KR101193542B1 - 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치에 관한 것으로, 어퍼플레이트의 하측에 고정되고 특정 극성을 띄는 어퍼자석부재, 이 로어플레이트의 상측에 고정되고 특정 극성을 띄는 로어자석부재, 이 어퍼자석부재에 연결되고 고유한 탄성계수를 갖는 어퍼탄성부재, 이 로어자석부재에 연결되고 고유한 탄성계수를 갖는 로어탄성부재, 및 이 어퍼탄성부재와 로어탄성부재를 연결하도록 배치되어 자력에 의해 정적상태에서 평형을 유지하며 동적상태에서 진동절연(vibration isolation) 기능 증대를 위해 음의 강성(negative stiffness)을 부여하는 중간질량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 강성(stiffness)이 큰 스프링을 2단으로 배치하고, 2단의 스프링 사이에 중간매스를 배치함으로써 기기(equipment)의 무게를 지탱할 수 있도록 하면서도 절연효과는 향상시킨다.

Description

자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치{VIBRATION ISOLATION DEVICE USING ATTRACTING MAGNETIC FORCES}
본 발명은 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정적인 상태에서 강성(stiffness)이 큰 스프링을 2단으로 배열하면서 이 스프링 사이에 자석이 포함된 중간매스(intermediate mass)를 배치함으로써, 기기(equipment)의 무게를 충분히 지탱할 수 있음과 아울러 동적인 상태에서 음의 강성(negative stiffness)을 발생시키도록 자석을 배치하여 부드러운 스프링 효과를 가지게 함에 따라 진동 절연 성능을 향상시킬 수 있는 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치에 관한 것이다.
진동에 의해 그 성능이 크게 저하되는 기기가 있다. 예컨대 정밀측정장비, 턴테이블은 물론, 컴팩트 디스크 플레이어와 같이 광픽업장치를 구비한 음향기기에서 진동은 해당 기기의 성능을 저하시키거나 오작동을 초래할 수 있다.
특히 데이터 저장 매체인 컴팩트 디스크(CD)는 데이터 저장을 위한 물리적 구조인 랜드(land) 및 피트(pit)의 크기가 각각 1.6 마이크로미터, 0.9 마이크로미터에 지나지 않으므로, 컴팩트 디스크 플레이어의 광픽업장치는 매우 미세하고 정밀하게 제어되어야 한다. 광픽업장치는 컴팩트 디스크 표면에 대하여 상대적 위치가 일정하게 유지되도록 제어하여야 한다. 광픽업장치가 컴팩트 디스크로부터 데이터를 읽어들이는 도중에 미세한 진동이 전달되면, 광픽업장치의 디스크 표면에 대한 상대적 위치가 변하게 되어 광픽업장치는 일부 랜드 및 피트를 인식할 수 없고, 결국 데이터 손실이 발생한다. 현재의 제어기술은 상기한 바와 같이 불규칙하게 전달되는 미세한 진동에 대하여 광픽업장치의 컴팩트 디스크에 대한 상대적 위치를 일정하게 유지할 수 없기 때문이다. 손실된 데이터는 데이터가 손실되기 전후의 데이터로부터 보간(interpolation)에 의해 추산한 값으로 대체되므로 원래의 데이터와는 다른 값을 가진다. 따라서 컴팩트 디스크로부터 읽은 데이터를 기초로 재생된 음 또한 원음과는 차이를 가질 수밖에 없다.
기기의 작동에 영향을 주는 진동원은 크게 외부 진동원과 내부 진동원으로 나눌 수 있다. 외부 진동원은 기기의 외부에서 전달되는 모든 진동의 근원을 가리키며, 소음, 물리적 진동 등이 포함되고, 특히 음향기기의 경우 인접한 스피커도 외부 진동원이 될 수 있다. 내부 진동원은 대부분의 전기 기기에 내장된 전원부 와, 컴팩트 디스크를 위한 회전구동수단을 포함한다.
외부 진동원으로부터 기기에 전달되는 진동을 절연시키기 위한 여러 가지 종래의 기술들이 알려져 있다.
도 1에는 고안의 명칭이 '완충장치'인 국내공개실용신안 제1994-0010356호에 개시된 고안의 실시예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 종래의 완충장치는, 일정한 간격을 두고 고정되는 제 1,2영구자석(2,3), 제 1,2영구자석(2,3)과 동일한 자력을 갖고 제 1,2영구자석(2,3)과의 사이에 일정한 간격을 두고 설치되어 공작기기에서 발생되는 미세한 진동 및 소음을 자력에 의해 흡수되도록 제 1영구자석(2)을 관통하는 연결부재(7)의 하단에 고정되는 제 3영구자석(6)과, 공작기기로부터 발생되는 심한 진동 및 충격을 탄성력에 의해 흡수시키는 제 1,2압축스프링(4,5)을 제안하고 있다.
