KR100980857B1 - Flow control valve of rheological fluid, control method thereof, flow control damper using thereof and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유변유체의 유량제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유변유체의 점성을 제어하여 유량을 제어하는 유변유체의 유량제어밸브, 밸브 제어방법, 이를 이용한 유량제어댐퍼 및 댐퍼 제어방법에 관한 것이다. 이를 위해, 유변유체가 수용되는 제 1 수용부; 및 제 1 수용부와 연통되는 유동홀이 형성되고, 유동홀내의 유변유체에 전기장 또는 자기장을 인가할 수 있는 유동제어부;로 구성되어 전기장 또는 자기장의 세기에 따라 유동홀내의 유변유체의 점성이 변화하여 유동이 제어되는 것을 특징으로 하는 유변유체의 유량제어밸브가 제공된다. 그리고, 하우징 내에 제 2 수용부를 구비한 유량제어댐퍼가 제공된다.The present invention relates to flow control of a rheological fluid, and more particularly, to a flow control valve, a valve control method, a flow control damper and a damper control method of the rheological fluid to control the flow rate by controlling the viscosity of the rheological fluid . To this end, the first receiving portion for receiving the rheological fluid; And a flow control unit configured to communicate with the first accommodating part and to apply an electric or magnetic field to the fluid in the flow hole, wherein the viscosity of the fluid in the flow hole changes according to the strength of the electric or magnetic field. There is provided a flow control valve of the rheological fluid, characterized in that the flow is controlled. And a flow control damper provided with a 2nd accommodating part in a housing is provided.
햅틱, 유변유체, 전기, 자기, 유동홀, 전단력, 유동저항, 댐퍼, 수용부 Haptic, Rheological Fluid, Electric, Magnetic, Flow Hole, Shear Force, Flow Resistance, Damper, Receptacle
Description
본 발명은 유변유체의 유량제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유변유체의 점성을 제어하여 유량을 제어하는 유변유체의 유량제어밸브, 밸브 제어방법, 이를 이용한 유량제어댐퍼 및 댐퍼 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to flow control of a rheological fluid, and more particularly, to a flow control valve, a valve control method, a flow control damper and a damper control method of the rheological fluid to control the flow rate by controlling the viscosity of the rheological fluid .
유변유체와 같은 스마트 물질(smart material)이란 외부에서 인가되는 전기에너지(예 : 전기장) 혹은 자기에너지(예 : 자기장)에 반응하여 액체 자체의 점성이 가변되는 물질이다. 그리고, 유변유체는 전기장에 반응하는 전기유변유체와 자기장에 반응하는 자기유변유체로 대별된다. Smart materials such as rheological fluids are materials that change the viscosity of the liquid itself in response to externally applied electrical energy (eg electric field) or magnetic energy (eg magnetic field). Rheological fluids are roughly classified into electric rheological fluids reacting to an electric field and magnetorheological fluids reacting to a magnetic field.
최근에는 이러한 유변유체를 이용하여 휴대단말(예 휴대폰, PDA, 노트북, PMP, MP3 플레이어, 전자사전 등)에서 햅틱 효과를 제공하거나 로봇의 액츄에이터로 사용하거나, 촉감전달장치로 사용하거나 댐퍼로 사용하는 등 응용분야가 점차 확대되어가는 추세이다. 따라서, 유변유체의 유동을 제어하기 위한 기술의 개발이 크게 활발해지고 있다. Recently, these rheological fluids are used to provide haptic effects in mobile terminals (eg mobile phones, PDAs, laptops, PMPs, MP3 players, electronic dictionaries, etc.), as actuators for robots, as tactile transmitters, or as dampers. The application field is gradually expanding. Therefore, the development of technology for controlling the flow of the rheological fluid is greatly active.
