KR20210043078A - 차량용 액티브 마운트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 액티브 마운트에 관한 것으로서, 영구자석의 사용량을 줄일 수 있어 원가 절감 및 경량화를 이룰 수 있는 차량용 액티브 마운트를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 유체 봉입식 마운트의 내부에 구동기가 설치되어 구성되는 차량용 액티브 마운트에 있어서, 인슐레이터와 가진판 사이에 상부 액실이 형성되고, 상기 구동기는, 마운트 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 가진판을 상하로 이동시키기 위한 이동자를 포함하여 구성되며, 상기 고정자의 고정자 코어에 코일이 권선되고, 상기 이동자의 이동자 코어에 영구자석이 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트가 개시된다.

Description

차량용 액티브 마운트{Mount for vehicle}

본 발명은 차량용 액티브 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석의 사용량을 줄일 수 있어 원가 절감 및 경량화를 이룰 수 있는 차량용 액티브 마운트에 관한 것이다.

최근 자동차 산업에서는 환경규제와 고유가 시대에 따른 연비 향상 요구로 인하여 엔진의 고출력화와 차량의 경량화에 중점을 두고 차량 개발이 이루어지고 있다.

하지만, 그로 인하여 엔진의 소음과 진동이 커지는 반면 차체는 경량화되고 있으므로 작은 가진원에 의해서도 차량에서 소음과 진동이 크게 발생하고 있다.

또한, 차량에 적용되는 기술이 점차 발전하고 저소음 및 저진동의 소비자 요구가 증대됨에 따라 차량에서의 소음 및 진동, 충격을 분석하여 승차감을 극대화하려는 노력이 계속되고 있다.

차량 주행시 특정 RPM 영역에서 발생하는 엔진 진동은 차체를 통해 특정 주파수로 차량 실내에 전달되고, 이때 엔진의 폭발 성분이 차량 실내에 미치는 영향은 매우 크다.

차량의 엔진에서는 피스톤과 커넥팅 로드의 상하운동에 따른 주기적인 중심위치의 변화, 실린더 축 방향으로 작용하는 왕복운동 부분의 관성력, 커넥팅 로드가 크랭크축의 좌우로 흔들리는 것에 의한 관성력, 크랭크축에 가해지는 회전력의 주기적인 변화 등으로 인해 구조적으로 항상 진동이 발생한다.

따라서, 차량의 엔진과 차체 사이에는 엔진을 지지하는 동시에 엔진으로부터 전달되는 소음 및 진동을 감쇄시키는 엔진 마운트가 장착되고 있다.

엔진 마운트는 파워트레인(power train)을 지지하는 동시에 엔진에서 차체로 전달되는 가진력을 절연하여 소음 및 진동을 줄여줌으로써 승차감을 향상시키는 역할을 한다.

이러한 엔진 마운트는 크게 러버식 엔진 마운트, 에어 댐핑 엔진 마운트, 유체 봉입식 엔진 마운트로 구분된다.

초기에는 러버식 엔진 마운트, 즉 단순 고무형 마운트가 주로 사용되었으나, 감쇄 특성을 향상시키기 위하여 유체를 봉입한 유체 봉입식 엔진 마운트가 개발되어 사용되고 있다.

고무 재질을 사용한 러버식 엔진 마운트는 저주파 대변위의 진동에 대해 매우 취약하고, 고주파 미진폭의 진동과 저주파 대변위의 진동 모두에 대해 감쇄 성능을 충분히 만족시킬 수 없다는 단점을 가진다.

따라서, 엔진 작동에 따라 엔진 마운트에 입력되는 고주파 미진폭의 진동 및 저주파 대변위의 진동 등을 포함하는 광범위한 영역에 걸친 진동을 모두 흡수 및 감쇄시킬 수 있는 유체 봉입식 엔진 마운트가 널리 사용되고 있다.

유체 봉입식 엔진 마운트는 '유체 마운트' 또는 '하이드로 마운트'라 칭하기도 하는 것으로, 인슐레이터 아래에 봉입된 유체가 상부 액실과 하부 액실 사이의 유로를 통해 유동함에 따라서 댐핑력이 발생하는 구조를 가지며, 상황에 따라 고주파 진동(저변위 진동)과 저주파 진동(대변위 진동)을 모두 감쇄시킬 수 있는 장점이 있다.

하지만, 이 역시 모든 요구성능을 만족하기에는 한계가 있으므로, 자동차 산업에서는 NVH 성능의 향상을 위해 기존 유체 봉입식 엔진 마운트의 내부에 제어력을 발생시키는 구동기를 설치하여, 이 구동기와 연결된 가진판의 운동에 의해 마운트 동특성이 제어되는 액티브 엔진 마운트의 개발 및 적용이 진행 중이다.

