This paper presents an electromagnetic design methodology for the magneto-rheological (MR) fluid actuator. In order to improve the performance of the MR fluid actuator, the magnetic circuit including the MR fluid, the ferromagnetic material for flux path and the electromagnetic coil should be well designed, thereby the magnetic field intensity can be effectively supplied to the MR fluid. First of all, in order to improve the static characteristic, the length of the flux path is decreased by removing the unnecessary bulk of the yoke. Next, in order to improve the dynamic and hysteretic characteristics, the magnetic reluctance of the ferromagnetic material is increased by minimizing the cross section through which the flux passes. The effectiveness of the proposed design methodology is verified by the magnetic analysis and a series of basic experiments.
본 연구에서는 온도조건에 따른 MR 유체의 물리적 특성을 연구하고자 침전 및 전단응력실험을 수행하였다. MR 댐퍼에 사용되는 MR 유체는 자성 파우더를 포함하고 있어 침전현상이 발생하므로 침강성과 인가전류에 의한 전단응력 변화를 상온과 고온조건에서 실험하였다. 침강특성을 조사하기 위하여 강제 대류형 오븐을 인가전류에 의한 전단응력을 측정하기 위하여 점도계를 사용하였다. 실험결과로부터 MR 유체는 시간과 온도에 따른 침강 특성이 다름을 그리고 교반시간이 큰 경우에 MR 유체의 분산성이 2배 이상 우수하였다. 전단률이 증가할수록 전단응력은 로그함수의 증가분포를 인가전류를 증가할수록 2차 함수의 증가분포를 그리고 MR 유체의 전단응력은 상온보다 고온에서 6-18% 낮은 분포를 보였다.
Semiactive control systems have received considerable attention for protecting structures against natural hazards such as strong earthquakes and high winds, because they not only offer the reliability of passive control systems but also maintain the versatility and adaptability of fully active control systems. Among the many semiactive control devices, magnetorheological (MR) fluid dampers comprise one particularly promising class. In the field of civil engineering, much research and development on MR fluid damper-based control systems has been conducted since this unique semiactive device was first introduced to civil engineering applications in mid 1990s. In 2001, MR fluid dampers were applied to the full-scale in-service civil engineering structures for the first time. This state-of-the-art paper includes a detailed literature review of dynamic models of MR fluid dampers for describing their complex dynamic behavior and control algorithms considering the characteristics of MR fluid dampers. This extensive review provides references to semiactive control systems using MR fluid dampers. The MR fluid damper-based semiactive control systems are shown to have the potential for mitigating the responses of full-scale civil engineering structures under natural hazards.
본 연구에서는 MR유체를 특징으로 하는 하지 재활운동 기구를 제안하고, 재활운동 기구에 적용하기 위한 소형 MR 유체 브레이크를 설계, 제작하여 성능을 평가하였다. MR유체 브레이크의 저항 특성은 MR유체에 부하되는 자기장의 변화에 의해 제어된다. 공간 제한을 고려하여 자기장 세기와 관련된 설계변수는 유한요소 프로그램인 ANSYS Workbench를 사용하여 최대 토오크가 발생할 수 있도록 결정하였다. 제안된 MR유체 브레이크를 제작하고, 자기장에 따른 토오크의 변화를 실험적으로 평가하였다. 전류를 공급하면, MR 유체 브레이크의 토오크는 증가하였으며, 그 반응은 매우 빠르게 나타났다. 공급하는 전류의 세기가 증가함에 따라 MR 유체 브레이크의 토오크는 MR유체의 빙햄 특성과 유사하게 증가하여 나타났다.
A new MR cylinder with built-in valves using Magneto - Rheological fluid (MR valve) is proposed for fluid power control systems. The MR fluid is a newly developed functional fluid whose obvious viscosity is controlled by the applied magnetic field intensity. This MR cylinder, which is composed of cylinder with small clearance and piston with electromagnet, has the characteristics of simple, compact and reliable structure. This paper presents a method to control the pressure of MR cylinder by using Generalized Predictive Control (GPC) algorithm. The differential pressure is controlled by applying magnetic field intensity to MR fluid. The use of GPC controller is to generate a control sequence by minimizing a cost function in such a way that the future system output is driven close to reference over finite prediction horizons. Experimental results from real time control using GPC method compared with conventional PID control method are also shown in this paper.
This paper focuses on developing a new configuration on magnetorheological (MR) brake damper as prosthetic knee. Prosthetic knee uses magnetic fields to vary the viscosity of the MR fluid, and thereby its flexion resistance. Exerted transmissibility torque of the knee greatly depends on the magnetic field intensity in the MR fluid. In this study a rotary damper using MR fluid is addressed in which a single rotary disc will act as a brake while MR fluid is activated by magnetic field in different walking gait. The main objective of this study is to investigate a prosthetic knee with one activating rotary disc to accomplish necessary braking torque in walking gait via T-shaped drum with arc surface boundary and implementing of Newton's equation of motion to derive generated torque at the inner surface of the rotary drum. For this purpose a novel configuration of a T-shaped drum based on the effects of a material deformation process is proposed. In this new design, the T-shaped disc will increase the effective areas of influences in between drum and MR fluid together and the arc wall crushes the particles chains (fibrils) of the MR fluid together instead of breaking them via strain in a conventional MR brake. To verify the proposed MR brake, results of the proposed and conventional MR brakes are compared together and demonstrated that the resisting torque of the proposed MR brake is almost two times greater than that of the conventional brake.
Abrasive fluid jet polishing processes have been used for the polishing of optical surfaces with complex shapes. However, unstable and unpredictable polishing spots can be generated due to the fundamental property of an abrasive fluid jet that it begins to lose its coherence as the jet exits a nozzle. To solve such problems, MR fluid jet polishing has been suggested using a mixture of abrasives and MR fluid whose flow properties can be readily changed according to imposed magnetic field intensity. The MR fluid jet can be stabilized by imposed magnetic fields, thus it can remain collimated and coherent before it impinges upon the workpiece surface. In this study, MR fluid jet polishing characteristics of fused silica glass were investigated according to injection time and magnetic field intensity variations. Material removal rates and 3D profiles of the generated polishing spots were investigated. From the results, it can be confirmed that the developed MR fluid polishing system can be applied for stable and predictable precise polishing of optical parts.
MR 댐퍼는 자기장의 영향으로 인한 MR 유체의 응집현상으로 자기전단력을 발생한다. MR 유체는 기존유체와 자기입자로 구성되어 있다. 본 연구에서 밀도 1.3, 1.5, $1.7g/cm^3$ 그리고 점도 1,000, 10,000cP를 가지는 MR 유체 6종과 오리피스 형상 6종에 대한 MR 댐퍼의 댐핑력을 조사하였다. MR 유체의 밀도와 점도 변화에 따라서 MR 댐퍼의 댐핑력이 변하였다. 오리피스 형상변화에 대한 댐핑력은 오리피스 갭이 적고 길이가 짧을수록 크게 나타났다. 이들 연구결과로부터 MR 댐퍼의 최적설계를 위해서는 MR 유체의 선정과 오리피스 형상이 중요한 설계변수임을 확인하였다.
본 연구에서는 MR유체를 특징으로 하는 대시포트형 마운트를 제안하고, 자극 형상 및 구조의 변화가 MR유체 마운트의 감쇠력에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 고찰하였다. 자극의 유효길이와 코어 중심부의 구조를 달리하여 MR 유체 마운트를 제작하였다. MR유체 마운트에 자기장을 형성하기 위하여 공급하는 전류의 세기를 변화시켰을 때의 감쇠력 변화와 전류를 공급하지 않은 경우의 감쇠력 변화를 측정하였다. 또한, 가진 변위는 일정하게 유지한 상태에서 MR엔진마운트에 가해지는 가진 주파수를 변화시켜 감쇠력의 변화를 측정하였다. MR유체마운트로부터 전달되는 힘은 가진 주파수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타냈으며, 공급하는 전류의 세기가 증가함에 따라 전달되는 힘은 증가하여 나타났다. 자기장이 형성되는 MR마운트에 유효길이 변화에 대해서는 전달력의 변화가 나타나지 않았다.
A new MR cylinder with built-in valves using MR fluid (MR valve) is suggested and fabricated for fluid control systems. The MR fluid is a newly developed functional fluid whose obvious viscosity is controlled by the applied magnetic field intensity. The MR cylinder is composed of cylinder with small clearance and piston with electromagnet. The differential pressure is controlled by the applied magnetic field intensity. It has the characteristics of simple, compact and reliable structure. The size of MR cylinder and piston has ${\varphi}30mm{\times}300mm\;and\;{\varphi}28.5mm{\times}120mm$ in face size, respectively and 0.8mm in gap length. Through experiments, it was found that the differential pressure is controlled by the applied magnetic field intensity under little influence of the flow rate, which corresponds to a pressure control valve. The differential pressure of 0.47MPa and contact force of 320N were obtained with the input current of 1.5A. The rising time of force was 1.1s in step response of a manipulator using the MR cylinder. The effectiveness of the MR cylinder was also demonstrated through the force control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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