KR20160087842A - 서스펜션 구성체 내의 과도력에 대한 보호 - Google Patents

서스펜션 구성체 내의 과도력에 대한 보호 Download PDF

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칼레 베빌라이넨
이스모 베소넨
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테크놀로지안 투트키무스케스쿠스 브이티티 오와이
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Abstract

과도한 센서링 또는 전자장치를 필요로 하지 않고서 상이한 서스펜션 모드를 고려하도록 단순하고 견고한 서스펜션 구성체(100)가 제공된다. 신규한 서스펜션 구성체(100)는 프레임(200)에 물체(130)를 직접 현가하는 제1 서스펜션 요소(110)와, 물체(130)와 제2 서스펜션 요소(120) 사이의 자기 커플링(140)을 통해 프레임(200)에 물체(130)를 현가하는 제2 서스펜션 요소(120)를 구비한다. 자기 커플링(140)이 임계값으로서 작용하기 위해 자기 커플링력(Fh)을 제공하여, 프레임(200)과 물체(130) 사이에 전달되는 가진력(Fe)이 상기 자기 커플링력(Fh)을 초과할 때 제2 서스펜션 요소(120)를 물체(130)로부터 자기식으로 분리하도록 설계된다.

Description

서스펜션 구성체 내의 과도력에 대한 보호{PROTECTION AGAINST EXCESSIVE FORCES IN A SUSPENSION ARRANGEMENT}
본 발명은 서스펜션 구성체에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 서스펜션 구성체에 관한 것이다.
프레임에 물체를 현가하는 것은 안정성과 안락함 간의 절충이다. 충격에 대해 장비, 사람 또는 차량과 같은 구조체를 보호하기 위해, 서스펜션은 현가된 물체와 프레임 사이의 충격을 흡수하기에 충분히 소프트해야 한다. 그러나, 대부분의 적용에서, 소프트한 격리(soft isolation)만이 이용될 수 없는데, 그 이유는 최대한의 격리가 일반적으로 물체를 불안정하게 하므로, 통상적인 사용을 막기 때문이다. 한편, 물체와 프레임 사이의 서스펜션은 안정성을 유지하고, 또한 격리되거나 혹은 현가된 사람이 저주파 진동으로부터 아픔을 느끼는 것을 방지하기 위해 통상적인 작동 동안에 강성이어야 한다. 예컨대, 차량의 서스펜션을 고려한다. 매끄러운 표면 상에서 운전하는 동안에, 서스펜션은 차량의 안정성을 위해 강성인 것이 선호되는 한편, 서스펜션은 도로에서의 범프 혹은 구멍에 의해 야기되는 충격 동안에 소프트해야 한다.
프레임과 현가된 물체 사이의 서스펜션 구성체를 최적화하려는 다수의 시도가 있다. 이와 같은 시도에서는 일반적으로 가속도와 같은 물체의 동적 상태를 감지하고, 또한 서스펜션 요소의 댐핑 특성을 변경하도록 설계된 서스펜션 내의 레귤레이터가 특징이다. 변형적으로, 서스펜션 특성은 사용자에 의해 변경된다. 이와 같은 서스펜션 구성체의 일례는 차량을 위한 서스펜션 시스템을 개시하는 US 2010/0276906 A1호에 제공되어 있으며, 이 서스펜션 시스템은 액추에이터에 작동가능하게 연결된 댐핑 조립체와, 액추에이터의 운동을 제어하여 댐핑 조립체의 댐핑 속도를 조절하기 위한 제어기를 갖는다. 이 서스펜션 시스템은 신호 발생 장치를 이용하여, 댐핑 조립체의 댐핑 속도로의 소정의 사용자 조절을 나타내는 출력 전기 신호를 제공한다.
