 수 있는 제진장치 및 제진방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 제진장치는, 자기장을 인가하면 점성이 변하는 자성 입자를 가지는 MR유체를 이용한 댐퍼와, 제진 테이블을 구비한 제진장치에 있어서, 상기 댐퍼는, 내부 하우징내에 배치되며, 상기 MR유체의 유동을 위한 오리피스와, 피스톤로드를 가지는 장방형 형상의 피스톤과; 상기 피스톤내에 배치되며, 상기 피스톤의 네 변을 따라 서로 대향하여 배치되는 두 쌍의 전자석과; 상기 피스톤을 둘러싸는 장방형 형상의 내부하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 제진방법은, 상기 가속도 센서 및 위치센서가 횡방향의 진동(Lx)을 감지하면, 상기 제어부는 상기 가속도 센서 및 위치센서로부터 받은 신호에 따라 상기 진동을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절 기에 보내며, 상기 전류조절기는 상기 제어부로부터의 신호에 따라 상기 전자석에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 횡방향 진동을 방지하고, 상기 가속도 센서 및 위치센서가 종방향의 진동(Ly)을 감지하면, 상기 제어부는 상기 가속도 센서 및 위치센서로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Ly)을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절기에 보내며, 상기 전류조절기는 상기 제어부로부터의 신호에 따라 상기 전자석에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 종방향 진동을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 제진장치 및 제진방법을 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 제진장치는, MR 댐퍼(10)와, 제진 테이블(40)과, 가속도 센서(50)와, 위치센서(60)와, 제어부(70)로 구성되어 있다.

상기 MR 댐퍼(10)는, 외부하우징(11)과 상기 외부하우징(11)내에 배치되는 내부 하우징(14)과 상기 내부하우징 내에 배치되는 피스톤(24)과 지지판(30)으로 구성되어 있다.

상기 외부하우징(11)은, 대략 장방형 형상으로 형성되고, 상기 외부하우징(11)의 일측에 배치되는 공기출입구(12)를 가지며, 외기의 공기가 상기 공기출입구(12)를 통하여 상기 외부하우징(11)과 상기 내부하우징(14) 내에 충진되어, 수직방향의 진동을 상당부분 흡수한다.

상기 외부하우징(11)의 상부에는 상부판(15)이 접합판(16)과 볼트(17)에 의해 체결되며, 상기 상부판(15) 및 접합판(16)은 피스톤로드(25)를 둘러싼 원통에 연결되어 고정된다. 상기 상부판(15)은 다이어프램(13)에 의해 상기 외부하우징(11)에 연결되어 있고, 후술하는 내부하우징(14)과의 사이에는 O링(18)을 게재하여 MR유체를 밀봉한다. 상기 다이어프램(13)은 고무제, 또는 TPU(열가소성 우레탄)나 테프론으로 제조된 것일 수 있다.

상기 내부하우징(14)은 대략 장방형 형상으로 형성되어 있고, 상기 내부하우징(14)의 내부에는 피스톤(24)이 배치되며, 자기장을 인가하면 점성이 변하는 자성 입자를 가지는 MR유체(20)가 충진되는 유실(21)이 형성된다.

상기 피스톤(24)은, 장방형 형상으로 형성되며, 상기 MR유체(20)의 유동을 위한 오리피스(23)와, 피스톤로드(25)를 가진다. 상기 피스톤(24)과 상기 내부하우징(14)와의 간격(l)은, 예를 들면 대략 1mm이다. 상기 피스톤(24)의 네 변의 가장자리의 상하부는, 안쪽으로 오목하게 패인 단턱구조로 형성되어 있다.

또한, 상기 피스톤(24)의 네 변의 가장자리의 단턱부분에는 가이드판(26)이 끼워넣어질 수 있다. 상기 가이드판(26)은 대략 장방형 형상으로 형성되어 있으며, 구부러질 수 있도록 플라스틱제로 구성되어 있다. 상기 가이드판(26)의 길이는 상기 피스톤(24)의 상하부의 단턱 사이의 거리보다 약간 크게 형성되어, 상하부의 단턱 사이에 구부려서 끼워넣어질 때, 상기 플라스틱제의 가이드판(26)의 볼록하게 구부러진 부분은 상기 내부하우징(14)의 안쪽면에 맞닿을 수 있는 크기로 형성된다. 상기 피스톤(24)의 네 변에 상기 가이드판(26)을 마련함으로써, 외부의 진동이나 충격에 의해 상기 피스톤(24)이 상기 내부하우징(14)에 맞부딪히는 일 없이 상기 피스톤(24)을 안정되게 안내할 수 있다.

