KR100849661B1 - Mr rotary brake with permanent magnet - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR브레이크의 종단면도.1A is a longitudinal sectional view of an MR brake according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1b는 본 발명에 따른 MR브레이크의 부분단면사시도.Figure 1b is a partial cross-sectional perspective view of the MR brake according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 단속부재의 단면도.2 is a cross-sectional view of the control member according to the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MR브레이크의 종단면도.Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view of the MR brake according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 MR브레이크의 작용상태를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing an operating state of the MR brake according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 탄성스프링의 장력조절과정을 도시한 개략도.Figure 5 is a schematic diagram showing a tension control process of the elastic spring according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한 설치상태도.Figure 6 is an installation state showing another embodiment according to the present invention.
도 7은 전자기장해석을 위한 MR브레이크의 2D모델을 도시한 평면도.7 is a plan view showing a 2D model of the MR brake for electromagnetic field analysis.
도 8a와 도 8b는 실시예1에 따른 단속부재의 위치에 따른 전자기장 분포도.8A and 8B are electromagnetic field distribution diagrams according to positions of the intermittent members according to the first embodiment.
도 9a와 도 9b는 실시예1의 자기장세기를 나타낸 그래프.9A and 9B are graphs showing the magnetic field strength of Example 1;
도 10a와 도 10b는 실시예1과 실시예2의 토크 결과를 도시한 그래프.10A and 10B are graphs showing torque results of Example 1 and Example 2. FIG.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기장해석을 위한 MR브레이크의 2D모델을 도시한 평면도.11 is a plan view showing a 2D model of the MR brake for electromagnetic field analysis according to another embodiment of the present invention.
도 12a와 12b는 실시예3에 따른 단속부재의 위치에 따른 전자기장 분포도.12A and 12B are electromagnetic field distribution diagrams according to positions of the intermittent members according to the third embodiment.
도 13a와 도 13b는 실시예3의 자기장세기를 나타낸 그래프.13A and 13B are graphs showing the magnetic field strength of Example 3;
도 14a와 도 14b는 실시예3과 실시예4의 토크 결과를 도시한 그래프.14A and 14B are graphs showing torque results of Examples 3 and 4. FIG.
도 15는 본 발명에 따른 실시예1 내지 4의 토크결과를 도시한 그래프.15 is a graph showing the torque results of Examples 1 to 4 according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 속도제한장치 20 : 하우징10: speed limit device 20: housing
21 : 중공부 22 : 감속실21: hollow part 22: reduction chamber
23 : 베어링 30 : 가이드봉23: bearing 30: guide rod
40 : 단속부재 41 : 이동부재40: intermittent member 41: moving member
42 : 영구자석 43 : 관통공42: permanent magnet 43: through hole
50 : 탄성스프링 60 : MR유체50: elastic spring 60: MR fluid
70 : 회전축 71 : 노브70: rotation axis 71: knob
72 : 걸림봉 73 : 후크부재72: locking rod 73: hook member
721 : 걸림돌기 731 : 걸림홈721: jamming protrusion 731: locking groove
732 : 절개홈732: incision groove
본 발명은 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크에 관한 것으로, 더 상세하게는 내주연에는 협소한 공간을 갖는 감속실을 구비한 MR브레이크 하우징 내부에 영구자석인 단속부재를 원심력에 의해 이동가능하게 설치하고, 하우징 내부공간에는 자기장에 의한 반응속도가 우수한 MR유체를 충전하여 로터인 회전축이 일정속도 이상으로 과회전될 경우 원심력에 의해 단속부재가 감속실에 유입되고, 상기 단속부재는 단속부재와 감속실 사이의 갭에서 자속밀도를 증가시켜 강한 자기장이 형성되도록 하여 충전된 MR유체는 점성이 변화되어 큰 저항토크를 발생시킴으로써 회전축의 과회전을 방지하도록 하는 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary MR brake using a permanent magnet, and more particularly, an intermittent member, which is a permanent magnet, is installed inside the MR brake housing having a deceleration chamber having a narrow space at an inner circumference so as to be movable by centrifugal force. In the case, the inner space of the housing is filled with MR fluid having excellent reaction speed by the magnetic field, and the intermittent member is introduced into the deceleration chamber by the centrifugal force when the rotating shaft, which is a rotor, is over rotated by a certain speed. The MR fluid filled by increasing the magnetic flux density in the gap between the yarns to form a strong magnetic field is related to a rotating MR brake using a permanent magnet that prevents over-rotation of the rotating shaft by changing the viscosity to generate a large resistance torque. .
