KR101878153B1 - Valve assembly and piezoelectric pump-hydrulic actuator having the same and method for driving thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치 및 운전 방법은, 유입통구가 형성되는 제1 밸브 플레이트; 상기 유입통구와 연통되도록 유출통구가 형성되는 제2 밸브 플레이트; 및 상기 제1 밸브 플레이트와 제2 밸브 플레이트 사이에 고정되는 고정부, 일단이 상기 고정부에서 연장되는 고정단을 이루고 타단이 자유단을 이루며 상기 유입통구와 유출통구 사이에 위치하여 상기 유입통구의 압력과 상기 유출통구의 압력 사이의 차이에 따라 펴져 상기 유입통구를 차단하거나 또는 휘어져 상기 유입통구를 개방시키는 개폐부를 가지는 밸브판체;를 포함하고, 상기 개폐부의 단부에는 상기 유입통구를 통과하는 유체를 상기 유출통구 방향으로 안내하도록 안내부가 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체가 제공된다. 이로써, 밸브 끝단에서 와류가 발생되는 것을 방지하는 동시에 작동유체가 정체되는 것을 방지하여 유속을 높일 수 있고 이를 통해 펌핑성능을 향상시킬 수 있다. A piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive device and method according to the present invention includes a first valve plate on which an inlet port is formed; A second valve plate having an outlet port communicating with the inlet port; And a fixing part fixed between the first valve plate and the second valve plate, the fixing part having one end extending from the fixing part and the other end being a free end, and being positioned between the inflow port and the inflow port, And a valve plate having an opening and closing part that is expanded in accordance with a difference between the pressure and the pressure of the outflow port to block the inflow port or to bend to open the inflow port, And a guide portion is formed so as to be guided in the outflow port direction. Thus, it is possible to prevent the vortex from being generated at the valve end and to prevent the working fluid from stagnating, thereby increasing the flow velocity and improving the pumping performance.

Description

밸브조립체 및 이를 구비한 집적형 하이브리드 구동장치 및 이의 운전방법{VALVE ASSEMBLY AND PIEZOELECTRIC PUMP-HYDRULIC ACTUATOR HAVING THE SAME AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a valve assembly, an integrated hybrid drive system having the valve assembly,

본 발명은 밸브조립체 및 집적형 하이브리드 구동장치 및 이의 운전방법에 관한 것으로서, 특히 압전펌프에 적용되는 밸브조립체 및 이를 구비한 집적형 하이브리드 구동장치 및 운전 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve assembly, an integrated hybrid drive system, and a method of operating the same. More particularly, the present invention relates to a valve assembly applied to a piezoelectric pump, and an integrated hybrid drive system including the same.

현재 소형 비행물체에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 소형 비행물체에는 주로 고성능이면서 소형화가 가능한 집적형 하이브리드 구동장치가 사용되고 있다.Currently, research on small-sized flying objects is being actively pursued. In such small-sized flying objects, an integrated hybrid driving device capable of high performance and miniaturization is used.

집적형 하이브리드 구동장치의 일종인 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치는 압전소자로 구동하는 유압펌프를 유압실린더와 서로 연결한 하이브리드 구동장치이다. 이에 적용되는 압전펌프(piezoelectric pump)는 초소형 경량화, 저가격화, 신뢰성 향상에 매우 유리하며 그 응용분야도 다양하다. 이러한 압전펌프는 크기가 작고 제어가 용이하면서도 큰 구동력과 높은 속도를 동시에 출력할 수 있는 장점이 있다.A piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive system, which is a type of integrated hybrid drive system, is a hybrid drive system in which a hydraulic pump driven by a piezoelectric element is connected to a hydraulic cylinder. The piezoelectric pump applied to it is extremely advantageous for miniaturization, weight reduction, cost reduction, and reliability improvement, and its application fields are also various. Such a piezoelectric pump is advantageous in that it can output a large driving force and a high speed at the same time while being small in size and easy to control.

이러한, 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치(이하, 구동장치)는 압전 소자에 인가하는 전기 신호만으로 작동유체를 이동시켜 유압 실린더와 유압 펌프를 구동하는 것으로, 작동 유체를 조절하는 것이 시스템의 전체 성능 측면에서 매우 중요하다. The piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive system (hereinafter referred to as a drive system) drives the hydraulic cylinder and the hydraulic pump by moving the working fluid only by an electrical signal applied to the piezoelectric element, Is very important in.

종래의 구동장치에서는 주로 리드밸브가 적용된 밸브조립체가 사용되고 있다. 리드밸브는 그 밸브의 구조 자체가 단순하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 압력차에 의해서 작동하게 되므로 별도의 동력이 필요 없어 그만큼 비용을 절감하는 동시에 장기간 사용할 수 있다. In the conventional driving apparatus, a valve assembly to which a reed valve is applied is mainly used. Since the structure of the reed valve itself is simple, it is easy to manufacture and operates by the pressure difference. Therefore, the reed valve can be used for a long period of time while saving the cost.

그러나, 종래의 리드밸브는 그 특성상 후류에서 와류가 발생되는 문제점이 있었다. 즉, 리드밸브는 얇은 평판 형태의 개폐부가 외팔보 형태로 형성되어 양쪽 압력차에 따라 고정단을 중심으로 회전을 하면서 유로를 개폐하는 형태이다. 따라서, 개폐부가 열리는 과정에서 도 1과 같이 개폐부(1)의 단부에서 와류가 발생되고, 이 와류는 밸브홈(2)에서 정체되면서 유체의 유동속도를 크게 저하시킴으로써 유압 실린더와 유압 펌프를 효과적으로 동작시키지 못하여 시스템의 전체 성능이 저하될 수 있었다. However, the conventional reed valve has a problem that a vortex is generated in the downstream of its characteristics. That is, the reed valve has a form in which a thin plate-like opening / closing part is formed in a cantilever shape and opens and closes the flow path while rotating around the fixed end in accordance with the pressure difference between both sides. 1, a vortex is generated at the end of the opening and closing part 1, and this vortex is stagnated in the valve groove 2 to greatly reduce the flow speed of the fluid, thereby effectively operating the hydraulic cylinder and the hydraulic pump The overall performance of the system could be degraded.

또, 종래의 구동장치는, 한 개의 압전펌프를 이용하여 유압 실린더와 같은 출력유닛을 작동시킴에 따라 출력유닛에서 발생되는 최대 구동속도와 최대 구동력을 높이는데 한계가 있다. 따라서, 단일 압전펌프를 이용한 구동장치를 가벼우면서도 고출력을 요구하는 항공기 또는 로켓 시스템에 적용하기에는 한계가 있었다.In addition, the conventional driving apparatus has a limitation in increasing the maximum driving speed and the maximum driving force generated in the output unit by operating an output unit such as a hydraulic cylinder using a single piezoelectric pump. Therefore, there is a limit to apply the driving apparatus using a single piezoelectric pump to an aircraft or a rocket system which requires a light weight but requires a high output.

본 발명의 목적은, 와류를 최소화할 수 있는 리드밸브를 제공하려는데 있다.It is an object of the present invention to provide a reed valve capable of minimizing eddy currents.

본 발명의 다른 목적은, 리드밸브가 채용된 압전펌프에서의 유동손실을 줄여 성능을 높일 수 있는 리드밸브를 구비한 압전펌프 및 집적형 하이브리드 구동장치를 제공하려는데 있다.Another object of the present invention is to provide a piezoelectric pump and an integrated hybrid drive device having a reed valve capable of reducing the flow loss in a piezoelectric pump employing a reed valve to improve performance.

본 발명의 다른 목적은, 소형 비행물체나 로켓 시스템 등 비교적 가볍고 높은 출력을 요구하는 장비에 적용할 수 있도록 최대 구동속도와 최대 구동력을 높일 수 있는 밸브조립체 및 이를 구비한 집적형 하이브리드 구동장치 및 이의 운전방법을 제공하려는데 있다.It is another object of the present invention to provide a valve assembly capable of increasing a maximum driving speed and a maximum driving force so as to be applicable to equipment requiring relatively light and high output such as a small flying object or a rocket system, I am trying to provide a driving method.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 유입통구가 형성되는 제1 밸브 플레이트; 상기 유입통구와 연통되도록 유출통구가 형성되는 제2 밸브 플레이트; 및 상기 제1 밸브 플레이트와 제2 밸브 플레이트 사이에 고정되는 고정부, 일단이 상기 고정부에서 연장되는 고정단을 이루고 타단이 자유단을 이루며 상기 유입통구와 유출통구 사이에 위치하여 상기 유입통구의 압력과 상기 유출통구의 압력 사이의 차이에 따라 펴져 상기 유입통구를 차단하거나 또는 휘어져 상기 유입통구를 개방시키는 개폐부를 가지는 밸브판체;를 포함하고, 상기 개폐부의 단부에는 상기 유입통구을 통과하는 유체를 상기 유출통구 방향으로 안내하도록 안내부가 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체가 제공된다.In order to accomplish the object of the present invention, there is provided a valve apparatus comprising: a first valve plate in which an inlet port is formed; A second valve plate having an outlet port communicating with the inlet port; And a fixing part fixed between the first valve plate and the second valve plate, the fixing part having one end extending from the fixing part and the other end being a free end, and being positioned between the inflow port and the inflow port, And a valve plate having an opening and closing part that is expanded in accordance with a difference between the pressure and the pressure of the outflow port to block the inflow port or to bend to open the inflow port, And a guide portion is formed so as to be guided in an outflow port direction.

여기서, 상기 안내부는 상기 개폐부의 자유단에서 상기 고정단을 향해 굽혀져 형성된다.Here, the guide portion is formed by being bent from the free end of the opening / closing portion toward the fixed end.

그리고, 상기 안내부의 길이는 상기 유출통구의 직경보다 작거나 같게 형성된다.The length of the guide portion is formed to be smaller than or equal to the diameter of the outflow port.

그리고, 상기 안내부의 굽힘각은 그 안내부가 최대 열림높이에서 상기 안내부의 상면에 대한 길이방향 가상선과 상기 유출통구의 중심선이 이루는 각이 90도보다 작거나 같게 형성된다.The bending angle of the guide portion is formed such that the angle formed by the virtual line in the longitudinal direction of the guide portion with respect to the upper surface of the guide portion and the center line of the outflow port is less than or equal to 90 degrees.

그리고, 상기 안내부는 상기 개폐부의 테두리를 따라 곡면지거나 또는 경사지게 형성된다.The guide portion is curved or inclined along the rim of the opening / closing portion.

여기서, 상기 제1 밸브 플레이트와 접하는 상기 제2 밸브 플레이트의 일측면에는 상기 개폐부가 휘어져 열릴 때 그 개폐부와 안내부가 수용되도록 소정의 넓이와 깊이를 가지는 밸브홈이 형성되고, 상기 밸브홈에 상기 유입통구가 형성된다.A valve groove having a predetermined width and depth is formed on one side surface of the second valve plate in contact with the first valve plate to accommodate the opening and closing portions and the guide portion when the opening and closing portion is bent and opened, A through hole is formed.

그리고, 상기 제1 밸브 플레이트에는 제1 유입통구와 제2 유출통구가 형성되고, 상기 제2 밸브 플레이트에는 제2 유입통구와 제1 유출통구가 형성되며, 상기 밸브판체에는 상기 제1 및 제2 유입통구 사이에 위치하는 제1 개폐부 및 상기 제1 및 제2 유출통구 사이에 위치하는 제2 개폐부가 형성되고, 상기 제1 개폐부와 제2 개폐부에는 각각 제1 안내부와 제2 안내부가 형성되며, 상기 제1 안내부와 제2 안내부는 서로 반대방향으로 형성된다.The first valve plate is provided with a first inlet port and a second outlet port, and the second valve plate is provided with a second inlet port and a first outlet port, and the valve plate body is provided with the first and second A first opening / closing portion positioned between the inlet ports and a second opening / closing portion located between the first outlet port and the second outlet port are formed, and a first guide portion and a second guide portion are respectively formed in the first opening / closing portion and the second opening / And the first guide portion and the second guide portion are formed in directions opposite to each other.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 작동유체가 수용되는 작동공간이 구비되고, 그 작동공간으로 유입되는 작동유체의 압력차에 따라 발생되는 구동력을 외부로 전달하는 출력유닛; 상기 출력유닛에 연결되어 그 출력유닛의 작동공간에 작동유체를 안내하는 연결유닛; 상기 연결유닛의 중간에 결합되어 상기 작동유체의 유동방향을 전환하는 전환유닛; 상기 전환유닛을 사이에 두고 상기 연결유닛에 의해 상기 출력유닛에 연결되는 제1 압전펌프; 상기 전환유닛을 사이에 두고 상기 연결유닛에 의해 상기 출력유닛에 연결되는 동시에 상기 제1 압전펌프에 연결되는 제2 압전펌프; 및 상기 밸브조립체와 제1 압전펌프 그리고 제2 압전펌프를 제어하는 제어유닛;을 포함하고, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에는 앞서 설명한 밸브조립체가 구비되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치가 제공된다.In order to accomplish the object of the present invention, there is provided an air conditioner comprising: an output unit having an operating space in which a working fluid is accommodated and transmitting a driving force generated according to a pressure difference of a working fluid flowing into the operating space to the outside; A connection unit connected to the output unit for guiding the working fluid to the working space of the output unit; A switching unit coupled to the connecting unit to switch a flow direction of the working fluid; A first piezoelectric pump connected to the output unit by the connecting unit via the switching unit; A second piezoelectric pump connected to the output unit by the connection unit via the switching unit and connected to the first piezoelectric pump; And a control unit for controlling the valve assembly, the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump, wherein the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are provided with the valve assembly described above, Device is provided.

