KR101150080B1 - 기계진동 감쇠장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 변환장치를 통해 기계진동을 감쇠하거나 낮추는 장치에 관한 것이다. 이런 장치는 엔진건조분야, 자동차공학, 구조공학, 항공공학 분야의 진동 감쇠에 이용된다.

Description

기계진동 감쇠장치{PUSHING FORCE DEVIATING INTERFACE FOR DAMPING MECHANICAL VIBRATIONS}
본 발명은 에너지 변환장치를 통해 기계진동을 감쇠하거나 낮추는 장치에 관한 것이다. 이런 장치는 엔진건조분야, 자동차공학, 구조공학, 항공공학 분야의 진동 감쇠에 이용된다.
자동차 등의 기계류에서는 발전용 장치의 동작이나 기타 환경적 원인으로 생기는 진동 형태의 기계적 교란현상이 생긴다. 이런 진동 주파수는 구조적으로 음향 범위까지 높아지고 국부적으로 원치않는 동적이거나 음향적인 영향을 일으키는데, 주로 간섭이 생기거나 유도되는 곳에서 이런 문제가 생기고 간섭이 원거리로 부하경로를 따라 전달된 뒤에 생기기도 한다. 그 결과 안락감이 없어지고, 안전문제가 생기며 기계적 피로현상으로 부품이 파손되거나, 수명이 단축되거나 기능이 저하되는 등의 문제가 생긴다.
기계적 진동을 조절(감쇠나 격리)하려면, 기계적 진동에너지를 직접 열에너지로 변환하는 소위 재료에 의한 감쇠가 자주 이용된다. 이런 예로 탄성이나 점탄성 완충시스템이 있다.
또, 다른 에너지변환 시스템에 의존하는 조치들도 많이 사용되고 있다. 이런 에너지변환 시스템은 대체로 기계적 에너지를 전기에너지나 그 반대로 변환한다. 어느 경우에도 기계적 진동을 조절(대개 감쇠)하는데 이용된다. 대체로, 능동, 반능동, 반수동 및 수동 시스템들 사이에는 차이가 있다.
수동 및 반능동 또는 반수동 진동제어시, 전기기계 에너지변환기(예; 압전세라믹)를 이용해 먼저 기계적 진동에너지를 전기에너지로 변환한다. 이런 전기에너지는, 수동 진동감쇠의 경우 수동 전기회로(예; 저항회로)에 분산되면서 열에너지로 변환되고, 반능동이나 반수동 진동감쇠의 경우 외부 보조 에너지원(예; 전기식 소거기)을 갖춘 전기회로의 도움으로 전환된다. 이런 시스템들은 아래 자료에 잘 설명되어 있다: N.W. Hagood, A. von Flotow, "Damping of Structural Vibrations with Piezoelectric Materials and Passive Electrical Networks", Journal of Sound and Vibration 146 (2), 243 (1991).
능동 진동제어의 경우, 간섭원(베이스측)과 연결부 사이에 작동기를 연결한다. 본 명세서에서 작동기란 전기에너지를 기계운동으로 변환하는 등 에너지를 변환하는 에너지변환기로서, 압전작동기, 자기변형 작동기, 전기변형 작동기는 물론 기존의 공압작동기도 포함된다. 중요한 것은, 작동기의 특성(예; 신장율)이 구동신호에 의한 제어된 조건에서 가변적이다는 것이다. 작동기의 도움으로 능동으로 진동제어를 하는 시스템이 미국특허 5,660,255에 소개되어 있다. 여기서는 격리할 부하와 베이스 하우징 사이에 작동기와 작은 질량체를 배치한다. 작은 질량체의 움직임을 기록하는 센서를 질량체에 부착한다. 질량체가 움직이면 전자제어기와 외부의 전기에너지원의 도움으로 작동기의 제어신호가 생긴다. 부하 위치에서는 진동이 크 게 제거되도록 작동기가 구동된다.