일반적으로 브레이크는 캘리퍼 디스크 브레이크, 원판 디스크 브레이크, 내부 슈 드럼 브레이크, 밴드 브레이크 및 확장, 수축형 브레이크로 나누어진다. 이러한 브레이크는 기계적 마찰에 의해 작동하며, 기계, 공압, 유압 혹은 전기 장치에 의해 작동된다. 또한, 상술된 바와같이 직접적인 기계적 마찰에 의해 제동력을 얻는 브레이크방식 이외에는 입자로 이루어진 매질에 의해 제동력을 얻는 브레이크가 있으며, 대표적으로 파우더 브레이크와 기능성 유체를 이용한 브레이크가 있다.In general, brakes are divided into caliper disc brakes, disc disk brakes, internal shoe drum brakes, band brakes and extended, retractable brakes. These brakes are operated by mechanical friction and are operated by mechanical, pneumatic, hydraulic or electrical devices. In addition, as described above, in addition to the brake system that obtains braking force by direct mechanical friction, there are brakes that obtain braking force by a medium made of particles, and typically there are powder brakes and brakes using functional fluids.
상기 파우더 브레이크는 인가되는 자기장에 의해 자성을 갖고 있는 파우더가 지가장의 자력선을 따라 체인형상의 클러스터를 형성하여 마찰력을 발생하도록 하여 브레이크 작용을 하는 것으로, 성능대비 사이즈가 크고 고속응답을 기대하기 어려우며 일정 사용시간이 지나면 파우더를 보충해야 된다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 고속으로 회전하는 장치의 응답성에 고정밀도로 추종하기 위해서는 기존의 파우더 브레이크 보다는 인가 자기장에 의해 수 ms 단위로 점성변화를 제어할 수 있는 장치가 필요하며, 이를 위해 개발되는 방식이 기능성 유체를 이용한 브레이크 방식이다. 특히 기능성 유체를 이용한 방법중 MR (Magneto-Rheological) 유체를 이용한 브레이크가 대표적이라고 할 수 있다. The powder brake is a brake that acts to generate a friction force by forming a chain-shaped cluster along the magnetic field lines of the magnetic field by the magnetic field applied to generate a friction force, large size for performance and difficult to expect a high-speed response After a certain time of use has a problem that the powder must be replenished. Therefore, in order to follow the responsiveness of the device rotating at high speed with high precision, a device capable of controlling the viscosity change in units of several ms by an applied magnetic field is required rather than the conventional powder brake, and the method developed for this is a brake using a functional fluid. That's the way. In particular, a brake using a magneto- rheological (MR) fluid is a typical method using a functional fluid.
상기 종래에 제공되는 MR유체를 이용한 브레이크는 코일에 흐르는 전류를 이용하여 MR유체 주위에 자기장을 형성하여 작동시키는 방식으로써, 회전체 내부에 코일을 설치하는등 복잡한 구조에 의해 실용화에 까다로운 단점이 있다.The conventional brake provided using MR fluid is a method of forming and operating a magnetic field around the MR fluid using current flowing through the coil, and has a disadvantage of being difficult to use due to a complicated structure such as installing a coil inside the rotor. .
본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, The present invention has been made to solve the above problems,
원심력의 세기에 따라 영구자석인 단속부재를 이동가능하게 내장하고, 상기 단속부재는 일정속도 이상일 때 원심력에 의해 간격이 좁은 감속실로 유입되어 단속부재와 감속실 사이 갭의 자속밀도를 증가해 충전된 MR유체의 점성을 높여 큰 마찰토크를 발생시키는 장치를 회전축의 일측에 구비하여 과회전일 때만 MR유체의 점성 상승에 의해 회전속도를 감하도록 함으로써 회전속도를 일정수준 이하로 유지되도록 하는 회전형 MR브레이크의 제공을 목적으로 한다.According to the strength of the centrifugal force, the intermittent member, which is a permanent magnet, is movably embedded, and the intermittent member is introduced into the narrow reduction chamber by the centrifugal force when the intermittent member is above a certain speed to increase the magnetic flux density of the gap between the intermittent member and the reduction chamber. Rotating MR to maintain the rotational speed below a certain level by equipping one side of the rotating shaft with a device that generates large friction torque by increasing the viscosity of the MR fluid so as to reduce the rotational speed by increasing the viscosity of the MR fluid only when it is over-rotated. To provide a brake.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크는,Rotary MR brake using a permanent magnet according to the present invention for achieving the above object,
회전체의 회전축 일측에 장착되어 회전속도를 제한하는 브레이크에 있어서, 상기 회전축 일측에 베어링 결합되고 내부에 중공부가 형성된 하우징과; 상기 하우 징의 내주연을 따라 중공부보다 좁은 폭으로 형성된 감속실과; 상기 회전축에 수직방향으로 결합되어 단부가 감속실의 내주연과 근접 회전되는 가이드봉과; 상기 가이드봉에 장착되어 원심력에 의해 가이드봉 상에서 슬라이딩 이동되는 단속부재와; 상기 단속부재에 일단이 결합되고, 타단이 회전축에 결합되어 단속부재의 이동을 제한하는 탄성스프링과; 상기 하우징 내부의 중공부와 감속실에 충전되어 자기장에 의해 점성이 변화되는 MR유체;를 포함하여 구성된다.A brake mounted on one side of a rotating shaft to limit the rotation speed, the brake comprising: a housing coupled to one side of the rotating shaft and having a hollow portion therein; A reduction chamber formed in a narrower width than the hollow portion along the inner circumference of the housing; A guide rod coupled to the rotation shaft in a vertical direction, the end of the guide rod being rotated close to the inner periphery of the reduction chamber; An intermittent member mounted to the guide rod and slidably moved on the guide rod by centrifugal force; An elastic spring having one end coupled to the intermittent member and the other end coupled to the rotating shaft to limit movement of the intermittent member; It is configured to include; MR fluid is filled in the hollow portion and the reduction chamber inside the housing to change the viscosity by the magnetic field.
