KR101138932B1 - 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기유변 유닛을 이용한 구동기에 관한 것으로, 특히 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체의 성질을 이용하여 부피가 작고 응답 특성이 뛰어난 구동기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 인가되는 전압에 따라 신축되는 피에조 액추에이터; 상기 피에조 액추에이터의 일측면에 구비되어 상기 피에조 액추에이터의 신축에 따라 유동하되, 감지되는 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체가 포함된 자기유변 유닛; 상기 자기유변 유닛의 단부에 결합되어 구동하는 구동부; 를 포함하되, 상기 자기유변 유닛은 상기 피에조 액추에이터의 신축에 의한 구동력을 상기 자기유변체의 강성 변화에 대응하여 가변적으로 상기 구동부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 인가되는 전압에 따라 신축되는 피에조 액추에이터; 상기 피에조 액추에이터의 일측면에 구비되어 상기 피에조 액추에이터의 신축에 따라 유동하되, 감지되는 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체가 포함된 자기유변 유닛; 상기 자기유변 유닛의 단부에 결합되어 구동하는 구동부; 를 포함하되, 상기 자기유변 유닛은 상기 피에조 액추에이터의 신축에 의한 구동력을 상기 자기유변체의 강성 변화에 대응하여 가변적으로 상기 구동부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자기유변 유닛을 이용한 구동기에 관한 것으로, 특히 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체의 성질을 이용하여 부피가 작고 응답 특성이 뛰어난 구동기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자기유변(Magneto Rheological, MR)이란 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가질 수 있는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액을 말한다. 자기장이 부하되지 않은 경우는 분산 입자가 뉴턴 유체 성질을 띠지만 자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화를 일으켜 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 갖게 된다. 따라서 자기장의 가변에 따라 강도가 변화하므로 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다.
종래의 전자기 모터는 하나의 모터로 다자유도를 구현하기 위해 모터와 다수의 구동축 사이에 기어 등과 같은 동력 전달부가 구비되어 있고, 이러한 기어 등의 위치를 변환함으로써 모터와 필요한 구동축이 연결되도록 하였다. 이러한 동력 전달방식은 모터와 구동축을 연결해주는 기어 등과 같은 동력 전달부를 위치 변환하기 위해 별도의 구동 장치를 구비해야 하므로, 장비의 부피가 커지고 무게가 증가하는 단점이 있다. 또한, 모터와 구동축이 직접 연결되지 않고 기어 등의 동력 전달부를 거쳐 연결되므로 동력 전달 효율이 저하되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 형상기억 합금 또는 형상기억 폴리머 등을 활용한 구동기가 개시된 바 있다. 이들은 좁은 공간에서도 다수의 자유도를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 응답 특성이 나빠 반응 속도가 느린 문제가 있다. 또한 종래의 충격 완화 드라이브 메커니즘(Smooth Impact Drive Mechanism, SIDM)을 활용한 구동기는 하나의 자유도를 얻기 위해 각각 하나의 피에조(piezo)를 사용해야 하므로, 다자유도를 얻기 위해서는 장비가 복잡해지고 부피가 커지는 문제가 있다.
따라서 좁은 공간에서 설치 가능하도록 구조가 단순하고 빠른 응답 특성을 보이면서, 하나의 에너지원으로부터 다자유도를 구현하여 다수개의 구동 장치를 제어할 수 있는 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 구조가 단순하여 장비의 체적을 줄여 공간적 제한이 있는 경우에도 설치 가능하며, 자기유변 유닛을 적용하여 빠른 응답 특성과 다자유도 구현으로 다수개의 구동 장치를 제어할 수 있는 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 인가되는 전압에 따라 신축되는 피에조 액추에이터(110); 상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 구비되어 상기 피에조 액추에이터(110)의 신축에 따라 유동하되, 감지되는 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체(121)가 포함된 자기유변 유닛(120); 상기 자기유변 유닛(120)의 단부에 결합되어 구동하는 구동부(130); 를 포함하되, 상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)의 신축에 의한 구동력을 상기 자기유변체(121)의 강성 변화에 대응하여 가변적으로 상기 구동부(130)로 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)가 자기유변 유체, 자기유변 엘라스토머, 자기유변 겔 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 상기 자기유변 유닛(120)이 상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 다수개로 구비되되, 소정 간격으로 이격되어 배열되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기는, 상기 구동부(130)는 상기 자기유변 유닛(120)의 단부에 결합되는 슬라이더(131)와 상기 슬라이더(131)에 결합되는 로드(132)로 구비되되, 상기 자기유변 유닛(120)에 따라 유동하는 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간 마찰력 및 관성력의 