그러나, 유변유체가 전기장이나 자기장에 반응하여 점성이 증가하는 영역이 작고, 많은 양의 유변유체 전체의 점성을 변화시키기 위해서는 강한 전기장이나 자기장을 필요로 하기 때문에 전력소모가 심하다는 단점때문에 응용에 제약이 있었다. 특히, 유변유체를 이용하여 휴대단말의 촉감전달장치로 사용할 경우 전력 소모가 심해지는 단점이 있었다. 이는 로봇이나 진동저감장치(예 : 댐퍼)에서 마찬가지였다. However, due to the disadvantage that the rheological fluid has a small area where viscosity increases in response to an electric or magnetic field, and a strong electric or magnetic field is required to change the viscosity of a large amount of the entire rheological fluid, power consumption is limited. There was this. In particular, when using it as a tactile transmission device of a mobile terminal using a rheological fluid has a disadvantage that the power consumption is severe. The same was true for robots or vibration dampers (eg dampers).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 작은 전력 소모로도 전체 유변유체의 딱딱함을 변화시킬 수 있는 유변유체의 유량제어밸브, 밸브 제어방법, 이를 이용한 유량제어댐퍼 및 댐퍼 제어방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, the flow control valve, the valve control method of the flow fluid, which can change the hardness of the whole fluid even with a small power consumption, It is to provide a flow control damper and a damper control method.
본 발명의 목적은, 유변유체의 유량을 효율적으로 제어함으로서 밸브 뿐만 아니라 진동저감 댐퍼 등으로 활용할 수 있는 유변유체의 유량제어밸브, 밸브 제어방법, 이를 이용한 유량제어댐퍼 및 댐퍼 제어방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flow control valve, a valve control method, a flow control damper and a damper control method using the same, which can be utilized not only as a valve but also as a vibration damper by effectively controlling the flow rate of the fluid. .
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명중 물건 발명의 카테고리로서, 유변유체가 수용되는 제 1 수용부; 및The object of the present invention as described above, as a category of the invention of the present invention, the first receiving portion for receiving the rheological fluid; And
제 1 수용부와 연통되는 유동홀이 형성되고, 유동홀내의 유변유체에 전기장 또는 자기장을 인가할 수 있는 유동제어부;로 구성되어 The flow control unit is formed in communication with the first receiving portion, the flow control unit for applying an electric or magnetic field to the fluid in the flow hole;
전기장 또는 자기장의 세기에 따라 유동홀내의 유변유체의 점성이 변화하여 유동이 제어되는 것을 특징으로 하는 유변유체의 유량제어밸브에 의해 달성될 수 있다.It can be achieved by the flow control valve of the rheological fluid, characterized in that the flow is controlled by changing the viscosity of the rheological fluid in the flow hole in accordance with the strength of the electric or magnetic field.
그리고, 제 1 수용부(122, 322)는, 내부가 빈 중공형 하우징(110, 310);In addition, the
하우징(110, 330)내의 일측에 구비되어, 하우징(110, 330) 내에서 이동 가능한 제 1 압력판(120, 320); 및
하우징(110, 330)내에 위치하는 유동제어부(150, 350)의 일면으로 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable to be formed of one surface of the
아울러, 하우징(110, 310)은 단면이 원형, 사각형, 타원형, 다각형 등의 중공실린더 부재인 것이 바람직하다.In addition, the housing (110, 310) is preferably a hollow cylinder member of the cross section, such as circular, rectangular, elliptical, polygonal.
뿐만 아니라, 유동제어부(150, 350)는 중공실린더형 하우징(110, 310)의 중간영역 또는 타측에 위치하는 것이 바람직하다.In addition, the
그리고, 유동홀(160)의 단면은 부분 환형일 수 있다.The cross section of the
또한, 제 1 실시예로서, 유변유체는 자기유변유체이고, 유동제어부(150)는, Further, as a first embodiment, the rheology fluid is a magnetorheological fluid, the
유동홀(160)이 형성된 보빈(165); 및 보빈(165)의 주위에 권취된 코일(155);일 수 있다.Bobbin 165 in which the
또한, 외부로부터 코일(155)까지 전기적으로 연결되는 단자(180)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include a
그 밖의 제 2 실시예로서, 유변유체는 전기유변유체이고, 유동제어부(350)는,As another second embodiment, the rheological fluid is an electric rheological fluid, the
유동홀(360)이 형성된 유동제어판(355);A
유동홀(360)내에 노출되도록 통과하는 양극선(357); 및An
유동홀(360)내에 노출되도록 통과하면서 양극선(357)에 근접하는 음극 선(359);으로 구성될 수 있다.And a
아울러, 음극선(359)은 양극선(357)에 대해 수직한 방향으로 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the