능동, 수동 및 반능동이나 반수동 진동제어와는 별개로, 유용한 부하를 기계식으로 배치하기 위한 작동기와 동시에 전기기계식 에너지변환기가 사용되기도 한다. 예를 들어, 진동감소 경계부에 여러개의 작동기를 원형으로 배열하여 베이스에 대해 경계부를 기울어지게 하는 경우가 그렇다. 이런 시스템은 DE 195 27 514 C2에서 볼 수 있다.
구조적인 이유로 작동기 시스템은 파손을 방지하고자 예비하중을 걸어주는 경우에 자주 사용된다. 예비하중은 작동기 시스템에 압력이나 인장력 형태로 가해진다. 압전작동기의 경우에는 전압 없이 휴지상태의 길이를 넘는 팽창으로 작동기가 기계적으로 파손되므로, 프리텐션(pretension) 없는 작동은 사실상 부적절하거나 불가능하다. 그러나 프리텐션을 가하는 장치를 추가하는 것도 작동기에는 특히 문제인데, 이는 부하에 의한 힘(예; 중력)에 평행하게 늘어나는 팽창방향이 작동기의 기능에 역효과를 일으키기 때문이다. 미국특허 5,660,255에는 이 문제의 해결책이 전혀 제시되지 않았다.
DE 195 27 514C2에는, 구조적인 동적 시스템의 진동을 감소시키는 간섭장치가 소개되었는데, 여기서는 구조적으로 양쪽 끝에 있는 요소들 사이의 진동을 일정한 방향을 갖는 다수의 작동기를 이용해 격리한다. 베이스쪽의 요소와 단부의 요소 사이의 피로방지 볼트에 의해 작동기에 압축력이 가해진다.
베이스측과 반대쪽의 요소들 사이를 견고히 기계적으로 연결하면, 베이스측의 진동원에서 그 반대쪽으로 진동이 전달되는 통로가 생기는 문제가 있다. 또, 작 동기는 그 방향에 직각인 가로하중(전단력)에 대해서는 잘 보호받지 못한다. 이 경우 작동기의 파손이 생기기 쉽다. 또, 이 방식으로는 작동기의 효율에 영향을 받아, 대부분의 경우 강성에 관련된 손실 때문에 팽창시 효율이 떨어진다.
본 발명의 목적은 에너지변환기를 이용해 기계적 진동을 조절, 구체적으로는 감쇠시키는 장치를 제공하는데 있다. 이 장치에서, 에너지변환기는 기본 방향으로 설치되고, 기본 방향을 벗어난 기계적 부하, 구체적으로는 직각 방향의 부하에서 보호받도록 되어 있다.
이와 같은 목적은 청구범위의 독립항에서 주장하는 본 발명에 의해 달성된다. 본 발명의 장점들은 종속항에서 구체화된다.
기계적 진동을 감쇠시키는 간섭장치는 베이스 연결부, 부하 연결부, 및 에너지변환기를 구비한다. 에너지변환기는 베이스 연결부와 부하 연결부 사이에 배치되고 기본 방향을 갖는다.
또, 프리텐션 요소와 전단력 전환기를 베이스 연결부와 부하 연결부 사이에 배치한다. 프리텐션 요소는 에너지변환기에 예비 부하를 가한다. 전단력 전환기는 원반형의 판스프링을 갖추고 있는데, 판스프링은 기본 방향에 직각으로 배열된다. 베이스 연결부는 첫번째 연결요소를 통해 판스프링의 첫번째 결합부에 연결된다. 부하 연결부는 두번째 연결요소를 통해 판스프링의 두번째 결합부에 연결된다. 이들 결합부는 서로 떨어져 있다.
간섭장치는 기계나 자동차 등의 부하경로에 설치할 수 있는 모듈형의 비교적 작은 구조를 갖는 것으로 이해하면 된다. 간섭장치는 베어링, 모듈형 동력전달요소 또는 작동요소로서 구조에 병합될 수 있다.
이를 위해, 부하연결부와 베이스연결부에 다른 요소와의 연결을 위해 암나사, 숫나사, 플랜지 등의 부위를 마련할 수 있다. 간섭장치는 베이스측의 요동을 부하측에 연결된 요소에서 격리하는데 사용된다.
