KR102342320B1 - 주파수 동조 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동체(5)를 진동 표면(3)에 결합시키도록 되어 있는 탄성 요소를 갖는 주파수 동조 댐퍼에 관한 것이다. 탄성 요소는 댐퍼가 부착될 때 진동 표면의 법선에 실질적으로 평행한 종축(23)을 따라 상이한 위치에 배치되는 광대부(17)와 협소부(19)를 가지며, 광대부를 진동 표면에 부착시키기 위해 광대부(17)에 위치되는 제1 원주방향 부착 홈(11)과 협소부를 진동체에 부착시키기 위해 협소부(19)에 위치되는 제2 원주방향 부착 홈(15)을 갖는다. 제1 원주방향 부착 홈은 연신된 경로를 따라 연장된다. 이는 진동 표면의 평면에서 수직한 두 방향으로 상이한 두 공명 진동수를 제공할 수 있으며, 원하는 방향으로 용이하게 정렬될 수 있는 댐퍼를 제공한다.

Description

주파수 동조 댐퍼{A frequency tuned damper}

본 발명은 예를 들면 차량에 사용될 수 있는 주파수 동조 댐퍼에 관한 것이다. 댐퍼는 진동체와, 진동이 감쇠될 진동표면에 진동체를 결합시키도록 되어 있는 적어도 하나의 탄성 요소를 갖는다. 탄성 요소는 댐퍼가 부착될 때 진동 표면의 법선과 실질적으로 평행할 수 있는 종축을 따라 상이한 위치에 배치되는 광대부와 협소부를 갖는다. 광대부와 협소부 중 하나는 탄성 요소를 진동체에 부착시키도록 되어 있고 다른 하나는 탄성 요소를 진동 표면에 부착시키도록 되어 있으며, 광대부는 공동(cavity)을 갖는다. 탄성 요소는 광대부를 진동체와 진동 표면 중 하나에 부착시키기 위해 광대부에 위치되는 제1 원주방향 부착 홈과, 협소부를 진동체와 진동 표면 중 다른 하나에 부착시키기 위해 협소부에 위치되는 제2 원주방향 부착 홈을 갖는다.

이러한 댐퍼는 예를 들면 EP-1303710-A1와 WO-2008/127157-A1에 공지되어 있다. 후자는 상이한 공진 주파수(resonant frequency)가 상이한 진동방향으로 어떻게 감쇠될 수 있는지 개시하고 있으나, 신뢰성 있게 부착될 수 있도록 더욱 응용성있는 댐퍼를 얻어야 한다는 것이 여전히 문제점이다.

따라서 본 발명의 목적은 다용도이며 신뢰성 있게 부착할 수 있는 댐퍼를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에 규정된 바와 같은 댐퍼에 의해 달성된다. 더욱 상세하게는, 초기에 언급한 종류의 댐퍼에 있어서 제1 원주방향 부착 홈, 즉 폭이 더 넓은 탄성 요소 부위에 연관되는 부착 홈은 진동 표면과 평행한 폐루프(closed loop)로 그리고 연신된 경로(elongated path)를 따라 연장되며, 그럼으로써 이 폐루프는 원형에서 벗어나게 된다. 이것은 이중(二重) 효과를 갖는다. 상기 부착 홈의 경로가 연신되어 있으므로, 탄성 요소는 연신된 축을 따라 그리고 이 축을 가로질러 상이한 동적 특성을 보일 것이다. 이는 댐퍼가 제1 방향으로 진동 표면에 영향을 주는 주파수를 갖는 진동을 감쇠시키면서 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 진동 표면에 영향을 주는 또 다른 주파수를 갖는 진동을 감쇠시킬 수 있다는 것을 의미한다. 동시에 부착 홈이 연신된 경로로 연장되기 때문에 탄성 요소는 신뢰성 있게 올바르게 배향될 것이다.

따라서 제1 부착 홈의 연신된 경로는 계란형일 수 있으며, 제2 원주방향 부착 홈은 원형 경로를 따라 연장될 수 있다. 더욱 상세하게는, 제1 원주방향 부착 홈은 타원형일 수 있다.

통상적으로 제2 원주방향 부착 홈은 진동체에 부착될 수 있다.

벽을 형성하는 전이부가 탄성 요소의 광대부와 협소부를 상호 연결할 수 있으며, 벽의 두께는 종축의 주어진 위치에서 탄성 요소의 주연부를 따라 변할 수 있다. 이것은 상이한 방향으로 동적 특성들을 더욱 변화시키는 역할을 하며, 제1 원주방향 부착 홈이 원형인 경우에도 이용될 수 있다.

