KR20120016734A

KR20120016734A - 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼

Info

Publication number: KR20120016734A
Application number: KR1020100079135A
Authority: KR
Inventors: 이은준
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-02-27
Also published as: KR101190100B1

Abstract

본 발명은 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 관한 것으로서, 내부에 원형의 단면을 갖는 중공부가 형성된 고정자; 상기 중공부의 원형의 단면에 대해 직각으로 그 중심에 위치되며, 감쇠 대상 충격 또는 진동이 인가되어 회전하는 회전축; 고리 형상으로 구비되고, 상기 회전축의 외주부에 결합되어 상기 중공부의 내주면과의 사이에 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 자기유변유체 또는 전기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 전기유변유체가 충진되는 충진유로를 형성하며, 그 외주면에는 상기 중공부의 내주면과 밀착되어 상기 충진유로를 구획하는 하나 이상의 구획부재가 구비된 회전자; 상기 회전자의 외주면과 밀착되게 상기 중공부의 내주면에 형성되어 상기 충진유로를 구획하며, 상기 회전자를 지지하는 복수의 지지체; 및 상기 복수의 지지체에 의해 구획된 상기 충진유로의 일측과 타측을 연결하는 연결유로에 형성된 공동부에 설치되어, 상기 공동부를 통과하는 상기 자기유변유체 또는 상기 전기유변유체에 자기장이나 전기장을 인가하는 조절부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 자기유변유체 또는 전기유변유체가 연결유로의 공동부를 통과할 때 조절부에 의해 점도가 변화되어 감쇠력이 조절되게 구비된 유동모드로 구현됨으로써, 기존의 전단모드로 구현된 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 비해 그 크기에 비해 감쇠력이 매우 커서 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 간단한 구조를 가짐에 따라 유지 보수 작업이 간편하며, 소비 전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 구획부재에 연통홀이 형성되고 이 연통홀에 릴리프 밸브가 구비되어 큰 충격이나 진동에 의한 장치의 파손을 방지할 수 있다.

Description

지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼 {Rotary damper using smart fluids}

본 발명은 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 크기에 비해 감쇠력이 매우 커 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 감쇠력의 크기를 유연하게 조절할 수 있으며, 유지 보수 작업이 간편하고, 소비 전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 충격이나 진동이 인가되더라도 장치의 파손을 방지할 수 있는 안전 기능을 갖춘 유동모드의 방식으로 구현된 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 회전 댐퍼는 험지를 주행하는 특수목적의 군용차량이나 인휠 모터를 이용하여 주행하는 자율주행로봇 등에 적합한 트레일링 암 구조의 현수장치를 요구하는 차량에 적합한 댐퍼로서, 차량 주행시 노면의 상태 변화에 따라 트레일링 암을 통해 차체에 전달되는 진동이나 충격을 저감하는 역할을 수행하는 장치이다.

특히, 다양한 임무를 수행하기 위해 정밀 장비를 탑재하는 차량의 경우, 험지 주행은 정밀 장비의 고장으로 인한 임무수행의 실패로 이어질 수 있으므로, 차량의 주행안정성을 보장하기 위해 회전 댐퍼의 반능동 감쇠력 제어 필요성이 점점 증가하고 있다.

이러한 트레일링 암 구조를 가진 차량에 전달되는 충격이나 진동을 감소시키기 위한 방법으로서, 트레일링 암에 선형 댐퍼를 장착하는 방법이 주로 사용되고 있으나, 이러한 방법은 차체와 트레일링 암 사이에 선형 댐퍼를 설치하기 위한 공간이 추가로 필요하고 차량 중량이 필연적으로 증가하므로, 작은 공간에 다양한 기능을 탑재해야 하는 개발조건을 만족하는 차량을 구현하기 위한 목적에 대해서는 한계가 있다.

따라서 트레일링 암에 별도의 선형 댐퍼를 설치하는 상기 방법에 비해 장착 공간이 작고 설치가 비교적 용이하면서도 반능동형 감쇠력 제어 기능을 구현할 수 있는 회전 댐퍼의 개발이 시급한 실정이다.

