KR101184282B1 - Ｍｒ유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조에 있어서, 중앙에 센터부가 형성되고 상기 센터부의 외주면에서 방사형으로 다 수개의 블레이드들이 돌출되어 블레이드부를 형성하는 코어; 및 상기 센터부의 외주면에 결합되며 각 블레이드들과 결선된 코일조립체;을 포함하고, 상기 MR유체가 블레이드들 사이를 통해 유동하도록 상기 블레이드들 사이에는 간극이 형성되며, 전류가 인가된 코일조립체는 이웃하는 블레이드들을 서로 다른 극성으로 자화시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, MR유체가 이동하는 유로의 모든 부분에서 MR유체의 유동방향과 직각을 이루도록 자기장의 형성을 유도하여 더욱 효율적으로 MR유체의 유동특성을 제어할 수 있다.

Description

ＭＲ유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조{Structure of an orifice-plate for an engine-mount filled with the Magnetorheological fluid}

본 발명은 엔진마운트 내에 장착되는 오리피스플레이트의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진마운트에 봉입된 MR유체(Magnetorheological fluid)의 유동을 더 효율적으로 제어하도록, MR유체가 유동하는 유로 전체에 자기장이 직각 방향으로 형성되는 오리피스플레이트의 구조에 관한 것이다.

엔진에서 발생된 진동을 감쇄시키도록 엔진은 엔진마운트를 통해 차체의 엔진룸에 설치된다. 상기 엔진마운트는 재질의 탄성력을 이용한 러버마운트(rubber mount)와 내부에 액체가 봉입되어 액체의 탄성 효과(inertia effect)로 진동을 감쇄시키는 하이드로마운트가 주로 널리 사용되고 있다.

이중, 하이드로 엔진 마운트는 높은 주파수 영역 및 낮은 주파수 영역의 진동을 동시에 감쇄시키도록 구성되어 여러 차종에 널리 사용되고 있다.

상기 하이드로 엔진마운트는 도 1a 에 도시된 바와 같이, 인슐레이터와 다이어프램이 형성하는 내부공간에서 하이드로액이 수용되되, 내부 공간은 오리피스플레이트가 장착되어 상측액실과 하측액실로 구획된다.

상기 오리피스플레이트는 테두리를 따라 안쪽으로 하이드로액이 유동하도록 환형(環形)의 유로(流路)가 형성되며, 중앙에는 디커플러가 추가적으로 장착되기도 한다. 그리고, 인슐레이터와 결합된 스터드는 엔진의 브라켓과 결합된다. 따라서, 스터드에 가해지는 하중에 따라 탄성재질인 인슐레이터가 탄성압축 및 복원을 반복하면 하이드로액은 유로를 통해 상측액실과 하측액실을 유동하게 된다. 이러한 하이드로액의 유동은 디커플러를 진동시키되, 높은 주파수 영역의 진동은 디커플러의 진동으로 감쇄되고 낮은 주파수 영역의 진동은 유로를 통한 하이드로액의 유동으로 감쇄되는 구조를 갖는다.

한편, 상기 하이드로 마운트는 일반적인 하이드로액을 대신하여 MR유체가 봉입되기도 한다. MR유체(Magnetorheological fluid)는 합성 탄화수소 액체에 자성을 갖는 부드러운 입자가 혼합된 현택액으로서, 주변에 형성되는 자기장의 세기에 따라 전단응력(Shear stress)이 달라지는 특성이 있다.

따라서, MR유체가 봉입된 하이드로 마운트는 MR유체가 통과하는 유로 주변에 자기장을 형성하도록 오리피스플레이트에 코일을 추가적으로 부설하고 상기 코일의 전류인가를 제어하여 차량의 운행조건에 따라 마운트의 동강성(Dynamic stiffness) 및 감쇄특성을 제어하도록 구성되었었다.

한편, 종래의 MR유체의 제어 방식은 도 1b 에 도시된 바와 같다. 종래의 오리피스플레이트는, 하이드로 마운트 내에서 MR유체가 상측액실과 하측액실로 유동하도록 상하로 개통된 유로가 부설되되, 상기 유로의 일측에 위치하도록 코일이 장착되고 상기 코일에 전류를 인가함으로서 MR유체의 유동을 제어하는 구조를 갖는다.

상기 MR유체는 자기장이 형성되지 않는 경우에는 일반적인 하이드로액과 유사한 유동특성을 가지나, 주변에 자기장이 형성되면 입자들이 열을 이뤄 유동특성이 달라지게된다. 즉, 자기장이 형성되지 않는 경우 상기 MR유체의 전단응력은 점성과 전단율(shear rate)의 곱셈값으로 계산되나, 자기장이 형성되는 경우 상기 MR유체의 전단응력은 점성과 전단율(shear rate)의 곱셈값에 항복전단응력이 추가된다. 상기 항복전단응력은 가해지는 자기장의 세기에 비례하여 증가한다.

