KR20220093796A - 엠알(mr) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치 - Google Patents

엠알(mr) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치 Download PDF

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Abstract

엠알(MR) 유체 댐퍼가 개시된다. 본 발명에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼는, 로드 관통공이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공형의 하우징; 중공관 형상으로 형성되어 상기 하우징의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재들이 방사상으로 마련되며 내부에는 엠알(MR)유체가 채워지는 전자석 설치부재; 상기 구획부재들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층을 이루되, 상기 전자석 설치부재의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층을 이루고, 인가되는 전원에 의해 상기 엠알(MR)유체의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석; 및 유체 통과공을 구비하여 상기 전자석 설치부재의 내부 중앙에 배치되는 피스톤과 결합되는 로드를 포함하고, 상기 전자석에 선택적으로 전원을 인가하여 상기 엠알유체의 저항 점성을 변화시켜 상기 로드에 작용하는 하중을 완충하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

엠알(MR) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치{MR FLUID DAMPER AND VERTICAL DISTURBANCE COMPENSATE DEVICE OF PULL TYPE UNDERWATER EQUIPMENT USING MR FLUID DAMPER}
본 발명은 엠알(MR : Magnetorheological) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자기장의 크기에 따라 점성 저항 변화 성질을 갖는 엠알 유체를 이용하여 엠알 유체 댐퍼를 구성하고, 수중 장비와 윈치 케이블 사이에 엠알 유체 댐퍼를 설치하여 수중 장비의 운동이나 조사선의 움직임에 따라 완충정도를 결정하고 결정된 완충 정도에 따라 엠알유체의 점성을 변화시켜 수중 장비의 수직 외란을 보상할 수 있는 엠알(MR) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연안환경 수층의 물리학적 화학적 특성을 파악하기 위하여 해양관측을 수행한다. 해양관측은 목적에 부합하는 해양관측센서를 구비한 수중 조사용 장비를 수중으로 진수하고 인양하는 작업을 반복적으로 수행하여 목적한 정보를 획득한다.
수중 조사용 장비는 조사선에서 윈치를 이용하여 수중으로 진수하여 수중 환경을 관측하도록 구성된 것이다.
이와 같은 수중 조사용 장비를 수중으로 진수하고 인양하기 위한 장비는 조사선 등에 구비되는 것이다.
종래기술로서, 대한민국등록특허 제10-2054667호(공고일 : 2019.12.11)에는 수중 조사장비용 자동 수직 투입 및 인양장치가 개시되어 있다. 이러한 수중 조사장비용 자동 수직 투입 및 인양장치는, 조사선에서 수중 조사장비를 자동으로 정확하게 설정된 목표 수심으로 투입하거나 인양할 수 있을 뿐만 아니라, 자동으로 투입 및 인양을 반복적으로 수행할 수 있는 수중 조사장비용 자동 수직 투입 및 인양장치에 관한 것이다.
이러한 자동 수직 투입 및 인양장치는, 윈치장치가 타이머를 구비하고 수심에 대한 정보와 투입유지시간 및 투입과 인양의 반복 횟수 등을 입력받은 제어부에 의해 작동 제어됨으로써, 수중조사장비를 자동으로 해당 수심까지 정확하게 투입할 수 있고, 설정된 시간동안 투입된 상태를 유지할 수 있으며, 설정된 투입 및 인양 반복 횟수대로 수중조사장비를 진수하고 다시 인양하는 작업이 자동으로 수행될 수 있음으로써, 수중조사장비를 이용한 수중 환경 조사가 정확하고 편리하게 이루어질 수 있는 효과를 제공할 수 있었다.
그러나, 이러한 구조의 투입 및 인양장치는, 수중조사장비와 연결된 케이블에 조류나 기타 사유로 수직 하중이 작용하거나, 윈치가 설치된 조사선이 롤링 또는 피칭에 의해 움직임이 과도하게 발생될 때 케이블에 작용하는 급격한 하중을 보상하기 위한 수단이 구비되지 않음으로써 수중조사장비를 견인하는 케이블 또는 견인 케이블에 구비되는 신호 케이블이 손상될 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 해양의 물리자료, 영상자료, 화학자료 등은 수중조사장비를 수중에 진수하여 취득되는 자료로서, 견인형 수중조사장비는 조사선의 윈치 케이블을 통해 물리적인 구속이 되어 있기 때문에, 수중 환경(수중조사장비에 작용하는 조류나 해류 등) 및 조사건의 운동(피칭이나 롤링 등)에 의해 견인형 수중조사장비에 수직 외란이 발생될 수 있었다. 즉, 종래기술에 의한 자동 수직 투입 및 인양장치는 수중조사장비의 수직운동 변화 또는 조사선의 움직임에 따라 윈치 케이블과 수중조사장 간 당겨지는 힘을 제어할 수 있는 수단이 구비되지 않음으로써 수중조사장비의 수직 외란에 의하여 획득되는 데이터의 정확성이 저하되는 문제점이 있었다.
