KR102066983B1

KR102066983B1 - 블레이드와 회전형 발전기를 적용한 에너지 하베스팅 유압 댐퍼

Info

Publication number: KR102066983B1
Application number: KR1020180155312A
Authority: KR
Inventors: 김진호; 김지혜
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-01-16

Abstract

본 발명은 원통형상의 보어를 구비하는 실린더(10); 상기 실린더(10)의 중심축을 따라 상기 실린더(10)의 적어도 일부를 관통하고, 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 상대적인 이동 가능한 피스톤 (20); 및 상기 보어 내에 채워진 댐핑 유체;를 포함하는 유압 댐퍼를 제공한다. 상기 유압 댐퍼의 피스톤(20)에는 상기 피스톤(20)에 대한 상대적인 회전이 가능하도록 블레이드(242)가 설치되고, 상기 실린더(10)와 피스톤(20)에는, 상기 블레이드(242)의 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈이 구비된다.

Description

블레이드와 회전형 발전기를 적용한 에너지 하베스팅 유압 댐퍼{Energy Harvesting Hydraulic Damper Using Blades and Rotary Generator}

본 발명은 에너지 하베스팅이 가능한 유압 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 댐퍼에서 발생하는 유체의 유동을 이용하여 블레이드를 회전시키고, 회전형 발전기가 블레이드의 회전 운동으로부터 에너지를 하베스팅 하는 구조를 구비하는 유압 댐퍼에 관한 것이다.

차량의 현가장치는 차량 조향의 안정성 확보, 안락한 승차감 제공, 차량의 적정한 높이 유지, 충격 완화, 휠 얼라인먼트 유지, 차량 무게 지지, 타이어 접지 상태 유지 등 다양한 기능을 수행한다.

현가장치 중 쇼크 업소버를 포함하여 구성되는 스트럿 타입의 현가장치는, 공간을 적게 차지하며, 접지력이 양호하다. 또한 구조도 간단하기 때문에, 제조 비용이 저렴하여 승용 차량에 널리 사용되고 있다.

쇼크 업소버는, 밸브판이 결합된 피스톤로드가, 유체(오일 또는 공기)가 봉입된 실린더케이스 내에서 상하로 왕복운동하도록 구성된다. 피스톤이 실린더케이스 내에서 상대적으로 길이 방향으로 리니어 모션을 하는 동안 발생하는 유체의 유동 저항은 차량에 가해진 충격을 감쇠시킨다. 상기 쇼크 업소버는 노면의 상태와 차량의 주행 상황에 따라 지속적으로 작동하며, 이 때 발생하는 유체의 유동 저항은 대부분 열에너지로 소산된다.

이러한 유체의 유동에 착안하여, 종래에는 차량의 현가장치에 에너지 하베스팅을 할 수 있는 구조를 부가하는 아이디어가 지속적으로 제안되어 왔다. 가령 특허문헌 1에는, 실런더 케이스 내에 터빈을 두고, 유체가 터빈을 회전시키면 발전기에서 전기를 생산하는 아이디어를 제안한 바 있다. 그러나 이는 개념적인 아이디어에 불과할 뿐, 실제 쇼크 업소버의 유압 댐퍼에 적용하기 부적합하다.

특허문헌 2, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 실린더케이스 내부에서 피스톤로드가 승하강할 때 발생하는 리니어모션에 리니어 발전기 구조를 적용한 에너지 하베스팅 유압 댐퍼가 개시되어 있다. 그러나 단지 피스톤로드의 승하강 모션을 리니어 발전기로 에너지 하베스팅을 하는 구조는, 유압의 유동 저항으로부터는 에너지를 회수하지 못하고, 유압의 유동 저항에 의해 에너지가 감쇠된 후 발생하는 피스톤로드의 모션으로부터 에너지를 회수하는 것이기 때문에, 에너지 회수율이 매우 낮다.

따라서, 유압 댐퍼에 현실적으로 적용할 수 있고, 보다 높은 에너지 회수 효율을 가지는 에너지 하베스팅 구조를 개발할 필요가 있다.

공개특허공보 제2016-116143호 공개특허공보 제2015-69223호 공개특허공보 제2017-113781호 공개특허공보 제2004-27137호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유압 댐퍼에 현실적으로 적용할 수 있고, 보다 높은 에너지 회수 효율을 가지는 에너지 하베스팅 구조가 적용된 유압 댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 원통형상의 보어를 구비하는 실린더(10); 상기 실린더(10)의 중심축을 따라 상기 실린더(10)의 적어도 일부를 관통하고, 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 상대적인 이동 가능한 피스톤 (20); 및 상기 보어 내에 채워진 댐핑 유체;를 포함하는 유압 댐퍼를 제공한다.

상기 피스톤(20)에는 상기 피스톤(20)에 대한 상대적인 회전이 가능하도록 블레이드(242)가 설치되고, 상기 실린더(10)와 피스톤(20)에는, 상기 블레이드(242)의 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈이 구비될 수 있다.

상기 피스톤(20)은 상기 실린더(10)의 축방향 일측 단부와 타측 단부를 관통하여 연장될 수 있다.