도 1은 주파수 동조 댐퍼의 기본 원리를 개략적으로 보여준다.
도 2는 탄성 요소의 사시도이다.
도 3은 진동 표면 및 진동체에 부착된 경우의 도 2의 탄성 요소의 단면도이다.
도 4 내지 6은 탄성 요소의 평면도, 및 이를 관통하는 두 단면도이다.
도 7 내지 9는 부착 홈의 다른 가능한 구성을 보여준다.
도 10 및 11은 탄성 요소의 또 다른 실시예에 대한 도 5 및 6에 상응하는 단면도이다.

본 발명은 일반적으로 주파수 동조 댐퍼에 관한 것이다. 도 1은 주파수 동조 댐퍼(1)의 기본 원리를 설명한다. 댐퍼는 진동 표면(3)의 진동을 감쇠시키기 위해 사용되며, 진동 표면(3)에 부착되어 함께 스프링질량계(spring-mass system)를 제공하는 진동체(5)와 적어도 하나의 탄성 요소(elastic element)(7)로 구성된다.

진동체(5)의 질량(m)과 탄성 요소의 강성(stiffness)(k)과 감쇠 상수 (damping constant)(c)는 소정의 목표 주파수로 진동한다고 예상될 수 있는 진동 표면에 감쇠효과를 제공하도록 선택된다. 진동 표면(3)이 이 목표 주파수로 진동할 때, 진동체(5)는 진동 표면과 동일한 주파수로, 그러나 진동 표면과는 다른 위상으로 진동/공진하도록 되어서 진동 표면의 진동이 실질적으로 감쇠된다. 진동체는 진동 표면의 진동 진폭보다 상당히 더 큰 진폭으로 진동할 수 있다. 주파수 동조 댐퍼의 일반적 개념은 그 자체로 잘 알려져 있으며, 이에 대한 예는 EP-1303710-A1 및 WO-2008/127157-A1을 참조한다.

다음은 진동 표면(3)과 평행한 두 방향으로의 진동을 처리하기에 적당한 주파수 동조 댐퍼에 사용하기 위한 탄성 요소(7)를 설명하며, 이때 (도 1에서 종이면에 수직한) x 및 y로 표시된 방향으로의 진동은 상이한 목표 주파수를 갖는다.

도 2는 본 발명에 따른 탄성 요소(7)를 보여주는 사시도이다. 탄성 요소는 여러 탄성 재료들로 만들어질 수 있다. 실리콘 고무가 하나의 적절한 예인데, 이는 실리콘 고무 탄성 요소는 온도가 변하더라도 상당한 정도로 그 강성과 감쇠 파라미터들을 유지하기 때문이다.

도 3은 진동 표면(3)과 진동체(5)에 부착된 경우의 도 2의 탄성 요소(7)의 단면도이다. 진동체는 주철 등과 같은 상대적으로 고밀도를 갖는 재료로 만들어질 수 있다.

댐퍼의 목적은 구조체에 이미 존재하는 표면의 진동을 감소시키는 것이기 때문에 진동 표면(3)은 댐퍼의 일부로 간주되지 않는다. 하지만 탄성 요소는 또한 중간 부재를 통해 진동 표면에 연결될 수 있으며, 이 경우 탄성 요소는 댐퍼의 일부로 취급될 수 있다. 앞으로 설명하겠지만, 또한 진동 표면은 탄성 요소와의 결합을 위한 개구를 갖는다.

도시된 예에서, 탄성 요소(7)의 제1 부착 홈(11)이 개구(9)의 테두리에 파지부(grip)를 형성할 때까지 진동 표면(3)의 상응하는 개구(9)를 통해 탄성 요소(7)를 밀어 넣음으로써 댐퍼가 진동 표면(3)에 부착될 수 있다.

탄성 요소(7)의 제2 홈(15)이 진동체(5) 상에 유사한 파지부를 형성할 때까지 진동체(5) 내부로 상응하는 개구(13)를 통해 탄성 요소의 일부를 더 밀어 넣는다.

통상적으로, 하나의 진동체(5)를 진동 표면(3)에 결합시키기 위해 3 내지 5개의 탄성 요소가 사용될 수 있으며, 따라서 진동 표면과 진동체는 상응하는 개수의 정렬된 개구(11, 13)를 갖는다.