. 대한민국등록특허 제10-2054667호(공고일 : 2019.12.11)
본 발명의 목적은, 자기장의 크기에 따라 점성 저항 변화 성질을 갖는 엠알 유체를 이용한 엠알 유체 댐퍼를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수중 장비와 윈치 케이블 사이에 엠알 유체 댐퍼를 설치하여 수중 장비의 운동이나 조사선의 움직임에 따라 완충정도를 결정하고 결정된 완충 정도에 따라 엠알유체의 점성을 변화시켜 수중 장비의 수직 외란을 보상할 수 있는 엠알(MR) 유체 댐퍼 및 이를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 로드 관통공이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공형의 하우징; 중공관 형상으로 형성되어 상기 하우징의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재들이 방사상으로 마련되며 내부에는 엠알(MR)유체가 채워지는 전자석 설치부재; 상기 구획부재들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층을 이루되, 상기 전자석 설치부재의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층을 이루고, 인가되는 전원에 의해 상기 엠알(MR)유체의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석; 및 유체 통과공을 구비하여 상기 전자석 설치부재의 내부 중앙에 배치되는 피스톤과 결합되는 로드를 포함하고, 상기 전자석에 선택적으로 전원을 인가하여 상기 엠알유체의 저항 점성을 변화시키기 위한 자기장을 형성함으로써 상기 로드에 작용하는 인장하중 및/또는 압축하중을 완충하도록 된 것을 특징으로 하는 엠알(MR) 유체 댐퍼에 의해 달성된다.
상기 구획부재들은, 상기 전자석 설치부재와 일체형으로 이루어지거나, 별도로 제작되어 상기 전자석 설치부재의 내주면에 중심을 기준으로 방사상으로 고정 배치될 수 있다.
상기 전자석에는, 자기장 측정센서가 각각 구비되고, 상기 피스톤에는, 상기 전자석과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서가 구비될 수 있다.
상기 전자석 설치부재는, 원통형의 본체와, 상기 본체의 일단을 차단하도록 결합되는 제1 차단판; 및 상기 로드 관통공과 일치하는 로드 통과공을 구비하여 상기 본체의 타단에 결합되는 제2 차단판을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 피스톤과 상기 제2 차단판 사이에는, 상기 하우징 또는 로드에 작용하는 인장 하중을 완충하고 피스톤을 원위치로 복귀시키기 위한 스프링이 구비될 수 있다.
상기 제1 차단판과 제2 차단판의 서로 마주보는 면에는, 상기 피스톤의 접촉시 마찰되지 않도록 회전되기 위한 축 베어링이 각각 구비될 수 있다.
상기 하우징과 상기 전자석 설치부재 사이에는 절연유가 채워질 수 있다.
상기 하우징의 내부 또는 외부에는, 상기 자기장 측정센서 및 상기 거리측정센서가 감지한 감지신호를 수신하여 상기 전자석에 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어모듈이 구비될 수 있다.
상기 제어모듈은, 상기 거리측정센서가 감지한 거리 감지신호를 토대로, 상기 피스톤이 해당 전자석층에서 중앙에 위치하도록 상기 전자석층의 각 전자석에 인가되는 전원을 제어하고, 상기 자기장 측정센서가 감지한 자기장 변화값을 토대로, 상기 피스톤의 위치를 파악하도록 구성될 수 있다.
상기 제어모듈은, 상기 전자석층 전체에 자기장을 형성하거나, 상기 피스톤의 위치에 따라 각각의 상기 전자석층에 순차적으로 자기장을 형성하거나, 각 상기 전자석층의 자기장이 서로 다르게 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 한쪽이 견인 케이블과 연결되고 반대쪽에 로드 관통공이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공형의 하우징과, 중공관 형상으로 형성되어 상기 하우징의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재들이 방사상으로 마련되며 내부에는 엠알(MR)유체가 채워지는 전자석 설치부재와, 상기 구획부재들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층을 이루되, 상기 전자석 설치부재의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층을 이루고, 인가되는 전원에 의해 상기 엠알(MR)유체의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석과, 일단은 수중조사장비의 연결 케이블과 연결되고 타단은 유체 통과공을 구비하여 상기 전자석 설치부재의 내부 중앙에 배치되는 피스톤과 결합되는 로드와, 상기 전자석에 구비되는 자기장 측정센서와 상기 피스톤에 구비되어 상기 전자석과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서가 감지한 감지신호를 토대로 상기 전자석에 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어모듈을 포함하는 엠알(MR) 유체 댐퍼; 및 조사선의 자세를 감지하기 위한 조사선 자세감지센서로부터 감지된 조사선 자세값과 수중조사장비의 모션 감지센서로부터 감지된 장비 모션값을 수신하여 통신모듈을 통하여 상기 제어모듈에 전달하도록 된 제어부를 포함하고, 상기 조사선의 윈치와 연결된 상기 견인 케이블이 상기 엠알(MR) 유체 댐퍼의 하우징과 연결되고, 상기 수중조사장비와 연결된 연결 케이블이 상기 로드에 연결된 상태에서, 상기 조사선 자세값과 상기 장비 모션값을 토대로 상기 엠알(MR) 유체 댐퍼의 자기장을 제어하여 상기 견인 케이블과 상기 연결 케이블에 작용하는 하중을 완충하여 상기 수중조사장비의 수직 외란을 보상하도록 된 것을 특징으로 하는 엠알(MR) 유체 댐퍼를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치에 의해 달성된다.
