KR20140141077A - 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 관한 것으로, 구체적으로는 구동에 의해 진동이 발생하는 내연기관과 같은 엔진 또는 발전기에 결합되며, 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상쇄시켜 감소시키는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 관한 것이다.
본 발명은 내부에 자기유변유체(MRF)가 수용되며, 탄성 마운트와 결합되는 케이스 내측에 구비되는 하우징; 상기 하우징의 중심에 결합되어 내연기관과 연결되는 탄성 마운트의 중심과 결합되는 중심축 및 상기 하우징의 내측에 구비되되, 외측에 권선되는 코일에 전류가 인가되었을 시 자기장이 형성되는 구간에 파티클 체인이 형성되어 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상기 파티클 체인이 지지하며, 자성체로 형성되는 이동체를 포함한다.

Description

자기유변유체를 이용한 반능동 마운트{Semi-active mount using magneto-rheological fluid}
본 발명은 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 관한 것으로, 구체적으로는 구동에 의해 진동이 발생하는 내연기관과 같은 엔진 또는 발전기에 결합되며, 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상쇄시켜 감소시키는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 관한 것이다.
자기유변유체(magneto-rheological fluid ; MRF)는, 일반조건에서는 엔진오일과 유사한 점도를 갖는 액체이지만 전자석 등에 의해 자기장이 형성되는 경우에 한해 수백분의 일초만에 거의 고체와 같은 특성을 나타낸다. 그러나 자기유변유체는 자기장이 사라지면 다시 일반 액체와 같은 특성으로 돌아간다.
이러한 자기유변유체는 1940년대 Jacob Rainbow에 의해 개발되어, 지난 수년간 자기유변유체(magnetorheological fluid)를 응용할 수 있는 기술들이 발전하기 전까지 자기유변유체는 그 원리적인 응용단계를 벗어나지 못했으나 MR유체 제작기술의 발달, 정교한 알고리듬, 빠른 제어회로, 센서들이 자기유변유체를 실제산업에서 응용할 수 있는 단계로 부상시켰다.
미국 North Carolina주의 Lord Corp에 따르면, 1991년부터 개발되기 시작한 자기유변유체(magneto-rheological fluid)를 이용한 다양한 응용제품이 개발됐다. Lord Corp.의 가장 큰 기술적인 장벽은 자기유변유체를 사용하면서도 침전을 야기하지 않는 기술을 개발하는 것이었는데 이를 극복하기 위해 약 6년이 투자됐다. Lord사의 자기유변유체는 기름과 같은 액체에 의해 운반되는 마이크론 크기의 철 입자들이다.
1997년 Lord사는 자기유변유체를 트럭의 완충장치에 사용해 도로 조건과 운전조건에 따라 완충정도를 조절 가능하게 했다. 자기장의 변화에 따라 자기유변유체의 완충특성은 최고 1초에 500번까지 변한다. 다시 설명하면 완충 기능이 실시간으로 변하는 능동적인 특성이 있다.
또, 미국 자동차용 부품 제작 업체중 하나인 Delphi사는 자기유변유체를 이용한 자동차 부품 제작에 관심을 갖고 Lord사와 비슷한 시기에 연구를 해 왔다. 1999년 Delphi사는 Lord사로부터 MagneRide 반능동(semi-active) 자동차 완충기 제작을 수주했었다. 이 완충기에는 기존의 완충기에 비해 40% 정도 적은 수의 부속이 이용됐고 기존의 shock absorber 액체가 불필요하게 됐다.
이와 같이, 자기유변유체가 완충기에 전격적으로 쓰이기까지는 최신 센서 기술과 제어 기술이 커다란 몫을 했다. GM이 사용할 MagneRide에는 바퀴와 차체의 상대 거리를 측정하는 네 개의 센서를 포함한 센서 배열과 제어 모듈이 연결돼 있다. 댐핑(Damping)은 매 1/1000초 마다 조정된다. Delphi사의 초기 문제는 내구성이었지만 지속적인 연구 결과 기존의 기계식 완충기 수준의 내구성이 갖춰졌다.
Lord사는 완충기 이외에도 자기유변유체의 응용범위를 넓혀갔다. By-wire 제어 시스템의 tactile feedback과 건물과 교량의 seismic 및 wind mitigation 시스템, 자동차용 방열기 클러치 등이 그 단적인 예이고 현재 많은 응용범위의 산업기기가 자기유변유체를 이용해 연구되고 있다.
등록특허 10-1224840호
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 자기유변유체에 전류를 인가하여 발생되는 파티클 체인에 의해 엔진 또는 발전기 등에서 발생되는 진동이 상기 파티클 체인의 결합을 해제시키는데 필요한 힘만큼이 사용됨으로서 상기한 장치에서 발생되는 진동이 감쇠될 수 있도록 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 내부에 자기유변유체(MRF)가 수용되며, 탄성 마운트와 결합되는 케이스 내측에 구비되는 하우징; 상기 하우징의 중심에 결합되어 내연기관과 연결되는 탄성 마운트의 중심과 결합되는 중심축 및 상기 하우징의 내측에 구비되되, 외측에 권선되는 코일에 전류가 인가되었을 시 자기장이 형성되는 구간에 파티클 체인이 형성되어 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상기 파티클 체인이 지지하며, 자성체로 형성되는 이동체를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 이동체는, 상기 중심축에 결합되며, 상, 하부에 구비되되 상기 하우징의 내경보다 작게 형성되는 축결합부 및 상기 축결합부 사이에 개재되어 코일이 권선되는 코일권선부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 축결합부 및 코일권선부 사이에는, 상기 축결합부 및 코일권선부의 간극을 유지시켜주는 간극유지구를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 중심축 및 케이스는, 비자성체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 간극유지구는, 비자성체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 의하면, 첫째, 기존의 상용 탄성 마운트에 MR댐퍼를 결합함으로써 제조비용 및 제조공정이 간단해지는 효과가 있다.