하지만, 도 1b 에 도시된 바와 같이 MR유체 내의 입자를 유동방향과 직각을 이루도록 배열시키기 위해선 MR유체의 유동방향과 자기장의 형성방향이 직각을 이뤄야 한다.

그러나, 종래의 방식은 유로의 일측에 코일이 일정간격을 두고 배치된 구조로서 "A" 구간과 "C" 구간에서는 자기장이 MR유체의 유동방향과 직각을 이루나, "B" 구간에서는 (MR유체의 유동 방향과) 평행한 방향으로 형성되어 제어효율을 저하시켰다. 즉, "A" 구간과 "C" 구간에서는 자기장이 MR유체의 유동방향과 직각을 이루면서 MR유체를 통과하나, "B" 구간에서는 자기장이 MR유체의 유동방향과 평행한 방향으로 형성되어 MR유체를 통과하지 않기 때문에 제어효율이 저하되었다.

따라서, 코일에 인가하는 전류값을 증대시키거나 유로를 더 길게 형성하여 저하된 제어효율을 만회하였으나, 이는 부피를 증대시켰으며 발열량을 증가시키는 문제점이 있었다.

그러므로, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고 더욱 효율적으로 MR유체의 유동특성을 제어할 수 있는 오리피스플레이트의 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조에 있어서, 중앙에 링 형상의 센터부가 형성되고 상기 센터부의 외주면에서 방사형으로 다 수개의 블레이드들이 돌출되어 블레이드부를 형성하는 코어; 및 상기 센터부의 외주면에 결합되며 각 블레이드들과 결선된 코일조립체;을 포함하고, 상기 MR유체가 블레이드들 사이를 통해 유동하도록 상기 블레이드들 사이에는 간극(space)이 형성되며, 전류가 인가된 코일조립체는 이웃하는 블레이드들을 서로 다른 극성(magnetic polarity)으로 자화(magnetization)시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 코어는, 중앙에 링 형상의 상측센터부가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 상측블레이드들이 형성되되, 상기 상측블레이드가 하측으로 절곡된 상측코어;와 중앙에 링 형상의 하측센터부가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 하측블레이드들이 형성되되, 상기 하측블레이드가 상측으로 절곡된 하측코어;가 상하로 결합되어, 상기 상측센터부와 하측센터부가 센터부를 구성하고, 이웃하는 두 개의 상측블레이드들 사이에는 하나의 하측블레이드가 배치되어 블레이드부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 상측블레이드들에는 하측으로 개구된 하측홈이 링 형상을 이루도록 형성되고 상기 하측블레이드에는 상측으로 개구된 상측홈이 링 형상을 이루도록 형성되며, 상기 코일조립체는 링 형상으로서 하측홈과 상측홈 사이에 장착된다.

아울러, 상기 코일조립체는 비자성체인 커버가 결합된다. 그리고, 링 형상으로서 비자성체이며 상기 블레이드부가 내주면에 고정되는 아우터링을 더 포함하여 구성된다.

그리고, 센터부의 내주면을 비자성 재질의 별도 부품으로 차폐시킴으로서, MR유체의 유동경로를 블레이드들 사이로 형성된 유로로 한정시킬 수 있다. 아울러, 센터부의 내주면을 차폐시키지 않고 종래의 디커플러를 그대로 설치할 수 있으며, 종래의 디커블러와 유사한 기능(고주파수 진동감쇄 기능)을 보다 효과적으로 제공할 수 있도록 동일한 구성을 갖되 직경이 축소된 본 발명의 오리피스플레이트를 추가적으로 설치할 수 있다. 즉, 본 발명의 오리피스플레이트는, 상기 센터부의 내주면에는 아우터링 보다 직경이 축소된 제2아우터링이 결합되되, 상기 코어 및 코일조립체와 동일한 구성을 가지며 직경이 축소된 제2코어 및 제2코일조립체가 상기 제2아우터링의 내주면에 장착될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, MR유체가 이동하는 유로의 모든 부분에서 MR유체의 유동방향과 직각을 이루도록 자기장의 형성을 유도하여 더욱 효율적으로 MR유체의 유동특성을 제어할 수 있다.

