KR101199162B1 - 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편심질량체를 이용한 진동 저감 장치에 관한 것이며, 그 목적은 편심질량체의 회전축 위치를 가변시킴으로서, 다양한 방향의 진동특성에 대응하여 유연한 진동 저감을 만족할 수 있는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 진동원을 포함하는 구조물에 연결되는 본체와, 상기 본체에 축설되어 편심질량체를 갖는 하나 이상의 회전축, 및 상기 회전축을 회전시키는 구동수단으로 이루어진 진동 저감 장치를 구성하되; 상기 진동 저감 장치의 본체는, 상기 구조물에 설치되어 진동 저감 장치의 회전축에 직교하는 구동축을 갖는 회전구동부의 출력단에 결합되어, 상기 편심질량체를 갖는 회전축을 위치 이동시키며, 구조물에서 발생되는 방향별 진동원에 대하여 진동 저감을 유연하게 구현할 수 있는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치{3-Axis controlable vibration compensator}

본 발명은 진동원을 포함하는 구조물에 설치되어 발생된 진동을 상쇄시키는 진동 저감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일 회전축에 설치되는 한 쌍의 편심질량체를 이용하여 공간(X, Y ,Z)상에서 불특정하게 발생되는 진동특성을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치에 관한 것이다.

건축물, 기계, 선박 등 보강이 어려운 높은 구조물에 진동이 크게 일어나는 경우 이와 같은 진동을 줄이기 위해 진동 저감 장치가 사용된다.

특히, 선박의 경우 운항 중에 주기관, 프로펠러 등의 작동 가진력으로 인하여 선체 진동이 발생하게 되는데, 이와 같은 선체의 진동은 승무원의 편의와 안락함을 저해하고, 전자기기 등의 이상 작동을 유발할 수 있으며, 또 선체 피로 파손을 일으키는 원인이 될 수 있다.

이처럼 높은 구조물에 발생하는 진동을 저감하기 위해 회전형 편심질량체와, 이 편심질량체를 회전시키는 회전수단으로 이루어진 진동 저감 장치가 제시되고 있다. 즉, 도 1은 이상과 같이 회전형 편심질량체에 의한 종래의 진동 저감 장치를 보이는 것으로, 구동수단(미 도시)에 의해 상호 반대방향으로 회전하는 회전축(2)에 각각 편심 결합되는 편심질량체(3)(4)로 이루어지고 있다.

이상과 같이 회전축(2)에 각각 결합되는 편심질량체(3)(4)들을 나란히 2개 구비함으로서, 이러한 편심질량체(3)(4)의 위치에 따른 합력 성분의 힘을 변화시킴으로서 전체적으로 가변형 진동 저감 장치를 구현하고 있다. 즉, 이렇게 2개의 편심질량체(3)(4)를 통한 합력 성분의 다양한 변화로서, 구조물에서 발생한 방향별 진동에너지에 대하여 유연한 진동제어를 구현할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 이러한 종래 가변형 진동 저감 장치는, 편심질량체(3)(4)의 회전축에 대한 수직한 평면 영역 하에서만 진동제어를 구현할 수 있는 것으로, 진동 저감을 위한 2차원 영역만을 진동 저감을 위한 대상영역으로 한정하여 설치 구성된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 해당 구조물의 수직면(Z-Y축)에 대한 진동 저감을 만족하기 위해서는 (a) 도면에서와 같이 진동 저감 장치의 회전축(2)을 X축으로 설치 구성하고, 혹은 구조물의 수직면(Z-X축)에 대한 진동 저감을 만족하기 위해서는 (b) 도면에서와 같이 진동 저감 장치의 회전축(2)을 Y축으로 설치 구성하여, 진동 저감을 위한 대상영역에 따라 진동 저감 장치의 개수 및 그 설치 위치를 초기에 미리 설정하여 설계하여야 했다. 이로 인하여 초기 설계 시 반영되지 못한 불특정한 진동특성이 발생되는 경우에는 편심질량체의 회전축을 달리하는 별도의 진동 저감 장치를 추가 구성한다거나 혹은 기존의 진동 저감 장치를 제거하고 새로운 진동특성을 갖는 진동 저감 장치를 새롭게 설치 구성하여야 하는 불편함이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 편심질량체의 회전축 위치를 가변시킴으로서, 다양한 방향의 진동특성에 대응하여 유연한 진동 저감을 만족할 수 있는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 진동원을 포함하는 구조물에 연결되는 본체와, 상기 본체에 축 결합되며 축 상에 편심질량체를 구비하는 하나 이상의 회전축, 및 상기 각 회전축을 회전시키는 구동수단으로 이루어진 진동 저감 장치에 있어서,