상기 단속부재는 영구자석으로 형성하여 원심력에 의해 감속실에 유입시 단속부재의 자기장에 의해 단속부재와 감속실 사이의 갭에서 자속밀도가 증가하여 MR유체 점성이 변화되도록 한다. 또한, 상기 하우징은 감속실을 구성하는 내측부분은 자성체로 형성하고, 중공부를 형성하는 부분은 비자성체로 형성할 수 있다. The intermittent member is formed as a permanent magnet so that the magnetic flux density increases in the gap between the intermittent member and the deceleration chamber by the magnetic field of the intermittent member when the inflow chamber is introduced by the centrifugal force so that the MR fluid viscosity changes. In addition, the housing may be formed of a magnetic body of the inner portion constituting the deceleration chamber, the portion of the hollow portion may be formed of a non-magnetic material.
또한, 상기 탄성스프링은 일단이 단속부재에 결합되고 타단이 회전축의 내부를 통해 회전축의 단부에 장착된 노브와 연결되어 노브와 회전축단부와의 거리를 조절하여 탄성스프링의 장력이 조절되도록 할 수 있으며, 상기 가이드봉과 단속부재는 회전축을 중심으로 다수가 대칭되도록 형성할 수 있다.In addition, the elastic spring has one end coupled to the intermittent member and the other end is connected to the knob mounted on the end of the rotary shaft through the inside of the rotary shaft to adjust the distance between the knob and the rotary shaft end to adjust the tension of the elastic spring. The guide rod and the intermittent member may be formed to be symmetrical with respect to the rotation axis.
또한, 상기 중공부는 감속실과 연결되는 부분을 경사면으로 하여 MR유체가 와류 발생없이 감속실로 유입되도록 할 수 있다.In addition, the hollow part may be a portion that is connected to the reduction chamber to the inclined surface to allow the MR fluid to flow into the reduction chamber without vortex generation.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크를 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, the rotary MR brake using the permanent magnet of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR브레이크의 종단면도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 MR브레이크의 부분단면사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 단속부재의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MR브레이크의 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 MR브레이크의 작용상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 탄성스프링의 장력조절과정을 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한 설치상태도이고, 도 7은 전자기장해석을 위한 MR브레이크의 2D모델을 도시한 평면도이고, 도 8a와 도 8b는 실시예1에 따른 단속부재의 위치에 따른 전자기장 분포도이고, 도 9a와 도 9b는 실시예1의 자기장세기를 나타낸 그래프이고, 도 10a와 도 10b는 실시예1과 실시예2의 토크 결과를 도시한 그래프이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기장해석을 위한 MR브레이크의 2D모델을 도시한 평면도이고, 도 12a와 12b는 실시예3에 따른 단속부재의 위치에 따른 전자기장 분포도이고, 도 13a와 도 13b는 실시예3의 자기장세기를 나타낸 그래프이고, 도 14a와 도 14b는 실시예3과 실시예4의 토크 결과를 도시한 그래프이고, 도 15는 본 발명에 따른 실시예1 내지 4의 토크결과를 도시한 그래프이다.Figure 1a is a longitudinal cross-sectional view of the MR brake according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 1b is a partial cross-sectional perspective view of the MR brake according to the invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the control member according to the invention, Figure 3 Figure 4 is a longitudinal sectional view of an MR brake according to another embodiment of the invention, Figure 4 is a cross-sectional view showing the operating state of the MR brake according to the invention, Figure 5 is a schematic diagram showing a tension control process of the elastic spring according to the present invention. 6 is a state diagram showing another embodiment according to the present invention, Figure 7 is a plan view showing a 2D model of the MR brake for electromagnetic field analysis, Figure 8a and Figure 8b is an intermittent member according to the first embodiment 9A and 9B are graphs showing the magnetic field strength of Example 1, FIGS. 10A and 10B are graphs showing torque results of Examples 1 and 2, and FIG. Of the present invention 12A and 12B are plan views showing electromagnetic field distribution according to the position of the intermittent member according to Example 3, and FIGS. 13A and 13B are examples of the third embodiment of the MR brake for electromagnetic field analysis according to another embodiment. 14A and 14B are graphs showing torque results of Examples 3 and 4, and FIG. 15 is a graph showing torque results of Examples 1 to 4 according to the present invention.
