KR100569072B1

KR100569072B1 - 자동차용 쇽업소버 장치

Info

Publication number: KR100569072B1
Application number: KR1020030068373A
Authority: KR
Inventors: 김주호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2006-04-07
Also published as: DE10357219A1; US20050072638A1; JP2005106268A; KR20050032333A; CN1603145A

Abstract

내구성이 향상됨과 아울러 소음과 진동 특성이 향상되도록, 발명에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는, 실린더(cylinder); 상기 실린더 내에서 왕복 운동 가능하도록 배치되는 피스톤(metallic piston); 및 상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 어느 일면에 장착되어 상기 피스톤의 반지름 방향의 자기장을 형성하는 자기장 형성유닛;을 포함하고, 상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 상기 자기장 형성유닛이 장착되지 않는 쪽 면은 금속재질로 형성된다.

쇽업소버, 마찰, 와전류, 줄열

Description

자동차용 쇽업소버 장치{SHOCK ABSORBER FOR VEHICLE SUSPENSION}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치에서 단위자석(131)의 일예를 도시한 도면이다.

도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.

도 4는 이러한 본 발명의 제1실시예의 변형된 형태를 도시한 것으로서, 도 1의 III-III 선에 따른 도 3에 대응되는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시예가 변형된 본 발명의 제2실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치의 단면도이다.

본 발명은 자동차용 쇽업소버 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자기력을 이용하여 충격을 흡수하는 쇽업소버 장치에 관한 것이다.

자동차가 주행할 때 서스펜션은 제동,감속,선회 등의 운동에서 차체거동을 제어하면 노면의 요철에 따른 휠 운동을 제어하는 역할을 한다. 이러한 서스펜션에는 휠 운동을 저감하기 위한 쇽업소버(shock absorber; 댐퍼라고도 한다)가 포함된 다.

그런데 종래기술에 의한 쇽업소버는 대개 유압적으로(hydraulically) 또는 공압적으로(pneumatically) 작동하는 구조를 가지고 있다. 따라서, 이들 쇽업소버는 그 사용되는 유체(fluid) 및 기체(gas or air)의 밀봉(seal)이 쇽업소버의 작동에 중요한데, 쇽업소버의 사용이 오래 지속됨에 따라 이러한 밀봉이 손상되어 쇽업소버의 작용이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 역학적으로 작용하는 이러한 종래기술의 쇽업소버에서는 소음과 진동이 충분히 저감되지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내구성이 향상됨과 아울러 소음과 진동 특성이 향상되도록, 전자기력을 이용한 쇽업소버 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는,

실린더(cylinder);

상기 실린더 내에서 왕복 운동 가능하도록 배치되는 피스톤(metallic piston); 및

상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 어느 일면에 장착되어 상기 피스톤의 반지름 방향의 자기장을 형성하는 자기장 형성유닛;을 포함하고,

상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 상기 자기장 형성유닛이 장착되지 않는 쪽 면은 금속재질로 형성된다.

상기 피스톤의 상단 및 상기 실린더의 상단 내측면 각각에 서로 극성이 마주보도록 부착되는 제1,2영구자석(permanent magnet)이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 자기장 형성유닛은 링 형태의 단위자석(unit magnet)을 복수개 포함하고, 상기 단위자석의 자기장은 상기 피스톤의 반지름 방향(radial direction)으로의 자기장(magetic flied)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 피스톤은 그 외측의 설정두께 부분이 구리(copper) 재질로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는, 상기 피스톤의 작동시 그 작동방향으로 탄성력을 발생하는 제1스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제1스프링은 상기 피스톤의 상단 위쪽으로 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 이 때 본 발명에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는, 제1스프링의 피스톤 반대측 종단에 제2스프링; 및 제1,2스프링 사이에 개재되는 고무부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 피스톤의 하부 및 상기 실린더의 상부에 스프링 지지대들이 형성되고, 상기 제1스프링은 상기 스프링 지지대들 사이에 탄지되는 것으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는, 상기 피스톤의 상하작동시 피스톤의 회전을 방지하는 회전방지유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 회전방지유닛은,

상기 피스톤의 길이방향으로 형성되는 가이드 홈; 및

상기 실린더의 내벽에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 홈에 대응되는 위 치에 돌출된 가이드 부재;를 포함하는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 회전방지유닛은,

상기 피스톤의 길이방향으로 형성되는 가이드 돌기 및

상기 실린더의 내벽에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 돌기에 대응되는 위치에 홈이 형성된 가이드 부재;를 포함하는 것으로 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 쇽업소버 장치의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 자동차용 쇽업소버(shock absorber) 장치는, 실린더(cylinder)(110), 상기 실린더(110) 내에서 왕복 운동 가능하도록 배치되는 금속성 피스톤(metallic piston)(120), 그리고 상기 실린더(110)의 내측면(115)에 장착되어 상기 피스톤(120) 방향으로 자기장을 형성하는 자기장 형성유닛(130);을 포함한다.