여기서, 상기 연결유닛은 상기 밸브조립체를 사이에 두고 상기 출력유닛을 상기 제1 압전펌프 및 제2 압전펌프와 연결하는 복수 개의 메인 연결관과, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프 사이를 연결하는 서브 연결관으로 이루어진다.Here, the connection unit includes a plurality of main connection pipes for connecting the output unit to the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump with the valve assembly interposed therebetween, and a connection between the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump And a sub-connection pipe.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 작동가스의 유동방향을 전환하는 전환유닛을 통해 한 개의 출력유닛에 연결되며, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에 앞서 설명한 밸브조립체가 구비되는 집적형 하이브리드 구동장치에서, 상기 제1 압전펌프의 운전주기와 상기 제2 압전펌프의 운전주기가 동일한 위상을 가지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치의 운전방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to one output unit through a switching unit for switching the flow direction of the working gas, and the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump In an integrated hybrid drive system in which a pump assembly and a valve assembly described above are provided, the operation cycle of the first piezoelectric pump and the operation cycle of the second piezoelectric pump are controlled to have the same phase, Is provided.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 작동가스의 유동방향을 전환하는 전환밸브를 통해 한 개의 출력유닛에 연결되며, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에 앞서 설명한 밸브조립체가 구비되는 집적형 하이브리드 구동장치에서, 상기 제1 압전펌프의 운전주기와 상기 제2 압전펌프의 운전주기가 180도의 위상차를 가지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치의 운전방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to one output unit through a switching valve for switching the flow direction of the working gas, and the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump In the integrated hybrid drive system in which the pump assembly described above is provided, the operation cycle of the first piezoelectric pump and the operation cycle of the second piezoelectric pump are controlled to have a phase difference of 180 degrees. A method of operating the apparatus is provided.

본 발명에 의한 밸브조립체 및 이를 구비한 집적형 하이브리드 구동장치 및 운전 방법은, 펌핑공간으로 유입되거나 유출되는 작동유체가 밸브조립체의 밸브판체에 구비된 안내부를 타고 원활하게 유동을 하게 되어 와류를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이 유체가 정체되지 않고 신속하게 유입 또는 유출되면서 유속이 증가하여 펌핑성능이 향상될 수 있다. 이를 통해 구동장치의 효율이 향상되어 소형 비행물체나 로켓 시스템 등 비교적 가볍고 높은 출력을 요구하는 장비에 적용할 수 있다.The valve assembly according to the present invention and the integrated hybrid drive apparatus and method having the same provide the following advantages. That is, the working fluid flowing into or out of the pumping space smoothly flows through the guide portion provided in the valve plate of the valve assembly, The flow rate of the fluid can be increased and the pumping performance can be improved as the fluid flows in or out quickly without stagnation. Thus, the efficiency of the driving device can be improved and the present invention can be applied to a device requiring relatively light and high output such as a small flying object or a rocket system.

또, 복수 개의 압전펌프를 한 개의 출력유닛에 직렬 또는 복렬로 연결하되, 복수 개의 압전펌프를 동시구동 또는 교차구동하는 경우에는, 높은 최대 구동력과 최대 구동속도를 구현할 수 있고 이를 통해 항공기, 로켓 시스템과 같은 분야에 고출력 구동장치를 제공할 수 있다.When a plurality of piezoelectric pumps are connected in series or in series to one output unit, when a plurality of piezoelectric pumps are simultaneously or cross-driven, a high maximum driving force and a maximum driving speed can be realized, A high-output driving apparatus can be provided in the same field as that of FIG.

도 1은 종래 리드밸브의 개방시 와류가 발생되는 현상을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 압전펌프의 일실시예를 파단하여 보인 사시도,
도 3은 도 2에 따른 압전펌프에서 밸브조립체를 분해하여 보인 사시도,
도 4는 도 3의 밸브조립체를 조립하여 보인 단면도,
도 5는 도 4에 따른 밸브조립체에서 밸브판체의 안내부를 설명하기 위해 보인 개략도,
도 6은 밸브판체의 개폐부가 열리는 높이를 계산하기 위한 자유도,
도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 의한 밸브판체가 개폐되는 과정을 보인 단면도,
도 8은 본 실시예에 의한 밸브판체의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 9는 도 8의 밸브판체를 밸브 플레이트 사이에 조립한 상태를 보인 단면도,
도 10은 본 발명에 의한 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치의 일실시예를 보인 계통도,
도 11a는 도 10에 따른 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치에서 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 동시구동하는 과정을, 도 11b는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 교차구동하는 과정을 각각 보인 계통도,
도 12는 본 발명에 의한 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치의 다른 실시예를 보인 계통도,
도 13a는 도 12에 따른 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치에서 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 동시구동하는 과정을, 도 13b는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 교차구동하는 과정을 각각 보인 계통도.
FIG. 1 is a schematic view for explaining a phenomenon in which a vortex is generated when a conventional reed valve is opened;
2 is a perspective view of a piezoelectric pump according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric pump shown in FIG. 2,
Figure 4 is a cross-sectional view of the assembly of the valve assembly of Figure 3,
Fig. 5 is a schematic view for explaining a guide portion of the valve plate in the valve assembly according to Fig. 4,
6 is a degree of freedom for calculating the height at which the opening and closing portions of the valve plate are opened,
FIGS. 7A and 7B are sectional views showing a process of opening and closing the valve plate according to the present embodiment,
8 is a perspective view showing another embodiment of the valve plate according to the present embodiment,
FIG. 9 is a sectional view showing a state in which the valve plate of FIG. 8 is assembled between valve plates;
10 is a system diagram showing an embodiment of a piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive apparatus according to the present invention,
Fig. 11A shows a process of simultaneously driving the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump in the piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive apparatus shown in Fig. 10, and Fig. 11B shows a process in which the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump cross- Also,
12 is a system diagram showing another embodiment of a piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive apparatus according to the present invention,
FIG. 13A shows a process of simultaneously driving the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump in the piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive device according to FIG. 12, and FIG. 13B shows a process in which the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump cross- Also,

이하, 본 발명에 의한 밸브조립체 및 이를 구비한 집적형 하이브리드 구동장치 및 이의 운전 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a valve assembly according to the present invention, an integrated hybrid drive system having the hybrid assembly, and an operation method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 압전펌프의 일실시예를 파단하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 압전펌프에서 밸브조립체를 분해하여 보인 사시도이며, 도 4는 도 3의 밸브조립체를 조립하여 보인 단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 밸브조립체에서 밸브판체의 안내부를 설명하기 위해 보인 개략도이다.FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric pump according to an embodiment of the present invention; FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric pump shown in FIG. 2 in which the valve assembly is exploded; Fig. 5 is a schematic view for explaining the guide portion of the valve plate in the valve assembly according to Fig. 4; Fig.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 압전펌프(100)는 양단이 개구된 실린더 모양으로 펌프본체(111)가 형성되고, 펌프본체(111)의 양단에는 각각 상부캡(top cap)(112)과 하부캡(bottom cap)(113)이 고정 결합될 수 있다. As shown in the drawing, the piezoelectric pump 100 according to the present embodiment has a pump body 111 formed in a cylinder shape having both ends opened, and a top cap 112 And a bottom cap 113 may be fixedly coupled.

또, 펌프본체(111)의 내부공간에는 전기신호에 따라 팽창 또는 수축을 선택적으로 진행하는 압전스택(piezo stack)(120)이 종방향으로 설치되고, 압전스택(120)의 상단에는 그 압전스택(120)의 변화에 따른 펌핑력을 후술할 밸브조립체(160)에 전달하는 컨넥터(connector)(130)가 설치될 수 있다. A piezoelectric stack 120 is installed in the inner space of the pump main body 111 in the longitudinal direction for selectively expanding or contracting according to an electric signal. In the upper part of the piezoelectric stack 120, A connector 130 for transmitting the pumping force to the valve assembly 160 to be described later may be installed.

또, 컨넥터(130)는 로드부(131)가 상부캡(112)을 관통하여 미끄러지게 결합되고, 로드부(131)의 상단에는 후술할 펌핑공간(V)에서 왕복운동을 하면서 그 펌핑공간(V)의 체적을 가변시키는 펌핑피스톤(pumping piston)(140)이 결합될 수 있다. The connector 130 is slidably coupled to the rod 131 through the upper cap 112. The upper end of the rod 131 is reciprocated in a pumping space V V may be coupled to the pumping piston 140 to vary the volume of the piston.

여기서, 펌핑공간(V)은 펌핑피스톤(140)이 왕복운동을 하는 펌핑실린더(pumping cylinder)(150)의 내부에 형성될 수 있다. 펌핑실린더(150)는 복수 개의 실린더블록을 조립하여 형성되고, 복수 개의 실린더블록이 서로 접하는 면에 펌핑공간(V)이 형성될 수 있다. 따라서, 펌핑공간(V)은 실린더블록(150)과 펌핑피스톤(140) 그리고 후술할 밸브조립체(160)에 의해 형성될 수 있다.Here, the pumping space V may be formed inside the pumping cylinder 150 in which the pumping piston 140 reciprocates. The pumping cylinder 150 is formed by assembling a plurality of cylinder blocks, and a pumping space V may be formed on a surface where the plurality of cylinder blocks abut each other. Accordingly, the pumping space V may be formed by the cylinder block 150, the pumping piston 140, and the valve assembly 160 described below.

또, 펌핑실린더(150)는 펌프본체(111)의 상부캡(112) 상단에 결합되는 하부 실린더블록(152)과, 하부 실린더블록(152)의 상단에 결합되는 상부 실린더블록(154)으로 이루어질 수 있다. The pumping cylinder 150 includes a lower cylinder block 152 coupled to the upper end of the upper cap 112 of the pump body 111 and an upper cylinder block 154 coupled to the upper end of the lower cylinder block 152. .

하부 실린더블록(152)에는 펌핑피스톤(140)이 왕복 운동을 하도록 피스톤공간(152a)이 형성되고, 상부 실린더블록(154)에는 하부 실린더블록(152)의 피스톤공간(152a)과 대응되어 밸브조립체(160)가 장착되는 밸브공간(154a)이 형성된다. 따라서, 피스톤공간(152a)과 밸브공간(154a)의 사이에 펌핑공간(V)이 위치하여, 펌핑피스톤(140)의 상면과 후술할 밸브조립체(160)의 저면 그리고 밸브공간(또는 피스톤공간)(V)의 내주면이 이루는 공간으로 형성될 수 있다. The lower cylinder block 152 is formed with a piston space 152a so that the pumping piston 140 reciprocates and the upper cylinder block 154 is associated with the piston space 152a of the lower cylinder block 152, A valve space 154a in which the valve body 160 is mounted is formed. The pumping space V is located between the piston space 152a and the valve space 154a so that the upper surface of the pumping piston 140 and the bottom surface of the valve assembly 160 and the valve space (or piston space) (V).

또, 상부 실린더블록(154)에는 밸브공간(154a)에 연통되어 작동유체의 입출구를 이루는 유입구(inlet)(154b)와 유출구(outlet)(154c)가 형성될 수 있다. The upper cylinder block 154 may be provided with an inlet 154b and an outlet 154c communicating with the valve space 154a and forming an inlet and an outlet of the working fluid.

한편, 밸브조립체((160)는 실린더블록(150)의 유입구(154b)와 유출구(154c)에 연통되도록 각각 연통구를 가지는 복수 개의 밸브 플레이트(valve plate)(162)(164) 사이에 상기 연통구를 개폐하는 밸브판체(166)가 구비되어 이루어질 수 있다.The valve assembly 160 includes a plurality of valve plates 162 and 164 having communication openings communicating with the inlet 154b and the outlet 154c of the cylinder block 150, And a valve plate 166 for opening and closing the valve.

복수 개의 밸브 플레이트(162)(164)는 펌핑피스톤(140)의 가압면에 대응하는 하부 플레이트(162)와, 상부 실린더블록(154)의 유입구(154b) 및 유출구(154c)와 대응하는 상부 플레이트(164)로 이루어질 수 있다. The plurality of valve plates 162 and 164 includes a lower plate 162 corresponding to the pressing surface of the pumping piston 140 and an upper plate 162 corresponding to the inlet 154b and the outlet 154c of the upper cylinder block 154, (164).

하부 플레이트(162)와 상부 플레이트(164)는 모두 소정의 두께를 가지는 원판 모양으로 형성되고, 하부 플레이트(162)와 상부 플레이트(164)에는 각각 작동유체가 펌핑공간(V)으로 유입되도록 안내하는 유입측 연통구(164a) 및 작동유체가 펌핑공간(V1)에서 유출되도록 안내하는 유출측 연통구(162b)(164b)가 형성될 수 있다. The lower plate 162 and the upper plate 164 are both formed in a disk shape having a predetermined thickness and guide the working fluid into the pumping space V to the lower plate 162 and the upper plate 164, Side communication port 164a and the outlet side communication ports 162b and 164b for guiding the working fluid to flow out of the pumping space V1 can be formed.

여기서, 유입측 연통구는 상부 플레이트(164)에만 형성되나, 경우에 따라서는 하부 플레이트(162)에도 형성될 수 있다. 하부 플레이트(162)에도 형성되는 경우에는 상부 플레이트(164)에 형성된 것을 제1 유입통구(164a), 하부 플레이트(162)에 형성된 것을 제2 유입통구라고 할 수 있다. 또, 유출측 연통구는 하부 플레이트(162)에 형성된 것을 제1 유출통구(162b), 상부 플레이트(164)에 형성된 것을 제2 유출통구(164b)라고 한다.Here, the inlet communication hole is formed only on the upper plate 164, but may be formed on the lower plate 162 as the case may be. When the upper plate 164 is also formed on the lower plate 162, the first inlet port 164a formed on the upper plate 164 and the second inlet port formed on the lower plate 162 may be referred to as a second inlet port. The outflow communication port is referred to as a first outflow port 162b formed on the lower plate 162 and the second outflow port 164b formed on the upper plate 164.

또, 하부 플레이트(162)의 상면(즉, 밸브면)에는 후술할 밸브판체(166)의 제1 개폐부(167)가 젖혀질 수 있는 공간을 이루도록 제1 밸브홈(162c)이 형성되고, 이 제1 밸브홈(162c)이 유입통구의 역할을 하게 된다. 그리고 상부 플레이트(164)의 저면(즉, 밸브면)에는 후술할 밸브판체(166)의 제2 개폐부(168)가 젖혀질 수 있는 공간을 이루도록 제2 밸브홈(164c)이 형성되고, 제2 밸브홈(164c)의 중앙부에 제2 유출통구(164b)가 형성될 수 있다. A first valve groove 162c is formed in the upper surface of the lower plate 162 (that is, on the valve surface) so as to form a space in which the first opening and closing part 167 of the valve plate 166, which will be described later, And the first valve groove 162c serves as an inlet port. A second valve groove 164c is formed in the bottom surface (i.e., the valve surface) of the upper plate 164 so as to form a space in which the second opening and closing portion 168 of the valve plate body 166, which will be described later, And a second outlet port 164b may be formed at the center of the valve groove 164c.