그리고, 외부로부터 양극선(357)과 음극선(359)까지 전기적으로 연결되는 단자(380)를 더 포함할 수 있다.The
또한 상기 구성에 따른 유변유체의 유량제어밸브; 및In addition, the flow control valve of the rheological fluid according to the configuration; And
유동제어부의 유동홀을 통과한 유변유체를 수용하기 위한 제 2 수용부(442)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유변유체의 유량제어댐퍼에 의해서도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.The object of the present invention can also be achieved by the flow control damper of the rheology fluid, characterized in that it is formed by a second receiving
아울러, 제 2 수용부(442)는,In addition, the
내부가 빈 중공형 하우징(110);An empty
하우징(110)내의 타측에 구비되어, 하우징(110) 내에서 이동 가능한 제 2 압력판(140); 및A
하우징(110)내에 위치하는 유동제어부(150)의 타면으로 형성되는 것이 가장 바람직하다.Most preferably, the other surface of the
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 유변유체가 수용된 제 1 수용부를 가압하는 단계(S100);An object of the present invention as described above, as another category of the present invention, the step of pressing the first receiving portion in which the rheological fluid is accommodated (S100);
제 1 수용부내의 유변유체가 가압됨에 따라 유동제어부의 유동홀을 통과하는 단계(S200);Step (S200) passing through the flow hole of the flow control unit as the rheology fluid in the first receiving portion is pressed;
유동홀에 대해 전기장 또는 자기장을 인가하는 단계(S300);Applying an electric or magnetic field to the flow hole (S300);
인가된 전기장 또는 자기장에 의해 유동홀내의 유변유체의 점성이 변화하는 단계(S400);Changing the viscosity of the rheological fluid in the flow hole by an applied electric or magnetic field (S400);
변화된 유변유체의 점성에 의하여 유동저항이 변하고, 이에 따라 유동홀을 통과하는 유변유체의 유량이 변화하는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유변유체의 유량제어밸브 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.The flow resistance is changed by the viscosity of the changed fluid, and thus the flow rate of the fluid flowing through the flow hole is changed (S500), which can be achieved by the method of controlling the flow control valve of the fluid. Can be.
그리고, 점성변화단계(S400)에서, 전기장의 세기 또는 자기장의 세기가 커짐에 따라 유변유체의 점성도 증가하는 것이 바람직하다.In the viscosity change step (S400), it is preferable that the viscosity of the rheological fluid also increases as the intensity of the electric field or the magnetic field increases.
또한, 유량변화단계(S500)의 유동저항은 유동홀과 유변유체 사이의 전단력에 의해 유발되는 것이 가장 바람직하다.In addition, the flow resistance of the flow rate change step (S500) is most preferably caused by the shear force between the flow hole and the rheological fluid.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 유변유체가 수용된 제 1 수용부를 가압하는 단계(S100);In another embodiment of the present invention, the step of pressing the first receiving portion in which the fluid is accommodated (S100);
제 1 수용부내의 유변유체가 가압됨에 따라 유동제어부의 유동홀을 통과하는 단계(S200);Step (S200) passing through the flow hole of the flow control unit as the rheology fluid in the first receiving portion is pressed;
유동홀에 대해 전기장 또는 자기장을 인가하는 단계(S300);Applying an electric or magnetic field to the flow hole (S300);
인가된 전기장 또는 자기장에 의해 유동홀내의 유변유체의 점성이 변화하는 단계(S400);Changing the viscosity of the rheological fluid in the flow hole by an applied electric or magnetic field (S400);
변화된 유변유체의 점성에 의하여 유동저항이 변하고, 이에 따라 유동홀을 통과하는 유변유체의 유량이 변화하는 단계(S500); 및Changing the flow resistance due to the changed viscosity of the rheological fluid, and thus changing the flow rate of the rheological fluid passing through the flow hole (S500); And
유동홀을 통과한 유변유체가 제 2 수용부에 저장되는 단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유변유체의 유량제어댐퍼 제어방법에 의해서도 본 발명의 목적 을 달성할 수 있다..The object of the present invention can also be achieved by the method for controlling the flow rate damper of the oilfield fluid, characterized in that the oilfield fluid having passed through the flow hole is stored in the second accommodating part (S600).
