KR101821953B1 - 관성형 가진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 액추에이터 형태의 진동부재를 이용하여 대상물에 진동을 가하는 관성형 가진기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 관성형 가진기는 케이싱; 상기 케이싱의 상면에 설치되는 두 개의 판스프링; 상기 두 개의 판스프링 사이에 밀착 개재되는 진동감쇠패드; 상기 케이싱의 내부에 설치되되 하단이 상기 케이싱의 외부로 돌출되도록 설치되며 상단에 상기 두 개의 판스프링이 결합되는 진동축; 및 상기 케이싱 내부에 구비되며 상기 진동축을 축방향으로 진동시키는 진동부재를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

관성형 가진기 {INERTIA TYPE OF VIBRATION EXCITER}
본 발명은 관성형 가진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 액추에이터 형태의 진동부재를 이용하여 대상물에 진동을 가하는 관성형 가진기에 관한 것이다.
일반적으로 가진기는 소정 목적에 부합되도록 설계된 제품 또는 구조물에 진동을 가해, 그 진동현상을 관찰하고자 할 때 사용된다. 이러한 가진기는 원하는 주파수 대역과 크기의 진동을 유발시킬 수 있는데, 전기적인 신호를 입력으로 하여 이 파형을 기계적인 변위나 힘으로 변환시켜주는 구조를 가진다.
이러한 가진기는 대부분 1 자유도 시스템을 이용하고 있는데, 1 자유도로 진동하기 때문에 공진주파수가 발생한다. 종래의 1 자유도를 갖는 가진기의 하나의 예가 도 1에 도시되어 있다. 종래의 1 자유도를 갖는 가진기는 자석(1)과 코일(2)의 상호작용에 의해 스프링(3)이 진동하고, 이 진동이 대상체(4)에 전달된다.
위와 같은 종래의 1 자유도를 갖는 가진기는 1 자유도로 진동하기 때문에 공진주파수가 발생하고 있으며, 이러한 공진주파수는 가진기 사용에 있어 불리하게 작용하므로, 공진주파수 대역에서 사용이 힘든 문제점이 있다. 즉, 종래의 1 자유도를 갖는 가진기는 공진주파수 대역을 피해 사용하여야 하기 때문에 사용할 수 있는 주파수의 범위가 좁은 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 주파수 사용 범위를 줄일 필요없이 공진주파수의 피크(Peak)를 감소시켜 공진주파수 대역에서도 사용 가능한 관성형 가진기를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 관성형 가진기는 케이싱; 상기 케이싱의 상면에 설치되는 두 개의 판스프링; 상기 두 개의 판스프링 사이에 밀착 개재되는 진동감쇠패드; 상기 케이싱의 내부에 설치되되 하단이 상기 케이싱의 외부로 돌출되도록 설치되며 상단에 상기 두 개의 판스프링이 결합되는 진동축; 및 상기 케이싱 내부에 구비되며 상기 진동축을 축방향으로 진동시키는 진동부재를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 관성형 가진기는 주파수 사용 범위를 줄일 필요없이 공진주파수의 피크(Peak)를 감소시켜 공진주파수 대역에서도 사용 가능해져 사용 가능한 주파수 대역이 넓어지고 다양한 목적을 가진 진동 테스트에 적용 가능해진다.
도 1은 종래의 1 자유도를 갖는 가진기
도 2는 본 발명에 따른 관성형 가진기의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 관성형 가진기의 측면도
도 4는 도 3의 A-A'의 단면도
도 5는 본 발명에 따른 관성형 가진기의 특성 그래프
아래에서는 본 발명에 따른 관성형 가진기를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 관성형 가진기의 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 관성형 가진기의 측면도, 도 4는 도 3의 A-A'의 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 관성형 가진기는 케이싱(10); 케이싱(10)의 상면에 설치되는 두 개의 판스프링(20); 두 개의 판스프링(20) 사이에 밀착 개재되는 진동감쇠패드(30); 케이싱(10)의 내부에 설치되되 하단이 케이싱(10)의 외부로 돌출되도록 설치되며 상단에 두 개의 판스프링(20)이 결합되는 진동축(40); 및 케이싱(10) 내부에 구비되며 진동축(40)을 축방향으로 진동시키는 진동부재(50)를 포함하여 구성된다.
케이싱(10)은 본 발명에 따른 관성형 가진기의 외관을 이루는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상면(11), 하면(12), 전·후면(13), 양 측면(14)으로 분리되어 구성될 수 있다. 또한 측면(14)의 하단에는 케이블이 연결되도록 케이블홀(14a)이 형성될 수 있다. 이러하 케이싱(10)의 소재는 강성이 있는 금속 또는 합성수지로 형성될 수 있다.
