KR101845422B1 - 액티브마운트의 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 케이스 내에서 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고, 인슐레이터의 변형에 따른 상측액실의 체적변화에 의해 봉입된 하이드로액이 유동하되, 구동기로 전원이 인가되면 하이드로액의 유동 특성이 가변되는 액티브마운트의 구조에 있어서, 인슐레이터의 거동에 의해 전기를 생산하는 발전기;를 포함하고, 상기 발전기는 케이스 내부에 위치되도록 장착되며 발전기에서 생산된 전기는 구동기로 인가될 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명은 엔진의 거동에 따라 자체적으로 발전이 이뤄지는 발전기가 엔진마운트 내부에 내장되는 구조이므로, 외부의 전기공급이 필요없다. 이에 따라 와이어링 배선에 따른 종래의 제약조건들이 해소되므로 (종래에는 설치가 불가능했던) 다양한 차종에도 적용이 가능하다.

Description

액티브마운트의 구조{Structure of active mount}
본 발명은 구동기로 전원이 인가되면 하이드로액의 유동 특성이 변경되어 감쇠특성이 가변되는 액티브마운트(능동제어형 하이드로 엔진마운트)에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 구동기에 공급하는 전기를 자체적으로 생산하는 발전기 및 전기 인가를 제어하는 제어기가 (액티브마운트에서) 일체로 구성되어 외부기기와 연결되는 와이어를 삭제할 수 있는 액티브마운트의 구조에 관한 것이다.
엔진마운트는 차량에서 (엔진과 트랜스미션이 결합되어 구성된) 파워트레인을 지지하고, 공회전시에는 상기 파워트레인에서 발생되는 진동을 절연시키며, 주행시에는 파워트레인의 거동을 제어하는 역할을 수행한다.
그러나, 공회전시에 진동 절연 성능을 높이기 위해서는 엔진진동의 주성분 주파수(일반적으로 30~50Hz 근방)에서 동특성이 낮을수록 유리하고, 주행시에 거동제어 성능을 높이기 위해서는 12~16Hz 대역의 댐핑값이 클수록 유리하다.
즉, 공회전시 진동 절연 성능과 주행시 거동 제어 성능을 둘 다 향상시키려면 엔진마운트의 특성이 주행상황에 따라서 가변될 필요가 있으며, 이를 충족시키기 위해 액티브마운트의 개발이 이뤄지고 있다.
일반적인 액티브마운트는 하이드로액이 봉입된 하이드로 엔진마운트에 전자식 또는 진공 부압식 구동기를 추가장착하여 주행 조건별로 전원을 On/Off 시켜 위에서 언급한 것과 같이 특성이 가변되도록(IDLE 시에는 낮은 동강성을 갖고 주행시 댐핑성능이 증가되도록) 구성된다.
상기 액티브마운트는 멤브레인의 거동을 제어하는 볼륨스티프니스(Volume-Stiffness) 방식과 상측액실과 하측액실을 개통하는 제2유로를 추가적으로 형성하고 상기 제2유로의 개통을 단속하는 바이패스(By-pass) 방식이 널리 사용되고 있다. 이중, 도 1a 를 참조하여 바이패스 방식에 따른 액티브마운트의 구성을 설명하면, 케이스(12) 내부에서 상측에는 탄성재질의 인슐레이터(10)가 장착되고 하단에는 다이어프레임(14)이 결합되되, 상기 인슐레이터(10)와 다이어프레임(14) 사이에는 노즐판(13)이 장착되어, 내부 공간은 상측액실과 하측액실로 구획되는 구조를 갖는다. 상기 노즐판(13)은 둘레를 따라 내부에 환형의 유로가 형성되어 봉입된 하이드로액이 상측액실과 하측액실을 유동할 수 있도록 구성된다. 상기 하이드로액의 유동은 엔진에서 전달되는 하중 이동 및 진동에 의해서 인슐레이터(10)가 탄성변형하면 상측액실의 내부 체적량이 증감됨에 따라서 이뤄진다.
