KR20210123160A - 코일 일체형 자기유변 탄성체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄성체 기재의 내부에 코일을 삽입하여 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 코일 일체형 자기유변 탄성체에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 일체형 자기유변 탄성체는 소정의 형상을 갖는 탄성체 기재와; 상기 탄성체 기재의 내부에 혼입된 자성분말과; 상기 탄성체 기재의 내부에 삽입된 코일을 포함한다.

Description

코일 일체형 자기유변 탄성체{Coil integrated Magneto-Rheological elastomer}
본 발명은 코일 일체형 자기유변 탄성체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성체 기재의 내부에 코일을 삽입하여 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 코일 일체형 자기유변 탄성체에 관한 것이다.
자기유변성(Magneto-Rheological) 재료는 외부의 자기장에 의해 유변물성과 동적특성이 변하는 재료이다.
자기유변성 재료는 자기유변 유체(MR Fluid: MRF), 자기유변 발포체(MR foam) 및 자기유변 탄성체(MR Elastomer: MRE) 등이 있다.
최근에는 매트릭스가 유체이기 때문에 보관 중에 입자가 침전되거나 매트릭스를 보관하기 위한 별도의 용기가 필요하여 활용성이 제한되는 자기유변 유체를 대체하여 매트릭스가 탄성체로 이루어지는 자기유변 탄성체의 사용 빈도가 증가하고 있다.
특히, 자기유변 탄성체(MRE)는 자기장 인가에 따라 모듈러스(Modulus)가 변하고, 자기유변 효과(MR effect)를 나타내기 때문에 댐핑 부품, 쇽 업소버, 소음차단 시스템, 절연체 및 마그네토 레지스터 센서 등과 같은 분야에 널리 사용되고 있다. 특히, 자동차의 방진부품을 제조하는 분야에 자기유변 탄성체를 적용하는 기술이 지속적으로 연구 중이다.
도 1은 종래의 자기유변 탄성체가 적용된 트랜스 미션 마운트를 보여주는 도면이고, 도 2a는 종래의 자기유변 탄성체에 자기장이 형성되는 것을 보여주는 도면이며, 도 2b는 종래의 자기유변 탄성체에 자기장이 형성된 전과 후의 모습을 보여주는 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 자기유변 탄성체가 적용된 트랜스 미션 마운트는 복수의 코어 부품들(11, 12, 13, 14)과 브라켓(20)으로 이루어지고, 응력이 작용하는 위치에 자기유변 탄성체(40)가 구비되고, 자기유변 탄성체(40)의 주변으로 자기장 형성을 위한 코일(31)이 보빈(30)에 권선되어 구비된다. 이때 자기유변 탄성체(40)는 코일(31)과 별개로 구성되어 코일(31)에서 발생된 자기장이 자기유변 탄성체(40)를 거쳐 긴 폐회로를 구성하게 된다.
이때 자기유변 탄성체(40)는 도 2b에 도시된 바와 같이 탄성체 기재(41)의 내부에 자기반응성 입자인 자성분말(42)이 혼입되어 이루어진다. 일반적으로 자성분말(42)은 구형인 CIP(Carbonyl Iron Powder)를 사용한다.
한편, 코일(31)에 전기가 인가되면 도 2a와 같이 자기유변 탄성체(40)에 자기장(E)이 형성된다. 하지만, 코일(31)의 위치 및 폐회로의 형상에 의해 자기유변 탄성체(40)에는 균일한 자기장(E)이 형성되지 않고 특정 방향으로 자기장(E)이 편중되어 현상이 발생된다. 이렇게 자기유변 탄성체(40) 내에 불균일한 전자기 구배가 발생하여 자기유변 탄성체(40)가 국부적으로만 동작되는 문제가 발생하였다.
또한, 종래의 자기유변 탄성체(40)가 적용된 트랜스 미션 마운트는 자기유변 탄성체(40)와 코일(31)이 이격되어 배치되는 구조적인 특성에 따라 코일(31)로부터 자기유변 탄성체(40)까지 자기장(E) 경로가 길게 형성된다.
