KR19990047271A - 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치 - Google Patents

자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치 Download PDF

Info

Publication number
KR19990047271A
KR19990047271A KR1019970065607A KR19970065607A KR19990047271A KR 19990047271 A KR19990047271 A KR 19990047271A KR 1019970065607 A KR1019970065607 A KR 1019970065607A KR 19970065607 A KR19970065607 A KR 19970065607A KR 19990047271 A KR19990047271 A KR 19990047271A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetorheological fluid
rotating shaft
unit
magnetic field
main body
Prior art date
Application number
KR1019970065607A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100311735B1 (ko
Inventor
김정훈
이종원
정재성
Original Assignee
윤덕용
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤덕용, 한국과학기술원 filed Critical 윤덕용
Priority to KR1019970065607A priority Critical patent/KR100311735B1/ko
Publication of KR19990047271A publication Critical patent/KR19990047271A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100311735B1 publication Critical patent/KR100311735B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • F16D57/002—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders comprising a medium with electrically or magnetically controlled internal friction, e.g. electrorheological fluid, magnetic powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 궤환형 폐회로로 구성된 다수의 전기적 회로부와 자기유변유체의 점성을 변화시키는 전자석부로 회전기계의 임의의 정속도 유지 및 제동력의 용이한 제어가 가능한 자기유변유체를 이용한 부하장치 및 제동장치를 제공하려는 것이다.
본 발명에 따르면, 상자성 입자를 갖는 자기유변유체(16 ; magneto rheological fluid)와, 상기 자기유변유체(16)의 점성을 변화시키기 위한 자기장(m)을 발생시키는 전자석부(14,14a)와, 상기 자기장(m)에 부하 및 제동력을 인가하기 위한 원판(15)이 형성된 회전축(11)을 구비한 본체부(10)로 외부에서 전달된 회전력을 감쇠시키는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 있어서, 상기 회전축(11)의 물리량을 측정하기 위한 감지센서부(20)와, 이런 감지센서부(20)의 출력신호를 기준입력전압(35)과 비교하여 차이값을 출력하는 비교회로부(30)와, 상기 비교회로부(30)의 출력값을 제어하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)의 출력제어전압에 비례한 외부전원(55)의 전압을 전류로 변환하여 상기 본체부(10)의 전자석부(14,14a)에 공급하는 컨버터부(50)가 궤환형 폐회로를 구성하며, 상기 감지센서부(20)는 상기 외부 회전력에 의한 상기 회전축(11)의 물리량을 상기 비교회로부(30)와 제어부(40) 및 컨버터부(50)로 피드백(feed back)하므로써 정확한 부하 및 제동력을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치가 제공된다.

Description

자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치
본 발명은 회전 기계 시스템의 정밀 위치 제어에 적용이 용이한 자기유변유체(magnetorheological fluid)를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 관한 것이며, 특히, 자기장내에서 항복응력을 갖는 자기유변유체의 특성을 이용하여 자동차의 ABS 브레이크 장치와 같은 제동장치나, 엔진 등과 같은 동력 전달장치의 모의 실험 또는 각종 시뮬레이터의 구동에도 정확한 부하 조절이 가능한 부하장치에 동일하게 사용될 수 있는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 관한 것이다.
최근의 회전 기계 기술의 응용 분야를 살펴보면, 회전 기계 시스템의 고출력 및 고속회전과 같은 성능의 향상뿐만 아니라 회전체의 정밀한 위치 제어, 회전기계에 걸리는 부하 변동시의 정속도 유지, 회전 시스템의 운전 중 발생하는 진동의 효과적인 억제가 큰 관심의 영역이 되고 있다.
통상적으로 자동차나 자전거의 제동장치에서는 회전하는 물체에 제동을 걸어야 하는 경우, 보통 브레이크 드럼에 금속이나 고무 패드를 회전체에 직접 마찰시키는 방법으로 제동력을 가한다. 또한, 동력전달 장치의 모의 실험 등과 같은 부하장치에서는 발전기의 원리를 응용하여 기계적인 회전 에너지를 전기 에너지로 강제로 변환시키는 방법으로 회전 시스템에 부하를 가한다.