에너지변환기는 변환기가 하나 이상인 시스템으로 이해하면 된다. 경우에 따라, 에너지변환기는 다양한 물리적 원리를 기본으로 할 수 있다. 구체적으로, 압전작동기가 특히 바람직함이 밝혀졌지만, 소위 형상기억합금이나 기억효과를 갖는 다른 재료를 기초로 하는 작동기와, 자기- 또는 전자레올로지(electrorheological) 유압작동기나 감쇠기 등도 사용할 수 있다. 다양한 에너지변환기를 조합하는 것도 가능한데, 예를 들면 스프링/고무 완충기와 같은 종래의 완충기와 압전작동기를 직렬이나 병렬로 연결하여 사용할 수도 있다.
압전작동기에 의한 능동이나 수동 감쇠에 의한 고주파 진동과 종래의 완충기(예; 점탄성 완충기)에 의한 저주파 진동 등의 여러가지 원리를 조합하면 주파수범위가 다른 진동들도 상쇄할 수 있다.
에너지변환기는 자체의 주요 유효방향으로 기본 방향을 갖는다. 압전작동기와 같은 작동기 여러개를 공통의 유효 방향으로 사용하는 경우가 그렇다. 그러나, 간섭장치가 진동 감쇠에만 이용되는 것은 아니다. 각각의 압전작동기를 서로 다르게 팽창시키거나 구동시키면 베이스 연결부에 대해 부하연결부를 경사지게 할 수 있고, 이렇게 되면 부하연결부의 순수한 병진 진동뿐만 아니라 경사진동이나 회전진동도 제어하거나 상쇄(감쇠)할 수 있다.
프리텐션 요소는 에너지변환기에 예비부하를 가할 수 있다. 이런 예비부하는 기계식 압축력이나 인장력이 해당된다. 한편, 예비부하가 전혀 없는 동작도 가능한데, 이 경우 에너지변환기에 예비부하에 관련된 힘이 전혀 가해지지 않는다. (무부하를 포함한) 이런 예비부하는 전기적이거나 전기기계적인 예비부하와 합쳐지기도 한다. 예비부하 요소는 탄성을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 예비부하는 에너지변환기에 직간접적으로 가해질 수 있는바, 다른 스프링을 통해 간접적으로 가해지기도 한다.
프리텐션 요소가 에너지변환기를 둘러싸는 원통형이면 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다. 일단부는 베이스연결부에 단단히 결합되고 타단부는 부하연결부에 단단히 결합되는 열가소성 플라스틱이나 엘라스토머와 같은 탄성재로 된 원통이 에너지변환기에 압축력을 가하는 것이 일례이다. 원통은 완전히 둘러쌀 필요는 없고, 슬롯이나 개구부가 있어도 된다. 원통의 단면은 사각형 등으로 바뀔 수도 있다. 이런 원통은 주변환경이나 기계적 응력으로부터 에너지변환기를 보호한다. 원통의 벽면 재료로는 등방성 물질과 이방성 물질 모두 사용할 수 있다.
많은 경우, 진동조절장치는 전단력 때문에 높은 부하에도 동시에 노출되곤 한다. 에너지 변환기의 기본 방향을 벗어난 부하, 구체적으로는 작동기의 기본방향에 직각인 부하가 있다. 이런 부하는 에너지 변환기를 파손시키기 쉬운바, 민감한 압전작동기의 경우 파손되기 쉽다.
따라서, 본 발명의 간섭장치는 에너지변환기를 보호하기 위해 전단력 전환기를 구비한다. 전단력 전환기는 에너지 변환기의 기본 방향으로는 동작범위내에서 거의 강성을 갖지 않아야 하지만 직각 방향으로는 높은 강성을 가져야 한다.
원반형 판스프링은 평평하거나 곡면형으로서, 얇은 스프링판(측면 변형과 두께의 비가 100:1 정도)으로 구성되고, 띠 형태이거나 각진 디스크 형태를 취하기도 한다.