본 발명에 따른 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크(10)는 회전축(70)의 일측에 장착되어 과회전일 때 단속부재(40)의 자기력에 의해 MR유체의 점성이 변하여 토크를 발생시키게 함으로써 회전속도를 조절하도록 한다. 이러한 장치는 회전축(70)에 결합되는 하우징(20)과 상기 하우징의 내부에 장착되는 가이드봉(30) 및 단속부재(40)와 상기 하우징 내부 공간에 충전되는 MR유체를 포함하여 이루어진다. The
상기 하우징(20)은 회전축의 일측에 베어링(23) 결합되는 원통체로 내부에 중공부(21)가 형성되어 있다. 상기 하우징(20)은 전면과 후면을 분리구성하여 볼트와 같은 체결수단에 의해 일체로 결합될 수 있다.The
또한, 상기 하우징(20) 내부에는 내주연을 따라 감속실(22)이 형성된다. 상기 감속실은 후술되는 가이드봉(30)이 회전되는 곳으로 감속실(22)의 폭은 중공부(21)보다 좁은 폭으로 형성된다. In addition, a
다음으로 상기 회전축(70)에는 수직방향으로 가이드봉(30)이 결합된다. 상기 가이드봉(30)은 회전축과 함께 회전이 이루어지는 것으로, 일단은 회전축(70)에 고정되고, 타단은 감속실 내의 내주연에 근접되는 부분까지 연장형성되어 있다. 물론 상기 가이드봉과 회전축의 결합은 나사결합으로 이루어지거나 용접등 다양한 방식으로 결합될 수 있으며, 상기 가이드봉의 단면은 원형으로 형성하거나, 삼각 또는 사각등 다각형으로 형성할 수 있다. Next, the
상기 가이드봉(30)에는 내부에 관통공이 형성된 단속부재(40)가 삽설된다. 즉, 상기 단속부재(40)는 내부의 관통공에 가이드봉을 내삽하여 가이드봉의 축을 따라 슬라이딩 이동가능한 구조로 체결된다. 상기 단속부재의 폭은 상술된 감속실의 폭보다 일정크기 작게 형성하여 감속실(22)내에서 회전시 감속실의 내면과 접촉되어 마모되거나 회전력이 저하되는 것을 방지한다. 또한 상기 단속부재(40)는 가이드봉 상에서 자전되어 감속실 내면과 접촉될 수 있으므로, 상기 단속부재를 원기둥으로 형성하여 자전에 의해 접촉되는 것을 방지하도록 하거나, 가이드봉(30)과 단속부재(40)의 관통공을 다각형으로 하여 단속부재의 자전을 방지하도록 할 수 있 다.The
이 때 상기 단속부재(40)는 도 2를 참조한 바와같이 이동부재(41)의 내측 관통공(43)을 사각형으로 형성하고, 상기 이동부재의 양측면인 감속실의 내벽과 근접하는 양측면에 영구자석(42)을 부착하여 자기력이 발생되도록 할 수 있다. 여기서 상기 단속부재는 이동부재와 영구자석을 별도로 구성하지 않고 일체화하여 단속부재 전체를 영구자석으로 형성할 수 있다.At this time, the
또한, 상기 중공부(21)와 감속실(22)을 형성하는 하우징(20)을 서로 다른 재질로 형성할 수 있다. 도 3을 참조한 바와같이 감속실(22)을 형성하는 하우징(20a)부분은 자성체로 형성하고, 중공부(21)를 형성하는 하우징(20b) 부분은 비자성체로 형성하여 제한속도 이전에는 영구자석인 단속부재(40)의 자기력에 의해 MR유체의 점성이 높아지는 것을 방지하도록 하고, 단속부재가 감속실에 유입될 때에 MR유체의 점성을 높일 수 있도록 할 수 있다. 상기 자성체의 재질로는 철을 사용하는 것이 바람직하고, 비자성체로는 스텐인레스스틸을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the