그리고, 노즐판(13)에는 상측액실과 하측액실을 추가적으로 개통시키는 제2유로가 마련되고, 상기 다이어프레임(14)은 플런저(20)의 상단에 결합되어(또는, 설계에 따라서 플런저와 분리된 상태로) 상기 플런저(20)가 상승하면 제2유로는 폐쇄되고 플런저(20)가 하강하면 제2유로는 개방되도록 구성된다. 상기 액티브마운트는 제2유로를 개폐시키는 구동기가 내장된 하부케이스(30)가 케이스(12)의 하부에 추가적으로 장착되는 구조를 갖는다.
즉, 상기 구동기는 하부케이스(30) 내부에서 다이어프레임(14)과 결합된 플런저(20); 상기 플런저(20)가 상승하는 방향으로 탄성력이 작용하도록 장착된 스프링(50); 및 전류가 인가되면 전자기력에 의해 플런저(20)를 하강시키는 코일(40)을 포함하는 구조를 갖는다. 이와 같은 구성을 갖는 액티브마운트는 엔진의 아이들(idle) 시에는 닫혀있던 제2유로를 개방시키고 주행 시에는 제2유로를 폐쇄하여 주행상황에 따라 감쇠특성을 가변시키도록 작동한다.
그러나, 종래의 액티브마운트는 마운트의 특성을 조건별로 가변시키기 위하여 엔진마운트 외부에 장착되어 전원 공급을 제어하는 제어기가 도 1b 에 도시된 바와 같이 추가적으로 요구되었다. 상기 제어기는 엔진의 시동상태 및 엔진 RPM 상태를 입력받기 위해 엔진 ECU 및 알터네이터와 연결되고 전원을 공급받기 위하여 퓨즈박스를 통해서 또는 직접적으로 배터리와 연결된다.
그러므로, 종래의 구조에서는 제어기가 장착될 추가공간이 확보되어야 했으며, 알터네이터, 퓨즈박스, 엔진 ECU 등과 전기적으로 연결되어야 하기 때문에 와이어링(Wiring) 배치가 차량 개발 초기 단계부터 적용검토 되어야 했다. 즉, 차량 개발 초기 시부터 액티브마운트 적용을 염두해 두지 않으면 추후에 차량에 적용시키기가 어려웠으며 적용 후 상황에 따른 사양 변경에도 상당한 손실이 불가피한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점(구동기로 외부전원을 공급하기 위해 엔진마운트 외부에서 제어기가 별도로 장착되어야 하고, 상기 제어기의 와이어링을 구성하기 위해 차량 개발초기에서 부터 고려되어야 하므로 설계의 유연성이 저하되는 점 등)을 해소할 수 있도록 자체적으로 전원을 생산해낼 수 있으며, 발전량에 따라 차량의 주행상황을 감지하여 주행상황에 따라 자체적으로 특성이 가변될 수 있는 액티브마운트의 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 케이스 내에서 인슐레이터와 다이어프레임 사이에 노즐판이 장착되어 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고, 상측액실 내부의 체적변화에 따라 봉입된 하이드로액이 유동하되, 구동기로 전원이 인가되면 상기 하이드로액의 유동 특성(유동량, 유동 경로, 유동 속도 등)이 가변되는 액티브마운트의 구조에 있어서, 인슐레이터의 거동에 의해 전기를 생산하는 발전기;를 포함하고, 상기 발전기는 케이스 내부에 위치되도록 장착되며 발전기에서 생산된 전기는 구동기로 인가될 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 발전기는 엔진의 하중을 전달받으며 인슐레이터와 결합된 금속재 코어에 결합되거나 내장되도록 장착된다.
상기 발전기는 제어기를 통하여 구동기와 전기적으로 연결되도록 구성되며, 상기 제어기는 발전기에서 생산된 전기가 구동기로 인가되는 것을 차단 또는 허용한다. 상기 제어기는 발전기에서 생산되는 전력량을 감지하여 미리 정해진 로직에 따라 차량의 주행상황을 판단할 수 있다.