액티브 엔진 마운트는 차량의 주행상황 및 엔진의 작동상태에 따라 진동 절연 성능을 더욱 액티브하게 제어할 수 있고 전기적 제어에 의해 동특성을 가변적으로 제어할 수 있는 마운트로서, 도 1은 종래 기술에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기(1)의 일례를 나타내고 있다.

액티브 엔진 마운트에서는 엔진에서 발생하여 차체로 전달되는 진동을 저감하기 위하여 구동기를 통해 크기는 같고 위상이 다른 진동을 발생시켜 진동을 상쇄한다.

공지의 액티브 엔진 마운트에서 구동기(1)의 작동원리를 살펴보면, 요크(2)의 영구자석(2a)이 자계를 형성하고 있는 상태에서 코일(3a)에 전류가 흐르게 되면, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 자계의 방향(B 방향)과 전류의 방향(I 방향)에 수직한 방향(F 방향)으로 힘이 발생한다.

이때, 코일(3a)에 흐르는 전류의 방향(+,-)을 변화시키면, 힘의 방향(즉, 도면에서 상하방향) 또한 변화하며, 이에 의해 구동기(1)의 이동자(3)가 상하방향으로 동작하게 된다.

또한, 이때 발생하는 자기력은 코일에 인가되는 전류의 크기에 선형적으로 비례하는데, 이동자(3)의 움직임에 의해 액티브 엔진 마운트의 주액실(상부 액실) 내 압력이 바뀌게 되며, 이는 압력을 통해 NHV 환경에 맞는 감쇄 특성의 변화를 가능하게 한다.

그러나, 종래 기술과 같이 영구자석(2a)의 배향방향과 이동자(3)의 운동방향이 나란할 경우 자계가 요크(2)와 공극을 통과하는 형태로 형성된다.

이는 전체 자기저항이 증가하는 효과를 발생시키며(전기회로의 저항이 증가하는 효과와 동일), 결과적으로 시스템에서 요구하는 목표 출력을 만족시키기 위해서 상당히 많은 양의 고성능 네오디뮴(Nd) 자석을 사용해야 한다.

하지만, 네오디뮴 자석은 네오디뮴 원소의 매장량이 편중되어 있으므로 가격이 특정 국가의 희토류 원소 가격에 의존적일 수밖에 없고, 결국 가격이 안정화되어 있지 않는 것은 물론 가격 자체가 고가인 단점을 가진다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 영구자석의 사용량을 줄일 수 있어 원가 절감 및 경량화를 이룰 수 있는 차량용 액티브 마운트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체 봉입식 마운트의 내부에 구동기가 설치되어 구성되는 차량용 액티브 마운트에 있어서, 인슐레이터와 가진판 사이에 상부 액실이 형성되고, 상기 구동기는, 마운트 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 가진판을 상하로 이동시키기 위한 이동자를 포함하여 구성되며, 상기 고정자의 고정자 코어에 코일이 권선되고, 상기 이동자의 이동자 코어에 영구자석이 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 고정자는, 환형의 고정자 코어 내주면에 원주방향을 따라 복수 개의 치와 슬롯이 일정 간격으로 교대로 배치되도록 형성되고, 상기 고정자 코어에서 각 치에 코일이 권선되며, 상기 치의 끝단부가 이동자와 공극을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자는, 복수 개의 영구자석이 이동자 코어에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되도록 설치되고, 상기 이동자 코어에서 영구자석이 원주방향을 따르는 일정 간격의 각 설치위치마다 상측과 하측에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자 코어는, 원통형상부를 가지며, 상기 원통형상부의 외주면에 영구자석들이 부착되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자 코어는, 원통형상부를 가지며, 상기 원통형상부의 외주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 돌출된 형상의 삽입부가 형성되고, 상기 각 삽입부에 형성된 홀이나 홈에 영구자석이 삽입되어 코어에 영구자석이 매립형으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자 코어에서, 상측의 영구자석들과 하측의 영구자석들은 서로 N극과 S극의 반대 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자 코어에서, 상측의 영구자석들이 모두 같은 극성을 가지며, 하측의 영구자석들이 모두 같은 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동자 코어에서, 상측의 영구자석들이 원주방향으로 이웃한 영구자석끼리 서로 반대 극성을 가지도록 N극과 S극이 교대로 배치되고, 하측의 영구자석들이 원주방향으로 이웃한 영구자석끼리 서로 반대 극성을 가지도록 N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 액티브 마운트에 의하면, 영구자석의 사용량을 줄일 수 있어 원가 절감 및 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 액티브 엔진 마운트에서 구동기의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기의 주요 구성을 예시한 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기에서 주요 구성의 일부를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 코어 매립형 구동기의 주요 구성을 예시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기의 작동상태를 나타낸 도면으로, 이동자 위치별 입력 전류의 극성 및 그에 따른 출력 힘의 방향을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에 대하여 각도로 표현된 이동자의 변위에 따른 입력 전류와 구동기의 출력 힘의 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명과 종래의 액티브 엔진 마운트에 대하여 구동기가 출력하는 힘의 파형을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 차량용 마운트에 관한 것으로, 기존 유체 봉입식 엔진 마운트의 구성에 더하여 내부에 제어력을 발생시키는 구동기가 추가로 설치된 액티브 엔진 마운트에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 영구자석의 사용량을 줄여 원가 절감 및 경량화를 이룰 수 있는 차량용 액티브 엔진 마운트에 관한 것으로서, 공지의 액티브 엔진 마운트에서 구동기의 구성을 개선한 것이다

