KR101900009B1 - 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 발열원에 외부의 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 송풍부, 상기 송풍부를 수용하는 본체, 상기 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감하는 다수개의 댐퍼들 및 상기 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어하는 환경 제어부를 제공함으로써 구조소음의 증가에 따른 주파수 대역을 구분하여 소음 감쇠 효과를 상승시키는 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법{Air Cooling Type Environment Control Apparatus using Hybrid Damper and Method the same}
본 발명은 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 특히 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래기술의 함정탑재장비의 환경제어 장치는 소음 감쇠 시스템을 적용하지 않거나, 고무 또는 실리콘 등 탄성 재질 기반의 패시브(Passive) 방식이기 때문에 감쇠가 가능한 주파수 밴드가 작아 소음 감쇠에 한계가 있어 함정의 은폐 및 은밀성에 악영향을 미친다.
또한, 함정탑재장비 내부에 발열원인 전자모듈을 장착하고 있으며, 이 발열원을 장비 외부의 공기로 냉각시키는 공기 냉각 방식은 송풍팬의 유량이 일정한 값 이상으로 커짐에 따라 소음 발생도 커지는 문제가 있다.
이에 따라, 송풍팬의 분당회전수(RPM)가 증가함에 따라 구조소음도 커지기 때문에 주파수 대역을 구분하여 댐퍼와 진동절연 탄성체를 복합적으로 적용하는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법 으로 발열원에 외부의 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 송풍부, 상기 송풍부를 수용하는 본체, 상기 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감하는 다수개의 댐퍼들 및 상기 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어하는 환경 제어부를 제공함으로써 구조소음의 증가에 따른 주파수 대역을 구분하여 소음 감쇠 효과를 상승시키는데 그 목적이 있다.
또한, 감쇠가 가능한 주파수 밴드를 확장하여 소음 감쇠를 구현하여 함정의 은폐 및 은밀성을 증가시키는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 환경 제어 장치는, 적어도 하나의 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 공랭식 환경 제어 장치에 있어서, 상기 발열원에 외부의 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 송풍부, 상기 송풍부를 수용하는 본체, 상기 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감하는 다수개의 댐퍼들 및 상기 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어하는 환경 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 본체는, 상기 본체의 전면에 개구부를 포함하는 외판 및 상기 본체의 후면에 상기 본체를 고정하는 고정부를 포함하고, 상기 개구부의 내측에 상기 송풍부가 위치한다.
여기서, 본체는, 상기 외판에 부착되며, 상기 송풍부를 장착하기 위한 틀 형태의 가진부 및 상기 고정부에 부착되며, 상기 댐퍼측으로 연장 되는 지지부를 더 포함하며, 상기 댐퍼는, 상기 본체의 상기 가진부와 상기 지지부 사이에 결합한다.
여기서, 상기 다수개의 댐퍼들은, 적어도 하나 이상이 하이브리드 댐퍼를 포함하며, 상기 하이브리드 댐퍼는, 바닥이 있는 원통 형상의 외통 및 상기 외통의 상부에 포함되는 플랜지를 포함하는 하우징, 상기 하우징의 내부에 포함되며, 상기 플랜지의 외부로 연장되는 코일축, 상기 코일축의 측면에 감기는 솔레노이드 코일, 상기 하우징의 내부에 충진되는 MR유체, 상기 하우징의 상면에 위치하여 상기 MR유체를 주입 또는 충진 시 개방되는 커버, 상기 하우징의 하면에 부착되며 소음 감쇠가 가능한 탄성체 및 상기 탄성체와 연결되며, 상기 지지부와 결합되는 절연축을 포함한다.
또한, 상기 하이브리드 댐퍼는, 상기 코일축을 상기 가진부에 결합하는 제1 고정너트, 상기 제1 고정너트와 상기 가진부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제1 간격유지기, 상기 절연축을 상기 지지부에 결합하는 제2 고정너트 및 상기 제2 고정너트와 상기 지지부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제2 간격유지기를 더 포함한다.
