KR20230130995A - 이중화 전기 정유압 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 전기 모터, 상기 제1 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는 제1 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 회로 및 제2 전기 모터, 상기 제2 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제2 유압 펌프, 상기 제2 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는제2 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 회로를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에 있어서, 상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제1 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제1 바이패스 밸브, 상기 제1 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제1 바이패스 밸브를 동작시키는 제1 바이패스 솔레노이드 밸브, 상기 제2 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제2 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제2 바이패스 밸브 및 상기 제2 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터로서, 본 발명에 의하면, 전력 소모 문제를 해결하기 위해서, Piloted Solenoid Valve를 사용하여 Pilot Pressure로 동작하는 Mode Select Valve가 적용된 이중화 EHA를 제공한다.

Description

이중화 전기 정유압 엑츄에이터{DUAL TANDEM ELECTRO-ACTUATOR}

본 발명은 이중화된 EHA(Electro-Hydrostatic actuator) 타입의 엑츄에이터에 관한 것이다.

종래의 중앙 집중식 유압시스템(Centralized Hydraulic System)의 FBW (Fly-By-Wire) 방식이 적용된 비행조종면 엑츄에이터로 EHSA(Electro-Hydraulic Servo Actuator)가 널리 적용되고 있다. 이러한 중앙 집중식 유압시스템에서의 EHSA는 보통 Engine-driven Pump를 사용하여 Hydraulic Source를 공급받아 동작하는데, 항공기의 각 비행조종면 엑츄에이터와 펌프 사이에 긴 유압 배관을 사용하여 연결이 된다. 또한, 이러한 유압 배관을 사용하여 각 엑츄에이터에 Hydraulic Source를 공급하기 위한 여러 가지 유압 구성품이 사용된다. 이는 구성품별 배관연결에 따른 항공기의 중량 증가 및 배관 누설, 파손으로 인한 정비 이슈가 발생하는 단점을 가진다.

FBW 방식의 EHSA는 Hydraulic Source가 들어오는 입구단과 실제 엑츄에이터의 동작을 담당하는 유압 실린더 사이에 전기 신호에 의해서 제어되는 Servo Valve 또는 DDV(Direct Drive Valve)를 사용하는데, 이는 통상적으로 전기 제어 신호에 따라 밸브의 방향이 전환되어 엑츄에이터의 인장, 압축이 제어되며, 밸브의 개구 면적에 따라 엑츄에이터의 속도가 제어된다. 이는 필연적으로 EHSA의 입구단과 실제 출력을 담당하는 엑츄에이터 사이에 오리피스 효과로 작용하게 되어 압력 손실을 발생한다. 이는 실제 동력 관점에서 유압 펌프가 사용하는 동력 대비 엑츄에이터가 사용하는 동력의 차이가 발생하게 되어, 에너지 효율 측면에서 불리하다.

이러한 종래의 단점들을 보완하고, 항공기 트렌드인 MEA(More Electric Actuator) 추세에 맞춰 PBW(Power-By-Wire) 방식의 EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)가 적용되고 있다. EHA의 경우, FBW를 근간으로 하지만 중앙유압 공급방식을 배제하여 FBW의 단점을 보완할 수 있다. EHA는 유압 펌프, 고속 서보 모터, 축압기, 각종 보조 밸브 및 유압 실린더가 하나로 집적되어 외부에서의 Hydraulic Source 없이 제어 신호만으로 엑츄에이터를 제어할 수 있는 통합형 작동기로서, 도 1과 같은 운용 체계를 가진다. 도 1에서 볼 수 있듯이, EHA는 중앙 집중식 유압시스템에서의 유압 배관을 제거하여 항공기의 중량 감소 및 정비성을 향상시킬 수 있으며, 유압펌프와 유압실린더 사이에 오리피스 역할을 수행하는 Servo Valve 등이 없기 때문에, 유압펌프의 유압동력을 온전히 엑츄에이터 출력으로 사용할 수 있으므로, 에너지 효율이 종래 기술 대비 높다.

종래의 항공기용 EHA는 도 1에 표기된 바와 같이 이중화 시스템 (Dual System ?? System1, System2) 으로 구성되어 있으며, 전기 모터(Electrical Motor, 1), 유압 펌프(Hydraulic Pump), 어큐뮬레이터(Accumulator, 3), 유압 실린더(Hydraulic Cylinder), LVDT(Linear Variable Displacement Transducer, 9), Bleed & Fill Port(10)가 구비된다.

그리고, 한 개의 시스템에 문제가 발생했을 경우를 대비하여 Bypass Valve(5)가 각 시스템에 구현되어 있으며, 두 개의 시스템 모두 문제가 발생했을 경우를 대비하여 Blocking Valve(7)가 구현되어 있으며, 압력 조절을 위한 릴리프 밸브(Relief Valve)가 구성된다.

종래의 EHA에 적용된 이러한 종류의 Bypass Valve 및 Blocking Valve (또는 Damped Bypass Valve)들의 경우 대부분 Solenoid Operated Directional Spool Valve 타입이다. 구체적인 동작 예시를 참고하기 위하여 도 1의 구성도는 EHA의 Normal Operation 모드에서의 구성을 나타낸 것이고, 한 개의 시스템에 문제가 생겼을 경우, ECU "A" 또는 "B"에 의한 Solenoid 신호가 직접적으로 밸브에 전달되고, 이 신호에 의하여 밸브는 동작하여 전기 모터와 유압 펌프로 구성된 유압 동력 모듈 부분과 유압 실린더 부분을 분리하게 된다. 이 경우 다른 한 쪽 시스템은 정상 동작 상태이고, 비행조종컴퓨터의 지령에 의하여 EHA는 동작을 하게 되는데, 문제가 발생한 시스템에서는 Bypass Valve에 의하여 유압 실린더 한쪽 시스템의 인장/압입 챔버가 서로 연결되기 때문에, 문제가 없는 시스템에서의 동작에 큰 영향 (예를 들어, Back Pressure 발생에 의한 엑츄에이터 속도 저하 등)을 끼치지 않게 된다. 물론, 한쪽 시스템에 문제가 생겼기 때문에 EHA는 전체 출력의 반 정도를 사용하게 되지만, 무부하 또는 매우 작은 부하가 EHA에 작용할 때는 EHA Dual에서와 비슷한 수준의 성능을 발휘할 수 있다.

