KR101343826B1 - 진동 및 충격 절연계 - Google Patents

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정호경
윤세현
이대은
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한국과학기술원
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Abstract

진동 및 충격 절연계는 절연 부재 및 압축 부재를 포함한다. 절연 부재는 진동원과 절연 대상물을 연결한다. 압축 부재는 상기 진동원으로부터 상기 절연 부재로 인가되는 진동에 따라 상기 절연 부재에 압축 변위를 제공하여, 상기 절연 부재의 강성을 변화시킨다. 따라서, 형상기억 와이어를 이용하는 간단한 방식으로 특정값으로 설계된 절연계의 설계 주파수를 간단히 변화시킬 수 있어서, 간단한 방식으로 진동의 증폭 현상을 억제시킴으로써, 구조 안정성을 확보하고 효율적인 진동 절연을 구현할 수 있다. 또한, 시스템 구성이 매우 간단하여, 신뢰성 및 내구성이 높은 장점이 있다.

Description

진동 및 충격 절연계{VIBRATION AND SHOCK ISOLATOR}
본 발명은 진동 및 충격 절연계에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 진동원으로부터 절연 대상물로 전달되는 진동 및 충격을 완화시키는 진동 및 충격 절연계에 관한 것이다.
일반적으로 진동 및 충격 절연계는 진동하는 질량과 진동원 사이에 배치된 탄성 절연부재를 포함한다. 절연계의 절연 성능은 절연 부재의 강성과 진동하는 질량의 상관관계에 의해 결정된다. 절연계의 고유진동수는 절연 부재의 강성에 비례하고, 진동원의 질량에 반비례한다. 이러한 절연계의 고유 진동수가 절연계의 설계 주파수가 된다.
절연계의 전달률(transmissibility) 또는 전달비(Tr, Transmission ratio)는 가진력의 크기에 대한 총 전달력의 크기의 값으로 표현된다. 주파수 영역에서의 절연은 설계주파수의 1.414배 이상일 때, 전달된 힘이 가진력보다 작아져서 진동 절연효과를 나타내게 된다. 하지만, 설계 주파수 근처의 영역에서는 오히려 가진력보다 전달된 힘이 더욱 증가하는 현상이 발생하여 진동을 오히려 증폭시킨다. 그러므로, 진동 절연계의 설계 시 진동원의 특성을 명확하게 파악하여 절연 시스템의 고유진동수를 설정하여야 한다.
그러나, 대부분의 진동현상은 가진 주파수가 변화하는 경우가 많으며, 이러한 경우 특정 주파수 대역에서 가진력이 증폭되는 현상을 피할 수 없다. 예를 들어서, 우주 발사체의 경우 발사 후 임무수행까지 여러 가지 진동 및 충격 환경을 경험하게 되는데, 발사 직후부터 대기권 영역에서는 공력하중에 의한 100Hz 이하의 가진 특성을, 이후 페어링 분리 단 분리등의 시점에서는 200Hz ~ 10000Hz 의 가진 특성을 보여주고 있다. 진동 및 충격 절연을 위한 절연계의 설계주파수가 가진 주파수와 일치할 경우 매우 큰 진동 증폭현상이 발생하게 된다. 특히, 이러한 증폭현상이 저주파수 영역에 나타날 경우 구조물의 큰 진동변위를 유발시켜 구조 안정성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
그러므로, 특정 가진이 절연시스템의 설계 주파수와 근접한 경우, 절연 부재의 강성을 변화 시킬 수 있다면 절연시스템의 설계 주파수를 변화시킬 수 있고, 이를 통해 진동의 증폭현상을 피하여 구조 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 절연부재는 고무와 같이 자체 감쇠가 있는 탄성 부재, 와이어를 메쉬 형태로 구성한 탄성체 등이 주로 사용되는데, 이러한 부재의 경우 압축량에 따른 강성이 이상적인 스프링과 같이 일정하지 않고, 압축-인장 변위에 따라 비선형적으로 변화한다.
본 발명은 상기와 같은 진동 증폭에 의한 구조 안정성 문제를 해결하여 효율적으로 충격 및 진동을 저감시킬 수 있는 진동 및 충격 절연계를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 진동 및 충격 절연계는 절연 부재 및 압축 부재를 포함한다. 절연 부재는 진동원과 절연 대상물을 연결한다. 압축 부재는 상기 진동원으로부터 상기 절연 부재로 인가되는 진동에 따라 상기 절연 부재에 압축 변위를 제공하여, 상기 절연 부재의 강성을 변화시킨다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압축 부재는 기 설정된 온도에서 수축되어 상기 절연 부재에 상기 압축 변위를 제공하는 형상기억 와이어; 및 상기 형상기억 와이어로 전류를 제공하여 상기 형상기억 와이어에 상기 설정 온도를 부여하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 형상기억 와이어는 상기 절연 부재의 외주면에 권취될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 상기 절연 부재의 외주면에 권취될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 절연 부재의 외주면에 권취될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압축 부재는 상기 절연 부재의 제 1 면에 부착된 제 1 압축판; 및 상기 제 1 면의 반대측인 상기 절연 부재의 제 2 면에 부착된 제 2 압축판을 더 포함할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 제 1 압축판과 상기 제 2 압축판 사이에 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하고, 상기 제 2 면은 상기 절연 대상물을 향할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하는 방향과 직교하는 방향을 향할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 절연계는 상기 절연 부재의 외주면에 권취되어, 상기 절연 부재의 형상 복귀를 보조하는 스프링을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 절연계는 상기 진동원과 상기 절연 부재를 연결하는 제 1 연결 부재; 및 상기 절연 대상물과 상기 절연 부재를 연결하는 제 2 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 진동 및 충격 절연계는 절연 부재, 제 1 연결 부재, 제 2 연결 부재, 형상기억 와이어 및 컨트롤러를 포함한다. 절연 부재는 진동원과 절연 대상물 사이에 배치된다. 제 1 연결 부재는 상기 진동원과 상기 절연 부재를 연결한다. 제 2 연결 부재는 상기 절연 대상물과 상기 절연 부재를 연결한다. 형상기억 와이어는 기 설정된 온도에서 수축되어 상기 절연 부재에 압축 변위를 제공하여, 상기 절연 부재의 강성을 변화시킨다. 컨트롤러는 상기 형상기억 와이어로 전류를 제공하여 상기 형상기억 와이어에 상기 설정 온도를 부여한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 상기 절연 부재의 외주면에 권취될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 절연 부재의 외주면에 권취될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 절연계는 상기 절연 부재와 상기 제 1 연결 부재 사이에 개재된 제 1 압축판; 및 상기 절연 부재와 상기 제 2 연결 부재 사이에 개재된 제 2 압축판을 더 포함할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 제 1 압축판과 상기 제 2 압축판 사이에 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하고, 상기 제 2 면은 상기 절연 대상물을 향할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하는 방향과 직교하는 방향을 향할 수 있다. 상기 형상기억 와이어는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 절연계는 상기 절연 부재의 외주면에 권취되어, 상기 절연 부재의 형상 복귀를 보조하는 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 형상기억 와이어를 이용하는 간단한 방식으로 특정값으로 설계된 절연계의 설계 주파수를 간단히 변화시킬 수 있어서, 간단한 방식으로 진동의 증폭현상을 억제시킴으로써, 구조 안정성을 확보하고 효율적인 진동 절연을 구현할 수 있다. 또한, 시스템 구성이 매우 간단하여, 신뢰성 및 내구성이 높은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 10은 도 3의 절연계의 절연 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계(100)는 절연 부재(110), 제 1 연결 부재(120), 제 2 연결 부재(122) 및 압축 부재를 포함한다.
절연 부재(110)는 진동원(V)과 절연 대상물(M) 사이에 배치된다. 절연 부재(110)는 진동원(V)을 향하는 제 1 면(112), 및 절연 대상물(M)을 향하는 제 1 면(112)의 반대측인 제 2 면(114)을 갖는다. 본 실시예에서, 절연 부재(110)는 대략 원통 형상을 갖는다.
본 실시예에서, 절연 부재(110)는 탄성과 자체 감쇠 특성을 갖는다. 따라서, 절연 부재(110)는 진동원(V)으로부터 발생되어 절연 대상물(M)으로 전달되는 진동과 충격을 절연시킨다. 예를 들어서, 절연 부재(110)는 탄성체(elastomer)를 포함할 수 있다. 또는, 절연 부재(110)는 메쉬 형상을 가질 수도 있다.
제 1 연결 부재(120)는 절연 부재(110)와 진동원(V)을 연결시킨다. 따라서, 제 1 연결 부재(120)는 진동원(V)에 연결된 하단, 및 절연 부재(110)의 제 1 면(112)에 연결된 상단을 갖는다. 본 실시예에서, 제 1 연결 부재(120)는 나사 형상을 가져서, 절연 부재(110)와 진동원(V)에 나사 결합될 수 있다.
제 2 연결 부재(122)는 절연 부재(110)와 절연 대상물(M)을 연결시킨다. 따라서, 제 2 연결 부재(122)는 절연 부재(110)의 제 2 면(114)에 연결된 하단, 및 절연 대상물(M)에 연결된 상단을 갖는다. 본 실시예에서, 제 2 연결 부재(122)는 제 1 연결 부재(120)와 실질적으로 동일한 형상 및 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 연결 부재(122)는 절연 부재(110)와 절연 대상물(M)에 각각 나사 결합될 수 있다.
압축 부재는 진동원(V)으로부터 절연 부재(110)로 인가되는 진동에 따라, 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공하여, 절연 부재(110)의 강성을 변화시킨다. 구체적으로, 절연계(100)는 고유 진동수를 갖는다. 진동원(V)으로부터 절연 부재(110)으로 인가되는 진동의 주파수가 절연계(100)의 고유 진동수에 근접하게 되면, 진동은 절연계(100)에서 절연되지 않고 오히려 증폭된다. 이를 방지하기 위해서, 압축 부재는 절연 부재(110)의 강성을 변화시켜서 절연계(100)의 고유 진동수를 변하도록 함으로써, 진동의 증폭 현상을 방지한다. 본 실시예에서, 압축 부재는 형상기억 와이어(130) 및 컨트롤러(140)를 포함한다.
형상기억 와이어(130)는 기 설정된 특정 온도(Af-Austenite finish temperature)에서 수축하도록 원래 형상이 기억되어 있다. 따라서, 상기 설정된 특정 온도를 형상기억 와이어(130)에 부여하게 되면, 형상기억 와이어(130)는 원래 형상으로 수축됨으로써, 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공하게 되어, 절연 부재(110)의 강성을 변화시킨다.
본 실시예에서, 형상기억 와이어(130)는 절연 부재(110)의 외주면에 권취된다. 특히, 형상기억 와이어(130)는 진동원(V)으로부터 절연 대상물(M)로 진동과 충격이 전달되는 방향인 제 1 방향을 따라 절연 부재(110)의 외주면에 권취된다. 따라서, 형상기억 와이어(130)는 제 1 방향을 따라 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공하게 된다. 형상기억 와이어(130)는 니켈-티타늄 계열의 합금, 니켈-티타늄-구리 계열의 합금 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 형상기억 와이어(130) 대신에 빔이나 봉 형상의 형상기억 합금이 사용될 수도 있다.
컨트롤러(140)는 형상기억 와이어(130)에 전기적으로 연결된다. 컨트롤러(140)는 형상기억 와이어(130)로 전류를 공급하여, 형상기억 와이어(130)에 상기 설정된 특정 온도를 부여한다.
진동원(V)에서의 입력 가진이 절연계(100)의 고유 진동수에 도달하면, 진동이 증폭될 수 있다. 이때, 컨트롤러(140)는 형상기억 와이어(130)로 전류를 공급한다. 전류가 공급된 형상기억 와이어(130)의 온도를 점진적으로 상승하여, 상기 설정된 특정 온도를 초과하게 된다. 그러면, 형상기억 와이어(130)는 원래 형상으로 수축되면서 매우 큰 복귀 응력을 발생시킨다. 이러한 복귀 응력에 의해서, 절연 부재(110)는 제 1 방향을 따라 압축 변위를 부여받게 됨으로써, 절연 부재(110)의 강성은 비선형적으로 증가하게 된다. 결과적으로, 절연계(100)의 고유 주파수가 상승하게 되어, 진동의 증폭이 억제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
본 실시예에 따른 절연계(100a)는 절연 부재와 형상기억 와이어를 제외하고는 도 1의 절연계(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 절연 부재(110a)의 제 1 면(112a)은 좌측을 향한다. 따라서, 제 1 면(112a)의 반대측인 절연 부재(110a)의 제 2 면(114a)은 우측을 향한다. 즉, 절연 부재(110a)의 제 1 면(112a)과 제 2 면(114a)은 제 1 방향과 실질적으로 직교하는 제 2 방향을 향한다. 여기서, 제 2 방향은 진동과 충격의 전달 방향과 실질적으로 직교하는 방향이다.
상기된 절연 부재(110a)의 배치에 따라, 형상기억 와이어(130a)도 제 2 방향을 따라 절연 부재(110a)의 외주면에 권취된다. 따라서, 형상기억 와이어(130a)는 제 2 방향으로 절연 부재(110a)에 압축 변위를 제공한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 절연계를 나타낸 측면도이다.
본 실시예에 따른 절연계(100b)는 형상기억 와이어의 배치 위치 및 제 1 및 제 2 압축판들을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1의 절연계(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 압축판(150)이 절연 부재(110)와 제 1 연결 부재(120) 사이에 개재된다. 즉, 제 1 압축판(150)은 절연 부재(110)의 제 1 면(112)에 고정된다. 본 실시예에서, 제 1 압축판(150)은 절연 부재(110)의 직경보다 긴 직경을 갖는 원판이다. 따라서, 제 1 압축판(150)의 가장자리는 절연 부재(110)로부터 노출된다.
제 2 압축판(152)이 절연 부재(110)와 제 2 연결 부재(122) 사이에 개재된다. 즉, 제 2 압축판(152)은 절연 부재(110)의 제 2 면(114)에 고정된다. 본 실시예에서, 제 2 압축판(152)은 제 1 압축판(150)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 제 2 압축판(152)의 가장자리도 절연 부재(110)로부터 노출된다.
형상기억 와이어(130b)는 제 1 및 제 2 압축판(150, 152)들의 가장자리들을 서로 연결시킨다. 즉, 형상기억 와이어(130b)는 제 1 방향을 따라 연장된다. 본 실시예에서, 형상기억 와이어(130b)는 절연 부재(110)의 외주면과 이격될 수 있다. 또한, 형상기억 와이어(130b)는 등간격으로 배열된 복수개일 수 있다.
본 실시예에서는, 형상기억 와이어(130b)가 절연 부재(110)에 직접적으로 접촉하지 않는다. 대신에, 형상기억 와이어(130b)는 제 1 및 제 2 압축판(150, 152)을 매개로 절연 부재(110)에 간접적으로 접촉된다. 따라서, 형상기억 와이어(130b)의 수축력은 제 1 및 제 2 압축판(150, 152)을 경유해서 절연 부재(110)로 전달되어, 제 1 방향으로 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 절연계를 나타낸 측면도이다.
본 실시예에 따른 절연계(100c)는 형상기억 와이어의 배치 위치 및 제 1 및 제 2 압축판들을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 2의 절연계(100a)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제 1 압축판(150c)이 절연 부재(110a)와 제 1 연결 부재(120) 사이에 개재된다. 즉, 제 1 압축판(150c)은 절연 부재(110a)의 제 1 면(112a)에 고정된다. 본 실시예에서, 제 1 압축판(150c)은 절연 부재(110a)의 직경보다 긴 직경을 갖는 원판이다. 따라서, 제 1 압축판(150c)의 가장자리는 절연 부재(110a)로부터 노출된다.
제 2 압축판(152c)이 절연 부재(110a)와 제 2 연결 부재(122) 사이에 개재된다. 즉, 제 2 압축판(152c)은 절연 부재(110a)의 제 2 면(114a)에 고정된다. 본 실시예에서, 제 2 압축판(152c)은 제 1 압축판(150c)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 제 2 압축판(152c)의 가장자리도 절연 부재(110a)로부터 노출된다.
형상기억 와이어(130c)는 제 1 및 제 2 압축판(150c, 152c)들의 가장자리들을 서로 연결시킨다. 즉, 형상기억 와이어(130c)는 제 2 방향을 따라 연장된다. 본 실시예에서, 형상기억 와이어(130c)는 절연 부재(110a)의 외주면과 이격될 수 있다. 또한, 형상기억 와이어(130c)는 등간격으로 배열된 복수개일 수 있다.
본 실시예에서는, 형상기억 와이어(130c)가 절연 부재(110a)에 직접적으로 접촉하지 않는다. 대신에, 형상기억 와이어(130c)는 제 1 및 제 2 압축판(150c, 152c)을 매개로 절연 부재(110a)에 간접적으로 접촉된다. 따라서, 형상기억 와이어(130c)의 수축력은 제 1 및 제 2 압축판(150c, 152c)을 경유해서 절연 부재(110a)로 전달되어, 제 2 방향으로 절연 부재(110a)에 압축 변위를 제공한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7의 절연계를 나타낸 측면도이다.
본 실시예에 따른 절연계(100d)는 스프링을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 3의 절연계(100b)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 스프링(160)이 절연 부재(110)의 외주면에 권취된다. 스프링(160)은 절연 부재(110)의 형상 복귀를 보조한다.
예를 들어서, 형상기억 와이어(130b)에 전류가 공급되지 않으면, 형상기억 와이어(130b)의 온도가 하강하게 된다. 따라서, 형상기억 와이어(130b)의 수축하려는 하중이 사라지게 된다. 이때, 절연 부재(110)가 원래 형상으로 복귀하려는 힘이 형상기억 와이어(130b)를 다시 신장시켜, 절연계의 초기 형상으로 되돌리게 되고, 이에 따라 절연계 주파수는 다시 처음의 값으로 낮아지게 된다.
그러나, 절연 부재(110)의 복귀하중이 부족하여, 형상기억 와이어(130b)를 다시 신장시키기 어려울 경우, 스프링(160)이 절연 부재(110)의 형상을 원래대로 복귀시킨다. 일반적으로, 형상기억 와이어(130b)의 항복 응력값은 온도에 따라 다른 값을 가지는 특징이 있는데, 일반적으로 낮은 온도(Low-Temperature Phase)에서는 낮은 값[Nitinol(Niti shape memory)의 경우 약 100Mpa]을 갖고, 높은 온도(High-Temperature Phase)에서는 높은 값[Nitinol(Niti shape memory)의 경우 약 560Mpa]을 갖는다. 따라서, 스프링(160)을 이용해서 절연 부재(110)의 압축과 복귀를 도울 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진동 및 충격 절연계를 나타낸 측면도이다.
본 실시예에 따른 절연계(100e)는 스프링을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 5의 절연계(100c)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들을 동일한 참조부호들로 나타내고, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 스프링(160e)이 절연 부재(110a)의 외주면에 권취된다. 스프링(160e)의 기능은 도 7의 스프링(160)과 기능과 실질적으로 동일하다. 따라서, 스프링(160e)의 기능에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 10은 도 3의 절연계의 절연 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10에서, case 1은 형상기억 와이어를 제어하지 않은 상태, case 2는 사용된 형상기억 와이어 중 절반의 온도를 상승시켜 압축 변위를 인가한 경우, case 3은 사용된 모든 형상기억 와이어의 온도를 상승시켜 압축 변위를 인가한 경우를 나타내고 있다. 각각의 경우 형상기억 와이어에 의해 절연 부재에 가해지는 압축변위가 다르기 때문에, 절연계의 강성 특성도 각각의 경우 변하게 되며, 이에 의해 절연계의 절연 특성도 달라진다. 다양한 진동 환경에 노출되는 구조물일 경우 이와 같이 여러 단계로 절연계의 고유 진동수를 제어함으로 동일한 절연계를 각 진동 환경에 가장 접합한 절연 특성을 가지는 절연계로 변경하여 사용할 수 있다.