그러나, 상기와 같은 방법을 사용한 제동장치는 기계적 마찰을 이용하게 되므로 마찰열에 의한 재질의 변화가 일어난다. 즉, 제동장치의 속도 및 토크를 감속시키기 위해 기계적 마찰을 이용할 경우 소실되는 에너지는 모두 열 에너지로 변화되기 때문에 마찰이 일어나는 부분에서의 온도가 급격히 상승하게 되고, 이러한 온도 상승은 시스템을 구성하는 재질의 변화를 초래할 수 있다. 또한, 이러한 재질변화는 제품의 성능을 떨어뜨리고, 극단적으로는 제품의 파단까지 초래할 수 있다.
또한, 상기와 같은 방법을 사용한 부하장치는 발전기의 비선형성 때문에 원하는 부하를 정확하게 걸어 줄 수 없고, 또한 큰 부하를 걸어 주기 위해서는 발전기의 용량도 커져야 하므로 전체 부피가 매우 커지게 된다. 또한, 상황에 따라 걸어 주는 부하를 달리해야 하는 경우가 생길 때, 발전기 원리를 이용한 방식은 장치의 하드웨어를 다시 교체해야 하는 불편함이 있기 때문에 임의로 원하는 부하를 변화시키는데에는 많은 어려움이 따른다.
따라서, 상기의 단점들을 해소시키기 위해서 기존의 유압장치나 모터보다 매우 안정되고 효과적이며 시스템의 반응속도가 빠른 지능형 재료(smart material)중 자기유변유체가 사용된다.
여기에서, 자기유변유체는 10-4∼10-3㎝크기의 상자성 입자를 포함하는 비콜로이드 용액으로 자기장을 인가하지 않을 경우 상온에서 0.20∼0.30Pa-sec의 점성을 가지고 150∼250㎄/m(2∼3kOe)의 자기장이 가해지면 50∼100㎪의 높은 항복응력을 갖는다. 또한, 자기유변유체는 자기 포화(magnetic saturation)에 의해 최대 항복 응력이 제한되기는 하지만, 빠른 응답시간[1∼2msec(msec ; 10-3sec)]을 가지며, 또한 -40∼150℃의 작동 범위와 유입되는 불순물에 대해서 상당히 둔감한 특성을 갖는다.
이런 특성을 갖는 자기유변유체는 자기장이 가해질 경우에 유체에 포함된 입자가 체인을 형성하게 되어 유체의 전단 항복 응력이 변화하게 된다. 따라서, 자기장 비인가 시에 뉴토니안 유체(newtonian fluid)의 거동을 나타내지만 자기장 인가 시에는 유체중에 분산된 입자가 체인을 형성하게 되어 전단 변형률이 발생하지 않은 상태에서도 항복 응력을 가지며 각속도의 증가에 따라서 소산되는 토크가 증가하는 빙햄 유체(bingham fluid)의 거동을 나타낸다. 즉, 자기유변유체는 자기장 비인가시 액체 상태이던 것이 자기장 인가시 젤 상태로 변하게 된다.
종래의 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 감쇠장치는 예를 들면, 자기유변댐퍼의 미국특허 4,200,003과, 직선운동을 제한하기 위해 영구자석 및 전자코일 사용한 미국특허 4,942,947과, 자기유변유체의 설계방법중 밸브 모드를 이용한 미국특허 5,284,330과, 자기유변유체를 이용한 부하장치로 왕복운동을 제한하는 미국특허 5,492,312와, 회전디스크와 솔레노이드에 의한 자기장을 발생시켜 자기유변유체의 점성을 변화시킨 토크로드 시뮬레이터 시스템인 미국특허 5,598,908이다.
통상적으로 이런 종래의 자기유변유체를 이용한 감쇠장치중에서 회전 기계에 사용되는 장치는 외부에서 전달된 회전력이 인가되는 디스크를 포함하는 회전축과, 상기 디스크를 감싸는 자기유변유체가 채워진 본체부와, 이런 본체부의 자기유변유체에 자기장을 작용시켜 직접전단모드로 점성을 변화시킬 수 있는 전자코일로 구성되어 있다.
그러나, 상기 다수의 자기유변유체를 이용한 시스템들은 단순히 점성을 변화시키는 자기장을 발생시켜 단순히 왕복운동이나 회전운동을 억제시키는 감쇠장치 및 제동장치로만 사용되고 있을 뿐이다.
또한, 상기 시스템들은 기계 장치를 정속도로 회전시키는 부하장치에 응용함에 있어서 자기유변유체의 점성변화의 원리만을 이용하기 때문에 구체적인 부하장치의 정속도 조정 및 제동장치의 제동력 조정을 위한 구성에 있어서 미약한 단점이 있다.
