KR101990390B1 - 전단형 mrg 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)를 이용한 전단형 댐퍼에 관한 것으로서, 자기장을 발생시키는 전자석과 상기 전자석에 결합되어 자기장을 유도하는 복수의 자력유도체와 상기 복수의 자력유도체 내부에 각각 결합되는 내부마찰판과 상기 내부마찰판을 좌우 및 하부를 감싸도록 결합되는 유체커버와 상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 공간에 수용되는 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)와 상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 내부공간에 일측이 끼워지고 타측은 외부지지체와 결합되는 외부마찰판과 상기 자력유도체를 수용하도록 자력유도체수용홈이 형성되고, 전자석 및 자력유도체를 고정하도록 고정부재로 결합되는 커버;를 포함한다.

Description

전단형 MRG 댐퍼{Shear type MRG(Magneto-Rheological-Grease Fluid) damper}

본 발명은 전단형 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량이나 건축구조물에 설치되어 지진이나 강한 바람과 같은 외부요인에 의해 건축구조물에 인가되는 진동을 감쇠시키는 전단형 댐퍼에 관한 것이다.

최근 전 세계적으로 지진의 발생 빈도 및 그 규모가 증가하는 추세에 있다.

이러한 지진이 발생하면 건축구조물은 부재가 수평방향의 외력을 받는 경우에 비틀림 또는 유사한 수평이동이 일어난다.

특히, 건축구조물 또는 교량에서 발생되는 비틀림은 구조물의 상태에 심각한 충격을 줄 수 있으며, 심지어 구조물의 붕괴를 초래할 수도 있다.

댐퍼는 진동원으로부터 발생하여 외부로 전달되는 진동을 줄여주는 역할을 한다.

그러나, 종래의 댐퍼는 대부분 마찰재에 의한 마찰 저항과 탄성체의 완충력을 통해 진동을 전달하도록 구성되어 있어, 특히 고주파수 영역의 약한 진동 발생시에는 방진 기능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있다.

최근에는 준능동형 제어(semi-active control) 기법이나 능동형 제어(active control) 기법이 주된 연구 대상이 되고 있다.

특히, 준능동형 제어 기법은 제어 대상 구조물의 감쇠 특성을 제어할 수 있는 지능형 재료를 활용하는데, 이는 비교적 안정성과 신뢰성이 보장되고 소모 전력이 적으며 전자기 신호에 대해 유체가 반응하는 속도가 빠른 장점 등에 의해 능동형 제어 기법보다 적극적인 대안으로 활용되고 있다.

지능형 재료 중에 가제어성 유체인 자기유변유체(Magneto-Rheological Fluid,MR유체)가 이용되고 있는데, 이는 큰 동적 범위를 가질 뿐만 아니라 적은 전력을 소모하면서 큰 제어력을 발휘할 수 있는 특징 때문에, 이를 이용할 경우 기존 진동 제어 장치들의 한계로 지적되고 있는 가격 대비 경제적 효율성과 장비의 신뢰성, 전력의 소모량과 발생 제어력의 크기 등에서 우수한 장치를 제공할 수 있다.

그러나, 기존 MR유체를 이용한 댐퍼는 MR유체를 활용함으로 인해 혼합된 분산입자의 침전발생으로 인한 정상적인 제어가 어려워지고, MR유체가 함침되는 공간이 구속되어 있지 않아 제3의 물체를 이용하여 함침을 해야하는 불편함이 있다.

제3의 물체를 이용하는 경우 기존에는 스펀지와 같은 유체를 흡수할 수 있는 물체를 함께 삽입하여 활용하였다.

유체의 특성상 스펀지의 내부에 항시 부착되어 유지되는 것이 아닌 중력에 의해 아래로 흘러 소실됨으로 인한 제어력 유지 어려움과 상시 보충을 해줘야 함으로 유체의 사용량이 증가되었다.

즉, 자기장이 발생 되었을 때의 최상의 gap사이즈 즉, 마찰판과 전자석 마찰판과의 간격을 규명하기 어려워지고, 제3의 물체(스펀지 등)에 함침으로 인하여 분산입자의 분포가 일정하지 않게 됨으로써 정상적인 제어력을 발휘하기 어렵다.

따라서, 분산입자의 침전이 발생하지 않도록 하고 정상적인 제어력을 발휘할 수 있는 MR 댐퍼의 개발이 요구된다.

