KR20130004782A - 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속으로 회전하여 동력을 전달하는 드라이브 샤프트와, 이 드라이브 샤프트의 진동을 흡수하는 댐퍼를 포함하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치에 관한 것으로서, 상기 댐퍼는 상기 드라이브 샤프트에 동심적으로 접속되는 설정 길이의 질량체로서의 외부링과, 상기 외부링의 내측에 동심적으로 배열된 내부링과, 이 내부링과 상기 드라이브 샤프트의 사이에 접속 배열된 탄성링으로 된 탄성블록을 포함하여, 기존의 고무 방식이 아닌 형상기억합급 스프링으로서의 내부링을 사용하여 정해진 공진주파수에서 저항열을 발생시켜 진동 감쇠 성능을 향상시킬 수 있도록 하였다.

Description

드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치{Propeller shaft having damping function}

본 발명은 드라이브 샤프트의 진동감쇠장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드라이브 샤프트의 고무댐퍼(Rubber damper)에 형상기억합금을 이용하여 구조적인 변화를 이용한 진동감쇠장치에 관한 것이다.

최근 자동차 기술은 편안한 승차감과 소음 및 진동 저감을 위하여 발전하고 있다. 이러한 기술의 변화 속에서 드라이브 샤프트(Drive Shafts)의 진동은 승차감 저하와 진동 및 소음 발생의 원인으로 지적받고 있다.

현재 구동축에는 Rubber Coupling, Paper Damper, Dyanmic Damper, Tortional Damper 등과 같은 장치로 진동감쇠를 수행하고 있다.

그러나, 실제 외부로부터 적용되는 진동은 매우 다양하며 특히 드라이브 샤프트의 경우 휠에서부터 직접적으로 진동을 받게 되는 부품으로써, 현재까지의 진동감쇠장치 같은 경우에는 능동적이지 못해, 여러 가지 진동 모드들에 다 적용되는데 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 연구가 진행중이나, 아직까지는 단순한 구조와 고효율, 그리고 제어의 용이성이 뛰어난 뚜렷한 대안이 나오지 못한 실정이다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 비교적 단순한 시스템 구성과 간단히 전기적 신호 하나만으로 저항열의 조절로 형상기억합금(SMA)의 열에 의한 복원 성질을 이용하여 고무댐퍼의 구조적 변화를 주어 능동적이고 효과적으로 드라이브 샤프트 진동감쇠를 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치는,

고속으로 회전하여 동력을 전달하는 드라이브 샤프트와, 이 드라이브 샤프트의 진동을 흡수하는 댐퍼를 포함하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치에 있어서,

상기 댐퍼는 상기 드라이브 샤프트에 동심적으로 접속되는 설정 길이의 질량체로서의 외부링과, 상기 외부링의 내측에 동심적으로 배열된 내부링과, 이 내부링과 상기 드라이브 샤프트의 사이에 접속 배열된 탄성링으로 된 탄성블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부링은 형상기억합금재 스프링를 채용함이 바람직하고, 상기 탄성링은 상기 고무재로 이루어짐이 바람직하다.

또, 상기 내부링은 상기 드라이브 샤프트 외주에 접속된 고무재의 탄성링의 외경보다 약간 작은 내경을 가지는 스프링으로써 부품에 적용할 때 내경을 늘려주어 형상을 변형시켜 적용시키도록 됨이 바람직하다.

또한, 상기 내부링의 양측단부면에는, 상기 축이 휨 진동을 받아 위아래로 진동함에 따라 능동적으로 상기 내부링에 전류를 흘려주어 저항열을 발생하게 하여 저항열이 발생하면 상기 형상기억합금으로서의 내부링은 원래의 형상으로 돌아가, 즉 스프링으로 인해서 고무재의 탄성링이 압축되어 기존의 m-c-k형태의 구조에서 고무와 형상기억합금, 질량체가 하나의 질량체의 역할을 하게 변화시켜 공진주파수를 이동시켜 진동을 감쇠하도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명은 본 발명은 기존의 고무 방식이 아닌 형상기억합급 스프링으로서의 내부링을 사용하여 정해진 공진주파수에서 저항열을 발생시켜 진동 감쇠 성능을 모두 높일 수 있게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 드라이브 샤프트 내부에 장착된 튜브 진동 감쇠장치의 사시 구조도이다.
도 2는 전체적인 진동 감쇠장치의 종단면 구조도이며, 고무댐퍼 위에 외경보다 조금 작은 내경을 가지는 형상기억합금이 적용되고 그 바깥면에 질량체가 부착되어있는 형상을 보여준다.
도 3은 본 발명인 댐퍼에서의 형상기억합금 스프링으로서의 내부링이 형상복원이 되기전과 후의 시스템에 관한 도면이다. 왼쪽도면은 평상시의 도면이며 축이 공진주파수대에 진입하게되면 형상기억합금링을 작용시켜 고무를 압축하게 됨으로써 하나의 질량체형태 질량체로서의 외부링으로 작용하게 되어 공진주파수를 이동시킨다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

여기서 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치는, 형상기억합금의 복원 성질을 이용하고, 여기에서, 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 가공된 어떤 물체가 망가지거나 변형되어도 열을 가하면 원래의 형상으로 되돌아가는 합금을 포함한다.

