KR20190047930A - 자가발전 기능을 가지는 mr유체 브레이크 장치 - Google Patents

자가발전 기능을 가지는 mr유체 브레이크 장치 Download PDF

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KR20190047930A
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Abstract

본 발명의 일실시예는 차량의 전기 에너지 소비 효율을 개선할 수 있는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 제공한다. 여기서, 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치는 하우징, 브레이크부, 발전부 그리고 전기처리부를 포함한다. 하우징에는 회전축의 적어도 일부가 수용된다. 브레이크부는 하우징의 내주면과 이격되도록 회전축에 결합되어 회전축과 일체로 회전되는 마찰판과, 마찰판의 일측에 구비되는 제1코일과, 하우징의 내측에 형성되는 유체 공간부에 채워져 마찰판을 덮는 MR유체를 가진다. 발전부는 하우징의 내주면과 이격되도록 회전축에 결합되어 회전축과 일체로 회전되는 회전자와, 회전자의 일측에 구비되는 제2코일을 가지고, 회전축의 회전 시에 전기를 발전시킨다. 전기처리부는 발전부에서 발전되는 전기를 충전하고, 제동력 발생 요구 시, MR유체에 자기장이 형성되도록 제1코일에 전기를 공급한다.

Description

자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치{MAGNETORHEOLOLGICAL FLUID BRAKE DEVICE WITH SELF-GENERATING FUNCTION}
본 발명은 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전기 에너지 소비 효율을 개선할 수 있는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치에 관한 것이다.
일반적으로 브레이크는 캘리퍼 디스크 브레이크, 원판 디스크 브레이크, 내부 슈 드럼 브레이크, 밴드 브레이크, 확장 및 수축형 브레이크 등으로 분류된다. 이러한 브레이크는 기계적 마찰에 의해 작동하며, 기계, 공압, 유압, 혹은 전기 장치에 의해 작동된다. 이와는 상반되게 매질에 의해 제동력을 제공하는 방식으로는 파우더 브레이크와 기능성 유체를 이용한 브레이크가 있다.
파우더 브레이크는 자기장을 인가함으로써 자성이 있는 파우더가 자기장에 따라 체인 형상의 클러스터를 형성하여 전단응력을 발생하게 되어 브레이크 작용을 한다. 하지만 성능대비 사이즈가 크며 고속응답을 기대하기 어렵고 일정 사용시간이 지나면 파우더를 보충해야 하는 문제점이 있다. 따라서 고속으로 회전하는 장치의 응답성에 고정밀도로 추종하기 위해서는 기존의 파우더 브레이크보다 인가 자기장에 의해 수 ms 단위로 점성변화를 제어할 수 있는 기능성 유체를 이용한 브레이크를 사용하는 것이 바람직하다.
기능성 유체는 외부에서 가해지는 물리량(전기장, 자기장, 온도, 광 등)을 제어함으로써 유체가 가지고 있는 점성 혹은 탄성과 같은 특성을 변화시켜 공학적으로 응용 가능한 기능성을 발현시키는 유체를 의미하고, 대표적으로는 ER유체와 MR유체가 있다.
이중 ER유체는 기름에 입자를 혼합한 것으로 비중차에 의해 시간이 흐를수록 분리가 이루어지며, 제어할 수 있는 항복응력의 영역이 작기 때문에 아직 실용화하지는 못하고 있다. 반면, MR유체는 이미 상용화가 되어 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있으며, 표면에서의 고체마찰에 대한 영향이 없고, 단위체적/중량당 출력비가 높으며, 유체의 점성을 변화하기 위한 제어속도가 매우 빠른 장점이 있어, 폭넓은 분야에서 응용을 위한 연구, 개발이 이루어지고 있다.
한편, MR유체를 이용하는 브레이크는 제동효율을 증대하는 데는 효과가 있으나 MR 브레이크를 사용하기 위해서는 소모되는 전기동력 증가로 인해 배터리의 사용시간이 단축되거나 배터리 용량이 커지는 등의 전기 동력과 관련한 문제가 야기될 수 있다.