상기한 바와같이 가이드봉 상에서 이동되는 단속부재(40)의 일면에는 탄성스프링(50)이 장착되어 단속부재의 이동면을 제한하도록 하고 있다. 즉, 상기 탄성스프링(50)은 일면이 회전축(70)에 결합되고 타측면이 단속부재(40)에 결합되어있어 평상시에는 단속부재가 하우징의 중공부(21)에 위치하도록 하고, 회전시에는 일정 속도 이상일 경우 원심력에 의해 단속부재가 하우징의 감속실(22)에 내입되어 회전되도록 한다. 따라서, 과회전시에는 원심력이 단속부재(40)를 단속하고 있는 탄성 스프링(50)의 탄성력보다 커지게 되어 상기 단속부재(40)가 회전축의 외측방향으로 이동되면서 상기 감속실(22)에 유입된다. 이 때 상기 중공부는 도 4를 참조한 바와같이 감속실과 연결되는 부분을 경사면으로 하여 MR유체가 와류발생 없이 감속실로 유입되도록 할 수 있다. As described above, an
상기 감속실(22)로 유입된 단속부재(40)는 영구자석인 단속부재와 자성체인 감속실 사이에서 발생된 자기력으로 감속실과 단속부재 사이 갭의 자속밀도가 상승하게 되어 상기 갭에 충전된 MR유체의 점성이 높아져 마찰토크가 발생된다. 따라서 고속의 회전속도는 마찰토크에 의해 감속되고 회전속도가 조절되는 것이다.The
아울러 상기 탄성스프링(50)은 외부의 조작에 의해 그 장력이 조절되도록 할 수 있다. In addition, the
도 4를 참조한 바와같이 상기 탄성스프링(50)은 일단이 회전축(70)의 내부를 통해 회전축단부에 장착된 노브(71)에 결합되도록 할 수 있다. 상기 노브(71)는 회전축의 단부에 나사결합되어 있어 상기 노브를 회전시켜 단부로부터 일정거리 이격되도록 함으로써 하우징의 내부에 위치하는 탄성스프링(50)이 상기 노브와 회전축의 이격된 길이만큼 회전축의 내부로 인입되어 외부로 표출되는 길이를 짧게 할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
상기한 바와같이 탄성스프링(50)의 길이를 짧게하면, 기본보다 더 큰 회전속도에서 단속부재(40)가 감속실에 인입되도록 할 수 있으므로, 상기 탄성스프링의 길이조절에 의해 회전축의 속도 상한가를 조절가능하게 할 수 있는 것이다. As described above, when the length of the
아울러 도 5에 도시된 형태로 탄성스프링(50)의 길이를 조절할 수 있다. 상기 회전축의 단부에는 내주연에 걸림돌기(721)가 형성된 걸림봉(72)을 나사결합하고, 상기 걸림봉의 내부에는 탄성스프링(50)이 단부에 결합되고 외주연에 상기 걸림돌기와 대응되는 걸림홈(731)이 형성된 후크부재(73)를 결합하여 상기 걸림돌기와 걸림홈의 결합에 의해 탄성스프링(50)의 길이를 조절할 수 있도록 할 수 있다. 이 때 상기 후크부재(73)는 단부를 축방향으로 가압하면 탄성변형에 의해 휘어지게 함으로써 걸림봉 내부에서의 이동이 가능하도록 할 수 있으며, 상기 후크부재(73)의 탄성변형이 가능하도록 하기 위해 후크부재의 양측면에는 축방향으로 일정폭의 절개홈(732)을 형성되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the length of the
또한 상기 노브를 회전시켜 노브내부에 탄성스프링이 감기도록 하여 길이조절이 이루어지도록 할 수 있다. 이 경우에는 상기 노브는 자전에 의해 탈거되는 것을 방지하는 구조로 회전축에 결합되도록 할 수 있다.In addition, the length of the adjustment can be made by rotating the knob so that the elastic spring is wound inside the knob. In this case, the knob may be coupled to the rotating shaft in a structure that prevents detachment by rotation.