상기 제어부는, 상기 조사선 자세값과, 상기 윈치에 구비된 감김/풀림 감지센서가 감지한 감김 및 풀림 상태값과, 케이블 텐션감지센서가 감지한 견인 케이블의 텐션값을 토대로 상기 조사선의 자세 변화 여부를 판단하고, 상기 조사선의 자세 변화에 따라 상기 전자석층의 전자석에 인가되는 자기장을 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 엠알유체 댐퍼(damper)를 구성함에 있어서, 다수개의 전자석을 방사형으로 배치하되, 방사상으로 배치된 전자석이 한 층을 이루도록 구성하고, 각 전자석층의 전자석 자기장을 전체 또는 구분하여 제어함으로써 엠알유체를 이용하여 댐핑(damping)을 효율적으로 수행할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 특히, 전자석들을 다층으로 적층하여 구성한 후 모든 층의 전자석들의 자기장을 동시에 제어하거나, 각 전자석층들 중에서 선택된 층의 전자석들의 자기장을 제어할 수 있음으로써 댐퍼의 댐핑을 세분화할 수 있고, 작용하는 하중에 따라 댐핑력을 조절할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 조사선에서 수중으로 수중조사장비를 진수하여 수중 환경을 조사하는 경우에, 수중조사장비와 윈치 사이에 엠알유체 댐퍼를 설치함으로써, 수중조사장비의 운동이나 조사선의 움직임에 따라 완충정도를 결정하고 결정된 완충 정도에 따라 엠알유체의 저항 점성을 변화시켜 수중 장비의 수직 외란을 보상할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 엠알(MR) 유체 댐퍼의 결합상태 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4 및 도 5는 는 도 3의 B-B선 및 C-C선 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 엠알(MR) 유체 댐퍼의 작동을 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼가 적용된 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치를 설명하기 위한 개략적 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
그리고, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 엠알(MR) 유체 댐퍼의 결합상태 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다. 그리고, 도 4 및 도 5는 는 도 3의 B-B선 및 C-C선 단면도이고, 도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 엠알(MR) 유체 댐퍼의 작동을 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼(20)는, 자기장에 영향을 받아 저항 점성이 변화하는 엠알유체를 이용하여 피스톤(32)의 움직임을 제어함으로써 댐핑 작용을 하중의 크기나 속도 등에 따라 다양하게 제어하기 위한 것이다.
이러한 엠알 유체 댐퍼(20)는, 한쪽 단부에 로드 관통공(22A)이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공 원통형의 하우징(22)을 포함한다. 중공관 형상으로 형성되어 하우징(22)의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재(24A)들이 방사상으로 각각 마련되며 내부의 작동공간(S)에는 자기장에 의해 저항 점성이 가변되는 엠알유체(MR)가 채워지는 전자석 설치부재(24)를 포함한다. 각 구획부재(24A)들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층(LA)을 이루되 전자석 설치부재(24)의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층(LA1 ~ LAn)들을 이루고 인가되는 전원에 의해 엠알유체(MR)의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석(26)을 포함한다. 유체 통과공(32)을 구비하여 전자석 설치부재(24)의 작동공간(S) 중앙에 배치되는 피스톤(32)을 포함한다. 그리고 피스톤(32)은 로드(30)의 단부와 결합된다.
이를 보다 구체적으로 설명한다.
하우징(22)은, 소정 길이를 갖는 중공의 원통 구조를 갖으며 한쪽 단부에 로드 관통공(22A)이 형성된다. 하우징(22)은 일체형으로 형성될 수도 있으나, 상부체와 하부체로 각각 별도 제작된 후 서로 기밀을 유지하여 결합될 수 있다. 이 경우에 하부체에 로드 관통공(22A)이 형성된다.
전자석 설치부재(24)는, 중공관 형상으로 형성되어 하우징(22)의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재(24A)들이 방사상으로 각각 마련되며 전자석(26)들이 작동공간(S)에 각각의 전자석층(LA)을 이루도록 적층된다. 내부의 작동공간(S)에는 자기장의 세기에 따라 저항 점성이 가변되는 엠알유체(MR)가 채워지도록 구성된다. 이러한 전자석 설치부재(24)는, 원통형의 본체(24B)와, 본체(24B)의 일단을 차단하도록 결합되는 제1 차단판(24C)와, 로드 관통공(22A)과 일치하는 로드 통과공(24D)을 구비하여 본체(24B)의 타단에 결합되는 제2 차단판(24D)을 포함하여 구성된다.