상기 피스톤(120)의 상단(121) 및 상기 실린더(110)의 상단 내측면(111) 각각에는, 서로 극성(polarity)이 마주보도록 제1,2영구자석(permanent magnet)(141,142)이 부착된다. 일예로, 본 발명의 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(120)의 상단(121)에 부착된 제1영구자석(141)은 N극이 위쪽을 향하도록, 그리고 실린더(110)의 상단 내측면(111)에 부착된 제2영구자석(142)는 N극이 아래쪽을 향하도록 부착된다.

따라서, 이와 같은 제1,2영구자석(141,142)은 서로 척력(repulsive force)이 작용하게 되므로, 피스톤(120)의 상향 운동을 저하하는 힘을 발생하게 된다. 또한, 제1,2영구자석(141,142)은 피스톤이 전 스트로크(full stroke)로 움직일 때 실린더(110)와 피스톤(120) 간의 충돌을 막을 수 있다.

상기 자기장 형성유닛(130)은 링 형태의 단위자석(unit magnet)(131)을 복수개 포함하고, 상기 단위자석(131)의 자기장은 상기 피스톤(120)의 반지름 방향(radial direction)으로의 자기장(magetic flied)을 형성한다. 상기 단위자석(131)은 영구자석(permanent magnet)으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 단위자석(131)의 일예를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일예로 본 발명의 제1실시예에서는, 상기 단위자석(131)은 N-S극이 피스톤(120)의 반지름 방향으로 배열되는데, 이 때 N극은 피스톤(120)의 중심을 향하도록, 그리고 S극은단위자석(131)의 외주면을 향하도록 배열된다. 이와 같은 극성 배치에 의하면, 단위자석(131)의 자기장의 대부분은 피스톤(120)의 표면에 입사(incident)하게 된다.

상기 피스톤(120)은 그 외측의 설정두께 부분이 구리(copper) 재질로 형성된다. 즉, 단위자석(131)으로부터의 자기장이 입사되는 표면은 구리 재질로 형성되는 것이다.

본 발명의 실시예의 쇽업소버 장치는, 상기 피스톤(120)의 상하작동시 피스톤(120)의 회전을 방지하는 회전방지유닛(150)을 더 포함한다.

이러한 피스톤(120)의 구성에 관해서는 도 3을 참조로 후술한다.

도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전방지유닛(150)은, 상기 피스톤의 길이방향으로 형성되는 가이드 홈(125), 및 상기 실린더(110)의 내벽(115)에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 홈(125)에 대응되는 위치에 돌출부(156)가 형성된 가이드 부재(155);를 포함한다.

따라서, 가이드 부재(155)의 돌출부(156)는 상기 피스톤(120)의 가이드 홈(125)에 삽입된 상태를 유지하게 되므로, 피스톤(120)이 상하 작동할 때 피스톤(120)이 원주 방향으로 회전하는 것을 막는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(120)의 외면에는 설정두께(d)(일예로, d=5mm)의 구리판(122)이 형성되고, 그 내부 중심부(core)(124)는 강철 등과 같이 강성(strength)이 뛰어난 재질로 형성된다.

도 4는 이러한 본 발명의 실시예의 변형된 형태를 도시한 것으로서, 도 1의 III-III 선에 따른 도 3에 대응되는 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이,

상기 회전방지유닛(150)은, 상기 피스톤(120)의 길이방향으로 형성되는 가이드 돌기(425), 및 상기 실린더(110)의 내벽에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 돌기(425)에 대응되는 위치에 홈(456)이 형성된 가이드 부재(455);를 포함하는 것으로 할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 회전방지유닛은, 도 3을 참조로 설명한 회전방지유닛에 비하여 홈과 돌기의 위치를 상호 변경한 것이다.

