[논문]반능동 서스펜션용 MR CDC 댐퍼의 자기회로 설계기법

박재우; 정영대

반능동 서스펜션용 MR CDC 댐퍼의 자기회로 설계기법
Magnetic Circuit Design Methodology of MR CDC Dampers for Semi-Active Suspensions 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.25 no.10 = no.211, 2008년, pp.48 - 57

박재우 (경남정보대학기계 자동차산업계열) , 정영대 (영남대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

MR Fluid, one of functional fluids, is developed for the application to automobile products. MR CDC damper using MR fluid has following principles. When ar electric current is applied to the solenoid, apparent viscosity of MR fluid passing through the annular gap which acts as magnetic circuits varies directly as the intensity of the current. These devices have a simple structure and excellent lime response characteristics, emerging as the alternatives of the conventional semi-active suspension systems. In this study, a design procedure of the magnetic circuit through the solenoid fore and the flux ring functioning as a magnetic path is investigated so as to optimize the design and performance of MR CDC dampers for the vehicles. In addition, an operating point on the B-H curve, the magnetization according to the variation in the annular gap, the pole piece width and the density of MR fluid are studied to design the optimal piston head within the restrained dimension range.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

제시하고자 한다. 또한 그러한 설계 절차에 따른 환상 오리피스와 폴피스 폭(이하 PPW: pole piece width)의 치수 변화 그리고 MR 유체의 밀도변화에 따른 자기 이력곡선 상의 작용점과 자화 포화(Magnetization)에 대해 고찰하고 주어진 치수 범위 내에서 최적의 성능을 가지는 피스톤 헤드를 설계하고자 하였다.
본 연구에서는 자기회로를 해석적으로 설계하는 방법 중 하나로서, 자기장을 이용하는 자동차용 MR CDC 댐퍼를 설계하기 위해 자로 역할을 하는 솔레노이드 코어(solenoid core)와 플럭스 링 (flux ring)의 설계인자의 선정을 통한 새로운 설계 절차를 제시하고자 한다. 또한 그러한 설계 절차에 따른 환상 오리피스와 폴피스 폭(이하 PPW: pole piece width)의 치수 변화 그리고 MR 유체의 밀도변화에 따른 자기 이력곡선 상의 작용점과 자화 포화(Magnetization)에 대해 고찰하고 주어진 치수 범위 내에서 최적의 성능을 가지는 피스톤 헤드를 설계하고자 하였다.
본연구에서의 자기회로의 설계 목표는 적은 전력공급으로 넓은 감쇠성능 범위를 가질 수 있도록 조건을 찾는 것이다.
6 에나타내었다. 이러한 자동차용 반능동 서스펜션을 위한 자기회로 설계의 목표는 적은 전력 공급으로 넓은 감쇠성능 범위를 가질 수 있도록 최적의 조건을 찾는 것이다.
29T) 에서는 포화가 됨을 알 수 있다. 이럴 경우 플럭스 링의 소재를 자화포화의 범위가 더 높은 재료로 다시 선정하든가 열처리 조건을 개선하면 더 좋은 효과를 얻을 수 있으나, 본 연구에서는 주어진 재료 범위 내에서 최적 설계를 목적으로 하였다.

