KR20110043551A

KR20110043551A - 보강된 온-상태 항복 강도를 갖는 자기 유변 유체 댐퍼

Info

Publication number: KR20110043551A
Application number: KR1020107029817A
Authority: KR
Inventors: 제이. 데이비드 캘슨; 마크 알. 졸리; 더글라스 이. 이베스
Original assignee: 로오드 코포레이션
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2011-04-27
Also published as: JP5438761B2; CA2726629A1; EP2300732A1; CN102112776A; JP2011522196A; US20090294231A1; CN103644238A; WO2009149132A1; US20150034433A1; CN102112776B

Abstract

자기 유변 유체 밸브는 하나 이상의 전자기 코일(204) 및 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 자극을 구비하는 자기장 발생기를 포함한다. 자기 유변 유체 밸브는 상기 전자기 코일에 인접한 하나 이상의 유동 채널(118)을 더 포함한다. 상기 하나 이상의 유동 채널은 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)은 15보다 더 크거나 동일하다.

Description

보강된 온-상태 항복 강도를 갖는 자기 유변 유체 댐퍼{MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID DAMPER HAVING ENHANCED ON-STATE YIELD STRENGTH}

상호 참조

본 출원은 그 개시 내용이 본 명세서에서 참조로 통합되는 2008년 6월 2일자로 제출된 가출원 제61/058203호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 제어 가능한 유체 밸브 및 장치의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 제어 가능한 자기 유변 유체 댐퍼 장치에 관한 것이다.

자기 유변(magneto-rheological; MR) 유체 댐퍼 장치는 통상적으로 MR 유체를 포함하는 실린더 및 실린더 내에서 왕복 운동하도록 배치되는 피스톤 조립체를 포함한다. 피스톤 조립체는 실린더 내에 2개의 챔버를 형성하며, 2개의 챔버 사이에서 MR 유체의 유동을 제어하기 위한 MR 유체 밸브 장치를 포함한다. MR 유체 밸브 장치는 통상적으로 2개의 챔버 내의 MR 유체로 개방되는 유동 채널 및 유동 채널 내의 MR 유체로 자기장을 가하기 위한 자기장 발생기를 포함한다. 유동 채널 내의 MR 유체가 인가된 자기장에 노출될 때, MR 유체의 겉보기 점도(apparent viscosity)가 증가하여, 피스톤 조립체를 가로지르는 압력차의 증가를 이끌며, 이는 또한 감쇠력(damper force)의 증가로 인지된다. 압력차 또는 감쇠력은 자기장의 강도가 증가할 때 증가한다. MR 유체 댐퍼 장치는 유동 채널 내의 MR 유체에 자기장이 인가될 때 온-상태(on-state)에 있고, 유동 채널 내의 MR 유체에 자기장이 인가되지 않을 때 오프-상태(off-state)에 있다고 한다.

특히 댐퍼 장치가 높은 댐퍼 속도에서 작동할 때, 온-상태에서 보다 높은 감쇠력을 달성하면서 오프-상태에서 낮은 감쇠력을 나타내는 MR 유체 댐퍼 장치에 대한 필요성이 존재한다.

일 실시예에서, 본 발명은 자기 유변 유체 밸브를 포함한다. 자기 유변 유체 밸브는 바람직하게 하나 이상의 전자기 코일 및 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 자극을 갖는 자기장 발생기를 포함한다. 상기 자기 유변 유체 밸브는 바람직하게 상기 전자기 코일에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 그와 동일한 하나 이상의 유동 채널을 포함한다.

추가의 실시예에서, 본 발명은 자기 유변 유체 댐퍼를 포함한다. 상기 자기 유변 유체 댐퍼는 바람직하게 자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는 댐퍼 하우징을 포함한다. 상기 자기 유변 유체 댐퍼는 바람직하게 상기 댐퍼 하우징의 내부 공동을 제1 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버 및 제2 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버로 분할하는 피스톤 조립체를 포함한다. 상기 피스톤 조립체는 바람직하게 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 제1 자극을 구비한 자기장 발생기 및 상기 자기장 발생기에 인접한 하나 이상의 제1 유동 채널로서, 상기 하나 이상의 제1 유동 채널은 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 바람직하게 15보다 크거나 동일한, 제1 유동 채널을 구비한 자기 유변 유체 밸브를 포함한다. 상기 댐퍼 하우징 내부 공동은 바람직하게 30% 미만의 자기 유변 유체의 자철 입자 총 부피%를 갖는 자기 유변 댐퍼를 구비하고, 상기 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 갖는 상기 자기 유변 댐퍼의 유체는 상기 댐퍼 하우징에 대한 상기 피스톤 조립체의 운동을 제어하기 위해 상기 비율(L_m/g)로 상기 하나 이상의 제1 유동 채널을 통하여 제어 가능하게 유동한다.

추가의 실시예에서 본 발명은 자기 유변 유체 댐퍼를 포함한다. 상기 자기 유변 유체 댐퍼는 바람지하게 자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는다. 상기 자기 유변 유체 댐퍼는 바람직하게 상기 댐퍼 하우징 내에 배치되는 피스톤 조립체를 포함한다. 상기 피스톤 조립체는 바람직하게 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 자극 및 하나 이상의 전자기 코일을 갖는 자기장 발생기, 및 하나 이상의 전자기 코일에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 바람직하게 15보다 크거나 이와 동일한 하나 이상의 유동 채널을 포함하는 자기 유변 유체 밸브를 포함한다.

추가의 실시예에서 본 발명은 자기 유변 유체 댐퍼를 제조하는 방법을 포함한다. 자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법은 바람직하게 자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는 댐퍼 하우징을 제공하는 단계를 포함한다. 자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법은 바람직하게 제1 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버 및 제2 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버로 댐퍼 하우징 내부 공동을 분할하기 위한 피스톤 조립체를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 피스톤 조립체는 바람직하게 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 제1 자극을 갖는 자기장 발생기 및 상기 자기장 발생기에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 그와 동일한 하나 이상의 제1 유동 채널을 구비하는 자기 유변 밸브를 포함한다. 상기 자기 유변 댐퍼 유체 제조 방법은 바람직하게 30% 미만의 자기 유변 유체의 자철 입자의 총 부피%를 갖는 자기 유변 댐퍼 유체를 제공하는 단계를 포함한다. 자기 유변 댐퍼 유체 제조 방법은 바람직하게 상기 피스톤 조립체 및 상기 자기 유변 댐퍼 유체를 상기 댐퍼 하우징 내에 배치하는 단계를 포함하며, 상기 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 갖는 상기 자기 유변 댐퍼의 유체는 상기 댐퍼 하우징에 대한 상기 피스톤 조립체의 운동을 제어하도록 바람직한 비율(L_m/g)로 상기 하나 이상의 제1 유동 채널을 통하여 제어 가능하게 유동한다.

전술한 요약 및 하기의 상세한 설명은 모두 본 발명의 예시이며, 청구된 바와 같은 본 발명의 특징 및 본질을 이해하기 위한 구조 또는 개관을 제공하기 위한 것임이 이해될 것이다.

하기에 설명되는 첨부 도면은 본 발명의 다양하고 대표적인 실시예를 도시하며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않으며, 본 발명에 대한 다른 동등하게 효과적인 실시예에 대해 유효할 수 있다. 첨부 도면들은 본 발명의 더 나은 이해를 제공하며 본 명세서의 일부를 구성하며 본 명세서에 편입된다. 도면의 형태는 반드시 일정한 비율일 필요는 없으며, 도면의 특정한 구성 및 특정한 시야는 명료함과 간결함을 위해 일정한 척도로 또는 개략도로 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 유동 모드에서 작동하며 내부 완충 장치(accumulator)를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 횡단면도이고,
도 2a는 유동 모드에서 작동하며 외부 완충 장치를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 횡단면도이며,
도 2b는 피스톤 로드 가이드를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 일부에 대한 도 2a의 2B 라인에 따른 확대도이며,
도 2c는 내부 완충 장치를 갖는 피스톤 로드 가이드를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이며,
도 3은 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이며,
도 4는 단일한 유동 채널을 갖는 자기 유변 유체 밸브를 구비한 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이며,
도 5는 복수의 유동 채널을 갖는 자기 유변 유체 밸브를 구비한 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 일부에 대한 도 2a의 5라인에 따른 확대도이며,
도 6은 낮은 유속 및 낮은 압력에서 작동하는 3개의 동심인 유동 채널을 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체에서 압력 대 유속의 도면이며,
도 7은 도 6의 유속보다 더 큰 유속에서 작동하는 3개의 동심인 유동 채널을 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체에서 압력 대 유속의 도면이며,
도 8은 도 7의 유속보다 더 큰 유속에서 작동하는 3개의 동심인 유동 채널을 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체에서 압력 대 유속의 도면이며,
도 9는 큰 L_m/g를 갖는 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체에 대한 항복 응력 대 자기장 강도의 도면이며,
도 10은 자기 유변 유체 밸브에서 항복 응력을 측정하기 위한 유동 모드 전류계의 사시도이며,
도 11은 50의 L_m/g 및 25의 L_m/g를 갖는 자기 유변 유체 밸브 내의 자기 유변 유체의 철 입자 부피 분율(volume fraction)에 따른 항복 응력의 도면이며,
도 12는 25의 L_m/g 및 부피가 15% 내지 40% 범위인 자기 유변 유체를 포함하는 자기 유변 유체 밸브 내의 철 입자의 부피 분율에서 자기장에 따른 항복 응력의 도면이며,
도 13은 본 발명의 실시예 및 기존의 자기 유변 유체 댐퍼 장치에 대한 항복 응력 보강 영역의 도표이며,
도 14는 23.7의 L_m/g를 갖는 이중 채널 자기 유변 유체 밸브에 대해 측정되며 그에 대한 모델 예측 성능 데이터이며,
도 15는 자기 유변 유체 밸브에 대한 3편 유동 분할기(flow splitter)의 횡단면도이며,
도 16은 자기 유변 유체 밸브의 1편 유동 분할기의 횡단면도이며,
도 17은 전단 모드에서 작동하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치를 도시하며,
도 18a는 18A-18A 선을 따르는 도 18c의 횡단면도이며,
도 18b는 도 18a의 횡단면의 사시도이며,
도 18c는 2개의 유동 채널 사이에 배치된 전자기 코일을 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체의 평면도이며,
도 19a는 적층된 자기 투과성 플레이트로 제조된 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 평면도이며,
도 19b는 19B-19B 선을 따르는 도 19a의 횡단면도이며,
도 20a는 복수의 채널로부터의 유동을 병합하기 위한 챔버를 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼의 단편의 횡단면도이며,
도 20b는 복수의 채널로부터의 유동을 병합하기 위한 챔버를 구비한 자기 유변 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체를 포함하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이며,
도 21a는 이중 코일을 갖는 피스톤 조립체를 포함하며 유동 모드에서 작동하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이며,
도 21b는 이중 코일을 갖는 피스톤 조립체를 포함하며 부분적으로 전단 모드에서 작동하는 자기 유변 유체 댐퍼 장치의 단편의 횡단면도이다.

