 화학 / 바이오 / 야금
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통합된 에너지 발생 댐퍼(Tucker, Clive, Wendell,I. Ross)
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1. 기술 현황
전형적인 댐퍼는 동작과 관련하여 에너지를 발산한다. 선형 댐퍼들은 압축 스토로크와 팽창 스토로크 모두에서 움직일 수 있는 틀 내부에 위치한 피스톤을 가지고 있다. 구멍(오리피스) 하나가 피스톤 안에 위치하고 있다. 그 피스톤의 동작은 감쇠 동작을 위해 움직일 때 점성을 가진 유체가 오리피스를 통과하게 한다.
초기의 댐퍼 기술은 수십 년 간 사용되어 왔는데 두 개의 주요 그룹으로 나눌 수 있다. 단통 댐퍼와 복통 댐퍼(세 통 댐퍼도 생산되고 있으나 특별하게 채택된 댐퍼에만 사용되고 그리고 광범위하게 생산되지 않는다)가 그것이다. 단통 댐퍼는 피스톤 헤드 안에 구멍을 가진 유압램과 주요 유체 챔버 내부에 가스-충전 저장기를 가진 것이 특징이다.
복통 댐퍼는 유압유체로 충전된 내부 튜브와 유체와 가스 또는 그 밖의 어떤 압축 가능한 매체를 포함한 외부 튜브로 두 개의 동심원 튜브를 가진 것이 특색이다.
2. 발명의 내용
강력하나 비교적 저속도로 운동하는 시스템을 일반적으로 시스템 효율성을 낮추는 외부 유체회로의 필요성이 없이 에너지를 얻을 수 있는 능력을 가진 통합된 에너지 발생기에 관련시키면 내구성 문제와 제작 비용 추가 문제를 초래한다. 몇 개의 구체화는 전통적인 댐퍼 구조와 부속을 이용하며 틀 안의 통합된 피스톤 헤드 및 그 밖에 에너지 수확 부속과 밸브의 개선에 초점을 둔다. “댐퍼”는 이 시스템을 말하지만 본 발명은 진통 시스템이나 또는 에너지-추출 장치에만 제한되지 않고 이
시스템을 가동시킬 수 있는 것도 포함한다.
앞에서 설명한 통합된 에너지 발전기의 구체화는 틀과 압축할 때 적어도 부분적으로라도 압축 스토로크를 통하여 움직이는 피스톤을 포함한다. 피스톤은 확장될 때 적어도 부분적으로라도 확장 스트로크를 통하여 추가적으로 움직일 수 있다. 피스톤이 움직일 때 유압유체는 가압되어 유압모터를 돌린다. 유압모터는 발전기를 돌리고 전기를 생산한다.
연결된 유압모터와 발전기는 재래식 댐퍼의 피스톤 헤드에 통합된다. 재래식 단통 구조는 가스-충전된 축압기를 가지고 댐퍼의 하부에서 사용할 수 있다. 그렇지 않으면 선택적-밸브를 가진 축압기로 된 복통을 통합된 피스톤 헤드와 함께 사용할 수 있다. 또 하나의 예가 될 수 있는 구체화로 통합된 피스톤 헤드를 복통 관통-축 댐퍼 설계에 사용될수 있다. 그러나 통합된 피스톤 헤드의 사용은 예로서 설명된 구체화에만 제한되지는 않는다.
유압모터가 댐퍼의 피스톤 헤드에 통합되는 것은 또 하나의 관심이 될수 있다. 피스톤 로드의 반대쪽에 있는 발전기까지 피스톤 로드를 통해 유압모터의 축은 연장되어있다. 이 구체화에서 다른 점에서는 댐퍼의 구조는 전통적 단통과 같다. 다른 방법으로 압축 우회로를 가진 복통구조는 이 유압모터와 전기모터/발전기 구조로 될 수 있다.
또 다른 구체화의 실례로 그 반대되는 모터/발전기 시스템을 선택적-밸브 축전기를 가진 복통설계에 쓸 수 있다. 그러나 반대하는 유압모터 전기모터/발전기 시스템은 여기에 예로 든 구체화로만 제한되는 것은 아니다.
<그림 1>는 유압모터와 전기발전기를 포함한 통합된 피스톤 헤드를 나타낸다. 통합된 피스톤 헤드 1은 그 피스톤 헤드의 상하에 있는 유체로 채워진 수압 실린더 안에 있다.