도 1에 예시한 종래의 액티브 엔진 마운트는 슬롯리스(slotless) 구조를 가지는 것이라 할 수 있으며, 종래의 액티브 엔진 마운트는 슬롯리스 구조로 인하여 출력 특성이 저하되고, 이를 극복하기 위하여 많은 양의 네오디뮴 자석을 사용하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 액티브 엔진 마운트에서는 구동기가 슬롯(slot) 타입의 구성을 가지며, 도면을 참조하여 상술하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기의 구성을 예시한 사시도이다.

도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기에서 주요 구성의 일부를 예시한 도면으로서, 도 4에서는 코일의 도시를 생략하였다.

본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트는 구동기의 구성을 개선한 것으로, 구동기를 제외한 나머지 구성에 있어서는 종래의 구성과 비교하여 차이가 없을 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트는, 종래의 슬롯리스 구조를 가지는 구동기 대신, 슬롯 구조를 가지는 구동기를 사용하고 있는 것이며, 종래의 슬롯리스 구조를 가지는 구동기는 코일이 이동하는 무빙 코일(moving coil) 방식인 반면, 본 발명의 슬롯 구조를 가지는 구동기는 슬롯 타입으로 공극을 최소화한 상태에서 코일이 아닌 영구자석이 움직이는 무빙 마그넷(moving magnet) 방식을 채택하고 있다.

도 2를 참조하면, 액티브 엔진 마운트(10)는 엔진(미도시) 측에 체결되는 센터볼트(center bolt)(12), 센터볼트(12)가 결합된 인너코어(inner core)(13), 인너코어(13)와 일체로 결합되도록 성형된 고무 재질의 인슐레이터(14)를 포함한다.

상기 인슐레이터(14)는 메인 러버 또는 마운트 러버라 칭하기도 하는 것으로, 케이스(11) 내 상부에 위치하여 인너코어(13)를 고정 및 지지하고, 하측의 가진판(15)과 함께 주액실인 상부 액실(C1)을 형성한다.

또한, 케이스(11) 내에서 인슐레이터(14) 및 가진판(15)의 하측에는 구동기(20)가 설치되고, 이 구동기(20)는 마운트(10)의 내부 액실을 상부 액실(C1)과 하부 액실(C2)로 구획하도록 설치된다.

또한, 케이스(11) 내에서 구동기(20)의 하측으로는 다이어프램(16)이 설치되며, 이에 구동기(20)의 하측으로 다이어프램(16)과의 사이에 하부 액실(C2)이 구비된다.

한편, 구동기(20)는 오리피스 어셈블리에 고정 설치되는 고정 파트(fixed part)인 고정자(stator)(21)와, 가진판을 이동시키는 무빙 파트(moving part)인 이동자(mover)(25)를 포함하여 구성된다.

도 3은 구동기(20)를 도시한 것으로, 구동기(20)는 미도시된 제어기에 의해 선택적으로 전류가 인가되는 코일(24)을 가지며, 본 발명에서는 고정자(21)의 코어(22)에 코일(24)이 권선된다.

제어기는 센서 등에서 입력되는 신호로부터 진동을 측정 또는 추정하여 대응하는 전류를 구동기(20)에 인가하기 위한 제어신호를 출력하는데, 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 미도시된 구동회로가 작동되면서 구동기(20)의 코일(24)에 인가되는 전류의 제어가 이루어진다.