제1 밸브홈(162c)과 제2 밸브홈(164c)의 넓이와 깊이는 서로 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브홈(162c)과 제2 밸브홈(164c)의 넓이는 각각 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 단면적보다는 크게 형성될 수 있고, 제1 밸브홈(162c)과 제2 밸브홈(164c)의 깊이는 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)가 열릴 때 젖혀지는 높이를 감안하여 각 개폐부(167)(168)가 젖혀지는 높이보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. The width and depth of the first valve groove 162c and the second valve groove 164c may be equal to each other. For example, the first valve groove 162c and the second valve groove 164c may have an area larger than a cross sectional area of the first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168, respectively, The depth of the second valve groove 164c and the depth of the second valve groove 164c are set to be larger than the height at which the respective opening and closing portions 167 and 168 are bent in consideration of the height of the first valve opening 167 and the second opening and closing portion 168, .

제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 적정 열림 높이는 다음과 같은 계산식을 통해 얻을 수 있다. 도 6은 밸브판체의 개폐부가 열리는 높이를 계산하기 위한 자유도이다. 이하에서는 제2 개폐부를 중심으로 살펴보고 제1 개폐부는 이에 준용한다.The proper opening height of the first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168 can be obtained by the following equation. 6 is a degree of freedom for calculating the height at which the opening and closing portions of the valve plate are opened. Hereinafter, the second opening and closing part will be mainly described, and the first opening and closing part will be used therefor.

여기서, 밸브판체에 사용되는 금속은 스테인레스 계열의 STS304이고, 두께 t는 0.1mm로 가정하였다. 도 6에서 a는 개폐부의 길이, b는 개폐부의 세로길이, x는 개폐부의 고정단에서 펌핑공간으로부터 압력을 받는 지점(제1 유출통구의 중심)까지의 거리이다. 이때, 개폐부의 관성모멘트(Ivalve)는 아래 식으로 표현할 수 있다. [수학식 1]Here, it is assumed that the metal used for the valve plate is stainless steel STS304 and the thickness t is 0.1 mm. 6, a is the length of the opening and closing part, b is the vertical length of the opening and closing part, and x is the distance from the pumping space to the point receiving the pressure (the center of the first outlet port) at the fixed end of the opening and closing part. At this time, the inertia moment (I valve ) of the opening / closing part can be expressed by the following equation. [Equation 1]

Figure 112016115774848-pat00001
Figure 112016115774848-pat00001

또, 개폐부는 균질하고 펌핑공간에서 받는 압력으로부터 선형 탄성적으로 거동을 하므로, 모멘트-곡률 관계식인 아래 식을 사용할 수 있다. Also, since the opening and closing parts are homogeneous and behave linearly in response to the pressure received in the pumping space, the following equation, which is a moment-curvature relationship, can be used.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016115774848-pat00002
Figure 112016115774848-pat00002

이때, 는 탄성곡선상의 한 점에서의 곡률반경, M은 곡률반경이 인 점에서의 내부 모멘트, E는 재료의 탄성계수, I는 중심축에 대하여 계산된 관성모멘트이다. 외팔보 형태인 개폐부의 기울어진 정도를 다음 식으로 변형하여 계산할 수 있다. Where M is the internal moment at which the radius of curvature is, E is the modulus of elasticity of the material, and I is the moment of inertia calculated relative to the central axis. The inclination of the cantilever-shaped opening and closing part can be calculated by modifying the following equation.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016115774848-pat00003
Figure 112016115774848-pat00003

이때, F는 개폐부에 가해지는 힘, θ는 개폐부가 열린 각도이다. 따라서, 식(3)을 이용하면 개폐부가 열리는 높이△h=atanθ로 구할 수 있다. 이렇게 구한 높이는 개폐부의 단부에 대한 최종 높이가 되므로, 이를 이용하여 적정한 밸브의 열림높이를 설정할 수 있다. At this time, F is a force applied to the opening and closing part, and? Is an opening angle of the opening and closing part. Therefore, by using Eq. (3), the opening height of the opening and closing part can be obtained as Δh = atanθ. The obtained height becomes the final height with respect to the end portion of the opening / closing part, so that the proper opening height of the valve can be set by using this height.

한편, 밸브판체(166)는 하부 플레이트(162)와 상부 플레이트(164)의 사이에 구비되어 제1 유입통구(164a)와 제1 밸브홈(162c)의 사이, 제1 유출통구(162b)와 제2 유출통구(164b)의 사이를 선택적으로 개폐하게 된다.The valve plate body 166 is provided between the lower plate 162 and the upper plate 164 and is disposed between the first inlet port 164a and the first valve port 162c and between the first outlet port 162b and the second outlet port 162b. And selectively opens and closes between the second outlet ports 164b.

이를 위해, 밸브판체(166)는 얇은 원판 모양으로 형성되어 그 중앙부 양측에 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)가 절개 형성되고, 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)를 제외한 다른 부분은 서로 연결되어 일종의 고정부(169)를 형성하게 된다.The first and second opening and closing parts 167 and 168 are formed at both sides of the center of the valve plate 166. The first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168, Are connected to each other to form a fixed portion 169 of a fixed type.

그리고 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)는 단순한 장방형의 평판 모양으로 형성될 수도 있다. 하지만, 이 경우 제1,2 개폐부(167)(168)가 열릴 때 그 제1,2 개폐부(167)(168)의 끝단에서 와류가 발생하면서 유체가 제1,2 밸브홈(162c)(164c)에서 정체되고, 이로 인해 압전펌프 및 이를 채용한 시스템의 효율이 저하될 수 있다.The first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168 may be formed in a simple rectangular flat plate shape. In this case, when the first and second opening and closing portions 167 and 168 are opened, a vortex is generated at the ends of the first and second opening and closing portions 167 and 168 so that the fluid flows into the first and second valve grooves 162c and 164c ), And consequently, the efficiency of the piezoelectric pump and the system employing the piezoelectric pump may be deteriorated.

따라서, 본 실시예에서는 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 자유단에서 소정의 각도만큼 굽혀져 소정의 길이만큼 연장되는 안내부(167e)(168e)가 연장 형성될 수 있다. 안내부(167e)(237)는 도 와 같이 각 개폐부(167)(168)의 단부를 반대방향, 즉 고정부(169)에 연결되는 고정단(167c)(168c)으로 굽혀 형성된다.Therefore, in this embodiment, the guide portions 167e and 168e, which are bent by a predetermined angle from the free ends of the first opening and closing portion 167 and the second opening and closing portion 168 and extend by a predetermined length, can be extended. The guide portions 167e and 237 are formed by bending the end portions of the respective opening and closing portions 167 and 168 in opposite directions, that is, fixed ends 167c and 168c connected to the fixed portion 169 as shown in the figure.

여기서, 제1 안내부와 제2 안내부의 형상, 예를 들어 안내부의 길이, 굽힘각, 열림 높이 등은 작동유체의 유동상태를 결정하는데 영향을 미칠 수 있다. 다만, 제1 밸브홈(162c)은 별도의 유입통구 없이 곧바로 펌핑공간에 연통되는 반면, 제2 밸브홈(164c)은 상대적으로 단면적이 작은 제2 유출통구(또는, 유출구)가 연통 형성된다. 따라서, 작동유체는 제1 밸브홈보다 제2 밸브홈에서 정체될 가능성이 더 높을 수 있으므로, 이하에서는 제2 안내부를 예로 들어 안내부의 형상을 살펴본다. 제2 개폐부는 제1 개폐부와 동일한 형상으로 형성되어 반대방향으로 개폐되는 것이므로, 기본적인 형상에 대한 설명은 제1 개폐부로 대신한다.Here, the shapes of the first guide portion and the second guide portion, for example, the length of the guide portion, the bending angle, the opening height, etc., can influence the flow state of the working fluid. However, the second valve groove 164c is communicated with the second outlet port (or outlet) having a relatively small cross-sectional area, while the first valve groove 162c is directly communicated with the pumping space without a separate inlet port. Therefore, since the working fluid may be more likely to stagnate in the second valve groove than the first valve groove, the shape of the guide portion will be described below taking the second guide portion as an example. Since the second opening and closing part is formed in the same shape as the first opening and closing part and is opened and closed in the opposite direction, the description of the basic shape is replaced with the first opening and closing part.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 개폐부(168)는 제1 유출통구(162b)를 개폐할 수 있도록 고정부(169)와 동일한 평면상에서 장방형으로 형성되고, 제2 개폐부(168)의 자유단 중간에는 그 제2 개폐부(168)의 자유단(168b)을 반대방향인 고정단(168c) 방향으로 굽혀지는 굽힘부(168d)가 형성되며, 굽힘부(168d)에서 연장되어 제2 밸브홈(164c)으로 작동유체를 안내하는 제2 안내부(168e)가 형성된다.3 to 5, the second opening and closing part 168 is formed in a rectangular shape on the same plane as the fixing part 169 so as to open and close the first outlet opening 162b, and the second opening and closing part 168, A bent portion 168d which is bent in the direction opposite to the fixed end 168c opposite to the free end 168b of the second opening and closing portion 168 is formed in the middle of the free end of the second opening and closing portion 168, And the second guide portion 168e for guiding the working fluid to the valve groove 164c is formed.

제2 개폐부(168)의 굽힘부(168d)의 굽힘각(α)은 제2 개폐부(168)가 열릴 때 작동유체가 제2 밸브홈(164c)을 향해 근거리로 유동할 수 있는 정도면 족하다. 즉, 제2 개폐부(168)의 굽힘부(168d)는 굽힘각(α)이 너무 크면 제2 개폐부(168)가 열릴 때 제2 안내부(168e) 단부가 제2 밸브홈(164c)과 간섭되어 제2 개폐부(168)의 열림량이 감소할 수 있다. 반대로, 굽힘부(168d)의 굽힘각(α)이 너무 작으면 유입되는 작동유체가 제2 안내부(168e)를 넘어 제2 개폐부(168)의 고정단(168c)까지 흘러가게 되고, 이 작동유체가 제2 밸브홈(164c)에서 정체되면서 유체의 유속이 크게 향상되지 않을 수 있다. 따라서, 굽힘부(168d)의 굽힘각(α1)은 제2 개폐부(168)가 열릴 때 제2 안내부(168e)이 제2 밸브홈(164c)에 간섭되지 않으면서 작동유체가 제2 밸브홈(164c)을 향해 안내될 수 있는 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제2 안내부(168e)의 굽힘각(α)은 제2 안내부(168e)의 상면 길이방향을 따라 형성되는 가상선이 제2 유출통구(164b)의 중심선(CL)과 90도보다 작은 경사각(β)을 이룰 수 있는 정도로 굽혀져 형성되는 것이 바람직할 수 있다.The bending angle alpha of the bent portion 168d of the second opening and closing portion 168 may be sufficient to allow the working fluid to flow near the second valve groove 164c when the second opening and closing portion 168 is opened. That is, when the bending angle? Is too large, the bent portion 168d of the second opening and closing portion 168 interferes with the second valve groove 164c at the end of the second guide portion 168e when the second opening and closing portion 168 is opened The opening amount of the second opening and closing part 168 can be reduced. Conversely, when the bending angle? Of the bent portion 168d is too small, the influent working fluid flows to the fixed end 168c of the second opening and closing portion 168 beyond the second guide portion 168e, The fluid stagnates in the second valve groove 164c, so that the flow rate of the fluid may not be greatly improved. The bending angle alpha 1 of the bent portion 168d is set such that the second guiding portion 168e does not interfere with the second valve groove 164c when the second opening and closing portion 168 is opened, To be guided toward the guide portion 164c. That is, the bending angle? Of the second guide portion 168e is set such that the imaginary line formed along the longitudinal direction of the upper surface of the second guide portion 168e is 90 degrees or more than the center line CL of the second outlet port 164b It may be preferable to be bent and formed to such an extent that a small inclination angle beta can be obtained.

또, 제2 안내부(168e)의 길이(L1)는 제2 유출통구(164b)의 내경(D1)과 비교할 때 적어도 절반 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 안내부(168e)의 길이(L1)는 제2 개폐부(168)가 열렸을 때 그 제2 안내부(168e)의 단부가 밸브조립체의 중심으로부터 제2 유출통구(164b)를 건너 반대쪽에 위치할 수 있을 정도까지 형성되는 것이 가장 바람직할 수 있다. 만약, 제2 안내부의 길이(L)가 너무 짧으면 작동유체가 제2 유출통구(164b)로 안내되기 전에 제2 안내부(168e)의 단부에서 와류가 발생될 수 있다. 하지만, 제2 안내부(168e)의 길이(L)가 너무 길면 제2 안내부(168e)를 포함한 제1 개폐부(167)의 무게가 증가할 뿐만 아니라 단부가 이웃하는 부재들, 예를 들면 상부 플레이트(164)의 제2 밸브홈(164c) 등에 걸려 제2 개폐부(168)의 열림량이 제한될 수 있다. 따라서, 제2 안내부(168e)의 길이(L)는 제2 개폐부(168)가 열릴 때 상부 플레이트(164)에 접촉되지 않으면서도 제2 유출통구(164b)와 중첩될 수 있는 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the length L1 of the second guide portion 168e is formed to be at least half or more as compared with the inner diameter D1 of the second outflow port 164b. In this case, the length L1 of the second guide portion 168e is set such that the end of the second guide portion 168e when the second opening and closing portion 168 is opened is moved from the center of the valve assembly through the second outlet port 164b It may be most preferable to be formed so as to be located on the opposite side. If the length L of the second guide portion is too short, a vortex may be generated at the end of the second guide portion 168e before the working fluid is guided to the second outlet port 164b. However, if the length L of the second guide portion 168e is too long, not only the weight of the first opening and closing portion 167 including the second guide portion 168e increases but also the end portions of the adjacent members, The amount of opening of the second opening / closing portion 168 can be limited by engaging with the second valve groove 164c of the plate 164 or the like. The length L of the second guide portion 168e is set such that the second guide portion 168e is not in contact with the top plate 164 when the second opening and closing portion 168 is opened but has a length that can overlap with the second outlet port 164b .