본 발명은 이제 첨부 도면에 도시된 바와 같은 몇몇 바람직한 실시예를 참조하여 세부적으로 설명될 것이다. 바람직한 실시예를 설명할 때, 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부사항이 설명된다. 그러나 본 발명은 이들 특정한 세부 사항 중 일부 또는 전부가 없이도 실행될 수 있음이 당업자에게 명확할 것이다. 다른 예시에서, 잘 알려진 특징 및/또는 방법 단계들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 세부적으로 설명되지 않았다. 또한, 공통적이거나 유사한 요소를 인지하는데 유사하거나 동일한 참조 번호가 사용된다.

도 1은 유동 모드에서 작동하는 자기 유변(MR) 유체 댐퍼 장치(100)를 개략적으로 도시한다. MR 유체 댐퍼 장치(100)는 댐퍼 하우징(102)을 포함한다. 댐퍼 하우징(102)은 일반적으로 원통형 형상이며, 폐쇄되는 제1 말단부(104) 및 개구(108)를 포함하는 제2 말단부(106)를 갖는다. 댐퍼 하우징(102)은 내부에 피스톤 조립체(200)가 배치되는 내부 공동(110)을 갖는다. 피스톤 조립체(200)는 내부 공동(110)을 제1 및 제2 챔버(114, 116)로 세분한다. 제1 및 제2 챔버(114, 116)는 각각 MR 유체(118)를 포함할 수 있다. 피스톤 조립체(200)는 댐퍼 하우징(102)의 종축을 따라 왕복운동하며 이에 응답하여 유체 챔버(114, 116) 사이에 압력차(pressure differentials)를 일으킨다. 압력차는 댐퍼 하우징(102)과 피스톤 로드(124) 사이에 가해진 외부 자극힘으로 인하여 존재할 수 있다. 비마찰 재료로 제조되는 하나 또는 그보다 많은 마모 밴드(120)는 내부 공동(110) 내에서 피스톤 조립체(200)의 왕복 운동을 지지하도록 피스톤 조립체(200) 상에 장착될 수 있다. 마모 밴드(120)는 댐퍼 하우징(102)의 내벽에 맞물리며, 댐퍼 하우징(102)과 피스톤 조립체(200) 사이에 유체 시일(fluid seal)을 제공할 수도 있다. 피스톤 조립체(200)는 MR 유체 댐퍼 장치(100)의 외부로부터의 자극에 반응하여 챔버(114 및 116) 사이의 MR 유체(118)의 유동을 제어하기 위한 MR 유체 밸브를 포함한다. 이러한 자극은 피스톤 로드(124)를 통해 수용될 수 있으며, 피스톤 로드는 피스톤 조립체(200)에 결합되는 일단부(126) 및 차량 또는 섀시와 같이, 운동을 감쇠시키거나 제어를 요하는 구조물(미도시)에 결합시키는데 이용할 수 있는 타단부(128)를 갖는다. 피스톤 로드(124)는 개구(108)를 통해 연장하여 댐퍼 하우징(102)에 대해 축방향으로 미끄러질 수 있다. 시일(130)은 내부 공동(110)으로부터의 유체의 누출을 제어하도록 댐퍼 하우징(102)과 개구(108) 사이에 제공될 수 있다.

MR 유체 댐퍼 장치(100)는 댐퍼 하우징(102)의 내부 공동(110) 내에 완충 장치(accumulator; 132)를 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 하기에 도시되는 바와 같이, 완충 장치는 피스톤 로드 가이드와 일체화되거나 댐퍼 하우징(102)의 외부에 위치될 수 있다. 완충 장치(132)는 댐퍼 하우징(102) 내에 포함되는 MR 유체(118) 내의 압력 과도 현상(pressure transients)을 최소화함으로써 댐퍼 하우징(102) 내의 부압 또는 공동화(cavitation)의 위험성을 최소화시키는데 도움이 될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 완충 장치(132)는 내부 공동(110) 내부의 MR 유체 챔버(114)에 인접한 가스 충전 챔버로서 제공된다. MR 유체 챔버(114)와 가스 충전 챔버(132) 사이에는 부유 피스톤(134)이 제공될 수 있다. 부유 피스톤(134)은 챔버(114, 132) 사이의 압력차에 응답하여 내부 공동(110) 내에서 축방향으로 왕복운동할 수 있다. 부유 피스톤(134) 상에는 부유 피스톤(134)과 댐퍼 하우징(102) 사이를 밀봉하도록 시일 부재(136)가 장착될 수 있으며, 그에 따라 챔버(114, 132) 내에서 유체의 상호 혼합(intermixing)을 방지할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 격막 또는 다른 적합한 격벽 부재가 부유 피스톤(134)의 적소에서 사용될 수 있다. 가스 충전 챔버(132)는 충전 밸브(138)를 통해 가스로 충전될 수 있다. 충전 가스는 질소와 같은 불활성 가스일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 블래더 완충 장치(bladder accumulator)와 같은 다른 형태의 완충 장치가 MR 유체 댐퍼(100)의 내부 공동(110) 내에 사용될 수 있다.

도 2a는 완충 장치(133)가 바람직하게 댐퍼 하우징(102)의 외부에 위치되는 MR 유체 댐퍼 장치(100)의 바람직한 실시예를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치(external damper base mounted accumulator; 133)는 유체 챔버(135, 137) 및 유체 챔버(135, 137) 사이에 배치된 부유 피스톤(134)을 포함한다. 부유 피스톤(134)은 완충 장치(133)의 내벽과 부유 피스톤(134) 사이에 시일을 제공함으로써, 유체 챔버(135, 137)를 서로로부터 분리시키도록 시일 부재(141)를 구비할 수 있다. 댐퍼 베이스 표준 유동 도관(damper base normal flow conduit; 139)은 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치(133) 내의 유체 챔버(135)를 댐퍼 하우징(102) 내의 MR 유체 챔버(114)에 연결한다. 이러한 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치(133)는 바람직하게 댐퍼 단부의 베이스(131)와 장착되며, 이때 댐퍼 페이스 표준 유동 도관(139)은 댐퍼 단부 베이스(131)를 통하여 MR 유체를 위한 곡선형의 표준 재지정 유동 경로(curved normal redirecting flow path)를 제공하고, MR 유체는 댐퍼 하우징(102)으로부터 외부로 댐퍼 베이스 표준 유동 도관(139)을 통해 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치(133)로 유동하며, 그 후 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치(133)로부터 다시 댐퍼 하우징(102) 안으로 내부로 유동한다. 완충 장치(133)의 챔버(137)는 바람직하게 가스 충전 챔버이다. 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치의 부유 피스톤(134)은 바람직하게 피스톤 로드(124) 및 피스톤 조립체(200)의 운동 방향의 반대 운동 방향으로 완충 장치(133) 내에서 축방향으로 왕복운동한다. 도 2a에서, 댐퍼 하우징(102)의 말단부(104)는 피스톤 로드(124)에 연결되는 결합 부재(129) 내에 수용된다. 결합 부재(129)는 전술된 바와 같이 피스톤 로드(124)를 운동의 감쇠 또는 제어를 요하는 구조물에 연결하는데 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 댐퍼 하우징(102)은 내부에 완충 장치가 없는 점에서 완충 장치를 포함하지 않으며, 이때 댐퍼 장치는 바람직하게 외부 완충 장치, 바람직하게 외부 댐퍼 베이스 장착 완충 장치를 포함한다.

도 2a는 피스톤 로드 가이드(142)의 바람직한 실시예를 갖는 MR 유체 댐퍼 장치(100)의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 2b는 피스톤 로드 가이드(142)의 바람직한 실시예의 확대도이다. 도 2b에서, 피스톤 로드 가이드(142)는 댐퍼 하우징(102)의 말단부(104)에 고정되며, 댐퍼 하우징(102)은 피스톤 로드(124)를 수용하기 위한 통로(127)를 포함하는 피스톤 로드 가이드(142)와 같은 피스톤 로드 가이드(142)를 수용한다. 피스톤 로드 가이드(142)는 임의의 적합한 방법에 의해 댐퍼 하우징(102)에 고정되는 가이드 본체(143)를 포함한다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 고정구 본체(143)는 나사산 연결부(144)를 통해 댐퍼 하우징(102)의 내벽에 고정되고, 시일(145)은 댐퍼 하우징(102)의 내벽과 고정구 본체(143) 사이를 밀봉하도록 고정구 본체(143)의 외부 표면상에 제공된다. 고정구 본체(143)는 환형 챔버(146)를 포함하고, 환형 챔버 내부에는 필터(149)가 장착된다. 필터(149)는 포켓을 가지며, 포켓 내부에서 베어링(150)은, 필터(149)와 피스톤 로드(124) 사이에 베어링(150)이 놓이고 그에 따라 피스톤 로드(124)의 왕복 운동에 맞물려 이를 지지하도록 장착된다. 필터(149)는 단부 플레이트(151)에 의해 환형 챔버(146) 내에 유지되고, 단부 플레이트는 유체 유동 포트를 가지며, 이 유체 유동 포트를 통해 챔버(116) 내의 MR 유체가 필터(149)에 도달할 수 있다. 피스톤 로드(124)와 필터(149) 사이를 밀봉하도록 피스톤 로드(124)와 필터(149) 사이에는 로드 시일(152)이 제공된다. 필터(149)는 유체 챔버(116)로부터 환형 챔버(146)로 들어가는 MR 유체(118) 내의 자기화 가능한 입자를 거르고 여과한다. 필터(149)는 바람직하게 다공성의 비-자성인 부식 방지 재료로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 필터(149)는 250mm와 동일하거나 그 미만인 기공 크기를 가지며, 스테인리스 스틸로 제조된다. 바람직하게, 필터(149)는 종방향으로 피스톤 로드(124)를 따라 축방향으로 연장하는 소결된 스테인리스 스틸의 축방향으로 연장하는 필터 부재, 시일(152)을 수용하기 위한 시일 포켓 및 베어링(150)을 수용하기 위한 베어링 포켓으로 이루어진다. 고정구 본체(143)는 제2 외부 로드 시일(153)이 내부에 장착되는 제2 외부 공동을 포함한다. 로드 시일(153)은 피스톤 로드(124)와 고정구 본체(143) 사이에서 필터(149) 위의 외부 위치에 시일을 제공한다. 고정구 본체(143)는 또한 내부에 와이퍼(154)가 장착되는 추가의 외부의 제3 공동을 포함한다. 와이퍼(154)는 피스톤 로드(124)가 개구(108)의 내부와 외부에서 이동할 때 피스톤 로드(124)를 깨끗하게 닦는다. 로드 시일(152, 153) 및 와이퍼(154)는 바람직하게 탄성중합 재료와 같은 밀봉 재료로 제조된다.