이와같이 구성에 있어 자기력의 세기를 증가시키기 위해 도 6을 참조한 바와같이 상기 회전축(70)에 다수의 가이드봉(30)을 설치하여, 과회전속도일 경우 각 가이드봉에 설치된 단속부재(40)가 감속실에 내입되어 높은 자속밀도가 발생되는 면적을 증가되도록 함으로써 MR유체의 점성을 높아짐에 따라 강한 토크를 발생시켜 회전속도를 하강시킨다. 상기 회전속도가 하강되면 원심력이 감소됨으로 탄성스프링의 탄성복원력에 의해 단속부재(40)가 감속실(22)에서 중공부(21)로 이동되어 높은 자속밀도가 발생되는 구간을 제거함으로써 MR유체의 점성이 낮아져 마찰토크발생을 억제하는 과정으로 상기 회전축의 속도를 일정속도 이하고 제한 할 수 있다.In this way, in order to increase the strength of the magnetic force, as shown in Figure 6 by installing a plurality of
이하 실시예를 통해 상세히 설명한다.It will be described in detail through the following examples.
제안된 시스템의 성능을 검증하기 위하여 시스템에 대한 해석을 수행하였다. 먼저 유한요소법을 이용하여 영구자석의 위치에 따른 전자기장 해석을 수행하였다. 전자기장 유한요소 해석을 통해 자석과 케이스 간 공극 사이의 자기장의 세기를 구하였으며, MR 유체에서 자기장의 세기와 유체의 전단응력의 관계를 이용하여 영구자석의 위치에 따른 MR 유체의 전단응력을 구하였다. 이렇게 구해진 전단응력을 이용하여 영구자석의 반경 방향 위치에 따른 MR 브레이크의 토크를 구하여, 제안된 회전형 MR 브레이크의 성능을 검증해 보기로 한다. To verify the performance of the proposed system, we analyzed the system. First, the finite element method is used to analyze the electromagnetic field according to the position of the permanent magnet. The magnetic field strength between the pores between the magnet and the case was obtained by electromagnetic field finite element analysis, and the shear stress of MR fluid was determined according to the position of the permanent magnet using the relationship between the magnetic field strength and the shear stress of the fluid in the MR fluid. . Using the shear stress, the torque of the MR brake according to the radial position of the permanent magnet is obtained, and the performance of the proposed rotary MR brake is verified.
실시예1 - 도 7을 참조한 바와같이 속도제한장치를 직교좌표계의 2D모델로 가정하였고, 중공부와 감속실을 형성하는 하우징의 재질을 스틸로 형성하고, 단속부재는 영구자석으로 하였다. 이 때 영구자석의 크기는 5mm × 5mm × 3mm로 하였다. Example 1 - As shown in Fig. 7, the speed limiting device is assumed to be a 2D model of the Cartesian coordinate system, and the housing forming the hollow part and the deceleration chamber is made of steel, and the intermittent member is made of a permanent magnet. At this time, the size of the permanent magnet was 5mm × 5mm × 3mm.
실시예2 - 도 7을 참조한 바와같이 속도제한장치를 직교좌표계의 2D모델로 가정하였고, 중공부와 감속실을 형성하는 하우징의 재질을 스틸로 형성하고, 단속부재는 영구자석으로 하였다. 이 때 영구자석의 크기는 10mm × 5mm × 3mm로 하였다. Example 2 - As shown in Fig. 7, the speed limiting device is assumed to be a 2D model of the Cartesian coordinate system, and the housing forming the hollow part and the deceleration chamber is made of steel, and the intermittent member is made of a permanent magnet. At this time, the size of the permanent magnet was 10mm × 5mm × 3mm.
실험예1 - 전자기장 해석 Experimental Example 1 Electromagnetic Field Analysis
속도제한장치의 전자기장 해석을 위하여 상용 유한요소 프로그램인 Maxwell 을 이용하였고, 영구자석은 Nd 계열의 자석을 사용하였으며, MR 유체는 Lord 사의 MDF 122를 사용하였다. Maxwell, a commercial finite element program, was used to analyze the electromagnetic field of the speed limiter. Nd-based magnets were used for permanent magnets, and MDF 122 of Lord Corporation was used for MR fluids.
자석의 초기위치는 중심선에서 반경방향으로 5mm 떨어져 있다고 가정하였으며, 초기위치에서 반경방향 변위(dr)에 따른 전자기장 해석을 수행하였다. The initial position of the magnet is assumed to be 5 mm radially away from the center line, and the electromagnetic field analysis is performed according to the radial displacement (dr) at the initial position.
실시예1을 이용하여 하우징의 중공부와 감속실에 영구자석이 각각 위치한 경우의 자석 반경방향 위치에 따른 전자기장해석 결과를 도 8a와 도 8b에 각각 나타내었다.The electromagnetic field analysis results according to the radial position of the magnet when the permanent magnet is located in the hollow part of the housing and the deceleration chamber using Example 1 are shown in FIGS. 8A and 8B, respectively.
