KR20100032248A - 단일 모드 진동 감쇠기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 모드 진동 감쇠기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 전도성 부재, 자력 부재, 및 외부 분기회로를 이용하여 진동 구조물의 단일 모드 진동을 줄일 수 있는 단일 모드 진동 감쇠기에 관한 것이다.

전기 전도성 부재, 외부 분기회로, 자석, 진동 감쇠기

Description

단일 모드 진동 감쇠기 {Single mode vibration damper}

본 발명은 단일 모드 진동 감쇠기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 전도성 부재, 자력 부재, 및 외부 분기회로를 이용하여 진동 구조물의 단일 모드 진동을 줄일 수 있는 단일 모드 진동 감쇠기에 관한 것이다.

가정에서 사용하고 있는 가전제품, 공장에서 운전중인 기계, 그리고 도로에서 달리고 있는 자동차 등에서 발생하는 소음과 진동문제는 사람들의 많은 관심을 끌고 있다. 이런 소음과 진동은 불가피 하지만 최대한 줄여주는 것이 매우 중요하다. 소음과 진동저감에 대한 연구는 많이 진행되어 왔으며 주로 수동 진동감쇠와 능동 진동감쇠로 나눌 수 있다. 수동 진동감쇠방법으로는 주로 점탄성 재료처리(viscoelastic materials treatment)나 와전류 감쇠기(eddy current damper) 등을 사용한 방법들이 있고, 능동 진동감쇠방법으로는 압전재료(piezoceramic)작동기를 사용하거나, 전자석 작동기(electromagnetic actuator)등을 사용한 방법들이 있다. 점탄성 재료는 넓은 주파수 범위 내에서 감쇠 능력을 갖고 있다. 하지만 온 도에 대해서 민감하고 낮은 강성을 가지고 있으므로 담당할 수 있는 변형 에너지 분율이 작다는 단점이 있다.

능동적 진동제어 방법은 그 효과 면에서는 수동 진동감쇠방법보다 우수한 성능으로 보이지만 구현을 위해서는 감지기, 제어기, 구동장치 등 복잡한 제어 장비들을 요구하고 복잡한 제어 알고리즘을 요구하게 된다.

또한, 종래에서는 압전 재료와 외부 분기회로를 진동 제어의 목적으로 사용되었으나, 압전 재료의 가격이 비싸고, 비접촉식 진동 제어가 불가능한 단점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 설치가 용이하고, 비 접촉제어가 가능하며 제조 및 설치단가가 저렴한 단일모드 진동 감쇠기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 진동 감쇠를 요구하는 시스템의 공진점 회피 설계가 가능한 단일모드 진동 감쇠기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진동 구조물; 상기 진동 구조물 의 주위에 자기장을 형성시키는 자력 부재; 상기 진동 구조물에 부착되며, 상기 진동 구조물이 상기 자기장 안에서 진동할 때 와전류를 발생시키는 전기 전도성 부재; 및 상기 전기 전도성 부재와 전기적으로 연결되며, 진동에 의한 기계적 에너지의 일부를 전기적 에너지로 분산시키는 외부 분기회로;를 포함하는 단일 모드 진동 감쇠기를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 외부 분기회로는 캐패시터, 등가 인덕터, 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 외부 분기회로는 상기 캐패시터 및 등가 인덕터가 직렬로 연결되어 있고, 상기 저항은 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 자력 부재는 영구자석 또는 전자석인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 자력 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이의 거리를 조절하는 거리조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 자력 부재는 자석의 수를 조절하여 상기 자력 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이의 거리를 조절하도록 다수 개의 자석이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기 전도성 부재는 전도성 코일인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전도성 코일은 원통, 직육면체, 또는 원판 형태로 진동 구조물에 부착되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기 전도성 부재는 진동 구조물 상에 패터닝된 구조로 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 단일모드 진동 감쇠기는 설치가 용이하고, 비 접촉제어가 가능하며 제조 및 설치단가가 저렴한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 단일모드 진동 감쇠기는 진동 감쇠를 요구하는 시스템의 공진점 회피 설계가 가능하다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나 타낸다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 모드 진동 감쇠기의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 단일 모드 진동 감쇠기는 진동 구조물(100), 상기 진동 구조물(100)의 주위에 자기장을 형성시키는 자력 부재(200), 상기 진동 구조물(100)에 부착되며, 상기 진동 구조물(100)이 상기 자기장 안에서 진동할 때 와전류를 발생시키는 전기 전도성 부재(300), 상기 전기 전도성 부재(300)와 전기적으로 연결되며, 진동에 의한 기계적 에너지의 일부를 전기적 에너지로 분산시키는 외부 분기회로(400)를 포함한다.

상기 진동 구조물(100)은 진동 및 소음을 발생시키는 장치 또는 장치의 일부로서, 도 1에 도시된 구조로 그 형상을 한정하지 않고 다양한 구조를 이룰 수 있다.

상기 자력 부재(200)는 바람직하게 영구자석을 사용하나, 경우에 따라서 전자석이 사용될 수도 있다.

상기 전기 전도성 부재(300)는 진동 구조물(100)에 부착되어, 상기 진동 구조물(100)의 진동시 와전류를 발생시키는 도전성의 부재라면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게 전도성 코일이 사용될 수 있다.