전자석 설치부재(24)는 자기장에 영향을 주지 않도록 비자성체로 이루어질 수 있고, 본체(24B)와 제1 차단판(24C) 및 제2 차단판(24D)은 내부에 각 부품이 설치된 후 볼트 또는 용접 등에 의해 일체화될 수 있다. 또한, 전자석 설치부재(24)는 전술한 하우징(22)과 마찬가지로 상부체와 하부체로 구성되어 상호 기밀을 유지하여 결합되도록 구성될 수도 있다.
전술한 구획부재(24A)들은, 비자성체로 구성되는 것으로, 각 전자석층(LA)을 이루는 전자석(26)을 도 4에 도시된 바와 같이 수평방향으로 이격시켜 구분하고 서로의 자기장이 영향을 미치지 않도록 하기 위한 것이다. 이러한 구획부재(24A)는 전자석 설치부재(24)와 일체형으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 압출성형에 의해 본체(24B)의 내측에 구획부재(24A)들이 각각 중심을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 또한, 구획부재(24A)는, 별도로 제작되어 전자석 설치부재(24)의 내주면에 중심을 기준으로 방사상으로 고정 배치될 수 있다.
구획부재(24A)가 별도로 제작된 경우에 각각의 구획부재(24A)는 별도의 고정 수단에 의해 전자석 설치부재(24)와 결합되어 일체화 된다.
전술한 전자석 설치부재(24)의 제1 차단판(24C)과 제2 차단판(24D)의 서로 마주보는 면에는, 피스톤(32)의 직선운동(작동공간 내에서 직선 왕복운동)접촉시 마찰되지 않도록 회전되기 위한 축 베어링(24E)들이 각각 구비된다. 특히, 하우징(22)과 로드(30)가 서로 구속되어 있지 않기 때문에, 하우징(22)과 로드(30)는 서로 다른 방향으로 회전할 수 있는데, 이와 같이 하우징(22)과 로드(30)가 다른 방향으로 하중이 작용하는 상태에서 축 베어링(24E)에 접촉될 때 피스톤(32)이 원활하게 회전하도록 하여 마찰에 의한 소음이나 손상이 발생하지 않도록 한다.
한편, 하우징(22)과 전자석 설치부재(24) 사이의 공간에는 절연유(IO)가 채워질 수 있다. 절연유(IO)는 전자석 설치부재(24)로부터 발생되는 열을 하우징(22)으로 전달하여 발산하는 기능을 하며, 외력으로부터 전자석 설치부재(24)를 보호할 뿐만 아니라, 내부의 자기장이 외부에 영향을 미치지 않도록 하고, 외부의 자기장이 내부의 전자석(26)들에 영향을 미치지 않도록 하는 역할을 한다. 이러한 절연유(IO)는 하우징(22)에 구비되는 별도의 밸브를 통하여 채워질 수 있다.
전술한 각 전자석(26)은, 전자석 베이스와 코일로 이루어지며, 한개의 전자석층(LA)에 4개의 전자석(26)이 90°간격으로 배치된다. 그리고 각각의 전자석(26)들은 가기장이 이웃하는 전자석(26)의 자기장에 영향을 미치지 않도록 배치된다. 이러한 전자석(26)에는 전원이 인가되어 자기장이 형성될 때 자기장을 측정하기 위한 자기장 측정센서(26B : haul type sensor)들이 각각 구비된다. 이러한 자기장 측정센서(26B)들은 피스톤(32)이 해당 전자석(26)에 근접했을 때 변화되는 자기장도 감지하도록 구성된다. 예를 들면, 한 전자석층(LA1)의 전자석(26)이 4개로 이루어지고, 1개의 전자석(26)에 2개의 자기장 측정센서(26B)들이 구비된 상태에서, 이중 자기장 절대값 크기가 4개 이상의 자기장 측정센서(26B)들로부터 감지되면 피스톤(32)이 해당 전자석층(LA1)에 위치하는 것으로 인식하는 것이다. 이와 같이 자기장 측정센서(26B)들이 피스톤(32)의 움직임에 따른 자기장의 변화도 감지하도록 구성됨으로써 피스톤(32)의 위치, 즉 피스톤(32)이 어느 전자석층(LA ~ LAn)에 위치하는지 파악할 수 있게 된다.
그리고, 피스톤(32)에는 전자석(26)과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서(26A)가 설치된다. 이러한 거리측정센서(26A)는 다수개로 이루어져 피스톤(32)의 중심을 기준으로 가장자리에 각각 배치된다. 거리측정센서(26A)는 전자석(26)의 수에 대응되는 수로 구비 된다. 즉 하나의 전자석층(LA)을 이루는 전자석(26)의 수 만큼 구비된다. 본 실시예에서는 하나의 전자석층(LA)을 4개의 전자석(26)이 구성하므로 4개의 거리측정센서(26A)가 구비된 것을 기준으로 설명한다. 이때 거리측정센서(26A)는 피스톤(32)의 외측면과 마주하는 각 전자석(26)의 내측면에 구비될 수도 있다.
