KR20230123758A - 냉각핀을 구비한 mr유체 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼는, 일정한 길이의 원통형태를 갖고 중간에 직경이 감소하는 직경감소부를 포함하는 실린더, 실린더의 직경감소부 이상의 길이를 갖고 양단에 각각 실린더의 내경에 근접하는 외경을 갖는 디스크가 결합되며 디스크 중 하나의 외측에 실린더의 외측으로 연장되는 피스톤로드가 결합되는 피스톤, 실린더 직경감소부의 외주면 일부를 둘러싸도록 적어도 하나 이상 결합되는 냉각핀, 실린더 직경감소부의 외주면 일부에 권선되는 전자석코일 및 전자석코일로의 통전 여부와 통전 시의 전류량을 제어하는 제어부를 포함하고, 실린더의 내부 중 피스톤의 양단에 각각 결합되는 디스크에 의하여 구분되는 공간에는 MR유체가 채워지고, MR유체는 피스톤의 이동에 따라 피스톤의 외주면에 형성되는 홈을 따라 직경감소부의 일측 또는 타측으로 이동되며, 전자석코일로 통전되는 전류는 제어부의 제어에 의하여 배터리 등의 외부 전원 장치 또는 자체 구비 전원 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 한다. 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 공랭 또는 수냉 방식을 이용해 MR유체 댐퍼의 강제 냉각을 가능하게 하여 MR유체의 온도 상승으로 인한 성능저하를 방지할 수 있게 되는 동시에 비교적 고가인 MR유체 사용량을 감소시킬 수 있는 형상의 피스톤을 구비하는 MR유체 댐퍼를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼{MR FLUID DAMPER WITH COOLING FAN}

본 발명은 MR유체 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각핀을 구비함으로써 장시간 사용시에도 MR유체의 온도 증가로 발생하는 침전현상으로 인한 성능저하를 방지할 수 있는 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼에 관한 것이다.

산업의 발달과 생활수준의 향상으로 소음과 진동에 대한 관심이 증대되고 있으며 그에 따라 진동을 제어하기 위한 방법에 대한 연구가 다방면에서 진행 중이다. 그 중 능동적인 제어가 가능한 스마트 유체에 관한 연구가 진행 중이다. 스마트 유체 중 가장 각광받고 있는 자기점성유체(Magneto-Rheological Fluid)에 관한 연구는 토목, 건축, 기계, 국방, 의료 등 다양한 분야로의 응용을 위해 대학기관, 기업 연구소 등에서 활발한 연구가 진행되고 있다. MR 유체는 반응 속도가 빠르며 적은 전력의 사용, 불순물의 영향이 적고 정숙한 사용 환경 등의 장점이 있기 때문에 여러 분야에서의 응용이 기대된다.

MR 유체는 Mineral 이나 Silicon으로 이루어진 작동 유체와 응고되지 않도록 코팅 처리된 수십 마이크로 크기의 철 입자들로 구성되어 있다. 자기장이 인가되지 않을 때는 Newtonian Fluid와 같은 거동 특성을 가지지만 외부에서 자기장이 인가되면 자기장의 흐름 방향에 따라 Bingham 입자들이 결합하여 일시적으로 점도 변화를 일으키는 유체이다.

빙햄 유체의 거동 특성은 점성 μ와 전단변형률 속도 γ에 의해 생기는 응력과 자기장(H)의 함수형태로 나타낼 수 있다.

또한, MR유체를 이용한 장치를 장시간 운전하게 되면 마찰로 인하여 MR유체의 온도가 증가하고, 온도 증가는 MR유체의 점도를 변화시켜 자성입자의 침전 현상을 유발하고 그에 따라 MR유체 이용 장치의 성능이 저하되는 결과를 가져온다. 따라서, MR유체를 냉각시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-2244520호( 명칭: MR 유체 댐퍼, 등록일: 2021년 4월 20일 ) 대한민국 등록특허 제10-1686113호( 명칭: MR 댐퍼, 등록일: 2016년 12월 7일 )