또한, 상기 송풍부는, 상기 전자 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 송풍부는, 상기 온도 센서의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는 경우 상기 발열원으로 상기 외부의 공기를 공급하도록 작동한다.
또한, 상기 고정부는, 상기 송풍부의 구조 소음을 측정하는 가속도 센서를 더 포함하며, 상기 댐퍼는, 상기 가속도 센서의 가속도가 기 설정된 임계 구조 소음값을 초과하는 경우 상기 송풍부의 소음을 감쇠하도록 작동한다.
여기서, 상기 환경 제어부는, 상기 임계 온도와 상기 임계 구조 소음값을 설정하는 설정부, 상기 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는 온도 정보 수신부, 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 허용 온도 확인부 및 상기 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동하는 신호를 전송하는 송풍부 가동 신호 전송부를 포함한다.
여기서, 상기 환경 제어부는, 상기 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음을 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는 구조 소음 정보 수신부, 상기 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교하는 구조 소음 확인부 및 상기 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동하는 신호를 전송하는 댐퍼 가동 신호 전송부를 더 포함한다.
여기서, 상기 송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며, 상기 허용 온도 확인부는, 상기 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산하는 평균값 계산부를 포함하고, 상기 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 환경 제어 방법은, 적어도 하나의 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 공랭식 환경 제어 방법에 있어서, 설정부가 임계 온도와 임계 구조 소음값을 설정하는 단계, 온도 정보 수신부가 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는 단계, 허용 온도 확인부가 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 단계 및 송풍부 가동 신호 전송부가 상기 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동하는 단계를 포함한다.
여기서, 구조 소음 정보 수신부가 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음을 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는 단계, 구조 소음 확인부가 상기 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교하는 단계 및 댐퍼 가동 신호 전송부가 상기 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동하는 단계를 더 포함한다.
여기서, 상기 송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며, 상기 허용 온도 확인부가 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 단계는, 평균값 계산부가 상기 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 발열원에 외부의 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 송풍부, 상기 송풍부를 수용하는 본체, 상기 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감하는 다수개의 댐퍼들 및 상기 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어하는 환경 제어부를 제공함으로써 구조소음의 증가에 따른 주파수 대역을 구분하여 소음 감쇠 효과를 상승시킬 수 있다.
또한, 감쇠가 가능한 주파수 밴드를 확장하여 소음 감쇠를 구현하여 함정의 은폐 및 은밀성을 증가시킬 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경 제어부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관련된 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치(10)는 본체(100), 송풍부(200), 댐퍼(300), 환경 제어부(400)를 포함한다.
하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치(10)는 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 환경 제어 장치이다. 공랭 방식은 송풍팬의 유량이 커짐에 따라 소음도 커지기 때문에 하이브리드 댐퍼를 이용하여 소음을 감쇠한다.
공랭식 장치는 엔진의 발생열을 제거하기 위해 실린더 및 블록 주위에 공기를 흐르게 하여 냉각시키는 냉각 장치의 한 형식으로, 이 형식에서는 엔진 내를 통하여 흐르는 냉각수가 필요 없으며 라디에이터도 필요하지 않다.
냉각핀이 설치되어 공기가 이 냉각핀을 냉각시키게 되는데, 강제 냉각 방식과 자연 냉각 방식이 있다.
공기 냉각 방식은 송풍팬의 분당회전수(RPM)가 증가함에 따라 구조소음도 커지기 때문에 주파수 대역을 구분하여 MR(Magneto-Rheological)댐퍼와 진동절연 탄성체를 복합적으로 적용하는 장치 및 방법이 필요하다.
전술훈련용 장비는 내부에 발열원인 전자모듈을 장착하고 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치는 발열원을 장비 외부의 공기로 냉각시킬 수 있다.