상기 피스톤(24)에는 전자석(22)이 배치된다. 상기 전자석(22)은 상기 피스톤(24)의 네 변을 따라 서로 대향하여 배치되고, 후술하는 전류조절기(71)로부터 전류가 인가되면 자기장을 형성하여, 상기 자기장에 의해 상기 MR유체(20)는 자기장에 평행한 자화사슬을 형성하여, 진동에 의한 변위를 흡수 방지한다. 상기 오리피스(23)는 상기 전자석(22)이 배치된 방향을 따라 대략 장방형 형상으로 구성되어 있고, 상기 오리피스(23)의 직경은 대략 1 ~ 2mm이며, 상기 오리피스(23)의 상하부에는 연결부(23a)가 형성되어 상기 피스톤(24)을 연결한다.

상기 전자석(22)은 두 쌍의 전자석(22a, 22b)로 구성되며, 한 쌍의 전자석(22a, 22a)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 횡방향의 수평진동(Lx)을 제어하고, 다른 한쌍의 전자석(22b, 22b)은 종방향의 수평진동(Ly)을 제어한다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 제진장치는, 하나의 제진 테이블(40)의 각각의 모서리 근방에 상기 MR 댐퍼(10)를 배치함으로써, 4개의 댐퍼(C1, C2, C3, C4)와 4개의 공기스프링(K1, K2, K3, K4)를 구비하고, 각각의 댐퍼는 각각의 대향하는 면(A와 A', B와 B', C와 C', D와 D')에 전자석을 대향하여 배치하도록 구성할 수 있다.

상기 MR 댐퍼(10)의 부근에는 가속도 센서(50)와 위치센서(60)를 각각 배치하여 각 모서리에서의 진동에 의한 변위를 감지한다.

상기 가속도 센서(50)와 상기 위치센서(60)는 종방향 및 횡방향의 진동에 의 한 변위를 감지할 뿐만 아니라 수직방향의 진동에 의한 변위를 감지하도록 구성된다.

상기 제어부(70)는 상기 가속도 센서(50) 및 상기 위치센서(60)로부터 신호를 받아서 상기 전류조절기(71)에 상기 진동을 방지할 수 있는 전류값을 흘려보내도록 지시를 내리고, 상기 전류조절기(71)은 상기 제어부(70)로부터의 신호에 따라 상기 전자석(22a, 22b)에 전류를 흘려보내서 자기장을 형성하도록 한다.

또한, 상기 위치센서(60) 및 상기 가속도 센서(50)는 상기 MR 댐퍼(10)의 상부 및 하부에 각각 배치되어, 하부의 위치센서 및 가속도 센서(50, 60)에서 감지한 값과, 하부에서 감지된 값에 따라 제어부(70)를 통해 상기 전자석(22a 22b)에 전류를 흘려보내서 자화사슬을 형성하여 진동을 제어하고, 이 제어된 후의 상부의 위치센서 및 가속도 센서에 의해 감지된 진동에 의한 변위를 감지하여 상기 제어부(70)에 신호를 보냄으로써, 상기 제어부(70)는 하부에서 감지된 값과 상부에서 감지된 값을 비교하여, 상부에서 감지된 진동에 의한 변위값이 일정값을 넘지않도록 피드백할 수 있도록 구성할 수 있다.

상술한 바와 같은 제진장치를 이용한 제진방법은, 상기 위치센서(60)가 횡방향의 진동(Lx)을 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Lx)을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절기(71)에 보내며, 상기 전류조절기(71)는 상기 제어부(70)로부터의 신호에 따라 상기 전자석(22a)에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 횡방향 진동을 방지하고, 상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)가 종방향의 진동(Ly)을 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Ly)을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절기(71)에 보내며, 상기 전류조절기(71)는 상기 제어부(70)로부터의 신호에 따라 상기 전자석(22b)에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 종방향 진동을 방지한다.

또한, 상기 위치센서(60) 및 가속도 센서(50)가 수직방향의 진동(Lz)을 감지하면, 상기 상기 제어부(70)는 상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Lz)을 방지할 수 있는 전류값을 상기 전류조절기(71)를 통해 상기 전자석(22a, 22b)에 보내서 자기장을 형성하여 상기 변위를 제어한다.

또한, 본 발명에 의한 제진방법은, 상기 MR 댐퍼(10)의 외부하우징(11)과 내부하우징(14) 내에 충진된 공기의 완충작용에 의해 변위를 흡수하는 것을 병행할 수 있다. 외부의 충격이 가해지면 그 충격파는 물론 그 충격에 따른 미세한 진동이 계속하게 되는데, 이러한 충격은 물론 미세한 진동까지도 제어하여야 한다. 따라서, 예를 들면, 수직방향의 진동이 발생하면, 상기 외부하우징(11)과 내부하우징(14) 내에 충진된 공기의 완충작용에 의해 일차적으로 진동을 흡수하고, 그런 다음 나머지 진동 및 계속되는 미세한 진동에 대해서는 상기 전자석(22a, 22b)에 전류를 흘려보내 자기장을 형성하여 자화사슬을 형성함으로써 미세한 진동의 흡수 및 제어를 실행하도록 구성할 수 있다.