상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)를 관통하여 상기 실린더(10) 외부로 노출되는 양측 단부에는, 유압 댐퍼를 다른 요소에 연결하는 제1연결부(211)와 제2연결부(212)가 각각 구비될 수 있다.

상기 피스톤(20)은: 축방향으로 연장되는 피스톤로드(21); 및 상기 피스톤로드(21)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 상기 피스톤로드(21)에 설치되는 피스톤헤드(24)를 포함할 수 있다.

상기 블레이드(242)는 상기 피스톤헤드(24)에 설치될 수 있다.

상기 피스톤로드(21)에는 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22)이 구비될 수 있다.

상기 슬라이딩 방지턱(22)은, 상기 피스톤로드(21)의 외주면에 마련된 홈(221)과, 상기 홈(221)에 끼워지는 스냅링(222)을 포함할 수 있다.

상기 스냅링(222)은 일측이 개방된 C 자 형태의 링 형상일 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)는, 상기 블레이드(242)가 설치되는 헤드부(241)와, 상기 헤드부(241)에서 축방향으로 연장되는 연장부(243)를 포함할 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)는 상기 피스톤로드(21)의 축방향을 따라 이격 배치된 한 쌍의 상기 슬라이딩 방지턱(22) 사이에서 축방향으로 연장될 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)의 양측 단부에는 상기 피스톤로드(21)에 대한 상기 피스톤헤드(24)의 회전 운동을 지지하는 베어링(60)이 설치될 수 있다.

상기 베어링(60)은, 링 형상의 외륜(61); 상기 외륜(61)의 반경방향 내측에 배치되는 링 형상의 내륜(62); 및 상기 외륜(61)과 내륜(62) 사이에 개재되는 구름체(63);를 포함할 수 있다.

상기 내륜(62)은 상기 피스톤로드(21)에 연결되고, 상기 외륜(61)은 피스톤헤드(24)에 연결될 수 있다.

상기 구름체(63)는 볼을 포함할 수 있다.

상기 슬라이딩방지턱(22)의 직경은 상기 외륜(61)의 내경보다 작을 수 있다.

상기 피스톤로드(21)의 내주면에는, 상기 외륜(61)의 외주면과 연결되어 상기 외륜을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지면(245)과, 상기 외륜(61)의 축방향 일측면과 연결되어 상기 외륜을 축방향으로 지지하는 축방향 지지면(246)과, 상기 내륜(62)의 축방향 일측면과 상기 피스톤로드(21)과 접하지 않도록 상기 피스톤로드(21)의 내주면에 마련되는 이격공간부(247)가 마련될 수 있다.

상기 축방향지지면(246)과 상기 이격공간부(247)는 상기 베어링(60)을 사이에 두고 상기 슬라이딩방지턱(22)과 대향하는 방향에 구비될 수 있다.

상기 이격공간부(247)의 직경은 상기 내륜(62)의 외경보다 클 수 있다.

상기 에너지 하베스팅 모듈은: 상기 연장부(243)에 설치되는 자기장 형성부(40); 및 상기 실린더(10)의 보어 내에 고정 설치되고, 유압댐퍼 외부에 마련된 충전부와 전기적으로 연결되는 기전력 발생부(50);를 포함할 수 있다.

상기 자기장 형성부(40)는, 상기 연장부(243)의 외주 방향을 따라 제1극(41)과 제2극(42)이 교호로 배치되고 상기 제1극(41)과 제2극(42)이 반경방향으로 외향하도록 복수 개의 영구자석이 설치된 내측 자기장 형성부(401)를 구비할 수 있다.

상기 기전력 발생부(50)는 상기 내측 자기장 형성부의 반경방향 외측 둘레에서 상기 내측 자기장 형성부를 둘러싸고, 상기 기전력 발생부(50)는, 반경 방향으로 연장되는 폴(52)과, 상기 폴을 중심으로 권선된 코일(51)을 포함할 수 있다.

상기 폴(52)은 상기 실린더(10)의 내주면에 연결되어 고정될 수 있다.

상기 연장부(243)의 단부에는, 반경 방향으로 연장된 아암(249)이 구비되고, 상기 아암(249)의 반경방향 외측 단부에는, 상기 기전력 발생부(50)를 사이에 두고 상기 내측 자기장 형성부(401)와 마주하는 외측 자기장 형성부(402)가 구비될 수 있다.

상기 외측 자기장 형성부(402)는, 상기 내측 자기장 형성부(401)의 제1극(41) 및 제2극(42)과 각각 상보적으로 마주보는 제2극(42) 및 제1극(41)이 원주 방향을 따라 교호로 배치되는 영구자석을 구비할 수 있다.

상기 실린더(10) 내부에는, 상기 실린더(10) 내부 공간을 축 방향으로 배열되는 2개의 공간으로 분할하는 격벽(13)이 설치되고, 상기 기전력 발생부(50)는 상기 격벽(13)에 설치될 수 있다.

상기 실린더(10) 내부에는, 상기 실린더(10) 내부 공간을 축 방향으로 배열되는 2개의 공간으로 분할하는 격벽(13)이 설치되고, 상기 격벽(13)의 중심에는 관통홀(131)이 형성되며, 상기 피스톤(20)은 상기 관통홀(131)을 관통할 수 있다.

