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Kafe 바로가기주관연구기관 | 세원셀론텍(주) |
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연구책임자 | 한성민 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-12 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
과제관리전문기관 | 한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 | TRKO201800039574 |
과제고유번호 | 1415143116 |
사업명 | 소재부품기술개발 |
DB 구축일자 | 2018-11-03 |
키워드 | 스마트하이브리드파워팩.센서내장형 유압실린더.양방향유압펌프.파워팩 응용솔루션.고장허용.Flexray 기반 파워팩.에너지효율. |
□ 핵심기술
패키지화된 유압기기와 제어기술을 통합하여 편의성, 효율성, 다기능성 및 고신뢰성을 가지는 스마트화 및 그린화 파워팩 기술
□ 최종목표
과제의 최종목표는 EHA(Electro-hydraulic Actuator)기반에 자체고장 진단 및 복구, 그리고 유무선 통신에 의한 시스템 제어 및 모니터링이 가능한 20kW~40kW급 '스마트 하이브리드 파워팩 개발' 이다. 여기서 EHA는 기존의 유압 시스템에서 밸브 제어가 아닌 유압펌프를 구동하는 전기모터의 회전방향 및 속도를 제어하는 시스템으로서, 밸브의 교
□ 핵심기술
패키지화된 유압기기와 제어기술을 통합하여 편의성, 효율성, 다기능성 및 고신뢰성을 가지는 스마트화 및 그린화 파워팩 기술
□ 최종목표
과제의 최종목표는 EHA(Electro-hydraulic Actuator)기반에 자체고장 진단 및 복구, 그리고 유무선 통신에 의한 시스템 제어 및 모니터링이 가능한 20kW~40kW급 '스마트 하이브리드 파워팩 개발' 이다. 여기서 EHA는 기존의 유압 시스템에서 밸브 제어가 아닌 유압펌프를 구동하는 전기모터의 회전방향 및 속도를 제어하는 시스템으로서, 밸브의 교축에 의해 발생하는 에너지 손실을 저감하고, 전기모터의 에너지 효율을 극대화하는 장점을 가진다. 따라서 본 과제에서는 기본적으로 유압펌프 및 밸브블록 조립체, 그리고 유압실린더 등의 액추에이터에 대한 설계 및 제작 기술과, 다양한 센서 신호로부터 전기모터를 제어할 수 있는 기술을 개발해야 한다.
또한, 본 과제에서는 EHA 개발 기술과 더불어, 사용자가 손쉽게 접근할 수 있는 유무선 통신 기술, 그리고 센서 고장이나 네트워크이상 발생 시에도 작업 안전상 문제가 생기지 않도록 자체 고장 진단 및 복구 기능이 탑재된 제품 개발을 최종 목표로 하며, 이를 '스마트 하이브리드 파워팩' 으로 한다.
본 과제에서는 Power-by-wire, 에너지 절감, 구동과 센싱의 통합,다양한 제어모드, 자체 고장 진단 및 모니터링을 특징으로 한 20kW~40kW급 주력산업용 스마트 하이브리드 파워팩의 개발을 최종 목표로 한다.
- 스마트 하이브리드 파워팩의 핵심 부품 개발
- Fault Tolerance 기반 지능형제어를 위한 마이크로전자 및 소프트웨어 기술개발
- 스마트 하이브리드 파워팩 통합 및 응용 솔루션 기술 개발
여기서 개발 대상품의 주요 성능 목표는 다음과 같다.
□ 개발내용 및 결과
과제의 목표에 따라 먼저, 수요기업에서 원하는 시스템을 분석하여 사양결정에 적용하였다. EHA 시스템의 형태를 건설기계용과 산업기계용으로 나누고, 각 조건에 따른 부하 데이터를 계산하여 수요기업이 원하는 사양의 시스템을 정의하였다.
이러한 정의를 바탕으로 EHA 시스템을 구성하는 고정 용량형 양방향 피스톤펌프, 밸브블록, 저마찰 센서 내장형 실린더, 시스템 제어를 위한 제어기 등을 설계하고 제작하였으며, 시스템을 구동할 모터의 경우 사급을 통해 습득하였다. 또한 전체 시스템을 제어하기 위한 제어기법과 통신 시 발생하는 신호의 에러처리, 센서 오류 진단 및 데이터 복구를 위한 연구를 수행하였다. 이를 통해 모바일 환경에서도 동작하는 모니터링 시스템을 구현하였다. 그리고 제작된 시작품들의 단품 성능 결과를 개선하기 위해 설계를 보완하여, 이들을 다시 EHA 시스템으로 구성한 뒤, 종합적인 성능을 확인하였다.