판스프링은 에너지 변환기의 기본방향에 정확히 직각으로 배열되지만 (20도 범위내에서) 약간 기울어지기도 한다.
판스프링은 베이스 연결부와 부하연결부에 연결되어야 한다. 연결은 접착, 나사결합, 납땜 등과 같이 직접 이루어지거나, 별도의 연결요소(예; 스페이서)를 부하연결부와 베이스연결부 사이에서 판스프링의 결합부에 끼울 수도 있다. 연결은 반드시 단단히 결합되어야 하는 것은 아니고, 기본 방향을 따라 미끄럼 운동을 하기도 한다.
베이스연결부와 판스프링 사이, 그리고 판스프링과 부하연결부 사이의 결합부들은 서로 떨어져 있다. 이때문에 베이스 연결부가 판스프링에 가한 힘과 부하연결부가 판스프링에 가한 힘이 같은 부분에서 맞물리지 않는다.
부하연결부와 베이스연결부가 탄성 판스프링을 통해 "탄력적으로" 결합되되, 전단력 전환기를 통해 에너지변환기의 기본 방향으로 결합된다. 그러나, 에너지 변환기의 기본 방향에 직각으로의 결합은 판스프링의 평면 방향으로의 높은 강성 때문에 강성결합이 된다. 요컨대, 부하연결부와 베이스연결부의 간격 증감에는 베이스연결부에 대한 부하연결부의 전단력보다 훨씬 작은 힘이 필요하다. 판스프링의 평면에 직각 방향의 탄성(낮은 스프링 계수) 때문에, 베이스연결부에 대한 부하연결부의 간격을 비교적 작은 힘으로 쉽게 조절할 수 있다. 그러나, 판스프링의 평면에 평행한 횡방향 운동(전단력)은 판스프링의 평면 방향으로의 높은 강성 때문에 상당한 힘이 있을 때에만 가능하다. 따라서, 에너지변환기는 기본 방향으로 최적으로 동작하여 진동을 조절하여 감쇠시킬 수 있으면서도, 전단력 전환기의 판스프링 때문에 이 방향에 직각의 기계적 응력에 대해서 보호된다. 그와 동시에, 에너지 변환기의 기본방향으로는 판스프링의 강성이 낮기 때문에 전단력 전환기가 새로운 부하경로(즉, 강한 기계적 연결)를 전혀 개방하지 않고, 이런 부하경로가 있어야만 이를 통해 요동(예; 진동)이 베이스연결부에서 부하연결부로 전달된다.
본 발명에서, 전단력 전환기는 에너지변환기에 예비부하를 가하는데 사용되기도 한다. 이 경우에는 전단력 전환기가 프리텐션 요소와 동일한 역할을 한다. 이렇게 되면 부품수를 줄여 중량과 제작비를 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 많은 경우 간섭장치는 진동조절은 물론 기계적 부하를 가하는 작동기로서도 사용된다. 이 경우, 베이스연결부와 부하연결부 사이의 최대 간격 변화가 중요하다. 그러나, 에너지 변환기, 특히 압전작동기의 상대적 길이변화는 구조적 길이에 좌우된다. 길이변화를 크게 하려면, 에너지변환기의 구조적 길이가 커야 하지만, 이 경우 간섭장치의 크기가 커진다.
따라서, 본 발명에서는 에너지변환기를 2개의 하위 시스템으로 나누고, 각각의 하위시스템을 길이가 겹치도록 배치한다. 이를 위해, 베이스연결부와 부하연결부 사이에 결합구를 배치한다. 첫번째 하위시스템은 베이스연결부와 결합구 사이에; 두번째 하위시스템은 결합구와 부하연결부 사이에 각각 배치한다. 이런 배치에서, 하위시스템들이 기본 방향을 따라 서로 일부 겹치도록 결합구를 구성한다. 이렇게 하면, 변동길이를 줄이지 않고도 간섭장치의 구조적 사이즈를 줄일 수 있다. 이런 결합구의 원리는 2개의 결합구와 3개의 개별 하위시스템으로 확장될 수 있다. 마찬가지로 하위시스템들은 구조적 길이를 늘리지 않고도 전체적인 변동길이를 늘릴 수 있도록 일부 겹쳐져야 한다.