따라서, 상대적으로 낮은 전류로 작동하거나 유로 길이를 단축시킬 수 있으므로 종래의 발열량 증가 및 부피증가와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 그리고, 상부코어와 하부코어는 대칭형상으로서 생산이 용이하며, 전체적인 형상은 링 형상으로 형성되어 내측 또는/및 외측으로 복수개의 오리피스플레이트를 부설하여 MR유체를 더욱 정교하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 일반적인 하이드로액이 봉입된 하이드로 마운트의 단면도,
도 1b 는 MR유체가 봉입된 하이드로 마운트에 사용되는 오리피스플레이트의 단면도 및 자기장 형성에 따라 MR유체의 입자가 배열되는 모습을 도시한 부분확대도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오리피스플레이트의 사시도,
도 3 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오리피스플레이트가 절개된 모습을 도시한 사시도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오리피스플레이트의 분해사시도,
도 5 는 코일조립체의 전류인가시 자기장이 형성된 모습을 도시한 평면도 및 저면도,
도 6 은 MR유체의 유동방향과 자기장의 형성 방향을 도시한 측면도,
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오리피스플레이트의 평면도.

본 발명의 오리피스플레이트는 MR유체가 봉입된 엔진마운트 내에 장착되어 인슐레이터와 다이어프램 사이에서 상측액실과 하측액실을 구획하며 전류인가에 따라 자기장을 형성하도록 차량의 배터리 및 전류공급을 제어하는 제어기와 전기적으로 연결된다. MR유체는 자기장의 세기에 비례하여 가변되고 자기장의 세기는 코일에 인가되는 전류에 비례하므로, 상기 제어기는 코일에 인가되는 전류공급 제어하되 엔진 회전수, 차속 등과 같은 차량 운행 상태가 감안된 제어알고리즘에 따라 작동한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 오리피스플레이트는 코어와 코일조립체가 결합되어 형성된다. 상기 코어는 중앙에 링 형상의(또는 원판형상의) 센터부(1)가 형성되고 상기 센터부(1)의 외주면에서 방사형으로 다 수개의 블레이드들(12, 42)이 돌출되어 블레이드부(2)를 형성된다. 그리고, 커버(30)가 결합된 코일조립체(20)는 상기 센터부(1)의 외주면에 결합되며 각 블레이드들(12, 42)이 자화되도록 결선된다. 상기 블레이드들(12, 42)은 MR유체가 상하로 유동할 수 있도록 일정한 간극을 두도록 서로 이격되어 배치된다. 아울러, 코일조립체(20)는 차량의 배터리로부터 (제어기를 통해) 전류를 공급받으며, 상기 코일조립체(20)는 이웃하는 블레이드들(12, 42)을 서로 다른 극성으로 즉, N극 S극이 계속적으로 반복되도록 자화시킨다.

도 3 과 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 코어는 동일한(또는 대칭) 형상으로 형성된 상측코어(10)와 하측코어(40)가 결합되어 형성된다. 즉, 상기 상측코어(10)는 중앙에 링 형상의 상측센터부(11)가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 상측블레이드들(12)이 형성되며 상기 상측블레이드(12)는 끝단이 하측으로 절곡된 형상을 갖는다. 그리고, 상기 하측코어(40)는 중앙에 링 형상의 하측센터부(41)가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 하측블레이드들(42)이 형성되며, 상기 하측블레이드(42)는 상측으로 절곡된 형상을 갖는다.

따라서, 상기 상측코어(10)와 하측코어(40)는, 이웃하는 두 개의 상측블레이드들(12) 사이에는 하나의 하측블레이드(42)가 배치되도록 상하로 결합하여 블레이드부(2)를 구성하고, 상측센터부(11)와 하측센터부(41)가 결합하여 센터부(1)를 구성한다.

그리고, 상기 상측코어(10)와 하측코어(40) 사이에 링 형상의 코일조립체(20)가 장착될 수 있도록 상기 상측블레이드들(12)에는 하측으로 개구된 하측홈(13)이 링 형상을 이루도록 형성되고 상기 하측블레이드(40)에는 상측으로 개구된 상측홈(43)이 링 형상을 이루도록 형성된다.

상기 코일조립체(20)는 MR유체와 직접적으로 접촉하지 않도록 (즉, 자체적으로 형성된 자기장이 MR유체에 영향을 미치지 않도록) 비자성체인 커버(30)가 결합되어 하측홈(13)과 상측홈(43) 사이에 장착된다. 즉, 상기 커버(30)는 링 형상으로 내주면이 개구되어, 상기 코일조립체(20)가 상측코어(10)와 하측코어(40)의 블레이드들(12, 42)을 자화시키되 코일조립체(20)에서 발생하는 자기장이 MR유체에 직접적으로 영향을 미지치 않도록 코일조립체(20) 표면에서 발생하는 자기장을 차폐한다. 상기 코일조립체(20)는 상측코어(10)와 하측코어(40)에 개별적으로 결선(wiring)된다.