둘째, 범용으로 제작된 MR댐퍼 상부에 상황에 맞는 상용 탄성 마운트를 연결함으로써 다양한 기계장치 또는 내연기관에 결합하여 사용할 수 있어 사용성이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에서 파티클 체인이 형성되는 구간을 나타내 보인 부분확대단면도이다.
도 3은 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 MR마운트가 결합된 일실시예를 나타낸 단면도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트의 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에서 파티클 체인이 형성되는 구간을 나타내 보인 부분확대단면도이며, 도 3은 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트에 MR마운트가 결합된 일실시예를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트는, 내부에 자기유변유체(MRF)가 수용되며, 케이스(60) 내측에 결합되는 하우징(10)이 구비된다. 상기 내연기관은 일예로서 선박등과 같은 이동수단의 엔진 또는 발전기를 예로 들 수 있다.
한편, 상기 자기유변유체는 평상시에서는 엔진오일과 유사한 점도를 갖는 액체이지만 전자석 등에 의해 자기장이 형성되는 경우에 한해 수백분의 일초만에 거의 고체와 같은 특성을 나타낸다. 그러나 자기유변유체는 자기장이 사라지면 다시 일반 액체와 같은 특성으로 돌아가는 유체이다.
한편, 상기 하우징(10)의 내측에 구비되되, 외측에 권선되는 코일(31)에 전류가 인가되었을 시 자기장이 형성되는 구간에 파티클 체인(40)이 형성되어 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상기 파티클 체인(40)이 지지하며, 자성체로 형성되는 이동체(30)가 구비된다.
상기 이동체(30)는 상기 중심축(20)에 결합되며, 상, 하부에 구비되되 상기 하우징(10)의 내경보다 작게 형성되는 축결합부(32)와, 상기 축결합부(32) 사이에 개재되어 코일(31)이 권선되는 코일권선부(33) 및 상기 축결합부(32) 및 코일권선부(33) 사이에 개재되어 상기 축결합부(32) 및 코일권선부(33)의 간극을 유지시켜주는 간극유지구(35)로 구성된다. 상기 축결합부(32)와 코일권선부(33) 및 축결합부(32)와 하우징(10)의 내주면 사이에 형성되는 소정의 공간에 파티클 체인(40)이 형성되게 된다.
따라서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 코일(31)에 전류가 인가되면, 소정구간에 자기장(점선도시)이 형성되며, 상기 구간 중 자기유변유체가 위치한 구간에 파티클 체인(40)이 형성된다.
그러므로 외측의 내연기관과 결합된 탄성마운트의 중심을 통하여 전달되는 진동이 상기 파티클 체인(40)으로 전달되며, 이렇게 전달된 진동은 상기 파티클 체인(40)을 해제시키려는 힘으로 작용하여 상기 파티클 체인(40)이 해제 및 결합을 반복하면서 상기 이동체(30)를 소정구간 이동시키게 된다. 따라서 상기한 진동이 상기 파티클 체인(40)에 의해 흡수되어 내연기관을 포함하는 장치의 전체로 전달되는 것이 감쇠되므로 기계 전체의 진동이 줄어들게 되는 것이다.
한편, 상기 하우징(10) 및 이동체(30)의 중심에는 중심축(20)이 더 결합된다. 이는 자기유변유체를 이용한 댐퍼가 내연기관과 결합되는 탄성마운트의 중심과 결합이 용이하도록 하기 위한 것이다.
따라서 상기 이동체(30)가 내연기관으로부터 전달되는 진동에 의해 상, 하부로 이동될 시 상기 중심축(20)도 상기 이동체(30)와 결합되어 있어 동시에 상, 하부로 이동된다. 게다가 상기 중심축(20)도 상기 이동체(30)와 결합되어 있어 동시에 상, 하부로 이동되는 것으로 상기 하우징(10)이 중심축(20)을 가이드하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 하우징(10)의 외측에는 상기 내연기관의 일측과 결합되기 위한 케이스(60)가 더 구비될 수 있다. 상기 케이스(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 선박에 구비되는 엔진의 탄성 마운트(50)와 결합되어 엔진에서 발생되는 진동을 감쇠시키는 역할을 하게 된다. 도 3에서는 탄성마운트(50)와 결합되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 상기한 케이스(60)의 일 실시예를 들기 위하여 도시된 도면이며, 그 외에 내연기관, 발전기 또는 펌프 등 다양한 기계장치에 적용될 수 있게 된다.
한편, 상기한 중심축(20) 및 케이스(60)는, 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그 재질로는 예를 들어 알루미늄 등을 예로들 수 있으며, 이는 자성이 외부로 전달되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 그 무게가 가볍기 때문에 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트 전체의 중량을 줄이기 위한 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 하우징 20 : 중심축
30 : 이동체 31 : 코일
32 : 축결합부 33 : 코일권선부
34 : 연결부 40 : 파티클 체인
50 : 탄성마운트 60 : 케이스
61 : 간극유지구

