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소형 외접기어펌프를 사용하는 EHA의 시스템 효율 분석
Investigation of System Efficiency of an Electro-hydrostatic Actuator with an External Gear Pump 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.16 no.2, 2019년, pp.15 - 21  

김종혁 (Aerospace & Mechanical Engineering, Graduate School, Korea Aerospace University) ,  홍예선 (Aerospace & Mechanical Engineering, Korea Aerospace University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the maximum system efficiency of the electro-hydrostatic actuators was experimentally investigated, where small size external gear pumps with volumetric displacement under 1.3 cc/rev were combined with a 400W servomotor as the prime mover. Since the efficiency data of the servomotor, ...

주제어

#정유압 구동기   #시스템 효율   #외접기어 펌프  

표/그림 (14)

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

제안 방법

  • 본 논문에서는 1.5cc/rev 이하의 소형 펌프로서 가격이 저렴하고 최고 부하 압력 280bar, 최고 회전속도 5,000rpm 이상을 허용하는 외접기어펌프를6) 400W의 서보모터와 조합하였을 때 얻을 수 있는 최고 시스템 효율을 실험적으로 분석하고, 그 결과를 바탕으로 일반적으로 EHA의 설계 시 시스템 효율을 극대화하기 위해 고려해야 할 사항과 개선 방안을 도출하였다.
  • 2에서 보는 바와 같은 실험 장치를 제작하였다. 서보 모터드라이버 입구에서는 공급된 전력, 서보 모터의 출구에서는 토크와 회전속도, 유압 펌프의 출구에서는 유량과 압력을 측정함으로써 각 부품의 시스템 효율을 측정할 수 있게 하였다. 실린더의 시스템 효율을 측정하기 위한 실험장치는 Fig.
  • 서보 모터드라이버 입구에서는 공급된 전력, 서보 모터의 출구에서는 토크와 회전속도, 유압 펌프의 출구에서는 유량과 압력을 측정함으로써 각 부품의 시스템 효율을 측정할 수 있게 하였다. 실린더의 시스템 효율을 측정하기 위한 실험장치는 Fig. 3과 같이 별도로 구성하였으며, 실린더의 구동 속도와 마찰력 간의 관계를 측정함으로써 마찰 손실을 구하였다. 유압실린더에서의 누설은 없기 때문에 고려하지 않았다.
  • 유압 펌프에 공동현상이 발생되지 않도록 펌프 입구 압력은 3bar로 일정하게 유지하고, 출구압력을 180bar까지 변화시키면서 서보 모터와 드라이버의 효율, 유압 펌프의 효율을 측정할 수 있도록 Fig. 2에서 보는 바와 같은 실험 장치를 제작하였다. 서보 모터드라이버 입구에서는 공급된 전력, 서보 모터의 출구에서는 토크와 회전속도, 유압 펌프의 출구에서는 유량과 압력을 측정함으로써 각 부품의 시스템 효율을 측정할 수 있게 하였다.