또, 제2 개폐부(168)의 열림 높이(H)는 제2 안내부(168e)의 상면 길이방향을 따라 형성되는 가상선이 제2 유출통구(164b)의 중심선(CL)과 90도보다 작은 경사각(β)을 이룰 수 있는 정도로 열리는 것이 바람직하다. 즉, 제2 개폐부(168)의 열림 높이(H1)가 너무 낮으면 유동저항이 증가하여 효율이 저하될 수 있고, 제2 개폐부(168)의 열림 높이(H)가 너무 높으면 제2 안내부(168e)의 가상선과 제2 유출통구(164b)의 중심선(CL) 사이의 각도가 직각을 이루거나 또는 그 보다 작은 예각을 이루게 되어 작동유체를 제2 유출통구 방향으로 원활하게 안내하지 못하게 될 수 있다. 따라서, 제2 개폐부(168)의 열림 높이(H)는 그 제2 개폐부(168)가 열렸을 때 제2 안내부(168e)가 제2 유출통구(164b)를 향해 기울어진 상태를 유지할 수 있을 정도로 열리는 것이 바람직하다.The opening height H of the second opening and closing portion 168 is set such that the virtual line formed along the longitudinal direction of the upper surface of the second guide portion 168e is smaller than 90 degrees with the center line CL of the second outlet port 164b It is preferable to open it to such an extent that the inclination angle beta can be obtained. If the opening height H1 of the second opening and closing part 168 is too low, the flow resistance may increase and the efficiency may be lowered. If the opening height H of the second opening and closing part 168 is too high, The angle between the imaginary line of the second outflow port 164e and the center line CL of the second outflow port 164b becomes a right angle or an acute angle smaller than the angle between the virtual line and the centerline CL of the second outflow port 164b, . The opening height H of the second opening and closing portion 168 is set to be sufficiently large so that the second guide portion 168e can be maintained tilted toward the second outlet opening 164b when the second opening and closing portion 168 is opened It is preferable to open.

도면중 미설명 부호인 167b은 자유단, 167c는 고정단, 167d는 굽힘부, 167e는 제1 안내부이다.167b is a free end, 167c is a fixed end, 167d is a bent portion, and 167e is a first guide portion.

상기와 같은 본 실시예에 의한 밸브판체가 압전펌프에 적용되는 경우 다음과 같은 작용효과를 갖는다. 도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 의한 밸브판체가 개폐되는 과정을 보인 단면도이다.When the valve plate according to the present embodiment as described above is applied to a piezoelectric pump, the following actions and effects are obtained. 7A and 7B are sectional views showing a process of opening and closing the valve plate according to the present embodiment.

먼저, 도 7a와 같이, 압전스택(120)이 팽창되면 커넥터(130)를 통해 펌핑피스톤(140)이 상향으로 이동하게 된다. 그러면 펌핑공간(V)의 체적이 좁아지면서 그 펌핑공간(V)의 압력을 높이게 된다.First, as shown in FIG. 7A, when the piezoelectric stack 120 is inflated, the pumping piston 140 moves upward through the connector 130. As the volume of the pumping space V becomes smaller, the pressure of the pumping space V is increased.

그러면 펌핑공간(V)의 압력이 제2 밸브홈(또는, 제2 유출통구)(164c)의 압력보다 높아지게 되면서 제2 개폐부(168)는 고정단(168c)을 중심으로 휘어져 제1 유출통구(162b)가 열리게 된다. The pressure of the pumping space V becomes higher than the pressure of the second valve groove (or the second outlet port) 164c so that the second opening and closing portion 168 is bent about the fixed end 168c and flows into the first outlet port 162b are opened.

그러면 펌핑공간(V) 내 작동유체가 제2 개폐부(168)를 밀어내면서 제2 유출통구(164b)로 안내되고, 이 작동유체는 제2 유출통구(164b)를 통해 실린더블록(150)의 유출구(154c)로 이동하여 유출된다. 이때, 제1 개폐부(167)는 펌핑공간(V) 내 압력에 밀려 제1 유입통구(164a)를 차단한 상태를 유지하게 된다. The working fluid in the pumping space V is guided to the second outlet port 164b while pushing the second opening and closing portion 168 and this working fluid flows through the second outlet port 164b into the outlet of the cylinder block 150 (154c). At this time, the first opening and closing part 167 is pushed by the pressure in the pumping space V to keep the first inlet port 164a shut off.

다음, 도 7b와 같이, 압전스택(120)이 수축되면 커넥터(130)를 통해 펌핑피스톤(140)이 하향으로 이동하게 된다.. Next, as shown in FIG. 7B, when the piezoelectric stack 120 is contracted, the pumping piston 140 moves downward through the connector 130.

그러면 펌핑공간(V)의 체적이 확대되면서 그 펌핑공간(V)의 압력이 제1 밸브홈(162c)의 압력보다 낮아지게 되고, 그러면 제1 개폐부(167)는 고정단(167c)을 중심으로 휘어지면서 제1 유입통구(164a)가 열리게 된다. As the volume of the pumping space V is increased, the pressure of the pumping space V becomes lower than the pressure of the first valve groove 162c. Then, the first opening and closing part 167 moves about the fixed end 167c So that the first inlet 164a is opened.

그러면 실린더블록(150)의 유입구(154b)를 통과하는 작동유체가 제1 개폐부(167)를 밀어내면서 제1 유입통구(164a)를 통해 제1 밸브홈(162c)으로 안내되고, 이 작동유체는 제1 밸브홈(162c)을 통해 펌핑공간(V)으로 이동하여 유입된다. 이때, 반대쪽의 제2 개폐부(168)는 복원되어 제1 유출통구(162b)를 차단하게 된다. The working fluid passing through the inlet port 154b of the cylinder block 150 is guided to the first valve groove 162c through the first inlet port 164a while pushing the first opening and closing part 167, And flows into the pumping space V through the first valve groove 162c. At this time, the second opening / closing portion 168 on the opposite side is restored to block the first outlet port 162b.

여기서, 제2 개폐부(168)가 젖혀지면서 펌핑공간(V)의 작동유체가 유출되는 과정이나 또는 제1 개폐부(167)가 젖혀지면서 펌핑공간(V)으로 작동유체가 유입되는 과정에서, 작동유체는 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 끝단에서 와류가 발생되거나 또는 각 개폐부(167)(168)의 고정단 방향으로 이동하여 각각의 밸브홈(162c)(164c)에서 정체되면서 유동속도가 저하될 수 있다. In the process of flowing out the working fluid in the pumping space V as the second opening and closing part 168 is extended or in the process of flowing the working fluid into the pumping space V as the first opening and closing part 167 is extended, Vortices are generated at the ends of the first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168 or are moved in the direction of the fixed ends of the opening and closing parts 167 and 168 to be stagnated in the respective valve grooves 162c and 164c The flow rate may be lowered.

하지만, 본 실시예와 같이 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 끝단에 제1 안내부(167e) 및 제2 안내부(168e)가 각각 연장 형성되는 경우에는 제1 유입통구(164a)나 제1 유출통구(162b)를 통과하는 작동유체가 각 개폐부(167)(168)의 끝단에서 연장되는 각각의 안내부(167e)(168e)를 타고 제1 밸브홈(162c) 또는 제2 유출통구(164b)로 안내된다. 이에 따라, 작동유체는 제1 개폐부(167)와 제2 개폐부(168)의 고정단 방향으로 이동하지 않고 각각의 안내부(167e)(168e)를 따라 제1 밸브홈(162c) 또는 제2 유출통구(164b)로 신속하게 이동하게 되어 유체의 유동속도가 향상될 수 있다.However, when the first guiding portion 167e and the second guiding portion 168e are extended at the ends of the first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168 as in this embodiment, 164a or the first outlet port 162b is guided by the respective guide portions 167e, 168e extending from the ends of the respective opening and closing portions 167, 168, 2 outlet port 164b. Accordingly, the working fluid does not move in the fixed end direction of the first opening and closing part 167 and the second opening and closing part 168, but moves along the respective guide parts 167e and 168e to the first valve groove 162c or the second outlet It is possible to quickly move to the passage 164b, and the flow rate of the fluid can be improved.

이를 수치해석을 통해 확인하면 다음과 같다.The numerical analysis confirms the following.

즉, 본 실시예에 대한 해석은 2차원 무빙메쉬(Moving Mesh) 해석으로 진행하였고, 편의상 구동장치의 유출측 밸브인 제2 개폐부에 대해 실시하였다. 작동유체는 비압축성의 DTE-24 항공유를 사용하였고, 작동유체의 속도는 제2 유출통구의 도입부를 지나는 유체의 속도를 검출한 결과이다.That is, the analysis of the present embodiment proceeded with a two-dimensional moving mesh analysis, and for convenience, the second opening and closing part, which is a flow-out valve of the driving apparatus, was performed. The working fluid used was incompressible DTE-24 jet fuel, and the velocity of the working fluid was the result of detecting the velocity of the fluid passing through the inlet of the second outlet.

해석 결과, 아래의 [표 1]과 같이 구동주파수와 관계없이 기존의 안내부가 없는 평판형 밸브에 비해 본 실시예의 안내부가 있는 굽은 밸브에서의 속도가 증가하는 것을 알 수 있다. As a result of the analysis, it can be seen that the velocity in the bent valve having the guide portion of the present embodiment is increased as compared with the flat plate type valve without the conventional guide portion, irrespective of the driving frequency, as shown in Table 1 below.

구동주파수[Hz]Driving frequency [Hz] 평균 속도 [mm/s]Average speed [mm / s] 기존 밸브Existing valve 굽은 밸브Curved valve 5050 6.526.52 7.17.1 250250 31.431.4 34.934.9

특히, 구동주파수가 50Hz인 경우에는 유체의 속도가 대략 8%정도 향상되었으나, 구동주파수가 250Hz에서는 유체의 속도가 대략 10%정도 향상되는 결과를 얻었다. 즉, 구동주파수가 증가할수록 안내부가 있는 경우의 속도 향상이 더 높게 나타는 것을 알 수 있다. 이는, 고속운전시 높은 효율을 기대할 수 있다는 것을 예상할 수 있다. Particularly, when the driving frequency is 50 Hz, the fluid velocity is improved by about 8%, but at the driving frequency of 250 Hz, the fluid velocity is improved by about 10%. That is, as the driving frequency increases, the speed increase in the case of the guide portion is higher. It can be expected that high efficiency can be expected in high-speed operation.

한편, 본 발명에 의한 밸브판체의 안내부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.Hereinafter, another embodiment of the guide portion of the valve plate according to the present invention will be described.

즉, 전술한 실시예에서는 개폐부의 끝단을 반대방향으로 굽혀 안내부가 형성되는 것이나, 본 실시예는 개폐부의 외주면을 따라 안내부가 곡면지거나 또는 경사지게 형성되도록 하는 것이다. 도 8은 본 실시예에 의한 밸브판체의 다른 실시예를 보인 사시도이고, 도 9는 도 8의 밸브판체를 밸브 플레이트 사이에 조립한 상태를 보인 단면도이다.That is, in the above-described embodiment, the guide portion is formed by bending the end of the opening and closing portion in the opposite direction, but in this embodiment, the guide portion is curved or inclined along the outer peripheral surface of the opening and closing portion. FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the valve plate according to the present embodiment, and FIG. 9 is a sectional view showing a state in which the valve plate of FIG. 8 is assembled between valve plates.

도 8과 같이, 본 실시예에 따른 밸브판체(266)는 원판모양으로 형성된 판체의 중앙부 양쪽에 각각 제1 개폐부(267)와 제2 개폐부(268)가 서로 마주보도록 절개되어 형성될 수 있다. As shown in FIG. 8, the valve plate 266 according to the present embodiment may be formed such that the first opening and closing part 267 and the second opening and closing part 268 are opposed to each other on both sides of the central part of the disk-shaped plate.

그리고, 제1 개폐부(267)와 제2 개폐부(268)는 각각 원판 모양으로 형성되되, 중앙부를 서로 반대방향으로 가압하여 각 개폐부(267)(268)의 가장자리가 곡면지거나 또는 경사진 제1 안내부(267e)와 제2 안내부(268e)가 형성되도록 한다. 이로써, 제1 안내부(267e)와 제2 안내부(268e)는 서로 반대방향으로 형성된다.The first opening / closing part 267 and the second opening / closing part 268 are each formed in a disc shape. The center part of the opening / closing part 267 and the second opening / closing part 268 are pressed in opposite directions, So that the first guide portion 267e and the second guide portion 268e are formed. Thereby, the first guide portion 267e and the second guide portion 268e are formed in directions opposite to each other.

그리고, 제1 개폐부(267e)와 제2 개폐부(268e)는 전술한 실시예와 같이 서로 마주보도록 형성되고, 각 개폐부(267)(268)의 반대쪽 단부에는 고정부(269)에서 연장되는 각각의 탄성부(267f)(268f)가 각 개폐부 방향으로 갈수록 단면적이 좁게 형성된다. 이로써, 제1 개페부(267)와 제2 개폐부(268)는 고정단(267c)(268c)을 중심으로 휘어져 신속하게 개폐될 수 있다.The first opening and closing part 267e and the second opening and closing part 268e are formed so as to face each other as in the above embodiment and are provided at opposite ends of the opening and closing parts 267 and 268, The elastic portions 267f and 268f are formed to have a narrow cross-sectional area in the direction of the opening and closing portions. Thus, the first pawl portion 267 and the second opening and closing portion 268 are bent around the fixed ends 267c and 268c and can be quickly opened and closed.