따라서, MR 브레이크의 작동에 사용되는 배터리 용량을 줄이고, 나아가 차량에 장착되는 기본 배터리 용량만으로도 MR 브레이크를 구동할 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0825078호(2008.04.18. 등록)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량의 전기 에너지 소비 효율을 개선할 수 있는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 회전축의 적어도 일부가 수용되는 하우징; 상기 하우징의 내주면과 이격되도록 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 일체로 회전되는 마찰판과, 상기 마찰판의 일측에 구비되는 제1코일과, 상기 하우징의 내측에 형성되는 유체 공간부에 채워져 상기 마찰판을 덮는 MR유체를 가지는 브레이크부; 상기 하우징의 내주면과 이격되도록 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 일체로 회전되는 회전자와, 상기 회전자의 일측에 구비되는 제2코일을 가지고, 상기 회전축의 회전 시에 전기를 발전시키는 발전부; 그리고 상기 발전부에서 발전되는 전기를 충전하고, 제동력 발생 요구 시, 상기 MR유체에 자기장이 형성되도록 상기 제1코일에 전기를 공급하는 전기처리부를 포함하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 브레이크부 및 상기 발전부의 사이에 위치되도록 상기 회전축에 결합되고 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되는 제1커버플레이트와, 상기 제1커버플레이트의 일측면에 형성되고 상기 제1코일이 마련되는 제1코어를 가지는 제1고정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1코어는 상기 제1커버플레이트의 일측면에 상기 마찰판 방향으로 돌출 형성되고, 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 형성되어 상기 제1코일이 상기 제1커버플레이트의 일측면 전체에 원주 방향을 따라 단위(unit) 형태로 형성되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1코일은 상기 제1커버플레이트의 중심에서 방사상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1코일에는 각각 원주방향을 따라 N극 및 S극이 번갈아 반복 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1코일에는 단일의 극성이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 브레이크부는 상기 회전축과 평행한 방향으로 관통 형성되어 상기 제1코어가 삽입되는 제1결합홀을 가지고, 외주면에는 상기 제1코일이 감기는 제1결합부와, 상기 제1결합부의 일단부에 형성되고, 상기 제1커버플레이트의 일측면에 밀착되며 상기 제1코일이 상기 제1커버플레이트와 접촉되지 않도록 하는 제1밀착플랜지와, 상기 제1결합부의 타단부에 상기 제1밀착플랜지에 대응되도록 형성되고 상기 제1코일이 상기 제1코어의 길이방향으로 풀리지 않도록 상기 제1코일을 구속하는 제1구속플랜지를 가지는 제1코어보빈을 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 브레이크부는 상기 제1구속플랜지에 밀착되어 상기 제1구속플랜지를 덮도록 형성되고, 상기 제1코어의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성되는 제1노출홀을 가지는 제1커버부와, 상기 제1커버부와 연결되고 상기 제1코어보빈의 외주를 덮도록 형성되는 제1측면커버부를 가지는 제1커버보빈을 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 브레이크부는 상기 회전축에 결합되고, 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되며, 상기 마찰판을 기준으로 상기 제1코일에 대향되는 제3코일을 가지는 제2고정부를 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1코일 및 상기 제3코일에는 각각 단일의 극성이 마련되도록 하되, 상기 제1코일에 마련되는 극성 및 상기 제3코일에 마련되는 극성은 서로 반대 극성일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1고정부는 상기 제1커버플레이트의 타측면에 형성되고 상기 제2코일이 마련되는 제2코어를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발전부는 상기 회전축과 평행한 방향으로 관통 형성되어 상기 제2코어가 삽입되는 제2결합홀을 가지고, 외주면에는 상기 제2코일이 감기는 제2결합부와, 상기 제2결합부의 일단부에 형성되고, 상기 제1커버플레이트의 타측면에 밀착되며 상기 제2코일이 상기 제1커버플레이트와 접촉되지 않도록 하는 제2밀착플랜지와, 상기 제2결합부의 타단부에 상기 제2밀착플랜지에 대응되도록 형성되고 상기 제2코일이 상기 제2코어의 길이방향으로 풀리지 않도록 상기 제2코일을 구속하는 제2구속플랜지를 가지는 제2코어보빈을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발전부는 상기 제2구속플랜지에 밀착되어 상기 제2구속플랜지를 덮도록 형성되고, 상기 제2코어의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성되는 제2노출홀을 가지는 제2커버부와, 상기 제2커버부와 연결되고 상기 제2코어보빈의 외주를 덮도록 형성되는 제2측면커버부를 가지는 제2커버보빈을 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1커버플레이트는 자성체로 이루어지고, 상기 브레이크부 및 상기 발전부에서 생성되는 자기력선이 관통되지 않도록 차폐할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발전부는 상기 회전축에 결합되고, 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되며, 상기 회전자를 기준으로 상기 제2코일에 대향되는 제4코일을 가지는 제3고정부를 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전축에 브레이크부 및 발전부가 마련되어 회전축의 회전 시에 발전부에서 전기를 생성하여 전기처리부에 저장하고, 제동력 요구 시 전기처리부에서 브레이크부에 전기를 제공하여 제동력을 발생시킬 수 있다. 이를 통해, MR 브레이크의 작동에 사용되는 배터리 용량을 줄이거나 배터리를 설치하지 않아도 될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 브레이크부 및 발전부의 사이에 차폐 기능을 가지는 고정부를 마련함으로써, 브레이크부 및 발전부에서 각각 발생하는 전자기력에 의해 서로가 간섭 받는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전부가 회전축의 축방향으로 자속이 발생되는 종축 자속형 영구자석 동기식으로 이루어져서 단위 무게당 출력이 크고, 높은 에너지 밀도를 가질 수 있으며, 효율적인 냉각과 두께가 얇아질 수 있는 이점이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제1고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 브레이크부 및 발전부의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제2고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제3고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 단면예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 단면예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제1고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 브레이크부 및 발전부의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치는 하우징(100), 제1고정부(200), 브레이크부(300), 발전부(400) 그리고 전기처리부(500)를 포함할 수 있다.
