KR102468715B1 - 동흡진장치 - Google Patents

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KR102468715B1
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이호경
김시범
곽신영
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주식회사 이음건설산업
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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 구조물의 하부에 설치되는 동흡진장치에 있어서, 질량부재; 상기 질량부재가 상하 방향으로 진동되도록 상기 질량부재를 지지하는 탄성지지부재; 및 상하 방향으로 진동되는 상기 질량부재의 진동을 저감하기 위한 감쇠유닛을 포함하고, 상기 질량부재에는 개구가 상하 방향으로 형성되고, 상기 감쇠유닛은, 상기 개구를 관통하도록 상기 탄성지지부재에 지지되는 도체; 및 상기 도체로부터 이격되어 상기 질량부재에 배치되고, 상기 질량부재와 함께 진동하는 자성체를 포함하고, 상기 도체는 진동하는 상기 자성체에 의해 유동기전력을 발생시키는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.

Description

동흡진장치{DYNAMIC ABSORBER}
본 발명은 동흡진장치에 대한 발명이다.
건물 등과 같은 구조물은 내부 또는 외부 환경 조건에 따라 여러 종류의 진동을 받는다. 최근에 새로운 재료와 시공 기술이 발달함에 따라 기계 구조물은 경량화되고 있으며, 건물이나 교량과 같은 토목/건축 구조물은 고층화 또는 장대화되고 있다. 이러한 구조물은 외부에서 발생된 진동에 쉽게 진동할 수 있고, 일정 이상의 진동이 발생하는 경우, 구조물이 손상될 수 있다.
이렇게 구조물이 손상되는 것을 방지하기 위해 외부의 진동을 저감하기 위한 감쇠기(damper) 등과 같은 장치를 이용하여 진동에 대한 반대 방향의 하중을 가하거나 진동에 대한 에너지를 소산시키는 제진 방법이 이용될 수 있다. 이러한 제진 방법은, 외부에서 오는 진동과 이에 따른 구조물의 진동을 측정하여 구조물 내부 및 외부에서 구조물의 진동에 대응하는 힘을 가하여 구조물의 진동을 저감시키는 능동제어방법(active control system)과 구조물의 동적 특성을 외부 입력 진동 특성에 대응하도록 구조물을 제어하는 수동제어방법(passive control system)이 있다.
동흡진기는 고유 특성 상 단일 주파수의 동조 하중에 대해 스프링 및 질량체만으로 뛰어난 성능을 보인다. 하지만, 동흡진기에 감쇠기가 포함되지 않는 경우, 오히려 역효과가 나타날 수 있다. 대표적인 동흡진기의 감쇠기로, 기계적인 감쇠기를 설치하거나 전기적인 신호에 따라 감쇠비를 바꾸는 MR(magneto pheological) 감쇠기 또는 ER(electro pheological) 감쇠기가 있다.
기계적인 감쇠기는 동흡진기의 크기가 커지는 요인이 되며, MR 감쇠기 또는 ER 감쇠기는 전원이 공급되어야 하기 때문에 전원 공급이 차단되는 경우, 정상적인 감쇠기로서의 역할을 수행하지 못하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 구조물의 진동을 저감할 수 있는 동흡진장치를 제공하는 것에 있다.