대한민국 특허공개 제2011-0093429호

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, MR유체에 그리스를 첨가하여 분산입자의 침전이 발생하지 않도록 하여, 댐퍼가 정상적인 제어력을 발휘 할 수 있도록 그리스가 포함된 MR유체를 적용한 전단형 댐퍼를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자기장을 발생시키는 전자석;과 상기 전자석에 결합되어 자기장을 유도하는 복수의 자력유도체;와 상기 복수의 자력유도체 사이의 내측에 각각 결합되는 내부마찰판;과 상기 내부마찰판 사이의 공간을 좌우 및 하부를 감싸도록 결합되는 유체커버;와 상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 공간에 수용되는 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid);와 상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 내부공간에 일측이 끼워지고 타측은 외부지지체와 결합되는 외부마찰판;과 상기 자력유도체를 수용하도록 자력유도체수용홈이 형성되고, 전자석 및 자력유도체를 고정하도록 고정부재로 결합되는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 MRG유체는 MR유체 100중량부에 그리스(Grease) 20~30중량부를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전자석은 스테인레스 보빈 및 코일로 제작된 것을 특징으로 한다.

상기 유체커버는 비자성체로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 그리스가 포함된 MR유체 즉, MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)를 활용함으로써, 혼합된 분산입자의 침전이 발생되지 않아 정상적인 제어력을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 그리스가 포함된 MR유체 즉, MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)는 분산입자의 침전이 발생하지 않고, MR유체와 달리 휘발성이 미소하여 유체상태를 유지하기 때문에 추가적인 유체의 충전 없이 일정한 제어력을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 정면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 분해사시도.

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, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼의 분해사시도이다.

본 발명에서 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)는 기존 MR유체에 그리스(Grease)를 혼합하여 형성한 것이다.

MR유체는 자기장에 의해 점도가 변화하는 자기 유변 유체, 즉 MR유체를 이용한 댐퍼를 말한다.

또한, MR유체는 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가질 수 있는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액으로, 자기장이 부하되지 않는 경우는 분산입자가 뉴튼 유체 성질을 띄지만, 자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화를 일으켜 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가지는 유체를 말한다. 즉, MR유체는 평소에는 액체상태로 있다가 자기장을 부여하면 점성이 변하게 되는데, 이때 자기장의 영향으로 액체인 이것이 미세구조의 자기적 배열에 의한 응력 발생으로 고체적으로 변화하여 고체의 특성을 가지게 되는 물질이다.

즉, 본 발명에서의 MRG유체는 MR유체 100중량부에 그리스 20~30중량부를 혼합하여 형성한 것이다.

MR유체 100중량부에 대해 그리스가 20중량부보다 적게 혼합하게 되면 MR유체 자체의 실리콘 오일과 분산 입자의 분리현상으로 인해 제어범위가 축소되며, 분산 입자 응집으로 인하여 초기전단제어력 상승으로 인해 감쇠가 필요없는 교량의 자연스런 움직임에도 감쇠제어력이 상승하는 문제점이 있다.

반대로, MR유체 100중량부에 대해 그리스가 30중량부보다 많게 혼합하게 되면 전자석이 발휘할 수 있는 최대 자기장을 활용하기 어려워져 최대 제어력을 발휘하기 어렵다. 즉, 분산입자의 함유량이 감소하여 감쇠 제어력이 감소하는 문제점이 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전단형 MRG 댐퍼(100)는 자기장을 발생시키는 전자석부(100)과 전자석부(100)에 결합되어 자기장을 유도하는 복수의 자력유도체(120)와 복수의 자력유도체(120) 사이의 내측에 각각 결합되는 내부마찰판(130)과 내부마찰판(130) 사이의 공간을 좌우 및 하부를 감싸도록 결합되는 유체커버(140)와 내부마찰판(130)과 유체커버(140)로 생긴 내부공간에 수용되는 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid)(150)와 내부마찰판과 유체커버로 생긴 내부공간에 일측이 끼워지고 타측은 외부지지체와 결합되는 외부마찰판(160)과 자력유도체(120)를 수용하도록 자력유도체수용홈(190)이 형성되고, 전자석부(110) 및 자력유도체(120)를 고정하도록 고정부재(B)로 결합되는 커버(180)를 포함한다.