결합구는 에너지변환기의 기본 방향에 평행한 축선에 대해 고정되는 것이 바람직하다. 이런 배치는 센터링 요소에 의해 가능하다. 또, 기본 방향에 직각으로 정렬되면서 베이스연결부나 부하연결부에 여러 결합부에서 연결되는 추가 판스프링에 의해서도 가능하다. 센터링 요소는 결합구가 에너지 변환기의 기본방향에 직각으로 (기계적 허용오차에 의해) 움직이는 것을 방지하여, 결국 에너지변환기에 전단력을 가하는 것을 방지한다.
이상 설명한 간섭장치는 능동, 수동, 반능동, 반수동 진동감쇠를 위한전기회로를 갖추기도 한다. 그 방법은 여러가지 있다.
능동진동제어의 경우, 에너지변환기로서 작동기가 유리하다. 간섭장치에 (구체적으로 부하연결부에 센서를 연결할 수 있는데, 거리, 속도, 가속도를 판단하기 위한 센서, 구체적으로는 용량센서나 압전가속도계, 힘 센서, 자기센서, 정전센서, 간섭계, 위치/속도 센서 등이 있다.
센서의 신호는 전기회로를 제어하는데 사용된다. 전기회로는 센서신호로부터 제어신호를 만들고, 제어신호는 전원을 통해 작동기를 작동시키는 신호로 변환될 수 있다. 이들 작동신호에 의해 자동기가 진동을 하되, 격리할 진동과 반대 위상의 진동을 하여 부하의 진동을 없애거나 감쇠시킨다.
수동, 반능동 또는 반수동 진동감쇠의 경우, 기계에너지를 전기에너지로 변환시키도록 배치되는 에너지변환기를 사용할 수 있다. 전기에너지는 분산되거나 전기회로의 도움을 받아 사용된다. 가장 간단한 것은, 전기회로가 저항기로 구성되고, 전기에너지가 일부분은 열의 형태로 저항기에서 분산되는 것이다.
코일이나 커패시터(전기저항회로), 소위 "합성 인덕턴스"를 추가로 사용하면 좀더 효과적으로 진동을 감쇠할 수 있다. 합성 인덕턴스는 여러개의 저항기를 연산증폭기와 결합한 것이다. 이 경우 종래의 코일보다 높은 인덕턴스를 얻을 수 있다. 또, 저항회로의 감쇠효과가 증가된다. 이 기술은 아래 자세히 소개되어 있다: D. Mayer, Ch. Linz, and V. Krajenski, "Synthetische Induktivitaten fur die semi -passive Dampfung ( synthetic inductances for semi - passive damping )", fifth Magdeburger machine construction days, 2001.
또, 이상 설명한 간섭장치를 여러개 연결하면 진동감쇠 효율을 더 높일 수 있다. 이런 배열에서, 후행 장치의 베이스연결부는 선행 장치의 부하연결부에 연결된다. 후행 간섭장치의 기본방향이 선행 장치의 기본방향과 일치하도록 연결을 한다 그러나, 기본방향에 직각으로 배열하거나 다른 방향으로 배열하는 것도 가능하다. 이를 위해, 간섭장치의 부하연결부에 사각형의 설치 앵글을 부착하고, 후생 두번째 간섭장치의 베이스연결부를 선행 부하연결부에 연결할 수 있다. 이렇게 하면, 여러 방향의 진동을 조절할 수 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 압전작동기와 전단력을 전환할 판스프링이 하나씩 갖추고 기계진동을 감쇠하는 간섭장치의 첫번째 예의 단면도;
도 2는 에너지변환기의 기본방향에 평행한 방향과 직각방향으로 판스프링에 작용하는 힘의 관계를 보여주는 도면;
도 3은 압전작동기 2개, 전단력을 전환할 판스프링 하나를 갖추고 기계진동을 감쇠하는 간섭장치의 두번째 예의 단면도;
도 4는 도 3의 간서장치의 전개사시도;
도 5는 도 5는 본 발명에 따른 다른 진동감쇠장치의 부분파단 사시도.