따라서, 상기 자력 부재(200)에 의하여 진동 구조물(100)의 주위에 자기장이 형성되고, 이러한 자기장 내에서 상기 진동 구조물(100)이 진동할 때 와전류가 발생되며, 이 때, 기계적 진동 에너지를 전기적 에너지로 소산시키기 위한 외부 분기 회로(400)가 연결된다.

상기 외부 분기회로(400)는 도 1에서와 같이 저항(410)과 캐패시터(420)가 직렬 연결된 회로이거나, 또는 도 2에서와 같이 저항(410)과 캐패시터(410)가 병렬로 연결된 회로로 구성된다. 또한, 진동 에너지를 최대한 전기적 에너지로 소산시키기 위하여 상기 직렬 연결된 회로 및 병렬 연결된 회로의 적절한 파라미터 조절이 필요하며, 전기적 공진 주파수와 기계적 공진 주파수가 근접하는 경우 진동 구조물(100)의 고유 진동수 부근에서 기계적 에너지가 분산되어 진동 감쇠 효과가 나타난다. 일반적으로 대부분의 진동 구조물의 고유 진동수는 저주파수 영역에 있으며, 전기적 공진 주파수를 상기 진동 구조물(100)의 주파수와 근접시키기 위하여 등가 인덕터(430)를 사용한다.

즉, 상기 외부 분기회로(400)는 RLC회로로 구성되며, 필요에 따라서 직렬 RLC회로 또는 병렬 RLC회로 중 하나가 상기 전기 전도성 부재(300)에 전기적으로 연결되는 구조를 이룰 수 있다.

도 3및 도 4에는 도 1의 단일 모드 진동 감쇠기의 구조에서 자력 부재와 전기 전도성 부재의 거리를 조절하는 구조가 각각 모식적으로 도시되어 있다.

먼저 도 3을 참조하면, 상기 자력 부재(200)와 상기 전기 전도성 부재(100) 사이의 거리 변화, 즉 전기 전도성 부재(300) 주위에 형성되는 자기장의 세기 변화의 조절이 가능한 구조가 포함될 수 있으며, 예를 들어, 상기 자력 부재(200)와 상기 전기 전도성 부재(300) 사이의 거리를 조절하는 거리조절 수단이 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 자력부재(200)를 상하로 이동시키는 거리조절 수단(210)을 포함될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 자력 부재(200)는 다수 개의 자석(202)이 적층된 구조로서, 적층된 자석(202)들의 수에 따른 자기장의 세기 변화, 및 자석이 적층되는 높이에 따라 전기 전도성 부재(300)와의 거리가 변하면서 발생하는 자기장의 세기 변화 등을 이용하는 구조로 형성될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c에는 각각 다양한 형태의 전기 전도성 부재가 진동 구조물에 부착되어 있는 구조의 모식도들이다.

이들 도면을 참조하면, 상기 전기 전도성 부재(300)는 자기장 내에서 진동시 와전류를 발생시키는 전기 전도성 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 그것의 형상도 여러가지 구조로 이루어질 수 있다. 바람직하게 전도성 코일의 형태가 사용될 수 있으며, 상기 전도성 코일은 원통형뿐 만 아니라 원판(302), 직육면체(304) 등의 형태로도 상기 진동 구조물(100)에 부착될 수 있고, 상기 진동 구조물(100)에 전기 전도성 부재가 패터닝 된 구조(306)로 직접 부착되는 형태로 이루어질 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 단일 모드 진동 감쇠기의 모식도이다;

도 2 는 도 1의 외부 분기회로가 RLC 병렬 회로로 이루어진 구조의 모식도이다;

도 3및 도 4는 도 1의 단일 모드 진동 감쇠기의 구조에서 자력 부재와 전기 전도성 부재의 거리를 조절하는 구조의 모식도들이다;

도 5a 내지 도 5c는 각각 다양한 형태의 전기 전도성 부재가 진동 구조물에 부착되어 있는 구조의 모식도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 진동 구조물 200 : 자력 부재

300 : 전기 전도성 부재 400 : 외부 분기회로

Claims (9)

1. 진동 구조물;

   상기 진동 구조물의 주위에 자기장을 형성시키는 자력 부재;

   상기 진동 구조물에 부착되며, 상기 진동 구조물이 상기 자기장 안에서 진동할 때 와전류를 발생시키는 전기 전도성 부재; 및

   상기 전기 전도성 부재와 전기적으로 연결되며, 진동에 의한 기계적 에너지의 일부를 전기적 에너지로 분산시키는 외부 분기회로;

   를 포함하는 단일 모드 진동 감쇠기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부 분기회로는 캐패시터, 등가 인덕터, 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 외부 분기회로는 상기 캐패시터 및 등가 인덕터가 직렬로 연결되어 있고, 상기 저항은 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 자력 부재는 영구자석 또는 전자석인 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 자력 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이의 거리를 조절하는 거리조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 자력 부재는 자석의 수를 조절하여 상기 자력 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이의 거리를 조절하도록 다수 개의 자석이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 전도성 부재는 전도성 코일인 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 전도성 코일은 원통, 직육면체, 또는 원판 형태로 진동 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 전도성 부재는 진동 구조물 상에 패터닝된 구조로 부착되는 것을 특징으로 하는 단일 모드 진동 감쇠기.

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