도 2c에 도시된 상이한 실시예에서, 피스톤 로드 가이드(173)의 가이드 본체(170)는 외부 공동(155)을 포함하도록 변경되었다. 외부 공동(155)에는 격막(157)이 장착되며, 격막은 댐퍼 하우징(102)의 말단부에서 적소에 피스톤 로드 가이드(173)가 고정될 때, 댐퍼 하우징(102)의 내벽에 인접하여 배치된다. 격막(157) 및 외부 공동(155)은 내부 완충 장치(159)로서 기능하는 공기 체적을 형성한다. 완충 장치(159)는 댐퍼 하우징(102)의 벽의 포트(미도시)를 통해 질소와 같은 불활성 가스로 충전될 수 있다. 격막(157)은 피스톤 로드 가이드(173)의 외부와 댐퍼 하우징(102)의 내벽 사이의 갭(169)을 통해 챔버(116) 내의 유체에 노출된다. 격막(157)은 챔버(116) 내에서 압력 과도현상(pressure transsients)에 따라 눌리거나 팽창된다. 완충 장치(159)를 갖는 피스톤 로드 가이드(173)는 MR 유체 댐퍼 장치의 내부의 피스톤 로드 입구에 인접한 내부 완충 장치를 제공한다.

도 3은 MR 유체 댐퍼 장치 내에 포함될 수 있는 예시적인 피스톤 조립체(200)의 횡단면을 개략적으로 도시한다. 피스톤 조립체(200)는 대체로 원통형 형상을 갖는다. 피스톤 조립체(200)에 제공되는 MR 유체 밸브(201)는 자기장 발생기(202)를 포함한다. 대체로, 용어 "자기장 발생기"는 강도가 온 상태에서 제어 가능하게 가변적인 제어 가능한 자기장을 발생시키기 위해, 하나 또는 그보다 많은 전자기(EM) 코일 및 EM 코일에 인접하는 자극들을 제공하는 임의의 구조물 또는 구조물들의 조립체를 의미하는 것으로 이해될 것이다. "자극(magnetic pole)"은 자기 플럭스(magnetic flux)를 가지고 있는 구조물이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 자기장 발생기(202)는 저탄소강과 같은 자기 투과성 재료 또는 다른 자기 투과성 강자성 재료로 제조되는 코어(206) 둘레에 감기는 EM 코일(204)(예를 들면, 자석 와이어)을 포함한다. 대체로, 코어(206) 및 피스톤 조립체(200)의 다른 구성요소, 그리고 그 변형물에서 사용되는 자기 투과성 재료의 특징을 결정하는 요인들 중 일부는 자기 투과성, 포화도, 항자력(coercive force) 및 잔류 자기이다. 자기 투과성 및 포화도에 대하여 높은 값이 바람직한 반면, 항자력 및 잔류 자기에 대해서는 낮은 값이 바람직하다. 자기 투과성 재료가 MR 유체 댐퍼에 사용되는 경우, 자기 투과성 재료의 상대 자기 투과성은 바람직하게 댐퍼 내에 포함된 MR 유체의 자기 투과성보다 훨씬 더 크다. 바람직하게, 자기 투과성 재료의 상대 자기 투과성은 MR 유체의 자기 투과성보다 100배 이상, 바람직하게 200배 이상, 보다 바람직하게 1000배 이상 더 크다.

코어(206)는 중심 단편(206A) 및 극 단편(206B, 206C)을 가지며, 극 단편들은 중심 단편(206A)의 대향 단부에 플랜지로서 나타난다. 각각의 극 단편(206B, 206C)은 극 길이(L_m)의 자극을 제공한다. 극 단편(206B, 206C) 사이의 간격은 극 간격(A)으로 지시된다. 일부 대안적인 실시예에서, 자극들은 코어(206)와 통합되지 않을 수 있으며, 그 대신 코어(206)의 위와 아래에 다른 자기 투과성 구조물로 제공될 수 있다. 중심 단편(206A)은 실린더 형상일 수 있다. EM 코일(204)은 중심 단편(206A) 둘레에 N번 감긴다. EM 코일(204)은 중심 단편(206A)의 리세스 내에 배치되는 로빈(robbin) 상에 감길 수 있다. EM 코일(204)은 극 단편(206B, 206C) 사이에 배치된다. 코어(206)는 외부 와이어(223, 225)를 EM 코일(204)에 연결되게 하는 통로(미도시)를 포함할 수 있다. EM 코일(204)은 극 단편(206B, 206C)의 원주 표면(206B1, 206C1)과 동일 평면이 되도록, 중심 단편(206A) 상에 배치될 수 있다. 에폭시와 같은 비자성 재료(nonmagnetic material)가 사용되어 중심 단편(206A) 상의 적소에 EM 코일(204)을 고정시킬 수 있다. 비자성 재료가 EM 코일(204) 사이의 임의의 공간을 채울 수도 있으며, 그에 따라 유체가 EM 코일(204) 사이에 들어가는 것을 방지한다. 대안적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, EM 코일(204)은 극 단편(206B, 206C) 각각의 원주 표면(206B1, 206C1)(에 대해 오목한 곳에 놓일 수 있으며)과 동일평면이 아닐 수 있다. 극 단편(206B, 206C)에 의해 제공되는 자극들을 분리하는 자기 불연속을 일으키기 위해 스페이서(212)가 EM 코일(204)에 인접하여 배치될 수 있다. 스페이서(212)는 알루미늄 또는 플라스틱과 같은 비자성 재료 또는 매우 낮은 자기 투과성을 갖는 재료로 제조될 수 있다.

도 3으로 되돌아가서, 피스톤 조립체(200)에 제공되는 MR 유체 밸브(201)는 자기장 발생기(202)를 둘러싸는 플럭스 링(flux ring; 214)을 더 포함한다. 플럭스 링(214)의 횡단면은 통상적으로 원형이지만, 정사각형 또는 육각형과 같은 다른 횡단면 형상이 사용될 수 있다. 플럭스 링(214)은 코어(206)에 대해 전술된 바와 같은 자기 투과성 재료로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 플럭스 링(214)은 자기장 발생기(202)와 동심이며 자기장 발생기(202)로부터 방사상으로 이격된다. MR 유체 밸브(201)는 플럭스 링(214)과 자기장 발생기(202) 사이에 형성된 유동 채널(216)을 더 포함한다. 유동 채널(216)은 환형이며 자기장 발생기(202)와 동심일 수 있다. 도 3에 도시된 예시에서, 플럭스 링(214)의 길이는 자기장 발생기(202)의 길이(L_p)와 실질적으로 동일하다. 플럭스 링(214)은 예를 들면 단부 플레이트(220, 222)를 이용하여 자기장 발생기(202)에 결합된다. 단부 플레이트(220, 222)는 각각이 플럭스 링(214) 내의 리세스와 맞물리는 립(220A, 222A)을 포함한다. 단부 플레이트(220, 222)는 각각이 코어(206) 상의 리지(ridges)와 맞물리는 리세스(220B, 222B)를 또한 포함한다. 단부 플레이트(220, 222)는 각각이 유동 채널(216)과 정렬되는 오리피스(220C, 222C)를 포함한다. 바람직하게, 오리피스(220C, 222C)의 임의의 날카로운 에지는 유동 채널(216)의 말단부에 유동 교란(flow disturbances)이 생성되지 않도록 유동 채널(216)로부터 세트백(set-back)된다. 플럭스 링(214)에 자기장 발생기(202)를 결합시키기 위해 단부 플레이트(220, 222)를 사용하는 것에 대한 대안은 코어(206)와 플럭스 링(214)의 말단부 사이에 연결 리브(미도시)를 형성하는 것이다.

피스톤 조립체(200)가 MR 유체 댐퍼(100, 140) 내에 배치될 때, MR 유체 댐퍼 내의 MR 유체(118)는 유동 채널(216)을 채운다. MR 유체는 마이크론(micron) 크기의 자기화 가능한 입자, 바람직하게는 철 입자의 비콜로이드(non-colloidal) 현탁액이다. 전류는 유동 채널(216) 내의 MR 유체에 걸쳐서 인가되는 자기장을 발생시키고 EM 코일(204)을 여기시키도록(energize) 전기 와이어(223, 225)를 통해 EM 코일(204)로 공급된다. 자기 플럭스(218)는 바람직하게 코어(206)를 통과하여 유동 채널(216)을 교차하고, 바람직하게 플럭스 링(214)을 통과하여 유동 채널(216)을 교차하여서 및 코어(206)를 통과하는 경로 내에서 이동한다. (점선(dashes)과 화살표로 도시되는) 자기 플럭스(218)는 바람직하게 극 단편(206B, 206C)에 대해 수직하다. 자기장이 유동 채널(216)에 인가될 때, 유동 채널(216) 내의 MR 유체의 겉보기 점도는 제어 가능한 자기장 온-상태(on-state)인 경우에 증가한다. 유동 채널(216) 내의 MR 유체의 항복 강도는 켜진(turned on) 자기장의 강도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. MR 유체 댐퍼(도 1에서 100 또는 도 2에서 140)는 작동 모드에서 작동하며, 이는 유동 채널(216)을 형성하는 표면이 유동 채널(216) 내의 축방향 유동 및 수직한 자기장에 대해 움직이지 않게 유지됨을 의미한다. 바람직하게, 유동 채널(216)을 향하는 플럭스 링(214) 및 극 단편(206B, 206C)의 표면들은 관성 및 전이 효과를 최소화하도록 매끄럽다.

유동 채널(216)은 자기 플럭스(218)가 유동 채널(216)을 교차하여 유동하는 방향을 따라 측정되는 갭 폭(g)을 갖는다. 바람직하게, 유동 채널(216)의 갭 폭(g)은 유동 채널(216)의 유동 갭 길이(flow gap length)를 따라 일정하거나 실질적으로 일정하다. 하기에 설명되는 바와 같이, MR 유체 댐퍼는 L_m/g가 클 때 보강된 온-상태 항복 강도를 달성한다. 큰 정도에 대해, 이는 L_m/g이 15보다 더 크거나 그와 동일함을 의미한다. 보다 바람직하게, L_m/g은 20보다 더 크거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게, L_m/g은 25보다 더 크거나 그와 동일하다. 다른 바람직한 실시예에서, L_m/g은 20 내지 50의 범위이다. 도 3에 도시된 피스톤 조립체의 기하학적 구조에 대해, L_m/g은 L_m을 증가시키거나 g를 감소시킴으로써 더 크게 형성될 수 있다. 그러나 L_m을 증가시키는 것은 플럭스 링(214)과 코어(206) 내의 자기 포화도 및 바람직하지 않게 긴 전체 피스톤 조립체를 이끈다. 자기 포화도를 방지하기 위해, 코어(206)의 직경(D_core) 및 댐퍼 하우징(102)의 두께(t_wall)는 증가되어야 할 것이다. 이는 대형 댐퍼를 초래할 것이다. g를 감소시키는 것은 수용할 수 없을 정도로 높은 오프-상태 힘을 신속하게 이끈다.