사용자에 의해 또는 센서 구성체에 의해 자동으로 조절이 이루어지는가에 따라, 이러한 시스템은 매우 복잡해지므로 값비싸지고 부서지기 쉬운 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 과도한 센서링(sensoring) 또는 전자장치(electronics)를 필요로 하지 않고서 상이한 서스펜션 모드를 고려할 수 있는 단순하고 견고한 서스펜션 구성체를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 프레임과 물체 사이에 전달되는 과도 가진력(excessive excitation forces)에 대한 보호를 위해 프레임에 물체를 현가하는 신규한 서스펜션 구성체의 도움으로 성취된다. 상기 구성체는 상기 프레임에 상기 물체를 직접 현가하는 제1 서스펜션 요소와, 상기 물체와 제2 서스펜션 요소 사이의 자기 커플링을 통해 상기 프레임에 상기 물체를 현가하는 제2 서스펜션 요소를 구비한다. 상기 자기 커플링이 임계값으로서 작용하기 위해 자기 커플링력을 제공하여, 상기 서스펜션 구성체는 상기 프레임과 상기 물체 사이에 전달되는 상기 가진력이 상기 자기 커플링력을 초과할 때 상기 제2 서스펜션 요소를 상기 물체로부터 자기식으로 분리하도록 설계된다.
더욱 상세하게, 본 발명에 따른 서스펜션 구성체는 청구항 1의 특징부를 특징으로 한다.
본 발명의 도움으로 고려가능한 이점이 얻어진다.
종래의 수동형 서스펜션 구성체에 비해, 제안된 해결책은 서스펜션의 격리 특성에 대한 현저한 개선을 제공한다. 예를 들면, 10-200 G 차순의 충격이 있는 경우, 제안된 서스펜션 구성체는 격리된 물체에 전달되는 충격을 1 G 미만으로 감소시킬 수 있다. 이는 상당한 감소인데, 예기치 못한 갑작스런 충격에 대한 해양 선박 또는 육상 차량의 손상되기 쉬운 측정 장치 또는 사람, 혹은 거친 바다 또는 지형을 위해 설계된 차량 또는 해양 선박 내의 사람을 보호하는데 유익하다.
종래의 수동형 방법에 대비된 제안된 서스펜션 구성체의 이점은 충격에 대한 우수한 보호를 포함하여, 내구성과 안정성을 증대시킨다. 퓨즈형 안전 시스템(fuse-like safety systems)에 대비된 특정한 이점은 신규한 구성이 가역적이므로, 그 구성체가 반복해서 이용될 수 있다는 점이다. 능동형 또는 반능동형 서스펜션 구성체에 비해, 제안된 해결책은 구성면에서 상당히 단순하여, 신뢰성 있고 저렴하다. 또한, 신규한 서스펜션 구성체는 충격, 일시적이거나 또는 높은 진동 로딩에 즉각 반응할 수 있다. 능동형 시스템은 항상 몇 가지의 내부 지연을 가지는데, 그 이유는 강직한 상태에서 소프트한 상태로 이동하기 위해 충격 로딩을 전달할 수 있기 전에 센서 등이 충격 로딩을 감지해야 하기 때문이다. 제안된 서스펜션 구성체는 가역적이어서, 군용으로 이용되는 다수의 원샷 구성체에 비해 큰 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 더욱 상세하게 기술한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 서스펜션 구성체의 충격 전후 상태에 대한 개략도,
도 2는 도 1의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도,
도 3a 내지 3c는 도 1의 구성체에 대한 3가지의 테스트의 측정을 나타내는 그래프,
도 4a는 제2 실시예에 따른 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도,
도 4b는 도 4a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 상측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 4c는 도 4a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 하측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 5a는 제3 실시예에 따른 서스펜션 구성체의 충격 전후 상태에 대한 개략도,
도 5b는 도 5a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 상측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 5c는 도 5a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 하측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 6a는 제4 실시예에 따른 서스펜션 구성체의 충격 전후 상태에 대한 개략도,
도 6b는 도 6a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 상측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 6c는 도 6a의 서스펜션 구성체의 충격 동안에 대한 개략도로서, 프레임이 하측방향으로 이동된 상태를 도시한 도면,
도 7은 도 5a 내지 5c에 따른 서스펜션 구성체로 수행된 가진 테스트의 테스트 결과를 나타내는 다이아그램으로서, 가진 곡선은 두꺼운 점선으로 도시되고, 격리된 물체의 응답 곡선은 얇은 실선으로 도시된 도면.
