KR20110139340A

KR20110139340A - 차량용 능동 동흡진기 장치

Info

Publication number: KR20110139340A
Application number: KR1020100059359A
Authority: KR
Inventors: 김재산; 김정훈; 박운환; 송윤철; 오상흔
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 파브코
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-12-29
Also published as: CN102297235B; KR101184284B1; US8616536B2; US20110316206A1; DE102010060935A1; CN102297235A; JP2012007725A

Abstract

본 발명은, 차량의 프레임에 장착되어 차량의 진동을 감쇠시키는 차량용 능동 동흡진기 장치에 있어서, 전원인가에 따라 진동하는 동흡진기를 구비하며, 상기 동흡진기는 하우징 내에서 상하로 진동하는 요크부가, 판형상으로서 평행하게 배치된 상측스프링과 하측스프링 사이에 장착되되, 상기 요크부는 상측과 하측에서 각각 돌출된 상측돌출부와 하측돌출부가 형성되고, 상기 상측돌출부는 상측스프링의 중심에 결합되며, 상기 하측돌출부는 하측스프링의 중심에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 요크부가 판스프링의 중심에만 연결되어 상하 방향으로만 더 효율적으로 진동을 유발시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 능동 동흡진기 장치{Active dynamic vibration absorber apparatus for vehicle}

본 발명은 차량용 능동 동흡진기 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 구조를 단순화하여 부품 수는 줄이되, 성능은 더욱 향상된 능동형 동흡진기 장치에 관한 것이다.

엔진의 구동에 따라 차량에는 진동이 발생하기 때문에, 이러한 진동을 감쇠시키기 위한 연구와 개발이 진행되어 왔다.

동흡진기는 발생 진동에 대한 안티노드(Anti-Node)를 고의로 일으켜 진동의 진폭을 감쇠시키는 장치로서, 자동차의 진동 감쇠를 위한 장치로 널리 사용되어 왔다.

상기 동흡진기는 질량-스프링계(mass-spring system)를 이루며, 동흡진기 중 발생된 진동을 감지하고 그 진동폭과 주파수에 따라 진동폭 및 주기를 조절하여 감쇠시키는 방식을 능동 동흡진기라 한다. 상기 능동 동흡진기를 구성하는 장치는 질량-스프링계인 동흡진기와 상기 동흡진기를 전기 에너지로서 왕복 운동시킬 수 있는 센서 및 장치로 구성된다.

도 1a 를 참조하면, 엔진(engine)의 진동은 엔진마운트(engine mount)를 통하여 섀시(chassis)로 전달되어 차체 전체를 진동시킨다. 비록 엔진마운트에서 일정 수준까지 엔진의 진동은 감쇠되나 이는 충분하지 못하다. 따라서 엔진에서 전달된 진동을 감쇠시키기 위해 능동 동흡진기 장치가 추가적으로 설치된다. 도시된 바와 같은 능동 동흡진기 장치는 동흡진기(vibration absorber)이외에도 섀시의 진동의 크기 및 방향 등을 감지하는 가속도계(accelerometer)와 엔진 회전 속도를 감지하며 가속도계에서 신호를 받고 동흡진기를 제어하는 컨트롤러(controller) 및 컨트롤러에서 제공된 전기적신호를 증폭하는 증폭기(amplifier)를 포함하여 구성된다. 이와 같이 구성된 능동 동흡진기 장치는 도면의 우측에 도시된 바와 같이, 엔진에서 발생되어 엔진마운트를 통해 전달된 진동과 위상(phase)이 반대되는 진동을 동흡진기에서 발생시켜 섀시에서의 진동을 상쇄시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 구성의 능동 동흡진기는 엔진의 rpm 에 따라 상이하게 발생되는 진동에 따라 전기적 신호를 제어하여 반대 위상을 갖는 진동을 발생시킬 수 있으므로, 차량의 저속 및 고속 운행시에도 엔진의 진동을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

이러한 능동 동흡진기 장치에서 동흡진기는, 전기적 신호에 의해 진동하도록 내부에 코일이 감겨진 코일부와 코일에 전류가 흐르면 전기적인 힘에 의해 움직이며 일정한 질량을 갖는 요크부를 내장한다. 상기 요크부는 서로 다른 방향을 향하여 연속적으로 힘을 받아 상하로 움직이되, 이러한 움직임이 진동으로 전환되도록 요크부의 상부면과 하부면에 각각 판스프링이 부착된다.

도 1b 는 종래의 동흡진기에서 요크부(3)에 판스프링들(2a, 2b)이 장착된 모습을 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 상기요크부는 상측 및 하측 각각의 테두리에서 다수 개의 호형(arc shape) 판스프링들이 부착되며, 상기 판스프링들은 하우징에 체결될 수 있도록 끝단에 볼트와 너트가 장착되는 구조를 갖는다. 그러나, 이와 같은 구조는 판스프링과 요크부의 결합지점이 판스프링의 갯수만큼 발생하므로 조립시간이 증가하였고, 진동하는 요크부의 관성력이 각 판스프링으로 분산되는 구조이므로 이를 더 효율적으로 개선할 필요가 있었다.