도 1은 기계적 진동을 조절(감쇠)하기 위한 간섭장치의 단면도이다. 이 장치는 베이스 연결부(110)와 부하연결부(112)를 갖는데, 둘다 납작한 원반형태이다. 베이스 연결부(110)와 부하연결부(112) 사이에 압전작동기(114,116)가 연결되어 있다. 압전작동기(114,116)에 압력(부하)을 가하는 PVC로 된 원통형 프리텐션 요소(118)에 의해 양쪽 연결요소(110,112)가 연결된다. 또, 양쪽 연결요소(110,112)는 전단력 전환기(120)를 통해 연결되기도 한다. 전단력 전환기(120)는 스프링강으로 가공된 얇은 원반형의 판스프링(122)을 구비하고, 판스프링(122)의 원주를 따라 설치된 원형 연결요소(124)를 통해 부하연결부(112)에 연결된다. 판스프링(122)의 중심은 제2의 원통형 연결요소(126)를 통해 베이스 연결부(110)에 연결되는데, 연 결요소(126)는 기본 y방향에 직각 방향으로 높은 전단탄성율을 갖는다.
압전작동기(114,116)는 도 1의 기본 y 방향에 직각의 힘에 대해 전단력 전환기(120)에 의해 보호된다. 판스프링(122)은 y 방향으로는 높은 탄성을 갖지만 그 직각 방향(x 방향)으로는 높은 강성을 갖는다.
탄성재로 이루어져 신축이 가능한 프리텐션 요소(118)로 인해 압전작동기(114,116)는 일정한 프리텐션 상태를 유지한다. 탄성 프리텐션 요소(118)에 적당한 프리텐션이 걸려있기 때문에, 압전작동기들이 구조에 맞게 적절히 동작이 가능하고, 브레이크 작동시에도 급격한 길이변화가 일어나지 않도록 보호된다. 프리텐션 요소(118)는 압전작동기(114,116)를 완전히 감싸는 원통형 구조를 취해, 압전작동기에 수분이나 오염물이 닿지 않도록 한다. 또, 압전작동기(114,116)들이 직접적인 기계적 영향(예; 충격)을 받지 않도록 보호한다.
한편, 원통형 프리텐션 요소(118)는 생략할 수도 있다. 이 경우, 전단력 전환기(120)가 압전작동기(114,116)를 조이는 역할을 한다. 이 경우, 무부하 상태에서 전단력 전환기(120)의 길이가 압전작동기(114,116)의 길이보다 짧도록 연결요소(126)의 길이를 조절한다. 그 결과, 압전작동기(114,116)에 압력이 가해진다.
도 1의 구조는 부하연결부(112)에서 (베이스의 진동원에 의해) y 방향으로 베이스 연결부(110)의 진동을 격리하기에 적당하다. 이를 위해, 능동진동 감쇠 원리를 이용하는데, 도 1은 이 원리를 간단하게 보여주는바: 부하연결부(112)의 가속도계(128)는 컨트롤러(130)에 연결되고, 컨트롤러는 가속도계(128)에서 생긴 진동신호를 압전작동기(114,116)용의 제어신호로 변환한다. 제어신호는 증폭기(132)에서 전압신호로 변환되어 압전작동기(114,116)로 공급된다. 이렇게 하여, 압전작동 기(114,116)는 부하연결부(112)에 진동을 일으킬 수 있고, 이 진동은 베이스연결부(110)에서 전달된 진동과 겹쳐져 상쇄되는바, 이상적인 경우에는 부하연결부의 진동을 완전히 없앤다.
가속도계(128)가 여러개이면, 마찬가지 방식으로 경사진동도 없앨 수 있다. 이 경우, 압전작동기(114,116)를 서로 다르게 전기구동으로 팽창시켜야 한다. 이어서, 부하연결부(112)가 베이스연결부(110)에 대해 경사지면서 경사진동을 일으키고, 이 경사진동은 베이스연결부(110)의 반대 위상의 경사진동을 상쇄시킨다. 대칭축(134)에 대해 다른 압전작동기들이 원형으로 배열되면, 회전진동이나 요동운동도 없앨 수 있다.