상기 제어기는 액티브 엔진 마운트(10)에 작용하는 진동의 감쇄를 위하여 인가되는 진동에 대응하여 가진판(15)이 상하로 이동되도록 전류를 계속적으로 반대방향으로 반전시키는 제어신호를 생성하여 출력한다.

여기서, 제어기는 마운트(10)나 소정 위치에 설치된 가속도 센서로부터 입력되는 진동 신호(가속도 신호), 엔진 회전수 센서로부터 입력되는 엔진 회전수 신호, 그 밖에 엔진 제어기 등에서 입력되는 엔진 및 차량 상태를 나타내는 신호 등에 기초하여 구동기(20)의 코일(24)에 인가되는 전류의 제어를 위한 제어신호를 출력한다.

상기 제어기가 출력하는 제어신호에 의해 구동기(20)의 코일(24)에 인가되는 전류가 제어됨으로써 구동기(20)의 출력 및 위상을 변화시키고, 이로써 가진판(15)을 통해 주액실인 상부액실(C1)의 체적 및 압력을 변화시켜 마운트(10)의 동특성을 변화시키는바, 체적 및 압력의 변화가 센터볼트(12)를 통해 엔진에 전달된다.

이러한 제어기는 종래 기술에 따른 액티브 엔진 마운트의 제어기에 대응하는 구성요소이므로 더 이상의 상세 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 케이스(11) 내에서 고정자(21)는 이동자(25)의 바깥쪽에 위치된다.

또한, 고정자(21)는 슬롯(slot)(23b)을 가지는 고정자 코어(22)와, 고정자 코어(22)에 권선된 코일(24)을 포함하여 구성되고, 이동자(25)는 이동자 코어(26)와, 이동자 코어(26)에 설치된 영구자석(27a,27b)을 포함하여 구성된다.

도 3에 예시된 바와 같이, 환형의 고정자 코어(22)에는 그 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 복수 개의 치(teeth)(23a)와 슬롯(23b)이 교대로 형성되고, 코일(24)이 고정자 코어(22)에서 슬롯(23b)을 통해 치(23a)에 권선된다.

도 3에서 코일(24)은 하나만이 도시되었으나, 고정자 코어(22)에서 각 치(23a)마다 코일(24)이 권선된다.

이동자(25)는 고정자(21)에 대하여 상대적으로 움직이는 부분으로, 자성체인 이동자 코어(26)와 영구자석(27a,27b)을 포함하여 구성된다.

고정자(21)와 이동자(25)는 서로 상대운동을 하기 때문에 공극이라고 불리는 간극이 필요하고, 이때 공극은 기계적인 접촉이 발생하지 않으면서 고정자(21)와 이동자(25) 사이에서 최소 간격이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 이동자 코어(26)는 고정자 코어(22)의 내측에 위치되는 부분이 원통 형상을 가지는 원통형상부(26a)로 되어 있고, 이동자 코어(26)에서 복수 개의 영구자석(27a,27b)이 원통형상부(26a)의 외주에 원주방향으로 일정 간격을 두고 배치되도록 설치된다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 복수 개의 영구자석(27a,27b)이 이동자 코어(26)의 원통형상부(26a) 외주면에 고정 설치됨을 볼 수 있고, 이때 영구자석(27a,27b)이 설치된 이동자(25)와 고정자(21)의 치(23a) 끝단부는 접촉되지 않도록 일정 공극을 가진다.

상기 영구자석(27a,27b)들은 이동자 코어(26)의 원통형상부(26a) 외주면(원주면)에 부착되어 설치될 수 있고, 이때 영구자석(27a,27b)들이 이동자 코어(26)의 원통형상부(26a)에 그 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 배열 구조가 되도록 설치된다.

상기 이동자(25)는 외측에 고정되는 고정자(21)에 대해 상하방향으로 이동된다.

이때, 영구자석(27a,27b)들이 이동자 코어(26)의 상측과 하측에서 각각 원주방향을 따라 배치되어 2단 배열 구조를 형성하며, 상측 영구자석(27a)의 배열과 하측 영구자석(27b)의 배열은 나란한 배치 구조를 가진다.

이와 같이 영구자석(27a,27b)들이 이동자 코어(26)에서 상하 2단 배열 구조로 설치됨에 있어서, 영구자석(27a,27b)들이 이동자 코어(26)에서의 각 설치위치마다(즉, 원주방향을 따르는 일정 간격의 각 위치마다) 상측과 하측에 각각 위치하도록 설치된다.