또한, 신뢰성 시험을 위하여 각 단품별 신뢰성을 분석하였으며, 프로그램 통합 제어기를 제작하였다. 마지막으로 최적화 구성된 EHA 시스템의 성능을 최종 분석하여 개선하였으며 이를 통하여 최종 시제품을 구현하였다.
구현된 최종 시제품의 성능 확인을 위하여 단품 및 조립체 최종성능시험 및 공인인증을 실시하였으며, 내구성 확보를 위해 공인 기관에서 내구수명시험 및 신뢰성 확보 시험을 실시하였다. 또한 건설기계분야 및 산업기계분야 Application 적용 실착 성능 확인을 통하여 EHA의 성능을 Application에 맞게 최적화하였다.
□ 기술개발 배경
하이브리드 파워팩은 1990년대 미국, 유럽 등 선진국에서 군사/항공용으로 개발을 시작하여, 현재는 일본, 미국, 유럽에서 연구를 주도하고 있으며 방산기술에 준하는 보호를 받아 국내 기술도입이 불가능하므로 국산화 개발을 진행하지 않을 경우 기술 종속화가 우려되는 상황을 타개하기 위함이었으며, 기술개발을 통하여 "지저분함" 으로 요약되며, 배관이 길고, 정비가 힘들고, 에너지 효율이 낮은 단점을 가진 전통적인 유압 파워팩에 비해 그린화 하여 에너지가 절감되고, 깨끗한 파워팩으로 개발을 통하여 고효율 건설기계, 그린쉽,친환경 플랜트 등 주력산업의 경쟁력을 향상시키고자 하였다. 또한 하이브리드 파워팩의 제품성능 고도화, 생산성 및 효율 향상을 위한 IT 융합 등 스마트화의 필요성이 있으나 선진국에서도 개발을 시작하는 단계이므로 우리나라의 강점인 IT기술을 융합하여 파워팩의 스마트화 기술 및 스마트 제어를 통한 그린화 기술 (에너지 효율 향상)로 선진국을 뛰어넘겠다는 전략으로 개발을 진행하게 되었다.
□ 핵심개발 기술의 의의
스마트 하이브리드 파워팩은 첨단 기술이 복합된 시스템으로 FlexRay, Fault Tolerant 기반의 하이브리드 파워팩의 스마트화 기술은 아직 선두를 달리는 Bosch Rexroth도 시도하지 않은 기술로 선진국에서도 개념 정립단계이다.
IT 기반의 모니터링 및 제어, 지능형 제어 및 제어기능의 다기능화, 에너지 절감 제어 모드 구현 등은 최근 스마트화 및 그린화의 추세에 맞춰 개념정립이 끝나 기본성능 검증 단계이다. 본 하이브리드 파워팩 기술은 군사/항공용으로 개발을 시작하여, 현재는 일본,미국, 유럽에서 연구를 주도하고 있기 때문에 방산기술에 준하는 보호를 받아 해외기술의 국내 도입을 통한 개발은 불가능하므로 본 기술개발에 필요한 핵심 기술들의 자체 개발이 반드시 필요하다. 스마트 하이브리드 파워팩은 첨단 기술이 복합된 시스템으로 제반 관련 산업을 활성화하고 응용 기술을 발전시킬 수 있으므로 기술적 파급 효과가 매우 크다고 할 수 있다.
□ 적용 분야
스마트 하이브리드 파워팩은 Macro-Supply Chain의 가운데에 위치하며 전 후방 산업과의 연관성이 높으므로 적용분야는 광범위하다.
- 건설/물류 기계 분야: 지게차, 굴삭기, 휠로더 등의 구동에 적용되어 기존 밸브에서의 압력손실을 저감함으로써 연비개선에 기여
- 철강분야: 고로 BFG 배관용 빌브 개폐용 구동수단, 슬래브 Center Position Control용 유압 실린더에 적용
- 항공분야: 대형 여객기, 전투기 등의 flap,rudder ,aileron을 조작하는 액츄에이터에 적용, 무게절감, 정비성개선, 연비개선에 기여
- 차량 분야: 조향장치, Slide Gate작동 등
- 산업기계/선박 분야: 산업설비, 조타장치 등 각종 작업 기계에 적용하여 고압 작동유의 젓앙공급으로 인한 배관 및 동력소비 절감
( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 4p )
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
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총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
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