이에 따라 자기장(E)의 세기를 높이기 위하여 코일(31)의 권선수를 증가시키거나, 코일(31)에 인가되는 전류의 세기를 크게 하거나, 자기유변 탄성체(40)의 체적을 증가시키는 것과 같은 방법을 적용하여야 한다. 따라서, 자기장(E)의 세기를 높이는 방법이 상당히 비효율적이라는 단점이 있다.
그리고, 자기유변 탄성체(40)와 코일(31)이 이격되어 배치되기 때문에 전자기 누설이 발생되고, 이렇게 누설된 전자기가 주변 부품에 악영향을 미치는 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
등록특허공보 제10-1724747호 (2017.04.03)
본 발명은 탄성체 기재의 내부에 코일을 삽입하여 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 코일 일체형 자기유변 탄성체를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 일체형 자기유변 탄성체는 소정의 형상을 갖는 탄성체 기재와; 상기 탄성체 기재의 내부에 혼입된 자성분말과; 상기 탄성체 기재의 내부에 삽입된 코일을 포함한다.
상기 코일은 상기 탄성체 기재에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 권선된 것을 특징으로 한다.
상기 자성분말은 편상의 자성분말이고, 상기 편상의 자성분말은 평평한 면이 상기 탄성체 기재에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 혼입된 것을 특징으로 한다.
이때 상기 자성분말은 구형의 자성분말일 수 있다.
상기 코일은 복수개가 삽입되되, 각각의 코일은 서로 다른 방향으로 권선된 것을 특징으로 한다.
이때 상기 자성분말은 구형의 자성분말인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전원의 인가에 의해 자기장을 형성하는 코일을 탄성체 기재에 직접 삽입하여 자기적 특성을 향상시킨 자기유변 탄성체를 기대할 수 있다.
특히, 탄성체 기재에 응력이 작용하는 방향과 수직인 방향으로 권선된 코일을 삽입시켜서 특정 방향의 댐핑 특성이 강화된 자기유변 탄성체를 구현할 수 있다.
또한, 이방성을 갖는 편상의 자기분말을 권선된 코일의 방향에 대응되는 방향으로 혼입시켜서 특정 방향으로 댐핑 특성을 더욱 강화시킨 자기유변 탄성체를 구현할 수 있다.
그리고, 탄성체 기재 내부에 서로 다른 방향으로 권선된 복수의 코일을 삽입시키고, 필요에 따라 선택적으로 코일에 전원을 인가시켜 원하는 방향으로 댐핑 특성을 강화시킬 수 있는 자기유변 탄성체를 구현할 수 있다.
한편, 탄성체 기재의 내부에 코일을 삽입하여 자기장을 자기유변 탄성체에 직접 형성시킴으로써, 전자기장이 주변의 부품으로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 자기유변 탄성체가 적용된 트랜스 미션 마운트를 보여주는 도면이고,
도 2a는 종래의 자기유변 탄성체에 자기장이 형성되는 것을 보여주는 도면이며,
도 2b는 종래의 자기유변 탄성체에 자기장이 형성된 전과 후의 모습을 보여주는 모식도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체를 보여주는 도면이며,
도 4a 내지 도 4c는 다른 실시예에 따른 자기유변 탄성체를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체를 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체(100)는 소정의 형상을 갖는 탄성체 기재(110)와; 상기 탄성체 기재(110)의 내부에 혼입된 자성분말(120)과; 상기 탄성체 기재(110)의 내부에 삽입된 코일(130)을 포함한다.
탄성체 기재(110)는 탄성력을 부여하면서 자기유변 탄성체(100)의 형상을 결정하는 요소로서, 천연 고무를 사용하여 구현할 수 있다. 물론 탄성체 기재(110)로 사용되는 소재는 천연 고무로 한정되지 않고, 탄성을 갖는 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다. 또한, 통상의 자기유변 탄성체에 적용될 수 있는 다양한 종류의 소재가 사용될 수 있다.
자성분말(120)은 탄성체 기재(110)에 혼입되어 코일(130)에서 형성되는 자기장에 의해 탄성체 기재(110)의 모듈러스(Modulus)를 변화시키고, 자기유변 효과(MR effect)가 나타나도록 하는 요소이다. 그래서, 종래에는 자기유변 탄성체의 자기적 특성을 향상시키기 위해서는 자성분말의 함량을 증가시키는 방식이 적용되었다.