전자석부(110)는 스테인레스 보빈 및 코일로 제작되어 자기장을 발생시키고, 이렇게 발생한 자기장은 자력유도체(120)에 의해 유도된다.

자력유도체(120)는 전자석부(110)의 양측면에 결합되어 전자석부(110)에서 발생하는 자기장을 MRG유체(150)로 자기장을 유도한다.

또한, 자력유도체(120)의 내부 양 측면에 고정부재(B)에 의해 각각 내부마찰판(130)이 결합되고, 복수의 내부마찰판(130) 사이의 좌우 및 하부의 틈을 감싸도록 유체커버(140)가 결합된다.

유체커버(140)는 자기장에 영향을 받지 않도록 비자성체로 구성하고, 복수의 내부마찰판(130)의 좌우 하부의 틈을 감싸도록 구성한다.

내부마찰판(130)과 유체커버(140)에 생성된 내부공간에 MRG유체(150)를 채운다.

이때, MRG유체는 MR유체 100중량부에 그리스(Grease) 20~30중량부를 혼합하여 형성한다.

MRG유체(150)가 채워진 내부공간에 외부마찰판(160)을 끼워넣는다.

즉, 외부마찰판(160)과 내부마찰판(130) 사이의 공간에 MRG유체가 생성되도록 하는 것이다.

외부마차찰판(160)은 외부지지체(170)와 결합되고, 외부지지체(170)는 교량과 같은 건축구조물에 고정된다.

이렇게 자력유도체(120)는 내부에 전자석부(110) 및 내부마찰판(130)를 고정부재(B)에 의해 결합하여 지지하고, 자력유도체(120)는 커버(180)의 자력유도체수용홈(190)에 수용되어 커버(180)에 의해 고정된다.

즉, 커버(180)는 내부에 자력유도체수용홈(190)이 형성되어 자력유도체(120)를 수용하고 고정부재(B)에 의해 결합된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 전단형 MRG 댐퍼(100)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

지진 또는 태풍과 같은 진동이 발생하면, 계측장치(미도시)에 의해 진동의 세기를 측정하게 되고, 측정된 진동의 세기가 기존 설정된 기준값보다 크게 되면 제어부(미도시)에 의해 전력공급장치(미도시)가 작동된다.

전력공급장치에 의해 전력이 전자석부(110)에 공급되면, 전자석부(110)에 의해 자기장이 발생하고, 자기장은 자력유도체(120)에 의해 내부마찰판(120)과 외부마찰판(160)의 사이에 생성된 MRG유체(150)로 유도된다.

MRG유체(150)는 자기장의 영향을 받으면 내부마찰판(120)과 외부마찰판(160) 사이에 MRG유체(150)의 내부 분산입자가 분극화를 일으켜 자기장에 평행한 방향으로 배열되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가지게 됨으로써 충격에 대한 감쇠력을 제어할 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.

100: 전단형 MRG 댐퍼
110: 전자석부
120: 자력유도체
130: 내부마찰판
140: 유체커버
150: MRG유체
160: 외부마찰판
170: 외부지지체
180: 커버
190: 자력유도체수용홈
B: 고정부재

Claims (4)

1. 자기장을 발생시키는 전자석부;
   상기 전자석에 결합되어 자기장을 유도하는 복수의 자력유도체;
   상기 복수의 자력유도체 사이의 내측에 각각 결합되는 내부마찰판;
   상기 내부마찰판 사이의 공간을 좌우 및 하부를 감싸도록 결합되는 유체커버;
   상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 내부공간에 수용되며, MR유체 100중량부에 그리스(Greace) 20 ~ 30 중량부를 혼합하여 형성된 MRG유체(Magneto-Rheological-Grease Fluid);
   상기 내부마찰판과 유체커버로 생긴 내부공간에 일측이 끼워지고 타측은 외부지지체와 결합되는 외부마찰판;과
   상기 자력유도체를 수용하도록 자력유도체수용홈이 형성되고, 전자석부 및 자력유도체를 고정하도록 고정부재로 결합되는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전단형 MRG 댐퍼
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전자석부는 스테인레스 보빈 및 코일로 제작된 것을 특징으로 하는 전단형 MRG 댐퍼.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유체커버는 비자성체로 구성된 것을 특징으로 하는 전단형 MRG 댐퍼.
   
   

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