MR 유체 댐퍼의 크기를 상당히 증가시키지 않고 L_m/g를 크게 만드는 바람직한 방법은 폭(g_i)을 갖는 N개의 유동 채널의 사용을 통하는 것이며, 이때 i는 1 내지 N의 범위이며, N>1이다. 이 경우, 각각의 유동 채널(i)에 대한 L_m/g_i은 클 것이다. 0.5mm의 갭 폭(g) 및 25의 L_m/g에 대해, L_m은 약 12.5mm일 것이다. 2개의 유동 채널을 포함하고 갭 폭(g₁, g₂)을 가지며 이때 g₁ 및 g₂이 각각 0.5mm인 시스템에 대해, 전체 갭 폭에서 총 1.0mm는 MR 유체 챔버 사이에서의 유체 유동에 대해 이용 가능할 것이다. 단일한 유동 채널을 포함하는 시스템에 대해, 1mm의 갭 폭 및 25의 L_m/g를 얻기 위해, L_m은 25mm, 즉 2개의 유동 채널을 포함하는 시스템에 요구되는 L_m의 2배이어야 할 것이다. 이 예시는 보강된 온-상태 항복 강도를 갖는 컴팩트한 댐퍼가 다중 유동 채널의 사용을 통하여 이루어질 수 있음을 나타낸다. 전술된 바와 같이, 보강된 온-상태 항복 강도는 L_m/g를 크게 만듦으로써 이루어진다. 큰 정도에 대해, 이는 L_m/g이 15보다 더 크거나 이와 동일함을 의미한다. 보다 바람직하게 L_m/g은 20보다 크거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게, L_m/g은 25보다 크거나 그와 동일하다. 다른 바람직한 실시예에서, L_m/g은 20 내지 50의 범위이다.

도 5는 다중 유동 채널을 포함하는 바람직한 실시예의 피스톤 조립체(200)를 도시한다. 바람직한 다중 유동 채널을 형성하기 위해, 유동 분할기(230)가 자기장 발생기(202)와 플럭스 링(214) 사이에 배치되어, 자기장 발생기(202)와 플럭스 링(214) 사이에 2개의 유동 채널(232, 234)을 형성한다. 단부 플레이트(220, 222)는 유동 분할기(230)를 자기장 발생기(202)의 코어(206) 및 플럭스 링(214)에 결합시키기 위한 피처(feature)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 유동 분할기(230)는 링 형상이며, 플럭스 링(214) 및 자기장 발생기(202)와 동심이다. 이는 플럭스 링(214) 및 자기장 발생기(202)와 동심인 환형 유동 채널(232, 234)을 초래한다. 둘보다 많은 유동 채널이 요구되는 경우, 추가의 유동 분할기가 플럭스 링(214)과 자기장 발생기(202) 사이에 배치될 수 있다. 대체로, N-1개의 유동 분할기가 요구되어 N개의 유동 채널을 형성하며, 이때 N>0이다. 유동 채널(232)은 갭 폭(g₁)을 갖고, 유동 채널(234)은 갭 폭(g₂)을 갖는다. 대체로, 자기장 발생기(202)와 원통형(204) 사이에 형성된 각각의 유동 채널은 갭 폭(g_i)을 가질 수 있으며, 이때 i는 1 내지 N의 범위이며, N은 유동 채널의 개수이다. 유동 채널은 동일하거나 상이한 갭 폭을 가질 수 있다. 보강된 온-상태 항복 강도에 대해, L_m/g_i는 전술된 바와 같이 크며, 이때 i는 1 내지 N의 범위이고, N은 유동 채널의 개수이다. L_m/g_i은 개별 유동 채널 베이스에 대해 계산된다.

피스톤 조립체(200)가 유동 채널 내에 동일한 자기장 및 동일한 갭 폭(g_i=g)을 갖는 복수의 환형 유동 채널을 포함하면, 피스톤 조립체(200)를 가로지르는 압력 차는 MR 유체 댐퍼 내에 배치될 때 대략 다음과 같을 것이다:

(1)

이때:

η : MR 유체 점성

Q : MR 유체의 체적 유속(피스톤 조립체의 직경의 제곱 곱하기 댐퍼 속도에 비례함)

L_p : 피스톤 조립체의 길이

g : 유동 채널의 갭 폭

w : MR 유체 밸브의 횡방향 폭이며 명목상

와 동일하며, 이때 D_i는 i번째 갭의 평균 직경임

τ_MR(H): 자기장(H)에서의 MR 유체 항복 응력

L_m : 전자석의 극 길이

2*L_m : 전자석의 활성 극 길이

c : 2 내지 3의 범위인 동적 유동 계수

k : 0 내지 1.5의 범위인 동적 유동 계수

방정식 (1)에서 상수 "c"는 유동 채널 내의 특정한 유동 조건에 좌우될 것이다. 유동 채널 내의 유속이 0이면, c는 2일 것이다. 높은 유속, 높은 점성 및 매우 좁은 갭(g)의 조건 하에서, 계수(c)는 3의 값에 가깝다. 상수 "k"는 주로 유동 채널 내의 레이놀드 수(Reynolds number), 즉 교란의 정도에 좌우된다. 매우 높은 레이놀드 수에 대해, k는 대략 1.0이다. 매우 낮은 레이놀드 수의 층류(laminar flow)에 대해, k는 오프-상태에서 대략 0.68이다. MR 유체 댐퍼가 큰 유도 항복 강도를 갖는 온-상태일 때, k는 대략 0.5이다.

방정식 (1)에서, 제1 항은 체적 유속과 유체 점도에 비례하는 오프-상태 점성 항이고, 제2 항은 온-상태의 자기장 유도 항복 강도로 인해 추가된 압력이며, 제3 항은 체적 유속의 제곱 및 유체 밀도에 좌우되는 관성 항이다. 점성 항은 wg³의 역수에 비례한다. 제2 항은 자기 유변 항이며, g의 역수에 비례한다. 관성 항은 w²g²의 역수에 비례한다. 높은 댐퍼 속도에서, 압력에 대한 2차 관계(quadratic relationship)를 갖는 관성 항은 큰 요인에 의해 오프-상태 점성 항을 더욱 초과하거나 비교하게 되도록 커질 수 있다. 이것이 의미하는 바는 관성 항이 오프-상태에서 최소화되지 않은 경우, 압력차(또는 댐퍼 힘)가 오프-상태에서 꽤 클 수 있다는 것이다. 본 발명에서, 관성 항은 전자석과 플럭스 링 사이에 복수의 유동 채널을 제공하고 L_m/g을 크게 함으로써 온-상태에서 댐퍼 힘을 손상시키지 않고 오프-상태에서 최소화되며, 이때 각각의 유동 채널은 작은 갭 폭을 갖는다. 갭 폭은 큰 L_m/g를 달성하기 위해, 실용적인 만큼 작게, 통상적으로 약 0.5mm로 만들어질 수 있다.

L_m/g를 크게 만드는 것 외에도, D_piston/g이 크게 만들어질 수도 있다. D_piston은 피스톤 조립체의 직경이다. D_piston/g를 큰 비율이 되게 하는 것의 의의는 높은 유체 속도에 있는, 방정식 (1)에서 제3 항인 관성 항의 2차 증가(quadratic growth) 및 유동 채널 내의 유체 속도와 관계가 있다. 유동 채널 내의 유체 속도는 채널 유동 영역(w*g)에 의해 나눠지는 피스톤 조립체의 직경(D_piston)의 제곱 곱하기 피스톤 조립체의 속도에 비례하며, 이때, w는 방정식 (1)에 대해 기재된 바와 같이 피스톤 조립체 내에 제공된 밸브의 횡방향 폭이다. 복수의 갭으로 감으로써, w는 증가될 수 있으며, 그 후 g가 감소되게 되거나 D_piston이 증가되게 되면서, 여전히 관성 항이 작게 유지된다. g를 감소시키는 것은 온-상태 압력차를 증가시키며, D_piston을 증가시키는 것은 전체 댐퍼 힘을 증가시키며, 전체 댐퍼 힘은 피스톤 영역과 압력 차의 곱이다. 바람직하게, D_piston/g은 66보다 더 크다. 보다 바람직하게, D_piston/g은 80보다 더 크다. 훨씬 더 바람직하게, D_piston/g은 90보다 더 크다. 가장 바람직하게, D_piston/g은 120보다 더 크다.

피스톤 조립체(200) 내의 유동 채널들이 동일하지 않고/않거나 상이한 유동 채널 내의 자기장 유도 항복 강도들이 동일하지 않으면, 피스톤 조립체에 걸친 압력은 하기의 방정식 세트에 의해 설명될 것이다:

(2)

(3)

방정식 (2)에 기재된 상태는 상이한 유동 채널 내의 유속이 상이할 것이기 때문에, 방정식 (1)에 기재된 것보다 훨씬 더 복잡하다. 일부 경우, 결과적인 P_piston에 따라 갭의 일부에 임의의 유동이 존재할 수 있다. 방정식 (2)는 그 자체로 N개의 방정식의 세트이며, 이때 N은 동심의 유동 채널의 개수이며, 아래 첨자 i 및 k는 1 내지 N의 범위이다. 예로서, i=1에 대해, 방정식 (2)는 유동 채널(1)로 인한 압력차가 중괄호({}) 내의 제1 항의 최소치이거나 다른 유동 채널 중 하나 내의 압력 차, 즉 k=2, 3, ... N일 것임을 의미하는 것으로 해석된다. 모든 경우 각각의 갭 내의 압력차는 최종적으로 동일하고 방정식 (3)에 의해 지시된 바와 같이 피스톤 조립체에 걸친 압력차와 동일하여야 함에 주의한다.

상기 방정식 세트는 도 6 내지 도 8을 참조로 더 잘 이해될 수 있다. 도 6은 낮은 유속 및 낮은 압력에 있는 3개의 동심인 유동 채널의 경우를 도시한다. 3개의 곡선은 방정식 (2)의 중괄호 부분에 의해 제공된 바와 같은, 3개의 유동 채널 각각에 대한 이론상의 압력 대 유속이다. 이 경우, 최소 압력 강하는 점선(A)에 의해 지시된다. 이 경우, 0이 아닌 유속의 유동을 갖는 유일한 유동 채널은 채널 3이다. 채널 1 및 2에 대한 곡선은 모두 이보다 커서, 모든 채널들 내의 전체 압력은 A로 주어진다. 도 7은 점선(B)으로 제공되는 바와 같이, 양 채널 2 및 3 내에 이제 유동이 존재하도록 전체 유속이 증가할 때 어떤 일이 일어나는 지를 도시한다. 채널 1에는 여전히 유동이 존재하지 않는다. 채널 2의 유속은 Q₂이고, 채널 3의 유속은 Q₃이다. Q₂ 및 Q₃는 동일하지 않다. 도 8은 이제 모두 상이한 3개의 모든 채널 내의 유동(Q₁, Q₂, Q₃)이 존재하도록 전체 유동이 증가할 때 어떤 일이 일어나는 지를 도시한다. 이 경우, 압력은 점선(C)으로 제공된다.