상기 격벽(13)을 기준으로 일측에 배치되는 제1실(11)에는 상기 댐핑 유체가 채워지고, 상기 블레이드(242)는 상기 제1실(11)에 배치될 수 있다.

상기 관통홀(131)의 내측 가장자리에는, 상기 격벽(13)에 대해 상기 피스톤(20)의 상대적인 회전을 지지하는 저널부(132)가 구비될 수 있다.

상기 격벽(13)을 기준으로 타측에 배치되는 제2실(12)에는 상기 에너지 하베스팅 모듈이 배치될 수 있다.

상기 제2실(12)에는 상기 댐핑 유체가 채워지지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 에너지 하베스팅 모듈을 구비하는 유압 댐퍼는, 구조가 간단하고 제작이 간편하다.

본 발명의 에너지 하베스팅 모듈을 구비하는 유압 댐퍼는, 적은 양의 스트로크만으로도 많은 회전을 유도하여 에너지 회수 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 에너지 하베스팅 모듈을 구비하는 유압 댐퍼는, 댐핑 유체의 감쇠로 인해 소산될 에너지를 회전 운동 에너지로 전환하고, 이로부터 다시 전기 에너지를 회수함으로써 에너지 회수 효율을 높일 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 제1실시예에 따른 에너지 하베스팅 모듈이 적용된 유압 댐퍼를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 유압 댐퍼의 피스톤을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 피스톤의 분해단면도이다.
도 4는 도 1의 유압 댐퍼의 실린더를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 1의 유압 댐퍼에서 피스톤이 실린더에 대해 상대적으로 하강한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 1의 유압 댐퍼에서 피스톤이 실린더에 대해 상대적으로 상승한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제1실시예에 따른 에너지 하베스팅 모듈이 적용된 유압 댐퍼를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 유압 댐퍼의 피스톤을 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 피스톤의 분해단면도이다.
도 10은 도 7의 유압 댐퍼의 실린더를 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 7의 유압 댐퍼에서 피스톤이 실린더에 대해 상대적으로 하강한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 7의 유압 댐퍼에서 피스톤이 실린더에 대해 상대적으로 상승한 상태를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<제1실시예>

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1실시예는, 내부에 댐핑 유체가 채워진 실린더(10)와, 상기 실린더(10)를 관통하여 상기 실린더 내부에 배치되는 피스톤(20)을 포함하는 유압 댐퍼에 적용될 수 있다. 상기 유압 댐퍼에 에너지 하베스팅 모듈(30)을 설치하여, 유압 댐퍼의 감쇠 과정에서 에너지를 회수할 수 있다.

[실린더]

상기 실린더(10)는 원통형상의 보어를 구비한다. 실린더(10)의 상부와 하부는 원형의 평판으로 막혀 있으며, 상기 상부와 하부의 평판의 중앙부에는 상기 피스톤(20)이 관통하는 홀이 형성되어 있다. 상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)의 홀을 관통하며 끼워진 상태에서, 실린더(10) 내부의 댐핑 유체는 누유되지 않도록 실링 처리될 수 있다.

[피스톤]

상기 피스톤(20)은 상기 실린더(10)의 중심축을 따라 상기 실린더(10)의 적어도 일부를 관통한다. 상기 피스톤(20)은 상기 실린더(10)의 상단부와 하단부를 모두 관통하여 2점 지지될 수 있다. 또한 상기 피스톤(20)은 후술할 격벽(13)에 의해서도 지지되어, 전체적으로 3점 지지될 수 있다. 상기 피스톤(20)은 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 상대적인 이동이 가능하다.

상기 실린더(10)의 내부, 즉 보어에는 댐핑 유체가 채워질 수 있다. 상기 댐핑 유체는 오일이거나 가스일 수 있다. 상기 댐핑 유체는 상기 피스톤이 상기 실린더(10)의 내부에서 상대적으로 축방향으로 슬라이드 이동하는 동안 상기 피스톤에 대해 유동 저항을 일으키고, 이에 따라 피스톤의 상대적인 슬라이드 운동은 감쇠될 수 있다.

상기 피스톤(20)에는 상기 피스톤(20)에 대한 상대적인 회전이 가능하도록 블레이드(242)가 설치될 수 있다. 상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동함에 따라, 상기 블레이드(242)는 실린더 내부에 채워진 댐핑 유체에 의해 회전하게 된다. 상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)에 대해 상대적으로 제1슬라이드방향으로 이동(하강)할 때, 상기 블레이드(242)는 제1회전방향으로 회전하고, 상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)에 대해 상대적으로 제2슬라이드방향(제1슬라이드방향의 반대방향)으로 이동(상승)할 때, 상기 블레이드(242)는 제2회전방향(제1회전방향의 반대방향)으로 회전한다.

상기 실린더(10)와 피스톤(20)에는, 상기 블레이드(242)의 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈이 구비될 수 있다. 위와 같이 블레이드(242)가 회전하면, 블레이드(242)는 실린더(10)에 대해 상대적으로 회전하게 된다. 따라서 실린더(10)와 피스톤(20) 중 어느 한 쪽에 자기장 형성부(40)를 설치하고, 다른 한 쪽에 기전력 발생부(50)를 설치하면, 블레이드가 회전함에 따라 기전력 발생부의 자속이 변하여 기전력 발생부에서 전류가 흐르게 된다.