이와 같은 감쇠력 제어가 가능한 회전 댐퍼를 구현하기 위해 모터나 지능형 유체를 이용한 다양한 방법이 있는데, 회전 댐퍼에 있어서 모터를 이용한 감쇠력 제어는 소비 전력이 매우 크고 제작 비용이 매우 높아, 인가되는 자기장이나 전기장의 세기에 따라 점도가 변화하는 자기유변유체(Magneto-rheological fluid, MR fluid)나 전기유변유체(Electro-rheological flud, ER fluid)를 이용하는 방식이 활발히 연구되고 있다.

이와 같은 자기유변유체나 전기유변유체와 같은 지능형 유체를 이용할 경우, 감쇠력 발생의 방식은 크게 전단모드(shear mode), 유동모드(Flow mode) 및 스퀴즈 필름 모드(squeeze film mode)의 세 가지가 있는데, 회전 댐퍼의 감쇠력 제어는 주로 전단모드를 이용한 방식을 사용하고 있으며, 이는 자기장이 형성되는 양 극판이 서로 다른 상대운동을 하게 하여 그 양 극판 사이에 충진되는 자기유변유체나 전기유변유체에 의한 전단력으로 감쇠력을 얻고 자기유변유체나 전기유변유체의 점도 변화로 감쇠력을 제어하는 원리이다.

도 1은 이러한 전단모드의 방식으로 구현된 자기유변유체를 이용하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼의 한 실시예에 대한 단면도이다. 이 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 회전자(10), 자속절연체(20), 자성체(30), 코일(40), 회전자판(50) 및 고정자판(60)로 구성된다. 상기 회전자(10)는 감쇠 대상 회전력이 인가되는 회전축과 함께 회전되고, 회전자판(50)은 이러한 회전자에 고정되어 함께 회전한다. 상기 고정자판(60)은 고정되며 이 회전자판(50)과 고정자판(60)의 사이에 자기유변유체(MR)가 충진되어 회전자판(50)과 고정자판(60)의 상대 운동으로 발생하는 전단 응력에 의해 감쇠력이 발생하는 구조이다.

이와 비교하여 상기 유동모드를 이용한 감쇠력 제어는, 피스톤과 같은 메커니즘을 이용하여 압력차를 발생하여 소정의 유로를 통해 자기유변유체나 전기유변유체의 유동장을 형성시키고 이 유로 주위에 자기장이나 전기장을 형성하여 자기유변유체나 전기유변유체의 점도를 조절하는 방식으로서, 대부분 선형 댐퍼에 적용되는 방식이다.

그런데 전술된 바와 같이 회전 댐퍼의 감쇠력 제어에 주로 이용되는 전단모드를 이용한 방식은 자기장 형성을 위한 메커니즘 구현이 난해하여 장치가 복잡해지고 고장이 빈번하게 발생함에 따라 그 유지 보수 작업이 복잡하고 잦은 문제점이 있다.

또한, 이러한 전단모드를 이용한 방식은 장치의 크기에 비해 발생하는 감쇠력이 작고, 소비 전력이 커지는 등의 단점이 있으므로, 이를 극복하기 위한 새로운 방식의 회전 댐퍼의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 자기유변유체나 전기유변유체를 이용하여 감쇠력을 조절할 수 있는 회전 댐퍼이면서도 유동모드로 구현됨에 따라 적은 소비 전력과 작은 크기로도 큰 감쇠력을 발휘할 수 있고, 각 구성요소들의 조립과 해체가 용이하며, 큰 충격이나 진동이 인가될 때 자기유변유체나 전기유변유체가 그 유로 내에서 자유롭게 이송될 수 있을 뿐만 아니라, 구성요소에 고장이 발생한 경우에도 최소한의 수동 댐퍼 기능을 구현할 수 있는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼를 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 내부에 원형의 단면을 갖는 중공부가 형성된 고정자; 상기 중공부의 원형의 단면에 대해 직각으로 그 중심에 위치되며, 감쇠 대상 충격 또는 진동이 인가되어 회전하는 회전축; 고리 형상으로 구비되고, 상기 회전축의 외주부에 결합되어 상기 중공부의 내주면과의 사이에 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 자기유변유체 또는 전기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 전기유변유체가 충진되는 충진유로를 형성하며, 그 외주면에는 상기 중공부의 내주면과 밀착되어 상기 충진유로를 구획하는 하나 이상의 구획부재가 구비된 회전자; 상기 회전자의 외주면과 밀착되게 상기 중공부의 내주면에 형성되어 상기 충진유로를 구획하며, 상기 회전자를 지지하는 복수의 지지체; 및 상기 복수의 지지체에 의해 구획된 상기 충진유로의 일측과 타측을 연결하는 연결유로에 형성된 공동부에 설치되어, 상기 공동부를 통과하는 상기 자기유변유체 또는 상기 전기유변유체에 자기장이나 전기장을 인가하는 조절부;를 포함한다.