공랭 방식은 송풍팬의 유량이 커짐에 따라 소음도 커지기 때문에 댐퍼의 댐핑과의 Trade-Off가 필요하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치에서는 환경 제어부를 이용하여 댐퍼의 작동을 제어할 수 있다.
환경제어 요소는 온도와 소음을 포함하며, 이 외에도 습도, 장치가 받는 충격, 장치의 개폐 제어 등을 포함할 수 있다.
송풍부(200)는 발열원에 외부의 공기를 공급한다. 송풍부는 유동을 일으키는 날개차(impeller), 날개차로 들어가고 나오는 유동을 안내하는 케이싱(casing)을 포함한다.
송풍부(200)는, 전자 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 포함하며, 송풍부는, 상기 온도 센서의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는 경우 상기 발열원으로 상기 외부의 공기를 공급하도록 작동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치는 제1 송풍부(210), 제2 송풍부(220), 제3 송풍부(230)를 포함하여, 각각의 온도 센서로부터 온도 정보를 센싱할 수 있으며, 전자 모듈의 크기와 발열량에 따라 송풍부의 개수 조절이 가능하다.
본체(100)는 송풍부를 수용한다. 본체(100)는 외판(110), 고정부(120)를 포함한다.
외판(110)은 본체의 전면에 위치하며, 개구부(113)를 포함한다. 개구부(113)의 내측에 송풍부가 위치한다. 개구부(113)를 통해 공기의 유입이 가능하다. 개구부(113)는 송풍부가 안착될 수 있도록 본체와 연결되는 원형의 케이스를 포함할 수 있다.
또한, 별도의 장치와 결합 가능하도록 외판의 측면에 고리(131)를 포함할 수 있다.
고정부(120)는 본체의 후면에 위치하며, 본체를 고정한다. 구체적으로, 고정부(120)는 판의 형태이며, 외판(110), 송풍부(200), 댐퍼(300), 고정부(120) 순으로 결합할 수 있다. 이에 따라, 송풍부(200)의 고장 시 외판(110)만의 분해 후 송풍부 점검이 가능하므로, 점검에 효율적이다.
고정부(120)는 탑재 장비에 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 결합할 수 있도록 다수의 결합부(123)를 포함할 수 있다.
본체(100)는 외판(110)에 부착되며, 송풍부를 장착하기 위한 틀 형태의 가진부(130) 및 고정부(120)에 부착되며, 댐퍼(300)측으로 연장되는 지지부(140)를 포함한다.
외판(110)은 송풍부(200)를 장착할 수 있도록 다수개의 장착부(117)와 고정부(120)와 이격거리를 두고 조립될 수 있도록 다수개의 조립체(115)를 더 포함할 수 있다.
가진부(130)는 외판(110)의 상측에 외판(110)과 수직인 방향으로 연장되어 송풍부를 장착할 수 있는 만큼의 너비를 갖는다.
지지부(140)는 가진부(130)의 하측에 위치하여, 지지부(140)와 가진부(130) 사이에 댐퍼를 고정시킬 수 있다.
고정부(120)는 상기 송풍부의 구조 소음을 측정하는 가속도 센서(500)를 더 포함하며, 댐퍼(300)는, 상기 가속도 센서의 가속도가 기 설정된 임계 구조 소음값을 초과하는 경우 상기 송풍부의 소음을 감쇠하도록 작동한다. 구체적으로, 고정부(120)의 하측에 위치한 적어도 일부가 곡면을 포함한 면(127)에 위치하여, 송풍부와 가깝게 위치하여 송풍부의 구조 소음을 효과적으로 측정할 수 있다.
가속도 센서(500)는 출력신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정하는 것이다. 관성식, 자이로식, 실리콘반도체식의 센서를 포함하여 구조 소음을 측정할 수 있다.
댐퍼(300)는 본체의 가진부(130)와 지지부(140) 사이에 결합한다.
댐퍼(300)는 본체의 양측에 2개씩 위치하는 것이 바람직하며, 송풍부의 후면에 부착되는 것이 바람직하다. 본체의 상단과 하단에 각각 한 개씩 위치한다.