상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)를 관통하여 상기 실린더(10) 외부로 노출되는 양측 단부에는, 유압 댐퍼를 다른 요소에 연결하는 제1연결부(211)와 제2연결부(212)가 각각 구비될 수 있다. 제1연결부(211)와 제2연결부(212) 중 일측은 차량의 차체에 연결될 수 있고, 타측은 차량의 바퀴에 연결될 수 있다.

상기 피스톤(20)은 피스톤로드(21)와 피스톤헤드(24)를 포함할 수 있다. 피스톤로드(21)는 축방향으로 연장되는 원형단면의 봉 형상일 수 있다. 상기 피스톤로드(21)는 실린더(10)에 대해서는 상대적으로 회전하지 아니하고, 축방향으로 슬라이드 이동은 가능할 수 있다. 상기 피스톤헤드(24)는 상기 피스톤로드(21)의 외주면을 둘러싸는 관 형상을 이룰 수 있다. 그리고 상기 피스톤헤드(24)는 상기 피스톤로드(21)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 상기 피스톤로드(21)에 외삽 설치될 수 있다. 상기 피스톤헤드(24)는, 피스톤로드(21)와 축방향으로는 함께 거동하지만, 피스톤로드(21)에 대해 회전은 자유롭다. 상기 블레이드(242)는 상기 피스톤헤드(24)에 설치될 수 있다. 즉 피스톤(20)이 실린더(10)에 대해 상대적으로 이동하여 블레이드(242)가 댐핑 유체의 저항에 의해 회전하면, 블레이드(242)가 설치되어 있는 피스톤헤드(24)가 함께 회전하게 된다. 피스톤헤드(24)가 회전하더라도, 상기 피스톤로드(21)는 회전하지 않는다. 따라서 피스톤(20)이 실린더(10)에 대해 상대적으로 이동하면, 피스톤로드(21)는 회전하지 않는 상태에서 축방향으로 슬라이드 이동하고, 피스톤헤드(24)는 피스톤로드(21)와 함께 슬라이드 이동하면서 동시에 회전도 하게 된다.

상기 피스톤로드(21)에는 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22)이 구비될 수 있다. 상기 슬라이드 방지턱(22)은 피스톤로드(21)의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 부분일 수 있다.

상기 슬라이딩 방지턱(22)은, 상기 피스톤로드(21)의 외주면에 마련된 홈(221)과, 상기 홈(221)에 끼워지는 스냅링(222)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 스냅링(222)은 일측이 개방된 C 자 형태의 링 형상일 수 있다. 그러면, 피스톤로드(21)의 축방향으로 피스톤헤드(24)를 외삽한 후, 스냅링(222)을 피스톤로드(21)에 끼워 넣어 슬라이드 방지턱(22)을 구현할 수 있다. 상기 스냅링(222)은 상기 피스톤(20)의 조립을 편리하게 해줄 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)를 피스톤로드(21)에 외삽한 상태에서, 상기 스냅링(222)은 상기 피스톤헤드(24)의 양측 단부에 인접하여 설치될 수 있다. 즉 상기 피스톤헤드(24)는 상기 피스톤로드(21)의 축방향을 따라 이격 배치된 한 쌍의 상기 슬라이딩 방지턱(22) 사이에서 축방향으로 연장될 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)는, 상기 블레이드(242)가 설치되는 헤드부(241)와, 상기 헤드부(241)에서 축방향으로 연장되는 연장부(243)를 포함할 수 있다. 상기 피스톤로드(21)의 외경과 대응하여, 상기 헤드부(241)와 연장부(243)의 내경은 서로 일치할 수 있다. 반면 상기 헤드부(241)의 외경은 상기 연장부(243)보다 더 클 수 있다. 상기 헤드부(241)는 복수 개의 상기 블레이드(242)의 허브로서 기능할 수 있다.

상기 피스톤헤드(24)와 피스톤로드(21) 사이에는 댐핑 유체가 배치되어 전체적으로 윤활이 이루어지는 저널베어링의 기능을 가질 수 있다.

한편, 상기 실린더(10)에 대해 피스톤(20)이 상대적으로 하강하는 경우, 블레이드(242)가 저항을 받아 상방으로 힘을 받게 되므로, 피스톤헤드(24)의 상단부는 피스톤로드(21)의 상부에 설치된 슬라이딩 방지턱(22)의 하면을 향해 밀어붙여질 수 있다. 또한 상기 실린더(10)에 대해 피스톤(20)이 상대적으로 상승하는 경우, 블레이드(242)가 저항을 받아 하방으로 힘을 받게 되므로, 피스톤헤드(24)의 하단부는 피스톤로드(21)의 하부에 설치된 슬라이딩 방지턱(22)의 상면을 향해 밀어붙여질 수 있다.