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 적은 전력으로도 최소량의 유변유체 점성을 변화시키지만 유변유체의 비압축성으로 인해 전체 유변유체의 딱딱함이 변화하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 휴대기기의 전력소모를 최소화할 수 있다. Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, the change in viscosity of the minimum amount of fluid flow even with a small amount of power, but due to the incompressibility of the fluid can be obtained the effect of changing the hardness of the entire fluid flow. Therefore, power consumption of the portable device can be minimized.
또한, 유량제어밸브를 통과한 유변유체를 제 2 수용부에 수용함으로써 댐퍼나 진동저감부재로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can be used as a damper or a vibration reducing member by accommodating the rheological fluid passing through the flow control valve to the second receiving portion.
특히, 유량제어밸브를 휴대단말에 적용할 경우, 패시브 햅틱 피드백의 액츄에이터로 사용할 수 있다. 이 경우, 사용자가 휴대단말을 누를 때마다 응용프로그램의 실행에 의하여 딱딱한 느낌을 전달받거나(햅틱 피드백), 부드러운 느낌을 전달받을 수 있다. In particular, when the flow control valve is applied to a portable terminal, it can be used as an actuator for passive haptic feedback. In this case, whenever the user presses the mobile terminal, the user may receive a hard feeling (haptic feedback) or a soft feeling by the execution of the application program.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious that all modifications fall within the scope of the appended claims.
(제 1 (First 실시예의Example 구성) Configuration)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유변유체의 유량제어밸브의 구성에 관하여 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described with respect to the configuration of the flow control valve of the rheological fluid according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 유변유체의 유량제어밸브의 제 1 실시예로서, 자기유변유체를 사용한 유량제어밸브의 개략적인 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자기유변유체의 유량제어밸브(100)는 원통형 하우징(100)과 몇가지 부속부재로 이루어져 있다. 1 is a schematic perspective view of a flow control valve using a magnetorheological fluid as a first embodiment of a flow control valve of a rheological fluid according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
하우징(100)은 원통 형상이고, 내부가 비어 있으며, 일단에는 제 1 압력판(120)이 끼워져 있고, 중간영역에는 유동제어부(150)가 끼워져 있다. 단자(180)는 하우징(110)의 외면에 노출되어 있으며, 유동제어부(150)에 전기 에너지를 전달하도록 내부로 배선되어 있다.The
제 1 가압판(120)은 하우징(110)에 끼워져 외부에서 가해지는 힘(20)에 따라 하우징(110)내에서 전진 혹은 후진할 수 있다. 외부에서 가해지는 누르는 힘(20)은 일정한 힘, 하중, 회전기계에 의한 불규칙한 진동 혹은 손가락에 의해 터치되는 힘 등이 될 수 있다.The first
자기유변유체는 제 1 압력판(120)과 유동제어부(150) 사이의 제 1 수용부(122)에 수용된다. 자기유변유체(Magneto-Rheological Fluid, MRF)는 자기장에 따라 점성이 변하는 유체이다. 즉, 자기유변유체는 자기장이 없을 때는 낮은 점성상태이다가 자기장이 인가되었을 때 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변하게 된다. 즉, 자기유변유체가 고점성상태가 되었을 때, 유동저항이 증가하게 된다. 자기유변유체는 인가된 자기장의 영향하에 입자들이 자기장 방향으로 사슬모양의 구조로 배열하기 때문에 점도가 급격히 증가하는 것이다. 자기유변유체는 인가되는 자기장의 세기에 비례하여 점도가 증가하는 것이다. 자기유변유체는 높은 인 장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도 편차, 신속한 응답성(10 ms 이내) 등의 장점을 가지고 있고, 비압축성이라는 특성을 갖고 있다.The magnetorheological fluid is accommodated in the first