단순한 서스펜션 구성체(100)를 도시하는 도 1 및 2를 참조하여 예시적인 실시예를 기술한다. 도시한 예에서, 물체(130)는 2개의 서스펜션 요소, 즉 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120) 각각에 의해 프레임(200)에 현가된다. 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)는, 도면에서 서스펜션 요소(110, 120)를 물체(130)에 평행하게 연결하는 단순한 플랫폼으로서 도시되어 있는 커플링 계면부(132)를 통해 물체(130)에 결합된다. 또한, 물체(130)의 대향 측부 상에 서스펜션 요소(110, 120)를 배치하여, 프레임(200)은 물체(130)를 둘러싸는 것도 가능하다(미도시). 커플링 계면부(132)는 프레임(200)에 현가되어야 하는 질량(131)의 일부에 연결되거나 또는 그를 형성한다. 도시한 예에서, 질량(131)은 물체(130)의 모든 질량을 형성하는데 가까운 반면, 커플링 계면부(132)는 무중력 상태로 가정된다. "서스펜션 구성체" 대신에, 신규한 개념은 개시된 요소들을 구비하는 서스펜션 장치로 지칭될 수도 있다. 그럼에도, 본 개시내용을 통해 표현 "서스펜션 구성체"이 이용된다.
도시한 실시예에서, 양자의 서스펜션 요소(110, 120)는 스프링과 댐퍼를 구비한다. 본 명세서에서, 댐퍼는, 예컨대 점성, 마찰, 전력, 공압 등을 댐핑하기 위한 임의의 적절한 방법을 채용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도시한 실시예에서, 종래의 비스코스 댐퍼가 도시된다. 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)과 댐퍼(112)는 커플링 계면부(132)에 그리고 결국 질량(131)에 그리고 다른 한편으로 프레임(200)에 평행하게 영구적으로 결합된다. 즉, 제1 서스펜션 요소(110)는 프레임(200)에 물체(130)를 직접 현가하도록 구성된다. 본 명세서에서, 표현 "직접적인 서스펜션(direct suspension)"은 물체가 제1 서스펜션 요소에 의해 프레임에 영구적인 방식으로 탄성적으로 고정됨을 의미한다. 이러한 영구적인 부착은 하중으로의 반응에서 자동으로 분리하도록 구성된 클러치 또는 그와 유사한 탈착가능한 커플링을 통한 연결(자기 커플링(140)을 통한 제2 서스펜션 요소(120)의 연결을 참조)이 없는 것으로 이해되어야 한다. 도시한 예는 양자의 서스펜션 요소 내의 스프링 및 댐퍼를 도시한다. 그러나, 도 6a 내지 6c와 함께 도시된 바와 같이, 서스펜션 요소는 스프링 또는 댐퍼만으로 구성될 수도 있다. 또한, 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)과 댐퍼(122)는 프레임(200)을 물체(130)에 연결하도록 평행하게 배치되지만, 상기 스프링(121)과 댐퍼(122)는 자기 커플링(140)을 통해 커플링 계면부(132)에 연결된다. 자기 커플링(140)은 2개의 주요 구성요소를 구비한다. 우선, 자기 커플링(140)은 자석(141)을 특징으로 하며, 이는 도시한 실시예에서, 스프링(121)과 댐퍼(122)를 조합함으로써 제2 서스펜션 요소(120)에 연결된 영구 자석이다. 둘째로, 자기 커플링(140)은 강자성 재료 또는 전자석일 수 있는 자기식 연동 요소(142)를 구비하여, 커플링 계면부(132)에 연결된다. 더욱 상세하게, 커플링 계면부(132)는 개구를 가지며, 그 주변부는 금속 링 요소일 수 있는 자기식 연동 요소(142)와, 개구를 둘러싸는 코팅을 구비한다. 변형적으로, 자석 위아래의 금속 플레이트, 즉 2개의 금속부, 혹은 자석이 이용될 수 있다.
변형 실시예(도 4)로서, 커플링 계면부는 자석(141)이 자기 요소(142)의 중간에 있거나 또는 자석(141)이 자석 요소(142)를 측부로부터 보유하도록 구성될 수도 있다. 이에 따라, 자기 커플링(140)의 요소(141, 142)들 사이의 마찰에 의해 추가의 보유력이 제공된다. 도면에 도시한 바와 같은 커플링 계면부 내의 개구를 이용하지 않고서 다수의 변형이 구성될 수 있다. 변형적으로, 유사한 효과를 확립하기 위해 L자, C자 또는 U자형 계면부(미도시)가 이용될 수 있다.
모든 실시예에서, 자기 커플링(140)의 요소(141, 142)의 상호 위치는 자기 커플링(140)의 기능에 영향을 미치지 않고서 역전될 수 있다.