댐퍼(300)는 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감한다. 다수개의 댐퍼들(300)은 적어도 하나 이상이 하이브리드 댐퍼를 포함한다. 여기서, 하이브리드 댐퍼는 MR댐퍼의 특성을 포함한 댐퍼이다.
환경 제어부(400)는 제어보드를 이용하여 구현될 수 있다. 환경 제어부는 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어한다.
환경 제어부(400)의 제어보드는 고정부(120)에 평행하게 연결되며, 다수개의 연결부(125)로 고정될 수 있다.
환경 제어부(400)는 별도의 제어 모듈과 연결되고, 각 모듈을 제어할 수 있도록 다수개의 연결부(401), 다수개의 논리 소자(403), 스위치부(405)를 포함할 수 있다.
온도는 송풍부를 통하여 조절하며 펄스폭 변조(PWM)제어는 제어보드, 모니터링은 온도센서를 사용한다. 또한, 소음은 하이브리드 댐퍼를 통하여 조절하며 펄스폭 변조(PWM)제어는 제어보드, 모니터링은 가속도센서를 사용한다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼(300)는 하우징(310), 코일축(320), 솔레노이드 코일(330), MR유체(340), 커버(350), 탄성체(360), 절연축(363)을 포함한다.
댐퍼(300)는 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감한다. 다수개의 댐퍼들은, 적어도 하나 이상이 하이브리드 댐퍼를 포함한다. 여기서, 하이브리드 댐퍼는 MR댐퍼의 특성을 포함한 댐퍼이다.
MR(Magneto-Rheological)댐퍼는 자기장의 변화에 따라 유체의 점도가 변화하는 MR(Magneto-Rheological)유체를 댐퍼에 적용한 것이다. MR유체는 액체에서 고체로, 고체에서 다시 액체로, 형태를 자유롭게 바꿀 수 있으며, MR유체는 특정 자기장을 만나면 본질의 형태를 바꿀 수 있다. 이에 따라, MR댐퍼는 노면의 상태를 센서로 감지해 차체에 전달되는 진동이나 충격을 감소시킨다. 용액속에 미세한 철가루를 섞어놓고, 삼각 뿔처럼 생긴 메탈이 전자석 역할을 하며 전기의 세기를 조절하면서 다양한 점도의 액체 상태를 유지하는 원리이며, 이 원리를 이용해서 송풍기 구조소음 발생 시 충격완화장치인 쇼바의 역할을 할 수 있다.
댐퍼(300)는 본체의 가진부(130)와 지지부(140) 사이에 결합한다. 가진부(130)는 댐퍼(300)의 상부측, 지지부(140)는 댐퍼(300)의 하부측과 결합하며, 댐퍼(300)는 본체와 맞닿는 것이 아닌 일정한 이격 거리를 갖고 위치하여, 송풍부의 구조 소음을 효율적으로 감소 시킬 수 있다.
하우징(310)은 바닥이 있는 원통 형상의 외통(311) 및 외통의 상부에 포함되는 플랜지(313)를 포함한다.
플랜지(313)는 지름이 큰 관, 내부의 압력이 높은 관, 또는 자주 떼어낼 필요가 있는 관에는 관이음을 사용하는데, 이 관이음의 접속부분이다. 이 원주(圓周)위에 체결용의 볼트 구멍이 설치될 수 있다. 관에 부착하는 부착식과 관 부위가 일체로 만드는 일체식 등이 있으며, 부착식은 플랜지를 비틀어 박거나, 리벳, 전압(轉壓), 용접 또는 유합(遊合) 등의 방법으로 관에 부착할 수 있다.
코일축(320)은 하우징(310)의 내부에 포함되며, 플랜지의 외부로 연장된다. 하우징(310)의 내부에 포함되는 부분(321)은 플랜지의 외부로 연장되는 부분보다 큰 지름으로 형성된다. 플랜지의 외부로 연장되는 부분은 축의 형상으로 연장된다.