다시 도 1을 참조로, 본 발명의 실시예의 쇽업소버 장치는, 상기 피스톤(120)의 작동시 그 작동방향으로 탄성력을 발생하는 제1스프링(161)을 더 포함한다.

상기 제1스프링(161)은 상기 실린더(110) 내에서 상기 피스톤(120)의 상단 위쪽으로 배치된다. 그리고, 제1스프링(161)의 피스톤 반대측 종단에 제2스프링(162)이 설치되고, 상기 제1,2스프링(161,162) 사이에 개재되는 고무부재(160)가 개재된다.

상기 제2스프링(162)은 제1스프링(161)보다 스프링상수(spring constant)가 작게 형성된다. 피스톤(120)의 운동시 스트로크는 일차적으로(primarily) 제2스프링(162)에 흡수되고, 피스톤(120)이 최대 스트로크 정도로 운동하는 경우에는 그 스트로크를 제1스프링(161)이 흡수하는 것이다.

이러한 제1,2스프링(161,162) 및 고무부재(160)에 의하여, 피스톤(120)이 운동할 때 복원력(restoring force)을 형성하는 것이 가능하고, 또한, 피스톤이 전 스트로크(full stroke)로 움직일 때 실린더(110)와 피스톤(120) 간의 충격을 완화할 수 있다.

이하 본 발명의 제2실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치에 관해 상세히 설명한다.

도 1을 참조로 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치에서는, 제1,2스프링(161,162)이 실린더(110)내에 고무부재(160)를 개재하여 배치 되었다.

그런데, 이 제2실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치는, 제1스프링(561)이 실린더(110) 외측에 형성된다. 즉,

상기 피스톤(120)의 하부 및 상기 실린더(110)의 상부에 스프링 지지대들(521,522)이 형성되고, 제1스프링(561)은 상기 스프링 지지대들(521,522) 사이에서 탄지되는 것이다.

본 발명의 제1실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치에 관하여 설명한 각 특징 중에서, 위에서 설명한 제1스프링(161)에 모순되지 않는 특징들은 본 발명의 제2실시예에 의한 자동차용 쇽업소버 장치에 관해 적용 가능하다. 일예로, 제2스프링(162) 및 고무부재(160), 단위자석(131) 등 제1스프링(161)과 그 장착위치에 무관한 모든 특징들이 제2실시예에도 적용된다.

본 발명의 제2실시예에 의하면, 제1,2스프링(561,162)이 서로 구별된(separate) 위치에 장착되고, 따라서 제1,2스프링(561,162)의 탄성효과가 별개로 작용하게 된다. 따라서, 서스펜션의 작동을 고려한 설계에서 제1,2스프링(561,162)을 구분하여 튜닝(tuning)이 용이하다.

또한, 피스톤(120)의 운동에 따라 큰 스트로크로 작동하게 되는 제1스프링(561)이 실린더(110) 외측에 배치되므로, 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.

이상의 본 발명의 실시예에 관한 설명에서는, 단위자석(131)이 실린더(110)의 내측면(115)에 장착되고, 상기 피스톤(120)의 외측면(127)이 금속성 재질(즉 구 리재질)로 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나 본 발명의 보호범위가 여기에 한정된 것으로 해석되어서는 안된다. 피스톤(120)의 외측면(127)에 단위자석이 장착되고 실린더의 내측면(115)이 금속성 재질(일예로 구리재질)로 형성된 것으로 하여도 무방하다.

이하에서는, 이러한 본 발명의 실시예의 자동차용 쇽업소버 장치의 작용에 관하여 살펴본다.

도 1에 도시된 상태에서, 단위자석(131)은 피스톤(120)을 향한 자기장을 발생하고 있다. 따라서 피스톤(120)의 외측면에 형성된 구리판(122)에 자기장이 입사하고 있는 상태이다.

이 때, 피스톤(120)이 상방 또는 하방으로 움직이게 되면, 구리판(122)에 입사하는 자기장이 변화하게 된다. 따라서 구리판(122)에는, 변화하는 자기장을 억제하는 방향으로 와전류(eddy current)가 발생하게 된다. 이러한 와전류에 의하여 구리에서는 줄열(joule heat)이 발생된다. 이러한 줄열(joule heat)은 피스톤(120)의 운동에너지(kinetic engergy)가 변환된 것으로서, 이러한 줄열의 발생은 곧 피스톤(120)의 운동에너지의 감소를 의미한다. 따라서, 피스톤(120)의 외면에 고정된 구리판(122)과 실린더 내면에 고정된 자석(131)의 상호작용에 의하여, 피스톤(120)의 상하동작속도(vertical speed)가 감쇄(decay)되게 되는 것이다.

