KR20230151227A - 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전소자와 자기유변유체에 의해 자동차시트의 탄성비가 자동 조절됨으로써, 탑승자의 체중, 체형, 착좌 자세 등에 관계없이 최적의 안락감을 제공할 수 있는 자동차시트에 관한 것이다.

Description

압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트 {Automobile seat using piezoelectric element and magnetorheological fluid}

본 발명은 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전소자와 자기유변유체에 의해 자동차시트의 탄성비가 자동 조절됨으로써, 탑승자의 체중, 체형, 착좌 자세 등에 관계없이 최적의 안락감을 제공할 수 있는 자동차시트에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차시트는 탑승자가 장시간 앉아 있어야 하는 좁은 공간으로, 종래의 자동차시트는 탑승자의 착좌 자세나 인체 특징에 관계없이 통계적인 방법에 의한 표준 인체 모델을 이용하여 시트 구조를 설계하였다.

그러나 이러한 구조의 자동차시트는 탑승자의 체중, 체형, 및 착좌습관 등에 따라 시트가 눌리는 위치나 양이 달라질 경우, 탑승자별로 느껴지는 안락함이 다르다. 예를 들어, 체중이 많이 나가는 등의 이유로 시트에 착석한 사람이 평균적인 신체 특성에서 벗어나 있는 경우, 탑승자는 상당한 피로감을 느낄 수 있다.

또한 탑승자가 착좌 자세를 바꾸었을 때에도 시트에 대한 압력분포가 적절치 못하게 될 경우, 인체의 피로도를 가중시킬 수 있으며, 차량의 주행 중 급정지 상황에서 순간적으로 압력 집중이 일어날 경우 탑승자를 보조하기에도 미흡하다.

한편, 압전소자를 이용한 시트백에 관한 기술로는 등록특허공보 제10-0494547호가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자기력에 따라 점성이 변화되는 자기유변유체의 특성을 자동차시트에 적용함으로써, 승객의 체중, 체형, 착좌 자세 등에 따라 시트의 탄성비가 자동으로 변화되어 시트의 압력 분포를 자동으로 조정할 수 있는 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트는 탑승자의 신체부위에 접촉되는 패드와; 상기 패드 하부에 배치되면며, 압전소자와 자기유변유체를 이용하여 탑승자의 하중에 따라 시트의 탄성비가 자동으로 변화되도록 한 가변탄성부재;를 포함하며, 상기 가변탄성부재는 자기유변유체로 이루어진 유체층과, 상기 유체층 내에 위치하며, 상기 가변탄성부재의 상면과 하면에 각각 부착되어 탑승자의 하중 변화에 따라 전기를 생성하는 복수의 압전소자와, 양단이 상기 압전소자에 각각 연결되고, 상기 압전소자에서 발생하는 전기를 이용하여 자기장을 형성하는 복수의 솔레노이드코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동차시트는 압전소자와 자기유변유체에 의해 탄성비가 조절될 수 있는 자동차시트에 관한 것으로, 자동차시트에 하중이 작용하면 압전소자에서 전기가 발생함으로써, 이 전기에 의해 솔레노이드 코일에 자기장이 생성되어 자기유변유체의 점성이 변화되고, 이에 의해 탄성비가 조절될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 자동차시트는 낮은 하중 압력에 대해서는 자기유변유체가 낮은 탄성비를 유지하고, 높은 하중 압력에 대해서는 자기유변유체의 점성이 증가하여 높은 탄성비를 유지하므로, 탑승자가 자동차시트에서 -Z 방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 자동차시트는 탑승자의 체중, 체형, 착좌 자세, 차량의 가속도 등에 따라 시트에 가해지는 하중의 위치나 형태가 달라지더라도, 자동차시트의 탄성비가 적절히 가변됨으로써, 탑승자에게 최적의 안락감을 제공할 수 있다. 또한 충돌 시에 탑승자의 보호 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평상시 자동차시트의 단면을 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탑승시의 자동차시트의 단면을 나타낸 확대도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트(1)는 도 1에 도시된 바와 같이,

