KR101963496B1

KR101963496B1 - 자기장을 이용한 차량용 엠알(mr) 댐퍼

Info

Publication number: KR101963496B1
Application number: KR1020170045803A
Authority: KR
Inventors: 조남걸; 조성민
Original assignee: 주식회사 금아하이드파워
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2019-03-28
Also published as: KR20180114288A

Abstract

본 발명은 댐퍼에 전류를 인가하여 유도자기장의 세기에 따라 MR 유체를 활용한 차량용 반능동형 댐퍼로서, 실린더의 내경에 설치된 마그네틱 코어에 두 개의 코일을 서로 반대방향으로 감아서 설치함으로써 코일의 감긴 방향성에 따라 N극과 S극이 마그네틱 코어에 각각 정해지도록 하여 자기의 흐름에 의한 저항이 마그네틱 코어의 메인유로에 형성되도록 하여 댐핑 과정에서 댐퍼력을 강화시킬 수 있도록 하는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼를 제시한다.

Description

자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼{Magneto Rheological For Vehicle}

본 발명은 차량의 전자제어 현가장치용 엠알(MR) 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엠알(MR) 댐퍼의 실린더 내경에 설치된 마그네틱 코어에 두 개의 코일을 서로 다른 방향으로 감아서 코일의 감긴 방향성에 따라 N극과 S극이 정해지도록 하여 댐퍼력을 강화시킬 수 있도록 하는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 외부로부터 인가되는 진동이나 충격력을 감쇠시키는 장치인 댐퍼(damper)는 차량의 현가장치에서 차축과 차체를 연결하여 주행 중에 노면으로부터 차축으로 전달되는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체는 물론 차량에 적재된 화물의 손상을 방지하고 승객에게 안락한 승차감을 제공하는 등 차량을 구성하는 중요한 장치중의 하나이다.

이와 같은 차량용 현가장치는 리지드 서스펜션(rigid suspension)과 독립식 서스펜션(independent suspension)으로 구성된다. 상기 리지드 서스펜션 타입은 좌우의 바퀴가 한 개의 차축에 연결되며 그 차축을 스프링을 거쳐서 차체에 장치하는 형식으로서, 강도가 크고 구조가 간단하여 대형 트럭이나 버스 등에 많이 채용하고 있다. 그리고 독립식 서스펜션 타입은 리지드 타입에 차고를 낮출 수 있어 차량의 안정성이 향상되고 승차감이 좋아지는 이점이 있어 주로 소형 자동차에 널리 적용되고 있다. 또한, 상기 독립식 서스펜션은 링크 타입과 암 타입으로 나누어지며, 링크 타입에서는 코일스프링이 적용되고 암 타입에서는 코일과 T/BAR가 적용되고 있다.

도 1은 종래의 독립식 서스펜션을 보여주고 있는 사시도이며, 도 2는 종래의 리지드 서스펜션을 보여주고 있는 사시도이다.

상기 도 1,2를 참조하면, 스테빌라이저(20)는 댐퍼(25)의 단부가 결합된 로어암(10) 일측부에 하단부가 너트로 체결되고, 콘트롤 링크의 상단부에는 스테빌라이저(20)의 일측 단부가 너트로 체결되어 좌우의 바퀴가 동시에 상하 작동하는 경우에는, 상기 스테빌라이저(20)가 비틀리면서 좌우 바퀴의 움직임을 같게 하여 차체가 일측으로 기울어지는 것을 감소시키고 있다. 그리고 로어암(10)의 상부에는 어퍼암(12)이 취부되며 독립식 및 리지드식 모두가 스프링으로써 코일스프링을 적용시키고 있다.

이때, 독립식 서스펜션의 암 타입에서 코일과 T/BAR는 승차감이 우수한 반면 차량의 하중 대응에 불리하다. 그리고 리지드 서스펜션의 코일식은 차량 하중 대응면에서 그다지 우수하지 못하다. 또한, 리지드 서스펜션의 판식은 승차감이 불리한 반면 차량 하중 대등이 유리한 이점이 있다.