그런데, 도체에 입사하는 자기장이 변화함에 따라 발생되는 와전류에 의한 줄열은, 입사면적이 클수록 크고 도체의 도전율(conductivity)이 클수록 크다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 피스톤(120) 외측면의 금속재질은 구리로 선택된 것이 다. 또한, 구리판(122)은 가급적 넓게 형성되는 것 댐핑(damping) 효과 향상을 위해 바람직하므로, 상기 구리판(122)은 가이드 홈을 제외하고는 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

도체에 입사하는 자기장의 변화에 따른 와전류의 크기는, 도체의 표면으로부터의 깊이(depth)에 무관하지 않다. 즉, 도체의 표면으로부터 깊어짐에 따라 그 위체에서 발생되는 와전류의 크기도 줄어든다. 와전류의 크기가 표면보다 1/e로 줄어드는 깊이를 침투깊이(skin depth)라고 하고, 상기 침투깊이는

의 값을 가진다. 여기서 ω는 변화하는 자기장의 각속도를, μ ₀ 는 진공의 투자율(magnetic permeability)을, 그리고 σ는 도체의 도전율(conductivity)을 각각 의미한다.

그런데, 구리의 경우 통상적인 서스펜션의 작동속도에서 침투깊이가 충분히 작으므로, 판 형태의 구리부재로도 충분한 와전류가 발생되게 된다. 따라서, 전술한 실시예에서 정한 5mm 정도의 구리판으로도 통상적인 자동차 서스펜션에서 일어나는 피스톤 동작을 충분히 감쇄할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 서스펜션의 동작을 감쇄시키기 위한 쇽업소버로서, 전자기작용에 의한 감쇄를 구현하므로 쇽업소버의 동작시 수반되는 마찰이 최소화된다. 따라서, 서스펜션의 작동시 발생될 수 있는 진동 및/또는 소음을 최소화할 수 있다.

Claims

실린더(cylinder);

상기 실린더 내에서 왕복 운동 가능하도록 배치되는 피스톤(metallic piston);

상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 어느 일면에 장착되어 상기 피스톤의 반지름 방향의 자기장을 형성하는 자기장 형성유닛; 및

상기 피스톤의 상하작동시 피스톤의 회전을 방지하는 회전방지유닛을 포함하며,

상기 실린더의 내측면 및 상기 피스톤의 외측면 중 상기 자기장 형성유닛이 장착되지 않는 쪽 면은 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버(shock absorber) 장치.
제1항에서,

상기 피스톤의 상단 및 상기 실린더의 상단 내측면 각각에 서로 극성이 마주보도록 부착되는 제1,2영구자석(permanent magnet)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제1항에서,

상기 자기장 형성유닛은 링 형태의 단위자석(unit magnet)을 복수개 포함하고,

상기 단위자석의 자기장은 상기 피스톤의 반지름 방향(radial direction)으 로의 자기장(magetic flied)을 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제1항에서,

상기 피스톤은 그 외측의 설정두께 부분이 구리(copper) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제1항에서,

상기 피스톤의 작동시 그 작동방향으로 탄성력을 발생하는 제1스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제5항에서,

상기 제1스프링은 상기 피스톤의 상단 위쪽으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제6항에서,

제1스프링의 피스톤 반대측 종단에 제2스프링; 및

제1,2스프링 사이에 개재되는 고무부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제5항에서,

상기 피스톤의 하부 및 상기 실린더의 상부에 스프링 지지대들이 형성되고, 상기 제1스프링은 상기 스프링 지지대들 사이에 탄지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
삭제
제1항에서,

상기 회전방지유닛은,

상기 피스톤의 길이방향으로 형성되는 가이드 홈; 및

상기 실린더의 내벽에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 홈에 대응되는 위치에 돌출된 가이드 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.
제1항에서,

상기 회전방지유닛은,

상기 피스톤의 길이방향으로 형성되는 가이드 돌기 및

상기 실린더의 내벽에 장착되는 링 부재로서 상기 가이드 돌기에 대응되는 위치에 홈이 형성된 가이드 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 쇽업소버 장치.