상기와 같은 본 실시예의 경우에도 도 9와 같이 유입통구(164a) 또는 유출통구(162b)(164b)를 통과하는 작동유체가 각 개폐부(267)(268)의 테두리면에서 각각의 안내부(267e)(268e)를 따라 유동을 하게 됨에 따라, 각 개폐부(267)(268)의 테두리에서 와류가 발생되는 것을 억제할 수 있고 이를 통해 유체의 유동 속도를 높여 전체적인 시스템의 효율을 높일 수 있다. 9, the working fluid passing through the inflow port 164a or the outflow ports 162b and 164b is guided by the guiding portions 267e (267e) and 267e ) 268e, it is possible to suppress the generation of vortexes at the rims of the opening / closing portions 267 and 268, thereby increasing the flow speed of the fluid through the opening portions 267 and 268, thereby increasing the efficiency of the overall system.

한편, 상기와 같은 본 실시예에 의한 압전펌프가 집적형 하이브리드 구동장치에 적용되는 경우는 다음과 같다.Meanwhile, the case where the piezoelectric pump according to the present embodiment as described above is applied to the integrated hybrid drive system is as follows.

도 10은 본 발명에 의한 집적형 하이브리드 구동장치의 일실시예를 보인 계통도이다. 10 is a block diagram showing an integrated type hybrid driving apparatus according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 구동장치는, 구동력을 외부로 전달하는 출력유닛(10), 출력유닛(10)에 작동유체를 안내하는 연결유닛(20), 연결유닛(20)의 중간에 구비되어 작동유체의 유동방향을 전환하는 전환유닛(30), 출력유닛(10)에 작동유체를 펌핑하는 복수 개의 압전펌프(40)(50), 전환유닛(30)과 복수 개의 압전펌프(40)(50)를 제어하여 각 압전펌프에서 펌핑되는 작동유체가 출력유닛(10)의 작동공간으로 교차 공급되도록 제어하는 제어유닛(60)을 포함할 수 있다.As shown, the driving apparatus according to the present embodiment includes an output unit 10 for transmitting a driving force to the outside, a connecting unit 20 for guiding a working fluid to the output unit 10, A plurality of piezoelectric pumps 40, 50 for pumping the working fluid to the output unit 10, a switching unit 30, and a plurality of piezoelectric pumps 40, (40) 50 to control the operation fluid pumped by each piezoelectric pump to be supplied to the operating space of the output unit 10 in an alternating manner.

출력유닛(10)은 작동유체가 수용되는 작동공간을 가지는 실린더(11)와, 실린더(11)의 작동공간에서 미끄러지게 결합되어 상기 작동공간에 채워지는 작동유체에 의해 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤(15)으로 이루어질 수 있다. 피스톤(15)의 양측에는 외부로 구동력을 전달하도록 외부의 시스템과 결합되는 피스톤로드(16)가 구비될 수 있다.The output unit 10 includes a cylinder 11 having a working space in which a working fluid is accommodated, a piston 11 slidably engaged in the working space of the cylinder 11 and linearly reciprocating by a working fluid filled in the working space, (15). Both sides of the piston 15 may be provided with a piston rod 16 coupled with an external system to transmit a driving force to the outside.

실린더(11)의 작동공간은 피스톤(15)을 사이에 두고 제1 작동공간(12a)과 제2 작동공간(13a)으로 구분될 수 있다. 제1 작동공간(12a)과 제2 작동공간(13a)은 그 작동공간들 사이의 압력에 따라 움직이는 피스톤(15)에 의해 제1 작동공간(12a)과 제2 작동공간(13a)의 체적이 가변될 수 있다.The working space of the cylinder 11 can be divided into the first working space 12a and the second working space 13a with the piston 15 therebetween. The volume of the first working space 12a and the volume of the second working space 13a are controlled by the piston 15 moving according to the pressure between the working spaces of the first working space 12a and the second working space 13a Can be varied.

또, 실린더(11)의 일측에는 제1 작동공간(12a)에 작동유체가 입 출되는 제1 입출구(12b)가 형성되고, 실린더(11)의 타측에는 제2 작동공간(13a)에 작동유체가 입 출되는 제2 입출구(13b)가 형성될 수 있다. 제1 입출구(12b)와 제2 입출구(13b)는 후술할 제1 메인관(21) 및 제2 메인관(22)의 각 일단이 연결될 수 있다. A first inlet 12b for introducing a working fluid into the first working space 12a is formed at one side of the cylinder 11 and a working fluid is supplied to the second working space 13a at the other side of the cylinder 11. [ And a second inlet / outlet 13b through which the refrigerant flows. One end of each of the first main pipe 21 and the second main pipe 22, which will be described later, may be connected to the first inlet 12b and the second inlet 13b.

여기서, 실린더(11)의 제1 입출구(12b)와 제2 입출구(13b)는 도 10에서와 같이 제1 작동공간(12a)과 제2 작동공간(13a)에 각각 한 개씩만 구비될 수도 있지만, 경우에 따라서는 복수 개씩 구비될 수도 있다. 제1 입출구(12b)와 제2 입출구(13b)가 복수 개씩 구비될 경우에는 전환유닛(30) 역시 복수 개가 구비되어 각각의 전환유닛(30)이 한 개씩의 제1 입출구(12b) 및 제2 입출구(13b)와 한 쌍으로 연결될 수 있다.The first inlet 12b and the second inlet 13b of the cylinder 11 may be provided in the first operation space 12a and the second operation space 13a, respectively, as shown in FIG. 10 , And may be provided in plural as the case may be. When a plurality of first and second outlets 12b and 13b are provided, the plurality of switching units 30 are also provided so that each of the switching units 30 is connected to one of the first outlets 12b and the second outlets 12b, And can be connected to the entrance / exit 13b in a pair.

연결유닛(20)은 전환유닛(30)을 사이에 두고 출력유닛(10)과 제1,2 압전펌프(40)(50)들 사이를 연결하는 메인 연결관과, 후술할 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50) 사이를 연결하는 서브 연결관으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 압전펌프(40) 또는 제2 압전펌프(50)에서 압축되어 분출되는 작동유체는 제1 작동공간(12a) 또는 제2 작동공간(13a)으로 이동함으로써 그 작동공간 내 압력을 높여 실린더(11) 내 피스톤(15)을 도면의 좌우 방향으로 왕복 이동시키게 된다. The connecting unit 20 includes a main connecting pipe connecting the output unit 10 and the first and second piezoelectric pumps 40 and 50 with the switching unit 30 therebetween, 40) and the second piezoelectric pump (50). The working fluid compressed and ejected from the first piezoelectric pump 40 or the second piezoelectric pump 50 moves to the first working space 12a or the second working space 13a so that the pressure in the working space Thereby reciprocating the piston 15 in the cylinder 11 in the lateral direction of the drawing.

메인 연결관은 실린더(11)의 제1 입출구(12b)와 후술할 전환유닛(30)의 제1 공통구(32a) 사이를 연결하는 제1 메인관(21)과, 실린더(11)의 제2 입출구(13b)와 후술할 전환유닛(30)의 제2 공통구(32b) 사이를 연결하는 제2 메인관(22)과, 후술할 전환유닛(30)의 제1 입출구(34a)와 제1 압전펌프(40)의 제1 유입구(41a) 사이를 연결하는 제3 메인관(23)과, 후술할 전환유닛(30)의 제2 입출구(34b)와 후술할 제2 압전펌프(50)의 제2 배출구(51b) 사이를 연결하는 제4 메인관(24)으로 이루어질 수 있다. The main connection pipe includes a first main pipe 21 connecting between the first inlet 12b of the cylinder 11 and a first common port 32a of the switching unit 30 to be described later, A second main pipe 22 connecting the second inlet port 13b and the second common port 32b of the switching unit 30 to be described later and a second main pipe 22 connecting the first inlet port 34a of the switching unit 30, A third main pipe 23 connecting the first inlet 41a of the first piezoelectric pump 40 and a second inlet 34b of the switching unit 30 to be described later and a second piezoelectric pump 50, And a fourth main pipe 24 connecting between the second discharge ports 51b.

서브 연결관은 한 개의 서브관(25)으로 이루어져 제1 압전펌프(40)의 제1 배출구(41b)와 제2 압전펌프(50)의 제2 유입구(51a) 사이를 연결할 수 있다. 이로써, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 직렬 연결되어, 작동유체는 제1 압전펌프(40)의 펌핑공간(V1)에서 제2 압전펌프(50)의 펌핑공간(V2)으로 이동될 수 있다. The sub connection pipe is composed of one sub pipe 25 and can connect between the first outlet 41b of the first piezoelectric pump 40 and the second inlet 51a of the second piezoelectric pump 50. [ The first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are connected in series so that the operating fluid flows from the pumping space V1 of the first piezoelectric pump 40 to the pumping space of the second piezoelectric pump 50 V2).

전환유닛(30)은 4방밸브로 된 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다. 전환유닛(30)은 후술할 밸브용 제어부(62)에 전기적으로 연결되고, 2개씩의 공통구(32a)(32b)와 입출구(34a)(34b), 그리고 상기 공통구와 입출구 사이를 움직이면서 작동유체의 유동방향을 전환하는 전환밸브(36)로 이루어질 수 있다. The switching unit 30 may be a solenoid valve of a four-way valve. The switching unit 30 is electrically connected to a valve control unit 62 to be described later and includes two common ports 32a and 32b, input / output ports 34a and 34b, And a switching valve 36 for switching the flow direction of the refrigerant.

제1 공통구(32a)는 제1 메인관(21)을 통해, 제2 공통구(32b)는 제2 메인관(22)을 통해 실린더(12)의 제1 입출구(12b) 및 제2 입출구(13b)에 각각 연결되고, 제1 유입구(34a)는 제3 연결관(23)을 통해, 제2 유입구(34b)는 제4 연결관(24)을 통해 후술할 제1 압전펌프(40)의 제1 유입구(41a) 및 제2 압전펌프(50)의 제2 배출구(51b)에 각각 연결될 수 있다. 이로써, 전환유닛(30)은 제1 압전펌프(40) 또는 제2 압전펌프(50)의 각 펌핑공간(V1)(V2)에서 배출되는 작동유체의 유동방향을 실린더(11)의 제1 입출구(12b) 또는 제2 입출구(13b) 방향으로 전환시킬 수 있다.The first common port 32a is connected to the first main pipe 21 and the second common port 32b is connected to the first inlet 12b and the second inlet 12b of the cylinder 12 through the second main pipe 22, The first inlet 34a is connected to the third connection pipe 23 and the second inlet 34b is connected to the first piezoelectric pump 40 to be described later via the fourth connection pipe 24, Respectively, to the first and second outlets 41a and 51b of the first and second piezoelectric pumps 50 and 50, respectively. The switching unit 30 switches the flow direction of the working fluid discharged from each of the pumping spaces V1 and V2 of the first piezoelectric pump 40 or the second piezoelectric pump 50 to the first inlet / (12b) or the second inlet (13b) Can be switched.

복수 개의 압전펌프는 서로 직렬 연결되는 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)로 이루어질 수 있다.The plurality of piezoelectric pumps may comprise a first piezoelectric pump (40) and a second piezoelectric pump (50) connected in series with each other.

제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)는 앞서 설명한 도 2 내지 도 9의 실시예가 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 구동장치에 적용된 상태를 간략하게 살펴보면, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)는 제1,2 펌핑공간(V1)(V2)을 가지며, 제1,2 펌핑공간(V1)(V2)은 전환유닛(30)과 연통되어 각 펌핑공간(V1)(V2)에서 펌핑되는 작동유체를 입출시키는 제1,2 유입구(41a)(51a)와 제1,2 유출구(51a)(51b)가 제1,2 펌프본체(41)(51)에 각각 형성될 수 있다. The first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 may be applied to the same embodiments as those of FIGS. 2 to 9 described above. The first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 have the first and second pumping spaces V1 and V2 and the first and second pumping spaces V1 and V2. V1 and V2 are connected to the switching unit 30 to connect the first and second inlets 41a and 51a to and from the first and second outlets 51a and 51b, ) 51b may be formed in the first and second pump bodies 41 and 51, respectively.

또, 제1,2 펌프본체(41)(51)에는 제1,2 압전스택(44)(54)이 설치되고, 제1,2 펌프본체(41)(51)의 일단에는 상기 펌핑공간(V1)(V2)이 형성되며, 펌핑공간(V1)(V2)과 유입구(41a)(51a) 및 유출구(41b)(51b) 사이에는 그 펌핑공간(V1)(V2)과 유입구(41a)(51a) 또는 펌핑공간(V1)(V2)과 유출구(41b)(51b) 사이를 선택적으로 개폐하는 밸브조립체((201)(202)가 각각 설치될 수 있다.The first and second pump main bodies 41 and 51 are provided with first and second piezoelectric stacks 44 and 54 and one end of the first and second pump main bodies 41 and 51 is connected to the pumping space V1 and V2 are formed between the pumping space V1 and V2 and the pumping space V1 and V2 between the inlet 41a and the outlet 41b and the outlet 41b 201 and 202 for selectively opening and closing the pumping space V1 and V2 and the outflow ports 41b and 51b, respectively.

제1 압전스택(44)과 제2 압전스택(54)은 적층형 압전스택으로 이루어져 후술할 펌프용 제어부(64)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 제1,2 압전스택(44)(54)은 펌프용 제어부(64)에 의해 인가되는 전원에 의해 각각 팽창 또는 수축하면서 각 펌핑공간(V1)(V2)의 사이 또는 이와 연결되는 전환유닛(30)에서 작동유체를 펌핑하게 된다.The first piezoelectric stack 44 and the second piezoelectric stack 54 are stacked piezoelectric stacks and can be electrically connected to a controller 64 for a pump to be described later. As a result, the first and second piezoelectric stacks 44 and 54 are expanded or contracted by a power source applied by the pump control unit 64, respectively, (30). ≪ / RTI >

제어유닛(60)은 전환유닛(30)을 제어하는 밸브용 제어부(62)와, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)의 각 압전스택(44)(54)를 제어하는 펌프용 제어부(64)로 이루어질 수 있다. The control unit 60 includes a valve control unit 62 for controlling the switching unit 30 and a control unit 62 for controlling the piezoelectric stacks 44 and 54 of the first and second piezoelectric pumps 40 and 50 And a controller 64 for the pump.