가령, 상대적으로 진폭이 큰 진동이 발생하는 아이들(idle) 시에는 발전량이 증가하게 되고, 상대적으로 진폭이 작은 진동이 발생하는 주행시에는 발전량이 감소하게 되므로, 제어기로 입력되는 발전량에 따라 상기 제어기는 차량의 주행상태를 (미리 셋팅된 로직에 따라) 감지할 수 있으며, 주행상태에 따라 구동기로 전원을 인가하여 엔진마운트 전체의 감쇠특성을 가변시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 액티브엔진마운트는 외부에 별도의 제어기 및 전원 공급장치가 없이도 차량의 주행상황에 따라 발전기에서 생산된 전기를 제어기가 구동기로 인가하도록 구성되므로 (엔진마운트 외부로 연장되는) 별도의 와이어링의 설치 없이 구동기의 제어가 가능하다.
또한, 상기 제어기는 발전기에서 발전된 전기를 축전할 수 있도록 축전지를 내장한다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 코어 내부에는 챔버가 마련되고 상기 챔버 내에 발전기가 내장되며, 상기 발전기는 외팔보 구조를 갖도록 발전기의 일단은 챔버 내의 벽면에 고정된 고정단으로 이뤄지고 타단은 진동이 가능한 자유단으로 이뤄지며, 상기 외팔보는 자유단측에서 흔들림이 발생함에 따라 인장 및 압축이 발생하면 전압이 생성되는 압전소자가 내장된다.
아울러, 상기 자유단 측에서 발생하는 수직변위(vertical displacement)를 증대시키도록 상기 외팔보의 자유단 측에는 소정의 질량을 갖는 매스가 장착된다.
전술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명은 엔진의 거동에 따라 자체적으로 발전이 이뤄지는 발전기가 엔진마운트 내부에 내장되는 구조이므로, 외부의 전기공급이 필요없다. 이에 따라 와이어링 배선에 따른 종래의 제약조건들이 해소되므로 (종래에는 설치가 불가능했던) 다양한 차종에도 적용이 가능하며, 아울러, 본 발명에서는 제어기 또한 엔진마운트에 내장되거나 결합됨으로써 조립공정이 더욱 단순화될 수 있다.
그리고, 상기 제어기는 발전기의 발전량을 감지하여 차량의 주행상태를 파악하므로 별도의 외부장치와 와이어링이 필요가 없으므며, 제어기에서 감지된 발전량은 차량의 RPM을 추정할 수 있는 신호로 활용 가능하므로, 향후에 주변 전자장치들에 RPM 정보를 제공하는 센서로써 활용이 가능하다.
또한, 상기 압전소자의 자유단에는 소정의 질량을 갖는 매스가 장착되어 압전소자의 거동을 증대시켜 발전량을 증가시킬 수 있다.
도 1a 는 종래의 액티브마운트의 단면모습이 도시된 도면,
도 1b 는 종래의 액티브마운트를 장착할 때 외부에 설치되는 제어기가 퓨즈박스, 엔진ECU, 알터네이터 각각과 와이어링된 상태를 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 코어에 발전기가 내장된 모습을 단순화하여 표시한 도면,
도 3 은 도 2 에서 코어에 내장되는 발전기의 세부모습을 도시한 도면,
도 4 는 엔진의 idle 시에 생산되는 발전량과 주행시에 생산되는 발전량을 비교하여 도시한 그래프,
도 5 는 구동기(더 상세하게는 구동기에 포함된 코일)로 전원이 인가되는 구조에 있어 종래의 구성과 본 발명의 구성을 비교하여 도시한 순서도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 케이스(12) 내에 장착된 인슐레이터(10)와 다이어프레임(14) 사이의 공간이 상측액실과 하측액실로 구획되고, 인슐레이터(10)의 변형에 따른 상측액실의 체적변화에 의해 봉입된 하이드로액이 유로(및/또는 제2유로)를 통해 유동하되, 구동기(300)로 전원이 인가되면 하이드로액의 유동 특성이 가변되는 액티브마운트의 구조에 관한 것으로써, 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액티브마운트는 종래의 구성과 마찬가지로 케이스(12) 내부에서 상측에는 탄성재질의 인슐레이터(10)가 장착되고 하단에는 다이어프레임(14)이 결합되되, 상기 인슐레이터(10)와 다이어프레임(14) 사이에는 노즐판(13)이 장착되어, 내부 공간은 상측액실과 하측액실로 구획되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 노즐판(13)은 둘레를 따라 내부에 환형의 유로가 형성되어 봉입된 하이드로액이 상측액실과 하측액실을 유동할 수 있도록 구성된다. 상기 하이드로액의 유동은 엔진에서 전달되는 하중 이동 및 진동에 의해서 인슐레이터(10)가 탄성변형하면 상측액실의 내부 체적량이 증감됨에 따라서 이뤄진다.