하우징(100)의 내측에는 회전축(600)이 수용될 수 있다.
회전축(600)은 하우징(100)의 중심축 방향으로 마련될 수 있다. 회전축(600)은 모터와 직접 연결될 수도 있고, 회전축(600)과 모터 사이에 감속기가 설치되어 회전축(600)이 감속기와 연결될 수도 있다.
하우징(100)에는 회전축(600)의 적어도 일부가 수용될 수 있다.
하우징(100)의 양단부에는 하우징 커버(110)가 마련될 수 있다. 하우징 커버(110)의 중앙에는 제1관통홀(111)이 형성될 수 있으며, 회전축(600)은 제1관통홀(111)을 통해 하우징(100)의 외측으로 연장될 수 있다.
회전축(600)은 홈부(610)와, 홈부(610)를 기준으로 홈부(610)의 양측에 형성되는 제1단차부(620) 및 제2단차부(630)를 가질 수 있다.
제1단차부(620) 및 제2단차부(630)는 각각 다단으로 형성될 수 있다.
제1단차부(620)는 제1단부(621), 제2단부(622) 및 제3단부(623)로 형성될 수 있다.
제1단부(621)는 가장 큰 지름을 가질 수 있다. 제2단부(622)는 제1단부(621)의 양측에 형성될 수 있으며, 제1단부(621)보다 작은 지름을 가질 수 있다. 그리고, 제3단부(623)는 제1단부(621)을 기준으로 홈부(610)의 반대 방향에 형성될 수 있으며, 제2단부(622)보다 작은 지름을 가질 수 있다.
제2단차부(630)는 제4단부(631), 제5단부(632) 및 제6단부(633)로 형성될 수 있다.
제4단부(631)는 가장 큰 지름을 가질 수 있다. 제5단부(632)는 제4단부(631)의 양측에 형성될 수 있으며, 제4단부(631)보다 작은 지름을 가질 수 있다. 그리고, 제6단부(633)는 제4단부(631)를 기준으로 홈부(610)의 반대 방향에 형성될 수 있으며, 제5단부(632)보다 작은 지름을 가질 수 있다.
제1단차부(620) 및 제2단차부(630)는 홈부(610)를 기준으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.
회전축(600)은 베어링이나 실링부재의 형상, 설치유무, 설치개수 등에 따라 홈부 및 단차부의 형상이 적절하게 조절될 수 있다.
제1고정부(200)는 회전축(600)에 결합될 수 있다. 구체적으로 제1고정부(200)는 홈부(610)에 결합될 수 있으며, 제1고정부(200) 및 홈부(610)의 사이에는 제1베어링(640)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1고정부(200) 및 하우징(100)이 고정된 상태에서 회전축(600)은 회전될 수 있다.
제1고정부(200)는 제1커버플레이트(210), 제1코어(220) 및 제2코어(230)를 가질 수 있다.
제1커버플레이트(210)는 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제1커버플레이트(210)의 내주면은 제1베어링(640)에 결합될 수 있으며, 제1커버플레이트(210)의 외주면은 하우징(100)의 내주면(101)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 제1커버플레이트(210)는 하우징(100)에 고정될 수 있으며, 회전축(600)은 하우징(100) 및 제1커버플레이트(210)가 고정된 상태에서 회전될 수 있다.
제1코어(220)는 제1커버플레이트(210)의 일측면에 회전축(600)과 평행한 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 제1코어(220)는 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 복수로 형성될 수 있다.
그리고 각각의 제1코어(220)에는 제1코일(310)이 감길 수 있다. 제1코일(310)은 제1커버플레이트(210)의 일측면 전체에 원주 방향을 따라 단위(unit) 형태로 형성될 수 있다. 제1코일(310)은 제1커버플레이트(210)의 중심에서 방사상으로 형성될 수 있다.