이와 같은 종래의 차량용 현가장치에서는 승차감 및 정숙성이 우수하면서도 차량의 큰 하중에 대응할 수 있는 현가장치가 없기 때문에 중대형 RV 및 SUV, 그리고 상용차 및 트럭이나 버스 등에서 만족할만한 현가장치를 적용할 수 없는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 종래의 현가장치는 댐퍼로서 댐핑 능력을 정밀하고 빠르게 제어할 수 있는 장치를 구현하기 쉽지 않고, 스프링과 댐퍼를 제어하여 가장 적절한 현가장치를 제공하면서 탄성계수 및 댐핑 능력을 자유롭게 제어할 수 있는 장치가 없다는 단점이 있었다.

따라서, 현가장치에서 보다 안락한 승차감을 얻기 위해 댐퍼의 작용을 극대화할 필요가 있고, 이에 따라 전자 제어식 현가장치에서는 댐퍼의 감쇠 성능을 외부 조건에 따라 변화시키는 즉, 댐퍼에 전류를 인가하여 유도자기장의 세기에 따라 자기 유동성(MR: Magneto Rheological) 유체의 겉보기 점도를 순간적으로 변화시켜 감쇠 성능을 조절하는 MR 댐퍼가 있다.

이러한 MR 댐퍼는 외부에서 인가되는 전류에 의해 전자기장을 발생시켜 MR 유체의 점성 변화를 통해 감쇠력을 가변시킬 수 있는 장치로서, MR 유체가 충전된 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드와, 피스톤 로드에 연결된 피스톤과, 전자기장을 발생시키기 위한 전자기장 발생부 등으로 구성된다. 그리고 피스톤은 바이패스 유로가 형성되고 코일이 권취되는 마그네틱 코어와, 마그네틱 코어의 외부를 감싸는 상태로 결합되어 메인 유로를 형성하는 플럭스 링과, 플럭스 링과 마그네틱 코어의 상하부에 각각 결합되어 바이패스 유로와 연통되도록 통로가 각각 형성되는 플레이트 등으로 구성된다.

이와 같은 MR 댐퍼는 피스톤 로드가 압축 및 인장 행정시 MR 유체가 메인 유로를 통과하며, 이때 외부로부터 전류가 전달되는 상태에서는 MR 유체가 아무런 저항을 받지 않는다. 반면에 전류가 전달되는 상태에서는 솔레노이드와 피스톤 및 실린더의 외경에 걸쳐 전자기장이 형성되며, 이는 유로 내에 존재하는 MR 유체의 점성을 높게 만든다. 이때, 피스톤이 높은 점성의 유체를 습동하면서 높은 감쇠력을 발생시킨다.

하지만, 상기와 같은 통상적인 MR 댐퍼는 실린더의 내경에 설치된 마그네틱 코어에는 전류가 인가되기 위한 코일이 감겨져 있는데, 이 코일은 한 방향으로만 감겨져 있다. 이에 따라 댐핑 작용을 위해 코일에 전류가 인가되면 전자석에 의한 자기장이 형성되는데, 이때 MR 댐퍼에 작용하는 댐핑력이 낮아서 효율적인 댐핑 작용을 할 수 없는 단점이 있다.

공개특허공보 공개번호 제10-2002-0027466호(발명의 명칭: 차량 서스펜션용 전자기 댐퍼. 공개일자: 2002년 04월 13일) 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0129580호(발명의 명칭: MR 댐퍼. 공개일자: 2012년 11월 28일) 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0105882호(발명의 명칭: 저 유체 저항용 MR 댐퍼. 공개일자: 2012년 09월 26일) 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0027181호(발명의 명칭: MR 유체의 유동, 전단 및 압착 모드를 이용한 이중 스테이지 MR 마운트 댐퍼. 공개일자: 2017년 03월 09일)