전술한 하우징(22)의 내부 또는 외부에는, 자기장 측정센서(26B) 및 거리측정센서(26A)가 감지한 감지신호를 수신하여 전자석(26)에 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어모듈(40)이 구비된다.
제어모듈(40)은, 각각의 거리측정센서(26B : 와전류 타입 거리측정센서 - EDDY CURRENT SENSOR)가 감지한 거리 감지신호를 토대로 피스톤(32)이 해당 전자석층(LA)에서 중앙에 위치하도록 전자석층(LA)의 각 전자석(26)에 인가되는 전원을 제어하도록 구성된다. 예를 들면, 해당 전자석층(LA)에 4개의 전자석(26)이 방사상으로 배치된 경우에, 피스톤(32)이 어느 하나의 전자석(26) 쪽으로 치우지면 해당 전자석(26)의 자기장이 변화되므로, 이를 방지하고 피스톤(32)이 항상 중앙에 위치하도록 하기 위하여 각각의 거리측정센서(26A)가 감지한 거리 감지신호를 토대로 피스톤(32)의 가장자리와 해당 전자석층(LA)의 각 전자석(26) 간의 거리가 일정하도록 각 전자석(26)에 인가되는 전원의 세기를 제어하는 것이다. 즉, 어느 한쪽의 전자석(26)과 피스톤(32)의 한쪽 간의 거리가 가까우면, 그 반대쪽 전자석(26)에 인가되는 전원의 세기를 증가시키거나 해당 전자석(26)에 인가되는 전원을 감소시켜 피스톤(32)에 작용하는 자기장의 세기를 균일하게 제어하는 것이다.
그리고 제어모듈(40)은, 자기장 측정센서(26B)가 감지한 자기장 변화값을 토대로 피스톤(32)의 위치를 파악하도록 구성된다. 즉, 해당 전자석층(LA)에 피스톤(32)이 위치하는 경우에, 피스톤(32)이 위치한 전자석층(LA)을 이루는 전자석(26)의 자기장이 변화되므로, 이 자기장의 변화를 감지하여 피스톤(32)의 위치를 파악할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 방사상으로 배치된 각각의 전자석(26)들이 각각의 전자석층(LA1,LA2,LA3,LA4,LA5,LA6,LA7,LA8,LA9,LA10)들을 이루도록 적층되어 배치된 상태에서, 피스톤(32)이 제6 전자석층(LA6)에 위치하게 되면 제6 전자석층(LA6)의 전자석(26)들에 구비된 자기장 측정센서(26B)가 자기장의 변화를 감지하여 제어모듈(40)에 송신하므로 제어모듈(40)은 피스톤(32)이 제6 전자석층(LA6)에 위치함을 파악할 수 있는 것이다.
로드(30)는, 피스톤(32)을 통하여 하우징(22)과 연결되는 것으로, 단은 피스톤(32)과 결합되어 작동공간(S)에 위치하고, 타단은 외부로 위치 한다.
피스톤(32)은, 자성체로 이루어지며 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다수개의 유체 통과공(32A)들이 중심을 기준으로 방사항으로 형성된다. 이러한 피스톤(32)은 전자석 설치부재(24)의 내부 중앙, 즉 작동공간(S)에서 전자석층(LA)을 이루는 전자석(26)의 중앙에 위치하도록 설치된다. 각각의 유체 통과공(32A)들은 피스톤(32)이 작동공간(S)의 상부로 이동하거나 하부로 이동할 때 엠알유체(MR)가 이동하기 위한 통로이다. 이 유체 통과공(32A)은 1개만 형성될 수도 있고, 다수개로 이루어질 수 있으며, 그 크기와 갯수는 댐핑력이나 댐핑속도 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이와 같이 구성된 엠알유체 댐퍼(20)의 작용을 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 전자석(26)들이 전자석층(LA)을 형성하여 적층된 상태에서, 각 전자석(26)에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 로드(30)에 작용하는 하중(인장하중 또는 압축하중)에 의해 피스톤(32)은 작동공간(S) 내에서 자유롭게 이동한다. 이때 엠알유체(MR)는 유체 통과공(32A)을 통하여 피스톤(32)이 이동하는 반대방향으로 이동하고, 피스톤(32)이 이동할 때 유체 통과공(32A)을 통과하는 속도에 따라 일반적인 댐핑작용이 이루어진다.