상기 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 상기 하나 이상의 구획부재에 각각 형성된 연통홀에 설치되며, 소정의 크기 이상의 압력이 작용할 경우 상기 연통홀을 선택적으로 개방하는 릴리프 밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 구획부재와 상기 복수의 지지체는, 상기 중공부의 원형의 내주면을 따라 각각 서로 등각으로 이격되게 배치될 수 있다.

상기 지지체는 서로 마주보게 한 쌍이 구비되고, 상기 구획부재는 한 쌍의 상기 지지체에 대해 각각 90°만큼 이격되도록 서로 마주보게 한 쌍이 구비되어, 한 쌍의 상기 지지체와 한 쌍의 상기 구획부재가 상기 회전자를 상하좌우에서 지지하도록 구비될 수 있다.

상기 조절부는, 상기 공동부의 상측에 형성된 개방구를 통해 상기 공동부에 삽입 설치되며, 그 상단부에는 상기 공동부에 삽입될 때 상기 개방구를 폐쇄하는 밀폐부재가 구비될 수 있다.

이러한 본 발명의 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 의하면, 자기유변유체 또는 전기유변유체가 연결유로의 공동부를 통과할 때 조절부에 의해 점도가 변화되는 유동모드로 구현됨으로써 감쇠력을 유연하게 조절할 수 있으면서도, 기존의 전단모드로 구현된 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 비해 그 크기에 비해 감쇠력이 매우 커서 장치의 소형화를 구현할 수 있으며, 그 소비 전력을 절감할 수 있다.

또한, 고정자의 중공부 내면에 대해 회전자를 지지하는 복수의 지지체와 하나 이상의 구획부재가 중공부의 원형의 내주면을 따라 각각 서로 등각으로 이격되게 배치됨으로써, 회전자에 대한 지지 안정성을 향상시켜 지속적인 성능을 보장할 수 있다.

게다가, 조절부가 공동부의 상측에 형성된 개방구를 통해 공동부에 삽입 설치되게 구비되는 등 그 조립과 해체가 용이한 간단한 구조를 가짐에 따라 유지 보수 작업이 간편하다.

특히, 차량의 중량에 따라 다르게 요구되는 가변 감쇠력 제어 범위를 만족시키기 위해 원통형 밸브의 크기를 변경하는 대신 고정자의 지지체에 조절부만 삽입하면 되므로, 가변 감쇠력 범위 변경 등과 같은 회전 댐퍼의 요구조건 변경에 따른 설계가 매우 용이하다.

뿐만 아니라, 자기유변유체나 전기유변유체가 유동하는 충진유로를 구획하도록 회전자에 구비된 구획부재에 연통홀이 형성되고 이 연통홀에 릴리프 밸브가 구비되어, 큰 충격이나 진동이 회전축에 인가된 경우 일시적으로 릴리프 밸브가 개방되면서 자기유변유체나 전기유변유체가 충진유로 내에서 자유롭게 유동될 수 있어 큰 충격이나 진동에 의해 장치의 일부분에 고압이 형성되는 것을 차단하여, 장치의 파손을 방지할 수 있다.

그리고 구성요소들이나 별도의 제어부에 고장이 발생하여 감쇠력 제어가 되지 않더라도 최소한의 수동 댐퍼 기능을 수행할 수 있는 안전 기능을 가짐으로써, 특히 열악한 환경에서 주행하는 군용 차량에 매우 적합하다.