도 2는 도 1에 도시된 유량제어밸브의 동작상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1중 유동제어부(130)의 분해사시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유동제어부(150)는 디스크 형상이고, 크게 보빈(165), 코일(155) 및 마감판(170)으로 구성되어 있다.2 is a cross-sectional view illustrating an operating state of the flow control valve illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the flow control unit 130 of FIG. 1. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
보빈(165)은 둥근 형상이고, 내부 둘레에 코일(155)이 권취되어 수용될 수 있도록 공간이 형성되어 있다. 보빈(165)의 중심에는 2개의 유동홀(160)이 형성되어 있다. 유동홀(160)은 유변유체가 통과할 수 있는 관통공이며, 단면이 부분 환형 형상이고, 2개가 대칭적으로 형성되어 있다. 유동홀(160)은 유변유체와의 사이에서 전단력이 발생하는 곳이므로 길이방향으로 충분히 길고, 홀의 폭이 매우 좁게(혹은 유동홀의 단면적이 매우 작게) 형성하는 것이 바람직하다. The
코일(155)은 수회 ~ 수십회 권취되어 보빈(165)의 내부 둘레에 수용되고, 단자(180)로부터 인가되는 전기에너지를 이용하여 자기장을 발생시킨다. The
마감판(170)은 보빈(165)과 결합하여 유동제어부(150)의 일면을 형성하게 된다. The
(제 1 (First 실시예의Example 동작) action)
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 자기유변유체의 유량제어밸브의 동작방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of operating a flow control valve of a magnetorheological fluid having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 제 1 가압판(120)이 누르는 힘(20)에 의해 하우징(110) 내부로 진입하 면 제 1 수용부(122) 내의 자기유변유체가 압력(124)을 받게 된다(S100).First, when the
그 다음, 제 1 수용부(122)내의 자기유변유체는 가압됨에 따라 유동제어부(150)의 유동홀(160)을 통과하게 된다(S200). 이 때, 유동홀(160)은 단면이 매우 작고, 길이가 긴 것이 전단력 발생에 유리하다.Then, as the magnetorheological fluid in the first
그 다음, 유동홀(160)에 대해 자기장을 인가한다(S300). 즉, 단자(180)를 통해 전기가 인가되면 코일(155)에서 자기장이 형성되고, 코일(155)과 인접한 유동홀(160) 내부에도 강한 자기장이 형성된다.Next, a magnetic field is applied to the flow hole 160 (S300). That is, when electricity is applied through the terminal 180, a magnetic field is formed in the
그러면, 인가된 자기장에 의해 유동홀(160)내의 자기유변유체의 점성이 증가하게 된다(S400). 이 때, 자기장이 약하면, 유동홀(160)의 내면에 인접한 자기유변유체의 점성만이 증가하여 딱딱해지고, 유동홀(160) 중심영역의 점성은 액체 상태를 유지하게 된다. 이는 마치 유동홀(160)의 면적이 감소하는 것과 같게 된다. 따라서, 유동홀(160)을 지나는 자기유변유체에는 더 큰 전단력이 작용하게 되고, 이는 결국 더 큰 유동저항으로 이어지게 된다. Then, the viscosity of the magnetorheological fluid in the
따라서, 딱딱하게 증가된 유변유체의 점성에 의하여 유동저항이 높아지고, 이에 따라 유동홀(160)을 통과하는 유변유체의 유량이 감소한다(S500). Therefore, the flow resistance is increased by the viscosity of the rheological fluid that is hardly increased, and thus the flow rate of the rheological fluid passing through the
만약, 매우 큰 자기장을 형성하게 되면, 유동홀(160) 전체가 딱딱한 자기유변유체에 의해 막힐 수도 있다.If a very large magnetic field is formed, the
그리고, 인가된 자기장의 세기를 약하게 하면, 딱딱해진 자기유변유체의 점성이 작아지면서 부드러운 유체의 성질로 되돌아 온다. 그러면, 유동저항이 작아져서 유변유체의 유량이 증가하게 된다.Then, if the intensity of the applied magnetic field is weakened, the viscosity of the hardened magnetorheological fluid decreases and the fluid returns to the soft fluid property. As a result, the flow resistance decreases, so that the flow rate of the rheological fluid increases.
