KR20140034062A - 압전체를 이용한 댐핑 시스템 - Google Patents

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KR20140034062A
KR20140034062A KR1020130102439A KR20130102439A KR20140034062A KR 20140034062 A KR20140034062 A KR 20140034062A KR 1020130102439 A KR1020130102439 A KR 1020130102439A KR 20130102439 A KR20130102439 A KR 20130102439A KR 20140034062 A KR20140034062 A KR 20140034062A
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piezoelectric
damping system
vibration
resistance
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KR1020130102439A
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성태현
신이치 히다까
김정훈
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한양대학교 산학협력단
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압전체를 이용한 댐핑 시스템은, 압전 물질로 형성되며, 설정된 설정 저항을 갖는 적어도 하나의 압전체; 상기 압전체에 연결되어 상기 압전체에 전류를 인가하는 전류 인가부;를 포함하며, 상기 설정 저항으로 상기 압전체에 저항을 인가함으로써 상기 압전체의 탄성력을 조절하여 연결된 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동할 수 있다.

Description

압전체를 이용한 댐핑 시스템{Damping system to use piezoelectric material}
압전체를 이용한 댐핑 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 압전체의 적정 저항에 따른 탄성력 변화를 통해 지능적인 제동 및 댐핑이 가능한, 압전체를 이용한 댐핑 시스템이 개시된다.
여러 신재생 에너지 중에서도 압전 기술은 주위에 버려지는 에너지를 재사용하여 전기를 생산할 수 있는 에너지 수확기술이다. 버려지는 에너지를 예로 들자면 기계적 진동, 소수력, 바람, 유체의 낙차에 의한 힘, 사람이나 동물의 움직임 등을 들 수가 있다. 최근 이런 압전효과로 인한 발전기술이 활발하게 진행 중이며, 이를 결과로 산업화에도 크게 영향을 주고 있다. 추후 고효율 압전 발전기술이 개발되면 차세대 융합기술을 이끄는 중요 원천기술이 되어질 것이다.
한편, 물체가 공진 및 과도한 진동을 일으키는 것을 방지하기 위해 진동과 제동을 하는 방법을 사용하고 있어 일반적으로 이들을 해결하기 위해 무게를 조절하는 방법이 취해지고 있다.
예를 들어 자동차의 도어 등 소리와 외기의 공기 진동으로 진동하는 경우 이를 해결하기 위해 도어 내부에 납이나 알루미늄 등으로 만든 금속판을 설치 하는 것으로 해결하고 있다. 그러나 이 방법은 일정한 주파수를 해결하기 위해서는 유효하지만 모든 주파수를 제동하는 것은 불가능하다는 한계가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 다양하게 변화하는 진동 주파수를 억제 및 제동할 수 있는 압전체를 이용한 댐핑 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 전기적인 힘과 기계적인 힘을 사용하지 않기 때문에 에너지 소모가 적으며, 아울러 미세한 진동 또는 높은 공간 주파수를 제어할 수 있는 압전체를 이용한 댐핑 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 넓은 공간과 모양의 변화도 가능하기 때문에 장소와 설치에 제한 없이 진동을 억제할 수 있는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 압전체를 이용한 댐핑 시스템은, 압전 물질로 형성되며, 설정된 설정 저항을 갖는 적어도 하나의 압전체; 상기 압전체에 연결되어 상기 압전체에 전류를 인가하는 전류 인가부;를 포함하며, 상기 설정 저항으로 상기 압전체에 저항을 인가함으로써 상기 압전체의 탄성력을 조절하여 연결된 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 압전체와 상기 전류 인가부 사이에는 상기 전류 인가부로부터 제공되는 전류에 대한 저항을 가변시키는 가변 저항이 구비될 수 있다.
일측에 따르면, 외부로부터 가해지는 외부 진동의 주파수를 측정하는 주파수 측정부를 더 포함하며, 상기 가변 저항은 상기 주파수 측정부에 의해 측정된 주파수 정보를 토대로 상기 압전체의 상기 설정 저항을 설정할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 압전체는 직렬 구조를 갖도록 높이 방향으로 적층되는 복수 개의 압전체일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 압전체는 병렬 구조를 갖도록 판면 방향으로 배치되는 복수 개의 압전체일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 외부 장치가 고정되는 고정부를 더 포함하며, 상기 압전체에 전류를 인가하는 경우 상기 고정부와 상기 압전체의 상호 작용에 의해 상기 외부 장치의 진동을 억제하거나 제동할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 댐핑 시스템은 저항 스위칭의 조절에 의한 탄성력 조절로 인해 상기 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다양하게 변화하는 진동 주파수를 억제 및 제동할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기적인 힘과 기계적인 힘을 사용하지 않기 때문에 에너지 소모가 적으며, 아울러 미세한 진동 또는 높은 공간 주파수를 제어할 수 있고, 넓은 공간과 모양의 변화도 가능하기 때문에 장소와 설치에 제한 없이 진동을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전체를 이용한 댐핑 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 댐핑 시스템에 주파수 측정부 및 가변 저항이 구비된 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 직렬로 배치되는 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 