하지만, 본 실시예에서는 이방성을 갖는 자성분말(120)을 적용하여 적은 함량으로도 자기유변 탄성체(100)의 자기적 특성을 향상시켰다.
부연하자면, 본 실시예에서는 자성분말(120)로 편상의 자성분말(120)을 적용할 수 있다. 편상의 자성분말(120)은 그 형상에 의해 자체적으로 이방성이 부여된다. 그래서, 편상의 자성분말(120)은 평평한 면이 탄성체 기재(110)에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 배열되도록 혼입되는 것이 바람직하다. 이때, 예를 들어 편상의 자성분말(120)은 샌더스트 플레이크(Sendust Flake)를 사용할 수 있다.
코일(130)은 전원의 인가에 의해 자기장을 형성시키는 요소로서, 탄성체 기재(110)의 형상에 대응되는 크기의 원형 형태로 권선시켜 사용할 수 있다. 이때 코일(130)은 탄성체 기재(110)에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 권선되는 것이 바람직하다.
이에 따라 코일(130)이 권선되는 방향과 자성분말(120)의 평평한 면은 서로 같은 방향으로 배열되는 것이 바람직하다. 그래서, 탄성체 기재(110)를 응력이 작용하는 단방향으로 강화시켜 제어할 수 있도록 한다.
예를 들어 도 3과 같이 응력 방향이 지면과 수직 방향인 경우에 코일(130)을 지면과 수평 방향으로 권선하고, 자성분말(120)도 지면과 수평 방향으로 평평한 면을 갖는 샌더스트 플레이크를 혼입시킨다. 그러면 코일(130)에 전원이 인가되는 경우에 지면과 수직 방향의 수직 자기장(Ev)이 형성되고, 이렇게 형성된 수직 자기장(Ev)에 의해 자성분말(120)에 자기적 특성이 부여되면서 자기유변 탄성체(100)가 지면과 수직 방향으로 댐핑 특성이 향상되도록 할 수 있다.
이렇게, 탄성체 기재(110)의 내부에 특정 방향으로 권선된 코일(130)을 삽입하고, 코일(130)의 권선 방향에 대응되는 방향으로 이방성을 갖는 편상의 자성분말(120)을 탄성체 기재(110)에 혼입 시킴으로써, 특정 방향으로 높은 댐핑 특성을 갖는 자기유변 탄성체(100)를 구현할 수 있다.
그리고, 탄성체 기재(110)의 내부에 코일(130)과 자성분말(120)을 일체로 형성함에 따라 자성 특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 자기유변 탄성체(40)와 코일(31)이 별개로 구비되는 종래의 자기유변 탄성체(40)에 비하여 코일(130)의 권선수, 전류의 세기 및 탄성체 기재(110)의 체적을 감소시킬 수 있다.
또한, 자성분말(120)이 혼입된 탄성체 기재(110)에 코일(130)이 일체로 형성됨에 따라 전자기장이 누설되는 것을 방지하여 누설 전가기장이 자기유변 탄성체(100)의 주변 부품에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
한편, 코일의 권선 방향 및 개수와 함께 자성분말의 형태를 다양하게 변경하여 자기유변 탄성체를 구현할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 다른 실시예에 따른 자기유변 탄성체를 보여주는 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 응력 방향이 지면과 수평 방향인 경우에 탄성체 기재(210)의 내부에 삽입되는 코일(230)을 지면과 수직 방향으로 권선하고, 자성분말(220)도 지면과 수직 방향으로 평평한 면을 갖는 샌더스트 플레이크를 혼입시킨다. 그러면 코일(230)에 전원이 인가되는 경우에 지면과 수평 방향의 수평 자기장(Eh)이 형성되고, 이렇게 형성된 수평 자기장(Eh)에 의해 자성분말(220)에 자기적 특성이 부여되면서 자기유전 탄성체(200)가 지면과 수평 방향으로 댐핑 특성이 향상되도록 할 수 있다.