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 한 가지 목적은, 공랭 또는 수냉 방식을 이용해 MR유체 댐퍼의 강제 냉각을 가능하게 하여 MR유체의 온도 상승으로 인한 성능저하를 방지할 수 있는 MR유체 댐퍼를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 다른 목적은, 비교적 고가인 MR유체 사용량을 감소시킬 수 있는 형상의 피스톤을 구비하는 MR유체 댐퍼를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼는, 일정한 길이의 원통형태를 갖고 중간에 직경이 감소하는 직경감소부를 포함하는 실린더, 실린더의 직경감소부 이상의 길이를 갖고 양단에 각각 실린더의 내경에 근접하는 외경을 갖는 디스크가 결합되며 디스크 중 하나의 외측에 실린더의 외측으로 연장되는 피스톤로드가 결합되는 피스톤, 실린더 직경감소부의 외주면 일부를 둘러싸도록 적어도 하나 이상 결합되는 냉각핀, 실린더 직경감소부의 외주면 일부에 권선되는 전자석코일 및 전자석코일로의 통전 여부와 통전 시의 전류량을 제어하는 제어부를 포함하고, 실린더의 내부 중 피스톤의 양단에 각각 결합되는 디스크에 의하여 구분되는 공간에는 MR유체가 채워지고, MR유체는 피스톤의 이동에 따라 피스톤의 외주면에 형성되는 홈을 따라 직경감소부의 일측 또는 타측으로 이동되며, 전자석코일로 통전되는 전류는 제어부의 제어에 의하여 배터리 등의 외부 전원 장치 또는 자체 구비 전원 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼의 디스크는, 피스톤과 겹치지 않는 부위에 각각 복수의 관통공이 방사상으로 일정한 간격을 두고 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼의 디스크는, 외주면에 적어도 하나 이상의 그루브가 일정한 간격으로 형성되고, 그루브 각각에는 피스톤링이 각각 삽입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공랭 또는 수냉 방식을 이용해 MR유체 댐퍼의 강제 냉각을 가능하게 하여 MR유체의 온도 상승으로 인한 성능저하를 방지할 수 있는 MR유체 댐퍼를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비교적 고가인 MR유체 사용량을 감소시킬 수 있는 형상의 피스톤을 구비하는 MR유체 댐퍼를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, MR유체 댐퍼의 제1 실시예를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, MR유체 댐퍼의 제2 실시예를 보여주기 위한 측단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, MR유체 댐퍼의 제1 실시예를 보여주기 위한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, MR유체 댐퍼의 제1 실시예(100)는, 일정한 길이의 원통형태를 갖고 중간에 직경이 감소하는 직경감소부를 포함하는 실린더(20), 실린더(20)의 직경감소부 이상의 길이를 갖고 양단에 각각 실린더(20)의 내경에 근접하는 외경을 갖는 디스크가 결합되며 디스크 중 하나의 외측에 실린더(20)의 외측으로 연장되는 피스톤로드(5)가 결합되는 피스톤(10), 실린더(20) 직경감소부의 외주면 일부를 둘러싸도록 적어도 하나 이상 결합되는 냉각핀(CF), 실린더(20) 직경감소부의 외주면 일부에 권선되는 전자석코일(C) 및 전자석코일(C)로의 통전 여부와 통전 시의 전류량을 제어하는 제어부를 포함하고, 실린더(20)의 내부 중 피스톤(10)의 양단에 각각 결합되는 디스크에 의하여 구분되는 공간에는 MR유체가 채워지고, MR유체는 피스톤(10)의 이동에 따라 피스톤(10)의 외주면에 형성되는 홈을 따라 직경감소부의 일측 또는 타측으로 이동되며, 전자석코일(C)로 통전되는 전류는 제어부의 제어에 의하여 배터리 등의 외부 전원 장치 또는 자체 구비 전원 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상술한 바와 같이 실린더(20)의 중간에 직경감소부를 형성하고, 직경감소부의 외주면 상에 전자석코일(C)을 권선함으로써, 전자석코일(C)로 전류가 흐를 경우 주변에 자기장이 형성되도록 하여 실린더(20) 내부에 수용되는 MR유체에 전단응력이 발생되게 하고 전자석코일(C)에 통전되는 전류의 강도 변화에 따라 자기장 및 MR유체의 거동특성에도 변화를 줄 수 있게 된다.

또한, 직경감소부의 외주에 복수의 냉각핀(CF)을 설치함으로써, 실린더(20) 내부에 수용되는 MR유체를 냉각시킬 수 있게 되는 동시에 상술한 전자석코일(C)이 권선되는 영역을 구분할 수 있게 되며, 전자석코일(C)로의 통전에 따라 전자석코일(C)에서의 발열도 함께 냉각시킬 수 있게 된다.

여기에서, MR유체의 냉각은 외부에 공기를 순환시키는 공랭식을 택할 수도 있고, 냉각핀(CF)을 중공형으로 형성하고 내부 중공에 냉각수를 유동시키는 수냉식을 택할 수도 있다.

이때, 수냉식 구현 비용이 공랭식 구현 비용보다 커지게 되므로, 각 실시예에 요구되는 냉각 성능 및 관련 조건에 따라 적절한 방식을 선택하여 실시할 수 있다.

또한, 제1 실시예(100)에서는 피스톤(10) 및 실린더(20)의 형태를 풀리형으로 제작하고, MR유체를 MR유체이동경로(MRF) 근접 영역에만 채우기에 비교적 고가인 MR유체 사용량을 최소화할 수 있게 된다는 장점도 생기게 된다.