위와 같은 케이싱(10)의 상면(11)에 두 개의 판스프링(20)이 형성되고, 두 개의 판스프링(20) 사이에 진동감쇠패드(30)가 밀착 개재된다. 이러한 판스프링(20)과 진동감쇠패드(30)의 결합구조는 케이싱(10)의 하면(12)에도 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 케이싱(10)의 하면(12)에 두 개의 판스프링(20)이 형성되고, 두 개의 판스프링(20) 사이에 진동감쇠패드(30)가 밀착 개재되는 형태를 가진다.
진동감쇠패드(30)는 공진주파수의 피크를 감쇠(attenustion)하기 위한 구성요소로서, 고무와 같은 탄성 재질로 형성될 수 있다.
또한 케이싱(10)의 상면(11) 및 하면(12)에 원형의 판스프링노출홀(11a, 12a)이 형성됨으로써 판스프링(20)이 진동할 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 판스프링노출홀(11a, 12a)의 형태는 원형으로 한정되는 것이 아니라 판스프링(20)의 형상에 따라 다양하게 변경되어 구성될 수 있다.
위와 같은 판스프링(20)은 길다란 원통 형상의 진동축(40)의 상단 및 하단에 결합되어 진동축(40)의 축방향을 기준으로 하여 진동하게 되는데, 이러한 진동은 이하에서 설명되는 진동부재(50)에 의해 일어난다. 또한 진동축(40)과 판스프링(20)의 결합은 도 2에 도시된 것처럼 볼트(41)에 의해 결합될 수 있다.
진동부재(50)는 진동축(40)과 결합되는 베이스플레이트(51); 베이스 플레이트(51)의 측면에 구비되는 매스마그넷(52); 케이싱(10)의 내부 측면에 결합되되 매스마그넷(52)에 대응되도록 배치되는 코일블록(53)을 포함하여 구성되는데, 코일블록(53)에 전류가 가해지면 코일블록(53)이 매스마그넷(52)에 대응하여 진동하게 된다. 이에 따라 코일블록(53)과 결합된 케이싱(10)이 진동하게 되고, 케이싱(10)이 진동함에 따라 판스프링(20)이 진동하게 되며, 판스프링(20)이 진동함에 따라 진동축(40)이 진동하게 된다. 진동축(40)의 하단에 대상물이 결합되어 최종적으로 진동부재(50)에 의해 발생한 진동이 대상물에 가해진다. 진동축(40)과 대상물은 도 4에 도시된 바와 같이 진동축(40)의 하단에 결합부재(70)가 형성됨으로써 결합이 이루어질 수 있다. 이때 결합부재(70)는 볼트와 너트의 결합 등을 이용할 수 있다.
위와 같은 구성의 본 발명에 따른 관성형 가진기는 리니어 액추에이터 형태{코일블록(53)과 매스마그넷(52)의 조합}의 진동부재(50)를 이용하여 효과적으로 진동을 발생시킬 수 있고, 이와 동시에 판스프링(20)과 진동감쇠패드(30)의 결합구조에 의해 공진주파수 때문에 발생되는 피크(Peak)를 억제시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 관성형 가진기의 특성 그래프로서, 저주파 대역(10~103 Hz)에서의 주파수에 따라 발생하는 힘(N)의 크기가 나타나 있다. 도 5에서 두꺼운선은 케이싱(10)의 상면(11)에 구비되는 판스프링(20)이 하나인 경우이고, 얇은선은 케이싱(10)의 상면(11)에 구비되는 판스프링(20)이 두 개에, 판스프링(20) 사이에 고무 재질의 진동감쇠패드(30)가 밀착 개대된 경우이다.
도 5를 살펴보면, 두꺼운선의 경우 20Hz 부근에서 500N 정도의 피크포스가 발생하고 있으며 얇은선의 경우 18Hz 부근에서 380N 정도의 피크포스가 발생하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 관성형 가진기는 두 개의 판스프링(20)과 진동감쇠패드(30)의 결합구조에 의해 저주파 대역에서 발생하는 피크포스를 500N에서 380N으로 감소시켰고, 감소비율은 약 24% 정도에 이른다. 이처럼 본 발명에 따른 관성형 가진기는 공진주파수에 의해 발생하는 피크(Peak)점을 낮출 수 있다.
진동부재(50)는 케이싱(10)의 내부 측면에 형성되며 베이스플레이트(51)가 끼워져 진동축(40)의 축방향 진동을 가이드하는 가이드슬릿(55)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때 도 4에 도시된 바와 같이 측면(14)의 내부에 가이드블록(54)이 결합되고, 가이드블록(54)에 가이드슬릿(55)이 결합되며, 베이스플레이트(51)가 가이드슬릿(55)에 끼워지는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 구성에서는 베이스플레이트(51)가 가이드슬릿(55)에 끼워진 상태에서 상·하로 진동하는데, 실제적인 동작은 위에서 살펴본 바와 같이 코일블록(53)에 결합된 케이싱(10)이 동작하기 때문에 케이싱(10)에 결합된 가이드슬릿(55)이 베이스플레이트(51)를 기준으로 진동하게 된다. 그러나 케이싱(10)의 진동에 의해 판스프링(20)이 매개 역할을 하여 진동축(40)도 진동하게 되므로 베이스플레이트(51)와 가이드슬릿(55)은 서로 끼워진 상태에서 상·하로 진동하는 것이다.