대상 데이터

  • 본 논문에서 효율 측정 실험에 선정된 부품들의 주요 사양은 표 1과 같다. 서보 모터의 정격 출력은 400W이며, 기어 펌프는 외접기어형으로 배제용적이 0.57cc/rev, 0.76cc/rev, 1.27cc/rev인 3 가지를 선정하였다. 유압실린더에는 저마찰 시일(seal)이 적용되었고 유효단면적과 행정은 임의로 선정되었으며, 마찰력과 누설을 측정하기 위한 용도로 제작되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EHA(Electro-hydrostatic actuator, 전기 정유압구동기)의 구성은? 서보 모터로 구동되는 펌프와 실린더, 보조 밸브들로 구성되는 EHA(Electro-hydrostatic actuator, 전기 정유압구동기)는 펌프의 회전속도를 변화시켜 실린더로 공급되는 오일의 유량을 제어하므로 밸브제어 방식의 전기유압구동장치보다 동적 반응은 느리지만 시스템 효율이 높다는 장점이 있다.1-2) 펌프와 실린더 사이의 배관에서 발생되는 압력 손실을 무시하면, 고효율의 모터 드라이버, 고효율의 펌프, 저마찰 유압실린더로 구성된 EHA는 적어도 80% 이상의 높은 시스템 효율을 나타낼 것으로 기대되지만, 실제로는 모터와 펌프, 실린더 각각의 전효율이 90%에 달한다 할지라도 이들 부품이 조합된 시스템 효율은 72.
EHA(Electro-hydrostatic actuator, 전기 정유압구동기)의 장점은? 서보 모터로 구동되는 펌프와 실린더, 보조 밸브들로 구성되는 EHA(Electro-hydrostatic actuator, 전기 정유압구동기)는 펌프의 회전속도를 변화시켜 실린더로 공급되는 오일의 유량을 제어하므로 밸브제어 방식의 전기유압구동장치보다 동적 반응은 느리지만 시스템 효율이 높다는 장점이 있다.1-2) 펌프와 실린더 사이의 배관에서 발생되는 압력 손실을 무시하면, 고효율의 모터 드라이버, 고효율의 펌프, 저마찰 유압실린더로 구성된 EHA는 적어도 80% 이상의 높은 시스템 효율을 나타낼 것으로 기대되지만, 실제로는 모터와 펌프, 실린더 각각의 전효율이 90%에 달한다 할지라도 이들 부품이 조합된 시스템 효율은 72.
EHA 시스템 효율을 예측하기 힘든 이유는? 3% 정도의 최고 시스템 효율이 얻어지는 것으로 예시되어 있는데3-4), 어떤 사양의 부품들을 조합하여 어느 정도의 시스템 효율을 얻을 수 있는지에 초점을 맞춘 문헌들은 찾기 어렵다. 5) 그 이유는 수많은 종류의 모터와 펌프, 실린더에 대한 효율 데이터를 확보하기 위해 별도로 시험기를 구비하여 직접 측정하는 것은 많은 비용과 노력이 필요하기 때문일 것이다.
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참고문헌 (8)

  1. S. Helduser, "Electric-hydrostatic drive-An innovating energy-saving power and motion control system", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol.213, No.5, pp.427-437, 1999. 

  2. J. H. Kim and Y. S. Hong, "Comparison of Force Control Characteristics Between Double-Rod and Single-Rod Type Electro-Hydrostatic Actuators (I): Tracking Performance", Journal of Drive and Control, Vol.14, No.4, pp.9-16, 2017. 

  3. S. Michel and J. Weber, "Energy-efficient electro hydraulic compact drives for low power applications", Proceedings of the Fluid Power and Motion Control (FPMC 2012), Bath, United Kingdom, pp.93-107, 2012. 

  4. S. Michel and J. Weber, "Electrohydraulic Compact-Drives For Low Power Applications Cosidering Energy-Efficiency And High Inertial Loads", Proceedings of the 7th FPNI PhD Symposium on Fluid Power, Reggio Emilia, Italy, pp.27-30, 2012. 

  5. B. Kazmeier, "Energieverbrauchsoptimierte Regelung eines elektrohydraulischen Linearantriebs kleiner Leistung mit drehzahlgeregeltem Elektromotor und Verstellpumpe", Dissertation, Hamburg University of Technology, 1998. 

  6. NN, "Reversible external gear pump", Catalog, Vivoil. 

  7. M. Murakawa et al., "Performance of a Rotating Gear Pair Coated with an Amorphous Carbon Film under a Loss-of-Lubrication Condition", Surface and Coatings Technology, Vol.120-121, pp.646-652, 1999. 

    상세보기 crossref

  8. Y. S. Hong, J. H. Kim and S. L. Lee, "Performance Improvement of a Swash Plate Type Piston Pump in the Low-Speed Range by a DLC Coating". Journal of Drive and Control, Vol.11, No.4, pp.25-31, 2014. 

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