KR102537110B1 - 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기력에 의한 로렌츠 힘(Lorentz Force)으로 압축된 가스를 고압 분사시키는 공압 발사방식으로 에어백(Air Bag)을 신속히 전개 가능하여 부득이한 차량 충돌사고 등으로 인한 차량 탑승자의 안전을 보호하고 소중한 인명 피해를 예방할 수 있는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치는, 일측면에 오목한 제 1 가스챔버가 형성된 하우징; 및 상기 하우징의 일측면 가장자리에 중심선 방향을 따라 상하 대칭으로 연장 형성하여 상기 제 1 가스챔버와 연통하는 배출가스 이동통로가 마련된 실린더; 상기 실린더 사이의 일측 스포트에 장착하여 외부 입력 전원에 의해 중심선 방향으로 전자기력(Lorentz Force)을 발생시키는 구동코일; 상기 구동코일의 일측에 근접한 채 일측 단부에 작용하는 전자기력에 의해 직선 운동하는 플런지; 상기 플런지의 타측 가압부가 일측면에 중심선 방향으로 관통 삽입되고 타측면에 형성된 가스배출구멍이 상기 하우징의 제 1 가스챔버에 연통하는 압축가스탱크; 상기 압축가스탱크의 일측면에 밀착하여 상기 가스배출구멍을 차단하는 개폐부에 의해 상기 하우징의 제 1 가스챔버가 밀폐되고 상기 개폐부의 타측면 가장자리에 중심선 방향을 따라 작동부를 상하 대칭으로 연장 형성하여 끝단부가 상기 구동코일에 근접한 채 전자기력에 의해 직선 운동하는 피스톤; 을 포함하고, 상기 플런지는 상기 구동코일의 전자기력에 의해 상기 압축가스탱크 속으로 가압부가 진입 삽입하여 상기 압축가스탱크 제 2 가스챔버의 가스 압력을 상승시키고, 상기 피스톤은 상기 구동코일의 전자기력에 의해 상기 개폐부가 상기 압축가스탱크의 제 1 가스챔버 속으로 진입하면서 상기 가스배출구멍을 개방시켜 상기 제 2 가스챔버 내의 고압 가스(압력)를 방출함에 따라 방출되는 고압 가스(압력)가 상기 제 1 가스챔버와 이어진 배출가스 이동통로를 통해 상기 실린더 일측에 마련된 가스토출부로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치를 제안하고자 한다.
Description
본 발명은 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기력에 의한 로렌츠 힘(Lorentz Force)으로 압축된 가스를 고압 분사시키는 공압 발사방식으로 에어백(Air Bag)을 신속히 전개 가능하여 부득이한 차량 충돌사고로 인한 차량 탑승자의 인명 피해 및 전기차 배터리의 폭발사고를 예방할 수 있는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치에 관한 것이다.
근자에 들어 널리 보급되고 있는 전기자동차는 전기를 동력으로 하여 움직이는 자동차로, 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지(배터리)로부터 얻는 자동차이다.
일반적으로 전기자동차에 장착되는 배터리는 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구분되며, 각각 다른 기능을 갖고 있다. 셀(Cell)은 전기에너지를 충전/방전해 사용할 수 있는 배터리의 기본 단위로 양극, 음극, 분리막, 전해액을 알루미늄 케이스에 넣어 만든다. 모듈(Module)은 배터리 셀을 외추 충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체(Assembly)이며, 모듈 1개당 약 12~48개의 셀을 포함한다. 팩(Pack) 전기차에 작착되는 배터리의 최종 형태로 배터리 모듈에 BMS(battery Management Sysytem), 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성되며, 팩 1개당 약 8~40개의 모듈을 포함한다.
이러한, 배터리를 주동력원으로 사용하는 전기 자동차는 강한 충격 또는 지속적인 피로 작용에 의한 배터리(리튬이온)의 손상 위험성이 높아 각별한 주위가 요구된다. 또 배터리 화재 발생의 가장 큰 원인은 충격 등으로 인한 PCM, EMS 등 제어시스템의 문제 및 물리적 파손으로 인한 배터리 팩 내부의 전해액 누유 등이 있다. 따라서, 차량 사고시 배터리 팩의 손상을 방지하여 화재 등에 의한 인명피해 최소화 요구가 증대되고 있는 실정이다.
또한 전기자동차 배터리 팩은 전 세계적으로 잇따라 전기 자동차의 화재가 발생하고 있으며, 발화 원인의 대다수는 배터리 팩 내부의 물리적 손상임을 알 수 있다. 물리적인 배터리 팩 손상 원인으로는 교통사고 충격, 주행 중 차량 하부로 튀어 오르는 노면의 장애물, 차량 하부와 노면의 충돌 등이 주요 원인으로 작용한다.
여기서, 전기자동차 배터리 팩 보호장치를 살펴보면, 배터리 팩이 알루미늄 판 커버에 의해 감싸져 있으며 커버에 감싸진 배터리 팩이 차량 하부에 노출되어 있는 상태이다. 배터리 팩의 추가적인 보호장치 및 구조가 필요한 경우에는 배터리 팩에 하우징을 입혀 차량 하체에 장착하거나, 또는 알루미늄 판넬을 추가적으로 장착하거나 하부코팅 작업을 통해 보완하는 경우는 있지만, 완성차 업체에서 추가적인 보호장치 및 구조를 장착하는 경우는 거의 드물어 탑승자의 안전과 전기자동차를 보호하기 위한 연구가 절실히 요구된다.
한편, 종래에 에어백을 팽창시키는 실제 전개 실험을 통해 성능이 평가되고 있으며, 공압발사장치를 이용한 에어백 전개장치로 고압가스를 주입함으로서 에어백의 전개 실험을 수행하거나 또는 기존에 에어백 전개에 사용되는 고체화합물인 아지드화나트륨(NaN3, Sodium Azide)의 화학작용을 통해 에어백 전개 실험을 수행하였다.
이러한 공압장치를 사용하여 에어백을 전개하는 경우, 1,000분의 1초(ms, msec)단위의 매우 단시간에 팽창되는 에어백의 전개 속도를 맞추기에 한계가 있어 실험 데이터 정량화가 쉽지 않다. 또 기존의 아지드화나트륨(NaN3)을 사용한 화학작용방식으로 에어백을 전개하는 경우, 매 실험마다 에어백 모듈을 교체해 주어야 하므로 경제적 시간적으로 비효율적인 단점이 있었다.
참고로, 기존 에어백의 작동원리를 살펴보기로 한다.
차량이 서로 충돌하여 에어백은 충격 대체로 정면에서 좌우 30도 범위 이내의 각도에서 유효 충돌속도가 약 20~30km/h이상일 때 작동한다. 기존 에어백은 화학 반응 방식의 에어백 시스템을 사용하고 있으며 루프 에어백, 센터 사이드 에어백, 허그 에어백 등 차량 운전자와 동승자의 신체적 손상을 방지할 수 있다. 에어백은 충격감지시스템과 에어백이 터지도록 하는 기체팽창장치, 에어백으로 이루어진 에어백 모듈(Air Bag Moudle)로 구성된다.
충격감지시스템은 충돌센서와 전자센서 두 부분으로 구분할 수 있으며, 차량이 일정 속도 이상으로 충돌하는 순간 충돌센서의 롤러는 관성의 법칙에 따라 앞쪽으로 구르면서 스위치를 누르게 된다. 이때 회로에 전류가 흘러 가스발생장치에 폭발이 일어나게 한다. 이때까지 걸리는 시간은 0.01초이고, 점화가 되면 질소 가스가 발생하여 에어백 안으로 순식간에 공급된다. 가스발생장치의 작동과 함께 에어백을 잘 접어 넣어둔 용기가 완전히 부풀기까지는 약 0.05초 이내의 시간이 소요된다. 에어백에 담기는 질소가스의 양은 약 60L 정도로 많은 기체가 에어백(공기자루)에 들어가 충격을 완화시켜줌으로써 1차적 충돌에서 오는 차량 운전자(탑승자)의 치명적 부상을 피할 수 있게 해준다.