이러한 베이스플레이트(51)와 가이드슬릿(55)의 결합구조에 의해 진동축(40)의 축방향 이외로 진동하는 것을 방지할 수 있고, 이로써 축방향 진동의 효율을 향상시킬 수 있다. 이때 베이스플레이트(51)에 돌출 형성되되 가이드슬릿(55)에 밀착되도록 바 형태의 가이드돌기(56)가 추가적으로 배치될 수 있는데, 이러한 가이드돌기(56)는 가이드슬릿(55)에 밀착되어 가이드 역할을 하기 때문에 진동축(40)의 축방향 이외로 진동하는 것을 방지하는 효과를 더욱 향상시킬 수 있고, 이로써 축방향 진동의 효율이 더욱 향상된다.
본 발명에 따른 관성형 가진기는 진동축(40)의 하단에 대상체(T)와 결합되도록 하는 결합부재가(70)가 형성될 수 있다. 이때 도 4에 도시된 바와 같이 진동축(40)의 하부에서 포스센서(60)가 결합되어 진동축(40)에서 대상체(T)로 가하지는 힘을 측정할 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 관성형 가진기를 대상체(T)의 진동에 따른 변화를 테스트하는 테스트 용도로 사용할 수 있고, 포스센서(60)를 이용하여 포스센서(60)로부터 피드백 신호를 전송받아 대상체(T)에 가해지는 힘의 크기를 제어할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 관성형 가진기는 케이싱(10)의 내부 측면에 진동부재(50)의 변위를 측정하는 엔코더(80)가 더 포함되어 구성될 수 있는데, 이러한 엔코더(80)는 진동부재(50)의 변위를 측정하고, 디스플레이(미도시)로 그 결과를 출력하여 사용자가 진동부재(50)가 제대로 동작하고 있는지 확인할 수 있고, 엔코더(80)로부터 피드백 신호를 전송받아 엔코더(80)의 변위를 제어하도록 구성될 수도 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 관성형 가진기는 공진주파수로 인해 발생하는 피크(Peak)를 감소시켜 공진주파수 대역에서도 사용 가능해져 사용 가능한 주파수 대역이 넓어지고 다양한 목적을 가진 진동 테스트에 적용 가능해진다.
10: 케이싱 11: 상면
12: 하면 13: 전·후면
14: 측면 20: 판스프링
30: 진동감쇠패드 40: 진동축
50: 진동부재 51: 베이스플레이트
52: 매스마그넷 53: 코일블록
54: 가이드블록 55: 가이드슬릿
56: 가이드돌기 60: 포스센서
70: 결합부재 80: 엔코더

Claims (7)

  1. 케이싱(10);
    상기 케이싱(10)의 상면(11) 및 하면(12)에 설치되는 두 개의 판스프링(20);
    상기 두 개의 판스프링(20) 사이에 밀착 개재되는 고무 재질의 진동감쇠패드(30);
    상기 케이싱(10)의 내부에 설치되되 하단이 상기 케이싱(10)의 외부로 돌출되도록 설치되며, 상하단에 상기 두 개의 판스프링(20)이 결합되는 진동축(40);
    상기 케이싱(10) 내부에 구비되며, 상기 진동축(40)을 축방향으로 진동시키는 진동부재(50)를 포함하며,
    상기 진동부재(50)는, 상기 진동축(40)과 결합되는 베이스플레이트(51); 상기 베이스플레이트(51)의 측면에 구비되는 매스마그넷(52); 상기 케이싱(10)의 내부 측면에 구비되고, 상기 매스마그넷(52)과 대응되도록 배치되는 코일블록(53); 상기 케이싱(10)의 내부 측면에 결합되는 가이드블록(54); 상기 가이드블록(54)에 결합되며, 상기 베이스플레이트(51)가 끼워져 상기 진동축(40)의 축방향 진동을 가이드하는 가이드슬릿(55); 상기 베이스플레이트(51)에 돌출 형성되되 상기 가이드슬릿(55)에 밀착되도록 배치되는 바 형태의 가이드돌기(56)로 이루어지며,
    상기 케이싱(10)의 상면(11) 및 하면(12)에 원형의 판스프링노출홀(11a, 12a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 관성형 가진기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동축(40)의 하부에 결합되는 포스센서(60) 및
    상기 진동축(40)의 하단에 대상체와 결합되도록 하는 결합부재가(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 관성형 가진기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱(10)의 내부 측면에 상기 진동부재(50)의 변위를 측정하는 엔코더(80)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 관성형 가진기.
  7. 삭제
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