밸브용 제어부(62)는 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)에 대한 운전 방식에 관계없이 동일하게 제어될 수 있다. 즉, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 각각 압축, 분출, 팽창, 흡입의 네 단계로 구성되는 1주기 동작을 위상차 없이 동시에 진행하는 "동시구동"은 물론, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 상기 네 단계를 180도의 위상차를 두고 진행하는 "교차구동"시에도 제1,2 압전스택(44)(54)이 1주기 동작을 1회 진행하는 동안 밸브조립체에서도 역시 1회 전환동작을 진행하도록 제어될 수 있다. The valve control unit 62 can be controlled in the same manner regardless of the operation mode of the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50. [ That is, not only "simultaneous drive" in which the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 simultaneously carry out one cycle operation consisting of four stages of compression, ejection, expansion, and suction, Even when the piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are in the " cross drive mode " in which the four steps are performed with a phase difference of 180 degrees, the first and second piezoelectric stacks 44 and 54 perform the one- The valve assembly can also be controlled to proceed with a one-time switching operation during its travel.

펌프용 제어부(64)는 밸브용 제어부(62)와 서로 연동되도록 구성될 수 있다. 즉, 펌프용 제어부(64)는 밸브용 제어부(62)와 함께 작동유체가 제1 작동공간(12a)과 제2 작동공간(13a)으로 교차 유입될 수 있도록 제1 압전스택(44)과 제2 압전스택(54)에 전류를 인가하여 팽창과 수축을 제어할 수 있다.The pump control unit 64 may be configured to be interlocked with the valve control unit 62. That is, the pump control unit 64 controls the first and second piezoelectric stacks 44 and 44 so that the working fluid can flow into the first and second working spaces 12a and 13a together with the valve control unit 62, 2 piezoelectric stack 54 can be controlled to control the expansion and contraction.

상기와 같은 본 실시예에 의한 구동장치는 다음과 같이 동작된다.The driving apparatus according to the present embodiment as described above operates as follows.

즉, 제1,2 압전펌프(40)(50)에 전원이 인가되면 제1, 2 압전스택(44)(54)이 각 펌핑공간(42a)(52a)에서 각각 팽창 또는 수축을 하면서 압축(compression), 분출(exhaustion), 팽창(expansion) 및 흡입(intake)의 네 개의 단계를 1주기로 하는 펌핑운동을 실시하게 된다. That is, when power is applied to the first and second piezoelectric pumps 40 and 50, the first and second piezoelectric stacks 44 and 54 expand or contract in the pumping spaces 42a and 52a, respectively, the pumping operation is carried out with four cycles of compression, exhaustion, expansion and intake as one cycle.

그러면, 제1,2 압전펌프(40)(50)에서 펌핑되는 작동유체는 전환유닛(30)에 의해 실린더(11)의 제1 작동공간(12a) 또는 제2 작동공간(13a)으로 유입되는 반면, 작동유체가 유입되지 않는 다른 쪽 작동공간의 작동유체는 전환유닛(30)에 의해 제1 압전펌프(40)의 제1 펌핑공간(V1) 또는 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2)으로 회수되는 일련의 과정을 반복하게 된다. The working fluid pumped by the first and second piezoelectric pumps 40 and 50 is then introduced into the first working space 12a or the second working space 13a of the cylinder 11 by the switching unit 30 On the other hand, the working fluid in the other working space in which no working fluid flows is supplied to the first pumping space V1 of the first piezoelectric pump 40 or the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 by the switching unit 30, And recycled to the space V2.

이때, 실린더(11)의 제1 작동공간(12a) 또는 제2 작동공간(13a)으로 유입되는 작동유체에 의해 양쪽 작동공간 내 압력차가 발생되고, 이 압력차에 따라 출력유닛(10)의 피스톤(15)이 실린더(11)에서 왕복운동을 하면서 피스톤로드(16)를 통해 외부로 구동력을 전달하게 된다. At this time, a working fluid flowing into the first working space 12a or the second working space 13a of the cylinder 11 generates a pressure difference in both working spaces, and according to the pressure difference, the piston of the output unit 10 (15) reciprocates in the cylinder (11) and transmits the driving force to the outside through the piston rod (16).

한편, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)는 두 압전펌프가 위상차 없이 동일한 위상으로 운전하는 "동시구동"방식으로 작동을 하거나, 또는 두 압전펌프가 180도의 위상차를 두고 운전하는 "교차구동"방식으로 작동을 할 수 있다. 도 11a는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 동시구동하는 과정을, 도 11b는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 교차구동하는 과정을 각각 보인 계통도이다. On the other hand, the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 operate in a " simultaneous drive " manner in which two piezoelectric pumps operate in the same phase without phase difference, or two piezoelectric pumps operate with a phase difference of 180 degrees Quot; cross-drive " mode. FIG. 11A shows a process of simultaneously driving the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump, and FIG. 11B shows a process of crossing the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump.

먼저, 도 11a와 같이, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 동시구동 방식으로 운전을 하게 되면, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 동시에 압축-분출 단계를 진행함에 따라, 제2 압전펌프(50)의 제2 유입구(51a)를 개폐하는 밸브조립체(201)가 닫힌 상태를 유지하게 된다. 11A, when the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 operate in a simultaneous drive mode, the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 simultaneously compress - As the jetting step proceeds, the valve assembly 201, which opens and closes the second inlet 51a of the second piezoelectric pump 50, remains closed.

이에 따라, 제1 압전펌프(40)에서 펌핑되는 작동유체가 서브관(25)으로 이동을 하지만, 이 작동유체는 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2)으로 유입되지 못하게 된다. 이로써, 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2) 내 작동유체만 실린더(11)의 제1 작동공간(12a) 또는 제2 작동공간(13a)으로 이동함에 따라, 실린더(11)의 작동공간측 압력은 단일 압전펌프의 경우와 크게 다르지 않게 된다. 이때, 복수 개의 압전펌프(40)(50)를 적용함에 따라 발생되는 압력 손실 등을 고려하면, 단일 압전펌프를 적용하는 경우보다 실린더 내 압력이 낮아질 수도 있다. 따라서, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 직렬로 연결되어 위상차 없이 동시에 구동하는 소위 "동시구동-직렬연결"되는 압전펌프 구동장치에서 최종 토출 압력과 유량은 아래와 같은 관계식으로 표현할 수 있다. 이하에서는, 제1 압전펌프(40), 제2 압전펌프(50)가 토출하는 압력을 각각 P1, P2라고 하고, 토출하는 유량을 각각 Q1, Q2라고 하며, 총 토출하는 압력과 유량을 Pd, Qd 라고 한다.As a result, the working fluid pumped by the first piezoelectric pump 40 moves to the sub-pipe 25, but this working fluid is prevented from flowing into the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 . As a result, only the working fluid in the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 moves to the first working space 12a or the second working space 13a of the cylinder 11, The working-space-side pressure of the piezoelectric pump is not greatly different from that of the single piezoelectric pump. In this case, the pressure in the cylinder may be lower than that in the case of applying a single piezoelectric pump, considering the pressure loss and the like generated by applying the plurality of piezoelectric pumps 40 and 50. Therefore, in the so-called " simultaneous drive-series connection " in which the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are connected in series and simultaneously driven without phase difference, the final discharge pressure and the flow rate are expressed by the following relational expressions . Hereinafter, the pressures discharged by the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are referred to as P 1 and P 2 , respectively, and the discharging flow rates are referred to as Q 1 and Q 2 , respectively, Let P d , Q d .

[수학식 4]&Quot; (4) "

Pd-syn-series < P1 or P2 P d-syn-series <P 1 or P 2

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Qd-syn-series < Q1 or Q2 Q d-syn-series <Q 1 or Q 2

다음, 도 11b와 같이, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 직렬연결된 상태에서 180도의 위상차를 가지고 운전하는 소위 "교차구동-직렬연결" 방식으로 운전을 하게 되면, 제1 압전펌프(40)의 제1 펌핑공간(V1)과 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2)이 팽창-흡입 단계와 압축-분출 단계를 번갈아 진행하게 된다. 이에 따라, 제1 압전펌프(40)의 제1 펌핑공간(V1)에서 펌핑되는 작동유체가 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2)으로 이동한 후, 그 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V1) 내 작동유체와 함께 실린더의 작동공간으로 이동하게 된다. 이에 따라, 실린더(11)의 작동공간(12a)(13a)으로 이동하는 작동유체의 압력은 단일 압전펌프의 경우에 비해 2배 가까이 된다. 다만, 압력손실을 고려하면 단일 펌프에서 토출하는 압력의 2배보다는 작을 수 있고, "교차구동-직렬연결"되는 압전펌프 구동장치의 최종 토출 압력을 식으로 보면 아래와 같다.Next, as shown in Fig. 11B, when the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are operated in a so-called " cross drive-serial connection " The first pumping space V1 of the first piezoelectric pump 40 and the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 alternate between the expansion-sucking step and the compression-sucking step. Thereby, after the working fluid pumped in the first pumping space V1 of the first piezoelectric pump 40 is moved to the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50, 50 to the working space of the cylinder together with the working fluid in the second pumping space V1. Accordingly, the pressure of the working fluid moving to the working spaces 12a, 13a of the cylinder 11 becomes twice as much as that of the single piezoelectric pump. However, considering the pressure loss, it may be smaller than twice the pressure of the single pump, and the final discharge pressure of the piezoelectric pump drive system with "cross drive-series connection" is as follows.

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Pd-cross-series ≤ P1 + P2 P d-cross-series ≤ P 1 + P 2

이때, "교차구동-직렬연결" 방식에 따른 각 압전펌프에서 배출하는 유량은 베르누이 방정식과 질량보존의 법칙에 의하면 다음과 같다.At this time, the flow rate of each piezoelectric pump according to the "cross drive-series connection" method is determined by the Bernoulli equation and the law of conservation of mass As follows.

[수학식 7]&Quot; (7) &quot;

Figure 112016115774848-pat00004
Figure 112016115774848-pat00004

Figure 112016115774848-pat00005
Figure 112016115774848-pat00005

Figure 112016115774848-pat00006
Figure 112016115774848-pat00006

여기서 Cv는 유량계수, A는 유량 통과 면적, ρ는 유체 밀도이다. 만약 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 토출 능력이 같다면 그 관계식은 다음과 같다.Where Cv is the number of flowmeters, A is the flow passage area, and ρ is the fluid density. If the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 have the same discharge capability, the relational expression is as follows.

[수학식 8]&Quot; (8) &quot;

Figure 112016115774848-pat00007
Figure 112016115774848-pat00007

즉, 이상적인 상태에서 본 실시예에 따른 압전펌프 구동장치의 "교차구동-직렬연결" 방식에서 총 토출 압력은 단일 압전펌프 구동장치에서 토출되는 압력의 거의 2배 가까이 되고 유량은 약 1.4배가 될 수 있다.That is, in the " crossover drive-serial connection " mode of the piezoelectric pump drive apparatus according to the present embodiment, in the ideal state, the total discharge pressure is nearly twice the pressure discharged from the single piezoelectric pump drive apparatus and the flow rate is about 1.4 times have.

상기와 같은 본 실시예에 따른 더블 압전펌프 구동장치에서 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 직렬로 연결되는 경우, 두 압전펌프(40)(50)를 동시에 구동하는 동시구동 방식에서는 압전펌프에서 배출되는 작동유체의 압력과 유량이 종래의 단일 압전펌프 구동장치에 비해 향상되지 않는다. 하지만, 두 압전펌프를 일정 위상차를 두고 구동하는 교차구동 방식에서는 압전펌프에서 배출되는 작동유체의 압력과 총유량이 각각 최대 2배 및 1.4배 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서, 두 개의 압전펌프를 직렬로 연결하더라도 운전 방식에 따라서는 더블 압전펌프 구동장치의 성능이 크게 개선될 수 있다.When the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are connected in series in the double piezoelectric pump driving apparatus according to the present embodiment as described above, the two piezoelectric pumps 40 and 50 are simultaneously driven In the driving method, the pressure and the flow rate of the working fluid discharged from the piezoelectric pump are not improved as compared with the conventional single piezoelectric pump driving apparatus. However, in the case of the cross drive method in which the two piezoelectric pumps are driven with a certain phase difference, the pressure of the working fluid discharged from the piezoelectric pump and the total flow amount are increased by a maximum of 2 times and 1.4 times, respectively. Therefore, even if two piezoelectric pumps are connected in series, the performance of the double piezoelectric pump driving apparatus can be greatly improved depending on the operation mode.

한편, 본 발명에 발명에 의한 더블 압전펌프 구동장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다. In the meantime, another embodiment of the double piezoelectric pump driving apparatus according to the present invention is as follows.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 직렬 연결되는 것이었으나, 본 실시예는 도 12에서와 같이 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 병렬 연결되는 것이다. That is, in the above-described embodiment, the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are connected in series. However, in this embodiment, the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50, (50) are connected in parallel.

이 경우, 더블 압전펌프 구동장치를 이루는 구성요소들은 대부분 동일하게 이루어진다. 다만, 서브연결관은 전술한 실시예와 달리 제1 서브관(26)과 제2 서브관(27)으로 이루어져, 제1 서브관(26)은 제3 메인관(23)의 중간에서 분관되어 제2 압전펌프(50)의 제2 유입구(51a)에 연결되고, 제2 서브관(27)은 제4 메인관(24)의 중간에서 분관되어 제1 압전펌프(40)의 제1 배출구(41b)에 연결될 수 있다.In this case, most of the components constituting the double piezoelectric pump driving apparatus are made in the same manner. Unlike the previous embodiment, the sub-connection pipe comprises a first sub-pipe 26 and a second sub-pipe 27, and the first sub-pipe 26 is branched from the middle of the third main pipe 23 Is connected to the second inlet 51a of the second piezoelectric pump 50 and the second sub pipe 27 is branched from the middle of the fourth main pipe 24 to be connected to the first outlet of the first piezoelectric pump 40 41b.

상기와 같이 병렬 연결된 더블 압전펌프 구동장치의 경우에도 전술한 실시예와 같이 동시구동을 하거나 또는 교차구동할 수 있다. 도 13a는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 동시구동하는 과정을, 도 13b는 제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 교차구동하는 과정을 각각 보인 계통도이다. In the case of the double piezoelectric pump driving apparatus connected in parallel as described above, it is possible to perform simultaneous driving or cross driving as in the above embodiment. FIG. 13A shows a process of simultaneously driving the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump, and FIG. 13B shows a process of cross-driving the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump.