기존의 완충장치는 제 2스프링에 의해서만 지탱되는 제품의 무게가 연결부재를 통하여 중간에 위치한 제 3영구자석에 직접 전달되는 '스프링-질량-스프링' 형태의 1단 자유도 시스템으로서, 자력을 이용하여 미세한 진동을 흡수하면서 소음을 흡수하나, 제 2스프링에 의해서만 제품의 무게를 지탱함으로써 자석의 배열에 따른 음의 강성 효과를 적절하게 활용하지 못하는 문제점이 있다. 그리고, 기존의 완충장치는 절연 기능을 향상시키기 위해 스프링의 강성(stiffness)이 작아야 하지만, 지나치게 낮은 강성은 제품의 무게를 제대로 지탱할 수 없어 일정 수준 이상의 강성을 가져야 하며 이는 절연기능의 감소로 이어지는 문제점이 있다. 또한, 기존의 완충장치는 수평성분의 진동을 방지하기 위하여 절연체(isolator)를 수평으로 설치하는 경우에도 강성(k)이 너무 작은 경우 제품의 절대 변위가 커져 구조적인 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 기존의 2단 완충장치는 고주파 성분의 절연효과가 크지만, 중간 질량(intermediate mass)이 제품의 질량에 비하여 지나치게 작게 할 경우 1-stage에 비하여 효과는 미미한 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 정적인 상태에서 강성(stiffness)이 큰 스프링을 2단으로 배열하면서 이 스프링 사이에 중간매스(intermediate mass)를 배치함으로써, 기기(equipment)의 무게를 충분히 지탱할 수 있도록 하기 위한 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 동적인 상태에서 자석의 인력(引力)을 통해 음의 강성(negative stiffness)을 발생시키도록 자석을 배치하여 부드러운 스프링 효과를 가지게 함에 따라 진동 절연 성능을 향상시키기 위한 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 절연 효과를 높이기 위해서 스프링의 강성 값을 줄일 필요가 없기 때문에 절연 효과를 감소시키지 않으면서도 강성이 큰 스프링을 사용하여 제품의 무게를 충분히 지탱할 수 있도록 하기 위한 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명은 진동 절연을 위해 자력을 이용하는 것이기 때문에 중간질량(intermediate mass)이 매우 작아도 고주파의 절연효과를 충분히 발휘할 수 있도록 하기 위한 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치는: 어퍼플레이트의 하측에 고정되고 특정 극성을 띄는 어퍼자석부재, 이 로어플레이트의 상측에 고정되고 특정 극성을 띄는 로어자석부재, 이 어퍼자석부재에 연결되고 고유한 탄성계수를 갖는 어퍼탄성부재, 이 로어자석부재에 연결되고 고유한 탄성계수를 갖는 로어탄성부재, 및 이 어퍼탄성부재와 로어탄성부재를 연결하도록 배치되어 자력에 의해 정적상태에서 평형을 유지하며 동적상태에서 진동절연(vibration isolation) 기능 증대를 위해 음의 강성(negative stiffness)을 부여하는 중간질량부를 포함한다.
상기 중간질량부는, 상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재 사이에 배치되어 다단(多段)으로 상기 로어플레이트와 상기 어퍼플레이트 간의 상호 진동절연 기능을 하는 미들매스(middle mass), 상기 미들매스의 하측에 구비되고 상기 로어탄성부재에 연결되어 탄성적으로 지지되며 상기 로어자석부재와 인력(引力)을 발생하는 로어미들자석부재, 및 상기 미들매스의 상측에 구비되고 상기 어퍼탄성부재에 연결되며 상기 어퍼자석부재와 인력을 발생함으로써 상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재의 고유한 탄성계수를 감쇄(減殺)하는 어퍼미들자석부재를 포함한다.
상기 진동 절연 장치의 운동방정식은,
Figure 112011010486409-pat00001
을 만족함이 바람직하다.
아울러, 상기 미들매스에 가해지는 상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재의 강성은, 작용하는 자력에 의해
Figure 112011010486409-pat00002
을 만족함이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치는 종래 기술과 달리 정적인 상태에서 강성(stiffness)이 큰 스프링을 2단으로 배열하면서 이 스프링 사이에 중간매스(intermediate mass)를 배치함으로써, 기기(equipment)의 무게를 충분히 지탱할 수 있다.
그리고, 본 발명은 동적인 상태에서 자석의 인력(引力)을 통해 음의 강성(negative stiffness)을 발생시키도록 자석을 배치하여 부드러운 스프링 효과를 가지게 함에 따라 진동 절연 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 절연 효과를 높이기 위해서 스프링의 강성 값을 줄일 필요가 없기 때문에 절연 효과를 감소시키지 않으면서도 강성이 큰 스프링을 사용하여 제품의 무게를 충분히 지탱할 수 있다.
아울러, 본 발명은 진동 절연을 위해 자력을 이용하는 것이기 때문에 중간질량(intermediate mass)이 매우 작아도 고주파의 절연효과를 충분히 발휘할 수 있다.
도 1은 기존의 완충장치 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치(10)는 상측의 어퍼플레이트(30)와 하측의 로어플레이트(20) 사이에 구비된다.
여기서, 어퍼플레이트(30)는 기기(equipment,2)의 하측을 지지하는 역할을 하고, 로어플레이트(20)는 바닥에 접하게 된다. 물론, 어퍼플레이트(30)와 로어플레이트(20)는 진동 절연 장치(10)의 외형을 이루는 바디(도시하지 않음)의 상측면과 하측면으로 지정할 수도 있다.
그래서, 진동 절연 장치(10)는 기기(2)로부터 발생되는 진동을 로어플레이트(20)를 통해 바닥으로 전달되는 것을 방지하는 역할을 하거나, 또는 바닥에서 발생되는 진동을 어퍼플레이트(30)를 통해 기기(2)로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 진동 절연 장치(10)는 로어플레이트(20)와 어퍼플레이트(30) 간(間)의 상호 진동 절연(vibration isolation, 振動絶緣)하는 역할을 한다.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치(10)는 정적(靜的)인 상태에서 기기(2)의 무게를 제대로 지탱하기 위하여 강성(stiffness)이 큰 스프링을 사용하지만, 동적(動的)인 상태에서 음의 강성 (negative stiffness)을 발생시키도록 자석(magnet)을 배치하여 부드러운 스프링 효과를 가지게 함으로써 진동 절연 성능을 높인다.
여기서, '부드러운 스프링'은 스프링의 탄성계수(k)가 비교적 작음을 의미한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치(10)는 어퍼자석부재(40), 로어자석부재(50), 어퍼탄성부재(60), 로어탄성부재(70) 및 중간질량부(80)를 포함한다.
어퍼자석부재(40)는 어퍼플레이트(30)의 하측에 고정된다. 이때, 어퍼자석부재(40)는 특정 극성(極性)을 띄는 자성(磁性)을 갖게 됨에 따라 어퍼플레이트(30)의 하측면에 단순 부착될 수도 있고, 볼팅 등 다양한 방식에 의해 고정 설치될 수도 있다.
물론, 어퍼자석부재(40)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.
그리고, 로어자석부재(50)는 로어플레이트(20)의 상측에 고정된다. 이때, 로어자석부재(50)는 특정 극성을 띄는 자성을 갖게 됨에 따라 로어플레이트(20)의 상측면에 단순 부착될 수도 있고, 볼팅 등 다양한 방식에 의해 고정 설치될 수도 있다.
특히, 어퍼플레이트(30)와 로어플레이트(20)가 상하방향 또는 좌우방향으로 서로 대향하게 배치됨으로써, 어퍼자석부재(40)와 로어자석부재(50)는 대향하게 배치됨과 아울러 완전히 포개지게 배열된다.
아울러, 어퍼플레이트(30)와 로어플레이트(20)는 상하방향 또는 좌우방향 등 다양한 방향으로 배치될 수 있으나, 수직방향으로 일직선상에 배치됨이 바람직하다. 이는, 인력을 발생하는 자력의 최대화 및 다단 탄성 지지의 최대화를 통해 진동 절연 효과를 극대화하기 위함이다.
물론, 로어자석부재(50)는 다양한 형상으로 변형 가능하다. 이때, 어퍼자석부재(40)와 로어자석부재(50)는 영구자석이나 전자석 등 다양하게 적용 가능하다.