제2 서스펜션 요소(120)는 제1 서스펜션 요소(110)의 동적 특성과 상이한 동적 특성을 가질 수 있다. 더욱 상세하게, 제2 서스펜션 요소(120)는 제1 서스펜션 요소(110)보다 상당히 더 강성이다. 이러한 것이 도시한 실시예의 경우이지만, 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)로서 작용하도록 유사한 서스펜션 요소를 배치하는 것도 가능하거나 또는 제2 서스펜션 요소(120)는 제1 서스펜션 요소(110)보다 더 소프트할 수 있다.
통상적인 작동 동안에, 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)와 프레임(200) 사이의 힘이 영구 자석(141)과 자기식 연동 요소(142) 사이의 자기 커플링(140)의 보유력보다 낮은 경우, 프레임(200)과 물체(130) 사이에 전달되는 힘은 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120) 양자를 통해 전달된다. 충격 하중이 발생되면, 프레임(200)과 물체(130) 사이의 힘은 자기 커플링(140)의 보유력을 초과하여, 자기 커플링(140)의 요소들, 즉 자기식 연동 요소(142)와 자석(141) 사이의 접촉이 상실된다. 그 결과, 프레임(200)과 물체(130) 사이의 힘은 제1 서스펜션 요소(110)를 통해서만 전달된다. 본 명세서에서, 용어 "충격"은 임의의 충격량 또는 일시적인 하중, 혹은 프레임(200) 또는 물체(130)로부터 전달되는 충격을 지칭하도록 의도된다. 이러한 충격의 예에는, 폭발물, 범프 또는 거친 지형을 가격하는 차량(자동차, 오토바이, 자전거 등)의 휠, 엔진의 시동 또는 정지, 기계의 고장 등이 포함된다.
다음으로, 서스펜션에 대한 동역학을 더욱 상세하게 기술한다. 특히, 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)의 동적 특성이 기술된다. 본 명세서에서, 표현 "동적 특성(dynamic properties)"은 서스펜션 구성의 성능에 영향을 미치는 일반적인 서스펜션 특성을 지칭한다. 이와 같은 일반적인 서스펜션 특성에는, 그 중에서도, 스프링 상수, 댐핑 상수 또는 그 조합이 포함된다. 서스펜션 요소(110, 120)을 통해 프레임(200)의 모션으로부터 전달되고 물체(130)로 전달되는 힘은 통상적인 작동(예컨대, 도 1)에서 하기와 같을 수 있다.
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서, Fe는 질량(131)에 전달되는 가진력
m은 물체(130)의 질량
Figure pct00002
는 질량(131)의 가속도
c1은 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수
k1은 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수
c2는 제2 서스펜션 요소(120)의 댐퍼(122)의 댐핑 상수
k2은 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)의 스프링 상수
x1 및 x2는 직교 좌표계에서의 프레임(200)과 물체(130)의 각각의 위치이며, x2-x1은 질량(131)에 대한 프레임(200)의 변위이다. 따라서,
Figure pct00003
및
Figure pct00004
는 시간에 대한 위치의 제1 및 제2 미분, 즉 속도 및 가속도를 지칭한다. 또한, 댐퍼(112, 122)는 마찰 또는 공압 등에 기초할 수 있다. 이러한 연산례는 비스코스 댐퍼 요소에 기초한다. 또한, 가진 운동이 물체(130)에 의해 야기될 수 있는 다음, 서스펜션 구성체는 프레임(200)을 격리하고 있다(위의 연산례에서, 가진 운동은 프레임(200)으로부터 나오고, 서스펜션 구성체는 물체(130)를 격리한다).
가진력(Fe)이 자기 커플링(140)의 보유력보다 크지만, 자기식 연동 요소(142)와 영구 자석(141) 사이의 접촉이 상실되고 보유력이 상당히 감소된다. 영구 자석(141)이 자기식 연동 요소(142)와 접촉하지 않는다면(도 2 참조), 물체(130)로 전달되는 힘은 하기와 같을 수 있다.