브레이크부(300)는 제1코일(310), 마찰판(320) 및 MR유체(330)를 가질 수 있다.
마찰판(320)은 제1코일(310)과 이격되도록 구비될 수 있으며, 구체적으로는 제1단부(621)에 결합될 수 있다. 마찰판(320)은 하우징(100)의 내주면(101)과 이격되도록 형성될 수 있다. 마찰판(320)은 제1단부(621)에 결합되어 회전축(600)과 함께 회전될 수 있다.
MR유체(330)는 하우징(100)의 내측 공간 중에, 제1고정부(200)를 기준으로 마찰판(320)이 마련되는 공간인 유체 공간부(150)에 채워질 수 있다. MR유체(330)는 유체 공간부(150)에서 마찰판(320)을 덮도록 채워질 수 있다.
마찰판(320)의 양측으로 제2단부(622)에는 각각 제1실링부재(650)가 구비될 수 있다. 제1실링부재(650)에 의해 MR유체(330)가 유체 공간부(150)에서 누출되는 것이 방지되도록 할 수 있다.
그리고, 브레이크부(300)는 제1코어보빈(240)을 더 가질 수 있다.
제1코어보빈(240)은 제1결합부(241), 제1밀착플랜지(242) 및 제1구속플랜지(243)를 가질 수 있다.
제1결합부(241)는 제1결합홀(244)을 가질 수 있으며, 제1결합홀(244)은 회전축(600)과 평행한 방향으로 관통 형성될 수 있다. 제1결합홀(244)에는 제1코어(220)가 삽입될 수 있으며, 제1결합부(241)의 외주면에는 제1코일(310)이 감길 수 있다.
제1밀착플랜지(242)는 제1결합부(241)의 일단부에 형성될 수 있다. 제1밀착플랜지(242)는 제1결합부(241)의 둘레보다 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제1밀착플랜지(242)는 제1결합부(241)의 외주면에 감기는 제1코일(310)의 높이 이상으로 형성될 수 있다. 제1밀착플랜지(242)는 제1커버플레이트(210)의 일측면에 밀착될 수 있으며, 제1코일(310)이 제1커버플레이트(210)와 접촉되지 않도록 할 수 있다.
제1구속플랜지(243)는 제1결합부(241)의 타단부에 형성될 수 있으며, 제1밀착플랜지(242)에 대응되도록 형성될 수 있다. 제1구속플랜지(243)는 제1결합부(241)에 감긴 제1코일(310)이 제1코어(220)의 길이방향으로 풀리지 않도록 제1코일(310)을 구속할 수 있다. 이를 통해, 제1코일(310)은 제1코어(220)에 직접 감길 때보다 더욱 안정적으로 감긴 상태가 유지될 수 있다.
제1코어보빈(240)은 제1코어(220)의 개수만큼 마련될 수 있다. 제1코어보빈(240)은 개별적으로 형성되고, 외주면에 제1코일(310)이 감긴 후에 제1코어(220)에 결합될 수 있다.
또한, 브레이크부(300)는 제1커버보빈(250)을 더 가질 수 있다.
그리고, 제1커버보빈(250)은 제1커버부(251) 및 제1측면커버부(252)를 가질 수 있다.
제1커버부(251)는 제1구속플랜지(243)에 밀착되어 제1구속플랜지(243)를 덮도록 형성될 수 있다. 제1커버부(251)는 제1코어보빈(240)이 제1코어(220)에 결합되었을 때 제1구속플랜지(243)에 의해 형성되는 가상의 원의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성될 수 있다.
제1커버부(251)에는 제1노출홀(253)이 형성될 수 있다. 제1노출홀(253)은 제1코어(220)의 위치에 대응되도록 형성될 수 있으며, 제1코어(220)의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성될 수 있다. 제1커버부(251)가 제1구속플랜지(243)에 밀착되어 제1구속플랜지(243)를 덮었을 때, 제1코어(220)는 제1노출홀(253)을 통해 노출될 수 있다.
제1측면커버부(252)는 제1커버부(251)와 연결되고, 제1코어보빈(240)의 외주를 덮도록 형성될 수 있다.
제1코어보빈(240) 및 제1커버보빈(250)은 합성수지 소재로 이루어질 수 있으며, 사출방법으로 제조될 수 있다. 또한, 제1커버보빈(250)은 제1코어보빈(240)에 용착되어 일체로 결합될 수 있다.