이러한 상태에서, 제어모듈(40)로부터 각 전자석층(LA)의 모든 전자석(26)에 전원을 인가하면 각 전자석(26)에 의해 형성되는 자기장에 의해 엠알유체(MR)의 저항 점도가 높아진다. 따라서 피스톤(32)의 유체 통과공(32A)을 통과하는 엠알유체(MR)의 유동이 느려지게 되면서 피스톤(32)에 작용하는 급격한 하중을 완충할 수 있다. 이때, 전자석(26)에서 발생되는 자기장의 세기에 따라 엠알유체(MR)의 저항 점성이 커지게 되므로 자기장의 세기를 제어하여 완충 정도를 조절한다.
한편, 제어모듈(40)을 통하여 각 전자석층(LA)마다 인가되는 전원의 크기를 다르게 제어하거나, 인가 순서를 설정하여 제어함으로써 각 전자석층(LA)의 자기장을 서로 다르게 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 각 전자석층(LA)의 전자석(26)에 구비된 자기장 측정센서(26B)가 감지한 피스톤(32)의 위치 감지신호를 토대로 피스톤(32)의 위치를 파악하여, 피스톤(32)이 급격하게 이동함이 파악되면, 이동방향에 해당하는 각 전자석층(LA)들의 자기장을 순차적으로 발생시킴과 동시에 자기장의 크기를 점차 세도록 제어함으로써 로드(30)에 급격하게 작용하는 하중을 신속하고 효율적으로 완충할 수 있다. 즉, 피스톤(32)이 위치한 제6 전자석층(LA6)을 기준으로 제5 전자석층(LA5)로부터 피스톤(32)이 감지되면, 제5 전자석층(LA5)의 전자석(26)들보다 제1 전자석층(LA1)으로 갈수록 각 전자석(26)들의 자기장이 점차 세지도록 제어함으로써 급격한 하중이 작용하는 피스톤(32)의 움직임에 대한 저항이 점차적으로 커지도록 하여 로드(30)에 작용하는 급격한 하중을 안정적으로 서서히 완충할 수 있는 것이다.
한편, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 엠알유체 댐퍼(20)는, 전자석 설치부재(24)의 제2 차단판(24D)과 피스톤(32) 사이에 로드(30)에 작용하는 하중을 완충하고 피스톤(32)을 원위치(인장하중이 작용하기 전의 위치)로 복귀시키기 위한 스프링(80)이 구비되는 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다.
제2 차단판(24D)과 피스톤(32) 사이에 스프링(80)이 설치됨으로써, 각 전자석(26)에 전원이 인가되지 않더라도 스프링(80)이 허용하는 범위 내에서 로드(30)에 작용하는 하중을 완충할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스프링(80)은, 피스톤(32)이 인장하중을 완충하면서 최하점(도 5를 기준으로 LA10 쪽으로 이동하면서 스프링(80)이 압축된 상태)에 도달한 후, 각 전자석(26)에 전원이 인가되지 않거나, 자기장의 세기가 스프링(80)의 탄성계수보다 작은 경우에, 피스톤(32)을 최상점(도 5를 기준으로 LA1 쪽)으로 복귀시킨다. 이와 같이 스프링(80)이 피스톤(32)을 원위치로 복귀시킴으로써 본 발명에 따른 엠알유체 댐퍼(20)는 연속 반복적으로 인장 하중을 완충할 수 있다.
첨부된 도면 중에서, 도 9는 본 발명에 따른 엠알(MR) 유체 댐퍼가 적용된 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치를 설명하기 위한 개략적 블럭도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 엠알(MR) 유체 댐퍼를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치는, 조사선(100)의 윈치(120)와 연결된 견인 케이블(122)이 엠알 유체 댐퍼(20)의 하우징(22)과 연결되고, 수중조사장비(300)와 연결된 연결 케이블(310)이 로드(30)에 연결된 상태에서, 조사선(100)의 자세값과 주중조사장비(300)의 장비 모션값을 토대로 엠알 유체 댐퍼(20)의 자기장을 제어하여 견인 케이블(122)과 연결 케이블(310)에 작용하는 하중을 완충하여 수중조사장비(300)의 수직 외란을 보상하도록 구성된 것이다.
이러한 엠알 유체 댐퍼를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치는, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 엠알 유체 댐퍼(20)와, 조사선(100)의 자세를 감지하기 위한 조사선 자세감지센서(110)로부터 감지된 조사선 자세값과 수중조사장비(300)의 모션 감지센서(320)로부터 감지된 장비 모션값을 수신하여 통신모듈(130)을 통하여 제어모듈(40)에 전달하도록 된 제어부(200)를 포함하여 구성된 것이다.
그리고, 제어부(200)는, 조사선 자세값과, 윈치(120)에 구비되어 견인 케이블(122)의 감김과 풀림 상태를 감지하는 감김/풀림 감지센서(124)가 감지한 감김 및 풀림 상태값과, 견인 케이블(122)의 텐션상태를 감지하기 위한 케이블 텐션감지센서(126)가 감지한 견인 케이블(122)의 텐션값을 토대로 조사선(100)의 자세 변화 여부를 판단하고, 조사선(100)의 자세 변화에 따라 전자석층(LA)의 각 전자석(26)에 인가되는 자기장을 제어하도록 구성된다.