도 1은 전단모드를 가진 종래의 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼가 차량의 휠부에 적용된 상태를 도시한 부분 절개 사시도,
도 4는 도 3에 대한 측면도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여, 지능형 유체 중에서 자기유변유체를 이용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 고정자(100), 회전축(200), 회전자(300), 한 쌍의 지지체(400a, 400b), 조절부(500) 및 릴리프 밸브(600)를 포함하여 이루어진다.

상기 고정자(100)는 정면에서 바라볼 때 내부에 원형의 단면을 갖는 중공부(110)가 형성되며, 장치의 몸체를 이룬다.

상기 회전축(200)은 중공부(110)의 원형의 단면에 대해 직각으로 그 중심에 위치되며, 감쇠 대상 충격 또는 진동이 인가되어 그로 인한 회전력으로 회전한다. 즉, 상기 회전축(200)은 그 길이방향이 중공부(110)의 단면 형상인 원형에 대해 직각으로 위치된다.

상기 회전자(300)는 고리 형상으로 구비되고 회전축(200)의 외주부에 결합된 상태로 중공부(110)의 내부에 위치됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 중공부(110)의 내주면과의 사이에 고리 형태로 순환되는 충진유로(310)를 형성한다. 이 충진유로(310)의 내부에는 자기유변유체(MR)가 충진되는데, 이 자기유변유체(MR)는 회전자(300)의 회전에 따라 충진유로(310)를 따라 유동장을 형성하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 회전자(300)의 외주면에는 중공부(110)의 내주면과 밀착되어 충진유로(310)를 구획하여 나누는 한 쌍의 구획부재(320)가 180°간격으로 서로 마주보게 형성되는데, 회전자(300)가 회전축(200)과 함께 회전함에 따라 한 쌍의 구획부재(320)가 충진유로(310) 내부의 자기유변유체(MR)를 그 회전방향으로 가압함에 따라 자기유변유체(MR)가 충진유로(310)를 따라 이송되며 유동장을 형성하는 것이다.

한 쌍의 구획부재(320)는 충진유로(310) 내부를 구획하여 회전자(300)의 회전에 따라 자기유변유체(MR)를 가압하는 역할을 수행하지만, 중공부(110)의 내면에 대해 회전자(300)를 지지하는 역할도 수행한다.

한 쌍의 지지체(400a, 400b)는 회전자(300)의 외주면과 밀착되며 180°간격으로 서로 마주보게 중공부(110)의 내주면에 형성되어 충진유로(310)를 구획하며, 회전자(300)를 지지한다.

이때, 한 쌍의 지지체(400a, 400b)는 전술된 한 쌍의 구획부재(320)와 함께 중공부(110)의 원형의 내주면을 따라 각각 서로 등각으로 이격되게 배치되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 지지체(400a, 400b)와 구획부재(320)는 충진유로(310)를 구획함과 동시에 회전자(300)를 지지하는 역할을 수행하므로, 회전자(300)에 대한 고르고 안정된 지지력을 확보하기 위해 서로 등각으로 이격되게 배치되는 것이 바람직하기 때문이다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 지지체(400a, 400b)와 구획부재(320)가 각각 한 쌍씩 구비되었으므로, 원형의 내주면을 따라 각각 90°간격으로 서로 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구획부재(320)는 서로 마주보게 한 쌍이 구비되고, 상기 지지체(400a, 400b)도 마주보게 한 쌍이 구비되었으나, 구획부재(320)와 지지체(400a, 400b)는 그 구비개수 및 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 지지체(400a, 400b)와 구획부재(320)는 각각 세 개씩 구비되어 서로 60°간격으로 번갈아 위치되게 구현될 수도 있다.

한 쌍의 지지체(400a, 400b)에는 이로 인해 구획된 충진유로(310)의 일측과 타측을 자기유변유체(MR)가 유동할 수 있도록 연통하는 연결유로(410a, 410b)가 각각 형성된다. 그리고 이 중 어느 하나의 연결유로(410a)에는 공동부(420)가 형성되고, 이 공동부(420)에는 자기장을 인가하는 전자석 등과 같은 조절부(500)가 구비되어 연결유로(410a)를 통해 공동부(420)를 통과하는 자기유변유체(MR)의 점성을 조절한다.