탑승자의 신체부위에 접촉되는 패드(10)와;

상기 패드(10) 하부에 배치되며, 압전소자와 자기유변유체를 이용하여 시트의 탄성비가 자동으로 조절되는 가변탄성부재(20)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 가변탄성부재(20)는 자기유변유체로 이루어진 유체층(21)과,

상기 유체층(21) 내에 위치하며, 상기 가변탄성부재(20)의 상면과 하면에 각각 부착되어 압력 변화에 따라 전기를 생성하는 복수의 압전소자(22)와,

양단이 상기 압전소자(22)에 각각 연결되고 상기 압전소자(22)에서 발생하는 전기를 이용하여 자기장을 형성하는 복수의 솔레노이드코일(23)을 포함한다.

상기 압전소자(22)(Piezoelectric element)라 함은, 기계적 힘을 주면 전기가 발생 또는 역으로 전기를 주면 기계적 힘이 발생하는 소자를 말한다.

이때, 상기 솔레노이드코일(23)은 유체층(21)의 체적 변화에 따라 압축 또는 팽창하도록 스프링 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 압전소자(22)와 솔레노이드코일(23)은 시트 방향을 따라 일정 간격으로 다수 개 배치되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트(1)의 동작에 대하여 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

승객이 시트에 착좌하지 않았을 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차시트(1)에 기본 하중

가 가해지고 있으며, 유체층(21) 내의 입자는 자기장의 영향을 받고 있지 않으므로 자유롭게 분산되어 있다. 또한 압전소자(22)와 솔레노이드코일(23)은 유체층(21) 내에서 자동차시트(1)를 따라 일정 간격으로 배치되어 있으므로, 유체층(21)은 전체적으로 균일한 점성을 가지게 되며, 이때의 자동차시트(1)가 가지고 있는 탄성비(Spring Ratio)는

이다.

이때, 승객이 시트에 착좌할 경우, 도 3에서와 같이 압력이 발생하여 자동차시트(1)가 받는 힘은 증가하게 되며,

그 힘은 자동차시트(1)의 패드(10)를 거쳐, 가변탄성부재(20)의 유체층(21)에 전달이 된다. 이에 따라, 상기 유체층(21)에는 추가 하중인 ΔZ(≥0)가 더 가해지고 있으며, 따라서 자동차시트(1)에 가해지는 전체 힘 Ztotal 은

+ΔZ가 된다.

따라서 상기 유체층(21)은 압축되어 체적이 감소하게 되고, 그로 인해 상기 압전소자(22)는 수직응력 T를 받게 됨으로써, 상기 압전소자(22)에서 전기가 발생하여 솔레노이드코일(23)에 전기가 흐르게 되면서 코일 주위에 자기장이 형성된다.

통상적인 압전소자(22)의 압전효과는 D = dT + εE 로 표시되며, 추가하중이 증가하여 ΔZ가 증가하고 유체층(21)이 압축되어 압전소자(22)에 수직응력 T가 적용되면, 전기가 발생한다.

이때, 상기 유체층(21)의 압축에 따라 스프링 형태의 솔레노이드코일(23)이 압축되면서 상기 압전소자(22)에 솔레노이드코일(23)에 의한 탄성력이 작용하여 전기 발생량이 증가하게 된다.

상기 솔레노이드코일(23)에 전기가 흐르게 되면, 상기 솔레노이드코일(23)의 주위에 자기장이 형성되고, 이 자기장으로 인해 상기 유체층(21) 내에 분산되어 있는 자기유변체의 입자들이 일열로 배열됨으로써, 상기 유체층(21) 내에 있는 자기유변유체의 점성이 증가하게 된다. 이때, 상기 압전소자(22)와 솔레노이드코일(23)이 자동차시트(1)를 따라 일정 간격으로 다수 개 배치되어 있으므로, 자동차시트(1)의 전 구간에 걸쳐 자기유변유체의 점성이 균일하게 변화함으로써, 자동차시트(1)의 탄성비가 증가하게 된다.