형상기억합금의 활용방안은 다음과 같다. 기존의 고무로 이루어진 드라이브 샤프트의 댐퍼부분을 형상기억합금 스프링으로 고무댐퍼위에 위치하여 시스템을 구성한다.

형상기억합금 스프링은 드라이브 샤프트 외경에 위치하고 있는 고무의 외경보다 약간 작은 내경을 가지는 스프링으로써 부품에 적용할 때 내경을 늘려주어 형상을 변형시켜 적용시킨다.

축이 휨 진동을 받아 위아래로 진동함에 따라 능동적으로 형상기억합금에는 전류를 흘려주어 저항열을 발생하게 하여 저항열이 발생하면 형상기억합금은 원래의 형상으로 돌아가, 즉 스프링으로 인해서 고무가 압축되어 도 3에 예시된 바와 같은, 기존의 m-c-k형태의 구조에서 고무와 형상기억합금, 질량체가 하나의 질량체의 역할을 하게 변화시켜 공진주파수를 이동시켜 진동을 감쇠한다.

본 발명은 상황에 따른 능동진동제어를 통하여, 상황에 최적화된 진동제어를 통해 효과적으로 진동 감쇠 효과를 기대 할 수 있으며, 기존의 고무 댐퍼 방식은 차량의 노후에 따른 공진 주파수 변경에 따라 진동이 더 커지는 현상이 발생하였으나, 본 발명은 노화에 따른 공진 주파수 변경에 따른 능동진동 제어가 가능하여 항시 최적의 진동제어가 가능하여 차량의 내구성 및 연비 향상 효과를 얻을 수 있는 등의 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 고무댐퍼의 휨 진동제어를 대체하는 새로운 진동감쇠 방식으로 드라이브 샤프트 및 드라이브 샤프트 등 차량의 회전축 뿐만 아니라 공작기계의 스핀들 등의 제품에 상용화는 물론 상용화할 경우 기존은 제품을 대체할 것으로 기대된다.

먼저, 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치에 대한 기술적 특징을 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치는, 고속으로 회전하여 동력을 전달하는 드라이브 샤프트와, 이 드라이브 샤프트의 진동을 흡수하는 댐퍼를 포함하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치를 제공하기 위한 일환으로서 도모된 기술적 특징으로 되어 있다.

또, 상기 댐퍼는 상기 드라이브 샤프트에 동심적으로 접속되는 설정 길이의 질량체로서의 외부링과, 상기 외부링의 내측에 동심적으로 배열된 내부링과, 이 내부링과 상기 드라이브 샤프트의 사이에 접속 배열된 탄성링으로 된 탄성블록을 포함하는 구성으로 되어 있다.

또한, 상기 내부링은 형상기억합금재 스프링이고, 상기 탄성링은 상기 고무재이며, 상기 외부링은 철재로 됨이 바람직하다.

또, 상기 내부링은 상기 드라이브 샤프트 외주에 접속된 고무재의 탄성링의 외경보다 약간 작은 내경을 가지는 스프링으로써 부품에 적용할 때 내경을 늘려주어 형상을 변형시켜 적용시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 내부링의 양측단부면에는, 상기 축이 휨 진동을 받아 위아래로 진동함에 따라 능동적으로 상기 내부링에 전류를 흘려주어 저항열을 발생하게 하여 저항열이 발생하면 상기 형상기억합금으로서의 내부링은 원래의 형상으로 돌아가, 즉 스프링으로 인해서 고무재의 탄성링이 압축되어 기존의 m-c-k형태의 구조에서 고무와 형상기억합금, 질량체가 하나의 질량체의 역할을 하게 변화시켜 공진주파수를 이동시켜 진동을 감쇠하도록 구성되어 있다.

상술한 바와 같이, 도 1 과 같이 전체적으로 볼 때, 도 1의 구조인 SMA 고무댐퍼의 구조는, 고무댐퍼 위에 외경보다 조금 작은 내경을 가지는 형상기억합금이 적용되고, 그 바깥면에 질량체가 부착되어있는 형상이 바람직하다.