차이에 따라 상기 슬라이더(131)의 구동 거리가 가변하는 충격 완화 드라이브 메커니즘인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 구동 방법은, (a) 전압을 점진적으로 상승시키며 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시키는 제 1 입력 단계; (b) 상기 (a)단계에서 인가된 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 점진적으로 팽창하는 팽창 단계; (c) 상기 (b)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 점진적으로 팽창됨에 따라 발생하는 운동에너지가 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달되어 상기 슬라이더(131) 및 상기 로드(132)가 함께 구동되는 제 1 구동 단계; (d) 전압을 급격히 하강시키며 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시키는 제 2 입력 단계; (e) 상기 (d)단계에서 인가된 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 급격히 수축하는 수축 단계; (f) 상기 (e)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 급격히 수축함에 따라 발생하는 운동에너지가 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달되어 상기 슬라이더(131)는 구동되지 않고 상기 로드(132)만이 구동되는 제 2 구동 단계; 로 이루어지되, 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 구동 방법은, 상기 (f)단계를 수행한 후, 상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)에 공급하는 자기장의 세기를 제어하여 상기 구동부(130)의 구동량을 조절하는 구동 제어 단계; 가 더 포함되고, 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법은,
첫째, 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변 유닛을 거치므로, 다수개의 구동부가 구비되는 경우 각각의 자기유변 유닛에서 자기장의 세기를 조절함에 따라 각 구동부의 동작 여부 및 동작 속도 등을 쉽게 제어할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 자기유변 유닛에 포함된 자기유변체는 자기유변 유체(MR fluid, MRF), 자기유변 엘라스토머(MR elastomer, MRE), 자기유변 겔(MR gel, MRG)등으로 구비될 수 있어, 구동장치에서 요구되는 토크와 이동 거리 등을 고려하여 다양한 재료를 활용할 수 있다.
셋째, 자기유변 유닛이 다수개로 구비되고 소정 간격 이격되어 배열되므로, 하나의 동력원으로부터 다자유도를 구현하고 각 구동부를 별도로 제어할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 구동부가 충격 완화 드라이브 메커니즘(이하 'SIDM'이라 함)으로 구비되는 경우, 피에조 액추에이터에 인가되는 전압의 크기 및 속도에 따라 각 구동부의 작동 거리와 속도를 조절할 수 있다.
다섯째, 피에조 액추에이터로 인가되는 전압을 점진적으로 상승시키고 급격히 하강시킴에 따라 피에조 액추에이터가 점진적으로 팽창되고 급격하게 수축하고, 이에 따라 SIDM에서 로드와 슬라이더의 마찰력 및 관성력의 차이에 따라 일 방향으로 유동할 수 있는 장점이 있다.
여섯째, 구동기의 구동 단계를 관찰한 후 각각의 구동부에서 요구되는 구동량에 따라 각 구동부에 결합된 자기유변체의 자기장 강도를 조절하여 구동부의 동작을 ON/OFF 하거나 동작을 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 개략적인 구조를 나타내는 사시도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액추에이터에 인가되는 전압의 입력값을 나타내는 그래프.
도 3 은 도 2 에서 도시한 전압 입력에 따라 피에조 액추에이터가 신축됨을 나타내는 구조도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기에서 구동부가 충격 완화 드라이브 메커니즘으로 구비되는 경우의 동작 상태를 나타내는 구조도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액추에이터에 인가되는 전압의 입력값을 나타내는 그래프.
도 3 은 도 2 에서 도시한 전압 입력에 따라 피에조 액추에이터가 신축됨을 나타내는 구조도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기에서 구동부가 충격 완화 드라이브 메커니즘으로 구비되는 경우의 동작 상태를 나타내는 구조도.
일반적으로 유변(Rheological)은 전기 유변, 자기 유변 등이 있으며 전자는 전기의 입력에 따라 후자는 자기장의 입력에 따라 성질이 변화하는 것을 말한다. 자기유변(Magneto Rheological, MR)은 유체, 탄성중합체, 겔, 졸 등의 용매 속에 자기장이 인가되는 경우 자기장의 세기에 따라 상태 변화를 일으켜 경화되는 현상이다. 따라서 이는 자동차, 항공 분야를 비롯한 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 예를 들어 자동차에서 이용되는 경우 차량의 주행 조건과 운전자의 선택에 따라 감쇠 특성을 조절할 수 있는 쇽 업소버(shock absorber)에 자기유변체가 사용될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 개략적인 구조를 나타내는 사시도를, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액추에이터에 인가되는 전압의 입력값을 나타내는 그래프를, 도 3 은 도 2 에서 도시한 전압 입력에 따라 피에조 액추에이터가 신축됨을 나타내는 구조도를, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변 유닛을 이용한 구동기에서 구동부가 충격 완화 드라이브 메커니즘으로 구비되는 경우의 동작 상태를 나타내는 구조도를 나타낸다.
