KR20050116276A - 액츄에이터를 이용한 능동제진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액츄에이터를 이용한 능동제진장치에 관한 것으로 특히, 하나 이상의 액츄에이터와 다수의 완충스프링으로 구성되어 고가의 대형 액츄에이터를 사용하지 않고도 효율적으로 진동을 제어 할 수 있는 능동제진장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 능동제진장치는 윗면에 부하가 설치된 상부 지지대와 ; 진동 구조물의 상부에 설치된 하부 지지대와 ; 상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 하나 이상의 스프링과 ; 상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 액츄에이터와 ; 상기 상부지지대 또는 하부 지지대에 설치되고 진동을 감지하는 진동감지기와 ; 상기 액츄에이터를 구동시킴에 요구되는 동력을 제공하는 동력장치 및 ; 상기 진동감지기로부터 감지된 신호에 따라 액츄에이터의 구동을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성된다.

Description

액츄에이터를 이용한 능동제진장치{Active Vibration Damper}

본 발명은 액츄에이터를 이용한 제진장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 하나 이상의 진동감쇄용 액츄에이터와 하나 이상의 압축스프링을 이용하여 진동을 제어 할 수 있는, 엑츄에이터를 이용한 능동제진장치에 관한 것이다.

통상적으로 진동을 수반하는 진동 구조물 또는 지진이 잦은 지역에 설치된 기계 장치 또는 스스로의 작동에 의해 진동이 발생하는 정밀 기계 장치 등은 진동으로부터 장치를 보호하기 위한 수단으로 제진 장치의 상부에 설치되어 있다.

이러한 제진 장치는 다수의 완충 수단을 설치하고 그 상부에 장치를 설치하여 구성되나 스프링이나 댐퍼 등과 같이 단순하게 수동적인 완충 수단을 설치할 경우 진동의 폭을 감소시킬 수는 있으나 진동에 적극적으로 대응하지 못하므로 충분한 완충을 이룰 수 없는 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해 하나 이상의 능동적인 제진 수단을 사용하여 장치를 지지하도록 하고 있다.

이러한 능동적인 제진 수단으로는 다수의 액츄에이터를 사용하여 장치를 지지하는 지지대를 지지하고 그 일측에 설치된 진동감지 수단을 이용하여 진동을 감지하고 감지된 진동에 따란 각 액츄에이터의 구동을 제어함으로서 진동을 감쇄시키고 있다.

그러나 이와 같이 다수의 액츄에이터를 이용하여 능동제진장치를 구성할 경우 고가의 대형 액츄에이터를 사용함으로써 액츄에이터 특성차이로 인한 상호간섭 효과 등 기술적 곤란은 물론이고 장치의 구성에 너무 많은 비용이 소요되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 하나 이상의 액츄에이터와 하나 이상의 스프링을 이용하여 능동제진 장치를 구성함으로서 보다 그 구성이 단순하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 고장이 적고 유지 보수가 용이하며, 저렴한 비용으로 제공할 수 있는 능동제진장치를 제공함을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 윗면에 부하가 설치된 상부 지지판과 ; 진동 구조물의 상부에 설치된 하부 지지대와 ; 상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 하나 이상의 스프링과 ; 상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 액츄에이터와 ; 상기 상부지지대 또는 하부 지지대에 설치되고 진동을 감지하는 진동감지기와 ; 상기 액츄에이터를 구동시킴에 요구되는 동력을 제공하는 동력장치 및 ; 상기 진동감지기로부터 감지된 신호에 따라 액츄에이터의 구동을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 능동제진장치에 의해 이루어진 것이다.

본 발명에 의한 장치는, 종래 액츄에이터로만 지지되는 능동제진장치에 비해 더 적은 개수 또는 더 적은 용량의 액츄에이터로도 동일한 능동제진 효과를 얻을 수 있게 한다.

상기와 같은 본 발명의 장치는 상부 지지판에 설치될 부하가 고정되어 있는 경우(즉, 특정한 중량만의 기계장치가 설치되는 경우) 상기 부하에 대응하는 지지력을 가지도록 스프링의 개수 및 탄성특성과 액츄에이터의 용량을 결정하여야 한다.

한편, 상부 지지판에 설치될 부하가 변동되는 경우(즉, 필요에 따라 서로 다른 중량의 기계장치가 설치되는 경우)가 더 일반적이다. 따라서 본 발명은 액츄에이터 설치면을 상하로 높이조절할 수 있는 장치(높이조절장치)를 추가로 포함함으로써 전술한 부하변동에 대응할 수 있게 하였다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 능동제진 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동제진 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 능동제진 장치에 부하를 설치한 상태에서 액츄에이터의 높이 조절 전의 상태를 도시한 종단면도이며, 도 4은 본 발명에 따른 능동제진 장치에 부하를 설치한 상태에서 액츄에이터의 높이 조절 후의 상태를 도시한 종단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액츄에이터를 이용한 능동제진장치는 진동 구조물의 상부에 설치된 하부 지지대(20)와, 상부면에 장치 또는 설비가 설치되는 상부 지지대(10) 및 상기 상부 지지대(10)와 하부 지지대(20) 사이에 설치된 하나 이상의 스프링(40)과 하나 이상의 액츄에이터(30)를 포함하여 구성된다. 물론 조건에 따라 하나의 액츄에이터(30)만을 포함하는 것도 가능하다.

상기 상부 지지판(10)은 그 위에 부하 즉, 진동에 민감한 소정의 기계 또는 전기 전자 장치가 설치되는 수단으로 상기한 스프링들(40)에 의해 탄성적으로 지지되고 있다.

상기 상부 지지판(10)과 하부 지지판(20) 사이에 설치된 스프링(40)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 다수 즉, 상부 지지판(10)이 수평을 유지하고 지지될 수 있도록 탄성적으로 지지하는 수단으로 상부 지지판(10)이 하부 지지판(20)으로부터 소정 거리 이격된 상태로 견고하게 지지될 수 있는 정도의 개수가 설치된다.

즉, 도 2에는 4개의 스프링(40)을 설치한 것을 하나의 예로 도시하였으나 두 개나 세 개 또는 네 개 이상을 설치하여 구성할 수 있다.

상기 스프링(40)이 설치되는 수는 상부 지지판(10)의 위에 설치되는 장치의 무게나 스프링(40) 자체가 갖는 탄성 또는 힘에 따라 달라 질 수 있으며, 이러한 스프링의 개수에 대한 제한은 실험을 통해 얻어진 장치의 하중에 따른 스프링의 지지력 및 탄성을 고려하여 조절될 수 있는 것으로 이것이 본 발명의 청구범위를 제한 하는 것은 아니다.

상기 스프링(40)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 상부 지지대(10)와 하부 지지대(20)에 보다 용이하게 결합시키기 위해 스프링 고정구(41, 42)를 사용하여 고정 설치할 수 있다.

또한, 상기 스프링(40)은 스프링 고정구(41, 42)에 스프링(40)이 삽입되는 홈을 형성하여 끼워 넣음으로서 보다 용이하게 착탈시킬 수 있게 하였다.

상기 하부 지지대(20)는 상기한 바와 같이 진동 구조물의 위에 설치되어 본 발명의 제진 장치를 지지하는 수단으로 상기한 상부 지지대와 유사한 구조를 갖는다.

상기 상부 지지대(10)와 하부 지지대(20) 사이에 설치된 액츄에이터(30)는-오로지 하나의 액추에이터만 설치되는 경우- 다수의 스프링들(40)의 중앙에 설치되며, 하단은 하부 지지대(20)에 고정 설치되고 상단은 상부 지지대(10)의 저면으로부터 이격된 상태로 설치된다. 이때 이격거리는 추후 상부 지지대(10)에 부하가 설치되었을 때 액츄에이터(30)의 상단이 상부 지지대(10)의 저면과 적절한 압력으로 접촉할 수 있는 거리가 된다.

상기 액츄에이터(30)는 상부 지지대(10)가 진동할 경우 이를 보상하기 위한 수단으로, 진동 발생시 작동되어 상부지지대(10)의 저면을 받쳐주는 지지력을 변동시킴으로써 진동이 감소되도록 한다.

상기 액츄에이터(30)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 선형 액츄이에터이다.

상기 액츄에이터(30)는 소정의 신호에 따라 구동하되 직선으로 구동하는 수단으로 동력장치(60)로부터 전달된 동력에 의해 구동된다.

상기 액츄에이터(30)는 도시한 바와 같이 유압, 공기압 또는 스마트 재료의 변형특성에 의해 구동하는 선형 액츄에이터로 상기 동력장치(60)는 유압 또는 공기압을 제공하는 유공압장치나 스카트 재료의 변형 에너지원인 전기를 사용함이 바람직하다.

상기 액츄에이터(30)의 구동신호가 되는 진동을 감지하는 수단으로 상기 상부 지지대(10) 또는 하부 지지대(20)의 일측에 진동감지기(50)가 설치되어 있다.

상기 진동감지기(50)는 상부 지지대(10) 또는 하부 지지대(20)의 진동을 감지하여 후술하는 제어장치(70)에 전달한다.

상기 진동감지기(50)에서 감지된 진동은 상기와 같이 제어장치(70)에 전달되고 제어장치(70)는 진동감지기(50)로부터 감지된 진동의 정도에 따라 동력장치(60)에 공급되는 전원을 단속하여 동력장치(60)의 구동을 제어하며, 이 제어에 의한 동력장치(60)의 동력은 액츄에이터(30)를 구동시켜 상부 지지대(10)에 접촉되어 있는 액츄에이터(30)의 상단이 미세하게 상승하거나 하강함으로써 상부 지지대(10)의 진동을 상쇄시킨다.

한편, 상기 상부 지지대(10)의 상부에 설치될 장치의 중량이 변화되는 경우 즉, 변동부하형 능동제진장치를 위해 상기 액츄에이터(30)의 하부에는 액츄에이터(30) 설치면의 높이를 조절하기 위한 높이조절장치(80)가 더 설치될 수 있다.

상기 높이조절장치(80)는 액츄에이터(30) 설치면의 높이를 조절하여 액츄에이터(30)의 상단이 다양한 높이에서 상부 지지대(10)의 저면에 면접되도록 하기 위한 것으로서 하부 지지대(20)에 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 변동부하형 능동제진장치의 구동 예를 부연 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기와 같이 구성된 능동제진장치는 최초 설치시 즉, 상부 지지대(10)의 위에 부하 또는 장치가 놓여지지 않았을 때에는 액츄에이터(30)의 상단이 상부 지지대(10)의 저면으로부터 충분히 이격된 상태가 된다.

상기와 같이 설치된 능동제진장치의 상부면에 부하 또는 장치를 올려 설치하면 부하 또는 장치의 하중에 의해 스프링들(40)이 수축되어 상부 지지대(10)가 아래로 내려가고, 상부 지지대(10)가 아래로 내려간 상태에서 액츄에이터(30)의 하부에 설치된 높이 조절장치(80)를 조절하여 액츄에이터(30)의 상단이 상부 지지대(10)의 저면에 접하게 조절한다.

이때, 상기 높이조절장치(80)의 조절에 의한 액츄에이터(30)의 높이는 액츄에이터(30)에 가해지는 압력이 소정의 기준값이 될 때까지 조절된다.

상기 소정의 기준값은 액츄에이터(30)의 용량, 상부 지지대(10)의 위에 놓여진 부하 또는 장치의 진동에 대한 민감도에 따라 달라질 수 있다.

상기와 같이 능동제진장치 위에 부하 또는 장치가 설치되고, 액츄에이터의 높이가 설정되면 상부 또는 하부 지지대(10, 20)에 설치된 진동감지기(50)가 지속적으로 진동을 감지하여 제어장치(70)에 기 설정된 기준치 이상의 진동이 발생되면 액츄에이터(30)를 구동시켜 상부 지지대(10)의 진동을 흡수한다.

즉, 하방향 진동이 감지되면 액츄에이터(30)의 상단이 상승하여 액츄에이터(30)와 스프링(40)에 의한 상부 지지대(10) 지지력을 적절하게 증가시키고, 상방향 진동이 감지되면 액츄에이터(30)의 상단이 하강하여 액츄에이터(30)와 스프링(40)에 의한 상부 지지대(10) 지지력을 적절하게 감소시킨다. 이렇게 진동에 의한 상부 지지대(10)의 상하 진동에 대응하여 액츄에이터(30) 상단의 지지력을 변화시켜 전체적으로 진동이 보상되는 것이다.

본 발명은 상기에서 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

본 발명에 의하면 능동제진장치를 저가의 스프링과 진동을 보상하기 위한 하나 이상의 소형 액츄에이터로 구성함으로서 고하중물의 제진시 다수의 액츄에이터 또는 대용량의 액츄에이터를 사용할 필요가 없어 제어특성을 향상하고 능동제진장치의 구성에 요소되는 비용을 줄일 수 있으며, 이에 따라 보다 저렴한 값으로 보다 양호한 제어특성을 갖는 능동제진장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 능동제진장치의 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 능동제진장치의 일부를 도시한 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 능동제진장치에 부하를 설치한 상태에서 액츄에이터의 높이 조절 전의 상태를 도시한 종단면도이며,

도 4은 본 발명에 따른 능동제진장치에 부하를 설치한 상태에서 액츄에이터의 높이 조절 후의 상태를 도시한 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 상부 지지대 20 : 하부 지지대

30 : 액츄에이터 40 : 압축스프링

50 : 진동감지기 60 : 동력장치

70 : 제어장치 80 : 높이조절장치

Claims (3)

1. 윗면에 부하가 설치되는 상부 지지판(10)과 ;

   진동 구조물의 상부에 설치된 하부 지지대(20)와 ;

   상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 하나 이상의 스프링(40)과 ;

   상기 상부 지지대와 하부 지지대 사이에 설치되어 상부 지지대를 지지하는 액츄에이터(30)와 ;

   상기 상부지지대 또는 하부 지지대에 설치되고 진동을 감지하는 진동감지기(50)와 ;

   상기 액츄에이터를 구동시킴에 요구되는 동력을 제공하는 동력장치(60) 및 ;

   상기 진동감지기로부터 감지된 신호에 따라 액츄에이터의 구동을 제어하는 제어장치(70)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 능동제진장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 지지대(20)에 고정되는 상기 액츄에이터(30)의 하단에는 액츄에이터(30) 설치면의 높이를 조절하는 높이조절장치(80)가 더 설치됨을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 능동제진장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액츄에이터(30)는 유압, 공기압 또는 스마트 재료에 의해 구동하는 선형 액츄에이터이고, 상기 동력장치(60)는 상기 액츄에이터에 유압 또는 공기압을 제공하는 유공압장치 또는 스마트 재료 구동전원임을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 능동제진장치.