이때, 노즐판(13)에는 상측액실과 하측액실을 추가적으로 개통시키는 제2유로가 마련되고(또는, 액티브마운트의 타입에 따라서 볼륨스티프니스 방식의 경우 멤브레인이 장착되고), 플런저, 코일, 스프링 등을 포함하는 구동기(300)는 (종래의 구조와 유사한 방식으로) 제2유로를 폐쇄또는 개방시킬 수 있도록 구성된다(또는, 볼륨스티프니스 방식의 경우 구동기는 하이드로액의 유동시 진동이 유발되는 멤브레인의 거동을 제어할 수 있도록 구성된다). 즉, 상기 구동기(300)는 전원이 인가되면 하이드로액의 유동 경로를 가변시키거나 유동 속도, 유동량 등이 변경되어 댐핑특성이 조절될 수 있도록 작동한다.
그리고, 본 발명에서는 인슐레이터(10)의 거동 시 전기를 생산하는 발전기(100)가 내장되도록 구성된다. 상기 발전기(100)는 케이스(12) 내부에 위치하도록 장착되며 생산된 전기는 구동기(300)로 인가될 수 있게 구성되되 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 발전기(100)는 엔진의 하중을 전달받으며 인슐레이터(10)와 결합된 금속재 코어(11) 내부에 내장되도록 장착된다.
더 상세하게는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 코어(11) 내부에는 소정의 크기로 (내부에 공간을 형성하는) 챔버(11a)가 마련되고 상기 챔버(11a) 내에 발전기(100)가 내장되게 구성된다. 상기 발전기(100)는 외팔보(cantilever)(110) 구조를 갖도록 일단은 챔버(11a) 내의 벽면에 고정된 고정단으로 이뤄지고 타단은 진동이 가능한 자유단으로 이뤄게 장착되며, 압전소자가 내장된다. 이에 따라, 상기 외팔보(110)는 자유단측에서 흔들림이 발생함에 따라 압전소자에서 인장 및 압축이 발생하면 전압이 생성된다. 이와 같이 외팔보의 원리를 이용하여 전기를 발전하는 구성을 보다 상세히 설명하면, 압전소자에 인장력 또는 압축응력이 가해지면 분극되어 있던 방향으로 전압이 발생한다. 그리고, 두 개의 압전소자들을 평행하게 배치하고 중간에 전극을 구성하면 생성된 전압을 외부로 가져올 수 있다. 이와 같은 원리를 이용한 발전방식은 레코드의 픽업, 가속도 센서, 노킹 센서 등에 적용되는 원리이므로 보다 상세한 구성과 작동원리는 여기에서 생략된다.
아울러, 상기 자유단 측에서 발생하는 수직방향으로의 변위(vertical displacement)를 증대시키도록 상기 외팔보의 자유단 측에는 소정의 질량을 갖는 매스(120)가 장착될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 발전기(100)는 제어기(200)를 통하여 구동기(300)와 전기적으로 연결되도록 구성되되, 상기 제어기(200)는 발전기(100)에서 생산된 전기가 구동기(300)로 인가되는 것을 차단 또는 허용한다. 상기 제어기(200)는 도 2 에 도시된 바와 같이 엔진마운트에서 케이스(12)의 내외부에 별도로 배치되거나, 또는 발전기(100)나 구동기(300) 중 어느 하나에 통합되도록 배치될 수 있으며, 발전기(100)에서 생산되는 전력량을 감지하여 미리 정해진 로직에 따라 차량의 주행상황을 판단할 수 있다.