도 1 을 참조하면 자기유변 유닛을 이용한 구동기(100)는 피에조 액추에이터(110), 자기유변 유닛(120), 구동부(130)를 포함하며, 상기 구동부(130)는 슬라이더(131)와 로드(132)로 구비될 수 있다. 상기 피에조 액추에이터(110)에 구비되는 피에조(piezo)는 전압 또는 전하에 반응하여 변형되는 공지된 재료이다. 피에조(piezo)는 인가된 제어 신호에 반응하여 길이가 변화하거나 전단(shear)되는 형태가 있으며, 길이와 전단(shear)방향으로 모두 변형되는 경우도 있다. 피에조의 길이 변화 또는 전단(shear)거리 변화는 외부 부하가 없는 조건에서 인가되는 전압에 의해 공급되는 전하량에 대해 선형적으로 변화한다. 피에조 소자를 이용한 구동 방식은 모터 구동 방식과 비교하여 상대적으로 소음과 진동이 거의 없고, 전력 소비를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 상기 피에조 액추에이터(110)는 인가되는 전압에 따라 길이와 전단 방향으로 팽창되거나 수축된다. 도 3 에서는 인가되는 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 팽창되거나 수축되는 상태를 도시하고 있다. 상기 피에조 액추에이터(110)의 팽창 또는 수축에 의한 신축이 상기 자기유변 유닛을 이용한 구동기(100)의 동력원이 된다. 따라서 상기 피에조 액추에이터(110)에는 전압을 인가할 수 있도록 전기 장비가 연결되어 있는 것이 바람직하다.
도 1 을 참조하면 상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 형성되며, 자기유변체(121)와 전자기체(122)가 구비되는 것이 좋다. 상기 자기유변 유닛(120)은 인가되는 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 길이 방향 및 전단 방향으로 팽창하거나 수축하면 이에 연동하여 함께 유동하게 된다. 다만, 상기 자기유변 유닛(120)은 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 상기 자기유변체(121)가 포함되어 있다. 따라서 상기 자기유변 유닛(120)은 자기장이 인가되지 않을 경우 유체(fluid)나 엘라스토머(elastomer)와 같은 상태로 강성이 작으므로, 상기 자기유변 유닛(120)의 일측면에서 전달되는 구동력을 타측면으로 전달하지 않고 흡수하거나 일부만을 전달하게 된다. 반대로 상기 자기유변 유닛(120)은 자기장이 인가되는 경우 그 세기에 따라 강성이 커지게 되므로, 상기 자기유변 유닛(120)의 일측면에서 전달되는 구동력을 타측면으로 전달하기 용이하다.
상기 자기유변 유닛(120)이 자기장에 따라 강성 변화하는 반응 속도는 통상적으로 수 ms(millisecond)이므로 응답 특성이 뛰어나 동력 전달에 유리하다. 따라서 상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)로 인가되는 전압에 따라 팽창 또는 수축하는 구동력을 상기 구동부(130)로 전달하는 동력 전달부이다. 다만, 상술한 바와 같이 자기장에 따라 강성이 달라지는 특성에 의해, 상기 자기유변체(121)에 가해지는 자기장의 세기에 따라 강성이 달라지고 이에 대응하여 가변적으로 구동력을 전달하게 된다.
상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)는 자기유변 유체(MR fluid, MRF), 자기유변 엘라스토머(MR elastomer, MRE), 자기유변 겔(MR gel, MRG) 중 선택될 수 있으며, 이들과 다른 물질의 조합일 수 있다. 또한, 상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 다수개로 구비되되, 소정 간격으로 이격되어 배열되는 것이 바람직하다. 상기 피에조 액추에이터(110)가 동력 공급원이 되고 상기 자기유변 유닛(120)이 상기 구동부(130)로 동력을 전달하는 동력 전달부가 될 때, 하나의 피에조 액추에이터(110)에 다수개의 자기유변 유닛(120)이 구비되는 경우 하나의 동력원으로부터 다수개의 장치를 구동할 수 있는 장점이 있다. 또한, 동력 전달부인 상기 자기유변 유닛(120)마다 각각 다른 자기장을 공급하여 각각의 구동 장치를 달리 구동할 수 있으므로, 구동 장치를 제어하기 위한 자유도가 높은 장점이 있다.