이에 따라 자동차시트(1)의 탄성비

은 점성이 강화된 자기유변유체로 인한 추가적인 탄성비

와 기본 탄성비

의 합(

=

+

)으로 나타나며, 이에 따라 승객의 하중에 대한 저항력이 증가하게 된다.

이와 같이 점성이 강화된 유체는 하중에 대한 저항력이 증가되므로, 일정 수준 이하로 착좌한 승객의 하중에 대하여 승객의 위치가 -Z 방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

또한 차량의 이동이나 승객의 자세 변경 등에 의하여 발생된 하중 변화에 의해 상하운동이 일어날 경우, 압전소자(22)에 반복적인 압력이 가해짐으로써, 지속적으로 발생한 전기로 지속적으로 자기유변유체에 자기를 공급하여 자기유변이 발생한 유체의 물성을 지속적으로 유지할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명에 의한 자동차시트는 압전소자와 자기유변유체에 의해 탄성비가 조절될 수 있는 자동차시트에 관한 것으로, 자동차시트에 하중이 작용하면 압전소자에서 전기가 발생함으로써, 이 전기에 의해 솔레노이드 코일에 자기장이 생성되어 자기유변유체의 점성이 변화되고, 이에 의해 탄성비가 조절될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 자동차시트는 낮은 하중 압력에 대해서는 자기유변유체가 낮은 탄성비를 유지하고, 높은 하중 압력에 대해서는 자기유변유체의 점성이 증가하여 높은 탄성비를 유지하므로, 탑승자가 자동차시트에서 -Z 방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 자동차시트는 탑승자의 체중, 체형, 착좌 자세, 차량의 가속도 등에 따라 시트에 가해지는 하중의 위치나 형태가 달라지더라도, 자동차시트의 탄성비가 적절히 가변됨으로써, 탑승자에게 최적의 안락감을 제공할 수 있다. 또한 충돌 시에 탑승자의 보호 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 자동차시트
10: 패드
20: 가변탄성부재
21: 유체층
22: 압전소자
23: 솔레노이드코일

Claims (5)

1. 탑승자의 신체부위에 접촉되는 패드와;
   상기 패드 하부에 배치되며, 압전소자와 자기유변유체를 이용하여 탑승자의 하중에 따라 시트의 탄성비가 자동으로 변화되도록 한 가변탄성부재;를 포함하며,
   상기 가변탄성부재는
   자기유변유체로 이루어진 유체층과,
   상기 유체층 내에 위치하며, 상기 가변탄성부재의 일지점에 형성되어 탑승자의 하중 변화에 따라 전기를 생성하는 복수의 압전소자와,
   양단이 상기 압전소자에 각각 연결되고, 상기 압전소자에서 발생하는 전기를 이용하여 자기장을 형성하는 복수의 솔레노이드코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 솔레노이드 코일은 유체층의 체적 변화에 따라 압축 또는 팽창하도록 스프링 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 압전소자와 솔레노이드 코일은 자동차시트를 따라 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트.
   
4. 제1 항에 있어서,
   자동차시트에 하중이 작용하면, 상기 압전소자에서 전기가 발생함으로써 솔레노이드 코일에 자기장이 생성되고, 상기 자기장에 의해 자기유변유체의 점성이 변화되어 자동차시트의 탄성비가 조절되는 것을 특징으로 하는 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 압전소자는 가변탄성부재의 상면과 하면 중 어느 하나에 부착되거나 또는 상면과 하면에 각각 부착되어 하중 변화에 따라 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 압전소자와 자기유변유체를 이용한 자동차시트.

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