[수학식 2]
Figure pct00005
여기서, Fe는 질량(131)에 전달되는 가진력
m은 물체(130)의 질량
Figure pct00006
는 질량(131)의 가속도
c1은 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수
k1은 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수
x1 및 x2는 직교 좌표계에서의 프레임(200)과 질량(131)의 각각의 위치이며, x2-x1은 물체(130)에 대한 프레임(200)의 변위이다. 따라서,
Figure pct00007
및
Figure pct00008
는 시간에 대한 위치의 제1 및 제2 미분, 즉 속도 및 가속도를 지칭한다.
상기한 수학식 1 및 2에서, 자기 커플링(140)의 보유력(Fh)은 단순 수학식으로 설계될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pct00009
여기서, m은 물체(130)의 질량
a는 프레임(200)의 가속도
Fh는 (x2 -x1) k1 << Fh 및
Figure pct00010
일 때의 자기 커플링(140)의 보유력
예를 들면, 보호된 장비 또는 사람과 같은 물체(130)의 질량이 100 kg이고, 자기 커플링(140)의 보유력이 80 kg이면, 서스펜션 구성체(100)를 통해 전달될 수 있는 최대 가속도는 하기와 같다.
[수학식 4]
Figure pct00011
여기서, g는 제1 서스펜션 요소(110)와 물체(130)의 고유 진동수가 1 Hz보다 작고, 가진 변위/힘이 적정한 영역(예컨대, 범프로 운전하는 자동차 또는 선박이나 차량 근방의 광산 폭발)에 있을 때의 중력(~ 9.82 m/s2)이다. 이와 같은 어림 계산은 제1 서스펜션 요소(110)의 k1 및 c1이 매우 느슨하게 선택될 때, 느슨한 제1 서스펜션 요소(110)의 우수한 진동 격리 특성으로 인해 가진력이 질량(131)에 도달하지 못한다는 점에 기초한다.
통상적인 작동(도 1)에서, 느슨한 제1 서스펜션 요소(110)는 프레임(200)과 물체(130) 사이의 단독의 서스펜션 요소로서 최적화되지 않는데, 그 이유는 물체(130)가 대부분의 적용에서 안정적이지 않을 것이기 때문이다. 일례로서, 해양 선박 상의 자이로스코프를 고려한다. 통상적인 상황 하에서, 자이로스코프는 정확한 측정을 위해 해양 선박의 프레임에 견고하게 부착되어야 한다. 이에 따라, 더욱 강한 제2 서스펜션 요소(120)가 자기 커플링(140)을 구비한다. 제2 서스펜션 요소(120)는, 예컨대 강철 바아와 같이 강성일 수 있거나, 또는 보호되거나 격리된 물체(130)를 안정되게 유지하도록 제1 서스펜션 요소(110)보다 적어도 훨씬 더 강성일 수 있다. 통상적인 상황에서 자기 커플링(140)이 프레임(200)에 현가된 물체(130)를 유지하기 때문에, 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)는 평행하게 작용한다. 따라서, 제1 서스펜션 요소(110)보다 강성인 제2 서스펜션 요소(120)가 우세하므로, 서스펜션 구성체(100)의 전체 서스펜션 특성은 보다 강성인 제2 서스펜션 요소(120)에 의해 결정된다.
해양 선박이 갑작스런 충격, 예컨대 큰 파도 또는 수중 폭발을 가진방향(ED)으로 받을 때, 섬세한 자이로스코프는 해양 선박의 프레임에 부드럽게 현가되어야 한다. 제2 서스펜션 요소(120)에 의해 제공되는 강성의 서스펜션으로부터 보다 느슨한 서스펜션으로 전환을 위해, 제2 서스펜션 요소(120)는 제2 서스펜션 요소(120)와 물체(130) 사이의 적절하게 치수화된 자기 커플링(140)에 의해 물체(130)로부터 해제된다(상기한 원리 참조). 충격(도 2 참조) 동안에, 프레임(200)에서 발생된 가진력(Fe)은 자기식 연동 요소(142)들 사이의 자기 보유력(Fh)을 초과하여, 자기 커플링(140)이 이탈하므로 제2 서스펜션 요소(120)를 물체(130)로부터 분리한다. 모든 힘은 가진방향(ED)으로 작용하는 것에 주의해야 한다. 물체(130)로부터 이탈된 제2 서스펜션 요소(120)의 경우, 물체(130)(예컨대, 자이로스코프)는 제2 서스펜션 요소(120)보다 더 소프트한 제1 서스펜션 요소(110)를 통해서만 프레임(200)(예컨대, 해양 선박)에 현가된다. 보다 느슨한 서스펜션은 충격 동안에 프레임(200)으로부터 물체(130)를 격리하여 물체(130)에 과도한 힘이 가해지지 않고서 프레임(200)이 극심한 변위를 받게 한다.