도 9는 자기장 강도에 따른 항복 응력의 도면이다. 측정되고 예상되는 항복 응력이 이 도면에 도시된다. 이 예시에서, L_m/g은 25이고, MR 유체는 22% 부피(% by volume)의 철 용량을 갖는다. 이 도면은 측정된 항복 응력이 예상 항복 응력보다 2배보다 더 큰 것을 도시하여, 보강된 항복 응력 현상은 L_m/g을 크게 함으로써 이룰 수 있음을 나타낸다. 측정은 유동 모드 전류계(rheometer)를 사용하여 이루어졌다. 도 10은 EM 코일(미도시)이 감기는 플라스틱 로빈(302)을 포함하는 전류계(300)를 도시한다. 플라스틱 로빈(302)은 강으로 제조된 극 단편(306, 308) 사이에 삽입된다. 극 단편(306, 308)은 스테인리스 스틸로 제조된 비자성 스페이서(310)에 의해 이격된다. 비자성 스페이서(310)는 유동 채널(미도시)을 포함한다. 입구관 및 출구관(312, 314)은 비자성 스페이서(310) 내의 유동 채널과 정렬되어, 비자성 스페이서(310)의 각각의 단부에 결합된다. 유동 채널은 갭 폭(g)을 갖는 직사각형 횡단면을 갖는다. 극 단편(306, 308)은 극 길이(L_m)를 갖는다. 측정을 하기 위해, 전류계(300)가 금속 실린더(미도시) 내에 배치된다. 전류계(300) 및 금속 실린더는 플런저를 특정한 속도로 아래로 압박하여 스페이서(310) 내의 유동 채널을 통해 MR 유체를 가하는 Instron 테스트기(미도시) 내에 놓인다. 로드 셀(load cell)이 플런저 상의 결과적인 힘을 측정한다. 이 힘으로부터, 전류기에 의해 발달된 힘이 계산된다. 계산된 압력은 가해진 자기장으로 인한 MR 유체에 의해 발달된 항복 강도를 측정하는데 사용된다.

도 11 및 도 12는 L_m/g를 크게 함으로써 달성되는 보강된 항복 강도 현상의 몇몇 더 많은 예시를 도시한다. 도 11은 25 및 50의 L_m/g 및 100kA/m의 자기장 강도에서 MR 유체의 철 입자 부피 분율에 대한 항복 응력을 도시한다. 도 11은 철 입자 부피 분율이 감소할 때 항복 응력이 증가하는 것을 도시한다. 도 11은 또한 L_m/g이 증가할 때 항복 강도가 증가하는 것을 도시한다. 도 11은 MR 유체의 다양한 철 입자 부피 분율에 대하여 25의 L_m/g에서 가해진 자기장에 대한 항복 응력을 나타낸다. 도 12는 또한 가해진 자기장의 강도에 관계없이 철 입자 부피 분율이 감소할 때 항복 응력이 증가하는 것을 도시한다. 도 11 및 도 12로부터, 전술한 바와 같이 L_m/g이 클 때 발생하는 항복의 보강은 낮은 부피 분율의 자기화 가능한 입자, 바람직하게는 철 입자를 갖는 MR 유체를 사용함으로써 더 개선될 수 있다.

바람직하게, MR 유체는 30 부피% 미만의 자철 입자, 바람직하게는 26 부피% 이하의 자철 입자, 바람직하게 25 부피% 미만의 자철 입자, 바람직하게 23 부피% 미만의 자철 입자, 바람직하게는 21 부피% 미만의 자철 입자, 바람직하게 19 부피% 이하의 자철 입자, 바람직하게 17 부피% 이하의 자철 입자, 및 바람직하게 16 부피% 이하의 자철 입자를 포함하다. 바람직하게 MR 유체는 약 26 부피%((26±1) 부피%)의 자철 입자를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 약 15 부피%((15±3) 부피%)의 자철 입자를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 (총 부피에 대한 %로) 약 10 내지 20의 자철 입자 부피% 범위를 갖는다.

바람직하게 MR 유체는 (총 부피에 대한 %로) 19 부피% 이하의 자철 입자 및 (총 부피에 대한 %로) 60 부피% 이상의 캐리어 유체(carrier fluid), 바람직하게 64 부피% 이상의 캐리어 유체, 66 부피% 이상의 캐리어 유체, 69 부피% 이상의 캐리어 유체, 및 바람직하게 약 71 부피%((71±3) 부피%)의 캐리어 유체, 바람직하게 오일 캐리어 유체, 바람직하게 탄화수소 오일 캐리어 유체로 이루어진다. 바람직하게 캐리어 유체는 폴리-알파-올레핀(poly-alpha-olefin)으로 이루어진다.

바람직하게, 자철 입자는 철로 이루어진다. 바람직하게 자철 입자는 카르보닐 철 입자(carbonyl iron particles)로 이루어진다. 대안적인 바람직한 실시예에서, 자철 입자는 물이 분무된 철 입자(water atomized iron particles)로 이루어진다. 바람직하게 자철 입자는 7 내지 8.2g/ml의 범위, 바람직하게는 약 7.5 내지 8.2g/ml의 범위의 밀도 및 바람직하게는 약 7.86g/ml(7.86±.30ml)의 밀도를 갖는다.

바람직하게 MR 유체는 자철 입자 및 캐리어 유체 외의 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 마모방지 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는, MR 유체 장치의 마모 특성 및 수명을 증가시키고, MR 유체의 작용에 관한 마모 및 MR 유체 장치의 구성요소에 대한 자철 입자의 마찰(rubbing) 및 마멸(abrasion)을 방지하는, 하나 이상의 마모방지 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체 마모방지 첨가제는 몰리브덴, 바람직하게는 유기 몰리브덴(organomolybdenum)을 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 산화방지 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 MR 유체의 작용에 관한 MR 유체 장치 및 MR 유체의 산화와, MR 유체 장치의 구성요소에 대한 자철 입자의 마찰 및 마멸을 방지하는 하나 이상의 산화방지 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체 산화방지 첨가제는 인(phosphorus) 산화방지 첨가제, 바람직하게는 무회 포스호로디티오에이트 산화방지 첨가제(ashless phoshorordithioate antioxidant additive)을 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 침전방지 첨가제(antisettling additive)를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 하나 이상의 침전방지 첨가제를 포함하며, 이 침전방지 첨가제는 입자로부터의 침전을 방지하고 현탁액으로 머무르도록 돕기 위해 캐리어 유체 내의 자철 입자에 대한 현탁액 조제(suspension aid)를 제공한다. 바람직하게 MR 유체 침전방지 첨가제는 점토, 바람직하게는 유기점토, 바람직하게는 활성제로 활성화된 유기점토 겔화제(organoclay gellant), 바람직하게는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 MR 유체 시일 팽창 조절 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체는 유체에 노출된 MR 유체 장치 내의 시일을 조절하고 바람직하게는 시일을 팽창시키며 MR 유체 장치로부터 유체의 누출을 방지하는, 하나 이상의 MR 유체 시일 팽창 조절 첨가제를 포함한다. 바람직하게 MR 유체 시일 팽창 조절 첨가제는 세바케이트(sabacate), 바람직하게는 디-옥틸 세바케이트(di-octyl sebacate)를 포함한다.

바람직하게 자철 입자는 바람직하게 캐리어 유체에 혼합된 자철 입자를 갖는 캐리어 유체 내에서 분산된다. 자철 입자 및 캐리어 유체 외의 첨가제에 대해, 이 첨가제는 바람직하게 캐리어 유체에 혼합된다. 바람직한 실시예에서 MR 유체는 회전 혼합기를 이용하여, 바람직하게는 캐리어 유체 내의 첨가제 및 자철 입자를 분산시키고 혼합시키도록 혼합 주기 동안 혼합하는 회전 로터 스테이터를 이용하여 회전 혼합된다.

바람직하게 30 부피% 미만의 자철 입자를 갖는 MR 유체는 부피% 측정을 기초로 성분들로부터 MR 유체를 형성하고 제공함으로써 제공된다. 바람직하게 MR 유체는 30% 미만의 자철 입자 총 부피%로 제공된다. 바람직하게 MR 유체의 여러 가지 그룹은 30% 미만의 상이한 자철 입자 총 부피%의로 제공되어, 댐퍼 장치 및 그 피스톤의 복수의 환형 유동 채널을 충전시키도록 30% 미만의 자철 입자의 총 부피%의 MR 유체의 선택 그룹을 제공한다. 바람직하게 적어도 제1 의 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체 및 제2의 상이한 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체는 차량에 대해 둘 이상의 상이한 댐퍼 성능을 제공하도록 댐퍼 장치를 충전시키고 선택하기 위해 제공된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 V>1인 적어도 V개의 상이한 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체를 제공하고, 상기 적어도 V개의 상이한 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체로부터 15와 동일하거나 그보다 큰 L_m/g 비율로 하나 이상의 유동 채널에 대한 바람직한 차량 댐퍼 성능을 제공하는 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체 그룹을 선택하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서 제1 및 제2의 선택된 30% 미만의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체는 도 5의 바람직한 복수의 환형 유동 채널을 이용하여 도 2a의 바람직한 댐퍼에 대해 선택되는 바와 같이, 15 부피% 자철 입자의 MR 유체 및 26 부피% 자철 입자 MR 유체이다. 바람직한 15 부피%의 자철 입자 MR 유체는 7.86g/ml의 밀도를 갖는 15 부피%의 카르보닐 철 입자; .92g/ml의 밀도를 갖는 10 부피%의 디-옥틸 세바케이트; 1.60g/ml의 밀도를 갖는 1.65 부피%의 유기점토 겔화제; 1.189g/ml의 밀도를 갖는 .48 부피%의 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate); 1.06g/ml의 밀도를 갖는 .70 부피%의 무회 포스호로디티오에이트 산화방제; 1.04g/ml의 밀도를 갖는 .87 부피%의 유기몰리브덴 복합체; 및 .81g/ml의 밀도를 갖는 71.30 부피%의 폴리-알파-올레핀 탄화수소 오일 캐리어 유체로 제조되었다. 약 80%의 탄화수소 오일 캐리어 유체의 초기 혼합물은 회전식 혼합기 로터 스테이터(rotary mixer rotor stator)에서 혼합된 유기 몰리브덴 복합체의 절반 및 프로필렌 카보네이트 및 유기점토 겔화제로 제조되었고, 그 후 카르보닐 철 입자가 혼합된 뒤, 성분들의 나머지가 추가되고 혼합되었다. 30 부피% 미만의 자철 입자, 바람직하게 15 부피%의 자철 입자 레벨을 갖는 결과적인 MR 유체는 바람직하게 약 1.88g/ml의 밀도 및 약 144 cP의 0℃ 점성 및 약 45 cP의 25℃ 점성을 갖는다. 유사하게, 26 부피%의 자철 입자 총 부피%의 MR 유체는 26 부피%의 카르보닐 철 입자로 제조되었다. 유사하게, 22 부피%의 자철 입자 총 부피% MR 유체는 22 부피% 카르보닐 철 입자로 제조되었다.

바람직하게, MR 유체 자철 입자는 0.1 내지 0.45, 바람직하게는 0.1 내지 0.4의 범위 내의 철 입자 부피 분율을 갖는다. 바람직하게, MR 유체 자철 입자는 0.3 미만, 바람직하게는 0.2 미만의 철 입자 부피 분율을 갖는다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 항복 보강 영역을 형성하는 도표이다. 수평축은 L_m/g 비율인 반면, 수직축은 L_m/g/φ을 나타내며, 이때 φ는 철 입자 부피 분율이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MR 유체 댐퍼는 큰 상자(311)로 분류된다. 표 1에 제시된 L_m, g 및 φ 특성을 갖는 기존의 MR 유체 댐퍼는 작은 상자(312)로 분류된다. 표 1에 실린(및 도 13에서 작은 상자(312) 내에 속하는) 모든 댐퍼는 13 미만 또는 이와 동일한 L_m/g 및 50 미만의 L_m/g/φ를 갖는다. 작은 상자 내의 값에 대해 상당한 양의 항복 강도 보강이 관찰되지 않는다. 본 발명에 따른 MR 유체 밸브는 더 큰 상자에 속한다. 이들 유체 밸브는 15보다 더 큰 L_m/g 및 50보다 더 큰 L_m/g/φ을 갖는다.