병렬로 배치되는 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 진동을 억제시키는 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 액티브 제동 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 댐핑 시스템이 액티브 댐핑 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전체를 이용한 댐핑 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 댐핑 시스템에 주파수 측정부 및 가변 저항이 구비된 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 직렬로 배치되는 구조를 도시한 도면이며, 도 4는 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 병렬로 배치되는 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 진동을 억제시키는 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 댐핑 시스템이 액티브 제동 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 댐핑 시스템이 액티브 댐핑 시스템으로 적용되는 경우를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전체를 이용한 댐핑 시스템(100) 압전체(101)체와, 압전체(101)와 연결되며 압전체(101)가 설정된 저항으로 작용하도록 전류를 인가하는 전류 인가부(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 전류 인가부(110)는, 전선(102, 103)을 통해 압전체(101)에 전류를 인가할 수 있으며, 압전체(101)는 전류 인가 시 설정된 저항으로 작용할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 압전체(101)에 저항이 인가되면 압전체(101)의 탄성력이 변화함으로써 예를 들면 절연체(150) 등과 같은 외부 장치가 진동하는 것을 억제 또는 제동할 수 있다.
부연하면, 압전체(101)에 가해지는 저항을 온/오프(on/off)하여 시스템(100)의 탄성력을 변화시키며 이 같은 댐핑 시스템(100)을 예를 들면 절연체(150) 등과 같은 구성에 연결시킴으로써 댐핑 시스템(100)의 탄성력을 다양하게 변화시켜 진동을 제동 및 억제할 수 있다.
한편, 본 실시예의 압전체를 이용한 댐핑 시스템(100)은, 외부 진동이 압전체에 가해질 때 발생되는 주파수에 상관 없이, 즉 다양한 주파수에 따라 적절하게 작용함으로써 절연체(150)와 같은 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동시킬 수 있다.
이를 위해, 본 실시예의 댐핑 시스템(100)은, 도 2에 도시된 것처럼, 외부의 진동을 통해 주파수를 측정하는 주파수 측정부(130)와, 주파수 측정부(130)에 의해 측정된 주파수 정보를 토대로 압전체(101)에 가변된 저항을 인가하는 가변 저항(120)을 더 포함할 수 있다.
이러한 구성을 통해, 외부 진동이 발생되는 경우 압전체(101)가 진동함으로써 탄성력을 발생시키게 되는데, 이 때 외부 진동에 따른 주파수를 주파수 측정부(130)가 측정하고 가변 저항(120)이 측정된 주파수에 맞춰 저항의 크기를 조절함으로써 압전체(101)가 조절된 저항, 즉 외부 진동에 대응되는 주파수에 매칭되는 저항을 설정 저항으로 가질 수 있다.
부연하면, 외부 진동의 크기에 따라 다른 주파수가 발생되는데, 본 실시예의 경우, 주파수 진동부(130) 및 가변 저항(120)의 구비를 통해 다양한 주파수에 맞춰 압전체의 설정 저항을 조절할 수 있고, 따라서 절연체(150)와 같은 외부 장치에 발생되는 진동을 적절하게 억제하거나 제동시킬 수 있다. 다시 말해, 주파수 매칭을 통한 저항 크기 조절을 통해 절연체(150)와 같은 외부 장치의 진동 억제를 최적화할 수 있는 것이다.
한편, 이하에서는, 압전체의 다양한 배치에 대해서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 압전체를 이용한 댐핑 시스템(200)은 압전체(201)들이 적층 구조를 갖도록 직렬 구조를 가질 수 있다. 압전체(201)들이 높이 방향으로 적층됨으로써 압전체(201)에 의해 발생되는 탄성력을 증대시킬 수 있으며, 따라서 절연체와 같은 외부 장치의 진동 억제를 보다 확실히 수행할 수 있다. 아울러, 상대적으로 큰 진동이 외부 장치에 발생될 수 있을 때, 도 3에 도시된 것과 같이, 압전체의 직렬 구조를 구현함으로써 외부 장치의 진동 억제 및 제동을 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 압전체를 이용한 댐핑 시스템(300)은 압전체(301)들이 같은 판면 방향을 갖도록 병렬 구조를 가질 수도 있다. 이의 경우, 상대적으로 큰 크기를 갖는 외부 장치에 본 실시예의 댐핑 시스템(300)을 적용시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 도 5에 도시된 것처럼, 댐핑 시스템(400)은 질량을 갖는 질량체(430)가 고정되는 고정체(410)와 상호 작용하여 압전체(401)의 탄성력 변화에 의해 질량체(430)의 진동을 억제하거나 제동할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 것처럼, 본 실시예의 댐핑 시스템(500)은 액티브 제동 시스템으로 적용될 수 있으며, 이로 인해 가해지는 주파수에 상관 없이 제동을 할 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 댐핑 시스템(500)은 저항 스위치에 의한 스위칭에 의한 탄성력 조정에 의해 질량체(520)의 진동을 억제 또는 제동하는 액티브 댐핑 시스템으로 적용될 수도 있다. 이 때 저항 스위치로는 전술한 것처럼 가변 저항 등이 적용될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 다양하게 변화하는 진동 주파수를 억제 및 제동할 수 있고, 전기적인 힘과 기계적인 힘을 사용하지 않기 때문에 에너지 소모가 적으며, 아울러 미세한 진동 또는 높은 공간 주파수를 제어할 수 있고, 넓은 공간과 모양의 변화도 가능하기 때문에 장소와 설치에 제한 없이 진동을 억제할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 압전체를 이용한 댐핑 시스템
101 : 압전체
102, 103 : 전선
150 : 절연체