도시된 바와같이 도 8a의 자속밀도가 0.2T이지만, 도 8b의 경우에는 자속밀도가 0.9T로서 거의 4배 이상으로 감속실에 영구자석이 위치할 경우 자속밀도가 높아짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 8A, the magnetic flux density is 0.2T, but in the case of FIG. 8B, the magnetic flux density is higher when the permanent magnet is located in the deceleration chamber at about 4 times as the magnetic flux density is 0.9T or more.
또한, 상기 위치에 따른 자기장의 세기를 도 9a와 도 9b에 나타내었고, 동일한 조건으로 실시예2도 측정하여 표 1에 정리하였다. In addition, the intensity of the magnetic field according to the position is shown in Figs. 9a and 9b, and Example 2 was also summarized in Table 1 under the same conditions.
실험예2 - 회전형 MR 브레이크의 토크계산 Experimental Example 2 -Calculation of Torque of Rotary MR Brake
MR 유체에서 자기장의 세기와 전단응력의 사이의 관계는 The relationship between magnetic field strength and shear stress in MR fluids is
(τ : 전단응력, B : 자속밀도(T))(τ: shear stress, B: magnetic flux density (T))
이며, 자속밀도가 커질수록 전단응력도 커지게 된다. 자기장의 세기 H와 자속밀도 B 사이의 관계는As the magnetic flux density increases, the shear stress also increases. The relationship between the magnetic field strength H and the magnetic flux density B is
( μ: 투자율, H : 자계강도 (A/m))(μ: Permeability, H: Magnetic field strength (A / m))
이다.to be.
자기장 해석을 통해 MR 유체의 전단응력이 구해지면, 영구자석의 위치 x에서의 회전형 MR 브레이크의 토크 T는 수학식3과 같다.When the shear stress of the MR fluid is obtained through the magnetic field analysis, the torque T of the rotary MR brake at the position x of the permanent magnet is expressed by Equation (3).
(η : 점성계수(Pa-s), g : 간극(m), A : 면적(m2), S : 상대속도, F : 전단 응력)(η: viscosity coefficient (Pa-s), g: gap (m), A: area (m 2 ), S: relative velocity, F: shear stress)
또한 영구자석이 4개일 경우의 회전형 MR 브레이크의 토크 T는 수학식4와 같다.In addition, the torque T of the rotary MR brake in the case of four permanent magnets is expressed by
와 같이 나타낼 수 있다. Can be expressed as:
표 1과 수학식4를 이용하여 실시예1과 실시예2의 회전형 MR브레이크에 대해서 토크를 구하여 도 10a와 도 10b에 나타내었다.Torques were obtained for the rotary MR brakes of Examples 1 and 2 using Table 1 and
실시예1의 경우는 중공부에서 최대 토크 0.1Nm 정도이고, 감속실에서 0.52Nm 정도라는 것을 알 수 있으며, 실시예2의 경우는 중공부에서 0.3Nm, 감속실에서 1.02Nm 정도임을 알 수 있다. In the case of Example 1, it can be seen that the maximum torque is about 0.1Nm in the hollow part, and about 0.52Nm in the deceleration chamber. In Example 2, it can be seen that it is about 0.3Nm in the hollow part and about 1.02Nm in the deceleration room. .
실시예3 - 도 11을 참조한 바와같이 실시예1과 동일한 조건에서 중공부를 형성하는 하우징의 재질은 비자성체인 스테인리스스틸로 형성하고, 감속실을 형성하는 하우징의 재질은 스틸로 형성하였고, 단속부재는 영구자석으로 하였다. 이 때 영구자석의 크기는 5mm × 5mm × 3mm로 하였다. Example 3 - As shown in FIG. 11, the housing forming the hollow part under the same conditions as in Example 1 was made of stainless steel, which is a non-magnetic material, and the housing forming the deceleration chamber was made of steel. It is a permanent magnet. At this time, the size of the permanent magnet was 5mm × 5mm × 3mm.
실시예4 - 도 11을 참조한 바와같이 실시예1과 동일한 조건에서 중공부를 형 성하는 하우징의 재질은 비자성체인 스테인리스스틸로 형성하고, 감속실을 형성하는 하우징의 재질은 스틸로 형성하였고, 단속부재는 영구자석으로 하였다. 이 때 영구자석의 크기는 10mm × 5mm × 3mm로 하였다. Example 4 - As shown in FIG. 11, the housing forming the hollow part under the same conditions as in Example 1 was made of stainless steel, which is a nonmagnetic material, and the housing forming the deceleration chamber was made of steel. The member was made into a permanent magnet. At this time, the size of the permanent magnet was 10mm × 5mm × 3mm.