한편, 제1고정부(200)는 제2코어(230)를 가질 수 있다. 제2코어(230)는 제1커버플레이트(210)의 타측면에 회전축(600)과 평행한 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 제2코어(230)는 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 복수로 형성될 수 있다. 그리고 각각의 제2코어(230)에는 제2코일(410)이 감길 수 있다.
발전부(400)는 제2코일(410)과 회전자(420)를 가질 수 있다.
회전자(420)는 제2코일(410)과 이격되도록 구비될 수 있으며, 구체적으로는 제4단부(631)에 결합될 수 있다. 회전자(420)는 하우징(100)의 내주면(101)과 이격되도록 형성될 수 있다. 회전자(420)는 제4단부(631)에 결합되어 회전축(600)과 함께 회전될 수 있다.
회전자(420)는 영구자석으로 이루어질 수 있으며, 원주방향을 따라 N극(421) 및 S극(422)이 서로 반복되어 배치되도록 형성될 수 있다. 더하여, 회전자(420)는 단일의 극성을 가지도록 형성될 수도 있다. 예를 들면, 회전자(420)는 N극만 형성되거나, S극만 형성될 수도 있다.
회전자(420)의 양측으로 제5단부(632)에는 각각 제2실링부재(660)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 발전부(400)는 제2코어보빈(260)을 더 가질 수 있다.
또한, 제2코어보빈(260)은 제2결합부(261), 제2밀착플랜지(262) 및 제2구속플랜지(263)를 가질 수 있다.
제2결합부(261)는 제2결합홀(264)을 가질 수 있으며, 제2결합홀(264)은 회전축(600)과 평행한 방향으로 관통 형성될 수 있다. 제2결합홀(264)에는 제2코어(230)가 삽입될 수 있으며, 제2결합부(261)의 외주면에는 제2코일(410)이 감길 수 있다.
제2밀착플랜지(262)는 제2결합부(261)의 일단부에 형성될 수 있다. 제2밀착플랜지(262)는 제2결합부(261)의 둘레보다 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제2밀착플랜지(262)는 제2결합부(261)의 외주면에 감기는 제2코일(410)의 높이 이상으로 형성될 수 있다. 제2밀착플랜지(262)는 제1커버플레이트(210)의 타측면에 밀착될 수 있으며, 제2코일(410)이 제1커버플레이트(210)와 접촉되지 않도록 할 수 있다.
제2구속플랜지(263)는 제2결합부(261)의 타단부에 형성될 수 있으며, 제2밀착플랜지(262)에 대응되도록 형성될 수 있다. 제2구속플랜지(263)는 제2결합부(261)에 감긴 제2코일(410)이 제2코어(230)의 길이방향으로 풀리지 않도록 제2코일(410)을 구속할 수 있다. 이를 통해, 제2코일(410)은 제2코어(230)에 직접 감길 때보다 더욱 안정적으로 감긴 상태가 유지될 수 있다.
제2코어보빈(260)은 제2코어(230)의 개수만큼 마련될 수 있다. 제2코어보빈(260)은 개별적으로 형성되고, 외주면에 제2코일(410)이 감긴 후에 제2코어(230)에 결합될 수 있다. 또는 제2코어보빈(260)이 제2코어(230)가 결합된 후 제2코일(410)이 제2코어보빈(260)에 감길 수도 있다.
발전부(400)는 제2커버보빈(270)을 더 가질 수 있다.
그리고, 제2커버보빈(270)은 제2커버부(271) 및 제2측면커버부(272)를 가질 수 있다.
제2커버부(271)는 제2구속플랜지(263)에 밀착되어 제2구속플랜지(263)를 덮도록 형성될 수 있다. 제2커버부(271)는 제2코어보빈(260)이 제2코어(230)에 결합되었을 때 제2구속플랜지(263)에 의해 형성되는 가상의 원의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성될 수 있다.
제2커버부(271)에는 제2노출홀(273)이 형성될 수 있다. 제2노출홀(273)은 제2코어(230)의 위치에 대응되도록 형성될 수 있으며, 제2코어(230)의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성될 수 있다. 제2커버부(271)가 제2구속플랜지(263)에 밀착되어 제2구속플랜지(263)를 덮었을 때, 제2코어(230)는 제2노출홀(273)을 통해 노출될 수 있다.
제2측면커버부(272)는 제2커버부(271)와 연결되고, 제2코어보빈(260)의 외주를 덮도록 형성될 수 있다.
제2코어보빈(260) 및 제2커버보빈(270)은 합성수지 소재로 이루어질 수 있으며, 사출방법으로 제조될 수 있다. 또한, 제2커버보빈(270)은 제2코어보빈(260)에 용착되어 일체로 결합될 수 있다.