Claims (7)

  1. 압전 물질로 형성되며, 설정된 설정 저항을 갖는 적어도 하나의 압전체; 및
    상기 압전체에 연결되어 상기 압전체에 전류를 인가하는 전류 인가부;
    를 포함하며,
    상기 설정 저항으로 상기 압전체에 저항을 인가함으로써 상기 압전체의 탄성력을 조절하여 연결된 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동하는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전체와 상기 전류 인가부 사이에는 상기 전류 인가부로부터 제공되는 전류에 대한 저항을 가변시키는 가변 저항이 구비되는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    외부로부터 가해지는 외부 진동의 주파수를 측정하는 주파수 측정부를 더 포함하며,
    상기 가변 저항은 상기 주파수 측정부에 의해 측정된 주파수 정보를 토대로 상기 압전체의 상기 설정 저항을 설정하는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전체는 직렬 구조를 갖도록 높이 방향으로 적층되는 복수 개의 압전체인, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전체는 병렬 구조를 갖도록 판면 방향으로 배치되는 복수 개의 압전체인, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부 장치가 고정되는 고정부를 더 포함하며,
    상기 압전체에 전류를 인가하는 경우 상기 고정부와 상기 압전체의 상호 작용에 의해 상기 외부 장치의 진동을 억제하거나 제동하는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑 시스템은 저항 스위칭의 조절에 의한 탄성력 조절로 인해 상기 외부 장치의 진동을 억제 또는 제동하는, 압전체를 이용한 댐핑 시스템.
KR1020130102439A 2012-08-28 2013-08-28 압전체를 이용한 댐핑 시스템 KR20140034062A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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