<그림 1> 수압모터와 발전기를 포함한 통합된 피스톤 헤드의 구체화
유체가 피스톤 헤드 위에서 압축됨에 따라 유체는 피스톤 헤드 위에 하나 또는 그 이상의 입구/출구 2 안으로 흐른다. <그림 1>의 구체화에서 양적 배수 제로터(gerotor) 3을 유압모터로 이용한다. 유체가 입구/출구 2를 통하여 흐를 때, 압력 차등
은 오프셋 포켓 안에서 스핀 하도록 제로터 기구 3을 강제한다. 그 제로터 3은 발전기축 8에 연결하여 구동하고 그 다음 유압모터가 발전기를 회전하도록 유압유체 안에서 담긴 발전기 5에 연결되어 구동한다. 그리고 역도 또한 같다.
유체는 유압모터 3을 통하여 입구/출구 2로부터 피스톤 헤드 밑의 입구/출구 포트 4로 흘러나간다. 이것이 축 8을 회전시키고 이 축이 다시 발전기 5를 돌려 전기를 생산하는 한다. 전기는 공간 피스톤 축 6을 통하여 피스톤 헤드와 댐퍼 틀 밖에 회로를 만든 전선을 거쳐서 전달된다. 피스톤 헤드의 외부 가장자리 7의 밀봉은 유체가 피스톤 헤드의 주변을 돌아 입구/출구 포트를 우회 통과하는 것을 방지한다. 유체가 피스톤 헤드 아래에서 가압될 때, 유체는 유압모터와 피스톤 헤드 밑에
입구/출구 포트 4 안으로 통과하여 피스톤 헤드 위에 입구/출구 포트 2로 나간다.
그 발전기 축 8은 베어링 9로서 양쪽 끝을 지지하고 축 8은 내부 제로터 요소 10과 발전기 5의 로터 11을 지지한다. 그 외부 제로터 요소 12는 축받이 베어링 13으로 지지된다. 덮개 판 14는 피스톤 헤드 내부 그포켓 안에 제로터 3을 축으로 한다. 포트들 15는 유압 축 평행에서 제로터 아셈부리를 유지하기 위해 피스톤 헤드와 덮개 판 양쪽에 존재할 수 있다.
3, 효과 및 응용
댐퍼의 응용에서 피스톤의 속도 따라서 제로터 모터 속도는 한 방향으로 계속 가속/감속하다가 정지하고, 그 후 반대 방향으로 가속/감속한다. 이론으로 설명되지 않지만 제로터 속도가 낮아지면 제로터의 평면 베어링에서 발생하는 유체역학적 양력이 손실되고 이 베어링에 높은마찰이 가해진다. 이 베어링의 직경이 크면 클수록 더 많은 토크가 이 증가된 마찰을 통하여 손실되고 제로터가 모터로 사용될 때 이 토크손실은 모터 자체가 발생하는 토크와 같든지 또는 더 커서 모터의 정지를 초래할 잠재력이 있다.
유체역학적 양력을 발생하는 평면 베어링 접점에 충분한 속도가 있어 여기서 마찰의 상당한 감소를 야기하더라도 이 접점에서 에너지 손실은 직경의 4승에 비례한다. 그러므로 에너지 손실을 감소시키기 위하여 평면 베어링 직경이 가능한 한 적도록 하는 것이 바람직할 것이다. 위의 유일한 베어링 배열을 이용하면 더 큰 외부 요소가 발전기 축과 공유하는 마찰회전 요소 베어링으로 지지되고 평면 베어링 접점은 직경이 작은 내부 요소 위에 위치되어 낮은 초기 시동 토크와 낮은 고속
출력 손실의 잠재적 이익을 준다. 마찰 베어링은 평면 유체역학적 베어링보다 더 고가이지만 사실 그 외부 제로터 요소가 그 발전기 축으로서 같은 저-마찰 베어링을 공유한다는 사실은 비용의 상승을 완화할 수 있다.
차량의 서스펜션 시스템 안에 조립된 에너지 발생하는 댐퍼에 관한 관점을 설명한다. 그 에너지 발생하는 댐퍼는 그 서스펜션 시스템에 감쇠의 초기 원천을 제공할 수 있다. 그러나 이 발명은 이 점에만 제한된 것이 아니며 다른 응용에서도 이용될 수 있다. 예컨대 해양의 큰 물결에서 수확하는 시스템과 같이 공업용 에너지 수확 플레이트 홈 안에서 조립되어 사용될 수 있다.
자료출처 : Tucker, Clive, Wendell, I. Ross, “Integrated Energy Generating Damper”, International Publication Number, WO2011/159874, pp.1~73
해당특허보기: http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=worldwide.espacenet.com&II=0&ND=3&adjacent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20111222&CC=WO&NR=2011159874A2&KC=A2
출처:Reseat
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