회전축(600)이 회전되면 회전자(420)도 함께 회전하게 되며, 회전자(420)에 의해 제2코일(410)에 기전력이 유도되고, 방향이 계속 바뀌는 유도 전류가 생길 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 발전부(400)는 회전축(600)의 축방향으로 자속이 발생되는 종축 자속형 영구자석 동기식으로, 이러한 형태의 발전부(400)는 단위 무게당 출력이 크고, 높은 에너지 밀도를 가질 수 있으며, 효율적인 냉각과 두께가 얇아질 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
제1커버플레이트(210)는 브레이크부(300) 및 발전부(400)에서 생성되는 자기력선이 관통되지 않도록 차폐할 수 있다. 구체적으로 제1커버플레이트(210)는 제1코일(310)에서 형성되는 자기력선을 차폐할 수 있다. 제1커버플레이트(210)는 제1코일(310)에서 형성되는 제1자기력선(M1)이 제1커버플레이트(210)를 관통하지 못하도록 하여 제1자기력선(M1)이 발전부(400)에 영향을 미치지 않도록 차폐할 수 있다. 그리고, 제1커버플레이트(210)는 회전자(420)에서 형성되는 제2자기력선이 브레이크부(300)에 영향을 미치지 않도록 차폐할 수 있다. 제1커버플레이트(210)는 자기력선을 차폐할 수 있는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1커버플레이트(210)는 자성체로 이루어질 수 있으며, 자성체는 순철을 포함할 수 있다.
제1코일(310)에서 형성되는 제1자기력선(M1) 중 제1커버플레이트(210) 방향으로 향하는 자기력선은 제1커버플레이트(210)에 갇히게 되어 자속이 줄게 되며, 제1커버플레이트(210)의 반대 영역에서는 자력이 증폭될 수 있다. 이를 통해, MR유체(330)의 철 입자의 집중도가 높아져 마찰 토크가 커질 수 있어 개선된 제동력이 제공될 수 있다.
전기처리부(500)는 발전부(400)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 발전부(400)에서 생산되는 전기를 충전할 수 있다. 그리고, 전기처리부(500)는 발전부(400)에서 발생되는 교류 전기를 직류 전기로 변환할 수 있다.
또한, 전기처리부(500)는 브레이크부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 전기처리부(500)는 제동력 발생 요구 시, 제1코일(310)에 전기를 공급할 수 있다.
즉, 전기처리부(500)는 발전부(400)에서 생산되는 교류 전기를 저장하고, 제1코일(310)에 공급되도록 직류 전기로 변환하며, 제동력 발생이 요구되면 제1코일(310)에 전기를 공급하여 MR유체에 자기장이 형성되도록 하여 마찰판(320)이 정지되도록 할 수 있다. 전기처리부(500)는 전술한 기능을 구현하기 위한 제어부를 더 포함하거나, 이러한 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 브레이크부(300)는 제2고정부(700)를 더 포함하고, 발전부(400)는 제3고정부(800)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제2고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 제3고정부를 중심으로 나타낸 분해사시도인데, 이하에서는 도 6 및 도 7을 더 포함하여 설명한다.
제2고정부(700)는 마찰판(320)을 기준으로 제1고정부(200)와 상호 마주하도록 회전축(600)에 결합될 수 있다. 제2고정부(700)는 제1단차부(620)의 제3단부(623)에 구비되는 제2베어링(670)과 결합될 수 있다. 또한, 제2고정부(700)는 하우징(100)의 내주면(101)에 밀착 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(600)은 하우징(100) 및 제2고정부(700)가 고정된 상태에서 회전될 수 있다.
제2고정부(700)는 제2커버플레이트(710), 제3코어(720), 제3코일(730), 제3코어보빈(740) 및 제3커버보빈(750)을 가질 수 있다.
제3코일(730)은 제2커버플레이트(710)의 일측면에 마찰판(320)에 대향되도록 마련될 수 있다. 그리고, 제2커버플레이트(710)는 제3코일(730)에서 생성되는 자기력선이 제2커버플레이트(710)를 관통하여 전달되지 않도록 차폐할 수 있다. 제2커버플레이트(710)는 자성체로 이루어질 수 있으며, 자성체는 순철을 포함할 수 있다.
제2고정부(700)의 세부구성은 제1고정부(200)의 제1커버플레이트(210), 제1코어(220), 제1코어보빈(240) 및 제1커버보빈(250)의 세부구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1코일(310)에는 동일한 극성이 형성되고, 제2코일(410)에도 동일한 극성이 형성되되, 제1코일(310) 및 제3코일(730)에는 각각 서로 반대 극성이 형성될 수 있다. 즉, 제1코일(310)에서 N극이 형성되면, 제3코일(730)에는 S극이 형성될 수 있다. 물론, 제1코일(310)에서 S극이 형성되면, 제3코일(730)에는 N극이 형성될 수 있다.