프레임(200)이 휴지 위치로 복귀한 후에, 자기 커플링(140)은 제2 서스펜션 요소(120)에 부착된 영구 자석(141)과 물체(130)에 부착된 자기식 연동 요소(142)가 연결된 상태(도 1)로 복귀함에 따라 그 결합된 구성으로 되돌아간다. 따라서, 물체(130)는 프레임(200)에 다시 강성으로 현가된다.
상술한 실시예는 프레임에 대해 질량을 위한 서스펜션을 배치하기 위한 본 개념에 대한 예를 단지 나타낸다. 도 1 및 2의 예에 대한 다수의 변형례에서 유사한 서스펜션 구성체가 확립될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 서스펜션 요소(110, 120)가 스프링 또는 댐퍼만을 변형적으로 포함하거나 또는 제1 서스펜션 요소(110)가 스프링만을 구비하는 한편, 제2 서스펜션 요소(120)는 댐퍼만을 구비할 수 있다. 변형적으로, 서스펜션 요소(110, 120)는 상기 제공된 예의 조합으로 설정될 수 있다. 또한, 서스펜션 요소(110, 120)는, 예컨대 전자기 조정에 의해 댐퍼의 댐핑 특성을 조절함으로써 정확하게 제어될 수도 있다. 단순한 강성에 더불어, 서스펜션 요소(110, 120)는, 예컨대 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)이 역행적일 수 있는 한편, 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)이 역행적(regressive) 또는 점진적(progressive)일 수 있다는 점에서 서스펜션 특성에서 상이하게 설정될 수 있다.
자기 커플링(140)에 관해서는, 제2 서스펜션 요소(120)와 물체(130) 사이의 재부착가능한 커플링이 상술한 것과 다수의 상이한 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 자기식 연동 요소는 스프링과 댐퍼를 조합하도록 제2 서스펜션 요소에 변형적으로 제공될 수 있다. 유사하게, 자석은 커플링 계면부에 제공될 수 있다. 선호되는 옵션으로 개시된 영구 자석 대신에, 자석은 센서가 프레임으로부터의 충격을 검출할 때 전자식으로 채용되는 능동형 자석으로서 제공될 수 있다. 이러한 옵션이 실현가능하지만, 상술한 사실상 즉각적인 영구 자석 구성체만큼 신속하고 견고하지 않다.
도 3a 내지 3c는 도 1의 구성체에 대한 2가지 테스트의 측정을 나타내는 그래프를 제공한다. 제1 예(도 3a)에서는, 우선 자전거만의 원래 강성의 코일 스프링(강도: 132 N/mm)을 갖는 다음, 도 1에 도시한 바와 같은 서스펜션 구성체(100)에 결합되는 느슨한 코일 스프링(강도: 23 N/mm)을 갖는 3가지의 상이한 후방 서스펜션 셋업으로 자전거를 효과적으로 시험하였다. 강성의 고무 스프링(강도: 250 N/mm)과 일렬인 자석(보유력: 215 N)과 평행하게 느슨한 코일 스프링(강도: 23 N/mm)을 갖는 자전거의 후방 서스펜션에 서스펜션 구성체를 설치하였다. 우선, 보통의 느슨한 코일 스프링(도 3a에서 두꺼운 선)을 갖는 다음, 신규한 서스펜션 구성체(도 3a에서 얇은 선)를 갖는 자전거를 업힐로 운동하였다. 측정 결과는 시간 영역에서 도 3a에 제공된다(X-축: 시간, 및 Y-축: 후방 서스펜션의 상대 변위). 업힐 라이딩 동안에 위아래로 느슨한 스프링을 갖는 자전거를 바운스시켰다. 신규한 서스펜션 구성체의 경우, 안정성이 크게 개선되었다. 느슨한 스프링과 신규한 서스펜션 구성체 간의 차이는 도 3a에서 알 수 있으며, 느슨한 스프링의 경우, 예컨대 ±8mm의 진폭을 갖는 스프링-질량 시스템의 고유 진동수에서 상대 변위가 진동하고 있다. 진동 진폭은 신규한 서스펜션 구성체의 경우에 명확하게 낮으며, 안정 상태에 있지 않다. 신규한 서스펜션 구성체를 갖는 업힐 라이딩 동안에는 강성의 고무 스프링으로 서스펜션이 주로 처리된다. 215 N 이상의 일시적인 하중이 발생하면, 서스펜션은 느슨한 코일 스프링으로 변한다.