이때, 상측과 바로 아래의 하측에 위치되는 두 영구자석(27a,27b)은 도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이 서로 반대 극성을 가지는데, 각 설치위치에서 상측과 하측의 두 영구자석(27a,27b) 중 하나가 N극, 다른 하나가 S극이 된다.

예를 들면, 이동자 코어(26)에서의 각 설치위치에서 상측의 영구자석(27a)이 N극이면 바로 하측의 영구자석(27b)은 S극이며, 상측의 영구자석(27a)이 S극이면 바로 하측의 영구자석(27b)은 N극이다.

이와 같이 상측과 하측으로 각각 위치되는 두 영구자석(27a,27b)이 서로 반대 극성을 가질 때, 원주방향을 따라 이웃한 두 영구자석이 서로 반대 극성을 가지거나(N극과 S극이 교대로 배치됨), 또는 원주방향을 따라 이웃한 두 영구자석이 같은 극성을 가질 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 액티브 엔진 마운트(10)의 구동기(20)는 도 3 내지 도 5에 예시된 바와 같이 이동자 코어(26)의 표면, 즉 이동자 코어(26)의 외주면에 영구자석(27a,27b)들이 부착된 코어 표면 부착형 구동기(20)가 될 수도 있으나, 다른 실시예로서 이동자 코어(26)에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되도록 홀(26c)이나 홈이 형성된 삽입부(26b)가 돌출된 형상으로 구비되고 상기 삽입부(26b)의 홀(26c)이나 홈에 영구자석(27a,27b)이 삽입된 코어 매립형 구동기(20)가 될 수 있다(도 6 참조).

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기(20)를 도시한 사시도로서, 모두 영구자석(27a,27b)이 이동자 코어(26)의 홀(26c)이나 홈에 삽입된 코어 매립형 구동기(20)를 예시하고 있다.

도 6은 상측과 하측의 두 영구자석(27a,27b) 배열에서 원주방향으로 이웃한 두 영구자석이 서로 반대 극성을 가지는 구동기(20)를 예시하고 있는 것으로, 상측과 하측의 각 영구자석(27a,27b) 배열에서 N극의 영구자석과 S극의 영구자석이 교대로 배치됨을 볼 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 코어 매립형 구동기(20)의 주요 구성을 예시한 사시도로서, 상측 영구자석(27a)과 하측 영구자석(27b)은 서로 극성이 반대임을 보여주고 있다.

이와 같이 코어 표면 부착형 구동기 및 코어 매립형 구동기 모두 원주방향을 따라 이웃한 두 영구자석의 극성은 반대일 수 있으며, 다만 코어 매립형 구동기에서도 코어 표면 부착형 구동기와 마찬가지로 상측 영구자석(27a)과 하측 영구자석(27b)은 도 4 및 도 5와 같이 각 설치위치에서 극성이 서로 반대가 된다.

이하에서는 구동기의 작동상태에 대해 설명하기로 한다.

도 8과 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기(20)의 작동상태를 설명하기 위한 도면으로, 도 8은 구동기(20)의 작동상태를 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트에서 구동기(20)에 입력되는 전류의 파형과 구동기(20)에서 출력되는 힘의 파형을 각각 예시한 것으로, 액티브 엔진 마운트에 대하여 각도로 표현된 이동자의 변위에 따른 입력 전류와 구동기의 출력 힘의 파형을 나타낸 도면이다.

도 8에서 '⊙', '

'는 고정자 코어(22)의 치(23a)에 권선된 코일(24)에서 전류가 흐르는 방향을 나타내고 있는 것이며, '⊙', '

'가 나타내는 방향은 180°로 서로 반대방향이다.

또한, 도 8에서 알 수 있듯이, 도 8의 ①~⑤가 모두 구동기(20)의 같은 부분을 도시한 것이며, ①과 ③의 전류가 흐르는 방향은 180°로 서로 반대이고, 또한 ③과 ⑤의 전류가 흐르는 방향 또한 180°로 서로 반대이며, ①과 ⑤의 전류가 흐르는 방향은 서로 같다.

또한, 도 9의 좌측 도면에서 알 수 있듯이, ②와 ④에서는 코일(24)에 전류가 인가되지 않도록 전류를 차단시켜 입력 전류(Input current)를 '0'으로 만들어 주고 있다.

이때, 도 8에 나타낸 바와 같이, 이동자(25)가 하측으로 이동하여 ②의 상태가 되었을 때 전류를 차단하고(입력 전류 '0'), 이동자(25)가 반대로 상측으로 이동하여 ④의 상태가 되었을 때 전류를 차단한다(입력 전류 '0').