본 발명의 목적은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 궤환형 폐회로로 구성된 다수의 전기적 회로부와 자기유변유체를 점성변화시키는 전자석부로 회전기계의 임의의 정속도 유지 및 제동력의 용이한 제어가 가능한 자기유변유체를 이용한 부하장치 및 제동장치를 제공하려는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 구성을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 중요부위를 설명한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 구성을 설명하기 위한 단면도.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
10 : 본체부 11 : 회전축
14 : 전자코일보빈 14a : 전자코일
15 : 원판 16,16' : 자기유변유체
20 : 감지센서부 30 : 비교회로부
40 : 제어부 50 : 전압/전류 컨버터
60 : 영구자석 70 : 발전기
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 상자성 입자를 갖는 자기유변유체(magnetorheological fluid)와, 상기 자기유변유체의 점성을 변화시키기 위한 자기장을 발생시키는 전자석부와, 상기 자기장에 부하 및 제동력을 인가하기 위한 원판이 형성된 회전축을 구비한 본체부로 외부에서 전달된 회전력을 감쇠시키는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 있어서, 상기 회전축의 물리량을 측정하기 위한 감지센서부와, 이런 감지센서부의 출력신호를 기준입력전압과 비교하여 차이값을 출력하는 비교회로부와, 상기 비교회로부의 출력값을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 출력제어전압에 비례한 외부전원의 전압을 전류로 변환하여 상기 본체부의 전자석부에 공급하는 컨버터부가 궤환형 폐회로를 구성하며, 상기 감지센서부는 상기 외부 회전력에 의한 상기 회전축의 물리량을 상기 비교회로부와 제어부 및 컨버터부로 피드백(feed back)하므로써 정확한 부하량 및 제동력을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 본체부에는 상기 회전축의 대원주면과 상기 본체부에 고정된 베어링의 내원주면에서 누유되는 자기유변유체를 억제시키기 위해 자기장을 발생하는 영구자석이 부착되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 회전축은 상기 베어링의 내원주면에서 누유되는 상기 자기유변유체에 상기 영구자석의 상기 자기장이 효과적으로 점성을 변화시킬 수 있게 소원주면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 상자성 입자를 갖는 자기유변유체와, 상기 자기유변유체의 점성을 변화시키기 위한 자기장을 발생시키는 전자석부와, 상기 자기장에 부하 및 제동력을 인가하기 위한 원판이 형성된 회전축을 구비한 본체부로 외부에서 상기 회전축에 전달된 회전력을 감쇠시키는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 있어서, 상기 회전축의 단부에는 상기 전자석부의 자기장을 발생시키는 전류를 공급하는 코일부와 자석부를 구비한 발전기가 결합되며, 상기 발전기는 상기 회전축의 회전력에 비례한 전류를 상기 전자석부에 공급하므로써 상기 회전축이 정속도로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치가 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
<제 1실시예>
도면에서, 도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
이 실시예에서 설명하는 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 본체부에 외부력이 인가된 축의 회전속도를 측정하는 센서감지부가 부착되어 있고, 기준입력전압을 공급하는 비교회로부인 비교기와, 제어부 및, 전압/전류 변환부를 포함하고 있는 것과, 또한 영구자석을 이용하여 자기유변유체를 밀봉시키는 것을 제외하고는 종래 기술과 동일하다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 외부에서 전달된 회전력을 자기유변유체(16) 및 소정크기의 자기장(m)으로 감쇠시키는 본체부(10)와, 이런 본체부(10)를 피드백 제어식으로 제어할 수 있게 감지센서부(20)와 비교기(30)와 제어부(40) 및 전압/전류 컨버터(50)로 구성된 궤환형 폐회로를 형성하고 있다.
이런 본체부(10)의 회전축(11)에는 감지센서부(20)가 배치되어 있다. 이런 감지센서부(20)는 회전축(11)의 회전속도를 감지하여 소정크기의 전압을 갖는 신호를 발생시키는 통상의 엔코더와 같은 종류이다.
또한, 이런 감지센서부(20)와 전기적으로 접속된 비교기(30)에는 상기 회전축(11)이 정속도 또는 설계자의 의도대로 작동될 수 있게 하는 기준입력전압(35)이 전기적으로 접속되어 있다. 이런 비교기(30)는 상기 감지센서부(20)에서 피드백된 전압의 크기와 상기 기준입력전압(35)의 차이를 비교하여 양 신호의 차를 제어부(40)에 전달할 수 있게 구성되어 있다.
