KR101689671B1 - Mr브레이크 - Google Patents

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김형
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이순걸
김형
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크는, 내부에 디스크 작동공간이 구비되는 몸체; 회전축에 간격을 두고 구비되는 것으로서, 상기 몸체의 디스크 작동공간에 배치되는 복수의 디스크; 상기 몸체 내부에 구비되는 것으로서, 상기 복수의 디스크 사이에 구비되는 스테이터; 상기 몸체의 디스크 작동공간에 충전되는 MR유체; 및 상기 몸체 외측에 구비되는 자기코일; 을 포함하며, 상기 디스크와 스테이터는 중심에서 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 여러 개로 분리된 복수의 개별 링들의 연속적인 결합으로 구성된다.

Description

MR브레이크{ELECTOR RHEOLOGICAL BRAKE}
본 발명은 각종 기계에 장착되어 기계의 속도를 감속하거나 정지시키는 MR브레이크에 관한 것이다.
일반적으로 브레이크는 유압을 사용하며 디스크를 패드로 잡아주는 형태의 구동장치로만 활용되고 있으며 중간단계의 토크를 효율적으로 생성하여 댐핑과 컴플라이언스를 제어할 수 있는 형태의 구동장치는 아직 상용화된 바 없다. 한편, MR유체(Electro-rheological Fluid)의 특성을 이용해서 댐퍼에 의한 진동 억제, 초소형 구동장치 제어, 윤활제로서의 마찰제어 등이 가능하기 때문에 댐퍼, 밸브, 클러치, 브레이크 등 폭넓은 분야에서 응용을 위한 연구, 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 MR유체를 사용하여 만들어진 브레이크의 경우에는 상대적으로 크기가 크고 사이즈에 비해 출력이 낮아 상용화가 어려운 실정이다.
일례로서, 대한민국 특허등록 제10-0825078호는 "ＭＲ유체를 이용한 인쇄기 장력조절용 브레이크장치"를 개시한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 디스크와 스테이터를 자기장의 손실을 최소화할 수 있는 구조로 설계함으로써, 브레이크 효율을 극대화할 수 있도록 한 적층 구조의 멀티 디스크와 스테이터를 갖는 MR브레이크를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크는, 내부에 디스크 작동공간이 구비되는 몸체; 회전축에 간격을 두고 구비되는 것으로서, 상기 몸체의 디스크 작동공간에 배치되는 복수의 디스크; 상기 몸체 내부에 구비되는 것으로서, 상기 복수의 디스크 사이에 구비되는 스테이터; 상기 몸체의 디스크 작동공간에 충전되는 MR유체; 및 상기 몸체 외측에 구비되는 자기코일; 을 포함하며 상기 디스크와 스테이터는 중심에서 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 여러 개로 분리된 복수의 개별 링들의 연속적인 결합으로 구성될 수 있다.
삭제
또한, 상기 스테이터는 외면을 따라 구비되는 복수의 연결부에 의해 몸체 내벽면에 연결될 수 있다.
또한, 상기 몸체는 하우징 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징 상부에는 하우징 덮개가 구비될 수 있다.
또한, 상기 하우징 또는 하우징 덮개에는 상기 회전축을 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
또한, 상기 몸체와 하우징 결합부위 및 몸체와 하우징 덮개의 결합부위는 오일씰에 의해 밀봉될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크에 의하면, 군사적 목적의 착용로봇의 구동시스템에 대한 동력전달 및 차단을 정밀 제어할 수 있어 신속한 전투근무지원이 가능하다.
또한, 컴팩트한 사이즈와 상대적으로 응답성이 큰 동력전달장치로서 사용되기 때문에 새로운 군사적 전략을 제시할 수 있다.
또한, 착용로봇 등과 같은 군사 목적은 물론 민간의 각종 산업에 필요한 장치에 광범위하게 적용할 수 있다.
또한, 의료 및 재활 분야의 보행 보조 로봇에 사용될 경우 더욱 자연스러운 보행을 가능케 할 수 있다.
또한, 수술용 매니퓰레이터의 높은 조작성을 구현할 수 있다.