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, ①, ③, ⑤의 상태는 이동자(25)의 상측 영구자석(27a)과 하측 영구자석(27b)의 중간에 고정자 코어(22)가 위치하는 이동자 상태를 나타낸다.

또한, 도 9의 우측 도면에서 알 수 있듯이, ①, ③, ⑤의 상태는 고정자 코어(22)가 이동자(25)의 상측 영구자석(27a)과 하측 영구자석(27b)의 중간에 위치하여 구동기(20)에서 출력되는 힘이 최대인 상태이다.

도 8에서 이동자(25)가 ②와 같이 아래로 하강할 때, 그리고 이동자(25)가 ④와 같이 위로 상승할 때, 도 9의 우측 도면에서 알 수 있듯이 구동기(20)에서 출력되는 힘은 최소인 0이 된다.

또한, 도 8에서 전 단계의 전류 제어 상태(좌측 'XY-plane' 도면)로 인해 이동자(25)는 다음 단계의 위치(우측 'Z-plane')로 이동하는 것이며, 다음 단계의 이동자 위치는 전 단계의 전류 제어 상태에 따른 결과이다.

즉, 도 8 및 도 9에서 제어기가 코일(24)에 인가되는 전류(입력 전류)를 ①의 전류 상태로 제어하면('XY-plane') 이동자 위치('Z-plane')는 ②의 상태가 되고, 마찬가지로 전류를 ②의 상태로 제어하면 이동자 위치는 ③의 상태가 되며, 전류를 ③의 상태로 제어하면 이동자 위치는 ④의 상태가 되고, 전류를 ⑤의 상태로 제어하면 이동자 위치는 ②의 상태가 된다.

이와 같이 작동상태는 ①과 ⑤가 동일한 상태이므로 최초 ①~⑤로 변화한 후 ②~⑤의 사이클을 반복하게 된다.

도 9의 우측 도면에서 출력되는 힘(Output force)이 음('-')의 값을 나타내는 것은 이동자(25)가 도 8의 ①의 예와 같이 아래로 하강하려는 힘을 받고 있다는 것을 의미하고, 출력되는 힘이 양('+')의 값을 나타내는 것은 이동자(25)가 도 8의 ③의 예와 같이 위로 상승하려는 힘을 받고 있다는 것을 의미한다.

이와 같이 도 9의 우측 도면에 나타낸 힘은 곧 이동자(25)의 각 위치에서 발생하는 순시 힘을 나타내는 것이라 할 수 있다.

도 8과 도 9를 참조하면, 도 8 및 도 9의 ①과 같이 이동자(25)의 상측 영구자석(27a)과 하측 영구자석(27b) 중간에 고정자(21)가 위치할 때, 코일(24)에 ①과 같이 전류를 인가한다면, 고정자 코어(22)는 S극이 된다.

이때, S극의 고정자 코어(22)와 N극의 상측 영구자석(27a) 사이에 인력이 작용하여 이동자(25)가 ②와 같이 아래로 이동한다.

이어 이동자(25)가 ②의 위치에 도달하면, 제어기가 고정자(21)의 코일(24)에 인가되는 전류, 즉 도 9의 좌측 도면에 나타낸 바와 같이 고정자 코일(24)의 입력 전류를 '0'이 되도록 제어한다.

이와 같이 이동자(25)가 ②의 위치에 있을 때 고정자 코일(24)의 입력 전류를 도 8의 ③과 같이 코일에 전류를 입력하면 이동자가 상승하는 힘을 받아, 이동자(25)는 중간위치인 도 8 및 도 9의 ③ 위치로 이동한다.

이어 도 8 및 도 9의 ③ 위치에서 ③과 같이 고정자 코일(24)에 ①의 반대방향으로 전류를 인가하면 고정자 코어(22)가 N극이 되고, 결과적으로 이동자(25)의 상측 영구자석(27a)(N극)과 고정자 코어(22)(N극) 사이에 척력이, 하측 영구자석(27b)(S극)과 고정자 코어(22)(N극) 사이에 인력이 발생하여, 이동자(25)는 도 8 및 도 9의 ④ 위치로 이동한다.

이때, 코일의 입력 전류는 '0'이 된다.

이어 도 8 및 도 9의 ④ 위치에서 제어기가 다시 고정자 코일(24)의 입력 전류를 도 8의 ⑤에 표시된 방향으로 양의 전류가 되도록 제어하면, 이동자(25)는 다시 중간위치인 도 8 및 도 9의 ⑤ 위치로 이동한다.