또한, 이런 제어부(40)는 상기 본체부(10)의 자기장의 크기를 조정할 수 있게 궤환형 폐회로 전체를 제어할 수 있는 통상적인 제어회로이다. 이런 제어부(40)는 설계자의 의도대로 상기 본체부(10)의 작동을 조절하는 다수의 제어방법으로 설계될 수 있다. 예를 들면, 제어부(40)는 상기 본체부(10)의 작동을 타임 테이블의 데이타로 프로그램화된 작동을 제어하는 방법이나, 상기 본체부(10)가 일정 토크값 및 일정 속도를 갖게 상기 비교기(30)에서 입력된 전압신호를 제어한다. 또한, 이런 제어부(40)는 비교기(30)의 전압신호를 제어하여 제어전압신호를 발생시키고, 또한 전기적으로 접속된 전압/전류 컨버터(50)에 상기 제어전압신호를 공급할 수 있게 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 이런 전압/전류 컨버터(50)는 본체부(10)의 전자코일보빈(14)에서 자기장(m)을 형성시킬 수 있게 외부전원(55)과 전자코일보빈(14)의 전자코일(14a)에 전기적으로 접속되어 있다. 이런 전압/전류 컨버터(50)는 제어부(40)로부터 공급된 제어전압신호에 비례한 증폭된 전압신호를 외부전원(55)으로부터 공급받고, 이런 증폭된 전압신호를 전류신호로 변환시키게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 본체부(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자기유변유체(16)와 회전축(11)과 원판(15) 및 원형링 형상의 전자코일보빈(14)이 배치될 수 있게 형성되어 있다. 이런 본체부(10)의 중앙에는 회전축(11)이 베어링(13)에 의해 회전이 가능하게 배치되어 있다. 이렇게 배치된 회전축(11)은 대원주면(11a)과 소원주면(11b)으로 서로 다른 직경을 갖게 형성되어 있다. 또한 이런 회전축(11)의 중심부에는 원판(15)이 일체형으로 형성되어 있다.
이런 회전축(11)의 원판(15)을 감싸는 자기유변유체(16)는 본체부(10)의 내부에 형성된 소정공간에 채워져 있으며, 이런 자기유변유체(16)는 회전축(11)의 원판(15)표면과 본체부(10)의 내부에 형성된 소정공간에서 얇은 유층을 형성하고 있다. 이런 회전축(11)의 상방향의 끝단부에는 외부의 부하가 전달될 수 있는 풀리와 같은 통상적인 기계 결합수단(12)이 부착되어 있으며, 하방향의 소원주면(11b)의 단부에는 감지센서부(20)가 배치되어 있다.
또한, 본체부(10)에는 이런 회전축(11)의 원판(15)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 원형링 형상의 전자코일보빈(14)이 배치되어 있다. 이런 전자코일보빈(14)에는 상기 전압/전류 컨버터(50)에서 공급되는 전류량에 따라 자기장(m)을 발생시킬 수 있게 전자코일(14a)이 감겨져 있다. 또한, 이런 전자코일보빈(14)을 감싸는 본체부(10)는 전자코일보빈(14)에서 발생하는 자기장(m)의 흐름을 좋게 하기 위해서 강자성체로 싸여져 있다.
아래에서, 상기와 같이 배치된 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 본체부의 중요부위의 결합관계에 대해서 설명하겠다.
먼저, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 실링을 설명하기 위해 도 2에 도시된 원 A를 확대한 도면이다.
도 3에 보이듯이, 원 A에는 본체부(10)에 회전축(11)을 자유롭게 회전시킬 수 있는 베어링(13)들이 부착되어 있다. 또한, 이런 베어링(13)들의 내원주면은 상기 회전축(11)의 대원주면(11a)에 각각 억지끼워맞춤식으로 결합되어 있다. 또한, 하부방향으로 상기 회전축(11)의 소원주면(11b)이 관통하는 입구(17)를 갖는 본체부(10)의 외표면에는 링형상의 영구자석(60)이 부착되어 있다. 이런 영구자석(60)은 소정크기의 자기장(f)을 발생시켜서 본체부(10)의 외부로 상기 자기유변유체(16)가 누유되는 것을 방지하는 실링부재이다. 따라서, 이런 영구자석(60)의 자기장(f)은 상기 회전축(11)의 소원주면(11b)과 베어링(13)이 억지끼워맞춤식으로 결합된 부위에서 누유되는 자기유변유체(16')를 통과하게 되며, 이런 영구자석(60)의 자기장(f)에 의해서 상기 자기유변유체(16')의 점성을 변화시킨다.