댐퍼 식별	L_m(mm)	g(mm)	L_m/g	φ	L_m/g/φ
A	24	2.0	12	.40	27
B	16	1.5	10.7	.40	24
C	6.5	0.7-1.3	5-9.3	.22-.26	19-42
D	6	0.5	12	.28	42
E	13	1.0	13	.32-.35	37-41
F	20	2	10	.32	31
G	~17	3	5.7	.35	16
H	10	2	5	.32	16
I	20	1.5	13	.32	41
J	17	3	5.7	.35	16.2
K	12	1.25	9.6	.26	37

도 14는 76mm의 외경을 갖는 이중 채널 댐퍼에 대해 측정된 성능 데이터를 나타낸다. 이 댐퍼는 부피 단위로 15%의 철 입자를 포함하는 MR 유체로 충전된다. 이 댐퍼는 23.7mm의 결과적인 L_m/g에 대해 11.85mm의 L_m 및 0.5mm의 균일한 갭(g)을 갖는다. 이 댐퍼에 대해 측정된 힘은 실선으로 지시되며 데이터 점으로 지시된다. 3 암페어의 입력 전류에서 관찰된 힘을 얻기 위해, 이 댐퍼 내의 유체는 2.25의 항복 강도 보강 인자를 나타내야 한다. 상부의 점선(211)은 2.25의 항복 보강 인자를 나타내는 15%의 MR 유체를 갖는 이러한 댐퍼에 대한 예상 성능이며, 즉 MR 유체의 명백한 항복 강도는 회전형 방향제어 전단 전류계(rotary direct shear rheometer)로 측정될 것의 2배가 넘는다.

도 5로 되돌아가서, 자기장의 프린징(fringing) 및 유동 분할기(230)에서의 플럭스 손실로 인해, 플럭스 링(214)에 가장 가까운 유동 채널(232) 내의 자기 플럭스 밀도는 플럭스 링(214)으로부터 가장 먼 유동 채널(234) 내의 자기 플럭스 밀도보다 더 작은 경향이 있을 것이다. 따라서, 플럭스 링(214)에 가장 가까운 유동 채널(232) 내의 유체는 플럭스 링(214)으로부터 가장 먼 유동 채널(234) 내의 유체에 앞서 항복하고 유동할 것이다. 이러한 영향은 플럭스 링(214)에 가장 가까운 유동 채널(232)의 갭 폭(g₁)을 플럭스 링(214)으로부터 가장 먼 유동 채널의 갭 폭(g₂)보다 작게 함으로써 보장될 수 있다.

유동 분할기(230)는 바람직하게 유동 분할기(230)의 축방향 길이를 따라 자기 플럭스의 유동을 제한하도록 높은 플럭스 밀도에서 자기적으로 포화시킨다. 예를 들면, 도 15에 도시된 바와 같이, 유동 분할기(230)는 자기 투과성 부분(238) 쌍 사이에 삽입되고, 이에 연결되는 비자성 부분(236)을 포함한다. 대안적으로, 유동 분할기(230)는 비자성 부분(236) 및 자기 투과성 부분(238)을 갖는 것으로 간주될 수 있으며, 이때 비자성 부분(236)이 자기 투과성 부분(238)의 중간 부분에 매립되어, 비자성 부분(236)은 EM 코일(도 5에서 204)에 대해 대향한다. 비자성 부분(236)은 자기 투과성 부분(238) 쌍 사이에서의 자기 플럭스의 유동을 방지한다. 자기 투과성 부분(138)은 바람직하게 높은 투과성의 강자성 재료와 같은 높은 투과성 재료로 제조된다. 도 5에 도시된 바와 같은 다른 실행예에서, 유동 분할기(230)는 저탄소강과 같은 자기 투과성 재료로 제조된 단일한 링이며, 이때 단일한 링은 예를 들면 방사상 두께가 약 1mm로 매우 얇다. 얇고 단일한 링의 중간 영역(239)은 자기적으로 포화됨으로써, 자기 플럭스의 축방향 유동을 제한할 것이다. 다른 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 유동 분할기(230)는 저탄소강과 같은 자기 투과성 재료로 제조되며 얇아진 중간 부분(240)을 갖는 단일한 링(242)일 수 있다. 전술한 예시에서와 같이, 얇아진 중간 영역(240)은 빠르게 자기적으로 포화될 것이며, 유동 분할기(230)에서 자기 플럭스의 축방향 유동을 제한할 것이다. 얇아진 중간 영역(240)은 에폭시와 같은 비자성 재료(244)로 다시 충전되어서, 유동 분할기(230)기에 그 축방향 길이를 따라 일치하는 방사상 두께를 제공함으로써 매끄럽고 균일한 유체 유동 경로를 보호할 수 있다. 단일편 유동 분할기(230)가 HyMu80(80% 니켈 및 20% 철)과 같은 강자성 합금 또는 매우 높은 초기 투과성을 갖지만 비교적 낮은 플럭스 밀도에서 포화되는 다른 철-니켈 합금으로 제조되는 경우, 향상된 성능이 달성될 수 있다.

유동 분할기(230)의 중간 영역이 (도 16에서 240으로 도시된 바와 같이) 얇아지거나 (도 15에서 236으로 도시된 바와 같이) 비자성 재료를 포함하는 경우에 대해, 얇아진 영역 또는 비자성 재료의 길이(B)는 바람직하게 극 간격(도 5에서 A)보다 짧다. 바람직하게, B<A-2g이다. 보다 바람직하게 B<A-5g이다. 가장 바람직하게 B<A-10g이다. 파라미터 "g"는 유동 채널의 갭 폭이다. N개의 유동 채널에 대해, 파라미터 "g"는 복수의 유동 채널의 갭 폭의 평균으로 정의될 수 있다. 유동 채널(도 5에서 232, 234)의 경우, g는 (g₁+g₂)/2로 정의될 수 있다.

유동 분할기(230)는 바람직하게 자기 포화를 방지하도록 충분히 두꺼운 플럭스 링(214) 및 컴팩트한 피스톤 조립체(200)를 허용하도록 방사상 두께가 얇다. 일례로, 유동 분할기(230)는 방사상 두께가 2mm 또는 그 미만일 수 있으며, 방사상 두께가 바람직하게 1mm 또는 그 미만일 수 있다. 유동 분할기(230)의 방사상 두께는 플럭스 링(214)의 방사상 두께보다 상당히 작아야 한다. 이는 플럭스 링(214) 내에서 자기 플럭스의 용이한 축방향 유동을 허용하면서 유동 분할기(230)에서 자기 플럭스의 축방향 유동을 제한하기 위함이다. 바람직하게, 분할기(230)의 두께는 플럭스 링(214)의 두께와 동일하거나 그의 1/2 미만이다. 보다 바람직하게 유동 분할기(230)의 두께는 플럭스 링(214)의 두께와 동일하거나 그의 1/3 미만이다. 가장 바람직하게 분할기(230)의 두께는 플럭스 링(214)의 두께와 동일하거나 그의 1/4 미만이다.

MR 유체 댐퍼 장치는 피스톤 조립체(200) 및 그 변형물 내에 위치되는 MR 유체 밸브의 유동 채널(들)에 관하여 설명되었다. 그러나 유동 채널(들)은 피스톤 조립체(200) 및 그 변형물의 외부에 위치될 수도 있다. 도 17은 MR 유체 밸브의 유동 채널(304)이 피스톤 조립체(324)와 댐퍼 하우징(320) 사이에 위치되는 시스템의 일례를 도시한다. 유동 채널(304)은 갭 폭(g)을 갖는다. 이 예시에서, 피스톤 조립체(320)는 전술된 바와 같은 자기장 발생기(202)를 포함한다. 이전 예시에서와 같이, L_m/g은 크다. 이 예시에서, 댐퍼 하우징(320)은 자기 투과성 재료로 제조된 플럭스 링으로 기능한다. 대체로, 작동중에 자기장 발생기(202)를 둘러쌀 댐퍼 하우징(320)의 적어도 일부는 자기 투과성 재료로 제조되어야 한다. 자기장 발생기(202)는 여기될 때, 유동 채널(304) 내의 MR 유체에 걸쳐서 자기장을 인가한다. 자기 플럭스(305)는 단일하고 연속적인 경로에서, 자기장 발생기(202)의 코어(206) 위로, 유동 채널(304)을 가로질러서, 댐퍼 하우징(320)의 아래로, 유동 채널(304)을 가로 질러서, 코어(206) 위로 이동한다. 이 경우, MR 유체 댐퍼 장치는 전단 모드에서 작동하며, 이는 유동 채널(304)을 형성하는 하나 또는 그보다 많은 표면이 유동 채널(216) 내의 축방향 유동 및 수직한 자기장에 대해 고정되게 유지되지 않음을 의미한다. 이 경우, 자기장 발생기(202)는 유체 챔버(306, 308) 내에서의 압력차에 응답하여 댐퍼 하우징(302)에 대해 축방향으로 이동한다.

도 18a 내지 도 18c는 MR 유체 댐퍼 장치와 사용하기 위한 것으로 복수의 환형 유동 채널을 갖는 MR 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체(400) 및 유동 분할기로 기능하는 EM 코일(405)을 갖는 자기장 발생기(402)를 도시한다. 이전 실시예에서와 같이, 피스톤 조립체(200)는 대체로 원통형 형상을 갖는다. 도 18a 내지 도 18c에 도시된 실시예에서, 자기장 발생기(402)는 전술된 바와 같이 자기 투과성 재료로 제조되는 플럭스 링(404)과 동심이다. 자기장 발생기(402)의 코어(406)는 동심인 내부 코어부(408)와 외부 코어부(410)를 갖는다. 외부 코어부(410)는 EM 코일(405) 및 극 단편(416, 418)을 갖는다. 극 단편(416, 418)은 길이(L_m)의 자극을 제공한다. 내부 코어부(408)가 외부 코어부(410)로부터 방사상으로 이격되어, 내부 코어부(408)와 외부 코어부(410) 사이에 유동 채널(412)이 형성된다. 유동 채널(412)은 갭 폭(g₂)을 갖고, L_m/g₂는 전술한 바와 같이 크다. 유동 채널(403)은 플럭스 링(404)과 자기장 발생기(402) 사이에 형성된다. 유동 채널(403)은 갭 폭(g₁)을 가지며, L_m/g₁은 전술한 바와 같이 크다. 갭 폭(g₁ 및 g₂)은 동일하거나 상이할 수 있다. 추가의 유동 채널은 원할 경우 하나 또는 그보다 많은 유동 분할기의 사용을 통해 플럭스 링(404)과 자기장 발생기(402) 사이에 형성될 수 있다. 추가의 유동 채널은 하나 또는 그보다 많은 유동 분할기의 사용을 통해 외부 코어부(410)와 내부 코어부(408) 사이에 형성될 수도 있다. EM 코일(405)은 비자성 재료로 제조될 수 있는 케이싱(414) 내에 제공될 수 있다. EM 코일(405)은 극 단편(416, 418) 사이에서 외부 코어부(410) 내에 지지되는 케이싱(414)의 코일부(424)에 제공될 수 있다. 케이싱(414)은 내부 코어부(408) 내에 지지되는 허브부(424)를 포함한다. 코일부(424) 및 허브부(424)는 리브부(426)에 의해 연결될 수 있다. 리브부(424)는 전기 와이어(420)를 허브부(422)를 통해 삽입되고 코일부(424) 내의 EM 코일(405)에 연결되게 하는 도관을 포함할 수 있다. 적합한 연결 피처를 갖는 단부 플레이트(428, 430)는 내부 및 외부 코어부(408, 410)를 플럭스 링(404)에 결합시키는데 사용될 수 있다. 단부 플레이트(428, 430)는 유동 채널(403, 412)에 연결되는 슬롯(429, 431)을 포함한다.