유동제어부(150)를 통과한 자기유변유체는 후술하는 제 2 수용부(442)에 보관되어 재사용되거나 역으로 사용될 수도 있고, 다음 공정으로 보내질 수도 있다.The magnetorheological fluid that has passed through the
(제 2 (Second 실시예의Example 구성) Configuration)
도 4는 본 발명에 따른 유변유체의 유량제어밸브의 제 2 실시예로서, 전기유변유체를 사용한 유량제어밸브(300)의 개략적인 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(310), 제 1 가압판(320), 제 1 수용부(322)의 구성은 제 1 실시예와 동일하거나 유사하므로 구체적인 설명은 제 1 실시예의 것으로 갈음한다.FIG. 4 is a schematic perspective view of a
제 1 수용부(322)내의 전기유변유체(Electro-Rheological Fluid, ERF)는 전기장에 따라 점성이 변하는 유체이다. 즉, 전기유변유체는 절연성의 유체에 분극성이 강한 미립자를 분산시킨 현탁액으로서, 전기장이 없을 때는 낮은 점성상태이다가 전기장에 인가되었을 때 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변하게 된다. 즉, 전기유변유체가 고점성상태가 되었을 때, 유동홀(360) 내부의 전단력을 증가시켜 유동저항을 높이게 된다. 전기유변유체는 인가된 전기장의 영향하에 입자들이 전기장 방향으로 사슬모양의 구조로 배열하기 때문에 점도가 급격히 증가하는 것이다. 전기유변유체는 인가되는 전기장의 세기에 비례하여 점도가 증가하는 것이다. 전기유변유체는 높은 인장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도 편차, 신속한 응답성(10 ms 이내) 등의 장점을 가지고 있고, 비압축성이어서 햅틱 분야에도 적용될 수 있다.Electro-Rheological Fluid (ERF) in the first
이러한 전기유변유체의 개략적인 성분은 전도성 입자로서 폴리아닐린/타이타늄 다이옥사이드 복합재로 구성된다. 즉, 전기유변유체는, 전도성 고분자인 폴리아 닐린과 유전상수가 높은 타이타늄 다이옥사이드의 유·무기 복합 화합물을 비전도성 용매에 분산시켜서 제조한다. 이 경우, 분극 정도가 높아 전기유변효과를 증대시키며, 전도성 입자로 유·무기 입자를 사용하므로 온도나 외부 환경의 장애요인없이 작동할 수 있는 이점이 있다. 보다 구체적으로는, 전기유변유체는 전도성입자로서 TiO2 입자의 양이 폴리아닐린에 대하여 15 ~ 35 중량% 첨가되어 이루어진 폴리아닐린/TiO2 유·무기 복합재이다.A schematic component of such an electrorheological fluid consists of polyaniline / titanium dioxide composite as conductive particles. That is, the electrorheological fluid is prepared by dispersing an organic-inorganic complex compound of polyaniline, which is a conductive polymer, and titanium dioxide having a high dielectric constant in a nonconductive solvent. In this case, the degree of polarization increases the electric rheological effect, and since the use of organic and inorganic particles as the conductive particles, there is an advantage that can operate without obstacles of temperature or external environment. More specifically, the electrorheological fluid is a polyaniline / TiO 2 organic-inorganic composite in which the amount of TiO 2 particles is 15 to 35% by weight based on polyaniline as conductive particles.
또한, 하우징(310)의 일측에는 한쌍의 전극(380)이 구비된다. 전극(380)은 하우징(310)을 통해 유동제어부(350)까지 배선되어 있다.In addition, one side of the
도 5는 도 4에 도시된 유량제어밸브의 동작상태를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 4중 유동제어부(350)의 사시도이며, 도 7은 도 6중 유동홀(360) 주변의 부분확대사시도이다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 유동제어부(350)는 유동제어판(355)과 양극선(357) 그리고 음극선(359)으로 이루어져 있다.5 is a cross-sectional view illustrating an operation state of the flow control valve illustrated in FIG. 4, FIG. 6 is a perspective view of the
유동제어판(355)는 원형의 디스크 형상이고, 중앙에는 유동홀(360)이 관통되어 있다. 유동제어판(355)의 일면에는 반원형의 홈(352)이 2개 형성되어 있으며, 이들은 십자(+) 형태로 위치한다. 2개의 홈(352)중 하나에는 양극선(357)이 지나가고, 나머지 하나의 홈(352)에는 음극선(359)가 지나간다. 특히, 이들 2개 홈은 중앙 영역에서 교차하고, 교차하는 지점에는 유동홀(360)이 유동제어판(355)의 두께 방향으로 관통 형성되어 있다. 따라서, 양극선(357)과 음극선(359)은 유동홀(360) 내에서 노출된다. 그리고, 양극선(357)을 위한 홈(352)의 깊이가 음극선(359)을 위 한 홈(352)의 깊이 보다 깊다. 따라서, 유동홀(360)내에서 노출된 양극선(357)과 음극선(359)은 서로 접하지 않고 미세하게 이격된 채로 교차하게 된다. The