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MR 댐퍼의 실린더 내경에 설치된 마그네틱 코어에 두 개의 코일을 서로 다른 방향으로 감아서 코일의 감긴 방향성에 따라 N극과 S극이 정해지도록 하여 댐퍼력을 강화시킬 수 있도록 하는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼는 MR 유체가 충진되는 실린더와, 상기 MR 유체를 가압하는 피스톤 로드와, 상기 MR 유체에 자성을 인가시키기 위한 마그네틱 코어 및 코일을 포함하며, 상기 마그네틱 코어에는 두 개의 코일이 서로 반대방향으로 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 보다 바람직하게는 상기 마그네틱 코어에는 두 개의 코일이 서로 반대방향으로 감겨지되, 상기 코일의 감긴 방향성에 따라 N극과 S극이 정해지도록 하여 댐핑 과정에서 댐퍼력을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 MR 댐퍼의 실린더 내경에 설치된 마그네틱 코어에 전자석에 의한 자기장을 형성하기 위한 코일을 감을 때, 두 개의 코일을 서로 반대방향으로 마그네틱 코어에 감아서 자기장을 형성함으로써 마그네틱 코어에 형성되는 전극이 N극과 S극, S극과 N극이 각각 형성되도록 하여 MR 유체가 흐르는 메인유로에 저항이 형성되어 댐퍼력을 강화사킬 수 있다. 이로 인해 본 발명의 MR 댐퍼는 차량이 주행중에 종래의 MR 댐퍼보다 충격흡수율이 높아 편안하고 안락한 승차감을 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 독립식 서스펜션을 보여주고 있는 도면.
도 2는 종래기술에 따른 리지드 서스펜션을 보여주고 있는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼의 기술구성을 보여주고 있는 도면.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 두 개의 코일(108a,108b)이 서로 반대방향으로 감겨진 마그네틱 코어의 구성을 보여주고 있는 도면.
도 5는 도 3에서 도시하고 있는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼의 동작상태를 보여주고 있는 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 댐퍼에 전류를 인가하여 유도자기장의 세기에 따라 자기 유동성 유체(이하 "MR 유체"라 함)를 활용한 차량용 반능동형 댐퍼로서, 실린더의 내경에 설치된 마그네틱 코어에 두 개의 코일을 서로 반대방향으로 감아서 설치함으로써 코일의 감긴 방향성에 따라 N극과 S극이 마그네틱 코어에 각각 정해지도록 하여 자기의 흐름에 의한 저항이 마그네틱 코어의 메인유로에 형성되도록 하여 댐핑 과정에서 댐퍼력을 강화시킬 수 있도록 하는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼를 구현하고자 한다.

아래에서는 상기와 같은 특징을 가지는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼의 기술구성을 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자기장을 이용한 차량용 MR 댐퍼의 기술구성을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명에 따른 MR 댐퍼(100)는 MR 유체가 충진되는 실린더(102)와 MR 유체를 가압하는 피스톤 로드(104)를 포함하며, MR 유체에 자성을 인가시키기 위한 마그네틱 코어(106)와 복수의 코일(108)을 더 포함하여 구성된다.

상기 도 3을 참조하면, 실린더(102)는 통상 밀폐된 구조를 가지면서 MR 유체가 충진되기 위한 공간을 형성하는 원통 모양을 가진다. 피스톤 로드(104)는 실린더(102)의 내부에 설치되며, 상기 피스톤 로드(104)에는 전류의 세기에 따라 형성되는 자기장으로 댐퍼력을 조절하는 제1,2 코일(108a,108b)이 감겨져 있는 마그네틱 코어(106)가 조립된다. 이때, 상기 제1,2 코일(108a,108b)은 서로 반대방향으로 감겨지게 되는데, 그 이유는 아래에서 도 5를 참조하여 구체적으로 설명할 것이다.

상기 마그네틱 코어(106)의 양측면에는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(112)가 각각 설치되며, 상기 제1,2 플레이트(110,112)에는 제1,2 통로(116,118)가 각각 형성된다.

이와 같은 구성에 따라서, 피스톤 로드(104)는 외부의 충격에 따라, 구체적으로는 차량이 주행할 때 노면의 굴곡에 따라 발생하는 진동에 의해 상/하 방향으로 움직이게 되며, 이에 따라 피스톤 로드(104)의 일측단에 조립된 마그네틱 코어(106) 역시 상/하로 움직이게 된다.

전술한 실린더(102)의 내부는 마그네틱 코어(106)를 기준으로 제1 챔버(120)와 제2 챔버(122)로 나뉘어지며, 상기 제1,2 챔버(120,122)는 마그네틱 코어(106)에 형성된 메인유로(114)를 통해 서로 연결된다. 즉, 상기 마그네틱 코어(106)에는 복수의 메인유로(114)가 형성되며, 상기 각 메인유로(114)는 제1,2 통로(116,118)와 서로 연결되어, 결국 제1 챔버(120)와 제2 챔버(122)를 서로 연결한다. 이와 같은 구성에 따라서, 피스톤 로드(104)의 작동에 따라 실린더(102)에 충진된 MR 유체는 제1,2 통로(116,118)와 메인유로(114)를 통해 제1,2 챔버(120,122) 쪽으로 자유자재로 유입되어진다.

전술한 실린더(102)의 내경 끝부분에는 오링(126)이 삽입된 고정체(124)가 설치되며, 상기 오링(126)은 MR 유체가 실린더(102)의 외부로 새어나오는 것을 방지하기 위한 실링 역할을 하고, 상기 고정체(124)는 오링(126)을 고정시키는 역할을 한다. 상기 고정체(124)의 일측면에는 우레탄 재질의 패킹(128)이 설치되며, 상기 패킹(128)은 댐핑 과정에서 쿠션 역할뿐만 아니라 오링(126)과 더불어 MR 유체가 실린더(102)의 외부로 새어나오지 못하도록 한다.

한편, 본 발명에서는 위에서 보았듯이 마그네틱 코어(106)에 두 개의 코일을 감을 때, 바람직하게는 제1 코일(108a)과 제2 코일(108b)을 서로 반대방향으로 마그네틱 코어(106)에 감아서 댐퍼력을 강화시킨다. 즉, 상기 제1,2 코일(108a,108b)을 마그네틱 코어(106)에 각각 감는 과정에서 코일의 감김 횟수를 조절하고 특히, 감는 방향을 서로 반대방향으로 감아서 댐핑 과정에서 MR 유체가 마그네틱 코어(106)의 메인유로(114)를 통과할 때 자기장의 저항을 받아서 댐퍼력이 강화된다.

구체적으로는, 제1,2 코일(108a,108b)을 마그네틱 코어(106)에 감을 때, 상기 제1 코일(108a)을 시계방향으로 감게 되면 마그네틱 코어(106)의 좌측은 N극이 형성되고 우측은 S극이 형성되며, 상기 제1 코일(108b)을 반시계방향으로 감게 되면 마그네틱 코어(106)의 좌측은 S극이 형성되고 우측은 N극이 형성된다.

이와 같이 마그네틱 코어(106)에 제1,2 코일(108a,108b)을 서로 반대방향으로 감게 되면, 도 5에서 보는 바와 같이 제1,2 코일(108a,108b)에 전류가 인가되어 전자석에 의한 자기장이 형성되는데, 이때 자기장은 서로 반대방향으로 형성된다. 이렇게 마그네틱 코어(106)의 메인유로(114)에는 서로 반대방향으로 자기장의 흐름이 형성되고 서로 겹쳐지는 부분에는 저항이 형성되며, 결국 메인유로(114)을 통과하는 MR 유체는 자기장의 저항에 의해 흐름성이 떨어져 댐퍼력이 강화되어진다.

100: MR 댐퍼 102: 실린더
104: 피스톤 로드 106: 마그네틱 코어
108a: 제1 코일 108b: 제2 코일
110: 제1 플레이트 112: 제2 플레이트
114: 메인유로 116: 제1 통로
118: 제2 통로 120: 제1 챔버
122: 제2 챔버 124: 고정체
126: 오링 128: 패킹

Claims

MR 유체가 충진되는 실린더(102)와, 상기 MR 유체를 가압하는 피스톤 로드(104)와, 상기 MR 유체에 자성을 인가시키기 위한 마그네틱 코어(106) 및 제1,2 코일(108a,108b)을 포함하여 구성된 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼에 있어서,
상기 제1,2 코일(108a,108b)은 마그네틱 코어(106)에 감겨지되, 서로 반대방향으로 감겨지며;
상기 제1,2 코일(108a,108b)에 전류가 인가되어 자기장이 형성될 때, 상기 마그네틱 코어(106)의 메인유로(114)에는 서로 겹쳐지는 자기장에 의해 저항이 형성됨을 특징으로 하는 자기장을 이용한 차량용 엠알(MR) 댐퍼.