제안 방법

1) 전자기장 해석을 통한 수정된 자동차용 MR CDC 댐퍼의 자기회로 설계절차를 제안하였다. 본연구에서의 자기회로의 설계 목표는 적은 전력공급으로 넓은 감쇠성능 범위를 가질 수 있도록 조건을 찾는 것이다.
단일튜브이기 때문에 용접에 의해 발생된 변형은 피스톤 밸브의 원활한 운동을 저해한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 카트리지 형으로 제작함으로써 해결하였다. 즉, 단일 튜브 형으로 MR CDC 댐퍼를 만든 다음 바깥쪽 튜브 어셈블리에 넣고 밀봉하여 strut-type 의 MRCDC 댐퍼를 완성할 수 있었다.
본 논문에서 제안하려는 설계기법은 우선 적용하려는 차량의 하드 포인트(hard point)로 부터 MR CDC 댐퍼의 피스톤 헤드 부분의 길이 범위가 결정된다. 다음으로 인가할 최대 전류의 세기와 저항 범위를 선정해야 한다.
본 연구에서 제시한 설계절차에 따라 피스톤헤드 부분의 자로 역할을 하는 솔레노이드 코어와 PPW 그리고 플럭스 링을 설계하고자 한다. 우선 자동차용 MR CDC 댐퍼에서 이용할 수 있는 피스톤 헤드 길이 범위 내에서 최대 전력을 낼 수 있는 코일 감김수 조건을 결정한다.
수동형(passive) 충격흡수기로부터 솔레노이드 밸브에 의해 제어되는 연속 감쇠력 가변형(이하 CDC; Continuous Damping Contr이)에 이르기까지 사용되는 부품의 조합에 따라 감쇠성능의 범위가 결정되었다. 그러므로 해당 차량에 적합한 감쇠 성능을 튜닝 하는데 많은 시간이 소요되었다.
이러한 기본 정의를 이용하여 임시로 결정된 치수 범위 내에서 전류세기에 따라 B-H 곡선에서 위치하는 작용점을 구한다.
자로 역할을 하는 솔리드 부품의 자기특성은 WALKER LDJ Scientific 社의 Hysteresis graph 인 AMH-15 에서 측정하였으며, MR 유체는 진동 시료 자력 계(Vibrating Sample Magnetometer, VSM)에서 자기이력곡선을 측정하였다.

대상 데이터

그리고 자로 역할을 하는 부품 이외에는 자기 플럭스가 빠져나가지 않도록 비자성체로 구성해야 한다. 본 연구에서 사용된 플럭스 링의 재질은 비자성체로서, SUM24LH 계열이 사용되었다. 체결이나 지지를 위해 어느 정도의 강도가 요구될 경우에는 그에 준하는 비자 성체 부품을 선정해야 한다.

성능/효과

2) 자기회로 설계절차에 따라 자로역할을 하는 솔레노이드 코어와 플럭스 링 그리고 MR 유체의 B-H 곡선에서 작용점이 선형구간에 위치하도록 하는 것이 MR CDC 댐퍼에서 자화포화를 막을 수 있는 방법임을 알 수 있었다.
3) 전자기 회로에서 환상 오리피스 크기가 커지면 솔레노이드 코어와 플럭스 링 그리고 폴피스에서 자속밀도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 4) PPW 가 커지면 솔레노이드 코어와 플럭스 링에 서는 자속 밀도가 높아지지만, 폴 피스에서는 그만큼 분산되 므로 환상 오리피 스에서 자속밀도가 낮아지는 것을 알 수 있었다.
있었다. 4) PPW 가 커지면 솔레노이드 코어와 플럭스 링에 서는 자속 밀도가 높아지지만, 폴 피스에서는 그만큼 분산되 므로 환상 오리피 스에서 자속밀도가 낮아지는 것을 알 수 있었다.
5) MR 유체는 순철계통의 미립자를 사용하는데, 단자구의 크기가 작아 B-H 곡선에서 히스테리시스를 거의 형성하지 않는 장점이 있다. 그러나 입자의 크기가 크면 클수록 자계강도는 커지지만 유체를 만들었을 때 침강에 기인한 성능저하를 초래할 우려가 있으므로 넓은 감쇠성능 범위를 얻기 위해서는, 분산 안정성 측면과 MR CDC 댐퍼의 사용 용도 등을 고려하여 적합한 MR 유체를 선정해야 한다.
0A 부터 3A 까지 전류를 증분시 켜 가면서 감쇠력의 상태와 범위를 살펴본 것이다. 전자기장 해석에서도 어느 정도 예견되었지만, 3A 까지는 포화가 일어나지 않고 감쇠력이 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 만약 자기회로에서 포화가 발생한다면 더 높은 전류인가가 이루어지더라도 감쇠력이 선형적으로 증분을 일으키지 못할 것이다.
따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 카트리지 형으로 제작함으로써 해결하였다. 즉, 단일 튜브 형으로 MR CDC 댐퍼를 만든 다음 바깥쪽 튜브 어셈블리에 넣고 밀봉하여 strut-type 의 MRCDC 댐퍼를 완성할 수 있었다.
15 는 앞서 전자기장 해석 결과를 전체적으로 살펴본 그래프이다. 환상 오리피스 크기가 커지면 솔레노이드 코어와 플럭스 링 그리고 폴피스에서 자속밀도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