또한, 유동홀(360)의 적어도 일단 형상은 전기유변유체의 흐름을 원활히 하기 위하여 깔대기 형상으로 곡면가공한다.In addition, at least one end of the
(제 2 (Second 실시예의Example 동작) action)
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기유변유체의 유량제어밸브의 동작에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the flow control valve of the magnetorheological fluid according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 제 1 가압판(320)이 누르는 힘(20)에 의해 하우징(310) 내부로 진입하면 제 1 수용부(322) 내의 전기유변유체가 압력(324)을 받게 된다(S100).First, when the first
그 다음, 제 1 수용부(322)내의 전기유변유체는 가압됨에 따라 유동제어부(350)의 유동홀(360)을 통과하게 된다(S200).Next, the electro-fluidic fluid in the first
그 다음, 유동홀(360)에 대해 전기장을 인가한다(S300). 즉, 단자(380)를 통해 전기가 인가되면 양극선(357)과 음극선(359)이 인접한 영역에서 강한 전기장이 형성되고, 유동홀(360) 내부에도 강한 전기장이 형성된다.Next, an electric field is applied to the flow hole 360 (S300). That is, when electricity is applied through the terminal 380, a strong electric field is formed in a region where the
그러면, 인가된 전기장에 의해 유동홀(360)내의 전기유변유체의 점성이 증가하게 된다(S400). 이 때, 전기장이 약하면, 유동홀(360)의 내면에 인접한 전기유변유체의 점성만이 증가하여 딱딱해지고, 유동홀(360) 중심영역의 점성은 액체 상태를 유지하게 된다. 이는 마치 유동홀(360)의 면적이 감소하는 것과 같게 된다. 따라서, 유동홀(360)을 지나는 전기유변유체에는 더 큰 전단력이 작용하게 되고, 이는 결국 더 큰 유동저항으로 이어지게 된다. Then, the viscosity of the electric rheological fluid in the
따라서, 딱딱하게 증가된 전기유변유체의 점성에 의하여 유동저항이 높아지고, 이에 따라 유동홀(360)을 통과하는 전기유변유체의 유량이 감소한다(S500). Therefore, the flow resistance is increased due to the viscosity of the hardened electric rheological fluid, and thus the flow rate of the electric rheological fluid passing through the
만약, 매우 큰 전기장을 형성하게 되면, 유동홀(360) 전체가 딱딱한 자기유변유체에 의해 막힐 수도 있다.If a very large electric field is formed, the
그리고, 인가된 전기장의 세기를 약하게 하면, 딱딱해진 전기유변유체의 점성이 작아지면서 부드러운 유체의 성질로 되돌아 온다. 그러면, 유동저항이 작아져서 전기유변유체의 유량이 증가하게 된다.Then, if the intensity of the applied electric field is weakened, the viscosity of the hardened electrorheological fluid decreases and the fluid returns to the soft fluid property. As a result, the flow resistance decreases, thereby increasing the flow rate of the electrofluidic fluid.
유동제어부(350)를 통과한 전기유변유체는 후술하는 제 2 수용부(442)에 보관되어 재사용되거나 역으로 사용될 수도 있고, 다음 공정으로 보내질 수도 있다.The electric rheological fluid that has passed through the
(( 변형예Variant ))
도 8은 본 발명에 따른 유량제어댐퍼의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 타측에는 제 2 압력판(140)이 구비되어 있다. 제 2 압력판(140)은 하우징(110) 내에서 길이 방향으로 이동 가능하다. 가장 바람직한 형태는 제 1, 2 압력판(120, 140)을 같는 구성으로 구비하는 것이다.8 is a perspective view of a flow control damper according to the present invention. As shown in FIG. 8, the
따라서, 유동제어부(150)의 타면, 하우징(110) 및 제 2 압력판(140)에 의해 형성된 공간은 제 2 수용부(442)가 된다. 이러한 제 2 수용부(442) 내에는 유동제어부(150)를 통과한 유변유체가 모여진다. 모여지는 유변유체의 양과 압력에 따라 제 2 압력판(140)이 하우징(110) 내에서 움직이게 된다. 그러나, 제 1, 2 압력판(120, 140)은 최대 이동을 제한하도록 구성(예, 스토퍼, 미도시)되어 있다.Therefore, the space formed by the other surface of the
도 8과 같이 유량제어댐퍼를 구성할 경우 제 1 압력판(120)으로 가해지는 힘, 진동, 충격, 하중 등을 하우징(110)이나 제 2 압력판(140)을 통해 그대로 전달하지 않고, 감쇄시켜서 전달하게 된다. 또한, 필요에 따라 하우징(110)의 양단을 바꿔서 사용하거나 양단에 각각 작용하는 힘 등을 감쇄시킬 목적으로 양방향 댐퍼로서도 사용할 수 있다.When the flow control damper is configured as shown in FIG. 8, the force, vibration, shock, and load applied to the