탄성 요소는 이하에 더욱 상세히 설명될 것이다. 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성 요소(7)는 광대부(17)와 협소부(19)(광대부는 협소부에 비해 폭이 넓으며 그 역도 성립)를 갖는다. 도시된 경우에서 광대부(17)는 진동 표면(3)의 개구의 테두리(9)와 결합하는 광대부의 원주방향 부착 홈(11)에 의해 진동 표면(3)에 부착된다. 상응하는 방식으로 협소부(19)는 개구/원주방향 돌기(13)와 결합하는 협소부의 원주방향 부착 홈(15)에 의해 진동체(5)에 부착되며, 이 원주방향 돌기는 진동체(5)의 공동(21)의 벽으로부터 돌출된다. 이러한 배열에 의해 진동체(5)는 진동 표면(3)에 대해 탄성적으로 현수된다. 광대부와 협소부(17,19)는 진동 표면(3)의 법선과 실질적으로 평행한 종축(23)을 따라 서로 다른 위치들에 배치된다. 진동체(19)의 공동(21)은 탄성 요소와 직접 닿게 되는 일이 없이 상당히 큰 진동 진폭을 허용할 정도로 충분히 클 수 있다(따라서 강성을 혁신적으로 증가시킴). 그러나 진동체가 진동 표면과 닿기 전에 광대부가 진동체와 닿아서 진동체의 운동을 정지시키는 것이 유용할 수 있는데, 그렇지 않으면 강한 노이즈가 발생될 것이기 때문이다.

대안적으로 진동체(5)가 탄성 요소(7)의 광대부(17)에 부착되며 진동 표면(3)이 탄성 요소의 협소부(19)에 부착되는 배열이 고려될 수 있다.

탄성 요소는 광대부(17)에서 개방되는 공동(25, 27)을 갖는다. 이 공동은 광공동(25)과 협공동(27)을 가질 수 있으며, 후자는 탄성 요소의 협소부(19) 내로 연장될 수 있다. 부착 과정에서, 공동(25, 27)은 탄성 요소(7)를 진동 표면(3)의 개구 내로 그리고 진동체(5)의 공동 내로 삽입시키기 위해 이용되는 공구(미도시)를 수용하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명에서, 탄성 요소는 진동 표면의 상이한 두 방향으로 상이한 공진 주파수(resonant frequency)를 제공하도록 되어 있다.

도 4는 협소한 요소 부분(도 3의 도면 부호 19 참조) 위에서 볼 때의 탄성 요소의 평면도이다. 도 5는 도 4의 제1 단면A-A를 보여주며 도 6은 도 4의 제2 단면 B-B를 보여준다. 단면들은 서로 수직하며 탄성 요소의 종축(도 3의 도면 부호 23 참조)을 따라 취해진다.

도 4 내지 6에서 볼 수 있는 것과 같이, 광대부(17)의 원주방향 부착 홈(11)은 연신(elongated)되어 있다. 이는 부착 홈(11)이 요소가 부착되는 진동 표면과 평행한 폐루프로 연장되나, 폐루프가 원형에서 벗어나도록 신장된다는 것을 의미한다. 따라서 도 5의 단면도에서 홈의 폭(29)은 도 6의 상응하는 폭(31)보다 실질적으로 작다.

이러한 특성은 탄성 요소가 부착 홈에 상응하는 모양을 갖는 개구에 끼워질 때에 탄성 요소가 원하는 방향으로 스스로를 자동으로 정렬시키며, 부착 홈 경로의 연신된 축을 따라 공진 주파수 하나와 연신된 축을 가로질러 또 다른 공진 주파수 하나를 제공하는 장점을 부여한다. 이러한 축의 방향은 진동 표면의 상응하는 연신된 개구가 어떻게 배향되는가에 따라 예측가능하게 결정된다. 도 4 내지 6의 예에서 상당히 더 높은 공진 주파수가 단면 A-A와 평행하기보다는 단면 B-B와 평행하게 제공될 것이다.

제2 원주방향 부착 홈(15)은 원형 경로를 따라 적절하게 연장될 수 있으며, 진동체의 상응하는 원형 개구(13)에 끼워질 수 있다.

도 4 내지 6에서, 원주방향 부착 홈(11)은 대략적으로 원형에서 벗어난 타원형을 갖는다. 대략적으로 타원은 타원에 대한 엄격한 수학적 정의에서 다소 벗어날 수 있는데, 다시 말하면 제1 및 제2 정점에서의 거리의 합이 일정하도록 움직이는 하나의 점에 의해 생성되는 폐면곡선(closed plane curve)일 수 있으며 여전히 양호한 결과를 제공할 수 있다. 도 7은 이러한 형태를 보여준다. 원형은 이러한 고정 점이 일치하는 경우로서 타원의 특별한 케이스이다. 여기서는 이 특별한 케이스를 제외한 것을 타원으로 간주한다.

도 8은 또 다른 고려할 수 있는 연신된 계란형 형태, 즉 두 직선에 의해 연결된 두 개의 반원을 보여준다. 도 9는 제3의 가능한 형태, 즉 둥근 모서리를 갖는 연신된 직사각형을 보여준다. 도 5 및 6의 예에 도시된 바와 같이 일반적으로 원주방향 홈은 하나의 평면에서 연장되는 폐경로를 형성하며, 평면에서 수직하는 두 방향으로 상이한 연장길이를 갖는다.