마지막으로 자기회로에 대한 Kirchhoff 의 법칙으로부터 필요한 코일 감김수(Ampere-turns, NI)를 결정하여 솔레노이드를 설계할 것을 제안하고 있다. 그러나 자동차용 MR CDC 댐퍼의 개발과정에서는 이러한 자기회로 설계 절차만으로는 다소 부족하며, 더 세부적인 사양의 조정에 대한 피드백과 최적화 과정이 필요하다.
둘째, 자기 플럭스의 연속조건으로부터 자로 역할을 하는 솔레노이드 코어와 플럭스 링에서의 작용점(Bc,Hc) 를 선택한다. 마지막으로 자기회로에 대한 Kirchhoff 의 법칙으로부터 필요한 코일 감김수(Ampere-turns, NI)를 결정하여 솔레노이드를 설계할 것을 제안하고 있다. 그러나 자동차용 MR CDC 댐퍼의 개발과정에서는 이러한 자기회로 설계 절차만으로는 다소 부족하며, 더 세부적인 사양의 조정에 대한 피드백과 최적화 과정이 필요하다.

참고문헌 (11)

Park. J. and Jung. Y., "Phenomenological Damping Flow Modeling and Performance Evaluation for a Continuous Damping Control Damper Using MR Fluid," Journal of Korean Society of Precision Engineering, Vol. 25, No. 3, pp. 73-82, 2008
An. J. and Kwon. D., "Modeling of a Magnetorheological Actuator including Magnetic Hysteresis," Journal of Intelligent Material System and Structures, Vol. 14, No. 9, pp. 541-550, 2003

상세보기
Rizzo, R., Sgambelluri, N., Scilingo, E., Raugi, M. and Bicchi, A., "Electromagnetic Modeling and Design of Haptic Interface Prototypes Based on Magnetorheological Fluid," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, No. 9, pp. 3586-3600, 2007

상세보기
Lee. U., Kim. D., Hur. N. and Jeon. D., "Design Analysis and Experimental Evaluation of an MR Fluid Clutch," Journal of Intelligent Material System and Structures, Vol. 10, No. 9, pp. 701-707, 1999

상세보기
Lee. H. and Choi. S., "Performance Evaluation of a Semi-Active Damper Using MR Fluid," in the proceeding of KSPE Spring Conference, pp. 497-498, 2007
Nam. Y., Moon. Y., Park. M. and Lee. Y., "Electromagnetic Design Methodology for MR Fluid Actuator," Transaction of KSME A, Vol. 30, No. 10, pp. 1305-1313, 2006

원문보기 상세보기
Lord Materials Division, "Magnetic Circuit Design," Lord Corporation Tech. Library, Engineering Note, pp. 1-10, 1999
Lord Materials Division, "Magnetorheological Valve Configurations," Lord Corporation Tech. Library, Engineering Note, pp. 9-35, 2001
Lord Materials Division, "Designing with MR Fluids," Lord Corporation Tech. Library, Engineering Note, pp. 9-50, 1999
Cheng, D. K., "Fundamentals of Engineering Electro-magnetics," Addison-Wesley Series In Electrical Engineering, pp. 213-221, 1993
Li, W., Du, H. and Guo, N., "Finite Element Analysis and Simulation Evaluation of a Magnetorheological Valve," International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 21, No. 9, pp. 438-445, 2003

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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