또, 도 2와 같이, 본 발명의 핵심적 구조인 고무댐퍼에서의 형상기억합금이 형상복원이 되기 전후의 시스템이, 평상 시에서, 축이 공진주파수대에 진입하게 되면 형상기억합금을 작용시켜 고무를 압축하게 됨으로써 하나의 질량체형태로 작용하게 되어 공진주파수를 이동시키는 작동을 수행하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치(100)는, 도 1 내지 도 3, 특히 도 1에 예시된 바와 같이, 고속으로 회전하여 동력을 전달하는 드라이브 샤프트(10)와, 이 드라이브 샤프트(10)의 진동을 흡수하는 댐퍼(110)를 포함하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치(100)의 일환으로 안출된 것이다.

또, 상기 내부링은, 자동차 하부에 장착되는 상기 댐퍼(110)와 샤프트의 공진주파수에 맞게 변화시켜줄 수 있는 저항열을 발생하도록 대향된 2개의 단자가 돌출 형성되는 구조로 이루어짐이 바람직하다.

종래의 고무댐퍼의 경우에는 공진주파수 한 개만을 수동적으로 제진하지만 본 발명의 경우에는 RPM에 따른 드라이브 샤프트(10)의 여러 공진주파수에 대해서 능동적으로 제어가 가능하다. 또한 엑츄에이터 특성상 외부 전원의 공급이 필요 없이 저항열 발생용 전류를 공급을 받기 때문에 고속 회전체인 드라이브 샤프트의 적용이 유리해진다는 장점을 접목시켜 도출한 기술적 구성 중 일예이다.

이를 위해 지능재료인 형상기억합금 링 또는 스프링을 사용하여 공진주파수 영역에 따라 드라이브 샤프트(10)의 특성을 변화 시킨다. 이는 정지중의 공진주파수와 자동차 운행중에 드라이브 샤프트(10)의 회전으로 인하여 발생하는 공진주파수 영역의 특성이 다른 것을 이용한 것이며 강성 변화를 통해 액티브하게 제어를 할 수 있다. 그리고 형상 최적화를 통하여 불필요한 무게를 감소하였다.

본 발명에서는 동력의 전달을 위하여 회전하는 드라이브 샤프트(10)에 따라 자기장을 제어하게 되며, 엔진의 공진주파수를 측정하여 차량마다의 결정된 공진주파수에서 저항열을 발생하도록 컨트롤러에 의해 능동 제어가 이루어지도록 한다.

자동차의 대형차, 중형차, 소형차등 분류 및 차종에 따라서 내부링의 배치 및 컨트롤러를 효과적으로 설계하여야 하며 크기와 수량 또한 효과적으로 설계하여야 한다.

이와 같이 기존의 고무 감쇠장치보다 동력전달 효율이 뛰어나고 불필요한 형상을 최적화하기 위해 형상기억합금링을 사용하여 과제를 충족시켰다.

본 발명은 기존의 고무 방식이 아닌 형상기억합금링을 사용하여 정해진 공진주파수에서 내부링에 저항열이 발생하도록 하여 진동 감쇠 성능을 가한층 높일 수 있는 효과를 도모할 수 있는 것이다.

본 발명은 기존은 고무 감쇠장치에 비해 복잡한 장치를 가지게 될 것으로 예상되나 이를 상쇄시킬 정도의 성능을 보일 것으로 판단된다. 따라서 기존의 고무 재질을 대체하여 차량에 사용될 것으로 기대된다. 특히 고급차량에서의 수요가 기대된다.

Claims (5)

1. 고속으로 회전하여 동력을 전달하는 드라이브 샤프트와, 이 드라이브 샤프트의 진동을 흡수하는 댐퍼를 포함하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치에 있어서,
   상기 댐퍼는 상기 드라이브 샤프트에 동심적으로 접속되는 설정 길이의 질량체로서의 외부링과, 상기 외부링의 내측에 동심적으로 배열된 내부링과, 이 내부링과 상기 드라이브 샤프트의 사이에 접속 배열된 탄성링으로 된 탄성블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부링은 형상기억합금재 스프링인 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 탄성링은 상기 고무재로 된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 내부링은 상기 드라이브 샤프트 외주에 접속된 고무재의 탄성링의 외경보다 약간 작은 내경을 가지는 스프링으로써 부품에 적용할 때 내경을 늘려주어 형상을 변형시켜 적용시키도록 된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 내부링의 양측단부면에는, 상기 축이 휨 진동을 받아 위아래로 진동함에 따라 능동적으로 상기 내부링에 전류를 흘려주어 저항열을 발생하게 하여 저항열이 발생하면 상기 형상기억합금으로서의 내부링은 원래의 형상으로 돌아가, 즉 스프링으로 인해서 고무재의 탄성링이 압축되어 기존의 m-c-k형태의 구조에서 고무와 형상기억합금, 질량체가 하나의 질량체의 역할을 하게 변화시켜 공진주파수를 이동시켜 진동을 감쇠하도록 구성된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트의 진동 감쇠장치.

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