솔레노이드 코일(330)은 코일축의 측면에 감긴다. 코일축(320)에서 하우징(310)의 내부에 포함되는 부분(321)에 솔레노이드 코일(330)이 권취되며, 하우징(310)의 내부에 포함되는 부분(321)이 일정한 홈을 갖고, 이 홈에 솔레노이드 코일(330)이 권취된다. 솔레노이드 코일은 전류 제어를 통해 주파수 대역 160Hz~16000Hz에서 MR유체의 감쇠비(Damping Ratio)를 제어한다.
MR유체(340)는 하우징의 내부에 충진된다. 구체적으로, MR유체(340)는 솔레노이드 코일(330)이 감긴 코일축(320)과 하우징(310)의 원통 형상의 외통(311) 사이에 충진된다. MR유체는 2~3ms 수준의 빠른 응답특성을 가지며, 일례로 파라핀 베이스 오일 모체 기반에 자성입자로 철 성분을 가질 수 있다.
커버(350)는 하우징의 상면에 위치하여 상기 MR유체를 주입 또는 충진 시 개방된다.
탄성체(360)는 하우징의 하면에 부착되며 소음 감쇠가 가능하다.
절연축(363)은 탄성체와 연결되며, 상기 지지부와 결합된다. 절연축(363)은 탄성체(360)와 결합할 수 있도록, 탄성 고정부(361)를 포함한다. 탄성체는 16Hz~160Hz 주파수 대역에서 소음 감쇠가 가능한 재질로 클로로프렌 고무 등을 적용할 수 있다.
또한, 코일축을 상기 가진부에 결합하는 제1 고정너트(370), 제1 고정너트(370)와 상기 가진부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제1 간격유지기(373), 상기 절연축을 상기 지지부에 결합하는 제2 고정너트(380) 및 제2 고정너트와 상기 지지부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제2 간격유지기(383)를 더 포함한다. 코일축(320)은 가진부(130)의 아래에 위치하며, 가진부(130) 측으로 확장되는 안착부(323)를 포함하여 가진부와 안정적으로 조립될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 하이브리드 댐퍼(300)는 본체의 양측에 2개씩 위치하는 것이 바람직하며, 송풍부의 후면에 부착되는 것이 바람직하다. Z-Z축을 기준으로 상단과 하단에 각각 한 개씩 위치한다.
본체(100)는 외판(110)에 부착되며, 송풍부를 장착하기 위한 틀 형태의 가진부(130) 및 고정부(120)에 부착되며, 댐퍼(300)측으로 연장되는 지지부(140)를 포함한다.
댐퍼(300)는 본체의 가진부(130)와 지지부(140) 사이에 결합한다. 가진부(130)는 댐퍼(300)의 상부측, 지지부(140)는 댐퍼(300)의 하부측과 결합하며, 댐퍼(300)는 본체와 맞닿는 것이 아닌 일정한 이격 거리를 갖고 위치하여, 송풍부의 구조 소음을 효율적으로 감소 시킬 수 있다.
외판(110)은 송풍부(200)를 장착할 수 있도록 다수개의 장착부(117)와 고정부(120)와 이격거리를 두고 조립될 수 있도록 다수개의 조립체(115)를 더 포함할 수 있다. 또한, 다수개의 조립체(115)와 동일선 상에 위치하며, 반대 방향으로 조립되는 후면 조립체(116)를 이용하여 조립할 수 있다.
가진부(130)는 본체의 상측에 위치하는 'ㄱ'자 형상의 가진부(130)일 수 있으며, 본체의 하측에 위치하여 'ㄴ'자 형상의 가진부(150)로 구현될 수도 있다.
댐퍼(300)의 부착 위치에 따라 가진부의 형상을 선택할 수 있다.
하우징(310)은 바닥이 있는 원통 형상의 외통(311) 및 외통의 상부에 포함되는 플랜지(313)를 포함한다.
또한, 고정부(120)는 탑재 장비에 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치를 결합할 수 있도록 다수의 결합부(123)를 포함할 수 있다.
구조 소음의 진행방향은 도 4에 나타난 바와 같이, Z-Z축을 기준으로 상부에서 하부로 진행하며, 2개의 댐퍼를 통과하며 구조 소음이 감쇠된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5의 그래프에 있어서, 가로축은 구조 소음의 진동수를 나타내며, 세로축은 가속도 준위(acceleration level)를 나타낸다.
본 발명의 기술을 통하여 주파수 대역을 구분하여 MR댐퍼와 진동절연 탄성체를 복합적으로 적용하여 종래 기술 대비 소음 감쇠 효과를 상승한 것을 확인할 수 있다.
온도는 송풍부를 통하여 조절하며 펄스폭 변조(PWM)제어는 제어보드, 모니터링은 온도센서를 사용한다. 또한, 소음은 하이브리드 댐퍼를 통하여 조절하며 펄스폭 변조(PWM)제어는 제어보드, 모니터링은 가속도센서를 사용한다
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치는 발열원을 장비 외부의 공기로 냉각시킬 수 있다.
공랭 방식은 송풍팬의 유량이 커짐에 따라 소음도 커지기 때문에 댐퍼의 댐핑과의 Trade-Off가 필요하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치에서는 환경 제어부를 이용하여 댐퍼의 작동을 제어할 수 있다.
환경제어 요소는 온도와 소음을 포함하며, 이 외에도 습도, 장치가 받는 충격, 장치의 개폐 제어 등을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경 제어부를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 환경 제어부(400)는 설정부(410), 온도 정보 수신부(420), 허용 온도 확인부(430), 송풍부 가동 신호 전송부(440), 구조 소음 정보 수신부(450), 구조 소음 확인부(460), 댐퍼 가동 신호 전송부(470)를 포함한다.
환경 제어부(400)는 제어보드를 이용하여 구현될 수 있다. 환경 제어부는 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어한다.
설정부(410)는 임계 온도와 임계 구조 소음값을 설정한다.
온도 정보 수신부(420)는 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는다.
허용 온도 확인부(430)는 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교한다. 구체적으로, 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교한다.
허용 온도 확인부(430)는 평균값 계산부(433)를 포함한다.
송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며, 평균값 계산부(433)는 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산한다.
송풍부 가동 신호 전송부(440)는 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동하는 신호를 전송한다.
송풍팬의 가동 단계에서, 제어보드는 송풍팬을 펄스폭 변조(PWM) 제어할 수 있다. 여기서, 제1 변조 제어 패턴(PWM Duty Cycle)은 수학식 1로 구현된다.
Figure 112018048031863-pat00001
여기서, 허용 소음은 설정된 임계 구조 소음값이고, 소음 정보는 가속도 센서로부터 입력받은 정보이며, 온도 정보 기하 평균값은 각 송풍부로부터 전달 받은 온도 정보의 기하 평균값이다.
구체적으로, 제1 변조 제어 패턴은 허용소음, 소음정보, 및 온도정보의 관계식으로 표현되며, 허용소음을 소음정보로 나누고 온도정보의 기하평균값을 곱한 관계식으로 산출되고, 허용소음을 소음정보로 나누고 온도정보의 기하평균값을 곱한 값을 퍼센트 비율로 계산한 후 전체에서 허용소음을 소음정보로 나누고 온도정보의 기하평균값을 곱한 값을 퍼센트 비율로 계산한 값을 제외한 비율로 나타낼 수 있다.
구조 소음 정보 수신부(450)는 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음을 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는다.
구조 소음 확인부(460)는 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교한다.
댐퍼 가동 신호 전송부(470)는 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동하는 신호를 전송한다.
MR댐퍼의 가동 단계에서, 제어보드는 MR댐퍼를 PWM 제어할 수 있다. 여기서, 제2 변조 제어 패턴(PWM Duty Cycle)은 수학식 2로 구현된다.