가령, 도 4 에 도시된 바와 같이 엔진의 회전수가 낮은 아이들(idle) 시에는 상대적으로 진폭이 큰 진동이 발생하여 발전량이 증가하게 되고, 상대적으로 엔진의 회전수가 높은 주행시에는 진폭이 감소하여 발전량이 감소하게 되므로, 제어기(200)로 입력되는 발전량에 따라 상기 제어기(200)는 차량의 주행상태를 (미리 셋팅된 로직에 따라) 판단할 수 있고, 상기 제어기(200)는 주행상태에 따라 구동기(300)로 전원을 인가하여 엔진마운트 전체의 감쇠특성을 가변시킬 수 있다.
그러므로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 종래의 구성에서는 외부 배터리에서부터 전원이 공급되고 알터네이터와 엔진ECU를 통해 시동상태 및 주행상황을 판단한 후 제어기가 구동기로 전원을 인가하도록 구성되므로, 와이어링이 복잡해지고 제어기가 외부에 설치될 공간이 요구되었으나, 본 발명의 구조에서는 제어기(200)가 발전기(100)로부터 전기를 공급받음과 동시에 발전량을 센싱하여 주행상황을 감지할 수도 있으므로, (엔진마운트 외부로 연장되는) 별도의 와이어링의 설치 없이 구동기(300)의 제어가 가능하다. 참고적으로, 상기 제어기(200)는 발전기(100)에서 발전된 전기를 축전할 수 있도록 축전지(미도시)를 내장하여 필요한 경우에만 구동기(300)로 전기를 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명은 엔진의 거동에 따라 자체적으로 발전이 이뤄지는 발전기(100)가 엔진마운트 내부에 내장되는 구조이므로, 외부의 전기공급이 필요으며, 이에 따라 와이어링 배선에 따른 종래의 제약조건들이 해소되므로 (종래에는 설치가 불가능했던) 다양한 차종에도 적용이 가능하다. 아울러, 본 발명에서는 제어기(200) 또한 엔진마운트에 내장되거나 결합됨으로써 조립공정이 더욱 단순화될 수 있다.
그리고, 상기 제어기(200)는 발전기(100)의 발전량을 감지하여 차량의 주행상태를 파악하므로 별도의 외부장치와 와이어링이 필요가 없으므며, 제어기에서 감지된 발전량은 차량의 RPM을 추정할 수 있는 신호로 활용 가능하므로, 향후에 주변 전자장치들에 RPM 정보를 제공하는 센서로써 활용이 가능하다.
또한, 상기 압전소자의 자유단에는 소정의 질량을 갖는 매스(120)가 장착되어 압전소자의 거동을 증대시켜 발전량을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 발전기
110 : 외팔보
120 : 매스
200 : 제어기
300 : 구동기

Claims (7)

  1. 케이스 내에서 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고, 인슐레이터의 변형에 따른 상측액실의 체적변화에 의해 봉입된 하이드로액이 유동하되, 구동기로 전원이 인가되면 하이드로액의 유동 특성이 가변되는 액티브마운트의 구조에 있어서,
    인슐레이터와 결합된 금속재 코어에 결합되어 엔진의 하중을 전달받아 상기 인슐레이터의 거동에 의해 전기를 생산하는 발전기;를 포함하고,
    상기 발전기는 제어기를 통하여 구동기와 전기적으로 연결되도록 구성되며,
    상기 제어기는 발전기에서 생산된 전기가 구동기로 인가되는 것을 차단 또는 허용하는 것을 특징으로 하는 액티브마운트의 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 발전기에서 생산되는 전력량을 감지하여 미리 정해진 로직에 따라 차량의 주행상황을 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 액티브마운트의 구조.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 발전기에서 발전된 전기를 축전할 수 있도록 축전지를 내장하는 것을 특징으로 하는 액티브마운트의 구조.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 코어 내부에는 챔버가 마련되고 상기 챔버 내에 발전기가 내장되며,
    상기 발전기는 일단이 챔버 내의 벽면에 고정된 고정단으로 이뤄지고 타단은 진동이 가능한 자유단으로 이뤄지는 외팔보 구조로 구성되며,
    상기 자유단 측에서 흔들림이 발생함에 따라 인장 및 압축이 발생하면 전압이 생성되는 압전소자가 내장된 것을 특징으로 하는 액티브마운트의 구조.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 외팔보의 자유단 측에는 소정의 질량을 갖는 매스가 장착된 것을 특징으로 하는 액티브마운트의 구조.
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