제2 예(도 3b 및 3c)에서, 업힐 예 이후에, 신규한 서스펜션 구성체(도 3c)와 원래 강성의 코일 스프링(도 3b)을 갖는 동일한 자전거를 6 cm 높이의 범프로 운전하였다. 측정 결과는 시간 영역에서 도면에 제공된다(X-축" 시간, 및 Y-축: 자전거 프레임의 중간으로부터 측정된 수직방향으로의 가속도). 원래 강성의 코일 스프링을 갖는 자전거의 안정성이 양호하지만, 범프로의 라이딩 동안의 반응이 열악함이 도 3b에서 명백하다. 신규한 서스펜션 구성체의 경우, 원래 강성의 스프링에 비해 안정성이 유사하지만, 범프로의 라이딩 동안의 반응은 도 3c에서 알 수 있는 바와 같이 우수하였다. 강성의 스프링과 신규한 서스펜션 구성체 간의 차이가 명백하다. 강성의 스프링의 경우, 자전거 프레임의 수직방향으로의 가속도는 대략 6 g이고, 신규한 서스펜션 구성체의 경우엔느 대략 1 g이다(여기서, g는 중력: 9.82 m/s2). 신규한 서스펜셩 구성체의 경우, 통상적인 라이딩 동안에 강성의 고무 스프링에 의해 서스펜셩이 주로 핸들링된다. 범프로부터의 일시적인 하중이 발생하면, 서스펜션은 스무스한 반응을 제공하는 느슨한 코일 스프링으로 변한다. 일시적인 하중 후에 서스펜션은 강성의 스프링으로 다시 변하는데, 그 이유는 힘이 215 N 미만일 때 통상적인 라이딩 동안에 자석이 하중을 보유하기 때문이다.
다음으로, 구성요소를 위한 예시적인 치수설정값은 갑작스런 충격을 받는 것으로 예상되는 선박 내의 격리 장비에 관한 예에 의해 제공된다. 도 5a 내지 5c에 도시한 바와 같이 서스펜션 구성체를 하기의 세부사항으로 구성하였다.
m = 300 kg
c1 = 1400 Ns/m
k1 = 70 N/mm
c2 = 10000 Ns/m
k2 = 0 N/m
x2-x1 = 30 mm
Figure pct00012
1 = 2.2 m/s
Figure pct00013
= 500 m/s2, 및
Fh = 500N.
테스트 결과는 도 7에 도시되어 있으며, 이는 300 kg 질량을 격리하도록 충격 테스트 표에 이용된 신규한 서스펜션 구성체의 예에 대한 측정을 나타낸다(그 값은 상기 제공됨). 측정 결과는 시간 영역에 있다(수평방향 축은 시간이고, 수직방향 축은 속도이다). 두꺼운 선은 가진 속도이고, 얇은 선은 격리된 300 kg 질량의 반응 속도이다. 그 결과로서, 상당한 댐핑 효과를 성취하였다.