도 19a 및 도 19b는 적층된 플레이트로 제조되는 MR 유체 댐퍼 장치로 사용하기 위한 피스톤 조립체(450)를 도시한다. 피스톤 조립체(450)는 전술된 바와 같이 자기 투과성 재료로 제조되는 플레이트(452)의 스택을 포함한다. 플레이트(452) 각각에는 예를 들면 워터젯(water jet)을 이용하여 외부 원형 경로(456)를 따라 복수의 슬롯(454)이 절삭된다. 복수의 슬롯(455)이 또한 예를 들면 워터젯을 이용하여 내부 원형 경로(458)를 따라 플레이트(452) 각각에 절삭된다. 내부 및 외부 원형 경로(456, 458)는 동심이다. 대안적인 실시예에서, 복수의 슬롯은 MR 유체 밸브에서 요구되는 유동 채널의 개수에 따라, 셋 또는 그보다 많은 원형 경로를 따라서 또는 하나의 원형 경로를 따라서 플레이트(452) 내에 절삭될 수 있다. 각각의 원형 경로는 유동 채널을 나타낸다. 원형 경로(456)를 따라서, 슬롯(454)은 브리지(460)에 의해 분리된다. 또한, 원형 경로(458)를 따라서, 슬롯(455)은 브리지(461)에 의해 분리된다. 원형 경로(456, 458) 사이에 설치된(trapped) 플레이트(452)의 부분(457)은 분할기로 기능한다. 분할기는 측면 강성을 위해 비교적 두꺼울 수 있다. 슬롯(454, 455)은 MR 유체 밸브의 유동 채널을 제공한다. 도 19B는 중간 플레이트(452)가 피스톤 로드(124)를 맞물리기 위한 표면 및 EM 코일(465)을 장착하기 위한 포켓을 포함하는 것을 도시한다. 중간 플레이트 사이의(및 EM 코일(465)에 인접하는) 갭(459)은 에폭시와 같은 비자성 재료로 다시 충전될 수 있다. 플레이트(452)는 볼트(463)에 의해 함께 유지된다. 하나 또는 그보다 많은 플레이트(452)에는 댐퍼 하우징(102) 내에서 피스톤 조립체(450)의 왕복 운동을 지지하도록 마모 밴드(467)가 공급될 수 있다. 도 19a 및 도 19b에서 피스톤 조립체는 바람직하게 복수의 환형 유동 채널 피스톤 조립체를 갖는 MR 댐퍼를 제공한다.

도 20a는 EM 코일(503)을 포함하는 자기장 발생기(502)를 구비한 MR 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체(500)를 도시한다. 피스톤 조립체(500)는 자기장 발생기(502)를 둘러싸는 플럭스 본체(504)를 포함한다. 피스톤 로드(124)는 자기장 발생기(502)에 결합된다. 피스톤 조립체(500)는 댐퍼 하우징(102) 내에 배치된다. 유동 분할기(508)는 플럭스 본체(504)와 자기장 발생기(502) 사이의 환형 갭(505) 내에 배치되어, 이 갭 내에 동심인 환형 유동 채널(510, 512)을 형성한다. 유동 분할기(508)는 하나 또는 그보다 많은 트랙(514)을 이용하여 자기장 발생기(502)와 플럭스 본체(504) 사이에서 적소에 유지될 수 있다. 유동 분할기(508)가 갭(505)의 전체 길이를 가로질러 연장하지 않아서, 챔버(520)는 유동 채널(510, 512)로부터의 유체가 병합되는 갭(505) 내에 형성된다. 플럭스 본체(504)의 베이스(515)는 병합 챔버(516)와 소통(communication)하는 슬롯 또는 구멍(518)을 포함한다. 플럭스 본체(504)에는 댐퍼 하우징(102) 내에서 피스톤 조립체(500)의 왕복 운동을 지지하도록 마모 밴드(520)가 공급될 수 있다. 도 20a에서, 유동 분할기(508)는 EM 코일(503)의 최상부 바로 위에서 정지한다. 도 20b는 EM 코일(503)의 최상부 아래에서 연장하는 유동 분할기(522)가 환형 유동 채널(510, 512)을 형성하는데 사용될 수 있음을 도시한다. 이는 병합 챔버(516)의 크기를 감소시킬 것이다. 도 20a 및 도 20b에서, 추가의 유동 분할기가 사용되어 자기장 발생기(502)와 플럭스 본체(504) 사이에 2개보다 많은 환형 유동 채널을 형성할 수 있다.

도 21a는 2개의 EM 코일(534, 536)을 포함하는 자기장 발생기(532)를 구비한 MR 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체(530)를 도시한다. 피스톤 로드(124)는 자기장 발생기(532)에 결합된다. 피스톤 조립체(530)는 자극 단편(540, 542) 및 자기장 발생기(532)를 둘러싸는 플럭스 링(538)을 포함한다. 유동 채널(544)은 플럭스 링(538)과 자기장 발생기(532) 사이의 갭 내에 형성된다. 유동 채널(546)은 자기장 발생기(532) 내에 형성된다. 유동 채널(546)은 예를 들면 워터젯을 이용하여 플레이트 내에 절삭된 복수의 슬롯일 수 있다. 유동 채널(544, 546)은 동심이다. 자극 단편(540, 542)은 유동 채널(544, 546)로 개방되는 구멍(548, 550)을 각각 포함한다. 피스톤 조립체(530)는 댐퍼 하우징(102) 내에 배치된다. 플럭스 링(538)에는 댐퍼 하우징(102) 내의 피스톤 조립체(530)의 왕복 운동을 지지하도록 마모 밴드(554)가 공급될 수 있다.

도 21b는 볼트(569)에 의해 함께 유지되는 플레이트(570)의 스택으로 제조되는 코어(563)를 갖는 자기장 발생기(562)를 구비한 MR 유체 밸브를 갖는 피스톤 조립체(560)를 도시한다. 자기장 발생기(562)는 피스톤 로드(124)에 결합된다. 플레이트(570)는 자기 투과성 재료로 제조된다. EM 코일(564, 568)은 중간 플레이트(570a, 570b) 내의 포켓 내에 위치된다. 플레이트(570) 사이의(및 EM 코일(564, 568)에 인접하는) 리세스(571)는 에폭시와 같은 비자성 재료로 다시 충전될 수 있다. EM 코일(564, 568)의 상부와 하부의 플레이트(570)의 부분들은 자극으로 작용한다. 플레이트(570)는 슬롯(572)을 갖고, 슬롯은 유동 채널(574)을 형성한다. 피스톤 조립체(560)는 댐퍼 하우징(578) 내에 배치된다. 피스톤 조립체(560)의 외경이 댐퍼 하우징(578)의 내경보다 더 작아서, 피스톤 조립체(560)의 외벽과 댐퍼 하우징(572)의 내벽 사이에 유동 채널(576)이 형성된다. 따라서, MR 유체 댐퍼 장치는 도 21b의 실시예에서 유동 모드에서 부분적으로 및 전단 모드에서 부분적으로 작동한다.

본 발명은 제한된 개수의 실시예에 대해 설명되었지만, 본 명세서의 이익을 갖는 당업자는 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 명세서의 범주를 벗어나지 않는 다른 실시예가 안출될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