한편, 어퍼탄성부재(60)는 어퍼자석부재(40)에 연결되고, 고유한 탄성계수(k1) 값을 갖는 탄성체(彈性體)이다. 특히, 어퍼탄성부재(60)는 어퍼자석부재(40)에 끼워져 구속되는 등 다양한 방식에 의해 어퍼자석부재(40)에 연결된다. 이때, 어퍼탄성부재(60)는 로어플레이트(20) 방향을 향하게 구비된다. 물론, 어퍼탄성부재(60)는 어퍼플레이트(30)에 다양한 방식으로 연결될 수도 있다. 아울러, 어퍼탄성부재(60)의 탄성계수 값과 개수 및 길이(L1)는 한정하지 않는다. 여기서, 어퍼탄성부재(60)의 길이(L1)는 정적 상태에서 어퍼자석부재(40)와 어퍼미들자석부재(86)의 거리와 동일하다.
또한, 로어탄성부재(70)는 로어자석부재(50)에 연결되고, 고유한 탄성계수(k2) 값을 갖는 탄성체이다. 특히, 로어탄성부재(70)는 로어자석부재(50)에 끼워져 구속되는 등 다양한 방식에 의해 로어자석부재(50)에 연결된다. 이때, 로어탄성부재(70)는 어퍼플레이트(30) 방향을 향하게 구비된다. 물론, 로어탄성부재(70)는 로어플레이트(20)에 다양한 방식으로 연결될 수도 있다. 아울러, 로어탄성부재(70)의 탄성계수 값과 개수 및 길이(L2)는 한정하지 않는다. 여기서, 로어탄성부재(70)의 길이(L2)는 정적 상태에서 로어자석부재(50)와 로어미들자석부재(84)의 거리와 동일하다.
이때, 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)는 코일 스프링, 판 스프링, 고무, 공기스프링 등 모든 종류의 탄성체를 적용할 수 있다.
중간질량부(80)는 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)를 연결하도록 배치되어, 자력(磁力)에 의해 정적상태에서 평형을 유지하며, 동적상태에서 진동절연(vibration isolation) 기능 증대를 위해 음의 강성(negative stiffness)을 부여하는 역할을 한다.
중간질량부(intermediate mass member,80)는 미들매스(middle mass,mi,82), 로어미들자석부재(84) 및 어퍼미들자석부재(86)를 포함한다.
미들매스(82)는 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70) 사이에 배치되어, 다단(多段)으로 로어플레이트(20)와 어퍼플레이트(30) 간의 상호 진동절연 기능을 하는 중간질량체이다.
특히, 미들매스(82)는 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70) 사이의 로어미들자석부재(84)와 어퍼미들자석부재(86)의 무게(weight)를 포함하게 된다.
이때, 중간질량부(80)는 다수 개 구비될 수 있으나, 편의상, 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70) 사이에 한 개 구비되는 것으로 도시한다. 그래서, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 2-자유도 시스템을 갖게 된다. 즉, 기기(2)의 무게는 위쪽의 어퍼탄성부재(60)와 아래쪽의 로어탄성부재(70) 모두에 의하여 탄성적으로 지탱되는 구조이다.
그리고, 로어미들자석부재(84)는 미들매스(82)의 하측에 구비되고, 로어탄성부재(70)에 연결되어 탄성적으로 지지되며, 로어자석부재(50)와 상호 인력(引力,Fm1)을 발생한다.
아울러, 어퍼미들자석부재(86)는 미들매스(82)의 상측에 구비되고, 어퍼탄성부재(60)에 연결되며, 어퍼자석부재(40)와 상호 인력(Fm2)을 발생한다.
따라서, 어퍼자석부재(40)와 어퍼미들자석부재(86) 간의 인력 및 로어자석부재(50)와 로어미들자석부재(84) 간의 인력이 동시에 발생하게 됨으로써, 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)의 고유한 탄성계수는 상쇄된다.
이때, 어퍼자석부재(40), 로어자석부재(50), 로어미들자석부재(84) 및 어퍼미들자석부재(86)는 동일한 자력을 발생할 수도 있고, 서로 다른 자력을 발생할 수도 있다.
이때, 로어미들자석부재(84)와 어퍼미들자석부재(86)는 미들매스(82)에 단순히 자력에 의해 부착될 수도 있고, 볼팅 등 다양한 방식에 의해 고정될 수도 있다. 그리고, 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)는 대응되는 어퍼미들자석부재(86)와 로어미들자석부재(84)에 다양하게 방식에 의해 연결 고정된다. 물론, 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)는 미들매스(82)에 연결될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 어퍼자석부재(40)와 어퍼미들자석부재(86) 간의 인력 및 로어자석부재(50)와 로어미들자석부재(84) 간의 인력을 이용하여, 강성(k)이 큰 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)의 특성을 '부드러운 스프링'으로 변화시킴과 동시에 중간질량부(80)가 진동을 흡수하는 복합적인 매커니즘이다.