한편, 압전작동기(114,116)의 양단부 사이의 전압을 올려 수동형 진동감쇠에 사용할 수도 있다. 부하연결부(112)가 베이스연결부(110)에 대해 상대적인 진동을 하면, 압전작동기(114,116)가 기계적 진동에너지를 전압신호로 변환하고 압전작동기(114,116)의 양단부 사이의 전압이 주기적으로 변한다. 이 전압을 전기공진회로에 공급하면, 전기진동이 감쇠되고 시스템에서 에너지가 제거된다. 그 결과, 부하연결부(112)와 베이스연결부(110) 사이에 진동감쇠가 일어난다. 전기에너지는 적당한 전기회로에 의해 에너지 복구용으로, 구체적으로는 전기에너지 충전용으로 사용될 수 있다.
도 2는 압전작동기의 임계 기계부하를 변환시키는 판스프링(122)의 동작을 보여주는 도면이다. 판스프링(122)은 연결요소(210)를 통해 베이스연결부(도 2에 도시 안됨)에 연결되고, 연결요소(210)는 결합부(212)에 결합된다. 비슷하게, 판스 프링(122)은 연결요소(214)를 통해 부하연결부에 연결되고, 연결요소(214)는 판스프링의 결합부(216)에 결합된다. 이들 결합부(212,216)는 공간적으로 서로 떨어져 있다.
판스프링(122)은 (도 2에는 도시되지 않은) 에너지변환기의 원하는 방향에 직각으로 배열된다. 도 2에서는 원하는 방향이 y방향이다. 연결요소(210)를 통해 판스프링(122)의 결합부(212)에 y방향으로 힘(218)을 가하면, 판스프링(122)의 평면에 직각방향의 판스프링의 높은 탄성 때문에 결합부(212)가 부하연결부의 결합부(216)에 비해 y방향으로 약간 변위된다. 그러나, 직각 방향(x방향)으로 작용하는 힘(220)에 대해서는 판스프링(122)이 크게 저항한다. 베이스 연결부의 결합부(212)는 결국 부하연결부의 결합부(216)에 대해 약간만 변위되는 셈이다.
도 1의 실시예에 대응하는 장치가 도 3의 단면도와 도 4의 전개도로 도시되었다. 이 장치는 베이스연결부(110), 부하연결부(112), 원통형 프리텐션 요소(118; 도시 안됨), 및, 원통형 연결요소(126)와 원반형 금속판스프링(122)을 갖춘 전단력 전환기(120)를 구비하고 있다. 전단력 전환기의 기능은 도 1의 것과 동일하다.
그러나, 본 실시예에서는 압전작동기가 2 파트로 구분되는바: 첫번째 압전작동기(410)는 베이스연결부(110)와 부하연결부(112) 사이의 결합구(412)와 베이스연결부(110) 사이에서 중심축(134)을 중심으로 원형으로 배열된 4개의 작동기로 구성된다. 결합구(412)는 환형의 링 모양을 갖고, 결합구(412)의 평평한 밑면에는 4개의 홈(414)이 형성되어 입구가 베이스 연결부(110)를 향하고 있으며 첫번째 압전작동기(410)의 작동기들을 이들 홈에 각각 끼운다.
두번째 압전작동기(416)는 부하연결부(112)와 결합구(412) 사이에 배치된다. 두번째 압전작동기(416)도 중심축(134) 둘레에 원형으로 배치된 4개의 압전작동기로 구성되며, 압전작동기(416)는 압전작동기(410)에 비해 45도 회전되어 있다. 두번째 압전작동기(416)역시 결합구(412)의 윗면에 부하연결부(112)를 향해 형성된 홈(310)에 각각 끼워진다.
