Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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Development of Massage Seat Actuator for Automobile using Electromagnetic Analysis and Simulation

전자기해석 및 시뮬레이션을 적용한 차량용 마사지 시트 액츄에이터 개발

  • Chung, Myung-Jin (Dept. of Mechatronics Engineering, Korea Polytechnic University)
  • Received : 2019.03.08
  • Accepted : 2019.06.17
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

Recently, researches about automobile seat having function to support the comfort to driver and passenger during the driving are conducted in various fields including automobile seat having massage function. The effect of massage depends on the pattern of massage such as time, magnitude, and shape. In this paper, linear motor actuator, which is used as driving method in the automobile massage seat, and electromagnetic analysis method, which is used to improve the magnetic efficiency in the design of autuator, is proposed. Electromagnetic analysis using finite element method is conducted in the design of linear motor actuator. Input voltage shape for massage pattern is calculated by simulation using mathematical model of actuator. Performance test for massage pattern generation is conducted with automobile massage seat having developed actuator and controller. It is verified that developed actuator system is applicable in the automobile massage seat.

최근 운전자와 승차자의 편안함을 제공할 수 있는 기능을 보유한 자동차 시트에 대한 연구가 마사지 기능을 갖는 자동차 시트를 포함하여 다양한 분야에서 수행되고 있다. 마사지 효과는 시간, 크기, 형상과 같은 마사지 패턴에 의존한다. 본 연구에서는 차량용 마사지 시트의 구동장치로 사용되는 선형모터 액츄에이터와 액츄에이터의 효율향상 설계를 위한 전자기해석 및 시뮬레이션 기법을 제안하였다. 선형모터 액츄에이터 설계에 유한요소 기법을 적용하여 전자기 해석을 수행하고, 액츄에이터의 수식모델을 사용한 시뮬레이션을 통해 두드림 마사지 패턴 구현을 위한 전압 파형을 도출하였다. 제작된 액츄에이터와 제어기를 차량용 마사시 시트에 장착하여 마사지 패턴 생성에 대한 성능검증을 통해 개발된 액츄에이터의 적용 가능성을 확인하였다.

Keywords

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Fig. 1. Configuration of linear motor actuator. 그림 1. 선형모터 액츄에이터의 구성

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Fig. 2. Trust force according to current flowing through coil; (a) forward force and (b) backward force. 그림 2. 코일에 흐르는 전류 방향에 따른 추력

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Fig. 3. Magnetic field distribution according to relative position of magnet and coil; (a) 2mm (-3mm), (b) 5mm (0mm), and (c) 8mm (+3mm). 그림 3. 자석과 코일의 상대위치에 따른 자속분포

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Fig. 4. Trust force according to position of magnet. 그림 4. 자석(Load)의 위치에 따른 발생 추력

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Fig. 5. Schematic diagram of linear motor actuator. 그림 5. 선형모터 액츄에이터의 개요도

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Fig. 6. Block diagram of linear motor actuator. 그림 6. 선형모터 액츄에이터의 블록선도

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Fig. 7. Massage pattern displacement(dotted line) profile according to applied input voltage(solid line) shape; (a) sine, and (b) square. 그림 7. 입력 전압 형상에 따른 고무봉의 마사지 패턴 변위 형상

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Fig. 8. Control block diagram of linear motor actuator. 그림 8. 선형모터 액츄에이터의 제어기 구성

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Fig. 9. Manufactured linear motor actuator: (a) coil block, (b) magnet block, and (c) assembled actuator. 그림 9. 제작된 선형모터 액츄에이터

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Fig. 10. Manufactured linear motor actuator controller. 그림 10. 제작된 선형모터 액츄에이터 제어기

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Fig. 11. Experimental setup for measurement of (a) stroke, and (b) thrust force. 그림 11. 동작거리 및 추력 측정 실험장치

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Fig. 12. Measured force according to position of magnet. 그림 12. 자석의 위치에 따른 추력 측정값

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Fig. 13. Experimental setup for measurement of transfer function of linear motor actuator. 그림 13. 전달함수 측정 실험장치

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Fig. 14. Measured transfer function; (a) magnitude, and (b) phase. 그림 14. 측정된 전달함수

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Fig. 15. Experimental setup for measurement of massage pattern; (a) massage seat installed with actuator, and (b) massage seat installed with accelerometer. 그림 15. 마사지 패턴에 대한 성능 측정 실험장치

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Fig. 16. Current flowing through coil of the linear motor actuator according to massage pattern. 그림 16. 마사지 패턴에 따른 코일에 흐르는 전류 파형

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Fig. 17. Acceleration measured according to position of massage seat; (a) upper left, (b) upper right, (c) middle left, (d) middle right, (e) lower left, and (f) lower right. 그림 17. 마사지 시트의 위치에 따라 측정된 가속도

Table 1. Physical, geometrical, and electrical constants of actuator used for electromagnetic analysis. 표 1. 전자기해석에 사용된 액츄에이터의 물리적, 기계적 및 전기적 상수

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