電気可変容量ポンプの予備設計のためのモデリングとシミュレーション手法

サマリー

電気可変容量ポンプ(EVDP)の予備設計を特にサポートするシミュレーションモデルが開発され、実験によって部分的に検証されます。制御性能、寿命、信頼性などはすべて、EVDP予備設計タスクの主な性能要件をカバーする提案されたモデルを使用して評価することができます。

要約

静水圧アクチュエータ(EHA)は、学術界でかなり研究されており、様々な産業分野での応用が拡大しています。可変速EHAは現在、可変変位EHAよりも優先されていますが、その駆動モータおよび関連する電子機器は、低ダイナミック、高熱放散、高価格などの高出力アプリケーションに適用すると問題に遭遇します。そこで、電気可変容量ポンプ(EVDP)を搭載した可変容量EHAが検討されている。EVDP自体は、ピストンポンプ、ボールねじ、ギアボックス、永久磁石同期モータ(PMSM)を統合したメカトロニクスシステムです。したがって、EVDP を EHA に適用した場合のシステム・レベルのパフォーマンスを確保するために、EVDP を調査する必要があります。EVDPの技術的パラメータに関するこれまでの研究に加えて、EVDPの使用コストをさらに削減し、その性能の可能性を探るためには、専用の設計方法が必要です。ここでは、37kWのEVDPを設計するために、シミュレーションベースのEVDP予備設計方法が選択される。第一に、以前に提案されたEVDPの学際的モデルは、EVDPの寿命、信頼性、制御モデルなどを含むパラメータ生成を改善することによって拡張される。第二に、提案されたモデルは、小型化されたプロトタイプを使用して部分的に検証される。第三に、EVDPは、提案されたモデルによってサポートされているシステムレベルでシミュレートされる。EVDPの性能は、指定された設計要件に従って評価されます。温度、帯域幅と精度、信頼性と寿命などはすべてEVDPについて予測されます。シミュレーション結果は、可変変位EHAにおけるEVDPの適用性を示しています。提案されたモデリングおよびシミュレーション手法は、多様なEVDP性能を評価し、一般的な設計要件に対応するために使用できます。この方法は、限られた情報と堅牢性の観点から予備設計の課題の解決もサポートできます。したがって,提案手法は,シミュレーションに基づくEVDP予備設計手法の実現に適切である.

概要

静水圧アクチュエータ(EHA)は、電動アクチュエータと油圧アクチュエータ¹の両方の利点の組み合わせにより、産業用プレス、大型移動機械、クレーンマニピュレータ、および一次航空機制御などの用途に対する関心が高まっています。可変速度EHAと可変変位EHAの²つの基本的なタイプのEHAを識別できます。現在、可変速EHAは、その高い効率とシンプルさのために、可変変位EHAよりも人気があります。しかし、大型打上げ機³ や潜水艦⁴などの大型機に求められるEHAの高出力化に伴い、可変速EHAの駆動モータや関連電子機器には、低動態、高放熱、高価格などの課題があります。したがって、可変容量EHAは、ポンプ容量を調整する低電力装置を介して制御が実現されるため、これらの高出力アプリケーション(>30kW)向けに再検討されています。

可変容量EHAが優先事項として取られるのを妨げる主な懸念事項の1つは、それ自体が完全なバルブ制御油圧システムである面倒なポンプ容量制御ユニットです。電気可変容量ポンプ(EVDP)は、コンパクトな電気容量制御ユニットを使用してこの問題に対処するために提案されています。この設計により、可変変位EHAのコンパクトさ、効率などが向上し、これまでの弱点をある程度解消します。したがって、新たに提....

プロトコル

注: このプロトコルでは、Matlab および Simcenter Amesim (以下、システム シミュレーション プラットフォームと呼ぶ) が使用され、 材料表に記載されています。しかしながら、提案されたプロトコルは、これら2つのソフトウェアアプリケーションにおける実装に限定されない。

1. EVDP設計パラメータの選択と分類(図2のステップ1)。

1. 図1のEVDPのアーキテクチャをピストンポンプユニット、ボールねじ、ギアボックス、PMSM、およびコントローラに分解します。EVDP のパフォーマンス要件を確認してください。
   メモ:特にこのホワイトペーパーでは、電力容量、制御性能、熱性能、寿命、信頼性、効率、重量などの要件がありました。
2. EVDP のコンポーネントのサイズ・パラメーターおよび仕様を要約します。パラメーターと仕様を分析し、指定された EVDP 性能要件に関連するものを選択します。
   メモ: 選択したコンポーネントパラメータと仕様は、 表1に示すように、EVDP予備設計の設計パラメータです。 表 1 には、ステップ 1.3 で得ら....

結果

このセクションは、図2のEVDP予備設計方法のステップ1の一部、ステップ2のすべて、およびステップ5のすべてを構成するすべてのプロトコルステップを実行した結果を提示する。プロトコルの入力情報には、図1のEVDP回路図、図2のステップ4のEVDPの最適化されたアクティブパラメータ(ステップ5.1.1で説明)、およびEVDP設計要件に関連するEVDP性能シミュレーションタスクが含まれます。プロトコルの結果は、EVDP設計パラメータの値とこれらの設計パラメータの下で予測されたEVDP性能を含む、EVDPの最終予備設計結果です。特に、プロトコルステップ1およびステップ2に組み込まれたパラメータ推定モデルは、設計パラメータの結果を生成する。プロトコルステップ3とステップ4は、EVDPの最終検査のためのシミュレーションモデルを生成します。プロトコルステップ5は、特定の設計パラメータの下でEVDP性能を予測します。これらについては、以下で詳しく説明します。

ディスカッション

EVDPの概念および他の技術的構成要素は、以前の刊行物^6,31において提示されており、EVDPの適用可能性および利点を実証している。EVDP自体を研究する代わりに、この論文は将来の実際のアプリケーションニーズに関連して設計方法を研究し続けました。このタイプの高度に統合された学際的なカップリング製品には、特定の設計方法が必要であり、微妙な性能のトレードオフと最適化が必要です。このホワイトペーパーでは、予備設計のためのEVDPモデリングとシミュレーションの完全なプロセスを提案し、説明しました。このプロセスは、マルチドメイン結合分析と学際的な要件を含むこのタスクの全体的かつ実用的な観点から開始されました。また、シミュレーションパラメータの取得に関する困難は、多様なパラメータ推定モデルによって解決されています。その結果、この方法は、EVDPの効率的かつ最適な予備設計を容易にする。シミュレーションがEVDPの予備設計の最終検証ステップであったことは注目に値します。このプロセスの目的は、以前の最適化(

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
球ねじ	NSK	PSS
EVDP プロトタイプ	北京精密メカトロニクス研究所	カスタマイズ	7.4 mL/rev、7000 rpm、21 Mpa
EVDP testrig	北京	精密メカトロニクスおよび制御	カスタマイズされた 図 7 を参照し、個々のニーズに適応させることができます。パワーPMACコントローラー、ELMOホイッスルドライバーなどを含みます。
ギアヘッド	マクソン	GP
Matlab	Mathworks	R2020a
パーマンネット 磁石同期モーター	マクソン	393023
ピストンポンプ	ボッシュ レックスロス	A10VZO
Simcenter Amesim	Siemens	2021.1	システムシミュレーションプラットフォーム

研究所