따라서, 본 발명은 더욱 효과적인 요크부의 진동을 발생시킬 수 있는 동흡진기를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 프레임에 장착되어 차량의 진동을 감쇠시키는 차량용 능동 동흡진기 장치에 있어서, 전원인가에 따라 진동하는 동흡진기를 구비하며, 상기 동흡진기는 하우징 내에서 상하로 진동하는 요크부가, 판형상으로서 평행하게 배치된 상측스프링과 하측스프링 사이에 장착되되, 상기 요크부는 상측과 하측에서 각각 돌출된 상측돌출부와 하측돌출부가 형성되고, 상기 상측돌출부는 상측스프링의 중심에 결합되며, 상기 하측돌출부는 하측스프링의 중심에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 요크부는, 상측이 개구된 컵(cup)모양을 가지며 하측돌기부가 하부면에 형성된 하부요크;와 상기 하부요크의 내측에서 바닥면에 결합되는 자성체; 및 상기 자성체의 상면에 결합되고 상측돌기부가 상부면에 형성된 상부요크;를 포함하고, 상기 하부요크의 내주면과 상부요크 및 자성체의 외주면 사이에는 삽입공간이 형성되며, 상기 삽입공간에는 하우징에 고정되고 코일이 감겨진 코일부가 위치하도록 구성된다. 상기 자성체의 외주면에는 상부요크와 하부요크를 결속시키는 결속링이 체결된다.

그리고, 상기 하부스프링과 상부스프링은, 중심에서 방사형으로 확장된 두 개 이상의 스포크(spoke)를 가지며, 상기 스포크의 끝단이 하우징에 결합된다. 또한, 상기 스포크는 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 요크부가 판스프링의 중심에만 연결되어 상하 방향으로만 더 효율적으로 진동을 유발시킬 수 있는 효과가 있다. 아울러, 동일한 하우징 내에서 요크부의 체적을 증가시켜 중량을 증가시킬 수 있는 구조로서 가진력(excitation force)를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상부스프링과 하부스프링을 복수 개의 부품으로 구성하지 않고 일체로 구성함으로서 조립의 편의성을 향상하였으며, 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 차량에 설치되는 능동 동흡진기 장치의 구성도이고,
도 1b 는 종래의 동흡진기에서 요크부에 판스프링이 장착된 모습을 도시한 사시도이고,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동흡진기의 단면도이고,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크부에 하부스프링 및 상부스프링이 장착된 모습을 도시한 사시도이고,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동흡진기가 서브프레임에 장착되어 진동을 발생시킬 때의 모습을 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 동흡진기 장치의 동흡진기(100) 구조에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2 와 도 3 을 참조하면, 본 발명의 동흡진기(100)는 새시 또는 차량의 서브프레임에 장착되며, 전술한 바와 같은 컨트롤러 및 증폭기로부터 전기적 신호를 인가 받아 진동하도록 구성된다. 상기 동흡진기(100)는 내부에 요크부(10), 코일부(60), 하측스프링(30) 및 상측스프링(20)을 내장할 수 있도록 하우징(70)을 구비한다. 상기 하우징(70)은 컵모양으로 형성된 하부하우징(70a)과 상기 하부하우징(70a)의 상측을 개폐하며 서브프레임에 장착되도록 브라켓(71)이 상측면에 구비된 상부하우징(70b)으로 이뤄진다.

상기 상부하우징(70b)은 중앙에서 요크부(10)의 상단이 돌출가능하도록 홀(hole)이 형성되며, 바닥면에는 코일이 감겨진 코일부(60)가 고정설치된다. 상기 코일부(60)는 외부에서 전류가 공급되어 전자석이 될 수 있도록 전선이 배열되고, 자성체(12)와 상부요크(13)가 안쪽으로 위치할 수 있도록 상하로 개구된 원통형상으로 구성된다.

한편, 상기 하부하우징(70a)에는 내측 바닥면에서 (요크부의 진동을 감안하여) 일정 높이 위로 돌출된 상태에서 하측스프링(30)이 안착되고, 상기 하측스프링(30) 위로 요크부(10)가 안착된다. 상기 요크부(10)는 하부요크(11), 자성체(12) 및 상부요크(13)가 적층되어 구성된다. 상기 하부요크(11)는 컵(cup) 형상으로서 상측면이 파여진 형태로 형성되며, 바닥면은 아래로 볼록하게 돌출되어 하측돌출부(10b)가 형성된다. 상기 하측돌출부(10b)의 중앙에는 볼트홀이 형성되어 하측스프링(30) 위에 안착된 후 볼트(50)에 의해 결합되도록 구성된다.