MR유체를 적용한 감쇠장치는 전단, 유동, 복합모드로 구분되는데, 전단모드는 MR유체의 한쪽 끝이 고정된 형태로 lock-up상태를 피할 수 있으나 감쇠력이 다른 모드와 비교할 때 상대적으로 작고, 양단이 고정된 유동모드는 큰 감쇠력을 낼 수 있으나 가진의 크기가 작은 경우 제어 성능이 나빠질 수 있는 단점이 있다. 복합모드형은 높은 자기장에서 락업상태를 야기시키지 않고 작은 가진에 대해 큰 감쇠력을 가질 수 있다.

본 발명은 제1 실시예(100)와 같이 적용을 하게 되면 MR댐퍼가 유동모드로 작동하게 되어 높은 자기장에서 가진의 크기가 작을 때 락업상태를 야기시킬 수 있으므로, 이를 해결하기 위하여 제공되는 제2 실시예(200)는 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, MR유체 댐퍼의 제2 실시예를 보여주기 위한 측단면도이다.

도 2를 참조하면, 제2 실시예(200)는 실린더(20) 내부 전체에 걸쳐 MR유체가 채워지고, 피스톤로드(5) 및 피스톤(10)의 이동에 따라 피스톤(10) 양단 디스크의 오리피스갭(0)을 통과하여 MR유체가 유동 가능하게 되어 있다.

여기에서, 오리피스갭(0)은 피스톤(10) 양단에 각각 결합되는 디스크 각각에서, 피스톤(10)과 결합되는 부위 외측에 복수개 형성되고, 복수개 각각이 일정한 각도로 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.

제2 실시예에서는 작은 가진에서 즉, 피스톤의 이동속도가 작은 경우 MR댐퍼가 전단모드로 작동하고, 큰 가진에 대해서는 복합모드로 작용하므로 작은 가진과 큰 가진 모두의 경우에 적합하게 사용이 가능하다.

이상과 같이 설명한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼의 제1 실시예(100) 및 제2 실시예(200)는, 공통적으로 피스톤(10)의 양단에 각각 결합되는 디스크의 외주면에 적어도 하나 이상의 그루브가 일정한 간격으로 형성되고, 그루브 각각에는 피스톤링이 각각 삽입되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 피스톤링을 이용하여 실시 목적에 따라 MR유체가 누출되지 않도록 적정 수의 피스톤링이 설치되게 할 수 있다.

또한, 실시 목적/환경/조건에 따라서, 제1 실시예(100) 및 제2 실시예(200)에 포함되는 피스톤(10) 및 실린더(20) 각각의 단면 형상은 원형뿐만이 아닌 타원형이 될 수도 있으며, 이는 실시 목적/환경/조건에 적합하도록 선택할 수 있는 사안이다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

0 : 오리피스갭
5 : 피스톤로드
10 : 피스톤
20 : 실린더
100 : 제1 실시예
200 : 제2 실시예
C : 전자석코일
CF : 냉각핀
MF : 자기장
MRF : MR유체이동경로

Claims (3)

1. 일정한 길이의 원통형태를 갖고 중간에 직경이 감소하는 직경감소부를 포함하는 실린더;
   상기 실린더의 직경감소부 이상의 길이를 갖고 양단에 각각 상기 실린더의 내경에 근접하는 외경을 갖는 디스크가 결합되며 상기 디스크 중 하나의 외측에 상기 실린더의 외측으로 연장되는 피스톤로드가 결합되는 피스톤;
   상기 실린더 직경감소부의 외주면 일부를 둘러싸도록 적어도 하나 이상 결합되는 냉각핀;
   상기 실린더 직경감소부의 외주면 일부에 권선되는 전자석코일; 및
   상기 전자석코일로의 통전 여부와 통전 시의 전류량을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 실린더의 내부 중 상기 피스톤의 양단에 각각 결합되는 디스크에 의하여 구분되는 공간에는 MR유체가 채워지고,
   상기 MR유체는 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 피스톤의 외주면에 형성되는 홈을 따라 상기 직경감소부의 일측 또는 타측으로 이동되며,
   상기 전자석코일로 통전되는 전류는 상기 제어부의 제어에 의하여 배터리 등의 외부 전원 장치 또는 자체 구비 전원 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 디스크는,
   상기 피스톤과 겹치지 않는 부위에 각각 복수의 관통공이 방사상으로 일정한 간격을 두고 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 디스크는,
   외주면에 적어도 하나 이상의 그루브가 일정한 간격으로 형성되고,
   상기 그루브 각각에는 피스톤링이 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 냉각핀을 구비한 MR유체 댐퍼.