본 발명에 따른 유량제어밸브 혹은 유량제어댐퍼는 소형으로 제작하여 행렬형태(예 4×4)로 배열함으로서 보다 큰 용량의 힘을 감쇄하거나 유량을 제어할 수 있다.The flow control valve or the flow control damper according to the present invention can be manufactured in a small size and arranged in a matrix form (eg 4 × 4) to reduce the force of a larger capacity or control the flow rate.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 제 1, 2 수용부를 삭제하고, 유변유체를 유동의 상류로부터 공급받아 하류로 흘려보내도록 구성할 수도 있다. 본 발명의 제 1, 2 수용부는 유변유체를 수용하는 의미로 넓게 해석될 수 있다. As another variant of the present invention, the first and second accommodating parts may be deleted, and the rheological fluid may be supplied from the upstream of the flow to flow downstream. The first and second accommodating parts of the present invention may be broadly interpreted in the sense of accommodating a rheological fluid.
도 1은 본 발명에 따른 유변유체의 유량제어밸브의 제 1 실시예로서, 자기유변유체를 사용한 유량제어밸브의 개략적인 사시도,1 is a schematic perspective view of a flow control valve using a magnetorheological fluid as a first embodiment of a flow control valve of a rheological fluid according to the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 유량제어밸브의 동작상태를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing an operating state of the flow control valve shown in FIG.
도 3은 도 1중 유동제어부(130)의 분해사시도,3 is an exploded perspective view of the flow control unit 130 of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 유변유체의 유량제어밸브의 제 2 실시예로서, 전기유변유체를 사용한 유량제어밸브의 개략적인 사시도,FIG. 4 is a schematic perspective view of a flow control valve using an electric rheological fluid as a second embodiment of a flow control valve of a rheological fluid according to the present invention;
도 5는 도 4에 도시된 유량제어밸브의 동작상태를 나타내는 단면도,5 is a cross-sectional view showing an operating state of the flow control valve shown in FIG. 4;
도 6은 도 4중 유동제어부(350)의 사시도,6 is a perspective view of the
도 7은 도 6중 유동홀(360) 주변의 부분확대사시도,7 is an enlarged perspective view of a portion around the
도 8은 본 발명에 따른 유량제어댐퍼의 사시도이다.8 is a perspective view of a flow control damper according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20 : 누르는 힘,20: pressing force,
100 : 자기유변유체의 유량제어밸브,100: flow control valve of the magnetorheological fluid,
110 : 하우징,110: housing,
120 : 제 1 압력판,120: first pressure plate,
122 : 제 1 수용부,122: first receiving portion,
124 : 압력,124: pressure,
126 : 유동선, 126: flow line,
140 : 제 2 압력판,140: second pressure plate,
150 : 유동제어부,150: flow control unit,
155 : 코일,155: coil,
160 : 유동홀,160: floating hole,
165 : 보빈,165: bobbin,
170 : 마감판,170: finishing plate,
180 : 단자,180: terminal,
300 : 전기유변유체의 유량제어밸브,300: flow control valve of the electric rheological fluid,
310 : 하우징,310: housing,
320 : 제 1 압력판,320: first pressure plate,
322 : 제 1 수용부,322: first receiving portion,
324 : 압력, 324: pressure,
326 : 유동선,326: flow line,
350 : 유동제어부,350: flow control unit,
352 : 홈,352: home,
355 : 유동제어판,355: flow control panel,
357 : 양극선,357: anode wire,
359 : 음극선,359: cathode ray,
360 : 유동홀360: floating hole
380 : 단자,380: terminal,
400 : 유량제어댐퍼,400: flow control damper,
442 : 제 2 수용부.442: second receiving portion.
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