먼저, 도 13a와 같이, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 "동시구동-병렬연결" 방식으로 운전을 하게 되면, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 동시에 압축-분출 단계를 진행함에 따라 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)에서 각각의 작동유체가 실린더(11)의 제1 작동공간(12a) 또는 제2 작동공간(13a)으로 이동을 하게 된다. 이에 따라, 실린더(11)의 작동공간으로 이동하는 작동유체의 압력은 단일 압전펌프 구동장치에서의 압력과 동일하지만, 유량은 2배 정도가 되거나 에너지 손실 등을 감안하면 2배보다 약간 적을 수 있다. 이와 같이 "동시구동-병렬연결" 방식에서의 최종 토출 압력과 유량을 식으로 보면 다음과 같다.13A, when the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 operate in the "simultaneous drive-parallel connection" manner, the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 The working fluid in each of the first and second piezoelectric pumps 40 and 50 is supplied to the first working space 12a of the cylinder 11 or the second working space 12b of the cylinder 11, (13a). Accordingly, the pressure of the working fluid moving to the working space of the cylinder 11 is equal to the pressure of the single piezoelectric pump driving device, but the flow rate may be about twice or less than twice as much as the energy loss etc. . The final discharge pressure and flow rate in the "simultaneous drive-parallel connection" system are as follows.

[수학식 9]&Quot; (9) &quot;

Pd-syn-paral < P1 or P2 P d-syn-paral < P 1 or P 2

[수학식 10]&Quot; (10) &quot;

Qd-syn-paral < Q1 + Q2 Q d-syn-paral < Q 1 + Q 2

다음, 도 13b와 같이, 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 "교차구동-병렬연결" 방식으로 운전을 하게 되면, 제1 압전펌프(40)의 제1 펌핑공간(V1)과 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2)이 팽창-흡입 단계와 압축-분출 단계를 번갈아 진행하게 된다. 이에 따라, 제1 압전펌프(40)의 제1 펌핑공간(V1) 내 작동유체와 제2 압전펌프(50)의 제2 펌핑공간(V2) 내 작동유체는 독립적으로 실린더(11)의 작동공간으로 이동하게 되어, 실린더(11)의 작동공간으로 유입되는 작동유체의 압력은 단일 압전펌프의 경우와 대략 동일할 수 있다. 다만, 이 경우에는 제4 메인관(24)과 제2 서브관(27)이 분관되는 지점에서 병목구간이 발생되어, 제1 압전펌프(40)에서 분출되는 작동유체와 제2 압전펌프(50)에서 분출되는 작동유체가 만나게 되고, 이로 인해 작동유체의 압력손실이 발생하여 최종 압력은 단일 압전펌프 구동장치의 경우와 같거나 낮아질 수 있다. Next, as shown in FIG. 13B, when the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 operate in the "cross drive-parallel connection" manner, the first pumping space V1 of the second piezoelectric pump 50 and the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 alternate between the expansion-sucking step and the compression-sucking step. The working fluid in the first pumping space V1 of the first piezoelectric pump 40 and the working fluid in the second pumping space V2 of the second piezoelectric pump 50 are independently supplied to the operating space of the cylinder 11 So that the pressure of the working fluid flowing into the operating space of the cylinder 11 can be approximately equal to that of the single piezoelectric pump. In this case, a bottleneck section is generated at a point where the fourth main pipe 24 and the second sub pipe 27 are branched, and the working fluid ejected from the first piezoelectric pump 40 and the working fluid ejected from the second piezoelectric pump 50 The pressure of the working fluid is generated, so that the final pressure can be equal to or lower than that of the single piezoelectric pump driving device.

같은 원리로 "교차구동-병렬연결" 방식에서 더블 압전펌프 구동장치가 토출하는 유량은 단일 압전펌프 구동장치의 경우에 비해 대략 2배 정도가 될 수 있지만, 에너지 손실로 유량은 단일 압전펌프 구동장치의 경우에서의 유량보다 2배보다 작게 될 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따른 "동시구동-병렬연결" 방식의 경우에는 도 13a에서와 같이 제1 압전펌프(40)의 출구에서 충돌이 생기므로 "동시구동-병렬연결" 방식의 압력 및 유량은 "교차구동-병렬연결" 방식에서의 토출 압력 및 유량보다 작을 수 있다. 이를 식으로 보면 다음과 같다.In the same principle, the flow rate of the double piezoelectric pump driving device in the "cross drive-parallel connection" method can be approximately twice as large as that in the case of the single piezoelectric pump driving device, The flow rate in the case of FIG. However, in the case of the " simultaneous drive-parallel connection " method according to the present embodiment, since the collision occurs at the outlet of the first piezoelectric pump 40 as shown in FIG. 13A, the pressure and flow rate of the " May be less than the discharge pressure and flow rate in the " cross drive-parallel connection " The following is the expression.

[수학식 11]&Quot; (11) &quot;

Pd-syn-paral < Pd-cross-paral ≤ P1 or P2 P d-syn-paral <P d-cross-paral ≤ P 1 or P 2

[수학식 12]&Quot; (12) &quot;

Qd-syn-paral < Qd-cross-paral ≤ Q1 + Q2 Q d-syn-paral < Q d-cross-paral Q 1 + Q 2

상기와 같은 본 실시예에 따른 더블 압전펌프 구동장치에서 제1 압전펌프(40)와 제2 압전펌프(50)가 병렬로 연결되는 경우, 두 압전펌프를 동시에 구동하는 동시구동 방식에서는 압전펌프에서 배출되는 작동유체의 유량은 종래의 단일 압전펌프 구동장치에 비해 2배 가까이 향상되지만 압력은 동일하거나 낮아질 수 있다. 하지만, 또, 두 압전펌프를 일정 위상차를 두고 구동하는 교차구동 방식에서도 전술한 "동시구동-병렬연결"의 경우와 같이 압전펌프에서 배출되는 작동유체의 압력은 동일하거나 낮아질 수 있으나 실린더로 유입되는 작동유체의 유량은 2배 가까이 증가될 수 있다. 따라서, 두 개의 압전펌프를 병렬로 연결하는 경우는 운전 방식에 관계없이 작동유체의 유량이 증가되는 것을 알 수 있다.When the first piezoelectric pump 40 and the second piezoelectric pump 50 are connected in parallel in the double piezoelectric pump drive apparatus according to the present embodiment as described above, in the simultaneous drive method of simultaneously driving the two piezoelectric pumps, The flow rate of the working fluid to be discharged is improved to about twice that of the conventional single piezoelectric pump drive device, but the pressure can be the same or lower. However, as in the case of the above-mentioned " simultaneous drive-parallel connection ", the pressure of the working fluid discharged from the piezoelectric pump may be the same or lower than that in the case of the cross drive system in which the two piezoelectric pumps are driven with a predetermined phase difference. However, The flow rate of the working fluid can be increased to nearly two times. Therefore, it can be seen that when the two piezoelectric pumps are connected in parallel, the flow rate of the working fluid increases regardless of the operation mode.

한편, 출력유닛에서 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동을 함에 따라 피스톤의 왕복운동은 전체 시스템의 성능을 결정하게 된다. 따라서, 실린더의 직경은 시스템의 구동력과 구동 속도에 많은 영향을 끼치게 된다. On the other hand, as the piston reciprocates in the cylinder in the output unit, the reciprocation of the piston determines the performance of the overall system. Therefore, the diameter of the cylinder greatly affects the driving force and the driving speed of the system.

실린더의 적정 직경은 아래와 같은 수학적 모델링을 통해 얻을 수 있다. 본 실시예에서 수학적 모델링은 주로 압전 펌프와 유압 실린더에서 도출된 공식들을 사용하였다. 유체의 유효한 체적 탄성률의 공식은 아래와 같다.The proper diameter of the cylinder can be obtained by the following mathematical modeling. In the present embodiment, mathematical modeling mainly uses formulas derived from a piezoelectric pump and a hydraulic cylinder. The effective volumetric modulus of the fluid is given by:

[수학식 13]&Quot; (13) &quot;

Figure 112016115774848-pat00008
Figure 112016115774848-pat00008

Figure 112016115774848-pat00009
Figure 112016115774848-pat00009

여기서, βeff는 유효 체적탄성률, βfluid 및 βair는 유체 및 공기의 체적탄성률, △P는 압력변화량, △V는 체적변화량, x는 공기 함유량 백분율, t는 유관의 두께, D는 유관의 직경, E는 유관의 탄성률을 나타낸다. Where β eff is the effective volume modulus, β fluid and β air are the bulk modulus of the fluid and air, ΔP is the pressure variation, ΔV is the volume variation, x is the percentage of air content, t is the thickness of the tube, Diameter, and E represents the elastic modulus of the pipe.

높은 유체탄성률은 유체 강성과 공진 주파수를 증가시키고 압력손실을 감소시킨다. 시스템의 체적탄성률이 줄어드는 주요 원인은 시스템 내부에 있는 공기를 완전히 제거하지 못하였기 때문이다. 이를 감안하여, 본 실시예에서는 내부 공기 등을 고려하여 체적탄성률을 0.2GPa로 설정하였다. 펌프본체의 유체 강성은 아래식으로 표현할 수 있다.High fluid modulus increases fluid stiffness and resonant frequency and reduces pressure loss. The main reason for the decrease in the volumetric elastic modulus of the system is that it does not completely remove the air inside the system. In consideration of this, in the present embodiment, the volume elastic modulus is set to 0.2 GPa in consideration of the internal air and the like. The fluid stiffness of the pump body can be expressed by the following equation.

[수학식 14]&Quot; (14) &quot;

Figure 112016115774848-pat00010
Figure 112016115774848-pat00010

여기서, β는 체적탄성률, Achamber은 펌핑공간의 면적, Lchamber는 펌핑공간의 길이이다. 압전스택을 펌프본체에 넣을 때 실제 압전스택의 변위와 힘은 아래식으로 표시할 수 있다.Where β is the bulk modulus, A chamber is the area of the pumping space, and L chamber is the length of the pumping space. The displacement and the force of the actual piezoelectric stack when the piezoelectric stack is put into the pump body can be expressed by the following equation.

[수학식 15]&Quot; (15) &quot;

Figure 112016115774848-pat00011
Figure 112016115774848-pat00011

[수학식 16]&Quot; (16) &quot;

FO = Fb - δO ×Kstack F O = F b - δ O × K stack

여기서, Kstack과 Kchamber은 압전스택과 펌프본체의 강성, δO는 하중상태에서 압전스택의 변위, δfree는 무하중 상태에서의 최대 변위, FO는 실제 펌핑공간 안에서 생성한 힘, Fb는 압전스택이 최대 힘이다. 따라서 단일펌프가 생성하는 압력은 아래식으로 표시할 수 있다.In this case, K stack and K chamber are the stiffness of the piezoelectric stack and the pump body, δ O is the displacement of the piezoelectric stack in the load state, δ free is the maximum displacement in the no-load state, F O is the force generated in the actual pumping space, b is the maximum force of the piezoelectric stack. Therefore, the pressure generated by a single pump can be expressed by the following equation.

[수학식 17]&Quot; (17) &quot;

Figure 112016115774848-pat00012
Figure 112016115774848-pat00012

실린더의 구동력과 속도는 각각 아래식으로 표시할 수 있다.The driving force and speed of the cylinder can be expressed by the following equations.

[수학식 18]&Quot; (18) &quot;

Fext = Ppump × Aext F ext = P pump x A ext

[수학식 19]&Quot; (19) &quot;

Figure 112016115774848-pat00013
Figure 112016115774848-pat00013

여기서, Qpump 는 단일 펌프에서 토출하는 유량이다. 여기서 Aext는 실린더의 내부 횡단면적이며 아래식으로 표현 할 수 있다.Here, Q pump is the flow rate discharged from a single pump. Where A ext is the internal cross-sectional area of the cylinder and can be expressed as:

[수학식 20]&Quot; (20) &quot;

Aext = 0.25 × π(d2 cylinder - d2 shaft)A ext = 0.25 x? (D 2 cylinder - d 2 shaft )

여기서 dcylinder과 dshaft는 각각 실린더와 피스톤로드의 직경이다. 유체의 점성, 관성, 마찰에 의한 손실 및 밸브에 의한 압력 손실은 고려하지 않았다.Where d cylinder and d shaft are the diameter of the cylinder and piston rod, respectively. Fluid viscosity, inertia, friction losses and valve pressure losses were not considered.

이를 통해, 기타 조건이 일정할 때, [수학식 15] 및 [수학식 16]에서 실린더의 내부 횡단면적이 클수록 구동장치의 구동력이 커지고, 구동속도는 작아진다. 이를 통해 실린더의 직경이 시스템의 성능에 아주 큰 영향을 끼치는 것을 알 수 있다.Accordingly, when the other conditions are constant, the driving force of the driving device becomes larger and the driving speed becomes smaller as the inner cross-sectional area of the cylinder in Equations (15) and (16) becomes larger. It can be seen that the diameter of the cylinder has a great influence on the performance of the system.

한편, "교차구동-직렬연결"의 경우 이상적인 조건에서 두 펌프(40)(50)가 토출하는 압력은 아래의 식으로 표현할 수 있다.On the other hand, in the case of " cross drive-series connection ", the pressure discharged by the two pumps 40 and 50 under ideal conditions can be expressed by the following equation.

[수학식 21]&Quot; (21) &quot;

Pd = 2×Ppump P d = 2 x P pump

여기서 Pd는 2개의 압전펌프를 적용한 압전펌프-유압 하이브리드 구동 장치(이하, 더블 압전펌프 구동장치)의 토출 압력이다. Here, P d is the discharge pressure of the piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive device (hereinafter referred to as a double piezoelectric pump drive device) to which two piezoelectric pumps are applied.

이는, 1개의 압전펌프를 적용한 압전펌프-유압 하이브리드 구동장치(이하, 단일 압전펌프 구동장치)의 결과를 바탕으로 직경이 21mm인 실린더를 사용하면 더블 압전펌프 구동장치의 구동력이 단일 압전펌프 구동장치에 비해 두 배 정도가 될 수 있슴을 알 수 있다.This is because, if a cylinder having a diameter of 21 mm is used based on the results of a piezoelectric pump-hydraulic hybrid drive apparatus (hereinafter referred to as a single piezoelectric pump drive apparatus) to which one piezoelectric pump is applied, the driving force of the double piezoelectric- It can be doubled.