Figure 112018048031863-pat00002
여기서, 허용 온도은 설정된 임계 온도이고, 온도 정보는 온도 센서로부터 입력받은 정보이며, 소음 정보 로그 평균값은 가속도 센서로부터 전달 받은 소음 정보의 로그 평균값이다.
구체적으로, 제2 변조 제어 패턴은 허용온도, 온도정보, 및 소음정보의 관계식으로 표현되며, 온도정보를 허용 온도로 나누고 소음정보의 로그평균값을 곱한 관계식으로 산출되고, 온도정보를 허용 온도로 나누고 소음정보의 로그평균값을 곱한 값을 퍼센트 비율로 계산한 후 전체에서 온도정보를 허용 온도로 나누고 소음정보의 로그평균값을 곱한 값을 퍼센트 비율로 계산한 값을 제외한 비율로 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
적어도 하나의 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 공랭식 환경 제어 방법은 환경 제어부의 제어보드 전원을 인가하는 단계(S110)에서 시작한다.
단계 S120에서 설정부가 임계 온도와 임계 구조 소음값을 설정한다.
단계 S131 내지 S133에서 온도 정보 수신부가 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는다. 송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며,
단계 S131에서 온도 정보 수신부가 제1 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는다.
단계 S132에서 온도 정보 수신부가 제2 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는다.
단계 S133에서 온도 정보 수신부가 제3 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는다.
단계 S140에서 평균값 계산부가 상기 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산한다.
단계 S150에서 허용 온도 확인부가 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교한다. 구체적으로, 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교한다.
단계 S160에서 송풍부 가동 신호 전송부가 상기 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동한다.
송풍팬의 가동 단계에서, 제어보드는 송풍팬을 PWM 제어할 수 있다. 여기서, 제1 변조 제어 패턴(PWM Duty Cycle)은 상기 수학식 1로 구현된다.
단계 S170에서 구조 소음 정보 수신부가 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음을 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는다.
단계 S180에서 구조 소음 확인부가 상기 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교한다.
단계 S190에서 댐퍼 가동 신호 전송부가 상기 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동한다.
MR댐퍼의 가동 단계에서, 제어보드는 MR댐퍼를 PWM 제어할 수 있다. 여기서, 제2 변조 제어 패턴(PWM Duty Cycle)은 수학식 2로 구현된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 방법에 있어서, 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적(Non-Transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 기록되어 공랭식 환경 제어 방법을 포함한 동작들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 하이브리드 댐퍼를 이용한 공랭식 환경 제어 장치
100: 본체
200: 송풍부
300: 하이브리드 댐퍼
400: 환경 제어부
410: 설정부
420: 온도 정보 수신부
430: 허용 온도 확인부
440: 송풍부 가동 신호 전송부
450: 구조 소음 정보 수신부
460: 구조 소음 확인부
470: 댐퍼 가동 신호 전송부

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 공랭식 환경 제어 장치에 있어서,
    상기 발열원에 외부의 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 송풍부; 상기 송풍부를 수용하는 본체; 상기 본체와 연결되어 상기 송풍부로부터 발생하는 기계적 진동을 저감하는 다수개의 댐퍼들; 및 상기 송풍부의 동작을 제어하고, 상기 송풍부의 동작과 관련된 센싱 정보를 이용하여 상기 댐퍼들의 동작을 제어하는 환경 제어부;를 포함하고,
    상기 본체는, 상기 본체의 전면에 개구부를 포함하는 외판; 상기 본체의 후면에 상기 본체를 고정하는 고정부; 상기 외판에 부착되며, 상기 송풍부를 장착하기 위한 틀 형태의 가진부; 및 상기 고정부에 부착되며, 상기 댐퍼측으로 연장 되는 지지부;를 포함하며, 상기 개구부의 내측에 상기 송풍부가 위치하고,
    상기 댐퍼는, 상기 본체의 상기 가진부와 상기 지지부 사이에 결합하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수개의 댐퍼들은, 적어도 하나 이상이 하이브리드 댐퍼를 포함하며,
    상기 하이브리드 댐퍼는,