상기 하부요크(11)의 내측으로는 원통 또는 링 형상이며 영구자석인 자성체(12)가 안착된다. 상기 자성체(12)의 위로는 상부요크(13)가 안착된다. 상기 상부요크(13)도 원통형으로 형성되되, 상면에는 상부하우징(70b)의 홀(hole) 위로 돌출될 수 있도록 상측돌출부(10a)가 형성된다. 상기 상부요크(13)와 자성체(12)는 하부요크(11)에 결속링(14)에 의하여 고정된다. 그리고, 하부요크(11) 내에는 상부요크(13) 및 자성체(12)와 이격되어 삽입공간(15)이 형성된다. 상기 삽입공간(15)에는 하부하우징(70a)과 상부하우징(70b)이 결합할 때, 코일부(60)가 진입한다. 상부하우징(70b)의 홀에서 드러나게 되는 상부요크(13)의 상측돌출부(10a) 위로는 상측스프링(20)이 안착되어 결합된다. 하부요크(11)가 마찬가지로 볼트(40)에 의해 상부요크(13)도 상측스프링(20)과 결합되며 상측스프링(20)은 테두리 부분에서 상부하우징(70b)에 결합된다.

한편, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상측스프링(20)은 핀휠(pinwheel: 바람개비) 형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상측스프링(20)의 중심 부분은 일정한 넓이를 갖는 판형상으로서 볼트결합 가능하도록 볼트홀이 형성되고, 세 개의 스포크(spoke)(21a, 21b, 21c)가 중심 부분에서 방사형으로 확장되어 형성된다. 상기 스포크(21a, 21b, 21c)는 각각의 끝단에 홀이 형성되어 상부하우징(70b)에 볼트체결될 수 있도록 구성되되, 요크부의 진동에 간섭이 발생하지 않도록 그리고, 요크부의 자세를 유지시키며 지지하도록 나선형으로 형성된다. 한편, 도면상에 명확하게 도시되지는 않았으나 하측스프링(30)도 상측스프링(20)과 동일한 형태로 구성된다.

이와 같이 구성된 동흡진기는 차체의 섀시 또는 서브프레임에 장착되어 전술한 바와 같은 컨트롤러와 증폭기로부터 전원을 인가받아 도 4 와 같이 진동한다.

브라켓(71)을 통해 서브프레임에 면접촉하도록 장착된 상기 동흡진기의 진동은 다음과 같이 수행된다. 자성체(12)에 의해 상부요크(13) 및 하부요크(11)는 자화된 상태이므로 요크부(10) 주변으로는 자기장이 형성된다. 그리고, 코일부(60)에는 전류인가에 따라 또 다른 자기장이 발생하게 된다. 이때, 코일부를 흐르는 전류의 방향에 따라 로렌츠의 힘(Lorentz force)에 의해 요크부(60) 전체는 힘을 받는 방향으로 이동하게 되므로, 코일부에 흐르는 전류의 위상을 변화시키면 요크부(60)는 진동하도록 구동력이 발생하게 된다.

상기 로렌츠의 힘은 코일의 권선수, 자속밀도, 도선의 길이, 전류의 세기와 비례하므로, 컨트롤러가 전류의 세기를 제어하여 동흡진기의 진동을 제어할 수 있다.

한편, 자기장의 변화에 따른 구동력은,

(m:작동질량의 질량, x: 작동질량의 변위, c: 스프링 감쇠 계수, k: 스프링 탄성 계수) 로 계산된다. 이러한 구동력에 의해 작동질량(moving mass : 상부요크와 자성체 및 하부요크의 운동시 합산 질량)이 움직이면, 작동질량의 관성력이 서브프레임에 전달되어 엔진의 가진력을 상쇄시킨다. 이때, 서브프레임을 실질적으로 감쇠시키는 전달력은

로 계산된다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 요크부
11 : 하부요크
12 : 자성체
13 : 상부요크
14 : 결속링
20 : 상측스프링
30 : 하측스프링
60 : 코일부
70 : 하우징

Claims

차량의 프레임에 장착되어 차량의 진동을 감쇠시키는 차량용 능동 동흡진기 장치에 있어서,
전원인가에 따라 진동하는 동흡진기를 구비하며,
상기 동흡진기는 하우징 내에서 상하로 진동하는 요크부가, 판형상으로서 평행하게 배치된 상측스프링과 하측스프링 사이에 장착되되, 상기 요크부는 상측과 하측에서 각각 돌출된 상측돌출부와 하측돌출부가 형성되고,
상기 상측돌출부는 상측스프링의 중심에 결합되며, 상기 하측돌출부는 하측스프링의 중심에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 동흡진기 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 요크부는,
상측이 개구된 컵(cup)모양을 가지며 하측돌기부가 하부면에 형성된 하부요크;와 상기 하부요크의 내측에서 바닥면에 결합되는 자성체; 및 상기 자성체의 상면에 결합되고 상측돌기부가 상부면에 형성된 상부요크;를 포함하고,
상기 하부요크의 내주면과 상부요크 및 자성체의 외주면 사이에는 삽입공간이 형성되며, 상기 삽입공간에는 하우징에 고정되고 코일이 감겨진 코일부가 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 동흡진기 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 자성체의 외주면에는 상부요크와 하부요크를 결속시키는 결속링이 체결된 것을 특징으로 하는 차량용 능동 흡진기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하부스프링과 상부스프링은, 중심에서 확장된 두 개 이상의 스포크(spoke)를 가지며, 상기 스포크의 끝단이 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 흡진기.
제 3 항에 있어서, 상기 스포크는 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 능동 흡진기.