아래에서, 앞서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 작동방법에서 설명하겠다.
먼저, 본체부(10)의 회전축(11)은 외부에서 회전력이 인가되어 소정방향(a)으로 회전하고 있다. 이때, 작업자가 본 발명의 제 1실시예에 따른 부하장치 겸용 제동장치를 ON 할 경우, 전압/전류 컨버터(50)는 회전 기계 시스템의 정밀 위치 제어에 적용할 수 있는 1∼2A 크기의 전류를 본체부(10)의 전자코일보빈(14)에 공급한다. 또한, 이런 본체부(10)의 전자코일보빈(14)은 소정크기의 튜브형상의 자기장(m)을 발생시킨다. 이런 자기장(m)은 본체부(10)의 내부에 채워진 자기유변유체(16)와 회전축(11)의 원판(15)을 통과한다. 이때, 외부 회전력이 인가되어 a방향으로 회전하는 상기 회전축(11)은 상기 전자코일보빈(14)에서 발생된 자기장(m)에 의해서 상당크기의 제동력이 발생하게 된다.
또한, 이런 회전축(11)에 불규칙한 부하 및 회전력이 또다시 인가될 경우에, 이런 회전축(11)은 속도가 불규칙하게 변화하게 된다. 이와 동시에, 회전축(11)에 결합된 감지센서부(20)는 상기 회전축(11)의 속도량을 전압신호로 변환시켜 전기적으로 접속된 비교기(30)로 보낸다. 이런 비교기(30)는 상기 본체부(10)의 회전축(11)이 정속도로 회전할 수 있게 입력된 기준입력전압(35)과 상기 전압신호를 비교하여 그 차이값을 제어부(40)에 보낸다. 이런 제어부(40)는 상기 비교기(30)의 차이값에 대응한 제어전압을 다시 전압/전류 컨버터(50)로 보낸다. 이런 전압/전류 컨버터(50)는 상기 제어전압에 비례한 외부전원(55)의 전압을 전류로 변환시켜 본체부(10)로 보낸다. 이렇게 상기 제어전압에 비례한 외부전원(55)에 의한 전류값에 의해서 본체부(10)의 전자코일보빈(14)은 상기 불규칙한 부하 및 외부 회전력을 감소시킬 수 있는 크기의 자기장(m)을 발생시킨다. 따라서, 상기 본체부(10)의 회전축(11)은 정속도로 회전하게 된다.
또한, 본체부(10)에 부착된 영구자석(60)의 자기장(f)은 상기 베어링(13)과 상기 회전축(11)의 소원주면(11b)이 결합된 부위에서 누유된 자기유변유체(16')를 수직하게 관통하여 점성을 크게한다. 따라서, 이런 영구자석(60)의 자기장(f)은 이런 자기유변유체(16')의 누유된 양과 내압력이 상기 소원주면(11b)의 표면상에서 상대적으로 작기 때문에 상기 점성이 크게 변화된 자기유변유체(16')를 본체부(10)의 외부로 누출시키지 않게 한다.
또한, 상기와 동일한 방법으로 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 전자코일보빈(14)의 자기장(m)에 의한 자기유변유체의 점성변화로 회전축(11)에 제동력을 발생시킨다. 또한, 이런 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 상기 본체부(10)의 회전축(11)의 회전을 감지센서부(20)에 의해 전기적 신호로 제어되기 때문에 이런 전기적 신호에 매우 빠르게 반응하는 자기유변유체(16)의 점성변화로 외부 회전력의 변화를 민감하게 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 1초에 수십번씩 제동력의 변화가 필요한 ABS장치와 같은 브레이크계통에 장착되어 상대적으로 매우 빠르고 반복적인 제동력을 가할 수 있게 된다.
<제 2실시예>
도면에서, 도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
이 실시예에서 설명하는 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 제 1실시예에서 사용한 감지센서부 대신에 회전속도에 비례하는 전류를 발생시키는 소형 발전기가 사용되는 것을 제외하고는 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치와 동일하다. 그러므로, 도 1 내지 도 4에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.
도 4에 있어서, 본 발명의 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 회전축의 하방향의 단부에 통상적인 발전기가 배치되어 있다.