    바닥이 있는 원통 형상의 외통; 및 상기 외통의 상부에 포함되는 플랜지;를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 포함되며, 상기 플랜지의 외부로 연장되는 코일축;
    상기 코일축의 측면에 감기는 솔레노이드 코일;
    상기 하우징의 내부에 충진되는 MR(Magneto-Rheological)유체;
    상기 하우징의 상면에 위치하여 상기 MR유체를 주입 또는 충진 시 개방되는 커버;
    상기 하우징의 하면에 부착되며 소음 감쇠가 가능한 탄성체; 및
    상기 탄성체와 연결되며, 상기 지지부와 결합되는 절연축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하이브리드 댐퍼는,
    상기 코일축을 상기 가진부에 결합하는 제1 고정너트;
    상기 제1 고정너트와 상기 가진부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제1 간격유지기;
    상기 절연축을 상기 지지부에 결합하는 제2 고정너트; 및
    상기 제2 고정너트와 상기 지지부의 사이에 위치하여 간격을 유지하는 제2 간격유지기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 송풍부는, 상기 전자 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서;를 더 포함하며,
    상기 송풍부는, 상기 온도 센서의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는 경우 상기 발열원으로 상기 외부의 공기를 공급하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정부는, 상기 송풍부의 구조 소음을 측정하는 가속도 센서;를 더 포함하며,
    상기 댐퍼는, 상기 가속도 센서의 가속도가 기 설정된 임계 구조 소음값을 초과하는 경우 상기 송풍부의 소음을 감쇠하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 환경 제어부는,
    상기 임계 온도와 상기 임계 구조 소음값을 설정하는 설정부;
    상기 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는 온도 정보 수신부;
    상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 허용 온도 확인부; 및
    상기 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동하는 신호를 전송하는 송풍부 가동 신호 전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 환경 제어부는,
    상기 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는 구조 소음 정보 수신부;
    상기 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교하는 구조 소음 확인부; 및
    상기 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동하는 신호를 전송하는 댐퍼 가동 신호 전송부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며,
    상기 허용 온도 확인부는,
    상기 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산하는 평균값 계산부;를 포함하고,
    상기 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 장치.
  11. 적어도 하나의 전자 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 전자 모듈의 발열원을 외부의 공기로 냉각시키는 공랭식 환경 제어 방법에 있어서,
    설정부가 임계 온도와 임계 구조 소음값을 설정하는 단계;
    온도 정보 수신부가 송풍부로부터 상기 전자 모듈의 온도 정보를 수신 받는 단계;
    허용 온도 확인부가 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 단계; 및
    송풍부 가동 신호 전송부가 상기 온도 정보가 상기 임계 온도 보다 높을 경우 상기 송풍부를 작동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    구조 소음 정보 수신부가 고정부로부터 상기 송풍부의 구조 소음 측정값을 구조 소음 정보로 수신 받는 단계;
    구조 소음 확인부가 상기 구조 소음 정보와 상기 임계 구조 소음값을 비교하는 단계; 및
    댐퍼 가동 신호 전송부가 상기 구조 소음 정보가 상기 임계 구조 소음값 보다 클 경우 상기 댐퍼를 작동하는 단계;를 더 포함하는 공랭식 환경 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 송풍부는, 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부를 포함하며,
    상기 허용 온도 확인부가 상기 온도 정보와 상기 임계 온도를 비교하는 단계는,
    평균값 계산부가 상기 제1 송풍부, 제2 송풍부 및 제3 송풍부의 온도 정보의 평균값을 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 온도 정보의 평균값과 상기 임계 온도를 비교하는 것을 특징으로 하는 공랭식 환경 제어 방법.
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