상기 본체는 상기 회전축에 직교하는 구동축에 의해 상기 구조물과 연결 구성되고,
상기 구동축을 소정 각도로 회전시키는 회전구동부를 포함하여 구성하여,
상기 회전구동부의 작동으로 상기 본체에 축 결합된 편심질량체의 회전축을 소정 각도로 회전 이동시키며, 구조물에서 발생되는 방향별 진동원에 대하여 유연한 진동 저감을 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 편심질량체의 회전축을 위치 이동시켜 편심질량체에 의한 가진력 발생방향을 임의로 조정할 수 있어, 하나의 진동 저감 장치를 통하여 구조물에 대하여 다양한 방향에서 작용하는 진동원에 유연한 진동 저감 성능을 만족시킬 수 있으며, 초기 설계되었던 진동 저감 장치로부터 불특정한 방향의 진동원이 발생되는 경우에도 별도의 진동 저감 장치를 추가 하거나 설계 변경할 필요 없이 하나의 진동 저감 장치를 이용하여 다양한 방향의 진동수준을 효과적으로 저감시킬 수 있는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 편심질량체를 이용한 진동 저감 장치의 개념도
도 3은 본 발명에 따른 진동 저감 장치를 보이는 측면예시도
도 4는 본 발명에 따른 진동 저감 장치의 작동을 보이는 평면 개략도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 진동 저감 장치의 작동 개념도

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 진동 저감 장치를 보이는 측면 예시도로서, 본 발명에 따른 진동 저감 장치는, 편심질량체(7)의 회전축(6)의 위치를 가변시켜 구조물(1)에서 발생되는 진동원의 방향별 진동특성에 대응하여 편심질량체(7)에 의한 가진력의 방향을 가변시킬 수 있는 수단을 포함하는 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 의한 진동 저감 장치는, 진동원을 포함하는 구조물(1)에 연결되는 본체(5)와, 상기 본체(5)에 축설되어 편심질량체(7)를 갖는 하나 이상의 회전축(6), 및 상기 회전축(6)을 회전시키는 구동수단(8)을 포함한다.

이때, 구조물(1)에 설치되어 상기 진동 저감 장치의 본체(5)를 회전시키는 회전구동부(9)를 포함한다. 상기 진동 저감 장치의 본체(5)를 지지하는 회전구동부(9)의 구동축(10)은 상기 편심질량체(7)를 갖는 회전축(6)과 직교하여 배치된다.

이러한 회전구동부(9)는 유압모터 혹은 전동모터로 이루어질 수 있다.

이렇게 회전구동부(9)에 의해 조정된 본체(5)의 회전위치는 On/Off가 가능한 전자석(electric magnetic)이나 유압을 이용한 회전위치 고정장치(11)를 이용하여 위치를 유지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 진동 저감 장치의 작동을 보이는 평면 개략도이며, 함께 도시된 좌표는 구조물(1)을 기준으로 하는 고정좌표계이다. 먼저 (a) 도면은 본 발명에 따른 진동 저감 장치의 회전축(6)은 구조물(1)의 X축과 나란히 배치된 상태를 보이고 있으며, 이러한 상태에서 진동 저감 장치는 편심질량체(7)의 회전위치에 따라 구조물(1)의 Y-Z축 평면을 진동 저감 영역으로 하고 있다. 즉, 구조물(1)의 Y-Z축 평면 영역에서 작용하는 진동원에 대응하는 가진력을 발생시키며 구조물(1)의 Y-Z축 평면에 대한 진동 저감을 구현하게 된다.