이런 발전기(70)는 통상적인 모터의 반대형식으로서 상기 회전축(11)의 단부에 결합될 수 있는 코일부(71)와 통상적인 영구작석으로 N극과 S극을 갖는 자석부(72)로 구성되어 있으며, 상기 코일부(71)를 자석부(72)내에서 회전시킬 경우, 상기 회전축(11)의 회전 속도에 비례하는 전류가 코일부(71)의 내부로 흐르게 되는 원리를 이용한다. 이런 발전기(70)는 상기 코일부(71)의 내부로 흐르는 전류량의 증가 및 감소가 상기 회전축(11)의 회전 속도에 비례하기 때문에 속도 센서로서의 사용이 가능하며, 또한 이런 발전기(70)에 간단한 회로 구성으로 전류를 전압으로 변환시킬 수 있기 때문에 기존의 속도 감지센서부(20)와 동일한 기능을 할 수 있다.
또한, 이런 발전기(70)는 단순한 속도 측정기로서만이 아니라 상기 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 전류원으로 사용된다. 이런 발전기(70)는 상기 부하장치 겸용 제동장치의 본체부(10)에서 전자코일(14a)을 따라 흐르는 1∼2A의 전류보다 큰 크기의 전류를 발생시킬 수 있는 용량이다. 따라서, 상기 발전기(70)는 상기 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 전류원이 됨과 동시에 속도 센서로서의 역할도 겸할 수 있다.
아래에서, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 결합관계 및 작동방법에 대해서 설명하겠다.
도 4에 보이듯이, 상기 발전기(70)의 코일부(71)는 제 1실시예와 동일한 본체부의 회전축(11)의 소원주면(11a)에 삽입되어 부착되어 있다. 이런 발전기(70)의 코일부(71)는 자석부(72)의 내부에서 비접촉식으로 회전하게 결합되어 있다. 또한, 통상적인 브러쉬 접촉방법으로 코일부(71)는 전류를 외부로 흐르게 전선(73)을 통하여 상기 본체부(10)의 전자코일보빈(14)의 전자코일(14a)과 접속되어 있다.
이렇게 결합된 발전기(70)는 외부 회전력이나 외란에 의해 회전축(11)이 소정방향(a)과 소정 속도로 회전할 경우, 이런 회전축(11)의 소정 속도에 비례하는 크기의 전류를 발생시킨다. 이렇게 발생된 전류는 상기 전선(73)을 통하여 다시 본체부(10)의 전자코일(14a)에 흐르게 되며, 상기 본체부(10)의 전자코일보빈(14)에서 자기장(m')이 형성되게 한다. 이런 자기장(m')은 본체부(10) 내부에 채워진 자기유변유체(16)의 점성을 변환시켜 불규칙한 부하 및 외부 회전력을 감소시킨다. 따라서, 이런 자체 전류원인 발전기(70)를 갖는 본 발명의 제 2실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 효율적으로 회전축(11)을 정속도로 회전시켜 부하 및 제동력을 발생시킨다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 작은 부피와 간단한 구성으로 종래의 기계적 부하장치 및 제동장치의 역할을 동시에 수행할 수 있으며, 마찰에 의한 열과 소음 및 진동이 발생되지 않기 대문에 구성장치의 안전성과 제품의 질을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 자기유변유체 및 전자코일을 이용한 본체부의 작동을 정확하게 제어하기 위해서 폐루프로 궤환되는 감지센서부와 비교기와 제어부 및 전압/전류컨버터를 포함하고 있기 때문에 회전축에 인가된 회전력을 정확하게 제어하여 원하는 크기의 부하 및 제동력을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 회전축의 회전력을 이용한 발전기로 자기유변유체의 점성변화에 필요한 자기장을 만들어 자체 공급하기 때문에 매우 효율적인 역할 수행이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 회전축이 결합된 본체부의 외부에 영구자석이 부착되어있기 때문에 큰 마찰력을 가하지 않으면서 자기유변유체를 밀봉시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치는 그 응용분야가 매우 넓으므로, 산업분야로의 파급 효과가 매우 큰 장점이 있다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 발전기는 회전축에 결합시키는 것으로만 국한하는 것이 아니라, 본체부의 어느 부위에서도 회전축의 회전력을 얻을 수 있는 부위에 결합될 수 있음을 밝힌다.
또한, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치의 감지센서부는 회전축의 회전속도를 전압신호로 변환시키는 것만을 국한하지 않고, 회전축에 관련된 토크와 같은 물리량을 측정하여 전압 또는 전류로 바꿀 수 있는 센서임을 밝힌다.