상기 공동부(420)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그 상측에 개방구(421)가 형성되는데, 이 개방구(421)를 통해 조절부(500)가 공동부(420) 내에 용이하게 삽입 설치될 수 있고, 유지 보수 작업 시에 용이하게 해체될 수도 있다.

상기 조절부(500)는 전자석으로 구비되어 공동부(420)에 설치되고 전력공급선(520)을 통해 전력을 공급받음으로써, 연결유로(410a)를 통해 공동부(420)를 통과하는 자기유변유체(MR)의 점성을 조절하여 장치의 감쇠력을 제어하는 역할을 한다.

상기 조절부(500)는 전술된 바와 같이 공동부(420) 상측의 개방구(421)를 통해 공동부(420)에 삽입 설치되는데 그 형상은 원통 형상으로 구비되어 넓은 공동부(420)를 가로막으면서 자기유변유체(MR)가 흐를 수 있는 통로의 단면적을 연결유로(410a)와 같이 좁게 제한한다.

따라서 회전자(300)가 회전하면서 구획부재(320)가 충진유로(310) 내부의 자기유변유체(MR)를 가압하면 그 가압력으로 인해 자기유변유체(MR)가 연결유로(410a, 410b)와 공동부(420)를 통과하여 흐르게 되는데, 조절부(500)는 이렇게 자기유변유체(MR)가 공동부(420)를 통과할 때 적절히 제어된 자기장을 자기유변유체(MR)에 인가함으로써 그 점도를 조절하여 자기유변유체(MR)의 유동 속도를 조절함으로써 장치의 감쇠력을 제어한다.

상기 조절부(500)는 장치의 감쇠력을 증가시킬 경우에는 자기유변유체(MR)의 점도가 증가하도록 강한 자기장을 인가하고, 장치의 감쇠력을 감소시킬 경우에는 자기유변유체(MR)의 점도가 감소하도록 약한 자기장을 인가함으로써, 장치의 감쇠력을 제어하게 된다.

이러한 자기장의 세기를 조절하는 조절부(500)에 대한 제어는 장치가 설치되는 상황에 적절하게 설정된 상태로 감쇠력이 발생하도록 구현될 수도 있고, 능동적으로 상황에 맞게 조절부(500)를 제어하는 제어부가 별도로 구비되어, 이러한 제어부를 통해 이루어질 수도 있다.

더 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 큰 감쇠력이 필요한 경우인지 작은 감쇠력이 필요한 경우인지 감지하는 센서부가 이러한 제어부와 함께 구비되어, 제어부가 이 센서부의 신호를 수신하고, 그에 따른 적절한 감쇠력이 얻어질 수 있도록 조절부(500)에 인가되는 전력의 세기를 조절하여 자기장의 세기를 변화시킴으로써, 감쇠력을 제어하게 구현될 수 있는 것이다.

전술된 릴리프 밸브(600)는, 구획부재(320)가 구획한 충진유로(310)의 양측이 서로 연통될 수 있도록 구획부재(320)에 형성된 연통홀(321)에 설치됨으로써, 소정의 크기 이상의 압력이 작용할 경우 선택적으로 개방됨으로써, 부분적으로 과도한 압력이 발생함에 따른 장치의 파손을 방지하는 역할을 한다.

즉, 순간적으로 과도한 충격이 회전축(200)을 통해 인가되면 그 강한 회전력에 의해 회전자(300)의 구획부재(320)가 빠르게 회전하려 하고, 그 회전하려는 움직임을 자기유변유체(MR)가 저지하면서 구획부재(320) 등에 큰 토크가 인가될 수 있다.

이에 따라 구획부재(320) 등이 파손되는 등, 장치가 영구적으로 손상될 수 있는데, 상기 릴리프 밸브(600)는 이러한 경우 순간적으로 개방되면서 자기유변유체(MR)가 개방된 연통홀(321)을 통해 신속하게 유동할 수 있게 함으로써, 과도한 토크가 구성요소에 인가되는 것을 차단하여 장치의 손상을 방지한다.