상기된 본 실시예들에 따르면, 형상기억 와이어를 이용하는 간단한 방식으로 특정값으로 설계된 절연계의 설계 주파수를 간단히 변화시킬 수 있어서, 간단한 방식으로 진동의 증폭현상을 억제시킴으로써, 구조 안정성을 확보하고 효율적인 진동 절연을 구현할 수 있다. 또한, 시스템 구성이 매우 간단하여, 신뢰성 및 내구성이 높은 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 절연 부재 120 ; 제 1 연결 부재
122 ; 제 2 연결 부재 130 ; 형상기억 와이어
140 ; 컨트롤러 150 ; 제 1 압축판
152 ; 제 2 압축판 160 ; 스프링

Claims (17)

  1. 진동원과 절연 대상물을 연결하는 절연 부재(110); 및
    상기 진동원으로부터 상기 절연 부재(110)로 인가되는 진동에 따라 상기 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공하여, 상기 절연 부재(110)의 강성을 변화시키는 압축 부재를 포함하고,
    상기 압축 부재는
    기 설정된 온도에서 수축되어 상기 절연 부재(110)에 상기 압축 변위를 제공하는 형상기억 와이어(130); 및
    상기 형상기억 와이어(130)로 전류를 제공하여 상기 형상기억 와이어(130)에 상기 설정 온도를 부여하는 컨트롤러(140)를 포함하는 진동 및 충격 절연계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취된 진동 및 충격 절연계.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취된 진동 및 충격 절연계.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취된 진동 및 충격 절연계.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압축 부재는
    상기 절연 부재(110)의 제 1 면에 부착된 제 1 압축판(150); 및
    상기 제 1 면의 반대측인 상기 절연 부재(110)의 제 2 면에 부착된 제 2 압축판(152)을 더 포함하고,
    상기 형상기억 와이어(130)는 상기 제 1 압축판(150)과 상기 제 2 압축판(152) 사이에 연결된 진동 및 충격 절연계.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하고, 상기 제 2 면은 상기 절연 대상물을 향하며, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 연장된 진동 및 충격 절연계.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하는 방향과 직교하는 방향을 향하며, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 연장된 진동 및 충격 절연계.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취되어, 상기 절연 부재(110)의 형상 복귀를 보조하는 스프링(160)을 더 포함하는 진동 및 충격 절연계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동원과 상기 절연 부재(110)를 연결하는 제 1 연결 부재(120); 및
    상기 절연 대상물과 상기 절연 부재(110)를 연결하는 제 2 연결 부재(122)를 더 포함하는 진동 및 충격 절연계.
  11. 진동원과 절연 대상물 사이에 배치된 절연 부재(110);
    상기 진동원과 상기 절연 부재(110)를 연결하는 제 1 연결 부재(120);
    상기 절연 대상물과 상기 절연 부재(110)를 연결하는 제 2 연결 부재(122);
    기 설정된 온도에서 수축되어 상기 절연 부재(110)에 압축 변위를 제공하여, 상기 절연 부재(110)의 강성을 변화시키는 형상기억 와이어(130);
    상기 형상기억 와이어(130)로 전류를 제공하여 상기 형상기억 와이어(130)에 상기 설정 온도를 부여하는 컨트롤러(140)를 포함하는 진동 및 충격 절연계.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취된 진동 및 충격 절연계.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취된 진동 및 충격 절연계.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연 부재(110)와 상기 제 1 연결 부재(120) 사이에 개재된 제 1 압축판(150); 및
    상기 절연 부재(110)와 상기 제 2 연결 부재(122) 사이에 개재된 제 2 압축판(152)을 더 포함하고,
    상기 형상기억 와이어(130)는 상기 제 1 압축판(150)과 상기 제 2 압축판(152) 사이에 연결된 진동 및 충격 절연계.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하고, 상기 제 2 면은 상기 절연 대상물을 향하며, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 평행한 방향을 따라 연장된 진동 및 충격 절연계.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 진동원을 향하는 방향과 직교하는 방향을 향하며, 상기 형상기억 와이어(130)는 상기 진동과 상기 충격의 전달 방향과 직교하는 방향을 따라 연장된 진동 및 충격 절연계.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 절연 부재(110)의 외주면에 권취되어, 상기 절연 부재(110)의 형상 복귀를 보조하는 스프링(160)을 더 포함하는 진동 및 충격 절연계.
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