이상에서 본 발명의 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

  1. 상자성 입자를 갖는 자기유변유체(16 ; magnetorheological fluid)와, 상기 자기유변유체(16)의 점성을 변화시키기 위한 자기장(m)을 발생시키는 전자석부(14,14a)와, 상기 자기장(m)에 부하 및 제동력을 인가하기 위한 원판(15)이 형성된 회전축(11)을 구비한 본체부(10)로 외부에서 전달된 회전력을 감쇠시키는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 있어서,
    상기 회전축(11)의 물리량을 측정하기 위한 감지센서부(20)와, 이런 감지센서부(20)의 출력신호를 기준입력전압(35)과 비교하여 차이값을 출력하는 비교회로부(30)와, 상기 비교회로부(30)의 출력값을 제어하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)의 출력제어전압에 비례한 외부전원(55)의 전압을 전류로 변환하여 상기 본체부(10)의 전자석부(14,14a)에 공급하는 컨버터부(50)가 궤환형 폐회로를 구성하며, 상기 감지센서부(20)는 상기 외부 회전력에 의한 상기 회전축(11)의 물리량을 상기 비교회로부(30)와 제어부(40) 및 컨버터부(50)로 피드백(feed back)하므로써 정확한 부하량 및 제동력을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체부(10)에는 상기 회전축(11)의 대원주면(11a)과 상기 본체부(10)에 고정된 베어링(13)의 내원주면에서 누유되는 자기유변유체(16')를 억제시키기 위해 자기장(f)을 발생하는 영구자석(60)이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전축(11)은 영구자석(60)의 자기장(f)이 베어링(13)의 내원주면에서 누유되는 자기유변유체(16')의 점성을 변화시킬 수 있게 소원주면(11b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치.
  4. 상자성 입자를 갖는 자기유변유체(16 ; magnetorheological fluid)와, 상기 자기유변유체(16)의 점성을 변화시키기 위한 자기장(m')을 발생시키는 전자석부(14,14a)와, 상기 자기장(m')에 부하 및 제동력을 인가하기 위한 원판(15)이 형성된 회전축(11)을 구비한 본체부(10)로 외부에서 상기 회전축(11)에 전달된 회전력을 감쇠시키는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치에 있어서,
    상기 회전축(11)의 단부에는 상기 전자석부(14,14a)의 자기장(m')을 발생시키는 전류를 공급하는 코일부(71)와 자석부(72)를 구비한 발전기(70)가 결합되며, 상기 발전기(60)는 상기 회전축(11)의 회전력에 비례한 전류를 상기 전자석부(14,14a)에 공급하므로써 상기 회전축(11)이 정속도로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 부하장치 겸용 제동장치.
KR1019970065607A 1997-12-03 1997-12-03 자기유변유체를이용한부하장치겸용제동장치 KR100311735B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970065607A KR100311735B1 (ko) 1997-12-03 1997-12-03 자기유변유체를이용한부하장치겸용제동장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970065607A KR100311735B1 (ko) 1997-12-03 1997-12-03 자기유변유체를이용한부하장치겸용제동장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990047271A true KR19990047271A (ko) 1999-07-05
KR100311735B1 KR100311735B1 (ko) 2002-06-27

Family

ID=37531071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970065607A KR100311735B1 (ko) 1997-12-03 1997-12-03 자기유변유체를이용한부하장치겸용제동장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100311735B1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100381818B1 (ko) * 1999-10-15 2003-04-26 한국과학기술원 간단한 구조의 에너지공급부를 구비한 자기유변유체브레이크 및 그러한 자기유변유체브레이크를 구비한 회전기계
KR100473563B1 (ko) * 2001-11-27 2005-03-08 엘지전선 주식회사 자기유변유체를 이용한 형체결장치
KR100820204B1 (ko) * 2006-08-31 2008-04-07 현대자동차주식회사 자기유변유체를 이용한 클러치 디스크의 가변식 댐핑 장치
KR100825078B1 (ko) * 2007-05-22 2008-04-24 한국기계연구원 Ｍｒ유체를 이용한 인쇄기 장력조절용 브레이크장치
KR101518922B1 (ko) * 2013-11-19 2015-05-15 현대자동차 주식회사 가변 브레이킹 시스템
KR20160016364A (ko) * 2014-08-05 2016-02-15 윤영원 자기유변 브레이크를 이용한 와이어 장력 조절장치
KR102198527B1 (ko) * 2019-06-28 2021-01-06 인하대학교 산학협력단 Mr유체와 영구자석을 이용한 다기능 동력 전달 장치