전기처리부(500)는 제1코일(310) 및 제3코일(730)에 직류 전기를 제공할 수 있다.
제1코일(310) 및 제3코일(730)에 전류가 공급되어 MR유체(330)에 자기장이 형성되면, 자기장이 형성된 부분에서 MR유체(330) 내의 철 입자가 집중되어 자속 밀도가 높아지게 된다. 그리고, 자성체인 철 입자가 집중된 위치에서 MR유체(330)의 점성이 높아져 전단응력이 발생하고, 이러한 전단응력에 의한 마찰 토크로 인해 제동력이 발생하여 마찰판(320)이 멈출 수 있다.
한편, 제3고정부(800)는 회전자(420)를 기준으로 제1고정부(200)와 상호 마주하도록 회전축(600)에 결합될 수 있다. 제3고정부(800)는 제2단차부(630)의 제6단부(633)에 구비되는 제3베어링(680)과 결합될 수 있다. 또한, 제3고정부(800)는 하우징(100)의 내주면(101)에 밀착 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(600)은 하우징(100) 및 제3고정부(800)가 고정된 상태에서 회전될 수 있다.
제3고정부(800)는 제3커버플레이트(810), 제4코어(820), 제4코일(830), 제4코어보빈(840) 및 제4커버보빈(850)을 가질 수 있다.
제4코일(830)은 제3커버플레이트(810)의 일측면에 회전자(420)에 대향되도록 마련될 수 있다. 그리고, 제3커버플레이트(810)는 회전자(420)에서 자기력선이 관통되지 못하도록 차폐할 수 있으며, 이를 위해 제3커버플레이트(810)는 자성체로 이루어질 수 있으며, 자성체는 순철을 포함할 수 있다.
제3고정부(800)의 세부구성은 제1고정부(200)의 제1커버플레이트(210), 제1코어(220), 제2코어보빈(260) 및 제2커버보빈(270)의 세부구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
전기처리부(500)는 제2코일(410) 및 제4코일(830)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이로부터 교류 전기를 공급받을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 단면예시도이다. 본 실시예에서는 전술한 제2고정부(700) 및 제3고정부(800)의 구성이 생략될 수 있으며, 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 8에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치에서는 전술한 제2고정부(700) 및 제3고정부(800)의 구성이 생략될 수 있다.
본 실시예에서는 전술한 제2고정부(700) 및 제3고정부(800)의 구성이 생략되기 때문에, 제1코일(1310)만으로 전기장이 형성되도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 제1코일(1310)에는 각각 원주방향을 따라 N극 및 S극이 번갈아 반복 형성될 수 있다. 또는, 제1코일(1310)에는 단일의 극성이 형성될 수도 있다. 즉, 제1코일(1310)에는 N극만 형성되거나, S극만 형성될 수도 있다.
그리고, 하우징(1100)의 내측으로 마찰판(1320)의 일측에는 고정블록(1510)이 구비될 수 있다. 전기장(M3)은 제1코일(1310)에서 고정블록(1510)을 통해 형성될 수 있다.
고정블록(1510)의 내주면은 회전축(1600)에 결합되고, 고정블록(1510)의 외주면은 하우징(1100)의 내주면에 결합될 수 있다. 또한, MR유체의 누출이 방지되도록, 고정블록(1510)의 내주면 및 회전축(1600)의 외주면의 사이에는 제3실링부재(1651)가 구비될 수 있다.