Claims (5)

  1. 내부에 자기유변유체(MRF)가 수용되며, 탄성 마운트와 결합되는 케이스(60) 내측에 구비되는 하우징(10);
    상기 하우징(10)의 중심에 결합되어 내연기관과 연결되는 탄성 마운트의 중심과 결합되는 중심축(20) 및
    상기 하우징(10)의 내측에 구비되되, 외측에 권선되는 코일(31)에 전류가 인가되었을 시 자기장이 형성되는 구간에 파티클 체인(40)이 형성되어 상기 내연기관에서 발생되는 진동을 상기 파티클 체인(40)이 지지하며, 자성체로 형성되는 이동체(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이동체(30)는,
    상기 중심축(20)에 결합되며, 상, 하부에 구비되되 상기 하우징(10)의 내경보다 작게 형성되는 축결합부(32) 및
    상기 축결합부(32) 사이에 개재되어 코일(31)이 권선되는 코일권선부(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 축결합부(32) 및 코일권선부(33) 사이에는,
    상기 축결합부(32) 및 코일권선부(33)의 간극을 유지시켜주는 간극유지구(35)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 간극유지구(35)는,
    비자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중심축(20) 및 케이스(60)는,
    비자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 반능동 마운트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9850978B2 (en) 2015-12-14 2017-12-26 Hyundai Motor Company Roll mount
CN111204207A (zh) * 2020-03-24 2020-05-29 博戈橡胶金属（上海）有限公司 一种切换型半主动悬置流道***结构
CN113147364A (zh) * 2021-04-27 2021-07-23 西南交通大学 一种用于电动轮内的主动减振磁流变悬置装置

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