에어백을 순간적으로 팽창시키는 데 사용하는 물질은 나트륨(Na)과 질소(N2)로 이루어진 아지드화나트륨(NaN3, Sodium Azide)이라는 물질이 주로 사용된다. 이 물질은 350℃ 정도의 높은 온도에서도 불이 붙지 않으며, 충돌이 일어날 때 폭발하지 않는 안정성을 가지고 있어 차량 내에 저장해두기에 매우 안전한 물질이다. 이러한 물질에 산화철이라는 화합물을 섞어 놓으면, 격렬히 반응하며 질소를 생성하는데 이를 이용한 것이 바로 에어백이다.
에어백이 장착된 운전대에는 접혀져 있는 에어백과, 아지드화나트륨 캡슐, 약간의 산화철(Fe2O3), 그리고 기폭장치가 내장되어 있다. 충돌 시에 스위치가 작동하여 전류가 기체발생장치 내의 점화기를 작동시키면 순간적으로 높은 열이 발생하여 불꽃이 생긴다. 아지드화나트륨 캡슐을 터트려 산화철과 반응하게 만들고 아지드화나트륨을 나트륨과 질소로 분해된다. 이때 나오는 질소 가스가 에어백을 채워 순간적으로 부풀어지게 한다. 아지드화나트륨에는 질소가 질량 퍼센트로 65% 들어 있는데, 충돌 시에 생성된 불꽃에 의해 0.04초 이내에 화합물들이 분해되면서 많은 양의 질소기체가 발생된다. 이때 발생하는 나트륨은 산화철과 섞이면서 산화나트륨을 만드는데, 이것은 금속 나트륨보다 안전하다. 아지드화나트륨이 분해되어 질소가 발생되고 나트륨산화물이 되는 반응 발생된 질소는 압력이 낮은 에어백 속으로 들어가 이를 부풀리고 시간이 지나면 작은 구멍을 통해서 점점 빠져나가게 된다. 이 과정에서 자동차 탑승자는 충격을 적게 받게 되고, 에어백은 본래의 상태로 되돌아가 다시 사용할 수 있게 되는 것이다. 하지만, 이러한 에어백의 연구 개발, 실험실에서 에어백을 시험하기 위해 에어백을 팽창 전개시키기 위해 기체팽창장치를 한번 가동한 후에는 재사용이 불가하여 시간적, 경제적으로 비효율적인 문제점이 있었다.
상기한 에어백 전개장치에 관한 이해를 돕기 위해 종래의 선행기술(특허문헌)들을 설명하기로 한다.
(특허문헌 0001) 국내 공개특허공보 제10-1999-014951호의 '에어백 시스템 팽창기' (공개일자 1999년02월25일)가 공지된 바에 있으며, 이는 이동하는 차량에서 충돌로 인한 부상으로부터 탑승자를 보호하기 위하여, 고압 압력용기로부터 에어백 장치 속으로의 압축 가스 흐름을 제어하기 위한 밸브 장치이다. 이를 위해 방출가능한 압축 가스 공급원과, 팽창가능한 장치를 구비하는 시스템용 팽창 조정기에 있어서, 내부에 제공된 공동과, 이 공동을 통하는 유로를 형성하도록 상기 공동과 연통하는 유입구 및 유출구를 구비하며, 상기 유입구는 상기 공급원에 부착되도록 되어 있고 상기 유출구는 상기 장치에 부착되도록 되어 있는 밸브 조립체 하우징과, 초기 위치에서 통상 편향되어 있고(biased), 상기 공동 내부에서 활주가능하게 맞물려 배치된 외측부와 상기 유로 내에 배치된 개방부를 구비하는 가동(이동가능한) 부재를 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 하우징과 상기 가동 부재의 제1 단부 사이에 제1 체적을 형성하고 상기 하우징과 상기 가동 부재의 제2 단부 사이에 제2 체적을 형성하며, 상기 외측부의 일부는 상기 유로의 초기 단면적을 결정하도록 상기 유입구와 상기 유출구 중 1개 이상의 부분과 제한적으로 결합 배치되어 있고, 상기 가동 부재는 상기 외측부가 상기 유입구 및 상기 유출구 중 1개 이상의 상기 부분으로부터 부분적으로 이동되도록 제어가능하게 변위됨으로써 상기 유로의 단면적을 증가시키게 되는 것을 구성으로 하고 있다.
이로써, 충돌이 일어나는 경우, 가스는 초기에 압력용기로부터 방출되며, 가스는 밸브를 통해 압력 용기로부터 팽창성의 차량 탑승자 구속 장치 속으로 흐르는 가스의 체적을 조절하는 밸브장치를 통해 이동한다. 팽창이 일어나면, 차량 탑승자 구속 장치는 충돌이 일어나는 동안 차량의 탑승자를 구속한다. 에어백 속으로의 가스 흐름을 적절한 시간에서 제어함으로써, 밸브는 각각의 독특한 충돌 상황에 대해 원하는 에너지 흡수 특성을 달성한다. 밸브는 밸브장치를 통하는 가스 유로의 단면적을 제어함으로써 흐름을 제어하기 위하여 파일럿 압력과 작동수단을 사용한다.
(특허문헌 0002) 국내 공개실용신안공보 제20-0370961호의 '에어백 시스템' (등록일자 2004년12월13일)이 공지된 바에 있으며, 이는 주행중인 자동차의 일측으로부터 소정 속도 이상의 충격이 가해지면 물리적인 충격관성에 의해 작동되어 가스통에 내장된 가스를 양측으로 토출하여 신속하게 에어백에 공급할 수 있는 것이다. 이를 위해, 원통형 몸체의 내부에 압축되어 내장된 가스의 토출시간을 단축시킬 수 있도록 원통형 몸체의 양측단에 배출구가 대칭되게 형성되는 가스통을 구성하고, 상기 가스통의 배출구에 천공부의 천공핀이 내장된 연결부재의 가스통연결공을 끼움식으로 결합하며, 상기 가스통의 배출구를 외부 충격에 의해 천공시킬 수 있도록 작동하는 가동부, 상기 작동부의 작동으로 천공핀이 배출구의 단면을 천공하도록 타격하는 타격부 및 상기 천공핀에 의해 천공된 배출구로부터 배출되는 가스를 에어백의 내부로 이동시키는 배출부를 각각 대칭되게 구성함으로서, 동일한 체적의 가스통에서 에어백으로 토출되는 가스의 토출시간을 단축함으로 인해, 동일한 시간에 순간적으로 가스의 양을 배가하여 에어백에 토출함으로서 보다 큰 안전공간을 형성하여 운전자의 부상을 최소화할 수 있으므로 제품에 대한 신뢰성을 향상시킴과 아울러 에어백 시스템의 조립과정에서 가스통의 배출구를 연결부재의 가스통연결공에 나선없이 끼움식으로 결합시키므로 조립을 간소화할 수 있게 된다.
(특허문헌 0003) 국내 등록특허공보 제10-1747671호의 '에어백 시스템 팽창기' (등록일자 2017년06월09일)가 공지된 바에 있으며, 이는 외부의 충격으로부터 인체의 낙상을 감지하여, 낙상 신호를 생성하는 센서부; 상기 센서부의 감지에 따라 구체를 격발하는 격발부; 격발된 상기 구체가 이동하여 선회되도록 소정의 곡률반경을 갖는 곡선경로를 포함하는 이동경로와, 상기 이동경로의 말단에 배치되는 공이를 포함하는 인플레이터; 및 상기 에어백을 팽창시키는 압축가스를 포함하는 카트리지를 포함하되, 격발된 상기 구체의 상기 공이의 타격에 의해, 상기 카트리지는 커버가 파절되어 상기 압축가스를 배출하되, 상기 센서부는 상기 이동경로의 선단 측에 배치되고, 상기 카트리지는 상기 이동경로의 말단 측에 배치되며, 상기 곡선경로는, 격발된 상기 구체가 진입되는 상기 이동경로의 선단과, 상기 공이가 배치되는 상기 이동경로의 말단이 동일한 일측에 위치하고, 상기 센서부와 상기 카트리지가 서로 이웃하도록 구부러져 형성되는 것을 구성으로 하여, 격발된 상기 구체의 공이의 타격에 의해 카트리지는 커버가 파절되어 압축가스를 배출할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 기존의 여러 에어백 시스템 및 에어백 전개장치들을 시험 및 개선하기 위해 정량화된 에어백 전개 실험을 획일적으로 수행할 수 있는 에어백 전개장치의 시험장치에 관한 연구 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 구동코일(Driven Coil)을 통한 전자기력의 로렌츠 힘(Lorentz Force)으로 작동되는 실린더 내부의 피스톤이 압축가스를 고압 분사시켜 에어백(Air Bag)을 신속히 전개시킬 수 있는 에어백 전개방식을 제안하므로써, 정량화된 에어백 전개 실험을 수행 가능함은 물론 에어백 전개 실험을 반복적으로 수행 가능하여 시간적, 경제적으로 효율적인 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 질소(N2) 가스가 압축된 압축가스탱크 내에서 전자기력을 이용하여 압축 탱크 내의 압력차를 발생시키고 이 압력차에 의해 압축가스탱크 내부의 피스톤이 작동함으로서 개폐구를 개방하여 질소 가스를 순간적으로 고압 분출시킬 수 있게 되는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 목적을 달성하고자 하는 본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치는, 일측면에 오목한 제 1 가스챔버(P1)가 형성된 하우징(110); 및 상기 하우징(110)의 일측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 상하 대칭으로 연장 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1)와 연통하는 배출가스 이동통로(115)가 마련된 실린더(114); 상기 실린더(114) 사이의 일측 스포트(117)에 장착하여 외부 입력 전원에 의해 중심선(CL) 방향으로 전자기력(Lorentz Force)을 발생시키는 구동코일(120); 상기 구동코일(120)의 일측에 근접한 채 일측 단부에 작용하는 전자기력에 의해 직선 운동하는 플런지(130); 상기 플런지(130)의 타측 가압부(131)가 일측면에 중심선(CL) 방향으로 관통 삽입되고 타측면에 형성된 가스배출구멍(145)이 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)에 연통하는 압축가스탱크(140); 상기 압축가스탱크(140)의 일측면에 밀착하여 상기 가스배출구멍(145)을 차단하는 개폐부(151)에 의해 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)가 밀폐되고 상기 개폐부(151)의 타측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 작동부(154)를 상하 대칭으로 연장 형성하여 끝단부가 상기 구동코일(120)에 근접한 채 전자기력에 의해 직선 운동하는 피스톤(150); 을 포함하고,
상기 플런지(130)는 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 압축가스탱크(140) 속으로 가압부(131)가 진입 삽입하여 상기 압축가스탱크(140) 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력을 상승시키고, 상기 피스톤(150)은 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 개폐부(151)가 상기 압축가스탱크(140)의 제 1 가스챔버(P1) 속으로 진입하면서 상기 가스배출구멍(145)을 개방시켜 상기 제 2 가스챔버(P2) 내의 고압 가스(압력)를 방출함에 따라 방출되는 고압 가스(압력)가 상기 제 1 가스챔버(P1)와 이어진 배출가스 이동통로(115)를 통해 상기 실린더(114) 일측에 마련된 가스토출부(118)로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치를 제안하고자 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 구동코일(120)은 중심선(CL)에서부터 외측으로 갈수록 확장하는 디스크 타입의 나선형 코일로 형성되며; 상기 플런지(130)의 일측 구동부(132) 단면적이 상기 피스톤(150) 작동부(154)의 단면적보다 크게 형성되어, 상기 구동코일(120)에서 작용하는 전자기력에 의해 상기 플런지(130)가 상기 피스톤(150)보다 먼저 동작하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 하우징(110)의 일측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스(압력)를 방출하는 가스배출부(160); 상기 하우징(110)의 타측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 1 가스주입부(161); 상기 압축가스탱크(140)의 일측에 형성하여 상기 제 2 가스챔버(P2) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 2 가스주입부(162); 를 포함하고,
상기 플런지(130)는 상기 제 2 가스주입부(162)를 통해 투입되는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력에 의해 원위치로 후진 복귀하게 되며; 상기 피스톤(150)은 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스 압력이 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력과 동일하거나 또는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력보다 높게 작용하므로 상기 개폐부(151)가 가스배출구멍(145)에 밀착 차단하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 압축가스탱크(140)는, 상기 제 2 가스챔버(P2)의 일측 및 후방 단부에 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)를 형성하여 상기 실린더(114) 내면에 고정 설치되는 몸체부(141); 상기 제 1 플랜지부(141a)에 체결구(148)로 고정하여 내측 제 2 가스챔버(P2)를 차단하고 상기 플런지(130)의 일측 단부가 관통 삽입되는 제 1 블라인드 플랜지(142a); 상기 제 2 플랜지부(141b)에 체결구(148)로 고정하고 측면 중심부의 가스배출구멍(145)이 일측 출구 측으로 갈수록 지름이 축소되는 경사면(145)으로 형성된 제 2 블라인드 플랜지(142b); 상기 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)와 상기 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142a, 142b)를 고정하는 체결구(148); 상기 제 1 블라인드 플랜지(142a)의 측면에 구비되어 상기 플런지(130)의 충격력을 완화하는 쿠션부(149); 로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전자기력을 보조제어장치에 의한 공압 발사방식의 에어백 전개장치를 개발하여 연속적이고 효율적인 에어백 전개 실험이 가능함은 물론 정량화된 에어백 전개 실험을 반복적으로 수행 가능하여 시간적, 경제적 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 특히, 근자에 들어 전기(배터리)를 이용한 교통수단(전기 자동차 등)이 빠르게 발전 및 성장하고 있는 만큼 기존 화학반응방식의 에어백 전개방식을 대체한 안정적이고 새로운 에어백 시스템을 적용 가능함은 물론 외부 충격력으로 인한 전기자동차 배터리의 폭발사고를 미연에 방지하여 사고 피해를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명은 전기자동차의 차량 충돌 사고나 외부 충격으로 인한 차체 손상 등이 발생시, 신속한 에어백 전개를 통해 배터리 팩의 손상을 방지하고 안전하게 보호하여 수명을 연장할 수 있음은 물론 배터리 손상률 감소에 따른 배터리 팩의 재활용 가능성을 높일 수 있다. 외부 충격에 의한 전기자동차 내부 배터리의 손상 가능성이 낮추고 화재로 인해 추가적인 인명 피해를 방지할 수 있어 안전성이 우수하다. 또 전기자동차 배터리 팩에서의 에너지원을 사용하므로 부수적인 에너지원이 불필요하고 무게를 경강하며 전기자동차의 구성을 간소화할 수 있으며, 차량 사고 시, 배터리의 잔여 전기를 에너지원으로 사용함으로써 소모되는 전기에너지의 감소를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)를 개략적으로 도시한 도면임.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 사시도임.
도 3은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 정면도임.
도 4는 본 발명의 일실 시예에 따른 공압 에어백 전개장치(100)의 실린더(114) 및 플런지(130) 그리고 블라인드 플랜지(142a, 142b)의 구성요소가 보이도록 투시하여 도시한 사시도임.
도 5는 상기 도 3의 "A"-"A"선 방향에서 투시한 우측면도임.
도 6은 상기 도 3의 "B"-"B"선 단면으로 도시한 단면도임.
도 7은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 외형을 도시한 정면도임.
도 8은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)를 종단면으로 도시한 정면도임.
도 9는 상기 도 7의 "C"-"C"선 단면으로 도시한 평면도임.
도 10은 상기 도 7의 "D"-"D"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 11은 상기 도 7의 "E"-"E"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 12는 상기 도 7의 "F"-"F"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 13은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 동작순서를 개략적으로 도시한 흐름도임.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)에 의한 전자기력(Lorentz Force) 작용과정을 도시한 도면임.
도 16은 압축탱크(140) 내의 제 1 가스챔버(P1)와 하우징(110) 내의 제 2 가스챔버(P2) 가스 압력이 동일하거나 또는 상기 제 1 가스챔버(P1)의 가스 압력이 높은 상태에서 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 차단된 상태를 도시한 동작상태도임.
도 17은 구동코일(120)의 전자기력(Lorentz Force)에 의한 플런지(130) 및 피스톤(150)의 동작에 따라 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 개방된 상태를 도시한 동작상태도임.
도 18은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)가 압축 가스를 방출하는 상태를 도시한 동작상태도임.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 사시도임.
도 3은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 정면도임.
도 4는 본 발명의 일실 시예에 따른 공압 에어백 전개장치(100)의 실린더(114) 및 플런지(130) 그리고 블라인드 플랜지(142a, 142b)의 구성요소가 보이도록 투시하여 도시한 사시도임.
도 5는 상기 도 3의 "A"-"A"선 방향에서 투시한 우측면도임.
도 6은 상기 도 3의 "B"-"B"선 단면으로 도시한 단면도임.
도 7은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 외형을 도시한 정면도임.
도 8은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)를 종단면으로 도시한 정면도임.
도 9는 상기 도 7의 "C"-"C"선 단면으로 도시한 평면도임.
도 10은 상기 도 7의 "D"-"D"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 11은 상기 도 7의 "E"-"E"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 12는 상기 도 7의 "F"-"F"선 단면으로 투시한 좌측면도임.
도 13은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 동작순서를 개략적으로 도시한 흐름도임.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)에 의한 전자기력(Lorentz Force) 작용과정을 도시한 도면임.
도 16은 압축탱크(140) 내의 제 1 가스챔버(P1)와 하우징(110) 내의 제 2 가스챔버(P2) 가스 압력이 동일하거나 또는 상기 제 1 가스챔버(P1)의 가스 압력이 높은 상태에서 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 차단된 상태를 도시한 동작상태도임.
도 17은 구동코일(120)의 전자기력(Lorentz Force)에 의한 플런지(130) 및 피스톤(150)의 동작에 따라 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 개방된 상태를 도시한 동작상태도임.
도 18은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)가 압축 가스를 방출하는 상태를 도시한 동작상태도임.
먼저, 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 도면에 따르는 본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)는, 일측면에 오목한 제 1 가스챔버(P1)가 형성된 하우징(110); 및 상기 하우징(110)의 일측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 상하 대칭으로 연장 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1)와 연통하는 배출가스 이동통로(115)가 마련된 실린더(114); 상기 실린더(114) 사이의 일측 스포트(117)에 장착하여 외부 입력 전원에 의해 중심선(CL) 방향으로 전자기력(Lorentz Force)을 발생시키는 구동코일(120); 상기 구동코일(120)의 일측에 근접한 채 일측 단부에 작용하는 전자기력에 의해 직선 운동하는 플런지(130); 상기 플런지(130)의 타측 가압부(131)가 일측면에 중심선(CL) 방향으로 관통 삽입되고 타측면에 형성된 가스배출구멍(145)이 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)에 연통하는 압축가스탱크(140); 상기 압축가스탱크(140)의 일측면에 밀착하여 상기 가스배출구멍(145)을 차단하는 개폐부(151)에 의해 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)가 밀폐되고 상기 개폐부(151)의 타측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 작동부(154)를 상하 대칭으로 연장 형성하여 끝단부가 상기 구동코일(120)에 근접한 채 전자기력에 의해 직선 운동하는 피스톤(150); 을 포함하고, 상기 플런지(130)는 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 압축가스탱크(140) 속으로 가압부(131)가 진입 삽입하여 상기 압축가스탱크(140) 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력을 상승시키고, 상기 피스톤(150)은 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 개폐부(151)가 상기 압축가스탱크(140)의 제 1 가스챔버(P1) 속으로 진입하면서 상기 가스배출구멍(145)을 개방시켜 상기 제 2 가스챔버(P2) 내의 고압 가스(압력)를 방출함에 따라 방출되는 고압 가스(압력)가 상기 제 1 가스챔버(P1)와 이어진 배출가스 이동통로(115)를 통해 상기 실린더(114) 일측에 마련된 가스토출부(118)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
위를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)는 도 1에서 도시한 바대로, 차량(전기자동차)에 일정 수준 이상의 충돌이 발생하게 되면 커패시터(122) 또는 배터리 팩의 방전 회로가 작동되고, 순간 방전되어진 전류는 구동 코일(120)에 인가되어 구동코일(120)과 플런지(130) 사이 공간에 자속 밀도를 증가시키고 이에 따른 플런지(130) 면에 전자기력(Lorentz Force)이 발생하여 압축가스탱크(140)의 가스배출구멍(145)으로 가스(압력)를 순간적으로 토출시켜 에어백으로 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 내부 구성요소가 보이도록 투시한 정면도이며, 도 4는 본 발명의 일실 시예에 따른 공압 에어백 전개장치(100)의 실린더(114) 및 플런지(130) 그리고 블라인드 플랜지(142a, 142b)의 구성요소가 보이도록 투시하여 도시한 사시도이다. 또 도 5는 상기 도 3의 "A"-"A"선 방향에서 투시한 우측면도이며, 도 6은 상기 도 3의 "B"-"B"선 단면으로 도시한 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 외형을 도시한 정면도임. 도 8은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)를 종단면으로 도시한 정면도이며, 도 9는 상기 도 7의 "C"-"C"선 단면으로 도시한 평면도이다. 또 도 10은 상기 도 7의 "D"-"D"선 단면으로 투시한 좌측면도이고, 도 11은 상기 도 7의 "E"-"E"선 단면으로 투시한 좌측면도이며, 도 12는 상기 도 7의 "F"-"F"선 단면으로 투시한 좌측면도이다.
상기의 도면들에서 도시한 바대로, 본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)는 고압 가스 공급통로를 제공하는 본체 하우징(110), 및 실린더(114, Cylind), 전자기력(Lorentz Force)에 의한 구동력을 발생시키는 구동코일(120, Driven Coil), 구동코일(120)의 구동력에 의해 압축가스탱크(140) 내의 가스(압력)를 가압하는 플런지(130, Plunge), 고압 가스(압력)를 제공하는 압축가스탱크(140, Compressed Gas Tank), 구동코일(120)의 구동력에 의해 압축가스탱크(140)를 개폐하는 피스톤(150, Piston) 등을 포함한다.
하우징(110, Housing)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바대로, 내측의 제 1 가스챔버(P1)가 일측면으로 오목하게 개방 형성된다. 하우징(110)은 가장자리에 하나 또는 복수개로 형성되는 확장부(112)를 통해 실린더(114)의 배출가스 이동통로(115)에 연결할 수 있다. 하우징(110)은 제 1 가스챔버(P1)의 측면 개방부를 개폐부(151)로 차단하여 밀폐할 수 있다. 하우징(110)은 일측면 중심부에 형성된 버튼구멍(111)을 통해 푸시버튼(153)이 관통하여 일측으로 노출할 수 있다.
좀더 구체적으로, 하우징(110)은 도면에서처럼, 상부 및 하부의 확장부(112)가 압축가스탱크(140) 및 실린더(114)의 형태에 대응하는 '
'형상으로 형성하여 제 1 가스챔버(P1)가 확장부(112)를 통해 실린더(114)의 가스이동통로(115)와 연통할 수 있다. 또 개폐부(151)는 하우징(110)의 형태에 대응하는 '
' 형상으로 형성하여 제 1 가스챔버(P1)를 차단할 수 있으며, 구동코일(120)의 전자기력에 의해 피스톤(150)이 슬라이딩 작동시 개폐부(151)가 제 1 가스챔버(P1) 내측으로 진입할 수 있다.
실린더(114, Cylind)는 파이프(Pipe) 또는 하프파이프(Half Pipe)와 같이 속이 빈 중공형 관체로 형성되며, 하우징(110)의 확장부(111)에 결합하여 제 1 가스챔버(P1)와 연통하는 소정의 압축가스 이동통로(115)를 제공할 수 있다. 실린더(114)는 하우징(110)의 일측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 하나 또는 복수개로 연장 형성되며, 도면에서처럼 중심섬(C)의 상부 및 하부에 상하 대칭으로 형성할 수 있다. 실린더(114)는 내측 공간부(116) 일측에 스포트(117)를 세로 방향으로 설치하여 보강할 수 있다.
가스토출부(118)는 도면에서 도시된 바와 같이 실린더(114)의 일측면, 또는 하우징(110)의 일측면에 선택적으로 형성할 수 있으며, 하프파이프(116)를 통해 제 1 가스챔버(P1)와 연통하여 고압의 압축 가스를 에어백으로 공급할 수 있다.
다음, 구동코일(120, Driven Coil)은 외부로부터 인가되는 입력 전원(전기에너지)에 의해 전자기력(Lorentz Force)을 생성하는 것으로, 실린더(114)의 내측 공간부(116)에 투입하여 스포트(117)의 일측면에 고정 설치할 수 있다. 구동코일(120)은 생성되는 전자기력에 의해 실린더(114)의 중심선(CL) 방향으로 구동력이 작용하여 플런지(130) 및 피스톤(150)을 작동시킬 수 있다.
구동코일(120)은 디스크 타입의 평판 코일(Planar Coil)이면서 감김수에 따라 원턴 코일(One Turn Coil), 투턴코일(Two Turn Coil), 멀티턴코일(Multi Turn Coil)로 나누어질 수 있다. 전자기의 분포는 원턴 코일, 투턴 코일, 멀티턴 코일 순으로 균일하지만, 구동코일(120)은 일측 플런지(130)에 집중적인 힘을 가할 수 있는 멀티턴코일(Multi Turn Coil)이 적합하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 구동코일(120)은 중심선(CL)에서부터 외측으로 갈수록 확장하는 디스크 타입의 나선형 코일로 형성되며; 상기 플런지(130)의 일측 구동부(132) 단면적이 상기 피스톤(150) 작동부(154)의 단면적보다 크게 형성되어, 상기 구동코일(120)에서 작용하는 전자기력에 의해 상기 플런지(130)가 상기 피스톤(150)보다 먼저 동작하게 되는 것을 특징으로 한다.
다시 말해, 구동코일(120)은 도면에서처럼, 중심부에서 일정한 간격을 두고 외곽으로 갈수록 원의 지름이 확장되는 나선형 코일 형태로 일정한 두께를 가지는 디스크 타입의 나선형 코일로 형성하여 중심선(CL) 방향으로 전자기력이 작용할 수 있다. 이때 플런지(130)의 일측 구동부(132)와 피스톤(150)의 일측 작동부(154)에 작용하는 구동코일(120)의 전자기력 작용면적(단면적)을 살펴보면, 플런지(130)의 일측면 단면적(전자기력 작용면적)이 피스톤(150) 작동부(154)의 단면적(전자기력 작용면적)보다 크게 형성되어 있기 때문에 플런지(130)가 우선 전진하면서 제 2 가스챔버(P2)의 압력을 높여 고압으로 방출할 수 있다.
한편, 구동코일(120)은 배터리 팩에서 전달되는 순간 대전류를 인가 받아 플런지(130)와의 에어공극(Air gap)에 자속밀도를 집중시킬 수 있는 코일 형태를 갖출 수 있다. 구동코일(120)은 플런지(130) 및 압축가스탱크(140) 그리고 피스톤(150)의 형상과 전자기력을 적용하고자는 작용면적에 따라서 코일이 감기는 모양을 결정할 수 있다. 구동코일(120)은 원 형태의 나선형 코일(
) 또는 다각 형태의 나선형 코일(
)일 수 있으며, 오각형 내지 육각형, 칠각형, 팔각형 등의 나선형 코일로도 다양한 변경 가능하다.
구동코일(120)은 일측면 접속단자(121)에 전선을 통해 전기적으로 접속하여 전원을 인가하는 커패시터(122, Capacitor)를 포함한다. 커패시터(122, Capacitor)는 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 것으로, 동작 스위치(트리거)의 스위칭 동작에 따라 높은 전압의 전류를 순간 방전시킴으로써 구동코일(120)에서 강한 전자기력을 생성할 수 있으며, 전기자동차의 배터리를 포함할 수 있다.
플런지(130, Plunge)는 중간부가 오목한 'I'자 형상의 원기둥 형태로 실린더(114)의 내측 공간부(116) 일측에 구비된다. 플런지(130)는 일측 구동부(132)가 구동코일(120)의 중심부에 근접한 채 중심선(CL) 방향으로 전자기력이 작용할 수 있다. 플런지(130)는 타측 가압부(131)가 압축가스탱크(140)의 측면으로 관통 삽입하여 피스톤(150) 작동부(154)의 안내에 따라 중심선(CL) 방향으로 슬라이딩 작동할 수 있다. 한편, 가압부(131)의 둘레면에는 씰링과 같은 누설방지부재(미도시)를 구비하여 기체(압력)의 누설을 방지하며, 누설방지부재는 압축가스탱크(140)의 내면 접촉면을 따라 원활히 슬라이딩할 수 있는 슬라이딩부재를 포함한다.
또 구동코일(120)의 전면에는 간격유지부재(125)를 구비하여 플런지(130)가 후진 복귀시 일정한 위치에 멈출 수 있다. 간격유지부재(125)는 구동코일(120)과 플런지(130) 사이에 위치하여 전기적 절연이 되도록 세라믹과 같은 절연체나 에폭시와 같이 절연물질로 코팅처리될 수 있다.
압축가스탱크(140, Compressed Gas Tank)는 제 2 가스챔버(P2)의 가스(압력)를 공급하는 것으로, 실린더(114)의 내측 공간부(116) 타측 일측에 구비하여 플런지(130)에 결합할 수 있다. 압축가스탱크(140)는 일측면으로 플런지(130)의 일측 가압부(131)가 관통 삽입하여 제 1 가스챔버(P1)의 가스 압력을 높일 수 있다. 또 압축가스탱크(140)는 타측면이 하우징(110)의 측면에 결합하여 측면 가스배출구멍(145)으로 방출되는 고압 가스(압력)를 제 1 가스챔버(P1)로 투입할 수 있다.
하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)와 압축가스탱크(140)의 제 2 가스챔버(P2)에는 고압의 질소(N2)가스가 충진될 수 있어 폭발의 위험성이 없고 안정성이 우수하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 압축가스탱크(140)는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 일측 및 후방 단부에 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)를 형성하여 상기 실린더(114) 내면에 고정 설치되는 몸체부(141); 상기 제 1 플랜지부(141a)에 체결구(148)로 고정하여 내측 제 2 가스챔버(P2)를 차단하고 상기 플런지(130)의 일측 단부가 관통 삽입되는 제 1 블라인드 플랜지(142a); 상기 제 2 플랜지부(141b)에 체결구(148)로 고정하고 측면 중심부의 가스배출구멍(145)이 일측 출구 측으로 갈수록 지름이 축소되는 경사면(145)으로 형성된 제 2 블라인드 플랜지(142b); 상기 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)와 상기 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142a, 142b)를 고정하는 체결구(148); 상기 제 1 블라인드 플랜지(142a)의 측면에 구비되어 상기 플런지(130)의 충격력을 완화하는 쿠션부(149); 로 구성된 것을 특징으로 한다.
압축가스탱크(140)는 몸체부(141), 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142b), 체결구(148), 쿠션부(149, Cushion Part)를 포함하여 구성된다.
몸체부(141)는 내측에 빈 공간을 가지는 중공형 관체로 일측 및 타측 단부에 형성되는 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)에 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142b)가 결합하여 밀폐된 제 2 가스챔버(P2)를 형성할 수 있다. 몸체부(141)는 실린더(114)의 개구부(112) 내측에 중심선(CL)과 동일한 길이 방향으로 고정 설치하여 일측 가스배출구멍(145)을 통해 가스를 방출할 수 있다.
제 1 블라인드 플랜지(142a, Blind)는 후측 제 1 플랜지부(141a)에 체결구(148)로 고정하여 제 2 가스챔버(P2) 후측 개구부가 차단되며, 중심부의 삽입구멍(143)으로 플런지(130)의 일측 단부가 관통 삽입할 수 있다.
제 2 블라인드 플랜지(142b, Blind)는 일측 제 2 플랜지부(141b)에 체결구(148)로 고정하여 제 2 가스챔버(P2)의 일측 개구부를 차단할 수 있으며, 측면 중심부에 가스배출구멍(145)이 형성되어 있다. 가스배출구멍(145)은 일측 출구 측으로 갈수록 지름이 축소되는 경사면(145)으로 형성하여 제 2 가스챔버(P2) 내의 가스 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
체결구(148)는 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)와 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142a, 142b)를 고정하는 것으로, 플랜지의 나사구멍에 끼워져 고정 또는 분리 가능한 조립식 볼트 및 너트를 포함하며, 또는 플랜지 결합부위를 융접(용접)로 접합시켜 누설되지 않도록 일체화할 수도 있다.
쿠션부(149, Cushion Part)는 제 1 블라인드 플랜지(142a)의 측면에 구비하여 플런지(130)가 관통되며, 플런지(130)가 전진시 단부가 제 1 블라인드 플랜지(142a)에 충격하지 않도록 방지하여 충격력을 흡수 완화하는 완충작용을 한다. 쿠션부(149)는 반복적인 충격력에 잘 견디고 내구성, 탄성복원성, 충격흡수성이 우수한 스펀지, 연질의 합성수지, 실리콘, 우레탄 또는 완충 스프링 등을 포함할 수 있다.
또한 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)와 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142a, 142b) 사이의 접촉면에 가스켓(Gasket) 또는 씰링(Seal Ring)과 같은 누설방지부재(147) 및 슬라이딩부재(미도시)를 구비하여 가스(압력) 누설을 방지할 수 있다.
한편, 도면에 별도의 도면부호로 나타내지는 않았지만, 제 1 블라인드 플랜지(142a)의 삽입구멍(143), 제 2 블라인드 플랜지(142b)와 개폐부(151)의 접촉면, 그리고 하우징(110) 내측으로 삽입되는 피스톤(150) 개폐부(151)의 둘레면, 푸시버튼(153)이 관통 삽입되는 하우징(110) 중앙의 버튼구멍(111)과 같이 가스 압력이 작용하면서 누설이 발생할 우려가 있는 슬라이딩 접촉부위에도 씰링(Seal Ring)과 같은 누설방지부재 및 슬라이딩부재를 구비할 수 있음은 자명하다.
다음으로, 피스톤(150, Piston)은 구동코일(120)의 전자기력에 의해 압축가스탱크(140) 출구를 개폐하는 것으로, 제 1 가스챔버(P1)의 면적에 대응하는 개폐부(151), 및 개폐부(151) 측면에 작동부(154)로 형성된다.
개폐부(151)는 일측면 중심부에 푸시버튼(153)이 돌출 형성되고 타측면에 작동부(154)가 형성된다. 개폐부(151)는 타측면 가장자리에 작동부(154)가 돌출 형성하여 구동코일(120)의 전자기력에 의해 전후 직선으로 슬라이딩할 수 있다. 작동부(154)는 실린더(114) 내면을 따라 연장 형성하여 단부가 구동코일(120)의 가장자리에 근접한 채 전자기력이 작용할 수 있다.
피스톤(150)은 일측 개폐부(151)가 압축가스탱크(140)의 측면에 밀착하여 제 1 가스챔버(P1)를 통해 연결되는 가스배출구멍(145) 및 실린더(114)의 배출가스 이동통로(115)를 차단할 수 있다. 이를 위해 개폐부(151)는 상부 및 하부에 날개부(152)를 형성하여 실린더(114)의 배출가스 이동통로(115)를 차단할 수 있으며, 이에 대응하는 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)을 커버할 수 있다. 또 개폐부(151)는 가스배출구멍(145)을 개방시 제 1 가스챔버(P1) 내측으로 진입할 수 있다.
작동부(154)는 개폐부(151)의 측면 가장자리에 실린더(114) 길이 방향 즉, 중심선(CL) 방향으로 하나 또는 복수개가 일정 간격으로 연장 형성하여 내측에 플런지(130) 및 압축가스탱크(140)를 수용할 수 있다. 작동부(154)는 길이 방향으로 직선안내홈(155)을 형성하고 플런지(130)의 안내구멍(144)에 끼워져 플런지(130)의 직선 운동을 안내할 수 있으며, 또는 작동부(154)를 따라 피스톤(150)이 직선 슬라이딩할 수도 있다.
작동부(154)는 도면에서처럼, 하우징(110)의 측면 가장자리에 한쌍(2개)을 구비하여 중심선(CL)을 기준으로 상하 대칭 형성하여 안정감 있게 슬라이딩할 수 있다. 또는 작동부(154)는 별도의 도면으로 나타내지는 않았지만, 2개 이상 3~5개 정도를 등간격으로 형성하고 끝단부에 링(Ring)형태의 고리로 연결 형성하여 구동코일(120)의 전자기력이 작동부(154)에 균일하게 작용함과 함께 피스톤(150)의 안정성을 높일 수 있다. 안내구멍(144)은 작동부(154)의 형상 및 형태에 대응하여 원주방향의 타원형으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 하우징(110)의 일측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스(압력)를 방출하는 가스배출부(160); 상기 하우징(110)의 타측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 1 가스주입부(161); 상기 압축가스탱크(140)의 일측에 형성하여 상기 제 2 가스챔버(P2) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 2 가스주입부(162); 를 포함하고, 상기 플런지(130)는 상기 제 2 가스주입부(162)를 통해 투입되는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력에 의해 원위치로 후진 복귀하게 되며; 상기 피스톤(150)은 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스 압력이 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력과 동일하거나 또는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력보다 높게 작용하므로 상기 개폐부(151)가 가스배출구멍(145)에 밀착 차단하게 되는 것을 특징으로 한다.
하우징(110)은 일측에 가스배출부(160)를 구비하여 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스(압력)를 방출할 수 있으며, 가스배출부(160)의 일측에 제 1 가스주입부(161)를 형성하여 제 1 가스챔버(P1) 내에 가스(압력)를 충진할 수 있다. 가스배출부(160)는 방출되는 가스(압력)를 외부로 방출하여 소멸시키거나 또는 소정의 에어호스(미도시)를 통해 가스(압력)를 제 2 가스주입부(162)로 투입시켜 함께 배출할 수 있다.
여기서 피스톤(150)은 제 1 가스챔버(P1)에 작용하는 가스 압력에 의해 개폐부(151)가 제 2 블라인드 플랜지(142b) 측면에 밀착하여 가스배출구멍(145)을 차단할 수 있다. 즉, 하우징(110) 내에 투입된 제 1 가스챔버(P1)의 가스 압력이 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력과 최소 동일하거나 또는 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력보다 높게 작용함에 따라 개폐부(151)가 가스배출구멍(145)을 차단할 수 있다.
한편, 피스톤(150)는 개폐부(151)가 일측으로 전진하여 가스배출구멍(145)을 개방한 후에는 하우징(110)의 버튼구멍(111)을 관통하여 일측으로 노출되는 푸시버튼(153, Push Button)을 눌러 타측으로 후진 복귀할 수 있다.
가스배출부(160)는 평상시 차단된 상태에서 피스톤(150)이 전진시 개방되어 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스를 방출할 수 있으며, 제 1 가스주입부(161)에 가스를 투입시 차단시켜 제 1 가스챔버(P1)의 가스 유출을 차단할 수 있다.
압축가스탱크(140)는 제 2 가스챔버(P2) 내의 가스(압력)를 방출한 후에 제 1 가스주입부(161)를 통해 가스를 투입하여 재충진할 수 있으며, 하우징(110)의 내측 제 1 가스챔버(P1) 역시 제 2 가스주입부(162)를 통해 가스를 재충진하여 재사용할 수 있다. 제 2 가스주입부(162)는 압축가스탱크(140)의 일측에 형성하여 실린더(114) 외측으로 노출되고 제 2 가스챔버(P2)에 가스를 주입할 수 있다. 플런지(130)는 제 1 가스주입부(161)를 통해 가스를 투입하여 제 2 가스챔버(P2)의 압력이 상승함에 따라 후진하여 원위치로 간편하게 복귀 가능함은 물론 반복적인 재사용(재가동)이 가능하다.
제 1 및 제 2 가스주입부(162)는 외부로부터 제 2 가스챔버(P2)에 가스를 주입시 밸브 통로가 개방되고, 또는 밸브 통로를 차단하여 제 2 가스챔버(P2)의 내부 압력을 유지할 수 있는 개폐밸브를 포함한다. 한편 상기한 밸브는 가스의 흐름이 한방향으로만 흐르도록 제어하여 역류를 방지할 수 있는 체크밸브가 바람직하며, 수동밸브 또는 전기 전자적인 신호에 의해 밸브 통로를 자동 개폐할 수 있는 전자밸브(Magnetic Velve)를 포함한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 동작순서를 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)에 의한 전자기력(Lorentz Force) 작용과정을 도시한 도면이다. 또 도 16은 압축탱크(140) 내의 제 1 가스챔버(P1)와 하우징(110) 내의 제 2 가스챔버(P2) 가스 압력이 동일하거나 또는 상기 제 1 가스챔버(P1)의 가스 압력이 높은 상태에서 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 차단된 상태를 도시한 동작상태도이다. 도 17은 구동코일(120)의 전자기력(Lorentz Force)에 의한 플런지(130) 및 피스톤(150)의 동작에 따라 상기 압축탱크(140)의 가스배출구멍(145)이 개방된 상태를 도시한 동작상태도이다. 그리고 도 18은 본 발명의 일실 시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)가 압축 가스를 방출하는 상태를 도시한 동작상태도이다.
좀 더 구체적으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)는 도 13에서 도시한 바와 같이, 트리거(동작스위치)를 작동시킴에 따라 커패시터(122)의 전류가 급속 방전하여 구동코일(120)에 고전압의 전류를 입력할 수 있다.(S1) 구동코일(120)은 고전압의 외부 전원을 입력받아 전자기력을 생성할 수 있다.(S2) 이어, 플런지(130)가 구동코일(120)의 중심부에서 작용하는 전자기력에 의해 강력한 힘으로 전진 가속할 수 있다.(S3) 이로써 압축가스탱크(140) 속으로 삽입되어져 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력을 고압으로 상승시킬 수 있다.(S4) 이와 함께, 피스톤(150)은 구동코일(120)의 가장자리에 발생하는 전자기력이 작동부(154)에도 작용하여 전진 가속할 수 있다.(S5) 그리고 개폐부(151)가 전진하여 가스배출구멍(145)을 개방시킴에 따라 제 2 가스챔버(P2) 내의 고압 가스(압력)가 가스토출부(118)로 방출하여 에어백을 전개할 수 있다.(S6)
여기서, 피스톤(150)이 전진하면서 개폐부(151)가 압축가스탱크(140)의 가스배출구멍(145)을 개방시, 하우징(110) 제 1 가스챔버(P1)의 가스(압력)는 일측 가스배출부(160)를 통해 방출되어지는데, 에어백이 작동하는 매우 짧은 시간(약 0.01초)을 고려하면 동작스위치(트리거)의 작동과 함께 동시에 가스배출부(160)의 배출밸브가 연동하여 개방토록 구성할 수 있다.
압축가스탱크(140)에서 토출되는 고압 가스는 제 1 가스챔버(P1) 및 가스이동통로(115)를 거쳐 일측 가스토출부(118)로 공급할 수 있으며, 가스토출부(118)로 방출되는 고압 가스가 에어통로(호스)를 통해 에어백으로 투입되어 신속히 전개할 수 있게 된다.
이후, 제 1 가스주입부(161)를 통해 압축가스탱크(140)의 제 2 가스챔버(P2) 내에 가스(압력)를 투입하여 재충진할 수 있으며, 제 2 가스주입부(162)를 통해 하우징(110) 내의 제 1 가스챔버(P1)에 가스(압력)를 재충진시켜 반복적으로 재사용(시험 가동)할 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)의 전자기력은 다음과 같다. 전원공급장치에 의해서 순간적으로 짧은 시간 이내에 감쇠하는 전류를 방전하게 되면 코일의 자속(Magnetic Flux)의 변화로 인해 플런지(130) 및 피스톤(150)에 유도 기전력이 발생하게 되는데, 이 유도 기전력에 의해 도체인 플런지(130) 및 피스톤(150)에 입력 전류와 반대되는 유도 전류(Induced Current)가 발생한다. 이러한 자기장 내에서 전류가 흐르는 도체가 받는 힘을 로렌츠 힘(Lorentz Force)이라 하며, 이 힘이 압축가스탱크(140) 내의 고압 가스 토출력으로 작용하게 되는 전자기력이라 할 수 있다.
또한, 본 발명의 이론적 근거로 임의의 폐회로에서 자속이 시간에 따라 변하게 되면 자속의 시간 변화율과 같고 방향은 반대인 유도기전력이 유도된다. 이를 패러데이 법칙(Faraday's Law)이라 하고 식 (1)과 같이 표현된다.
식 (1)에서 ε은 유도 기전력, Φ는 자속, t는 시간을 나타낸다. 전자기 성형에서 커패시터를 통해 코일에 순간적으로 100~900μs의 짧은 시간 이내에 감쇠하는 전류를 방전하게 되면 자속의 변화로 인해 플런지(130) 및 피스톤(150)에 유도 기전력이 발생하게 된다. 이 유도 기전력에 의해 도체인 성형재료에 유도전류(Induced Current)가 흐르게 된다.
자기장으로 인하여 전류가 흐르는 도체가 받는 힘을 로렌츠 힘(Lorentz Force)이라고 하고 식(2)로 표현된다.
F = Idl × B (2)
여기서, I는 도체에 흐르는 전류, dl은 도체의 길이, B는 자속밀도, F는 로렌츠 힘이다. 도체의 길이 dl과 자속밀도 B에 의해 정의되는 면에 수직으로 로렌츠 힘이 발생하게 된다. 즉, 이 힘이 압축가스탱크(140)의 가스 토출력이 된다.
본 발명의 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치(100)는 구동코일(120), 고용량의 커패시터 제어회로 및 전기 및 전자적인 회로, 커패시터(122)를 충전하기 위한 제어회로 및 전력공급장치, 그리고 충/방전 스위치(트리거) 등을 포함하여 구성할 수 있다. 별도의 도면으로 나타내지는 않았지만, 별도의 외부 전력 공급장치와 연결되는 고용량의 커패시터는 충전 스위치를 통해 충전이 이루어지게 된다.
에어백을 전개하기 위한 목표 에너지까지 커패시터가 충전이 되면 방전스위치(트리거)를 통해 순간적으로 방전시킴으로써 구동코일(120)에 충격 전류가 흐르게 된다.
구동코일(120)에 인가되는 입력 전류는 수백μs(msec)이내에 감쇠하면서 구동코일(120)에 강력한 자기장을 발생시킬 수 있다. 구동코일(120)의 강한 자기장은 페러데이의 법칙(Faraday's Law)에 의해 피구동부(플런지, 피스톤)에 반대 방향의 유도전류를 발생시키고 로렌츠 힘에 의한 구동력으로 압축가스탱크(140)를 개방시켜 가스배출구멍(145)으로 고압 가스(압력)를 토출할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 또 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치
110: 하우징(Housing)
114: 실린더(Cylind)
115: 배출가스 이동통로
117: 스포트(Support)
118: 가스토출부
120: 구동코일(Driven Coil)
122: 커패시터(Compressed Gas Tank)
130: 플런지(Plunge)
131: 가압부
132: 구동부
140: 압축가스탱크(Compressed Gas Tank)
142a, 142b: 블라인드 플랜지(Blind Flange)
145: 가스배출구멍
149: 쿠션부(Cushion Part)
150: 피스톤(Piston)
151: 개폐부
154: 작동부
153: 푸시버튼(Push Button)
154: 작동부
160: 가스배출부
161, 162: 가스주입부
P1, P2: 가스챔버
110: 하우징(Housing)
114: 실린더(Cylind)
115: 배출가스 이동통로
117: 스포트(Support)
118: 가스토출부
120: 구동코일(Driven Coil)
122: 커패시터(Compressed Gas Tank)
130: 플런지(Plunge)
131: 가압부
132: 구동부
140: 압축가스탱크(Compressed Gas Tank)
142a, 142b: 블라인드 플랜지(Blind Flange)
145: 가스배출구멍
149: 쿠션부(Cushion Part)
150: 피스톤(Piston)
151: 개폐부
154: 작동부
153: 푸시버튼(Push Button)
154: 작동부
160: 가스배출부
161, 162: 가스주입부
P1, P2: 가스챔버
Claims (4)
- 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치에 있어서,
일측면에 오목한 제 1 가스챔버(P1)가 형성된 하우징(110); 및
상기 하우징(110)의 일측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 상하 대칭으로 연장 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1)와 연통하는 배출가스 이동통로(115)가 마련된 실린더(114);
상기 실린더(114) 사이의 일측 스포트(117)에 장착하여 외부 입력 전원에 의해 중심선(CL) 방향으로 전자기력(Lorentz Force)을 발생시키는 구동코일(120);
상기 구동코일(120)의 일측에 근접한 채 일측 단부에 작용하는 전자기력에 의해 직선 운동하는 플런지(130);
상기 플런지(130)의 타측 가압부(131)가 일측면에 중심선(CL) 방향으로 관통 삽입되고 타측면에 형성된 가스배출구멍(145)이 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)에 연통하는 압축가스탱크(140);
상기 압축가스탱크(140)의 일측면에 밀착하여 상기 가스배출구멍(145)을 차단하는 개폐부(151)에 의해 상기 하우징(110)의 제 1 가스챔버(P1)가 밀폐되고 상기 개폐부(151)의 타측면 가장자리에 중심선(CL) 방향을 따라 작동부(154)를 상하 대칭으로 연장 형성하여 끝단부가 상기 구동코일(120)에 근접한 채 전자기력에 의해 직선 운동하는 피스톤(150); 을 포함하고,
상기 플런지(130)는 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 압축가스탱크(140) 속으로 가압부(131)가 진입 삽입하여 상기 압축가스탱크(140) 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력을 상승시키고, 상기 피스톤(150)은 상기 구동코일(120)의 전자기력에 의해 상기 개폐부(151)가 상기 압축가스탱크(140)의 제 1 가스챔버(P1) 속으로 진입하면서 상기 가스배출구멍(145)을 개방시켜 상기 제 2 가스챔버(P2) 내의 고압 가스(압력)를 방출함에 따라 방출되는 고압 가스(압력)가 상기 제 1 가스챔버(P1)와 이어진 배출가스 이동통로(115)를 통해 상기 실린더(114) 일측에 마련된 가스토출부(118)로 공급되는 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 구동코일(120)은 중심선(CL)에서부터 외측으로 갈수록 확장하는 디스크 타입의 나선형 코일로 형성되며;
상기 플런지(130)의 일측 구동부(132) 단면적이 상기 피스톤(150) 작동부(154)의 단면적보다 크게 형성되어, 상기 구동코일(120)에서 작용하는 전자기력에 의해 상기 플런지(130)가 상기 피스톤(150)보다 먼저 동작하게 되는 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하우징(110)의 일측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스(압력)를 방출하는 가스배출부(160);
상기 하우징(110)의 타측에 형성하여 상기 제 1 가스챔버(P1) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 1 가스주입부(161);
상기 압축가스탱크(140)의 일측에 형성하여 상기 제 2 가스챔버(P2) 내에 가스(압력)를 충진하는 제 2 가스주입부(162); 를 포함하고,
상기 플런지(130)는 상기 제 2 가스주입부(162)를 통해 투입되는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력에 의해 원위치로 후진 복귀하게 되며;
상기 피스톤(150)은 상기 제 1 가스챔버(P1) 내의 가스 압력이 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력과 동일하거나 또는 상기 제 2 가스챔버(P2)의 가스 압력보다 높게 작용하므로 상기 개폐부(151)가 가스배출구멍(145)에 밀착 차단하게 되는 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치.
- 제 1 항에 있어서 상기 압축가스탱크(140)는,
상기 제 2 가스챔버(P2)의 일측 및 후방 단부에 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)를 형성하여 상기 실린더(114) 내면에 고정 설치되는 몸체부(141);
상기 제 1 플랜지부(141a)에 체결구(148)로 고정하여 내측 제 2 가스챔버(P2)를 차단하고 상기 플런지(130)의 일측 단부가 관통 삽입되는 제 1 블라인드 플랜지(142a);
상기 제 2 플랜지부(141b)에 체결구(148)로 고정하고 측면 중심부의 가스배출구멍(145)이 일측 출구 측으로 갈수록 지름이 축소되는 경사면(145)으로 형성된 제 2 블라인드 플랜지(142b);
상기 제 1 및 제 2 플랜지부(141a, 141b)와 상기 제 1 및 제 2 블라인드 플랜지(142a, 142b)를 고정하는 체결구(148);
상기 제 1 블라인드 플랜지(142a)의 측면에 구비되어 상기 플런지(130)의 충격력을 완화하는 쿠션부(149); 로 구성된 것을 특징으로 하는 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치.
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| KR1020210111027A KR102537110B1 (ko) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210111027A KR102537110B1 (ko) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치 |
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|---|---|---|---|
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| FR2943599B1 (fr) * | 2009-03-27 | 2012-10-05 | Snpe Materiaux Energetiques | Generateur de gaz pour coussin gonflable de securite automobile |
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2021
- 2021-08-23 KR KR1020210111027A patent/KR102537110B1/ko active Active
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