Claims (13)

  1. 프레임(200)에 물체(130)를 현가하고, 상기 프레임(200)과 상기 물체(130) 사이에 전달되는 과도 가진력(excessive excitation forces)(Fe)에 대해 보호하기 위한 서스펜션 구성체(100)에 있어서,
    - 상기 프레임(200)에 상기 물체(130)를 직접 현가하도록 구성된 제1 서스펜션 요소(110);
    - 상기 프레임(200)에 상기 물체(130)를 현가하도록 구성된 제2 서스펜션 요소(120)
    를 포함하며,
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)는 상기 물체(130)와 상기 제2 서스펜션 요소(120) 사이의 자기 커플링(140)을 통해 상기 프레임(200)에 상기 물체(200)를 현가하도록 구성되고,
    - 상기 자기 커플링(140)은 임계값으로서 작용하기 위해 자기 커플링력(Fh)을 제공하도록 구성되고, 상기 서스펜션 구성체(100)는 상기 프레임(200)과 상기 물체(130) 사이에 전달되는 상기 가진력(Fe)이 상기 자기 커플링력(Fh)을 초과할 때 상기 물체(130)로부터 상기 제2 서스펜션 요소(120)를 자기식으로 분리하도록 구성되는,
    서스펜션 구성체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물체(130)와 상기 제2 서스펜션 요소(120)는 상호 결합부를 포함하고,
    상기 자기 커플링(140)은,
    - 상기 결합부 중 어느 하나에 연결된 영구 자석(141), 및
    - 다른 결합부로의 자기식 연동 요소(142)
    를 포함하는,
    서스펜션 구성체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 서스펜션 요소(120)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 동적 특성과 상이한 동적 특성을 갖는,
    서스펜션 구성체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서스펜션 요소(110, 120)의 동적 특성은 상기 제1 서스펜션 요소(110)만의 동적 특성보다 더 강한 서스펜션 또는 더 큰 댐핑 혹은 그 양자를 제공하는,
    서스펜션 구성체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 서스펜션 요소(120)의 동적 특성은 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 동적 특성보다 더 강한 서스펜션 또는 더 큰 댐핑 혹은 그 양자를 제공하는,
    서스펜션 구성체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 서스펜션 요소(110) 또는 상기 제2 서스펜션 요소(120) 혹은 그 양자는,
    - 스프링(111, 112) 또는
    - 댐퍼(121, 122) 또는
    - 스프링(111, 112) 및 댐퍼(121, 122) 양자
    를 포함하는,
    서스펜션 구성체.
  7. 제6항에 있어서,
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 댐퍼(122)의 댐핑 상수(c2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수(c1)보다 더 크거나, 또는
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)의 스프링 상수(k2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수(k1)보다 더 크거나, 또는
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 댐퍼(122)의 댐핑 상수(c2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수(c1)보다 더 작은 한편, 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)의 스프링 상수(k2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수(k1)보다 더 크거나, 또는
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 댐퍼(122)의 댐핑 상수(c2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수(c1)보다 더 큰 한편, 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)의 스프링 상수(k2)는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수(k1)보다 더 작거나, 또는
    - 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 댐퍼(122)의 댐핑 상수(c2) 및 상기 제2 서스펜션 요소(120)의 스프링(121)의 스프링 상수(k2) 양자는 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 댐퍼(112)의 댐핑 상수(c1) 및 상기 제1 서스펜션 요소(110)의 스프링(111)의 스프링 상수(k1)보다 각각 더 큰,
    서스펜션 구성체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가진력(Fe)이 가진방향(excitation direction: ED)으로 발생하는 경우, 상기 서스펜션 요소(110, 120)는 상기 물체(130)를 상기 가진방향으로 현가하도록 구성되는,
    서스펜션 구성체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 서스펜션 요소(110, 120)는 상기 물체(130)를 상기 프레임(200)에 영구적으로 현가하도록 구성되는,
    서스펜션 구성체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 서스펜션 요소(110)는 중력에 의해 야기된 질량(131)의 하중을 견디도록(carry) 구성되고, 상기 제2 서스펜션 요소(120)는 상기 가진력(Fe)이 상기 자기 커플링력(Fh)을 초과할 때까지 동적 하중만을 견디도록 구성되고, 그 주기 동안에 상기 제1 서스펜션 요소(110)는 상기 자기 커플링이 재결합할 때까지 동적 하중을 견디도록 구성되는,
    서스펜션 구성체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 커플링력(Fh)은 상기 자기 커플링(140) 내의 임의의 정지 마찰력보다 더 큰,
    서스펜션 구성체.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 커플링력(Fh)은 상기 자기 커플링(140)의 자기식 연동 요소(142)와 상기 영구 자석(141) 사이의 임의의 정지 마찰력보다 더 큰,
    서스펜션 구성체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션 구성체(100)는, 서로 연속하게 연결된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 정의된 복수의 서스펜션 구성체를 포함하여, 상기 서스펜션 구성체(100)들 사이의 상기 자기 커플링력(Fh)이 상기 자기 커플링(140)을 상이한 하중 하에서 분리하기 위해 상이한 임계값을 제공하도록 변하는,
    서스펜션 구성체.
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