또한, 산업 분야에서는 관절형 구조를 갖는 모든 장치에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 MR브레이크의 전체구성을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스크의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스테이터의 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크의 구성을 설명한다.
도 1과 같이 본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크는, 몸체(10), 회전축(20)에 복수로 구비되는 것으로서 몸체(10) 내부에 배치되는 디스크(30), 복수의 디스크(30) 사이에 배치되는 스테이터(40), 몸체(10)에 구비되는 디스크 작동공간(11)에 충전되는 MR유체(50) 및 몸체(10) 외측에 구비되는 자기코일(60)을 포함한다.
구체적으로 몸체(10)는 디스크 작동공간(11)을 포함한다. 디스크 작동공간(11)은 몸체(10) 내부에 구비된다. 디스크 작동공간(11)은 복수의 디스크(30)가 회전할 수 있는 공간을 제공한다. 디스크 작동공간(11)은 디스크(30)가 원활히 회전할 수 있도록 설계되어야 한다.
디스크(30)는 회전축(20)의 회전작동에 의해 회전축(20)과 함께 회전하는 로터리 디스크(ROTARY DISK)이다. 디스크(30)는 회전축(20)에 설치되는 것으로서 간격을 두고 적층구조를 이루도록 회전축(20)에 복수로 구비된다. 도 1에는 디스크(30)가 3개인 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 예컨대 디스크(30)는 회전축(20)에 3개 이상 또는 3개 이하로 구비될 수 있다. 디스크(30)는 몸체(10)에 구비되는 디스크 작동공간(11)에 대응하여 배치된다.
회전축(20)은 하우징(70)과 하우징 덮개(80)에 구비되는 베어링(110)에 의해 지지된다. 이와 같이 회전축(20)은 베어링(110)에 의해 지지되기 때문에 틀어지지 않고 원활히 회전할 수 있다.
스테이터(40)는 몸체(10) 내부에 구비된다. 스테이터(40)는 복수로 구비되는 디스크(30) 사이에 구비된다. 스테이터(40)는 몸체(10)에 일체형으로 형성되거나 또는 외측 일부가 몸체(10) 내벽면에 연결되는 구조일 수 있다.
MR유체(50)는 몸체(10)에 구비되는 디스크 작동공간(11)에 충전된다. MR유체(Electro-rheological Fluid)는 자기유변 유체로써, 자기장의 인가에 따라 유체의 점성이 변화하고 낮은 투자율의 용매에 상자성 입자를 분산시킨 제어 가능한 스마트 재료이다.
자기코일(60)은 몸체(10) 외측에 구비된다. 몸체(10) 외측에는 자기코일(60)을 수용할 수 있는 공간이 마련될 수 있다. 자기코일(60)은 몸체(10) 외부에 감긴다.
몸체(10)는 하우징(70) 내부에 배치된다. 하우징(70) 내부에는 몸체(10)를 수용하는 공간이 마련된다. 하우징(70) 상부에는 하우징 덮개(80)가 결합된다. 하우징 덮개(80)는 하우징(70) 상부를 감싸는 형태로 결합되거나 또는 하우징(70) 상부에 삽입되는 형태로 결합 될 수 있다. 하우징(70)과 하우징 덮개(80)는 반자성체인 것이 바람직하다. 하우징(70)과 하우징 덮개(80)가 반자성체일 경우 자기코일(60) 주위를 반자성체인 하우징(70)과 하우징 덮개(80)가 차폐시켜 자기코일(60)에서 발생하는 자기장이 밖으로 손실되는 것을 막을 수 있다.
이때, 하우징(70)의 내부 중심에는 회전축(20)을 지지하는 베어링(110)이 구비된다. 하우징 덮개(80)의 내부 중심에도 회전축(20)을 지지하는 베어링(110)이 구비된다.
또한, 몸체(10)와 하우징(70) 결합부위는 오일씰(120)에 의해 밀봉된다. 몸체(10)와 하우징 덮개(80)의 결합부위도 오일씰(120)에 의해 밀봉된다. 이러한 오일씰(OIL SEAL)은 디스크 작동공간(11)에 충전되는 MR유체(50)가 외부로 빠져나가지 않도록 밀봉하는 역할을 수행한다.
도 2, 3에 도시된 바와 같이 디스크(30)와 스테이터(40)는 자기장의 손실을 막을 수 있는 구조로 설계되어야 한다. 구체적으로 디스크(30)는 도 2와 같이 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 복수의 개별 링(31)들의 결합으로 이루어질 수 있다. 즉, 디스크(30)는 여러 개로 분리된 복수의 개별 링들이 연속적으로 결합되어 구성된다.