도체와 자성체를 통해 구조물의 진동을 저감할 수 있는 동흡진장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 구조물의 하부에 설치되는 동흡진장치에 있어서, 질량부재; 상기 질량부재가 상하 방향으로 진동되도록 상기 질량부재를 지지하는 탄성지지부재; 및 상하 방향으로 진동되는 상기 질량부재의 진동을 저감하기 위한 감쇠유닛을 포함하고, 상기 질량부재에는 개구가 상하 방향으로 형성되고, 상기 감쇠유닛은, 상기 개구를 관통하도록 상기 탄성지지부재에 지지되는 도체; 및 상기 도체로부터 이격되어 상기 질량부재에 배치되고, 상기 질량부재와 함께 진동하는 자성체를 포함하고, 상기 도체는 진동하는 상기 자성체에 의해 유동기전력을 발생시키는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 탄성지지부재는, 상기 구조물에 연결되는 상부판; 상기 상부판으로부터 하방으로 연장되어 상기 질량부재의 상하 진동 방향을 안내하는 가이드부; 상기 가이드부에 결합되고, 상기 질량부재가 진동될 때, 복원력을 제공하는 탄성부를 포함하고, 상기 도체는 상기 상부판에 지지되는, 동흡진장치가 제공될 수 있다. 또한, 상기 질량부재는, 상기 개구가 형성되는 질량체; 및 상기 질량체에 설치되는 하나 이상의 보조질량체를 포함하고, 상기 자성체는 상기 도체와의 이격거리가 조절 가능하도록 상기 질량체에 연결되는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 질량체와 상기 도체를 체결하기 위한 체결부를 더 포함하고, 상기 질량체에는 상하 방향으로 형성된 복수 개의 체결홀이 일 방향으로 서로 이격되어 나열되고, 상기 복수 개의 체결홀 중 일부 사이에는 상기 개구가 위치되고, 상기 자성체에는 상하 방향으로 형성된 자성체홀이 형성되고, 상기 체결부는 상기 자성체홀을 관통하고 복수 개의 상기 체결홀 중 어느 한 곳에 삽입되어 상기 자성체를 상기 질량체에 체결하는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 자성체홀의 상기 일 방향으로의 길이는 상기 체결홀의 상기 일 방향으로의 길이보다 크게 형성되는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 자성체는 복수 개로 형성되어 일 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 복수 개의 자성체 사이에는 상기 도체가 위치하고, 상기 복수 개의 자성체 중 어느 하나의 N극은 상기 도체의 일면에 대향하게 배치되고, 상기 복수 개의 자성체 중 다른 하나의 S극은 상기 도체의 타면에 대향하게 배치되는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 보조질량체는 복수 개로 형성되고, 상기 일 방향에 수직하는 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 복수 개의 보조질량체 사이에는 상기 도체가 위치하는, 동흡진장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 건물 슬라브와 같이 진동하여 슬라브의 진동을 감쇠할 수 있다.
또한, 구조물의 진동 주파수에 대응하여 질량부재의 무게와, 도체와 자성체 간의 간격이 조절될 수 있으므로, 구조물의 진동을 효율적으로 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치가 구조물에 설치된 모습을 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치의 상측 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치의 하측 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치의 탄성부가 압축된 모습의 측면도이다.
도 5는 도 1의 A-A'를 따라 절개한 동흡진장치의 단면도이다,
도 6은 도 1의 B-B'를 따라 절개한 동흡진장치의 단면도이다.
도 7은 도 1의 C-C'를 따라 절개한 동흡진장치의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 슬라브에 적용될 수 있는 동흡진장치(1)에 대하여 설명하겠다.
도 1을 참조하면, 동흡진장치(1)는 구조물(2)의 진동을 저감할 수 있다. 동흡진장치(1)는 구조물(2)의 하부에 구비될 수 있다. 다시 말해, 동흡진장치(1)는 내부 또는 외부로부터 구조물(2)에 가해지는 진동 에너지를 저감할 수 있다. 이러한 동흡진장치(1)는 질량부재(100), 탄성지지부재(200), 감쇠유닛(300), 제1 체결부(400) 및 제2 체결부(500)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 질량부재(100)는 탄성지지부재(200)에 지지되어 상하 방향으로 진동될 수 있다. 질량부재(100)는 탄성지지부재(200)로부터 전달되는 진동에너지에 의해 상하 방향으로 진동될 수 있다. 다시 말해, 질량부재(100)는 상하 방향으로 진동하면서 구조물(2)에 가해지는 진동에너지를 소진할 수 있다. 이러한 질량부재(100)는 질량체(110) 및 보조질량체(120)를 포함할 수 있다.
질량체(110)는 소정의 질량을 갖도록 제공되며, 탄성지지부재(200)에 지지되어 상하 방향으로 진동될 수 있다. 이러한 질량체(110)는 후술할 복수 개의 가이드부(220)에 의해 관통될 수 있다. 또한, 질량체(110)에는 상하 방향으로 후술할 도체(310)가 관통할 수 있는 개구(111)가 형성될 수 있다. 또한, 개구(111)는 수평방향으로 연장될 수 있다. 또한, 질량체(110)에는 후술할 자성체(320)가 안착될 수 있는 안착면이 형성될 수 있다. 안착면은 질량체(110)의 상면으로부터 하측 방향으로 인입되어 형성될 수 있다. 이러한 안착면은 복수 개로 형성되고, 복수 개의 안착면 사이에는 개구(111)가 배치될 수 있다.
또한, 질량체(110)에는 자성체(320)와 결합되기 위해 상하 방향으로 체결홀(112)이 형성될 수 있다. 체결홀(112)은 안착면에 복수 개로 형성되고, 개구(111)가 연장된 방향에 수직한 일 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 체결홀(112 중 일부 사이에는 개구(111)가 위치할 수 있다. 이러한 복수 개의 체결홀(112)에 의해 자성체(320)는 도체(310)와 이격거리가 조절 가능하도록 질량체(110)에 연결될 수 있다.
보조질량체(120)는 질량체(110)보다 작은 질량을 갖도록 제공되며, 질량체(110)에 연결되어 질량체(110)와 함께 상하 방향으로 진동될 수 있다. 보조질량체(120)는 질량체(110)의 상면에 구비될 수 있다. 또한, 보조질량체(120)는 구조물(2)의 진동을 감소시키기 위한 주파수 튜닝을 위해 하나 이상 구비될 수 있다. 사용자는 보조질량체(120)를 추가하거나 제거하여 주파수 튜닝을 할 수 있다. 보조질량체(120)는 질량부재(100)의 무게를 조절하기 위해 구비될 수 있다. 일 예로, 2개의 보조질량체(120)는 개구(111)를 사이에 두고 일 방향에 수직한 타방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 다른 예로, 복수의 보조질량체(120)가 미리 배치된 보조질량체(120) 위에 쌓일 수 있다. 보조질량체(120)의 개수가 많아질수록 질량부재(100)의 진동 폭이 감소 될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 더 참조하면, 탄성지지부재(200)는 질량부재(100)가 상하 방향으로 진동되도록 질량부재(100)를 지지할 수 있다. 또한, 탄성지지부재(200)는 도체(310)를 지지할 수 있다. 이러한 탄성지지부재(200)는 상부판(210), 가이드부(220) 및 탄성부(230)를 포함할 수 있다.
상부판(210)은 구조물(2)에 연결되고, 도체(310)가 개구(111)를 관통하도록 도체(310)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 상부판(210)의 상면은 구조물(2)에 연결될 수 이다.
가이드부(220)는 상부판(210)으로부터 하방으로 연장되어 질량부재(100)의 상하 진동 방향을 안내할 수 있다. 또한, 가이드부(220)는 복수 개로 형성될 수 있다. 복수 개의 가이드부(220)는 질량체(110)를 관통할 수 있다. 예를 들어 복수 개의 가이드부(220)는 질량체의 서로 다른 모서리를 관통할 수 있다. 이러한 복수 개의 가이드부(220)에 의해, 질량체(110)는 상하 방향으로 진동할 수 있다.
탄성부(230)는 가이드부(220)에 결합되고 질량부재(100)가 진동될 때, 복원력을 제공할 수 있다. 탄성부(230)는 가이드부(220)의 외주면에 체결될 수 있다. 또한, 탄성부(230)는 하나의 가이드부(220)에 복수 개가 체결될 수 있으며, 복수 개의 탄성부 사이에는 질량부재(100)가 배치될 수 있다. 이러한 탄성부(230)는 질량부재(100)가 진동되면, 자체의 탄성력에 의하여 압축과 팽창을 반복하여 질량부재(100)를 진동시킬 수 있다. 예를 들어, 탄성부(230)는 스프링일 수 있다.
감쇠유닛(300)은 유도기전력을 발생시켜 상하 방향으로 진동되는 질량부재(100)의 진동을 저감할 수 있다. 이러한 감쇠유닛(300)은 도체(310) 및 자성체(320)를 포함할 수 있다.
도체(310)는 개구(111)를 관통하도록 탄성지지부재(200)의 상부판(210)에 지지될 수 있다. 이러한 도체(310)는 상하 방향으로 연장되는 플레이트 형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도체(310)는 하부에서 바라보았을 때, 일단면의 개구(111)가 연장되는 방향으로의 길이가 일 방향으로의 길이보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 도체(310)는 복수의 자성체(320) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 도체(310)는 진동하는 자성체(320)에 의해 유도기전력을 발생시킬 수 있다. 유도기전력은 자성체(320)의 이동과 반대방향으로 작용되어 질량부재(100)의 진동을 저감할 수 있다. 예를 들어, 도체(310)는 스테인리스 스틸, 구리 플레이트 등의 비자성체로 구성될 수 있다.
도 7을 더 참조하면, 자성체(320)는 질량체(110)에 구비되어 주변에 소정의 자기장을 형성하며, 질량체(110)와 함께 진동할 수 있다. 다시 말해, 자성체(320)는 안착면에 안착되어 도체(310)에 대하여 상대적인 운동을 할 수 있다. 이러한 자성체(320)가 진동될 경우, 주변에 형성된 자기장이 변화될 수 있으며, 자기장 변화로 인해 도체(310)에는 전자기유도 현상에 의해 유도기전력이 발생할 수 있다. 또한, 자성체(320)는 도체(310)와의 이격거리가 조절 가능하도록 질량체(110)에 연결될 수 있다. 사용자는 자성체(320)와 도체(310)간의 간격을 조절하여 감쇠 튜닝을 수행할 수 있다. 또한, 자성체(320)에는 도체(310)와의 간격을 조절하기 위한 자성체홀(321)이 상하 방향으로 형성될 수 있다. 자성체홀(321)의 일 방향으로의 길이는 체결홀(112)의 일 방향으로의 길이보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 자성체홀(321)에 의해 사용자는 제1 체결부(400)를 자성체홀(321) 및 체결홀(112)에 체결하더라도 자성체(320)를 일 방향으로 이동시켜 도체(310)와 자성체(320) 간의 간격을 조절할 수 있다.
또한, 자성체(320)는 복수 개로 형성될 수 있다. 복수 개의 자성체(320)는 도체(310)를 사이에 두고 서로 이격되어 질량체(110)에 연결될 수 있다. 복수 개의 자성체(320) 중 어느 하나는 도체(310)의 일면에 대향하게 배치되고, 다른 하나는 도체(310)의 일면의 반대편인 타면에 대향하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 자성체는, 김쇠 성능을 극대화하기 위해, 복수 개의 자성체(320) 중 어느 하나의 N극과 다른 하나의 S극이 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 자성체(320) 중 어느 하나의 N극은 도체(310)의 일면에 대향하게 배치되고, 다른 하나의 S극은 도체(310)의 타면에 대향하게 배치될 수 있다.
제1 체결부(400)는 자성체(320)와 질량체(110)를 체결하기 위해, 자성체홀(321)을 관통하고 복수의 체결홀(112) 중 어느 하나에 삽입될 수 있다. 사용자는 자성체(320)와 도체(310) 간의 간격을 결정한 후, 제1 체결부(400)를 통해 자성체(320)를 질량체(110)에 체결할 수 있다.
제2 체결부(500)는 하나 이상의 보조질량체(120)를 질량체(110)에 체결하기 위해 하나 이상의 보조질량체(120)와 질량체(110)를 관통할 수 있다. 사용자는 질량체(110)의 상면에 복수의 보조질량체(120)를 쌓은 뒤 제2 체결부(500)를 통해 복수의 보조질량체(120)를 질량체(110)에 체결할 수 있다.
구조물(2)은 동흡진장치(1)의 상면에 위치될 수 있다. 이러한 구조물(2)이 외부 또는 내부로부터 가해지는 충격에 의해 진동될 경우, 이 진동은 동흡진장치(1)에 의해 저감될 수 있다. 구조물(2)은 예를 들어, 캐비닛, 건물 등일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치(1)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동흡진장치(1)는 구조물(2)의 하부에 배치되어 구조물(2)의 진동을 저감할 수 있다. 다시 말해, 질량부재(100)가 상하 방향으로 진동되어 구조물(2)의 진동 에너지를 소진할 수 있다.
또한, 도체(310)와 자성체(320) 간의 거리가 조절될 수 있다. 다시 말해, 사용자는 구조물(2)의 진동 주파수에 대응하여 도체(310)와 자성체(320) 간의 간격을 조절하여 주파수 튜닝을 수행할 수 있으므로, 구조물(2)의 진동을 효율적으로 저감할 수 있다. 또한, 질량부재(100)의 무게가 조절할 수 있으므로, 구조물(2)의 진동에 대하여 질량부재(100)의 진동 폭을 조절할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 동흡진 장치 2: 구조물
100: 질량부재 110: 질량체
111: 개구 112: 체결홀
120: 보조질량체 200: 탄성지지부재
210: 상부판 220: 가이드부
230: 탄성부 300: 감쇠유닛
310: 도체 320: 자성체
321: 자성체홀 400: 제1 체결부
500: 제2 체결부

Claims (7)

  1. 구조물의 하부에 설치되는 동흡진장치에 있어서,
    질량부재;
    상기 질량부재가 상하 방향으로 진동되도록 상기 질량부재를 지지하는 탄성지지부재; 및
    상하 방향으로 진동되는 상기 질량부재의 진동을 저감하기 위한 감쇠유닛을 포함하고,
    상기 질량부재에는 개구가 상하 방향으로 형성되고,
    상기 감쇠유닛은,
    상기 개구를 관통하도록 상기 탄성지지부재에 지지되는 도체; 및
    상기 도체로부터 이격되어 상기 질량부재에 배치되고, 상기 질량부재와 함께 진동하는 자성체를 포함하고,
    상기 도체는 진동하는 상기 자성체에 의해 유동기전력을 발생시키고,
    상기 질량부재는,
    상기 개구가 형성되는 질량체; 및
    상기 질량체에 설치되는 하나 이상의 보조질량체를 포함하고,
    상기 자성체는 상기 도체와의 간격이 조절 가능하도록 상기 질량체에 연결되고,
    상기 질량체와 상기 도체를 체결하기 위한 체결부를 더 포함하고,
    상기 질량체에는 상하 방향으로 형성된 복수 개의 체결홀이 일 방향으로 서로 이격되어 나열되고,
    상기 복수 개의 체결홀 중 일부 사이에는 상기 개구가 위치되고,
    상기 자성체에는 상하 방향으로 형성된 자성체홀이 형성되고,
    상기 체결부는 상기 자성체홀을 관통하고 복수 개의 상기 체결홀 중 어느 한 곳에 삽입되어 상기 자성체를 상기 질량체에 체결하는,
    동흡진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성지지부재는,
    상기 구조물에 연결되는 상부판;
    상기 상부판으로부터 하방으로 연장되어 상기 질량부재의 상하 진동 방향을 안내하는 가이드부;
    상기 가이드부에 결합되고, 상기 질량부재가 진동될 때, 복원력을 제공하는 탄성부를 포함하고,
    상기 도체는 상기 상부판에 지지되는,
    동흡진장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성체홀의 상기 일 방향으로의 길이는 상기 체결홀의 상기 일 방향으로의 길이보다 크게 형성되는,
    동흡진장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성체는 복수 개로 형성되어 일 방향으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수 개의 자성체 사이에는 상기 도체가 위치하고,
    상기 복수 개의 자성체 중 어느 하나의 N극은 상기 도체의 일면에 대향하게 배치되고,
    상기 복수 개의 자성체 중 다른 하나의 S극은 상기 도체의 타면에 대향하게 배치되는,
    동흡진장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조질량체는 복수 개로 형성되고, 상기 일 방향에 수직하는 방향으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수 개의 보조질량체 사이에는 상기 도체가 위치하는,
    동흡진장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002021923A (ja) * 2000-07-11 2002-01-23 Delta Tooling Co Ltd 磁気減衰機構
KR101499886B1 (ko) * 2013-10-24 2015-03-12 주식회사 브이테크 영구자석 댐퍼 및 이를 가지는 동조 질량 감쇠기
KR20200021699A (ko) * 2018-08-21 2020-03-02 단국대학교 산학협력단 맴돌이 전류 브레이크를 구비한 준능동형 동조질량감쇠기 및 제어 방법

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