더욱 상세히, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 정적인 상태에서 미들매스(82) 위측에 위치한 어퍼자석부재(40)와 어퍼미들자석부재(86) 간의 인력 및 미들매스(82)의 아래측에 위치한 로어자석부재(50)와 로어미들자석부재(84) 간의 인력으로 인해 위아래의 자력이 서로 상쇄되어 평형상태를 유지함에 따라 자력에 의한 영향은 없으며 강한 일반 스프링(k1,k2)에 의하여 기기(2)를 충분히 지탱할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 동적인 상태에서 위아래 자력의 크기가 다르며, 이때 발생된 불균형 자력을 통해 음의 강성(negative stiffness) 효과로 나타내게 됨으로써, 미들매스(82)가 부드럽게 움직일 수 있게 되어 전체적으로 부드러운 스프링 효과를 가져와서 진동 절연 효과를 상승시키게 된다.
이때, 동적인 상태에서 부드러운 스프링 효과가 나타나더라도, 미들매스(82) 위측에 위치한 어퍼자석부재(40)와 어퍼미들자석부재(86) 간의 인력 및 미들매스(82)의 아래측에 위치한 로어자석부재(50)와 로어미들자석부재(84) 간의 인력에 의한 자력은 각각 서로 상쇄되기 때문에 일반 스프링에 의한 기기(2)를 지탱하는 성능에는 영향이 미치지 않게 된다.
물론, 어퍼자석부재(40), 어퍼미들자석부재(86), 로어자석부재(50) 및 로어미들자석부재(84)가 수평방향으로 나란하게 배치되더라도 상술한 바와 같은 동일한 작용을 하게 된다. 즉, 강한 일반 스프링을 사용하여 절대 변위를 작게 하면서도 진동절연의 효과는 상승된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 절연 효과를 높이기 위해서 스프링의 강성과 관계되는 탄성계수(k) 값을 줄일 필요가 없게 되고, 이에 따라, 절연 효과를 감소시키지 않으면서도 강성이 큰 스프링을 사용하여 기기(2)의 무게를 충분히 지탱할 수 있게 된다. 그리고, 자석의 인력으로 인한 부드러운 스프링 효과를 이용하여 진동 절연 효과가 크게 향상된다.
특히, 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)는 자력을 이용하는 것을 기본 원리로 하기 때문에 중간질량부(intermediate mass member,80)에 포함되는 미들매스(82)가 매우 작아도 충분한 고주파의 절연효과를 나타낼 수 있게 된다.
한편, 하기의 운동방정식은 본 발명에 따른 진동 절연 장치(10)의 복합 메커니즘을 나타낸다.
즉, 진동 절연 장치(10)의 운동방정식은,
Figure 112011010486409-pat00003
을 만족하게 된다.
여기서, u는 바닥의 진동을 나타내고, mi는 미들매스(중간질량)를 나타내며,x는 기기의 시간에 대한 변위를 의미한다.
그리고, xi는 미들매스 질량의 진동(변위)을 나타내고, k1은 어퍼탄성부재의 탄성계수를 의미하며, k2는 로어탄성부재의 탄성계수를 의미한다.
아울러, m은 기기(equipment)의 질량을 나타내며, Fm_net은 기기 질량에 작용하는 순수 자력 즉 자력에 의하여 추가로 발생한 기기의 정적처짐(δ)의 영향을 뺀 순수 자력을 의미하고, Fm1은 미들매스 위쪽으로 작용하는 자력을 나타냄과 아울러, Fm2는 미들매스 아래쪽으로 작용하는 자력을 나타낸다.
상술한 수식에서 고려되는 질량은 기기의 질량과 중간질량 등 두 개로 이루어져, 두 개의 2차 미분방정식이 연립되어 있는 연립 2차 미분방정식으로 나타나게 된다.
그래서, 전체적인 운동 현상은, 바닥의 진동(u)이 자력에 의한 부드러운 스프링 효과에 의하여 상대적으로 자유롭게 운동할 수 있는 중간질량(mi)에 의하여 1차적으로 흡수된 다음 최종적으로 기기 질량(m)에 전달된다.
따라서, 바닥의 진동(u)이 기기 질량(m)에 직접 전달되지 않고, 중간에 중간질량(mi)에 의하여 진동이 흡수되도록 하는 것이다.