상기 자기유변 유닛(120)의 단부에는 상기 구동부(130)가 결합되어 구동된다. 따라서 사용자는 상기 피에조 액추에이터(110)로부터 발생되는 동력을 어느 하나의 구동부(130)로 전달하기 위해서는 상기 구동부(130)에 결합된 상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 전자기체(122)를 통해 자기장을 인가하면 된다. 상기 구동부(130)에서 더 큰 동력이 요구되는 경우, 동력 전달 효율이 높아지도록 더 큰 자기장을 상기 전자기체(122)를 통해 상기 자기유변체(121)로 공급하면 된다. 반대로 상기 구동부(130)가 구동하지 않도록 하거나 작은 동력을 요하는 경우, 상기 전자기체(122)를 조절하여 상기 자기유변체(121)로 공급되는 자기장을 차단하거나 크기를 줄이면 된다.
도 1 및 도 4 를 참조하면 상기 구동부(130)는 상기 자기유변 유닛(120)의 단부에 결합되는 상기 슬라이더(131)와 상기 슬라이더(131)에 결합되는 로드(132)로 구비될 수 있다. 상기 슬라이더(131)는 상기 로드(132)와 일정한 마찰력을 발생시키며 유동하게 된다. 상기 슬라이더(131)에 느리게 압력이 공급되는 경우, 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 커서, 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132)는 일체로 유동하게 된다. 반대로 상기 슬라이더(131)에 빠르게 압력이 공급되는 경우, 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 작아, 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132)는 일체로 유동하지 않고 상기 슬라이더(131)가 상기 로드(132)로 삽입되거나 상기 로드(132)로부터 인출되고, 상기 로드(132)는 유동하지 않거나 상대적으로 작게 유동하게 된다. 도 4 에서는 이와 같이 유동 속도에 따른 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력과 관성력의 차이가 발생하고, 이러한 차이로 상기 슬라이더(131)의 구동 거리가 가변하는 충격 완화 드라이브 메커니즘(SIDM)을 도시하고 있다. 또한, 'x'는 상기 슬라이더(131) 및 상기 로드(132) 상호간의 마찰력과 관성력의 차이로 인해 생기는 단위 이동거리를 의미한다.
이하에서는 상기 자기유변 유닛을 이용한 구동기(100)를 활용한 구동 방법에 대해 순차적으로 살펴보기로 한다.
(a) 제 1 입력 단계
도 2 에서는 상기 피에조 액추에이터(110)에 입력되는 전압의 입력값을 나타내고 있다. 도 2 에서 도시한 바와 같이 입력 전압을 점진적으로 상승시키면서 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시킨다.
(b) 팽창 단계
상기 (a)단계에서 인가된 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 팽창하되, 인가되는 전압이 점진적으로 증가하므로 상기 피에조 액추에이터(110)의 팽창 속도 또한 점진적으로 팽창하고, 점진적으로 구동력을 발생시키게 된다.
(c) 제 1 구동 단계
상기 (c)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 점진적으로 팽창됨에 따라 발생하는 구동력 즉, 운동에너지가 동력 전달부인 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달된다. 이 때, 상기 자기유변 유닛(120)에 인가되는 자기장의 세기에 따라 강성을 조절하여 동력 전달 효율을 제어하거나 동력을 차단할 수 있음은 상술한 바와 같다. 상기 구동부(130)가 충격 완화 드라이브 메커니즘(SIDM)인 경우, 상기 피에조 액추에이터(110)가 점진적으로 팽창하므로 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132)는 일체로 유동하게 된다.
(d) 제 2 입력 단계
도 2 에서 도시한 바와 같이 입력 전압을 급격히 감소시키면서 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시킨다.
(e) 수축 단계
상기 (d)단계에서 급격히 감소되며 인가되는 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 급격히 수축되고, 급격한 수축에 의해 빠르게 구동력을 발생시키게 된다.
(f) 제 2 구동 단계
상기 (e)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 급격하게 수축됨에 따라 발생하는 구동력 즉, 운동에너지가 동력 전달부인 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달된다. 상기 자기유변 유닛(120)에서 동력 전달을 조절할 수 있음은 상술한 바와 같다. 상기 구동부(130)가 충격 완화 드라이브 메커니즘(SIDM)인 경우, 상기 피에조 액추에이터(110)가 급격하게 수축하므로 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132)는 일체로 유동하지 않고, 상기 로드(132)만이 유동하여 원래의 자리로 복귀하게 된다.