또한, 자성분말로 편상의 자성분말을 사용하는 것에 한정하지 않고 구형의 자성분말을 사용할 수 있다.
예를 들어 도 4b와 같이 응력 방향이 지면과 수직 방향인 경우에 탄성체 기재(310)의 내부에 삽입되는 코일(330)을 지면과 수평 방향으로 권선하고, 자성분말(320)은 구형의 자성분말(320)을 혼입시킬 수 있다. 그러면 코일(330)에 전원이 인가되는 경우에 지면과 수직 방향의 수직 자기장(Ev)이 형성되고, 이렇게 형성된 수직 자기장(Ev)에 의해 자성분말(320)에 자기적 특성이 부여되면서 자기유전 탄성체(300)가 지면과 수직 방향으로 댐핑 특성이 향상되도록 할 수 있다.
한편, 전술된 실시예와 달리 특정 방향으로 강화된 댐핑 효과를 구현시키는 것이 아니라 다양한 방향에 선택적으로 강화된 댐핑 효과를 구현시킬 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이 탄성체 기재(410)의 내부에 서로 다른 방향으로 권선된 복수의 코일(430, 440)을 삽입하고, 필요에 따라 선택되는 코일(430. 440)에 전원을 인가하여 원하는 방향으로 댐핑 효과를 강화시킬 수 있다.
이때는 다양한 방향으로 댐핑 효과를 강화시켜야 하기 때문에 자성분말(420)로 이방성을 갖는 편상의 자성분말을 사용하는 것보다 구형의 자성분말(420)을 탄성체 기재(410)에 혼입시키는 것이 바람직하다.
예를 들어 도 4c에 도시된 바와 같이 구형의 자성분말(420)이 혼입된 탄성체 기재(410)의 내부에 지면과 수평 방향으로 권선된 제 1 코일(430)이 삽입되는 동시에 지면과 수직 방향으로 권선된 제 2 코일(440)이 삽입된다.
그래서, 지면과 수직 방향으로 응력이 작용하는 경우에는 지면과 수평 방향으로 권선된 제 1 코일(430)에 전원을 인가하여 지면과 수직 방향으로 수직 자기장(Ev)을 발생시킴으로써 지면과 수직 방향으로 댐핑 효과가 강화되도록 할 수 있다.
그리고, 지면과 수평 방향으로 응력이 작용하는 경우에는 지면과 수직 방향으로 권선된 제 2 코일(440)에 전원을 인가하여 지면과 수평 방향으로 수평 자기장(Eh)을 발생시킴으로써 지면과 수평 방향으로 댐핑 효과가 강화되도록 한다.
도 4c에서는 지면과 수직 및 수평 방향, 즉 2 방향으로 댐핑 효과를 강화시키기 위하여 2 방향으로 권선된 코일(430, 440)을 탄성체 기재(410)에 삽입하였지만, 원하는 방향의 개수에 따라 코일의 권선 방향을 설정하여 삽입시킴으로써 더 많은 방향으로 댐핑 효과를 강화시킬 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
11, 12, 13, 14: 코어
20: 브라켓
30: 보빈
40, 100, 200, 300, 400: 자기유변 탄성체
41, 110, 210, 310, 410: 탄성체 기재
42, 120, 220, 320, 420: 자성분말
31, 130, 230, 330: 코일
430: 제 1 코일
440: 제 2 코일

Claims (6)

  1. 소정의 형상을 갖는 탄성체 기재와;
    상기 탄성체 기재의 내부에 혼입된 자성분말과;
    상기 탄성체 기재의 내부에 삽입된 코일을 포함하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일은 상기 탄성체 기재에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 권선된 것을 특징으로 하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 자성분말은 편상의 자성분말이고,
    상기 편상의 자성분말은 평평한 면이 상기 탄성체 기재에 작용되는 응력의 방향과 수직인 방향으로 혼입된 것을 특징으로 하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 자성분말은 구형의 자성분말인 것을 특징으로 하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일은 복수개가 삽입되되, 각각의 코일은 서로 다른 방향으로 권선된 것을 특징으로 하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 자성분말은 구형의 자성분말인 것을 특징으로 하는 코일 일체형 자기유변 탄성체.
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