또한, 상술한 수식에 의하여 중간질량이 부드럽게 운동하는 원리는 다음과 같다.
먼저, 자력이 없는 경우(Fm_net = Fm1 = Fm2 = 0)에, 중간질량에 직접적으로 가해지는 강성과 관계되는 탄성계수는 k1 + k2가 된다.
그리고, 자력이 있는 경우에는 중간질량 위아래로 작용하는 자력의 합이 음의 강성 효과를 나타내게 된다. 즉, 중간질량에 직접적으로 가해지는 강성은 다음과 같다.(u = x = 0을 기준으로 나타냄)
즉, 중간질량 즉 미들매스(82)에 가해지는 어퍼탄성부재(60)와 로어탄성부재(70)의 강성은, 작용하는 자력에 의해
Figure 112011010486409-pat00004
을 만족하게 된다.
여기서, "[d(Fm1 - Fm2)]/dxi"는 항상 양의 값을 가지게 됨에 따라 전체적으로 이 양 만큼 감소된 강성이 중간질량에 작용하게 되어 자력이 없는 경우 보다 부드럽게 움직이게 된다.
결과적으로, 바닥진동은 부드러워진 중간질량에 먼저 전달되고, 중간질량이 진동하면서(자력이 없는 경우보다 상대적으로 많은) 진동에너지를 흡수한 뒤 기기 질량에 전달되게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
2: 기기(equipment) 10: 진동 절연 장치
20: 로어플레이트 30: 어퍼플레이트
40: 어퍼자석부재 50: 로어자석부재
60: 어퍼탄성부재 70: 로어탄성부재
80: 중간질량부(intermediate mass member)
82: 미들매스(middle mass) 84: 로어미들자석부재
86: 어퍼미들자석부재

Claims (4)

  1. 바닥에 접하는 로어플레이트와 기기의 하측을 지지하는 어퍼플레이트 간의 상호 진동 전달을 차단하기 위한 진동 절연 장치로서,
    상기 어퍼플레이트의 하측에 고정되고 특정 극성을 띄는 어퍼자석부재;
    상기 로어플레이트의 상측에 고정되고, 특정 극성을 띄는 로어자석부재;
    상기 어퍼자석부재에 연결되고, 고유한 탄성계수를 갖는 어퍼탄성부재;
    상기 로어자석부재에 연결되고, 고유한 탄성계수를 갖는 로어탄성부재; 및
    상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재를 연결하도록 배치되어, 자력에 의해 정적상태에서 평형이 유지되며, 동적상태에서 진동절연(vibration isolation) 기능 증대를 위해 음의 강성(negative stiffness)을 부여하는 중간질량부를 포함하고,
    상기 어퍼자석부재는 상기 중간질량부에 대해 인력(引力,Fm1)이 발생되며,
    상기 로어자석부재는 상기 중간질량부에 대해 인력(Fm2)이 발생되고,
    운동방정식은,
    Figure 112012050784944-pat00009

    (여기서, 바닥의 진동:u, 중간질량:mi, 기기의 시간에 대한 변위:x, 미들매스 질량의 진동(변위):xi, 어퍼탄성부재의 탄성계수:k1, 로어탄성부재의 탄성계수:k2, 기기의 질량:m, 기기 질량에 작용하는 순수 자력(자력에 의하여 추가로 발생한 기기의 정적처짐(δ)의 영향을 뺌):Fm_net, 미들매스 위쪽으로 작용하는 자력을 Fm1, 미들매스 아래쪽으로 작용하는 자력을 Fm2)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중간질량부는,
    상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재 사이에 배치되어 다단(多段)으로 상기 로어플레이트와 상기 어퍼플레이트 간의 상호 진동절연 기능을 하는 미들매스(middle mass);
    상기 미들매스의 하측에 구비되고, 상기 로어탄성부재에 연결되어 탄성적으로 지지되며, 상기 로어자석부재와 인력(引力)을 발생하는 로어미들자석부재; 및
    상기 미들매스의 상측에 구비되고, 상기 어퍼탄성부재에 연결되며, 상기 어퍼자석부재와 인력을 발생함으로써 상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재의 고유한 탄성계수를 감쇄(減殺)하는 어퍼미들자석부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미들매스에 가해지는 상기 어퍼탄성부재와 상기 로어탄성부재의 강성은, 작용하는 자력에 의해
    Figure 112012050784944-pat00006

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 진동 절연 장치.
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