[베어링]

상기 피스톤헤드(24)의 양측 단부에는 상기 피스톤로드(21)에 대한 상기 피스톤헤드(24)의 회전 운동을 지지하는 베어링(60)이 설치될 수 있다. 상기 베어링(60)은 상기 피스톤로드(21)에 대한 피스톤헤드(24)의 회전을 반경방향으로 지지하는 라디얼 베어링의 기능을 할 수 있다. 이와 함께 상기 베어링(60)은 상기 피스톤로드(21)에 대한 피스톤헤드(24)의 회전을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링의 기능을 할 수 있다.

상기 베어링(60)은, 링 형상의 외륜(61); 상기 외륜(61)의 반경방향 내측에 배치되는 링 형상의 내륜(62); 및 상기 외륜(61)과 내륜(62) 사이에 개재되는 구름체(63);를 포함하는 구름 베어링일 수 있다. 상기 구름체(63)는 볼일 수 있고, 상기 구름 베어링은 볼 베어링일 수 있다.

상기 볼 베어링의 내륜(62)은 상기 피스톤로드(21)에 연결되고, 상기 외륜(61)은 피스톤헤드(24)에 연결될 수 있다.

그리고 상기 슬라이딩방지턱(22)의 직경은 상기 외륜(61)의 내경보다 작을 수 있다.

다음으로, 상기 피스톤로드(21)의 내주면에는, 상기 외륜(61)의 외주면과 연결되어 상기 외륜을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지면(245)과, 상기 외륜(61)의 축방향 일측면과 연결되어 상기 외륜을 축방향으로 지지하는 축방향 지지면(246)과, 상기 내륜(62)의 축방향 일측면과 상기 피스톤로드(21)과 접하지 않도록 상기 피스톤로드(21)의 내주면에 마련되는 이격공간부(247)가 마련될 수 있다. 상기 이격공간부(247)의 직경은 상기 내륜(62)의 외경보다 클 수 있다.

그리고 상기 축방향지지면(246)과 상기 이격공간부(247)는 상기 베어링(60)을 사이에 두고 상기 슬라이딩방지턱(22)과 대향하는 방향에 구비될 수 있다.

그러면, 상기 피스톤(20)이 실린더(10)에 대해 슬라이드 이동하며 상기 피스톤헤드(24)가 상기 슬라이딩방지턱(22)에 밀어붙여지더라도, 상기 피스톤로드(21)의 슬라이딩방지턱(22)은 상기 베어링(60)의 내륜(62)을 축방향으로 지지하면서도 상기 외륜과 간섭되지 않는다. 그리고 상기 외륜은 상기 피스톤헤드(24)를 축방향으로 지지하게 되며, 상기 피스톤헤드(24)는 내륜(62)과 간섭되지 않는다. 이에 따라 상기 볼(63)은 내륜과 외륜 사이에서 상기 피스톤헤드(24)를 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 지지하게 된다.

따라서 피스톤헤드(24)의 양측 단부에 베어링(60)을 설치하면, 축의 양 방향으로 모두 스러스트 지지가 가능하다.

[에너지 하베스팅 모듈]

상기 에너지 하베스팅 모듈(30)은, 회전형 발전기일 수 있다. 회전형 발전기는 자기장 형성부(40)와 기전력 발생부(50)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 형성부(40)는 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 자기장 형성부(40)는 상기 피스톤헤드(24)의 연장부(243)에 설치될 수 있다. 상기 기전력 발생부(50)는 상기 실린더(10)의 보어 내에 고정 설치되고, 유압댐퍼 외부에 마련된 충전부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 자기장 형성부(40)는, 상기 연장부(243)의 외주 방향을 따라 제1극(41)과 제2극(42)이 교호로 배치되고 상기 제1극(41)과 제2극(42)이 반경방향으로 외향하도록 복수 개의 영구자석이 방사 상으로 설치될 수 있다.

상기 기전력 발생부(50)는 상기 내측 자기장 형성부의 반경방향 외측 둘레에서 상기 자기장 형성부(40)를 둘러쌀 수 있다. 상기 기전력 발생부(50)는, 방사 상으로 구비되고, 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 폴(52)과, 상기 폴을 중심으로 권선된 코일(51)을 포함할 수 있다.

상기 폴(52)은 상기 실린더(10)의 내주면에 연결되어 고정될 수 있다. 상기 폴(52)은 후술할 격벽(13)에 고정될 수도 있다.

반경 방향으로 외향하는 이웃하는 제1극(41)과 제2극(42) 사이에 생기는 자기력선은 상기 기전력 발생부(50)에 중첩되어 형성된다. 그리고 상기 자기장 형성부(40)가 회전하면, 기전력 발생부(50)에 중첩되는 자기장의 방향이 변동되면서 상기 코일(51)에 전류가 발생하게 된다.

방사상으로 설치되는 복수 개의 상기 영구자석의 축방향 길이는 상기 기전력 발생부(50)보다 더 길 수 있다. 구체적으로, 상기 자기장 형성부(40)의 길이는, 상기 기전력 발생부(50)의 길이에, 상기 실린더(20)에 대한 피스톤(10)의 스트로크를 더한 만큼이거나 그 이상일 수 있다. 그러면, 실린더(10)에 대한 피스톤(20)의 상대적인 축방향 위치와 관계 없이, 기전력 발생부(50)는 자기장 형성부(40)에 의해 형성되는 자기장과 중첩될 수 있다.