상기 (a)단계부터 (f)단계가 1사이클이 되며 반복적으로 수행하여 구동될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 상기 (f)단계를 수행한 후, 상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)에 공급되는 자기장의 세기를 제어하여 상기 구동부(130)의 구동량을 조절할 수 있다.(구동 제어 단계) 상기 구동부(130)의 구동량이 조절되면 다시 (a)단계부터 반복적으로 수행하여 장치를 구동한다.
상기 자기유변 유닛을 이용한 구동기(100)는 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있으며, 이하에서 예를 들어 설명한다. 먼저 전자기기의 새로운 인터페이스 장치, 로봇 산업에서 활용될 수 있다. 특히 전자기기의 경우 휴대폰 등 통신 기기에서 햅틱 디바이스, 실물 3차원 디지털 디스플레이 액자, 점자 디스플레이 등으로 활용될 수 있다. 군수 산업에서도 전투 환경 확인, 군 배치 시뮬레이션 위한 군사 지도 등으로 활용될 수 있다. 로봇 산업에서는 로봇 매니퓰레이터의 움직임을 위한 다자유도 구동기, 로봇의 안면운동 및 피부운동을 모사하는 데 활용될 수 있다. 상술한 활용예는 일예에 불과하므로, 언급되지 않은 산업 분야에서 활용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 자기유변 유닛을 이용한 구동기
110 : 피에조 액추에이터 120 : 자기유변 유닛
121 : 자기유변체 122 : 전자기체
130 : 구동부 131 : 슬라이더
132 : 로드
110 : 피에조 액추에이터 120 : 자기유변 유닛
121 : 자기유변체 122 : 전자기체
130 : 구동부 131 : 슬라이더
132 : 로드
Claims (6)
- 인가되는 전압에 따라 신축되는 피에조 액추에이터(110);
상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 구비되어 상기 피에조 액추에이터(110)의 신축에 따라 유동하되, 감지되는 자기장의 세기에 따라 강성이 변화하는 자기유변체(121)가 포함된 자기유변 유닛(120);
상기 자기유변 유닛(120)의 단부에 결합되어 구동하는 구동부(130);
를 포함하되,
상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)의 신축에 의한 구동력을 상기 자기유변체(121)의 강성 변화에 대응하여 가변적으로 상기 구동부(130)로 전달하는 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)는 자기유변 유체, 자기유변 엘라스토머, 자기유변 겔 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 자기유변 유닛(120)은 상기 피에조 액추에이터(110)의 일측면에 다수개로 구비되되, 소정 간격으로 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 구동부(130)는 상기 자기유변 유닛(120)의 단부에 결합되는 슬라이더(131)와 상기 슬라이더(131)에 결합되는 로드(132)로 구비되되,
상기 자기유변 유닛(120)에 따라 유동하는 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간 마찰력 및 관성력의 차이에 따라 상기 슬라이더(131)의 구동 거리가 가변하는 충격 완화 드라이브 메커니즘인 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기.
- 제 4 항의 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 구동 방법은,
(a) 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 큰 범위 내의 속도가 되도록 전압을 상승시키며 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시키는 제 1 입력 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 인가된 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 큰 범위 내의 속도로 팽창하는 팽창 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 팽창됨에 따라 발생하는 운동에너지가 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달되어 상기 슬라이더(131) 및 상기 로드(132)가 함께 구동되는 제 1 구동 단계;
(d) 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 작은 범위 내의 속도가 되도록 전압을 급격히 하강시키며 상기 피에조 액추에이터(110)로 전압을 인가시키는 제 2 입력 단계;
(e) 상기 (d)단계에서 인가된 전압에 따라 상기 피에조 액추에이터(110)가 상기 슬라이더(131)와 상기 로드(132) 상호간의 마찰력이 상기 슬라이더(131)의 관성력보다 작은 범위 내의 속도로 수축하는 수축 단계;
(f) 상기 (e)단계에서 상기 피에조 액추에이터(110)가 수축함에 따라 발생하는 운동에너지가 상기 자기유변 유닛(120)을 거쳐 상기 구동부(130)로 전달되어 상기 슬라이더(131)는 구동되지 않고 상기 로드(132)만이 구동되는 제 2 구동 단계;
로 이루어지되, 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 구동 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 (f)단계를 수행한 후, 상기 자기유변 유닛(120)에 포함된 상기 자기유변체(121)에 공급하는 자기장의 세기를 제어하여 상기 구동부(130)의 구동량을 조절하는 구동 제어 단계;
가 더 포함되고, 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자기유변 유닛을 이용한 구동기의 구동 방법.
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| KR1020100082794A KR101138932B1 (ko) | 2010-08-26 | 2010-08-26 | 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법 |
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