도 3과 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼가 험지를 주행하는 차량의 휠부에 적용된 상태를 도시한 것으로서, 회전축(200)에 회동암(RA)의 일단부가 연결되고, 회동암(RA)의 타단부에는 휠(WH)이 설치되어, 차량의 험지 주행에 따른 충격이 회전축(200)에 대한 회전력으로 전달되는 형태임을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 자기유변유체(MR)를 이용하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼로 구현되었으나, 본 발명에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는 자기유변유체(MR)를 대신하여 전기유변유체(ER)를 이용하는 방식으로 구현될 수도 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는, 상기 충진유로(310)에 전기유변유체(ER)를 충진하고, 자기장을 인가하는 조절부(500)를 대신하여, 적절히 제어된 전기장을 인가하는 조절기를 공동부(420)에 설치함으로써, 공동부(420)를 통과하는 전기유변유체(ER)에 전기장을 인가하여 그 점도를 조절함으로써, 장치의 감쇠력이 제어되도록 구현될 수도 있다.

이하, 도 2, 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼의 동작 및 사용 상태를 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2와 같은 평형 상태에서 해당 도면을 기준으로 반시계 방향으로 회전축(200)에 충격 내지 회전력이 인가되면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 회전축(200)에 결합된 회전자(300)가 함께 반시계 방향으로 회전하게 되고, 이 회전자(300)의 외주면에 형성된 구획부재(320)는 충진유로(310) 내에서 반시계 방향으로 회전하게 된다.

이러한 구획부재(320)의 회전에 따라 충진유로(310) 내의 자기유변유체(MR)가 구획부재(320)에 의해 가압되어 반시계 방향으로 이송된다. 이에 따라 자기유변유체(MR)는 좌측의 지지체(400b)의 연결유로(410b)에서는 상측에서 하측으로 유동장을 형성하고, 우측의 지지체(400a)의 연결유로(410a) 및 공동부(420)에서는 하측에서 상측으로 유동장을 형성한다.

이때, 조절부(500)는 필요에 따라 적절히 제어된 전력을 전력공급선(520)을 통해 공급받아 공동부(420)를 통과하는 자기유변유체(MR)에 해당 전력에 의한 자기장을 인가한다. 그러면 공동부(420)를 통과하는 자기유변유체(MR)는 이 자기장에 의해 그 점도가 조절되어 공동부(420)를 통과하는 속도가 적절히 제어되고, 이로 인해 회전축(200)에 인가된 충격 내지 회전력에 대한 감쇠력이 적절히 제어될 수 있다.

이와 반대로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 해당 도면을 기준으로 시계방향으로 회전축(200)에 충격 내지 회전력이 인가되면, 전술된 바와는 반대로 구획부재(320)가 충진유로(310) 내에서 반시계 방향으로 회전하게 된다.

그리고 구획부재(320)에 의해 가압되는 자기유변유체(MR)는 충진유로(310) 내에서 시계 방향으로 이송되면서, 자기유변유체(MR)는 좌측의 지지체(400b)의 연결유로(410b)에서는 하측에서 상측으로 유동장을 형성하고, 우측의 지지체(400a)의 연결유로(410a) 및 공동부(420)에서는 상측에서 하측으로 유동장을 형성한다.

이때, 조절부(500)가 적절한 자기장을 인가하여 공동부(420)를 통과하는 자기유변유체(MR)의 유속을 조절하는 것은 전술된 바와 유사하다.

한편, 상기 회전축(200)에 소정의 크기 이상의 큰 충격 내지 회전력이 인가되는 경우에는 그 큰 회전력으로 회전자(300)의 구획부재(320)가 충진유로(310) 내부에서 빠르게 이송되려하는데, 이때 충진유로(310) 내에 충진된 자기유변유체(MR)에 대한 반작용력으로 큰 압력이 구획부재(320)에 인가된다.

이때, 도 5c에 도시된 바와 같이, 구획부재(320)에 형성된 연통홀(321)의 릴리프 밸브(600)가 해당 큰 압력에 의해 일시적으로 개방되면서 자기유변유체(MR)가 구획부재(320)의 일측에서 타측으로 신속하게 이동될 수 있게 함으로써, 큰 토크가 구획부재(320)에 인가되어 구획부재(320) 등이 파손되는 것을 방지한다.

해당 큰 압력이 해제되면, 상기 릴리프 밸브(600)는 다시 폐쇄되어 구획부재(320)는 정상적으로 충진유로(310) 내에 충진된 자기유변유체(MR)를 가압하고, 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는 정상적인 감쇠 작용을 수행하게 된다.

또한, 상기 릴리프 밸브(600)는 조절부(600)의 단선이나 제어부의 고장과 같은 문제가 발생함에 따라 감쇠력 제어 기능이 구현되지 못하는 경우라도, 강한 충격에 대한 개폐를 반복하면서 최소한의 수동 댐퍼 기능을 수행할 수 있는 안전 기능을 댐퍼에 부여한다.

따라서 본 발명에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼는 어떠한 환경에서라도 운용이 가능해야 하는 군용 차량에 매우 적합한 구조이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 의하면, 자기유변유체(MR)가 연결유로(410a)의 공동부(420)를 통과할 때 조절부(500)에 의해 점도가 변화되어 감쇠력이 조절되게 구비된 유동모드의 방식으로 구현됨으로써, 기존의 전단모드의 방식으로 구현된 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼에 비해 그 크기에 비해 감쇠력이 매우 커서 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 간단한 구조를 가짐에 따라 유지 보수 작업이 간편하며, 소비 전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 구획부재(320)에 연통홀(321)이 형성되고 이 연통홀(321)에 릴리프 밸브(600)가 구비되어 큰 충격이나 진동에 의한 장치의 파손을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 고정자 110 : 중공부
200 : 회전축 300 : 회전자
310 : 충진유로 320 : 구획부재
321 : 연통홀 400a, 400b : 지지체
410a, 410b : 연결유로 420 : 공동부
421 : 개방구 500 : 조절부
510 : 밀폐부재 520 : 전력공급선
600 : 릴리프 밸브 MR : 자기유변유체
RA : 회동암 WH : 휠

Claims

내부에 원형의 단면을 갖는 중공부가 형성된 고정자;
상기 중공부의 원형의 단면에 대해 직각으로 그 중심에 위치되며, 감쇠 대상 충격 또는 진동이 인가되어 회전하는 회전축;
고리 형상으로 구비되고, 상기 회전축의 외주부에 결합되어 상기 중공부의 내주면과의 사이에 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 자기유변유체 또는 전기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 전기유변유체가 충진되는 충진유로를 형성하며, 그 외주면에는 상기 중공부의 내주면과 밀착되어 상기 충진유로를 구획하는 하나 이상의 구획부재가 구비된 회전자;
상기 회전자의 외주면과 밀착되게 상기 중공부의 내주면에 형성되어 상기 충진유로를 구획하며, 상기 회전자를 지지하는 복수의 지지체; 및
상기 복수의 지지체에 의해 구획된 상기 충진유로의 일측과 타측을 연결하는 연결유로에 형성된 공동부에 설치되어, 상기 공동부를 통과하는 상기 자기유변유체 또는 상기 전기유변유체에 자기장이나 전기장을 인가하는 조절부;
을 포함하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 구획부재에 각각 형성된 연통홀에 설치되며, 소정의 크기 이상의 압력이 작용할 경우 상기 연통홀을 선택적으로 개방하는 릴리프 밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 구획부재와 상기 복수의 지지체는,
상기 중공부의 원형의 내주면을 따라 각각 서로 등각으로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 서로 마주보게 한 쌍이 구비되고, 상기 구획부재는 한 쌍의 상기 지지체에 대해 각각 90°만큼 이격되도록 서로 마주보게 한 쌍이 구비되어, 한 쌍의 상기 지지체와 한 쌍의 상기 구획부재가 상기 회전자를 상하좌우에서 지지하도록 구비된 것을 특징으로 하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 조절부는,
상기 공동부의 상측에 형성된 개방구를 통해 상기 공동부에 삽입 설치되며, 그 상단부에는 상기 공동부에 삽입될 때 상기 개방구를 폐쇄하는 밀폐부재가 구비된 것을 특징으로 하는 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼.