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양방향 압전-유압 하이브리드 구동장치의 성능 시험
Performance Evaluation of a Bidirectional Piezoelectric Hybrid Actuator 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.18 no.3, 2015년, pp.213 - 219  

김소룡 (건국대학교 융합인재학부) ,  하넉산 (건국대학교 융합인재학부) ,  구남서 (건국대학교 융합인재학부) ,  배병운 ((주)퍼스텍 기술센터) ,  김태흔 ((주)퍼스텍 기술센터) ,  고한서 (성균관대학교 기계공학부) ,  이창섭 (국방과학연구소 제1기술연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Piezoelectric-based hydraulic actuator is a hybrid device consisting of a hydraulic pump driven by piezoelectric stacks that is coupled to a conventional hydraulic cylinder via a set of fast-acting valves. Nowadays, such hybrid actuators are being researched and developed actively in many developed ...

주제어

#하이브리드 구동장치   #압전 스택   #구동력   #솔레노이드 밸브   #양방향 모드  

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 이전의 단방향 구동장치의 성능을 개선하여 큰 최대구동력을 가지는 양방향 압전-유압 하이브리드 구동장치를 연구하였다. 기본적인 설계 기법을 사용하여 압전 펌프와 실린더의 크기를 결정하는 등의 설계 작업을 거쳐 양방향 압전-유압 하이브리드 구동장치를 제작하였다.
  • 본 연구의 목표는 보다 높은 성능을 가진 양방향 구동 장치를 개발하는 것이다. 따라서 단방향 구동장치 시제품을 연구하였던 경험과 위에서 제시한 수학적 모델링을 이용하여 최종적으로 본 연구의 챔버 직경을 30 mm로 정하고 유압실린더의 직경을 21 mm로 정하였다.

가설 설정

  • 본 연구의 목표는 보다 높은 성능을 가진 양방향 구동 장치를 개발하는 것이다. 따라서 단방향 구동장치 시제품을 연구하였던 경험과 위에서 제시한 수학적 모델링을 이용하여 최종적으로 본 연구의 챔버 직경을 30 mm로 정하고 유압실린더의 직경을 21 mm로 정하였다. 실제 제작된 구동 장치는 Fig.
  • 본 연구의 수학적 모델링은 주로 압전 펌프와 유압 실린더에서 도출된 공식들을 사용하였다. 유체의 체적 탄성률은 압전 펌프의 성능에 많은 영향을 미친다. 유체의 유효한 체적탄성률의 계산공식은 식 (1)과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
집적형 하이브리드 구동장치는 무엇인가? 집적형 하이브리드 구동장치는 적층형 압전재료(압전 스택)를 이용한 마이크로 펌프에서 토출되는 유체로 피스톤을 구동시키는데, 크기는 작으면서도 큰 구동력과 높은 속도를 동시에 출력할 수 있는 새로운 개념의 통합 구동장치이다. 집적형 하이브리드 구동장치는 일반적으로 압전 스택, 축압기, 실린더, 유체, 유관, 전원과 제어장치로 구성되어 있다.
압전 펌프의 한 주기의 작동 과정 네 단계는 어떻게 구분되는가? (제 1 단계: 압축) 압축 단계에서는 입/출구 리드밸브가 닫힌 상태에서 압전 스택에 전압이 가해지면 수축/팽창을 반복하면서 펌핑 챔버 내의 압력이 높아진다. (제 2 단계: 분출) 압력이 축압기 압력보다 높아지면 압력차에 의해서 출구 리드 밸브가 열리면서 유체가 실린더로 흘러들어 피스톤을 동작시킨다. (제 3 단계: 팽창) 팽창 단계에서는 피스톤 동작 후 압력차이가 없어 지면 입/출구 리드밸브가 닫히며, 압전 스택에 전압이 가해지지 않으면 수축되면서 펌핑 챔버의 내부압력이 낮아진다 (제 4 단계: 흡입) 압력이 축압기 압력보다 낮아지면 입구 리드 밸브가 열리면서 유체를 흡입하게 된다.
집적형 하이브리드 구동장치는 어떻게 구성되는가? 집적형 하이브리드 구동장치는 적층형 압전재료(압전 스택)를 이용한 마이크로 펌프에서 토출되는 유체로 피스톤을 구동시키는데, 크기는 작으면서도 큰 구동력과 높은 속도를 동시에 출력할 수 있는 새로운 개념의 통합 구동장치이다. 집적형 하이브리드 구동장치는 일반적으로 압전 스택, 축압기, 실린더, 유체, 유관, 전원과 제어장치로 구성되어 있다. 그 중 압전 스택은 집적형 하이브리드 구동장치의 주동력이며 압전 스택의 성능이 전체 시스템의 성능을 결정한다.
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참고문헌 (9)

  1. J. Sirohi, and C. Chopra, "Design and Development of a High Pumping Frequency Piezoelectric-Hydraulic Hybrid Actuator," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 14(3):13-147, 2003. 

  2. C. Cadou. and B. Zhang, "Performance Modeling of a Piezo-Hydraulic Actuator," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 149-164, 2003. 

  3. L. D. Mauck, and C. S. Lynch, "Piezoelectric Hydraulic Pump Development," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 11(10):758-764, 2000. 

    상세보기 crossref

  4. J. E Lindler, E. H. Anderson, and M. E. Regelbrugge, "Design and Testing of Piezoelectric-Hydraulic Actuators," In Proceedings of the SPIE, Vol. 5054, pp. 96-107, 2003. 

  5. H. Tan, W. Hurst, and D. Leo, "Performance Modeling of a Piezohydraulic Actuation System with Active Valves," Smart Materials and Structures, 14(1):91-110, 2005. 

    상세보기 crossref

  6. A. Chaudhuri, and N. M. Wereley, "Experimental Validation of a Hybrid Electrostrictive Hydraulic Actuator Analysis," ASME Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 132, No. 2, Article No. 021006, 2010. 

  7. Z. F. Xuan, "Performance Testing of an Integrated Hybrid Actuator," Master's Thesis, Unversity of Konkuk, Seoul, Korea, 2012. 

  8. Z. F. Xuan, T. L. Jin, N. S. Ha, N. S. Goo, T. H. Kim, B. W. Bae, H. S. Ko, and K. W. Yoon, "Performance of Piezo-Stacks for a Piezoelectric Hybrid Actuator by Experiments," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, in Press, 2014. 

  9. S. L. Herdic, "Development of Piezo-Hydraulic Actuation Systems Technology for Use on a Helicopter Tailing Edge Flap," Master's Thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 2005. 

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