도 10 및 11은 탄성 요소의 또 다른 실시예에 대한 도 5 및 6에 상응하는 단면도를 보여준다. 도 5 및 6의 실시예와 비교할 때, 도 10 및 11의 탄성 요소는 높이가 더 높고, 더욱 현저한 전이부(transition portion)(33)를 갖는다. 도 10 및 11에서 볼 수 있는 바와 같이 광대부의 부착 홈(11)의 연신된 형태, 공동과 탄성 요소의 외측 경계 사이의 벽은 도 10에서는 원통형으로 도시되며 도 11에서는 원추형으로 도시된다. 도 10의 벽 역시 도 11과 비교할 때 상이한 경사각을 갖는 원추형으로 나타날 수 있다.

도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 전이부(33)의 벽 두께는 종축(도 3의 도면 부호 23 참조)에 수직한 평면에서 전이부의 원주방향 주연부를 따라 변할 수 있다. 이는 공진 주파수를 추가로 조절하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 11에 도시된 더 두꺼운 벽은 도 11의 단면과 평행하며 탄성 요소의 연신된 축에 대해 수직한 방향으로 더 높은 공진 주파수를 제공할 것이다. 이 특성 역시 별도의 효과를 제공한다. 전이부의 벽 두께가 종축(23)의 주어진 위치에서 주연부를 따라 변하는 경우, 탄성 요소는 제1 원주방향 부착 홈이 완벽한 원형이라 하더라도 전술한 x- 및 y- 방향으로 상이한 공진 주파수를 제공할 수 있다. 이때 종축에 대한 탄성 요소의 올바른 배향이 중요하다면 다른 수단을 통해 얻을 수 있다. 예를 들어, 부착 홈 내에 요부(dent) 및 진동 표면의 개구 변부로부터 돌출되는 상응하는 돌기를 제공하여 원형 부착 홈이 올바르게 배향된 위치에 고정될 수 있다.

본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않으며 하기 청구의 범위 내에서 다르게 변형될 수 있다.

Claims (6)

1. 진동 표면(3)의 진동을 감쇠시키기 위해 진동 표면(3)에 부착되는 주파수 동조 댐퍼로서,
   상기 진동은 상기 진동 표면(3)의 2개의 직교하는 방향(x, y)으로 서로 다른 진동을 포함하며,
   상기 주파수 동조 댐퍼는,
   진동체(5); 및
   상기 진동체(5)가 상기 진동 표면(3)에 부착되게 하는 적어도 하나의 탄성 요소(7);
   를 포함하며,
   상기 탄성 요소(7)는 상기 2개의 직교하는 방향(x, y)으로 서로 다른 공진 주파수를 제공하도록 구성되고,
   상기 탄성 요소(7)는 광대부(17) 및 협소부(19)를 지니며 상기 광대부(17) 및 상기 협소부(19)는 종축(23)을 따라 서로 다른 위치들에 배치되고 상기 종축(23)은 상기 진동 표면(3)의 법선과 평행하며,
   상기 광대부(17)는 비충전(non-filled) 공동(25)을 지니고,
   상기 탄성 요소는 상기 광대부(17)를 상기 진동체(5) 및 상기 진동 표면(3) 중 하나에 부착시키기 위해 상기 광대부(17)에 위치되는 제1 원주방향 부착 홈(11) 및 상기 협소부(19)를 상기 진동체(5) 및 상기 진동 표면(3) 중 다른 하나에 부착시키기 위해 상기 협소부(19)에 위치되는 제2 원주방향 부착 홈(15)을 포함하고,
   상기 탄성 요소는 상기 탄성 요소의 광대부 및 협소부를 상호 연결하며 상기 비충전 공동(25)을 둘러싸는 벽(33)을 형성하는 전이부를 더 포함하고,
   상기 제1 원주방향 부착 홈(11)은 연신된 경로(elongated path)를 따라 상기 진동 표면(3)과 평행한 폐루프(closed loop)로 연장되며, 그럼으로써 상기 폐루프는 원형에서 벗어나게 되고 상기 2개의 직교하는 방향(x, y)으로 상이한 연장길이들을 지니게 되며,
   상기 제1 원주방향 부착 홈(11)은 상기 탄성 요소(7)를 상기 종축(23) 주위에 제대로 배향시키기 위해 상기 제1 원주방향 부착 홈(11)에 대응되는 형상의 개구에 끼워지는, 주파수 동조 댐퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연신된 경로는 계란형인, 주파수 동조 댐퍼.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 원주방향 부착 홈(15)은 원형 경로를 따라 연장되는, 주파수 동조 댐퍼.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 원주방향 부착 홈(11)은 타원형인, 주파수 동조 댐퍼.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 원주방향 부착 홈(15)이 상기 진동체(5)에 부착되는, 주파수 동조 댐퍼.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 원주방향 부착 홈(15)이 상기 진동체(5)에 부착되는, 주파수 동조 댐퍼.

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