[실린더의 내부]

상기 실린더(10) 내부에는, 격벽(13)이 설치된다. 상기 격벽(13)은, 상기 실린더(10) 내부 공간을, 축 방향으로 배열되는 2개의 공간으로 분할한다.

상기 관통홀(131)의 내측 가장자리에는, 상기 격벽(13)에 대해 상기 피스톤(20)의 상대적인 회전을 지지하는 저널부(132)가 구비될 수 있다. 상기 저널부(132)는 상기 제1실(11)의 댐핑 유체가 상기 제2실(12)로 유입되는 것을 어느 정도 실링하거나 완전히 실링하는 것이 가능하다.

상기 제2실(12)에는 상기 댐핑 유체가 채워지지 않도록 하여, 자기장 형성부(40)가 회전하면서 발생할 수 있는 유체의 저항을 최소화할 수 있다. 제2실(12)에 댐핑 유체가 채워지더라도, 에너지 하베스팅이 가능함은 물론이다.

<제2실시예>

이하 도 7 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다. 제2실시예는 에너지 하베스팅 모듈(30)에 있어서 제1실시예와 다른바, 이하 이 부분을 위주로 설명한다.

제2실시예의 자기장 형성부(40)는, 상기 연장부(243)의 외주 방향을 따라 제1극(41)과 제2극(42)이 교호로 배치되고 상기 제1극(41)과 제2극(42)이 반경방향으로 외향하도록 복수 개의 영구자석이 방사 상으로 설치되는 내측 자기장 형성부(401)를 구비할 수 있다.

상기 연장부(243)의 단부에는, 반경 방향으로 연장된 아암(249)이 구비되고, 상기 아암(249)의 반경방향 외측 단부에는, 기전력 발생부(50)를 사이에 두고 상기 내측 자기장 형성부(401)와 마주하는 외측 자기장 형성부(402)가 구비될 수 있다.

이에 따라 자기력선은 상기 내측 자기장 형성부(401)와 외측 자기장 형성부(402) 사이에 분포하게 되며, 제1실시예와 대비하여 더욱 강한 자기력을 띄는 자기력선이 기전력 발생부(50)와 중첩되어 형성된다.

상기 자기장 형성부(40)는 기전력 발생부의 반경방향 내측과 외측에 모두 구비되므로, 상기 기전력 발생부(50)는 상기 격벽(13)에 설치될 수 있다.

<유압 댐퍼의 작동>

이하 본 발명의 유압 댐퍼의 작동에 대해 설명한다. 차량이 불규칙한 노면을 지날 때 상기 유압 댐퍼의 피스톤(20)은 실린더(10)에 대해 상대적으로 제1슬라이드방향으로 이동한다. 그러면 댐핑 유체가 블레이드(242)에 대해 저항으로 작용하며 상기 블레이드(242)가 제1회전방향으로 회전한다. 그러면 자기장 형성부(40)는 제1회전방향으로 회전하고, 이에 따라 기전력 발생부(50)에는 전류가 흐르게 된다. 이러한 전류는 충전부(미도시)에서 정류되고 충전될 수 있다.

한편 제1슬라이드방향으로 이동한 피스톤(20)은, 다시 그 반대방향인 제2슬라이드방향으로 이동하면서 제 위치로 복귀한다. 그러면 댐핑 유체가 블레이드(242)에 대해 저항으로 작용하며 상기 블레이드(242)가 제2회전방향으로 회전한다. 그러면 자기장 형성부(40)는 제2회전방향으로 회전하고, 이에 따라 기전력 발생부(50)에는 전류가 흐르게 된다. 이러한 전류 역시 충전부(미도시)에서 정류되고 충전될 수 있다.

상술한 에너지 하베스팅 모듈을 구비하는 유압 댐퍼는, 구조가 간단하고 제작이 간편함이 명백하다. 또한 댐핑 유체의 감쇠로 인해 소산될 에너지를 회전 운동 에너지로 전환하므로, 적은 양의 스트로크만으로도 많은 회전을 유도할 수 있고, 이로부터 다시 전기 에너지를 회수함으로써 에너지 회수 효율을 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 실린더
11: 제1실
12: 제2실
13: 격벽
131: 관통홀
132: 저널부(실링부)
133: 설치부
20: 피스톤
21: 피스톤로드
211: 제1연결부
212: 제2연결부
22: 슬라이딩 방지턱
221: 홈
222: 스냅링
24: 피스톤헤드
241: 헤드부
242: 블레이드
243: 연장부
244: 베어링연결부
245: 반경방향 지지면
246: 축방향 지지면
247: 이격공간부
249: 아암
30: 에너지 하베스팅 모듈
40: 자기장 형성부
401: 내측 자기장 형성부
402: 외측 자기장 형성부
41: 제1극(N극)
42: 제2극(S극)
50: 기전력 발생부
51: 코일
52: 폴
60: 베어링
61: 외륜
62: 내륜
63: 구름체(볼)