또, 교차구동-병렬연결에서 이상적인 조건하에 두 펌프가 토출하는 유량은 아래의 식으로 표현할 수 있다.The flow rate of two pumps under ideal conditions in the cross drive-parallel connection can be expressed by the following equation.

[수학식 22]&Quot; (22) &quot;

Qd = 2 × Qpump Q d = 2 x Q pump

더블 압전펌프 구동장치에서 실린더의 속도가 단일 압전펌프 구동장치에서의 실린더 속도와 같다고 가정하면 다음 식을 얻을 수 있다. Assuming that the speed of the cylinder in the double piezoelectric pump drive equals the cylinder speed in a single piezoelectric pump drive, the following equation can be obtained.

[수학식 23]&Quot; (23) &quot;

Figure 112016115774848-pat00014
Figure 112016115774848-pat00014

[수학식 25]&Quot; (25) &quot;

Aext1 = 2×AAext A ext1 = 2 x A Aext

[수학식 26]&Quot; (26) &quot;

Aext1 = 0.25 ×π×(d2 cylinder1 - d2 shaft)A ext1 = 0.25 x? X (d 2 cylinder 1 - d 2 shaft )

여기서 Aext1과 dcylinder1는 큰 실린더의 내부 횡단면적과 직경이다. [수학식 24], [수학식 25] 및 [수학식 20]를 이용하면 큰 실린더의 직경을 계산할 수 있는데 29.1mm 정도가 된다. 제작상의 편이를 위해 큰 실린더의 직경을 30mm로 설정할 수 있다.Where A ext1 and d cylinder1 are the internal cross-sectional area and diameter of the large cylinder. Using the equations (24), (25) and (20), the diameter of a large cylinder can be calculated to be about 29.1 mm. The diameter of the large cylinder can be set to 30 mm for ease of production.

그러면, "교차구동-직렬연결"에서는 더 큰 구동력을 얻기 위해 직렬연결에 직결 30mm의 실린더를 사용할 경우, 두 펌프를 연결하는데 사용하는 서브 연결관에서의 손실을 고려하면 [수학식 8], [수학식 22]에서처럼 직렬연결에서는

Figure 112016115774848-pat00015
배, 병렬연결에서는 2배의 속도가 되지 않음을 알 수 있다.Then, in case of using a 30 mm cylinder directly connected to the series connection in order to obtain a larger driving force in the " crossover drive-serial connection &quot;, considering the loss in the sub connection pipe used to connect the two pumps, As in Equation 22,
Figure 112016115774848-pat00015
It can be seen that the speed is not doubled in the case of a doubly connected parallel connection.

한편, 단일 압전펌프의 최대 구동력과 최대 구동속도를 기반으로 하면 본 실시예에 따른 작동 모드의 성능을 예측할 수 있다. 이 경우, 위와 같은 수학적 모델링을 기반으로 LabVIEW 소프트웨어를 이용하여 아래의 [표 2]와 같이 예측할 수 있다. [표 2]는 구동력과 구동속도의 성능예측 표이다. 예측 결과 교차구동-직렬연결-실린더직경21mm에서 최대 구동력은 1614N, 최대속도는 65.5mm/s로 계산되었고, 교차구동-병렬연결-실린더직경30mm에서의 최대 구동력은 1718N, 최대 구동속도는 42.1mm/s이며, 교차구동-직렬연결-실린더직경30mm의 최대구동력은 3444N, 최대 구동속도는 34mm/s임을 알 수 있다.On the other hand, the performance of the operation mode according to the present embodiment can be predicted based on the maximum driving force and the maximum driving speed of the single piezoelectric pump. In this case, based on the above mathematical modeling, you can use LabVIEW software to predict as shown in [Table 2] below. [Table 2] shows performance prediction tables of driving force and driving speed. As a result, the maximum driving force was 1614 N and the maximum speed was 65.5 mm / s at a cylinder diameter of 21 mm, and the maximum driving force was 1718 N at a cylinder diameter of 30 mm, and the maximum driving speed was 42.1 mm / s, and it can be seen that the maximum driving force of the cross driving-series connecting-cylinder diameter 30 mm is 3444 N and the maximum driving speed is 34 mm / s.

종류
Kinds
최대 구동력(N)Maximum driving force (N) 최대 구동속도(mm/s)Maximum driving speed (mm / s)
예측prediction 실험 보상Experimental compensation 예측prediction 실험 보상Experimental compensation 단일펌프(결과)Single pump (result) 16911691 807807 4040 54.054.0 교차-직렬(21mm)Cross-series (21mm) 33833383 16141614 5757 65.565.5 교차-병렬(30mm)Cross-parallel (30mm) 36093609 17181718 3838 42.142.1 교차-직렬30mm)Cross-serial 30mm) 72127212 34443444 3131 34.034.0

상기와 같이 복수 개의 압전펌프가 적용되어 교차-직렬, 교차-병렬 방식으로 운전되는 경우에도 앞서 설명한 도 2 내지 도 9의 압전펌프가 적용되면 밸브조립체에서의 와류를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 유체가 정체되지 않고 신속하게 유입되나 유출되도록 할 수 있다. 이에 따라, 각 압전펌프에서의 유속이 증가하게 되면서 펌핑성능이 향상될 수 있고, 이를 통해 구동장치의 효율이 향상되어 소형 비행물체나 로켓 시스템 등 비교적 가볍고 높은 출력을 요구하는 장비에 적용할 수 있다.In the case where a plurality of piezoelectric pumps are applied as described above to operate in the cross-series or cross-parallel manner, if the piezoelectric pumps of FIGS. 2 to 9 described above are applied, the vapors in the valve assembly can be prevented in advance It is possible to allow the fluid to flow quickly but not stagnant. Accordingly, as the flow rate of each piezoelectric pump increases, the pumping performance can be improved. Thus, the efficiency of the drive device can be improved and the present invention can be applied to a device requiring relatively light and high output such as a small flying object or a rocket system .

한편, 전술한 실시예에서는 복수 개의 압전펌프가 전환유닛을 통해 실린더와 연결되는 경우에 도 2 내지 도 9의 압전펌프가 적용되는 예를 살펴보았으나, 경우에 따라서는 한 개의 압전펌프가 전환유닛을 통해 실린더와 연결되는 경우에도 앞서 설명한 도 2 내지 도 9의 압전펌프가 적용될 수 있다. 이 경우에도 앞서 복수 개의 압전펌프가 적용되는 경우와 같은 효과를 기대할 수 있다.In the above-described embodiment, the piezoelectric pumps of FIGS. 2 to 9 are applied to a case where a plurality of piezoelectric pumps are connected to a cylinder through a switching unit. However, in some cases, The piezoelectric pump of Figs. 2 to 9 described above can be applied. In this case as well, the same effect as in the case where a plurality of piezoelectric pumps are applied in advance can be expected.

Claims (11)

유입통구가 형성되는 제1 밸브 플레이트;
상기 유입통구와 연통되도록 유출통구가 형성되는 제2 밸브 플레이트; 및
상기 제1 밸브 플레이트와 제2 밸브 플레이트 사이에 고정되는 고정부, 일단이 상기 고정부에서 연장되는 고정단을 이루고 타단이 자유단을 이루며 상기 유입통구와 유출통구 사이에 위치하여 상기 유입통구의 압력과 상기 유출통구의 압력 사이의 차이에 따라 펴져 상기 유입통구를 차단하거나 또는 휘어져 상기 유입통구를 개방시키는 개폐부를 가지는 밸브판체;를 포함하고,
상기 개폐부의 단부에는 상기 유입통구를 통과하는 유체를 상기 유출통구 방향으로 안내하도록 안내부가 형성되며,
상기 안내부는 상기 개폐부의 자유단에서 상기 고정단을 향해 굽혀져 형성되며,
상기 안내부의 길이는 상기 유출통구의 직경보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
A first valve plate on which an inflow port is formed;
A second valve plate having an outlet port communicating with the inlet port; And
A fixing part fixed between the first valve plate and the second valve plate, a fixed end having one end extending from the fixed part and a free end having a free end, the pressure control part being located between the inflow port and the inflow port, And a valve plate member having an opening and closing part that is expanded in accordance with a difference between the pressure of the outlet port and the inlet port to block or bend to open the inlet port,
A guide portion is formed at an end portion of the opening / closing portion so as to guide the fluid passing through the inlet port in the outflow port direction,
Wherein the guide portion is formed by being bent from a free end of the opening / closing portion toward the fixed end,
And the length of the guide portion is formed to be smaller than or equal to the diameter of the outflow port.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 안내부의 굽힘각은 그 안내부가 최대 열림높이에서 상기 안내부의 상면에 대한 길이방향 가상선과 상기 유출통구의 중심선이 이루는 각이 90도보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein a bending angle of the guide portion is formed such that an angle formed by a longitudinal imaginary line of the guide portion with respect to the upper surface of the guide portion and a center line of the outlet tube is less than or equal to 90 degrees at a maximum opening height of the guide portion.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 밸브 플레이트와 접하는 상기 제2 밸브 플레이트의 일측면에는 상기 개폐부가 휘어져 열릴 때 그 개폐부와 안내부가 수용되도록 소정의 넓이와 깊이를 가지는 밸브홈이 형성되고,
상기 밸브홈에 상기 유입통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
The method according to claim 1,
A valve groove having a predetermined width and depth is formed on one side surface of the second valve plate in contact with the first valve plate so as to accommodate the opening and closing portions and the guide portion when the opening and closing portion is bent,
And the inlet port is formed in the valve groove.
제1항에 있어서,
상기 제1 밸브 플레이트에는 제1 유입통구와 제2 유출통구가 형성되고, 상기 제2 밸브 플레이트에는 제2 유입통구와 제1 유출통구가 형성되며,
상기 밸브판체에는 상기 제1 및 제2 유입통구 사이에 위치하는 제1 개폐부 및 상기 제1 및 제2 유출통구 사이에 위치하는 제2 개폐부가 형성되고, 상기 제1 개폐부와 제2 개폐부에는 각각 제1 안내부와 제2 안내부가 형성되며,
상기 제1 안내부와 제2 안내부는 서로 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the first valve plate has a first inlet port and a second outlet port formed therein, a second inlet port and a first outlet port are formed in the second valve plate,
Wherein the valve plate body is formed with a first opening and closing part located between the first and second inlet openings and a second opening and closing part located between the first and second outlet openings, 1 guide portion and a second guide portion are formed,
Wherein the first guide portion and the second guide portion are formed in opposite directions to each other.
작동유체가 수용되는 작동공간이 구비되고, 그 작동공간으로 유입되는 작동유체의 압력차에 따라 발생되는 구동력을 외부로 전달하는 출력유닛;
상기 출력유닛에 연결되어 그 출력유닛의 작동공간에 작동유체를 안내하는 연결유닛;
상기 연결유닛의 중간에 결합되어 상기 작동유체의 유동방향을 전환하는 전환유닛;
상기 전환유닛을 사이에 두고 상기 연결유닛에 의해 상기 출력유닛에 연결되는 제1 압전펌프;
상기 전환유닛을 사이에 두고 상기 연결유닛에 의해 상기 출력유닛에 연결되는 동시에 상기 제1 압전펌프에 연결되는 제2 압전펌프; 및
상기 밸브조립체와 제1 압전펌프 그리고 제2 압전펌프를 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에는 상기 제1항, 제4항, 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항의 밸브조립체가 구비되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치.
An output unit that is provided with a working space in which a working fluid is accommodated and transmits a driving force generated according to a pressure difference of the working fluid flowing into the working space to the outside;
A connection unit connected to the output unit for guiding the working fluid to the working space of the output unit;
A switching unit coupled to the connecting unit to switch a flow direction of the working fluid;
A first piezoelectric pump connected to the output unit by the connecting unit via the switching unit;
A second piezoelectric pump connected to the output unit by the connection unit via the switching unit and connected to the first piezoelectric pump; And
And a control unit for controlling the valve assembly, the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump,
Wherein the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are provided with the valve assembly according to any one of claims 1, 4 and 6 to 7.
제8항에 있어서,
상기 연결유닛은 상기 밸브조립체를 사이에 두고 상기 출력유닛을 상기 제1 압전펌프 및 제2 압전펌프와 연결하는 복수 개의 메인 연결관과, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프 사이를 연결하는 서브 연결관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치.
9. The method of claim 8,
The connection unit includes a plurality of main connection pipes for connecting the output unit to the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump with the valve assembly interposed therebetween, And a connecting tube.
제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 작동가스의 유동방향을 전환하는 전환유닛을 통해 한 개의 출력유닛에 연결되며, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에 상기 제1항, 제4항, 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항의 밸브조립체가 구비되는 집적형 하이브리드 구동장치에서,
상기 제1 압전펌프의 운전주기와 상기 제2 압전펌프의 운전주기가 동일한 위상을 가지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치의 운전방법.
The first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to one output unit through a switching unit for switching the flow direction of the working gas, and the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump, 8. An integrated hybrid drive system having a valve assembly according to any one of claims 6 to 7,
Wherein the driving period of the first piezoelectric pump and the driving period of the second piezoelectric pump are controlled to have the same phase.
제1 압전펌프와 제2 압전펌프가 작동가스의 유동방향을 전환하는 전환밸브를 통해 한 개의 출력유닛에 연결되며, 상기 제1 압전펌프와 제2 압전펌프에 상기 제1항, 제4항, 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항의 밸브조립체가 구비되는는 집적형 하이브리드 구동장치에서,
상기 제1 압전펌프의 운전주기와 상기 제2 압전펌프의 운전주기가 180도의 위상차를 가지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 집적형 하이브리드 구동장치의 운전방법.
The first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to one output unit through a switching valve for switching the flow direction of the working gas, and the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump are connected to the first piezoelectric pump and the second piezoelectric pump, The integrated hybrid drive system according to any one of claims 6 to 7,
Wherein the operation period of the first piezoelectric pump and the operation period of the second piezoelectric pump are controlled to have a phase difference of 180 degrees.
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