스테이터(40) 역시 디스크(30)와 마찬가지로 도 3과 같이 중심에서 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 복수의 개별 링(41)들의 결합으로 이루어질 수 있다. 즉, 스테이터(40)는 여러 개로 분리된 복수의 개별 링들이 연속적으로 결합되어 구성된다. 스테이터(40)의 외면을 따라 복수의 연결부(42)가 구비된다. 연결부(42)는 몸체(10) 내벽면에 연결된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크의 작용을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 MR브레이크는, 자기코일(60)에서 발생하는 자기장(200)에 의해 회전하는 디스크(30)의 속도를 감속하거나 정지시킬 수 있다.
구체적으로 자기코일(60)에 전원을 인가하면 자기장(200)이 발생하고 이 자기장(200)에 의해 디스크(30)의 회전을 제어할 수 있다. MR유체(50)는 평상시 액체인 오일의 성질을 가지고 있다가 자기장의 영향을 받을 경우 입자들이 체인형태로 배열된다. 자기장의 세기가 커짐에 따라 체인구조는 더 단단해지며 외부에서 가해지는 전단력에 저항하거나 유체의 유동을 제한하여 디스크(30)와 스테이터(40) 사이에 강한 항복전단응력이 발생하게 된다. 이와 같은 메커니즘에 의해 디스크(30)의 회전을 제어할 수 있다.
가지코일(60) 주위는 강자성체와 반자성체에 의해 차폐되어 자기코일(60)에서 발생하는 자기장(200)의 손실을 방지할 수 있다. 구체적으로 하우징(70)과 하우징 덮개(80)가 반자성체이므로 자기코일(60)에서 발생하는 자기장이 밖으로 손실되는 것을 막을 수 있다.
이와 더불어 디스크(30)와 스테이터(40)의 구조에 의해 자기코일(60)에서 발생하는 자기장(200)의 손실을 방지할 수 있다. 구체적으로 디스크(30)와 스테이터(40)는 복수의 적층구조로서 자기코일(60)에서 발생하는 자기장이 분산되어 손실되는 것을 막아줄 수 있다.
또한, 중심에서 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 복수의 개별 링(31, 41)들로 이루어지는 디스크(30)와 스테이터(40)의 구조적인 특성에 의해 자기코일(60)에서 발생하는 자기장이 집중될 수 있다. 예컨대, 디스크와 스테이터가 일체형의 원판 구조일 경우 재질 내부의 구조적인 특성에 의해 자기코일에서 발생한 자기장이 재질을 통과할 때 자기장이 손실된다. 하지만, 도 2, 3과 같이 디스크(30)와 스테이터(40)가 고리 형태를 이루는 복수의 개별 링(31, 41)들로 이루어질 경우 각 개별 링(31, 41)마다 흐를 수 있는 자기장(200)의 경로를 한정 지음으로써, 자기장(200)의 손실을 막을 수 있다. 이러한 구조적인 특징으로 인해 브레이크 효율을 극대화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10:몸체 11:디스크 작동공간
20:회전축 30:디스크
31, 41:개별 링 40:스테이터
42:연결부 50:MR유체
60:자기코일 70:하우징
80:하우징 덮개 110:베어링
120:오일씰 200:자기장

Claims (7)

  1. 내부에 디스크 작동공간이 구비되는 몸체; 회전축에 간격을 두고 구비되는 것으로서, 상기 몸체의 디스크 작동공간에 배치되는 복수의 디스크; 상기 몸체 내부에 구비되는 것으로서, 상기 복수의 디스크 사이에 구비되는 스테이터; 상기 몸체의 디스크 작동공간에 충전되는 MR유체; 및 상기 몸체 외측에 구비되는 자기코일; 을 포함하며,
    상기 디스크와 스테이터는 중심에서 외측으로 갈수록 지름이 커지는 고리 형태를 이루는 여러 개로 분리된 복수의 개별 링들의 연속적인 결합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이터는,
    외면을 따라 구비되는 복수의 연결부에 의해 몸체 내벽면에 연결되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는,
    하우징 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하우징 상부에는,
    하우징 덮개가 구비되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하우징 또는 하우징 덮개에는,
    상기 회전축을 지지하는 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 몸체와 하우징 결합부위 및 몸체와 하우징 덮개의 결합부위는,
    오일씰에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 MR브레이크.
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