그리고, 회전자(1420)에 의한 기전력은 제2코일(1410)에 유도될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치의 크기를 더욱 콤팩트하게 구성할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 하우징 200: 제1고정부
210: 제1커버플레이트 220: 제1코어
230: 제2코어 240: 제1코어보빈
250: 제1커버보빈 270: 제2커버보빈
300: 브레이크부 310: 제1코일
320: 마찰판 330: MR유체
400: 발전부 410: 제2코일
420: 회전자 500: 전기처리부
600: 회전축 700: 제2고정부
800: 제3고정부

Claims (15)

  1. 회전축의 적어도 일부가 수용되는 하우징;
    상기 하우징의 내주면과 이격되도록 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 일체로 회전되는 마찰판과, 상기 마찰판의 일측에 구비되는 제1코일과, 상기 하우징의 내측에 형성되는 유체 공간부에 채워져 상기 마찰판을 덮는 MR유체를 가지는 브레이크부;
    상기 하우징의 내주면과 이격되도록 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 일체로 회전되는 회전자와, 상기 회전자의 일측에 구비되는 제2코일을 가지고, 상기 회전축의 회전 시에 전기를 발전시키는 발전부; 그리고
    상기 발전부에서 발전되는 전기를 충전하고, 제동력 발생 요구 시, 상기 MR유체에 자기장이 형성되도록 상기 제1코일에 전기를 공급하는 전기처리부를 포함하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크부 및 상기 발전부의 사이에 위치되도록 상기 회전축에 결합되고 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되는 제1커버플레이트와, 상기 제1커버플레이트의 일측면에 형성되고 상기 제1코일이 마련되는 제1코어를 가지는 제1고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1코어는 상기 제1커버플레이트의 일측면에 상기 마찰판 방향으로 돌출 형성되고, 원주방향을 따라 미리 정해진 간격으로 형성되어 상기 제1코일이 상기 제1커버플레이트의 일측면 전체에 원주 방향을 따라 단위(unit) 형태로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1코일은 상기 제1커버플레이트의 중심에서 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1코일에는 각각 원주방향을 따라 N극 및 S극이 번갈아 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1코일에는 단일의 극성이 형성되는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 브레이크부는
    상기 회전축과 평행한 방향으로 관통 형성되어 상기 제1코어가 삽입되는 제1결합홀을 가지고, 외주면에는 상기 제1코일이 감기는 제1결합부와,
    상기 제1결합부의 일단부에 형성되고, 상기 제1커버플레이트의 일측면에 밀착되며 상기 제1코일이 상기 제1커버플레이트와 접촉되지 않도록 하는 제1밀착플랜지와,
    상기 제1결합부의 타단부에 상기 제1밀착플랜지에 대응되도록 형성되고 상기 제1코일이 상기 제1코어의 길이방향으로 풀리지 않도록 상기 제1코일을 구속하는 제1구속플랜지를 가지는 제1코어보빈을 더 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 브레이크부는
    상기 제1구속플랜지에 밀착되어 상기 제1구속플랜지를 덮도록 형성되고, 상기 제1코어의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성되는 제1노출홀을 가지는 제1커버부와,
    상기 제1커버부와 연결되고 상기 제1코어보빈의 외주를 덮도록 형성되는 제1측면커버부를 가지는 제1커버보빈을 더 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크부는
    상기 회전축에 결합되고, 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되며, 상기 마찰판을 기준으로 상기 제1코일에 대향되는 제3코일을 가지는 제2고정부를 더 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1코일 및 상기 제3코일에는 각각 단일의 극성이 마련되도록 하되, 상기 제1코일에 마련되는 극성 및 상기 제3코일에 마련되는 극성은 서로 반대 극성인 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1고정부는 상기 제1커버플레이트의 타측면에 형성되고 상기 제2코일이 마련되는 제2코어를 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 발전부는
    상기 회전축과 평행한 방향으로 관통 형성되어 상기 제2코어가 삽입되는 제2결합홀을 가지고, 외주면에는 상기 제2코일이 감기는 제2결합부와,
    상기 제2결합부의 일단부에 형성되고, 상기 제1커버플레이트의 타측면에 밀착되며 상기 제2코일이 상기 제1커버플레이트와 접촉되지 않도록 하는 제2밀착플랜지와,
    상기 제2결합부의 타단부에 상기 제2밀착플랜지에 대응되도록 형성되고 상기 제2코일이 상기 제2코어의 길이방향으로 풀리지 않도록 상기 제2코일을 구속하는 제2구속플랜지를 가지는 제2코어보빈을 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전부는
    상기 제2구속플랜지에 밀착되어 상기 제2구속플랜지를 덮도록 형성되고, 상기 제2코어의 길이방향 단면형상에 대응되는 형상으로 관통 형성되는 제2노출홀을 가지는 제2커버부와,
    상기 제2커버부와 연결되고 상기 제2코어보빈의 외주를 덮도록 형성되는 제2측면커버부를 가지는 제2커버보빈을 더 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1커버플레이트는 자성체로 이루어지고, 상기 브레이크부 및 상기 발전부에서 생성되는 자기력선이 관통되지 않도록 차폐하는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발전부는
    상기 회전축에 결합되고, 상기 하우징의 내주면에 밀착 고정되며, 상기 회전자를 기준으로 상기 제2코일에 대향되는 제4코일을 가지는 제3고정부를 더 가지는 것을 특징으로 하는 자가발전 기능을 가지는 MR유체 브레이크 장치.
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