실험예3 - 전자기장 해석 Experimental Example 3 -Electromagnetic Field Analysis
실험예1과 동일한 조건에서 수행하였다.It was carried out under the same conditions as in
실시예3을 이용하여 하우징의 중공부와 감속실에 영구자석이 각각 위치한 경우의 자석 반경방향 위치에 따른 전자기장해석 결과를 도 12a와 도 12b에 각각 나타내었다.The electromagnetic field analysis results according to the radial positions of the magnets when the permanent magnets are located in the hollow part of the housing and the deceleration chamber using the third embodiment are shown in FIGS. 12A and 12B, respectively.
도시된 바와같이 도 12a의 자속밀도는 0.1T이고, 도 12b의 자속밀도가 0.9T로서 중공부에서의 자속밀도가 실시예1과 2와는 낮아짐을 알수 있다.As shown, it can be seen that the magnetic flux density in FIG. 12A is 0.1T, the magnetic flux density in FIG. 12B is 0.9T, and the magnetic flux density in the hollow portion is lower than those of the first and second embodiments.
또한, 상기 위치에 따른 자기장의 세기를 도 13a와 도 13b에 나타내었고, 동일한 조건으로 실시예4를 측정하여 표 2에 정리하였다. In addition, the intensity of the magnetic field according to the position is shown in Figure 13a and 13b, Example 4 was measured and summarized in Table 2 under the same conditions.
실험예4 - 회전형 MR 브레이크의 토크계산 Experimental Example 4 -Calculation of Torque of Rotary MR Brake
실험예2와 동일한 방법으로 실시예3과 실시예4에 대한 토크를 계산하여 도 14a와 도 14b에 나타내었다.Torques for Example 3 and Example 4 were calculated in the same manner as in Experimental Example 2 and are shown in FIGS. 14A and 14B.
도시된 바와같이 실시예3의 경우 중공부에서 최대 토크가 0.03Nm이고, 실시예4의 경우 0.1Nm 정도로 실시예3의 경우는 중공부에서의 토크가 실시예1에 비해 70% 정도 감소하였으며, 실시예4의 경우는 중공부에서의 토크가 실시예2에 비해 67% 정도 감소하였음을 알 수 있다. 상기 실시예1 내지 4의 측정된 토크를 도 15에 나타내었다.As shown in Example 3, the maximum torque in the hollow part is 0.03 Nm, and in Example 4, about 0.1 Nm, in Example 3, the torque in the hollow part is reduced by about 70% compared to Example 1, In the case of Example 4, it can be seen that the torque in the hollow portion is reduced by about 67% compared to Example 2. The measured torques of Examples 1 to 4 are shown in FIG. 15.
따라서, 영구자석을 이용한 회전형 MR 브레이크를 설계 시, 토크가 최소화되어야 하는 영역(중공부)의 하우징은 비자성체로 제작해야 함을 알 수 있다. Therefore, when designing a rotating MR brake using a permanent magnet, it can be seen that the housing of the region (hollow part) where torque is to be minimized should be made of nonmagnetic material.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 영구자석을 이용한 회전형 MR브레이크는,As described in detail above, the rotary MR brake using the permanent magnet of the present invention,
원심력의 세기에 따라 영구자석인 단속부재를 이동가능하게 내장하고, 상기 단속부재는 일정속도 이상일 때 원심력에 의해 간격이 좁은 감속실로 유입되어 단속부재와 감속실 사이 갭의 자속밀도를 증가해 충전된 MR유체의 점성을 높여 큰 마찰토크를 발생시키는 장치를 회전축의 일측에 구비하여 과회전일 때만 MR유체의 점성 상승에 의해 회전속도를 감하도록 함으로써 회전속도를 일정수준 이하로 유지되 도록 하는 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.According to the strength of the centrifugal force, the intermittent member, which is a permanent magnet, is movably embedded, and when the intermittent member is above a certain speed, the intermittent member is introduced into the narrow reduction chamber by the centrifugal force to increase the magnetic flux density of the gap between the intermittent member and the reduction chamber. A device that increases the viscosity of the MR fluid and generates a large friction torque on one side of the rotating shaft is provided so that the rotational speed is kept below a certain level by reducing the rotational speed by increasing the viscosity of the MR fluid only when overrotating. It is possible to provide.
한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.In addition, the above-mentioned example is only an example to demonstrate this invention. Therefore, it is obvious that the ordinary skilled in the art to which the present invention pertains uses the partial change with reference to the detailed description.
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