Claims

원통형상의 보어를 구비하는 실린더(10);
상기 실린더(10)의 중심축을 따라 상기 실린더(10)의 적어도 일부를 관통하고, 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 상대적인 이동 가능한 피스톤(20);
상기 실린더(10)와 피스톤(20)에 구비되어 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈; 및
상기 보어 내에 채워진 댐핑 유체;를 포함하는 유압 댐퍼로서,
상기 피스톤(20)은:
축방향으로 연장되는 피스톤로드(21);
상기 피스톤로드(21)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 상기 피스톤로드(21)에 설치되는 피스톤헤드(24);
상기 피스톤헤드(24)에 설치되는 블레이드(242); 및
상기 피스톤로드(21)에 구비되어 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22);를 포함하고,
상기 피스톤헤드(24)의 양측 단부에는 상기 피스톤로드(21)에 대한 상기 피스톤헤드(24)의 회전 운동을 지지하는 베어링(60)이 설치되고,
상기 베어링(60)은,
상기 피스톤헤드(24)에 연결되는 링 형상의 외륜(61);
상기 외륜(61)의 반경방향 내측에 배치되고, 상기 피스톤로드(21)에 연결되는 링 형상의 내륜(62); 및
상기 외륜(61)과 내륜(62) 사이에 개재되는 구름체(63);를 포함하고,
상기 피스톤로드(21)의 내주면에는,
상기 외륜(61)의 외주면과 연결되어 상기 외륜을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지면(245)과,
상기 외륜(61)의 축방향 일측면과 연결되어 상기 외륜을 축방향으로 지지하는 축방향 지지면(246)과,
상기 내륜(62)의 축방향 일측면과 상기 피스톤로드(21)과 접하지 않도록 상기 피스톤로드(21)의 내주면에 마련되는 이격공간부(247)가 마련되고,
상기 축방향 지지면(246)과 상기 이격공간부(247)는 상기 베어링(60)을 사이에 두고 상기 슬라이딩 방지턱(22)과 대향하는 방향에 구비되며,
상기 이격공간부(247)의 직경은 상기 내륜(62)의 외경보다 큰 유압 댐퍼.
원통형상의 보어를 구비하는 실린더(10);
상기 실린더(10)의 중심축을 따라 상기 실린더(10)의 적어도 일부를 관통하고, 상기 실린더(10)에 대해 축방향으로 상대적인 이동 가능한 피스톤(20);
상기 실린더(10)와 피스톤(20)에 구비되어, 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈; 및
상기 보어 내에 채워진 댐핑 유체;를 포함하는 유압 댐퍼로서,
상기 피스톤(20)은:
축방향으로 연장되는 피스톤로드(21);
상기 피스톤로드(21)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 상기 피스톤로드(21)에 설치되는 피스톤헤드(24); 및
상기 피스톤헤드(24)에 설치되는 블레이드(242);를 포함하고,
상기 에너지 하베스팅 모듈은:
상기 피스톤헤드(24)에 설치되는 자기장 형성부(40); 및
상기 실린더(10)의 보어 내에 고정 설치되고, 유압댐퍼 외부에 마련된 충전부와 전기적으로 연결되는 기전력 발생부(50);를 포함하고,
상기 자기장 형성부(40)는:
상기 피스톤헤드(24)의 외주에 설치된 내측 자기장 형성부(401);
상기 피스톤헤드(24)에서 반경 방향으로 연장된 아암(249)의 반경방향 외측 단부에 배치되되, 상기 내측 자기장 형성부의 반경방향 외측 둘레에서 상기 내측 자기장 형성부를 둘러싸는 상기 기전력 발생부(50)를 사이에 두고 상기 내측 자기장 형성부(401)와 마주하는 외측 자기장 형성부(402);를 구비하는 유압 댐퍼.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 피스톤(20)은 상기 실린더(10)의 축방향 일측 단부와 타측 단부를 관통하여 연장되는 유압 댐퍼.
청구항 3에 있어서,
상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10)를 관통하여 상기 실린더(10) 외부로 노출되는 양측 단부에는, 유압 댐퍼를 다른 요소에 연결하는 제1연결부(211)와 제2연결부(212)가 각각 구비되는 유압 댐퍼.
청구항 2에 있어서,
상기 피스톤로드(21)에는 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22)이 구비되는 유압 댐퍼.
청구항 5에 있어서,
상기 슬라이딩 방지턱(22)은,
상기 피스톤로드(21)의 외주면에 마련된 홈(221)과,
상기 홈(221)에 끼워지는 스냅링(222)을 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 6에 있어서,
상기 스냅링(222)은 일측이 개방된 C 자 형태의 링 형상인 유압 댐퍼.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 피스톤헤드(24)는,
상기 블레이드(242)가 설치되는 헤드부(241)와,
상기 헤드부(241)에서 축방향으로 연장되는 연장부(243)를 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 5에 있어서,