홈(310,414)이 서로 45도 어긋나게 배열되어 있어서, 첫번째, 두번째 압전작동기(410,416)를 약간 길이방향으로 겹치게 배열할 수 있다. 따라서, 베이스연결부(110)와 부하연결부(112) 사이의 간격이 이들 2가지 압전작동기(410,416)의 길이의 합보다 짧다. 이 경우, 결합구(412)가 없어 베이스연결부(110)와 부하연결부(112) 간격이 압전작동기의 길이의 합과 같은 장치에 비해 변동량이 증가한다.
본 실시예에서, 도 1과 마찬가지로 판스프링(122)이 부하연결부(112)에 고정되지만 원형 연결요소(124)는 없다. 대신에, 평면가공된 원반형 홈(312)가 부하연결부(112)에 형성되고, 이 홈에 판스프링(122)을 끼운다. 판스프링(122)은 가장자리를 따라 부하연결부(112)에 접착결합된다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 진동감쇠장치의 부분파단 사시도이다. 이 장치의 구조는 도 3, 4의 장치와 기본적으로 비슷하지만, 전단력 전환기(120)의 연결요소(126)를 속이 빈 원통형으로 구성했다. 이 경우, (능동 진동제어기 등의) 제어요소들을 연결요소(126)의 내부공간에 배치할 수 있어서 공간이 절감된다. 전단변환용 판스프링(122)은 중앙에서 연결요소(126)에 나사로 조여진다.
또, 도 5에서 금속원반 형태로 중심을 맞추기 위한 또다른 판스프링(510)을 볼 수 있다. 이 판스프링의 가장자리는 원통형 결합구(412)에 접착되고, 그 중심은 연결요소(126)에 의해 베이스연결부(110)에 나사로 조여진다. 이 판스프링은 y방향에 직각이로 연결요소(126)에 대한 결합구(412)의 위치변화를 방지하지만, y방향으로의 결합구의 위치변동은 허용한다.

Claims (9)

  1. 기계진동을 제어하고 감쇠하기 위한 장치에 있어서:
    a) 베이스 연결부(110);
    b) 부하 연결부(112);
    c) 베이스 연결부(110)와 부하 연결부(112) 사이에 원하는 방향으로 뻗어있는 하나 이상의 에너지변환기(114,116;410,416);
    d) 베이스 연결부(110)와 부하 연결부(112) 사이로 뻗어 에너지변환기(114,116;410,416)를 둘러싸는 원통형을 이루면서 탄성재로 이루어져 신축이 가능하여, 이들 에너지변환기에 기계적 예비부하를 가해주는 하나 이상의 탄성 프리텐션 요소(118); 및
    e) 베이스 연결부(110)와 부하 연결부(112) 사이로 뻗어있고, 원하는 방향에 직각으로 배치된 원반형 판스프링(122)을 갖추고 있는 전단력 전환기(120);를 포함하고,
    베이스 연결부(110)는 연결요소(126;210)를 통해 판스프링(122)의 첫번째 결합부(212)에 연결되고, 부하 연결부(112)는 연결요소(124;214)를 통해 판스프링(122)의 두번째 결합부(216)에 연결되어 있으며, 이런 베이스 연결부(110)와 부하 연결부(112)의 결합부(212,216)는 판스프링(122)에서 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 에너지변환기(114,116;410,416)가 압전작동기, 형상기억합금이나 기억효과를 갖는 다른 재료를 기초로 하는 작동기, 자기- 또는 전자레올로지(electrorheological) 유압작동기, 공압이나 유압식 작동기 또는 감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에너지변환기(114,116;410,416)가 2개의 압전작동기(410,416)와 하나의 결합구(412)를 포함하되, 첫번째 압전작동기(410)는 베이스 연결부(110)와 결합구(412) 사이에 있고, 두번째 압전작동기(416)는 결합구(412)와 부하 연결부(112) 사이에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 압전작동기(410,416)가 에너지변환기의 방향을 따라 서로 길이가 일부 겹치는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 결합구(412)가 에너지변환기(114,116;410,416)의 방향에 평행한 축선에 판스프링(510)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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