CN113431850A (zh) * 2021-07-23 2021-09-24 重庆理工大学 电磁挤压的磁流变与形状记忆合金摩擦复合制动器
KR20230154155A (ko) * 2020-11-09 2023-11-07 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 회전부하 장치 및 그 제어 방법
CN117740681A (zh) * 2024-02-19 2024-03-22 煤炭科学研究总院有限公司 观察磁性液体微观结构的检测装置
CN117740681B (zh) * 2024-02-19 2024-05-14 煤炭科学研究总院有限公司 观察磁性液体微观结构的检测装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180076585A (ko) * 2016-12-28 2018-07-06 한국국제대학교 산학협력단 Mr 유체식 브레이크를 이용한 와이어 권취장치

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100381818B1 (ko) * 1999-10-15 2003-04-26 한국과학기술원 간단한 구조의 에너지공급부를 구비한 자기유변유체브레이크 및 그러한 자기유변유체브레이크를 구비한 회전기계
KR100473563B1 (ko) * 2001-11-27 2005-03-08 엘지전선 주식회사 자기유변유체를 이용한 형체결장치
KR100820204B1 (ko) * 2006-08-31 2008-04-07 현대자동차주식회사 자기유변유체를 이용한 클러치 디스크의 가변식 댐핑 장치
KR100825078B1 (ko) * 2007-05-22 2008-04-24 한국기계연구원 Ｍｒ유체를 이용한 인쇄기 장력조절용 브레이크장치
KR101518922B1 (ko) * 2013-11-19 2015-05-15 현대자동차 주식회사 가변 브레이킹 시스템
KR20160016364A (ko) * 2014-08-05 2016-02-15 윤영원 자기유변 브레이크를 이용한 와이어 장력 조절장치
KR102198527B1 (ko) * 2019-06-28 2021-01-06 인하대학교 산학협력단 Mr유체와 영구자석을 이용한 다기능 동력 전달 장치
KR20230154155A (ko) * 2020-11-09 2023-11-07 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 회전부하 장치 및 그 제어 방법
CN113431850A (zh) * 2021-07-23 2021-09-24 重庆理工大学 电磁挤压的磁流变与形状记忆合金摩擦复合制动器
CN113431850B (zh) * 2021-07-23 2022-03-08 重庆理工大学 电磁挤压的磁流变与形状记忆合金摩擦复合制动器
CN117740681A (zh) * 2024-02-19 2024-03-22 煤炭科学研究总院有限公司 观察磁性液体微观结构的检测装置
CN117740681B (zh) * 2024-02-19 2024-05-14 煤炭科学研究总院有限公司 观察磁性液体微观结构的检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR100311735B1 (ko) 2002-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5425269B2 (ja) 磁界応答材料を有するブレーキ
US9416533B2 (en) Damping device and vibration control apparatus for structure
US5460585A (en) Muscle training and physical rehabilitation machine using electro-rheological magnetic fluid
KR100311735B1 (ko) 자기유변유체를이용한부하장치겸용제동장치
JP2014126177A5 (ko)
CN104389942A (zh) 一种基于磁流变液的三工作面旋转式阻尼器
CN109630596B (zh) 一种旋转式阻尼可调的硅油-磁流变扭振减振器
CN107218337A (zh) 一种超声场和磁场耦合作用的旋转型圆筒式磁流变液阻尼器
US3366903A (en) Magnetic tensioning device
CN108071712A (zh) 一种采用永磁体和励磁线圈激励的触觉装置用磁流变制动器
KR100236917B1 (ko) 자기유변유체와 영구자석을 이용한 감쇠장치
Yalcintas Magnetorheological fluid based torque transmission clutches
KR20090124687A (ko) 자기유변유체 브레이크 제어시스템
KR100364282B1 (ko) 자동차 브레이크 장치
CN207906319U (zh) 一种具有蜿蜒式磁路通道的磁流变制动器
KR20010093004A (ko) 자기유변유체를 이용한 쇼크업소버
CN114060451B (zh) 一种非线性-磁流变自调谐吸振器
CN113738809B (zh) 一种基于磁性液体悬浮特性的变刚度非线性能量阱减振方法
CN112032240A (zh) 一种磁流变扭转减振器
Bilendo et al. Design of a novel magnetorheological transmission device
JP6995678B2 (ja) 回転抵抗発生装置
JP2002136050A (ja) 簡易負荷装置
Zhu et al. Magnetorheological fluid dampers for rotor vibration control
CN209762120U (zh) 单线圈双转子磁流变阻尼器
Yoshida et al. Magneto-rheological valve-integrated cylinder and its application

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070831

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee