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리니어 펌프 구동용 하이브리드 전자기 리니어 엑츄에이터 해석 및 설계
Analysis and Design of Hybrid Electromagnetic Linear Actuator for Linear Pump 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.20 no.1, 2010년, pp.28 - 33  

이정훈 (영남대학교 공과대학 기계공학과) ,  김진호 (영남대학교 공과대학 기계공학과) ,  이재용 (영남대학교 공과대학 기계공학과) ,  정상현 (한국기계연구원) ,  한방우 (한국기계연구원)

초록
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리니어 펌프 구동용 하이브리드 전자기 리니어 엑츄에이터를 해석하고 설계하였다. 솔레노이드 엑츄에이터는 기계적인 에너지 변환장치가 필요하지 않기 때문에 공간을 많이 차지하지 않는 이점으로 인해 널리 사용되고 있다. 또한 에너지 손실이 매우 낮고 소음이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 하지만, 솔레노이드 엑츄에이터는 전력소비가 크다는 단점을 가지고 있다. 이런 단점을 보완하여 전력소비를 줄이기 위하여 영구자석을 활용한 새로운 하이브리드 전자기 리니어 엑츄에이터를 제안하고 향상된 성능을 검증하기 위해 동적 유한요소 분석을 통해 시뮬레이션을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this paper is to analyze and design a new hybrid electromagnetic linear actuator for linear pumps. Solenoid linear actuator is widely used because it occupies small space due to no mechanical energy conversion system. In addition, the energy loss is very low and it has no noise. Conve...

주제어

#전자기 선형 엑츄에이터   #솔레노이드   #영구자석   #리니어 펌프  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 따라서 이 연구에서는 영구자석을 활용하여 솔레노이드와 영구자석을 결합한 신개념 하이브리드 리니어 엑츄에이터를 소개하고, 제안된 엑츄에이터의 향상된 성능을 규명하기 위하여 상용 자기장 해석 프로그램인 맥스웰(Maxwell)을 사용하여 동적 유한요소 시뮬레이션을 통해 기존의 전자석으로만 이루어진 솔레노이드 리니어 엑츄에이터와의 성능을 비교, 분석 및 검증한다.
  • 하이브리드 리니어 엑츄에이터의 성능을 시뮬레이션 하기 위하여 유한요소모델을 생성하고 상용 자기장 유한요소 해석 프로그램인 맥스웰(Maxwell)을 활용하여 동적 기계시스템, 전기시스템의 두 가지 서브시스템을 구성하였다. 시뮬레이션에 사용된 요크 및 플런저에는 1010 탄소강의 비선형 B-H 특성이 주어졌다.

대상 데이터

  • 이는 솔레노이드 엑츄에이터에서도 동일하게 적용된다. 본 연구에서는 Wg= 20mm이고 플런저의 최대 이동거리 x = 19mm이다. Magnetic coenergy W'm은 다음식 (4)와 같이 표현되고 영구자석에 의해 발생하는 자기력 Fpm은 식 (5)와 같이 표현된다.
  • 하이브리드 리니어 엑츄에이터의 성능을 시뮬레이션 하기 위하여 유한요소모델을 생성하고 상용 자기장 유한요소 해석 프로그램인 맥스웰(Maxwell)을 활용하여 동적 기계시스템, 전기시스템의 두 가지 서브시스템을 구성하였다. 시뮬레이션에 사용된 요크 및 플런저에는 1010 탄소강의 비선형 B-H 특성이 주어졌다. 영구자석은 길이 12 mm의 네오디뮴(neodymium: NdFeB35) 자석으로 가격이 싸고 잔류자속 밀도와 보자력이 높은 특징을 가지고 있다.
  • 전체적인 엑츄에이터의 크기는 대략 150 mm(폭) × 150 mm(높이) × 50 mm(두께)이고, 플런저의 크기는 20 mm(폭) × 40 mm(높이) × 50 mm(두께)이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이중구조의 구동시스템의 단점은? 하지만 산업현장에서 이용되고 있는 직선 운동용 산업 기기에는 회전형 전동기와 같이 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 기계적인 부가장치를 결합한 이중구조의 구동시스템, 즉, 볼스크류, 체인, 기어 등과 같은 기계장치가 주로 이용되고 있고, 시스템 구성이 복잡하고 기계가공에 있어 고도의 정밀도가 요구된다. 또한 각각의 부품 사이에서 마찰에 의한 에너지 손실과 소음이 발생하고, 고속 응답성, 내구성 및 정밀 위치제어에서의 한계 그리고 비용과 정밀도 면에서 문제가 많이 발생하는 단점을 가지고 있다. 그러나 전자석의 전류코일에 의해 구동력을 직접 발생시키는 솔레노이드 리니어 왕복운동 엑츄에이터는 리니어 구동 시스템에 응용하는 경우 볼스크류, 체인, 기어 시스템 등의 기계적 에너지 변환장치가 필요하지 않다.
이중구조의 구동시스템으로 어떤 것들이 있는가? 현재 건강, 의료기기, 컴퓨터, 자동차, 항공기, 펌프장치 등 다양한 산업부분에서 리니어 왕복 운동 시스템이 광범위하게 요구되고 있고, 이를 위한 구동원으로써의 리니어 엑츄에이터는 시스템의 단순성 및 경제성으로 인하여 최근 국내외적으로 구동개념 및 종류, 방법 등의 측면에서 다양하게 연구·개발되고 있다[1]. 하지만 산업현장에서 이용되고 있는 직선 운동용 산업 기기에는 회전형 전동기와 같이 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 기계적인 부가장치를 결합한 이중구조의 구동시스템, 즉, 볼스크류, 체인, 기어 등과 같은 기계장치가 주로 이용되고 있고, 시스템 구성이 복잡하고 기계가공에 있어 고도의 정밀도가 요구된다. 또한 각각의 부품 사이에서 마찰에 의한 에너지 손실과 소음이 발생하고, 고속 응답성, 내구성 및 정밀 위치제어에서의 한계 그리고 비용과 정밀도 면에서 문제가 많이 발생하는 단점을 가지고 있다.
솔레노이드 리니어 왕복운동 엑츄에이터의 장점은? 그러나 전자석의 전류코일에 의해 구동력을 직접 발생시키는 솔레노이드 리니어 왕복운동 엑츄에이터는 리니어 구동 시스템에 응용하는 경우 볼스크류, 체인, 기어 시스템 등의 기계적 에너지 변환장치가 필요하지 않다. 따라서 필요한 기계적 부품 수가 줄어들기 때문에 공간을 많이 차지하지 않을 뿐만 아니라, 마찰이 적어져 에너지 손실이나 소음이 줄어드는 장점을 가지고 있다.
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참고문헌 (5)

  1. S. M. Jang, S. S. Jeong, H. C. Park, S. J. Moon, C. I. Park, and Y. Y. Chung, J. Kor. Institute of Electrical Engineers, 48B(5), 241 (1999). 

  2. 김동수, 안영희, 이원희, 김광영, 한국정밀공학회지 2002 춘계학술대회논문집, 680 (2002). 

  3. S. S. Park, J. H. Kim, Y. Choi, and J. H. Chang, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 9(3), 72 (2008). 

  4. A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., and Stephen D. Umans, Electric Machinery, McGraw-Hill, New York (2003) pp. 119~150. 

  5. H.-D. Chai, Electromechanical Motion Device, Prentice Hall PTR, New Jersey (1998). 

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