아울러, 상기 오리피스플레이트가 엔진마운트 내에 장착될 때, 블레이드들(12, 42)을 보호하도록 (그리고, 이웃하는 블레이드들 사이에 형성된 각각의 자기장을 폐쇄하도록) 도 5 에 도시된 바와 같이, 링 형상으로서 비자성체이며 상기 블레이드부(2)가 내주면에 고정되는 아우터링(50)을 더 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 오리피스플레이트는 전술한 바와 같이 아우터링(50)이 결합된 상태로 MR유체가 봉입된 엔진마운트 내에 장착되어 내부를 상측액실과 하측액실로 구획한다. 그리고, 본 발명의 오리피스플레이트는 인슐레이터의 탄성압축 및 복원에 따라 상기 블레이드들(12, 42) 사이로 MR유체가 상하로 유동시키되, 코일조립체(20)로 전류가 공급되면 도 5 에서 화살표로 표시된 방향으로 자기장이 형성된다. 이러한 자기장은 도 6 에 도시한 바와 같이 MR유체의 유동방향에 직각으로 형성되어 MR유체의 전단응력을 변화시킨다. 이와 같은 MR유체의 전단응력 변화에 따라 엔진마운트의 동강성 및 감쇄특성이 결정되므로, 차량의 운행 상태에 따라 코일조립체(20)로의 전류공급량을 제어하여 최상의 댐핑 성능을 제공할 수 있다.

한편, 상기 코어의 센터부(1)는 MR유체가 통과할 수 없도록 비자성 재질로 된 원판형상의 별도품을 추가하여 제조될 수도 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 링형상으로 형성되어 종래의 디커플러가 추가적으로 장착될 수 있다.

또한, 도 7 에 도시된 바와 같이, 센터부(1)의 내주면에 아우터링(50) 보다 직경이 축소된 제2아우터링(50a)이 결합시키고, 상기 코어 및 코일조립체와 동일한 구성을 가지되 직경이 축소된 제2코어 및 제2코일조립체를 상기 제2아우터링의 내주면에 장착시켜여, 디커플러와 같이 다른 특성을 갖는 진동들(고주파수 영역대의 진동)을 더 효율적으로 감쇄시킬 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1 : 센터부
2 : 블레이드부
10 : 상측코어
20 : 코일조립체
30 : 커버
40 : 하측코어
50 : 아우터링

Claims (6)

1. MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조에 있어서,
   중앙에 센터부가 형성되고 상기 센터부의 외주면에서 방사형으로 다 수개의 블레이드들이 돌출되어 블레이드부를 형성하는 코어; 및
   상기 센터부의 외주면에 결합되며 각 블레이드들과 결선된 코일조립체;을 포함하고,
   상기 MR유체가 블레이드들 사이를 통해 유동하도록 상기 블레이드들 사이에는 간극이 형성되며, 전류가 인가된 코일조립체는 이웃하는 블레이드들을 서로 다른 극성으로 자화시키는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코어는,
   중앙에 링 형상의 상측센터부가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 상측블레이드들이 형성되되, 상기 상측블레이드가 하측으로 절곡된 상측코어;와 중앙에 링 형상의 하측센터부가 형성되고 외주면에서 방사형으로 다 수개의 하측블레이드들이 형성되되, 상기 하측블레이드가 상측으로 절곡된 하측코어;가 상하로 결합되어,
   상기 상측센터부와 하측센터부가 센터부를 구성하고, 이웃하는 두 개의 상측블레이드들 사이에는 하나의 하측블레이드가 배치되어 블레이드부를 구성하는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 상측블레이드들에는 하측으로 개구된 하측홈이 링 형상을 이루도록 형성되고 상기 하측블레이드에는 상측으로 개구된 상측홈이 링 형상을 이루도록 형성되며,
   상기 코일조립체는 링 형상으로서 하측홈과 상측홈 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 코일조립체는 비자성체인 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 링 형상으로서 비자성체이며 상기 블레이드부가 내주면에 고정되는 아우터링을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 센터부는 링형상으로서 내주면에는 아우터링 보다 직경이 축소된 제2아우터링이 결합되되,
   상기 코어 및 코일조립체와 동일한 구성을 가지며 직경이 축소된 제2코어 및 제2코일조립체가 상기 제2아우터링의 내주면에 장착되는 것을 특징으로 하는 MR유체가 봉입된 엔진마운트용 오리피스플레이트의 구조.
   

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