한편, (b) 도면은 본 발명에 따른 진동 저감 장치의 회전구동부(9)를 통하여 진동 저감 장치의 회전축(6)이 구조물(1)의 Y축과 나란히 배치되게 회전된 상태를 보이고 있으며, 이러한 상태에서 진동 저감 장치는 편심질량체(7)의 회전위치에 따라 구조물(1)의 Z-X축 평면을 진동 저감 영역으로 하게 된다. 즉, 구조물(1)의 Z-X축 평면 영역에서 작용하는 진동원에 대응하는 가진력을 발생시키며 구조물(1)의 Z-X축 평면에 대한 진동 저감을 구현하게 되는 것이다.

물론 본 발명에 따른 회전구동부(9)를 구비하는 진동 저감 장치는, 전술한 구조물(1)의 Y-Z축 평면 영역과, Z-X축 평면 영역에 대하여 복합적인 진동 특성이 발생되는 경우라 하더라도, 본 발명에 따른 회전구동부(9)를 작동시켜, 회전축(6)의 회전 정도에 따라 구조물(1)의 Y-Z축 평면과, Z-X축 평면 영역에 대하여 복합적으로 발생되는 진동원에 대하여 유연한 진동 저감 효과를 기대할 수 있는 것이다.

다시 말해 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이, Y-Z축 평면이나, Z-X축 평면 방향의 진동 가진력 벡터 뿐만 아니라, 회전구동부(9)에 의한 회전조정으로부터, 도시된 구면좌표기준에서와 같이 어떠한 방향의 가진력 벡터에 대해서도 반대 위상의 가진력을 발생시켜 진동을 저감할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 편심질량체(6)에 의한 가진력 발생 영역을 가변시킬 수 있는 회전구동부(9)를 포함하는 진동 저감 장치는 불특정한 진동원에 의한 진동특성을 발생시키는 구조물(1)에 적용되어, 불특정한 방향성을 갖는 진동원에 대응하여 진동 저감 장치의 가진력 방향을 유연하게 가변시킬 수 있어, 다수개의 진동 저감 장치를 구현할 필요 없이 하나의 진동 저감 장치를 이용하여 다양한 진동특성 환경에 놓인 구조물의 진동 저감을 만족할 수 있는 것이다.

바람직하게 본 발명에 따른 진동 저감 장치는 전술한 바와 같이, 다양한 외부 변수로 인하여 불특정한 방향성을 갖는 진동원을 포함하는 구조물인, 선박용 대형엔진 혹은 선박의 거주구에 설치 구성됨을 권장한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 구조물
(2) : 회전축
(3), (4) : 편심질량체
(5) : 본체
(6) : 회전축
(7) : 편심질량체
(8) : 구동수단
(9) : 회전구동부
(10) : 구동축
(11) : (회전위치) 고정장치

Claims (2)

1. 진동원을 포함하는 구조물(1)에 연결되는 본체(5)와, 상기 본체(5)에 축 결합되며 축 상에 편심질량체(7)를 구비하는 하나 이상의 회전축(6), 및 상기 각 회전축(6)을 회전시키는 구동수단(8)으로 이루어진 진동 저감 장치에 있어서,
   상기 본체(5)는 상기 회전축(6)에 직교하는 구동축(10)에 의해 상기 구조물(1)과 연결 구성되고,
   상기 구동축(10)을 소정 각도로 회전시키는 회전구동부(9)를 포함하여 구성하여,
   상기 회전구동부(9)의 작동으로 상기 본체(5)에 축 결합된 편심질량체(7)의 회전축(6)을 소정 각도로 회전 이동시키며, 구조물(1)에서 발생되는 방향별 진동원에 대하여 유연한 진동 저감을 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조물(1)은, 선박의 거주구 혹은 선박 엔진인 것을 특징으로 하는 3축 방향 제어 가능한 진동 저감 장치.

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