이와 같이 윈치(120)의 견인 케이블(122)과 수중조사장비(300)의 연결 케이블((310) 사이에 자기장의 세기에 따라 저항 점성이 변화되어 피스톤(32)에 작용하는 급격한 인장 하중을 완충하도록 된 엠알유체 댐퍼(20)가 구비됨으로써, 수중조사장비(300)에 작용하는 수중 외란을 보항할 수 있다.
특히, 조사선 자세값과, 윈치(120)의 감김 및 풀림 상태값과, 견인 케이블(122)의 텐션값을 토대로 조사선(100)의 자세 변화 여부를 판단하여, 조사선(100)이 주기적으로 피칭 또는 롤링하는 것으로 판단되면, 즉 조사선(100)의 자세가 주기적으로 변화함으로 판단되면, 제어부(200)는 조사선(100)의 자세변화 진폭 크기에 따라 피스톤(32)이 위치한 전자석층(LA2 - 도 9를 기준)의 전자석(26)을 제외한 나머지 전자석층(LA)의 전자석(26)에 동일한 전원을 인가하여 동일한 자기장이 형성되도록 한다. 그리고 해당 전자석층(LA2)의 전자석에는 타 전자석(26) 대비 1/10 세기로 감소된 자기장이 형성되도록 전원을 제어 인가한다.
이와 같이 조사선(100)이 주기적으로 롤링하거나 피칭하는 경우 또는 기타의 외력에 의해 주기적으로 자세가 변화하는 경우 피스톤(32)이 위치한 해당 전자석층(LA2)의 전자석(26)들 자기장을 타 전자석(26)들에 비하여 약하게 형성되도록 함으로써 조사선(100)의 자세 변화에 따라 견인 케이블(122)에 주기적으로 작용하는 하중은 해당 전자석층(LA2)에 위치한 피스톤(32)에 의해 완충된다. 즉, 피스톤(32)이 타 전자석층(LA)보다 자기장이 약하여 엠알유체(MR)의 유동이 원활한 해당 전자석층(LA)에 위치하기 때문에, 해당 전자석층(LA2) 영역 내에서 견인 케이블(122)로부터 전달되는 주기적 하중을 효율적으로 완충하게 되고, 따라서 이러한 조사선(100)의 자세 변화에 따른 하중이 수중조사장비(300)에 전달되지 않게 된다.
한편, 제어부(200)는 전술한 과정을 조사선(100)의 자세변화가 비주기적으로 판단되면, 각 전자석층(LA)의 각 전자석(26)에 인가되는 전원을 차단하거나 약한(스프링의 탄성계수보다 작은 자기장 세기 - 스프링의 탄성만으로 피스톤이 움직일 수 있는 정도의 세기) 자기장이 발생하도록 하여, 피스톤(32)이 스프링(80)에 의해 최상점(도 5를 기준으로 LA1)이 위치한 영역으로 이동한 후 다시 각 전자석(26)에 전원을 인가하여 피스톤(32)이 최대 인장 하중을 완충하도록 하며, 이러한 과정을 반복적으로 수행한다.
이와 같이, 조사선(100)에서 수중으로 진수된 수중조사장비(300)가 수중 환경을 조사하는 중에, 윈치(120)와 수중조사장비(30) 사이의 견인 케이블(122) 및 연결 케이블(310)에 본 발명에 따른 엠알유체 댐퍼(20)가 구비됨으로써, 수중조사장비(300)로부터 전달되는 급격한 인장 하중, 그리고 조사선(100)으로부터 전달되는 급격한 인장 하중이 안정적으로 완충될 수 있다. 따라서, 수중조사장비(300)가 수중 환경을 조사하는 중에 수중조사장비(300)에 작용하는 수직 외란을 완충하여 보상할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 엠알 유체 댐퍼(20)는, 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치 뿐만 아니라, 다양한 형태의 인장하중 및/또는 압축하중의 효율적 완충을 요구하는 다양한 장비에 적용될 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 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 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
20 : 엠알유체 댐퍼 22 : 하우징
24 : 전자석 설치부재 24A : 구획부재
24B : 본체 24C : 제1 차단판
24D : 제2 차단판 24E : 축 베어링
26 : 전자석 26A : 거리측정센서
26B : 자기장 측정센서 30 : 로드
32 : 피스톤 32A : 유체 통과동
40 : 제어모듈
80 : 스프링 100 : 조사선
110 : 조사선 자세감지센서 120 : 윈치
122 : 견인 케이블 130 : 통신모듈
200 : 제어부 300 : 수중조사장비
310 : 연결 케이블

Claims (12)

  1. 로드 관통공이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공형의 하우징;
    중공관 형상으로 형성되어 상기 하우징의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재들이 방사상으로 마련되며 내부에는 엠알(MR)유체가 채워지는 전자석 설치부재;
    상기 구획부재들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층을 이루되, 상기 전자석 설치부재의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층을 이루고, 인가되는 전원에 의해 상기 엠알(MR)유체의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석; 및
    유체 통과공을 구비하여 상기 전자석 설치부재의 내부 중앙에 배치되는 피스톤과 결합되는 로드를 포함하고,