본 발명에 의한 제진장치는 종래의 원통형 MR 댐퍼를 이용한 경우에 비하여 횡방향 및 종방향의 진동을 훨씬 효과적으로 제어할 수 있고, 수직방향의 진동은 물론 이에 따라 계속되는 미세한 진동에 대하여도 효과적으로 제어하는 것이 가능하다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.

본 발명에 의하면, 장방형 형상의 MR 댐퍼를 이용하여, 횡방향 또는 종방향의 진동에 의한 변위에 대응하여 대향하는 두 쌍의 전자석에 각각 전류를 별개로 공급하여 자화사슬을 형성함으로써 각각의 횡방향 및 종방향의 진동을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 위치센서(60) 및 상기 가속도 센서(50)는 상기 MR 댐퍼(10)의 상부 및 하부에 각각 배치되어, 하부의 위치센서 및 가속도 센서(50, 60)에서 감지한 값과, 상부에서 감지된 값을 비교하여, 상부에서 감지된 진동에 의한 변위값이 일정값을 넘지 않도록 피드백할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 외부하우징(11)과 내부하우징(14) 내에 충진된 공기의 완충작용에 의해 일차적으로 충격에너지를 흡수하고, 그런 다음 나머지 충격에너지 및 계속되는 미세한 진동에 대해서는 상기 전자석(22a, 22b)에 전류를 흘려보내 자기장을 형성하여 자화사슬을 형성함으로써 미세한 진동의 흡수 및 제어를 실행할 수 있다.

Claims

자기장을 인가하면 점성이 변하는 자성 입자를 가지는 MR유체(20)를 이용한 댐퍼(10)와, 제진 테이블(40)을 구비한 제진장치에 있어서,

상기 댐퍼(10)는,

장방형 형상의 내부하우징(14)과,

상기 내부 하우징(14)내에 배치되며, 상기 MR유체(20)의 유동을 위한 오리피스(23)와, 피스톤로드(25)를 가지는 장방형 형상의 피스톤(24)과,

상기 피스톤(24)내에 배치되며, 상기 피스톤(24)의 네 변을 따라 서로 대향하여 배치되는 두 쌍의 전자석(22a, 22b)과,

상기 내부하우징(14)을 둘러싸며, 공기출입구(12)와 다이어프램(13)을 가지는 장방형 형상의 외부 하우징(11)을

포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 MR 댐퍼를 이용한 제진장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 피스톤(24)의 네 주변의 상하부는 안쪽으로 오목한 단턱 형상으로 형성되어 있고,

상기 피스톤(24)의 상하부의 단턱 사이의 거리보다 크게 형성되어 상기 피스톤(24)의 단턱에 끼워넣어지는 가이드판(26)을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하 는 MR 댐퍼를 이용한 제진장치.
삭제
삭제
자기장을 인가하면 점성이 변하는 자성 입자를 가지는 MR유체(20)와, 서로 대향하여 배치되는 두 쌍의 전자석(22a, 22b)을 포함하여 구성되는 MR 댐퍼(10)와, 가속도 센서(50)와, 위치센서(60)와, 제어부(70)와 전류조절기(71)를 이용한 제진방법으로서,

상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)가 횡방향의 진동(Lx)을 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 센서(50, 60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Lx)을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절기(71)에 보내며, 상기 전류조절기(71)는 상기 제어부(70)로부터의 신호에 따라 상기 전자석(22a)에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 횡방향 진동에너지를 흡수하고,

상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)가 종방향의 진동(Ly)을 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 센서(50, 60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Ly)을 방지할 수 있는 전류값에 해당하는 신호를 상기 전류조절기(71)에 보내며, 상기 전류조절기(71)는 상기 제어부(70)로부터의 신호에 따라 상기 전자석(22b)에 전류를 보내서 자기장을 형성하여 상기 종방향 진동에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 MR 댐퍼를 이용한 제진방법.
제 6 항에 있어서, 상기 위치센서(60) 및 가속도 센서(50)가 수직방향의 진동을(Lz)을 감지하면, 상기 제어부(70)는 상기 가속도 센서(50) 및 위치센서(60)로부터 받은 신호에 따라 상기 진동(Lz)을 방지할 수 있는 전류값을 상기 전류조절기(71)를 통해 상기 전자석(22a, 22b)에 보내서 자기장을 형성하여 상기 진동에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 MR 댐퍼를 이용한 제진방법.
제 7 항에 있어서, 상기 MR 댐퍼(10)의 외부하우징(11)과 내부하우징(14) 내에 충진된 공기의 완충작용에 의해 진동에너지의 흡수를 병행하는 것을 특징으로 하는 MR 댐퍼를 이용한 제진방법.