자기 유변 유체 밸브로서:
하나 이상의 전자기 코일과, 극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 자극을 구비하는 자기장 발생기; 및
상기 전자기 코일에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 그와 동일한 하나 이상의 유동 채널을 포함하는
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
상기 자기장 발생기를 둘러싸는 플럭스 링을 더 포함하며,
상기 하나 이상의 유동 채널은 상기 플럭스 링과 상기 자기장 발생기 사이에 형성되는
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
상기 갭 폭(g)은 상기 하나 이상의 유동 채널의 유동 갭 길이를 따라 실질적으로 일정한
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 유동 채널은 환형 형상인
자기 유변 유체 밸브.
제2 항에 있어서,
상기 자기장 발생기와 플럭스 링 사이에 형성되는 하나 이상의 추가 유동 채널을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 추가 유동 채널은 갭 폭(g₁)을 가지며, L_m/g₁은 15와 동일하거나 그보다 큰
자기 유변 유체 밸브.
제5 항에 있어서,
상기 자기장 발생기와 플럭스 링 사이에 배치되는 유동 분할기를 더 포함하며, 상기 유동 분할기는 상기 플럭스 링과 자기장 발생기 사이에 하나 이상의 유동 채널 및 하나 이상의 추가 유동 채널을 형성하는
자기 유변 유체 밸브.
제6 항에 있어서,
상기 하나 이상의 유동 분할기의 방사상 두께는 상기 플럭스 링의 방사상 두께의 1/2과 동일하거나 그보다 작은
자기 유변 유체 밸브.
제6 항에 있어서,
하나 이상의 상기 유동 분할기는 제1 자기 투과성 부분과 제2 자기 투과성 부분 사이에 비자성 부분을 포함하는
자기 유변 유체 밸브.
제8 항에 있어서,
상기 자기장 발생기는 둘 이상의 이격된 자극을 갖고, 상기 비자성 부분의 축방향 길이는 상기 둘 이상의 이격된 자극들 사이의 극 간격과, 상기 하나 이상의 유동 채널 및 상기 하나 이상의 추가 유동 채널의 갭 폭(g, g₁)의 평균의 2배 사이의 차이보다 짧은
자기 유변 유체 밸브.
제6 항에 있어서,
하나 이상의 상기 유동 분할기는 그 중간 부분에 리세스를 구비하며, 상기 리세스 내에 배치되는 비자성 재료를 더 포함하는
자기 유변 유체 밸브.
제10 항에 있어서,
상기 자기장 발생기는 둘 이상의 이격된 자극을 갖고, 상기 리세스의 축방향 길이는 상기 둘 이상의 자극 사이의 극 간격과, 상기 하나 이상의 유동 채널 및 상기 하나 이상의 추가 유동 채널의 갭 폭(g, g₁)의 평균의 2배 사이의 차이보다 짧은
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
자기 투과성 코어가 동심의 이격된 배치로 내부 코어부와 외부 코어부를 포함하고, 상기 전자기 코일은 상기 외부 코어부 내에 포함되는
자기 유변 유체 밸브.
제12 항에 있어서,
상기 내부 코어부와 외부 코어부 사이에 형성된 하나 이상의 추가 유동 채널을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 추가 유동 채널은 갭 폭(g₁)을 가지며, L_m/g₁은 15와 동일하거나 그보다 큰
자기 유변 유체 밸브.
제13 항에 있어서,
상기 하나 이상의 추가 유동 채널은 상기 하나 이상의 유동 채널과 동심인
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
상기 전자기 코일은 하나 이상의 유동 채널에 인접한 자기장 발생기의 표면으로부터 오프셋되는
자기 유변 유체 밸브.
제2 항에 있어서,
상기 자기장 발생기는 플럭스 링에 결합되는
자기 유변 유체 밸브.
제1 항에 있어서,
상기 자기장 발생기는 플레이트의 스택을 포함하고, 각각의 플레이트는 자기 투과성 재료로 제조되며, 상기 전자기 코일은 상기 플레이트 중 하나 이상에 형성된 리세스 내에 배치되는
자기 유변 유체 밸브.
제17 항에 있어서,
상기 하나 이상의 유동 채널은 상기 플레이트에 형성된 복수의 슬롯에 의해 제공되는
자기 유변 유체 밸브.
자기 유변 유체 댐퍼로서:
자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는 댐퍼 하우징; 및
상기 댐퍼 하우징의 내부 공동을 제1 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버 및 제2 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버로 분할하며, 자기 유변 유체 밸브를 포함하는 피스톤 조립체;를 포함하며, 상기 자기 유변 유체 밸브는,
극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 제1 자극을 갖는 자기장 발생기; 및
상기 자기장 발생기에 인접하고, 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 동일한 하나 이상의 유동 채널을 구비하며,
상기 댐퍼 하우징의 내부 공동은 30% 미만의 자기 유변 유체의 자철 입자 총 부피%를 갖는 자기 유변 댐퍼를 구비하고, 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 갖는 상기 자기 유변 댐퍼의 유체는 상기 댐퍼 하우징에 대하여 상기 피스톤 조립체의 운동을 제어하도록 상기 비율(L_m/g)로 상기 하나 이상의 제1 유동 채널을 통하여 제어 가능하게 유동하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제19 항에 있어서,
상기 자기장 발생기를 둘러싸는 플럭스 링을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 제1 유동 채널은 상기 플럭스 링과 상기 자기장 발생기 사이에 있는
자기 유변 유체 댐퍼.
제19 항에 있어서,
상기 갭 폭(g)은 상기 하나 이상의 제1 유동 채널의 길이를 따라 실질적으로 일정한
자기 유변 유체 댐퍼.
제19 항에 있어서,
갭 폭(g₁)을 갖는 하나 이상의 제2 유동 채널을 더 포함하며, L_m/g₁은 15와 동일하거나 그보다 더 큰
자기 유변 유체 댐퍼.
제20 항에 있어서,
상기 자기장 발생기와 상기 플럭스 링 사이에 하나 이상의 제2 유동 채널을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 제2 유동 채널은 갭 폭(g₁)을 가지며, L_m/g₁은 15와 동일하거나 그보다 더 큰
자기 유변 유체 댐퍼.
제20 항에 있어서,
상기 자기장 발생기와 상기 플럭스 링 사이에 배치되는 유동 분할기를 더 포함하고, 상기 유동 분할기는 상기 자기장 발생기와 플럭스 링 사이에 상기 하나 이상의 제1 유동 채널 및 하나 이상의 제2 유동 채널을 형성하며, 상기 하나 이상의 제2 유동 채널은 갭 폭(g₁)을 갖고, L_m/g₁은 15와 동일하거나 그보다 더 큰
자기 유변 유체 댐퍼.
제24 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼 유체는 26% 이하(no greater than)의 철 부피 분율을 갖는
자기 유변 유체 댐퍼.
제24 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼 유체는 18% 미만의 철 부피 분율을 갖는
자기 유변 유체 댐퍼.
제24 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼는 외부 완충 장치를 갖는
자기 유변 유체 댐퍼.
제24 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼는 외부 베이스 장착 완충 장치(external base mounted accumulator)를 갖는
자기 유변 유체 댐퍼.
제24 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼는 댐퍼 베이스 표준 유동 도관을 구비한 외부 베이스 장착 완충 장치를 가지며, 상기 댐퍼 베이스 표준 유동 도관은 댐퍼 단부 베이스를 통해 상기 외부 베이스 장착 완충 장치로 곡선형의 표준 재지정 유동 경로를 제공하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제19 항에 있어서,
상기 자기 유변 댐퍼는 댐퍼 베이스 표준 유동 도관을 구비하는 외부 베이스 장착 완충 장치를 가지며, 상기 댐퍼 베이스 표준 유동 도관은 댐퍼 단부 베이스를 통하여 상기 외부 베이스 장착 완충 장치로 곡선형의 표준 재지정 유동 경로를 제공하며, 상기 외부 베이스 장착 완충 장치는 완충 장치 피스톤을 포함하며, 상기 완충 장치 피스톤은 상기 피스톤 조립체의 운동에 반대인 운동으로 상기 외부 베이스 장착 완충 장치 내에서 축방향으로 왕복운동하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제30 항에 있어서,
상기 댐퍼는 피스톤 로드 베어링 및 내부 시일(inboard seal)을 수용하는 축방향으로 연장하는 필터 부재를 구비한 피스톤 로드 가이드를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제31 항에 있어서,
상기 피스톤 로드 가이드는 제2 외부 로드 시일 및 외부 로드 와이퍼를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제32 항에 있어서,
상기 축방향으로 연장하는 필터 부재는 26% 이하의 철 부피 분율을 갖는 자기 유변 댐퍼 유체로부터 자철 입자를 여과하며, 상기 자철 입자가 상기 제2 외부 로드 시일에 도달하는 것을 방지하는
자기 유변 유체 댐퍼.
자기 유변 유체 댐퍼로서:
자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는 댐퍼 하우징; 및
상기 댐퍼 하우징 내에 배치되는 피스톤 조립체를 포함하며, 상기 피스톤 조립체는, 자기 유변 유체 밸브를 포함하고, 상기 자기 유변 유체 밸브는,
극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 자극 및 하나 이상의 전자기 코일을 갖는 자기장 발생기, 및
하나 이상의 전자기 코일에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 동일한 하나 이상의 유동 채널을 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제34 항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징 내에 형성되는 완충 장치를 더 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제34 항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징 외부에 있는 완충 장치 및 상기 댐퍼 하우징의 내부와 상기 외부의 완충 장치 사이에 소통을 제공하는 도관을 더 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제34 항에 있어서,
상기 피스톤에 결합되는 피스톤 로드를 더 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제37 항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징 내에 배치되는 피스톤 로드 가이드를 더 포함하며, 상기 피스톤 로드 가이드는 상기 피스톤 로드를 수용하기 위해 그 내부에 통로를 갖는
자기 유변 유체 댐퍼.
제38 항에 있어서,
상기 피스톤 로드 가이드는 상기 피스톤 로드와 맞물리고 상기 피스톤 로드의 왕복 운동을 지지하도록 피스톤 로드 베어링 조립체를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제38 항에 있어서,
상기 피스톤 로드 가이드는 완충 장치를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
제38 항에 있어서,
상기 피스톤 로드 가이드는 챔버를 구비하고, 상기 댐퍼 하우징의 내부 공동으로부터 상기 챔버 내에 수용된 자기 유변 유체로부터 입자를 여과시키기 위해 상기 챔버 내에 배치되는 필터를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼.
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법으로서:
자기 유변 유체를 수용하기 위한 내부 공동을 갖는 댐퍼 하우징을 제공하는 단계;
상기 댐퍼 하우징의 내부 공동을 제1 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버 및 제2 댐퍼 하우징 내부 공동 챔버로 분할하기 위한 피스톤 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 피스톤 조립체가 자기 유변 유체 밸브를 포함하고, 상기 자기 유변 유체 밸브가,
극 길이(L_m)를 갖는 하나 이상의 제1 자극을 갖는 자기장 발생기; 및
상기 자기장 발생기에 인접하고 갭 폭(g)을 가지며, 비율(L_m/g)이 15보다 크거나 동일한 하나 이상의 제1 유동 채널을 구비하는, 피스톤 조립체를 제공하는 단계;
30% 미만의 자기 유변 유체의 자철 입자의 총 부피%를 갖는 자기 유변 댐퍼 유체를 제공하는 단계; 및
상기 피스톤 조립체 및 상기 자기 유변 댐퍼 유체를 상기 댐퍼 하우징 내에 배치하는 단계를 포함하며,
상기 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 갖는 상기 자기 유변 댐퍼 유체는 상기 댐퍼 하우징에 대한 상기 피스톤 조립체의 운동을 제어하도록 상기 비율(L_m/g)로 상기 하나 이상의 제1 유동 채널을 통하여 제어 가능하게 유동하는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제42 항에 있어서,
상기 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 갖는 상기 자기 유변 댐퍼 유체는 상기 30% 미만의 자기 유변 유체 자철 입자의 총 부피%를 자기 유변 댐퍼 유체의 다양한 그룹으로부터 선택하는 단계를 포함하며, 상기 다양한 그룹은 30% 미만의 상이한 자철 입자의 총 부피 분율을 갖는 복수의 상이한 자기 유변 댐퍼 유체로 이루어지는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제43 항에 있어서,
선택된 하나 이상의 제1 댐퍼 유체는 26% 이하의 철 부피 분율을 갖는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제43 항에 있어서,
선택된 하나 이상의 제2 댐퍼는 16% 이하의 철 부피 분율을 갖는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제42 항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징의 제1 단부를 곡선형의 표준 재지정 유동 경로 도관을 포함하는 댐퍼 단부 베이스로 종결시키는 단계를 포함하며,
상기 곡선형의 표준 재지정 유동 경로 도관은 댐퍼 유체 유동을 외부에서 상기 댐퍼 단부 베이스를 이용하여 장착된 외부 베이스 장착 완충 장치로 재지향시키는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제46 항에 있어서,
상기 댐퍼 베이스 표준 유동 도관이 상기 댐퍼 단부 베이스를 통해 상기 외부 베이스 장착 완충 장치로 상기 곡선형의 표준 재지정 유동 경로를 제공하는 상태에서, 상기 외부 베이스 장착 완충 장치는 완충 장치 피스톤을 포함하며, 상기 완충 장치 피스톤은 상기 피스톤 조립체의 운동에 반대인 운동으로 상기 외부 베이스 장착 완충 장치 내에서 축방향으로 왕복운동하는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제47 항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징의 제2 단부를 축방향으로 연장하는 필터 부재를 갖는 피스톤 로드 가이드로 종결시키는 단계를 포함하며, 상기 축방향으로 연장하는 필터 부재는 내부 시일 및 피스톤 로드 베어링을 수용하는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제48 항에 있어서,
상기 피스톤 로드 가이드는 제2 외부 로드 시일, 외부 로드 와이퍼, 및 상기 피스톤 조립체를 왕복운동시키기 위한 왕복 피스톤 로드를 포함하는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.
제49 항에 있어서,
상기 축방향으로 연장하는 필터 부재는 26% 이하의 철 부피 분율을 갖는 자기 유변 댐퍼 유체로부터 자철 입자를 여과하고, 상기 자철 입자가 상기 제2 외부 로드 시일에 도달하는 것을 방지하는
자기 유변 유체 댐퍼 제조 방법.