    상기 전자석에 선택적으로 전원을 인가하여 상기 엠알유체의 저항 점성을 변화시키기 위한 자기장을 형성함으로써 상기 로드에 작용하는 인장하중 및/또는 압축하중을 완충하도록 된 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구획부재들은,
    상기 전자석 설치부재와 일체형으로 이루어지거나, 별도로 제작되어 상기 전자석 설치부재의 내주면에 중심을 기준으로 방사상으로 고정 배치되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자석에는, 자기장 측정센서가 각각 구비되고,
    상기 피스톤에는, 상기 전자석과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서가 구비되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자석 설치부재는,
    원통형의 본체와,
    상기 본체의 일단을 차단하도록 결합되는 제1 차단판; 및
    상기 로드 관통공과 일치하는 로드 통과공을 구비하여 상기 본체의 타단에 결합되는 제2 차단판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피스톤과 상기 제2 차단판 사이에는,
    상기 하우징 또는 로드에 작용하는 하중을 완충하고, 상기 피스톤을 원위치로 복귀시키기 위한 스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단판과 제2 차단판의 서로 마주보는 면에는,
    상기 피스톤의 접촉시 마찰되지 않도록 회전되기 위한 축 베어링이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 전자석 설치부재 사이에는 절연유가 채워지는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 하우징의 내부 또는 외부에는,
    상기 자기장 측정센서 및 상기 거리측정센서가 감지한 감지신호를 수신하여 상기 전자석에 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 거리측정센서가 감지한 거리 감지신호를 토대로,
    상기 피스톤이 해당 전자석층에서 중앙에 위치하도록 상기 전자석층의 각 전자석에 인가되는 전원을 제어하고,
    상기 자기장 측정센서가 감지한 자기장 변화값을 토대로,
    상기 피스톤의 위치를 파악하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 전자석층 전체에 자기장을 형성하거나, 상기 피스톤의 위치에 따라 각각의 상기 전자석층에 순차적으로 자기장을 형성하거나, 각 상기 전자석층의 자기장이 서로 다르게 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼.
  11. 한쪽이 견인 케이블과 연결되고 반대쪽에 로드 관통공이 형성되며 소정 길이를 갖는 중공형의 하우징과, 중공관 형상으로 형성되어 상기 하우징의 내부에 결합되고 중심을 기준으로 다수개의 구획부재들이 방사상으로 마련되며 내부에는 엠알(MR)유체가 채워지는 전자석 설치부재와, 상기 구획부재들 사이에 각각 방사상으로 배치되어 전자석층을 이루되, 상기 전자석 설치부재의 길이 방향을 따라 각각 배치되어 다수의 전자석층을 이루고, 인가되는 전원에 의해 상기 엠알(MR)유체의 저항 점성을 변화시키는 자기장을 형성하기 위한 각각의 전자석과, 일단은 수중조사장비의 연결 케이블과 연결되고 타단은 유체 통과공을 구비하여 상기 전자석 설치부재의 내부 중앙에 배치되는 피스톤과 결합되는 로드와, 상기 전자석에 구비되는 자기장 측정센서와 상기 피스톤에 구비되어 상기 전자석과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서가 감지한 감지신호를 토대로 상기 전자석에 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어모듈을 포함하는 엠알(MR) 유체 댐퍼; 및
    조사선의 자세를 감지하기 위한 조사선 자세감지센서로부터 감지된 조사선 자세값과 수중조사장비의 모션 감지센서로부터 감지된 장비 모션값을 수신하여 통신모듈을 통하여 상기 제어모듈에 전달하도록 된 제어부를 포함하고,
    상기 조사선의 윈치와 연결된 상기 견인 케이블이 상기 엠알(MR) 유체 댐퍼의 하우징과 연결되고, 상기 수중조사장비와 연결된 연결 케이블이 상기 로드에 연결된 상태에서, 상기 조사선 자세값과 상기 장비 모션값을 토대로 상기 엠알(MR) 유체 댐퍼의 자기장을 제어하여 상기 견인 케이블과 상기 연결 케이블에 작용하는 하중을 완충하여 상기 수중조사장비의 수직 외란을 보상하도록 된 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조사선 자세값과, 상기 윈치에 구비된 감김/풀림 감지센서가 감지한 감김 및 풀림 상태값과, 케이블 텐션감지센서가 감지한 견인 케이블의 텐션값을 토대로 상기 조사선의 자세 변화 여부를 판단하고, 상기 조사선의 자세 변화에 따라 상기 전자석층의 전자석에 인가되는 자기장을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    엠알(MR) 유체 댐퍼를 이용한 견인형 수중 장비의 수직 외란 보상장치.

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