상기 피스톤헤드(24)는 상기 피스톤로드(21)의 축방향을 따라 이격 배치된 한 쌍의 상기 슬라이딩 방지턱(22) 사이에서 축방향으로 연장되는 유압 댐퍼.
청구항 2에 있어서,
상기 피스톤헤드(24)의 양측 단부에는 상기 피스톤로드(21)에 대한 상기 피스톤헤드(24)의 회전 운동을 지지하는 베어링(60)이 설치되는 유압 댐퍼.
청구항 10에 있어서,
상기 베어링(60)은,
링 형상의 외륜(61);
상기 외륜(61)의 반경방향 내측에 배치되는 링 형상의 내륜(62); 및
상기 외륜(61)과 내륜(62) 사이에 개재되는 구름체(63);를 포함하고,
상기 내륜(62)은 상기 피스톤로드(21)에 연결되고,
상기 외륜(61)은 피스톤헤드(24)에 연결되는 유압 댐퍼.
청구항 1 또는 청구항 11에 있어서,
상기 구름체(63)는 볼을 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 11에 있어서,
상기 피스톤로드(21)에는 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22)이 구비되고,
상기 슬라이딩 방지턱(22)의 직경은 상기 외륜(61)의 내경보다 작은 유압 댐퍼.
청구항 11에 있어서,
상기 피스톤로드(21)에는 상기 피스톤헤드(24)가 상기 피스톤로드(21)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동하지 못하도록 상기 피스톤헤드(24)를 지지하는 슬라이딩 방지턱(22)이 구비되고,
상기 피스톤로드(21)의 내주면에는,
상기 외륜(61)의 외주면과 연결되어 상기 외륜을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지면(245)과,
상기 외륜(61)의 축방향 일측면과 연결되어 상기 외륜을 축방향으로 지지하는 축방향 지지면(246)과,
상기 내륜(62)의 축방향 일측면과 상기 피스톤로드(21)과 접하지 않도록 상기 피스톤로드(21)의 내주면에 마련되는 이격공간부(247)가 마련되고,
상기 축방향 지지면(246)과 상기 이격공간부(247)는 상기 베어링(60)을 사이에 두고 상기 슬라이딩 방지턱(22)과 대향하는 방향에 구비되며,
상기 이격공간부(247)의 직경은 상기 내륜(62)의 외경보다 큰 유압 댐퍼.
청구항 1에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 모듈은:
상기 피스톤헤드(24)에 설치되는 자기장 형성부(40); 및
상기 실린더(10)의 보어 내에 고정 설치되고, 유압댐퍼 외부에 마련된 충전부와 전기적으로 연결되는 기전력 발생부(50);를 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 2 또는 청구항 15에 있어서,
상기 자기장 형성부(40)의 내측 자기장 형성부(401)는, 상기 피스톤헤드(24)의 외주 방향을 따라 제1극(41)과 제2극(42)이 교호로 배치되고 상기 제1극(41)과 제2극(42)이 반경방향으로 외향하도록 설치된 복수 개의 영구자석을 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 16에 있어서,
상기 내측 자기장 형성부의 반경방향 외측 둘레에서 상기 내측 자기장 형성부를 둘러싸는 기전력 발생부(50)는, 반경 방향으로 연장되는 폴(52)과, 상기 폴을 중심으로 권선된 코일(51)을 포함하는 유압 댐퍼.
청구항 17에 있어서,
상기 폴(52)은 상기 실린더(10)의 내주면에 연결되어 고정되는 유압 댐퍼.
청구항 17에 있어서,
상기 피스톤헤드(24)의 단부에서 반경 방향으로 연장된 아암(249)의 반경방향 외측 단부에는, 상기 기전력 발생부(50)를 사이에 두고 상기 내측 자기장 형성부(401)와 마주하는 외측 자기장 형성부(402)가 구비되는 유압 댐퍼.
청구항 19에 있어서,
상기 외측 자기장 형성부(402)는,
상기 내측 자기장 형성부(401)의 제1극(41) 및 제2극(42)과 각각 상보적으로 마주보는 제2극(42) 및 제1극(41)이 원주 방향을 따라 교호로 배치되는 영구자석을 구비하는 유압 댐퍼.
청구항 19에 있어서,
상기 실린더(10) 내부에는, 상기 실린더(10) 내부 공간을 축 방향으로 배열되는 2개의 공간으로 분할하는 격벽(13)이 설치되고,
상기 기전력 발생부(50)는 상기 격벽(13)에 설치되는 유압 댐퍼.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 실린더(10) 내부에는, 상기 실린더(10) 내부 공간을 축 방향으로 배열되는 2개의 공간으로 분할하는 격벽(13)이 설치되고,
상기 격벽(13)의 중심에는 관통홀(131)이 형성되며,
상기 피스톤(20)은 상기 관통홀(131)을 관통하는 유압 댐퍼.
청구항 22에 있어서,
상기 격벽(13)을 기준으로 일측에 배치되는 제1실(11)에는 상기 댐핑 유체가 채워지고, 상기 블레이드(242)는 상기 제1실(11)에 배치되는 유압 댐퍼.
청구항 23에 있어서,
상기 관통홀(131)의 내측 가장자리에는, 상기 격벽(13)에 대해 상기 피스톤(20)의 상대적인 회전을 지지하는 저널부(132)가 구비되는 유압 댐퍼.
청구항 23에 있어서,
상기 격벽(13)을 기준으로 타측에 배치되는 제2실(12)에는 상기 에너지 하베스팅 모듈이 배치되는 유압 댐퍼.
청구항 25에 있어서,
상기 제2실(12)에는 상기 댐핑 유체가 채워지지 않는 유압 댐퍼.