이어 도 8 및 도 9의 ⑤ 위치에서 ⑤와 같이 고정자 코일(24)에 ③의 반대방향으로 전류를 인가하면 고정자 코어(22)는 다시 S극이 되고, 결과적으로 이동자(25)의 상측 영구자석(27a)(N극)과 고정자 코어(22)(S극) 사이에 인력이, 하측 영구자석(27b)(S극)과 고정자 코어(22)(S극) 사이에 척력이 발생하여, 이동자(25)는 도 8 및 도 9의 ② 위치로 이동한다.

이후 구동기(20)의 작동상태, 즉 전류 제어 상태와 이동자 이동 상태가 '②→③→④→⑤→②→...'의 순으로 ②~⑤의 사이클을 반복하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 액티브 엔진 마운트에서는 종래의 액티브 엔진 마운트에 비해 구동기에 사용되는 영구자석의 양을 줄일 수 있고, 이를 통해 액티브 엔진 마운트의 원가 절감 및 경량화를 달성할 수 있게 된다.

본 발명자는 전술한 바와 같이 구동기의 구성을 개선함에 의해 종래 기술에 따른 구동기에 비해 본 발명에 따른 구동기에서 영구자석의 사용량이 크게 감소될 수 있음을 전자기 해석 검증을 통해 확인하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다.

비교 대상은 도 1에 예시한 구동기와 도 6 및 도 7에 예시한 코어 매립형 구동기이며, 본 발명에 따른 구동기의 경우 원주방향으로 이웃한 네오디뮴 자석들이 모두 동일 극성을 가지는 구동기인 것으로 하였고, 구동기가 동일한 외경을 가지는 조건인 것으로 하여 전자기 해석을 실시하였다.

또한, 종래 기술에 따른 구동기에서 네오디뮴 자석이 175g인 반면, 본 발명에 따른 구동기에서 네오디뮴 자석이 11.9g이었다.

그 결과, 구동기가 동일한 외경 조건일 때, 본 발명에 따른 구동기에서 종래 기술에 따른 구동기에 비해 자석의 사용량이 90% 이상 감소하였음에도, 도 10에 나타낸 바와 같이 구동기가 출력하는 힘은 동등한 수준을 나타냄을 알 수 있었다.

이외에도, 종래 기술에 따른 구동기에서는 코일이 이동자 코어에 권선되는 반면, 본 발명에 따른 구동기에서는 코일이 고정자 코어에 권선되므로, 본 발명에 따른 구동기에서는 코일이 움직이지 않으면서 코일의 피로 파손으로 인한 단선 문제가 해소될 수 있게 된다.

한편, 도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면 사시도이다.

도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 액티브 엔진 마운트(10)의 구동기(20)는 이동자 코어(26)에서 상측과 하측, 그리고 그 중간에 각각 영구자석(27a',27b',27c')을 배치하여 영구자석이 3단 배열 구조를 가지는 구성으로 되어 있다.

이때, 이동자 코어(26)의 표면, 즉 이동자 코어(26)의 외주면에 상측과 하측, 그리고 그 중간에 영구자석(27a',27b',27c')을 배치할 수 있다.

또한, 도 11 및 도 12의 실시예에서 상측과 하측, 중간의 영구자석(27a',27b',27c')은 원주방향을 따라 길게 배치되는 환형의 형상을 가질 수 있으며, 상측과 하측, 중간의 영구자석(27a',27b',27c')이 상하로 정해진 일정 간격을 두고 나란하게 배치될 수 있다.

이와 같이 이동자(25)는 상측과 하측, 그 중간에 배치되는 3개의 영구자석(27a',27b',27c')을 가질 수 있으며, 각 영구자석(27a',27b',27c')이 이동자 코어(26)인 백 요크의 표면에 부착될 수 있다.

이때, 위 아래의 영구자석(27a',27b',27c') 간에 극성은 서로 반대가 되도록 하며, 예로서 상, 중, 하의 영구자석이 N, S, N의 극성을 가지거나 S, N, S의 극성을 가지도록 배치될 수 있다.

또한, 고정자 코어(22)는 C형의 단면 형상을 가질 수 있고, C형의 단면 형상을 가지는 고정자 코어(22)의 내측으로 코일(24)이 토로이달 형태로 감기는 구조로 설치될 수 있다.

이러한 구성에서 이동자(25)는 상하방향인 z축 방향으로만 1축 자유도를 가지고 이동할 수 있으며, 고정자 코일(24)에 적절한 전류를 넣어주면 고정자 코어(22)에서 영구자석(27a',27b',27c')과 인접한 부분의 극성이 변화되어 이동자(25)를 이동시키는 구동력을 발생시킨다.

다음으로, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액티브 엔진 마운트의 구동기를 도시한 단면도로서, 구동기(20)에서 이동자 코어(26)에 환형의 영구자석(27) 1개를 원주방향을 따라 길게 배치되도록 설치하고, 이 영구자석(27)의 상측과 하측으로 별도의 환형 코어(26d)를 배치한 구성을 나타내고 있다.

즉, 도 13에 나타낸 바와 같이, 영구자석(27)은 1개만 사용하고, 나머지 2개는 환형 코어(26d)를 사용하는 consequent pole 구조로 구성하는 것이다.

이러한 구조의 장점은 고정자 코일(24)의 와인딩이 간단한 동시에 구조가 간단하다는 것이다.

도 13의 실시예에서는 기존의 일반적인 적층구조를 적용할 수 없기 때문에 일반적인 비적층 구조의 코어에서 과도한 철손이 발생할 수 있는 문제점을 가지만, 고정자 코어(22)에 아몰퍼스와 같은 자성 재료를 사용함으로써 해결이 가능하다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 엔진 마운트 11 : 케이스
12 : 센터볼트 13 : 인너코어
14 : 인슐레이터 15 : 가진판
16 : 다이어프램 20 : 구동기
21 : 고정자 22 : 고정자 코어
23a : 치 23b : 슬롯
24 : 코일 25 : 이동자
26 : 이동자 코어 26a : 원통형상부
26b : 삽입부 26c : 홀
27a : 상측 영구자석 27b : 하측 영구자석
C1 : 상부액실 C2 : 하부액실

Claims (12)

1. 유체 봉입식 마운트의 내부에 구동기가 설치되어 구성되는 차량용 액티브 마운트에 있어서,
   인슐레이터와 가진판 사이에 상부 액실이 형성되고,
   상기 구동기는,
   마운트 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 가진판을 상하로 이동시키기 위한 이동자를 포함하여 구성되며,
   상기 고정자의 고정자 코어에 코일이 권선되고,
   상기 이동자의 이동자 코어에 영구자석이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정자는,
   환형의 고정자 코어 내주면에 원주방향을 따라 복수 개의 치와 슬롯이 일정 간격으로 교대로 배치되도록 형성되고,
   상기 고정자 코어에서 각 치에 코일이 권선되며,
   상기 치의 끝단부가 이동자와 공극을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동자는,
   복수 개의 영구자석이 이동자 코어에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되도록 설치되고, 상기 이동자 코어에서 영구자석이 원주방향을 따르는 일정 간격의 각 설치위치마다 상측과 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 이동자 코어는,
   원통형상부를 가지며, 상기 원통형상부의 외주면에 영구자석들이 부착되어 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 이동자 코어는,
   원통형상부를 가지며, 상기 원통형상부의 외주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 돌출된 형상의 삽입부가 형성되고, 상기 각 삽입부에 형성된 홀이나 홈에 영구자석이 삽입되어 코어에 영구자석이 매립형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 이동자 코어에서, 상측의 영구자석들과 하측의 영구자석들은 서로 N극과 S극의 반대 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 이동자 코어에서,
   상측의 영구자석들이 원주방향으로 이웃한 영구자석끼리 서로 반대 극성을 가지도록 N극과 S극이 교대로 배치되고, 하측의 영구자석들이 원주방향으로 이웃한 영구자석끼리 서로 반대 극성을 가지도록 N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동자에서,
   상기 이동자 코어의 상측과 하측, 그리고 그 중간에 영구자석이 배치되고,
   상기 상측의 영구자석과 중간의 영구자석의 극성이 반대이며,
   상기 하측의 영구자석과 중간의 영구자석의 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 상측의 영구자석과 하측의 영구자석, 중간의 영구자석이 이동자 코어에서 각각 원주방향을 따라 길게 배치되고 서로 나란하게 배치되는 환형의 영구자석인 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 고정자 코어는 C형의 단면 형상을 가지며,
    상기 C형의 단면 형상을 가지는 고정자 코어의 내측으로 코일이 토로이달 형태로 감기는 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동자에서,
    상기 이동자 코어의 표면 상측과 하측에 환형 코어가 이동자 코어의 원주방향을 따라 길게 배치되도록 설치되고,
    상기 상측과 하측의 환형 코어 사이에 이동자 코어의 원주방향을 따라 길게 배치되도록 환형의 영구자석이 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고정자 코어는 C형의 단면 형상을 가지며,
    상기 C형의 단면 형상을 가지는 고정자 코어의 내측으로 코일이 토로이달 형태로 감기는 구조로 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 마운트.

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