마찬가지로, 두 개의 시스템 모두 문제가 발생했을 경우에 ECU "A", "B", "C"의 신호에 의한 Solenoid 신호가 직접적으로 Blocking Valve(7)를 동작시킨다. Blocking Valve의 동작에 따라서 한쪽 시스템의 유로는 모두 끊기게 되고, 이때 EHA의 유압실린더는 외부 부하에 상관없이 물리적으로 고정되므로, 항공기의 비행 조종면은 고정된다. 항공기 운영에 대한 방안에 따라 Bypass Valve, Blocking Valve, Damped Bypass Valve 등을 사용하여 Normal Operation Mode, Fail-operation Mode, Fail-safe Mode 등을 정의할 수 있다.

앞서 언급했듯이, 종래의 EHA는 Solenoid Operated Directional Spool Valve를 사용하여, ECU에서 인가되는 Solenoid 전류를 통해 직접 Bypass/Blocking Valve 등을 동작시킨다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 한쪽 시스템의 Bypass Valve가 동작되더라도 EHA의 무부하 상태에서의 성능을 Dual System 에서의 성능과 비슷한 수준을 확보하기 위해서는 매우 낮은 부하 압력에서의 엑츄에이터의 속도가 확보되어야 한다. 이는 Bypass Valve가 동작하여 유압실린더 한쪽 시스템의 인장/압입 챔버가 서로 연결된 상태에서 높은 엑츄에이터 속도를 확보하기 위하여 대유량이 Bypass Valve로 흐를 수 있어야 되며, 이때의 Bypass Valve 양단의 압력차는 낮은 압력차를 유지해야 함을 의미한다. Solenoid Operated Directional Spool Valve 타입의 경우, 낮은 압력차에서 대유량을 흐를 수 있게 하기 위해서는 많은 전력 소모를 필요로 하게 된다. 많은 전력 소모를 필요로 하기 때문에, Solenoid 자체의 사이즈 및 중량이 증가되어야 하며, 또한 Solenoid에 필요한 전류의 증가는 ECU의 크기 또한 증가되어야 하는 문제점을 가지고 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

미국등록특허공보 제4257311호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 상술한 바와 같은 전력 소모 문제를 해결하기 위해서, Piloted Solenoid Valve를 사용하여 Pilot Pressure로 동작하는 Mode Select Valve가 적용된 이중화 EHA를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 이중화 전기 정유압 엑츄에이터는, 제1 전기 모터, 상기 제1 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는 제1 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 회로 및 제2 전기 모터, 상기 제2 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제2 유압 펌프, 상기 제2 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는제2 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 회로를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에 있어서, 상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제1 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제1 바이패스 밸브, 상기 제1 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제1 바이패스 밸브를 동작시키는 제1 바이패스 솔레노이드 밸브, 상기 제2 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제2 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제2 바이패스 밸브 및 상기 제2 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브를 포함한다.

그리고, 상기 제1 바이패스 밸브 및 상기 제2 바이패스 밸브는 정상 모드시 닫힌 상태(normal closed)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 자화 상태(Energized)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 구비되어, 상기 제1 유압 실린더로의 유압 공급을 차단시키는 블록 밸브 및 상기 블록 밸브에 연결되어, 상기 블록 밸브를 작동시키는 블록 솔레노이드 밸브를 더 포함하고, 상기 블록 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 비자화 상태(De-energized)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 유압 회로에 구비되는 제1 축압기 및 상기 제2 유압 회로에 구비되는 제2 축압기를 더 포함하고, 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 상기 제1 축압기와 연결되고, 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 상기 제2 축압기와 연결되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 상기 제1 유압 회로 또는 상기 제1 유압 회로에 고장 발생시, 고장이 발생한 유압 회로에 속한 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 또는 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)로 변경되어, 비자화 상태로 변경된 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 또는 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브에 연결된 상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브의 동작에 의해, 상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브에 연결된 상기 제1 유압 실린더 또는 상기 제2 유압 실린더의 양측 챔버에 유압이 공급되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 유압 회로 고장시 상기 블록 밸브는 자화 상태(Energized)로 변경되며, 상기 제2 유압 회로 고장시 상기 블록 밸브는 비자화 상태(De-energized)를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전기 모터 및 상기 제2 전기 모터를 제어하는 제어 유닛(ECU)이 정상인 Fail Safe 모드시, 상기 블록 밸브 및 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브는 자화 상태(De-energized)로 변경되며, 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)를 유지하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 전기 모터 및 상기 제2 전기 모터를 제어하는 제어 유닛(ECU)이 비정상인 Fail Safe 모드시, 상기 블록 밸브, 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)인 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 이중화 전기 정유압 엑츄에이터는, 제1 전기 모터, 상기 제1 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는 제1 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 회로 및 제2 전기 모터, 상기 제2 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제2 유압 펌프, 상기 제2 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는제2 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 회로를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에 있어서, 상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제1 유압 실린더로의 유압 공급을 차단시키거나, 상기 제1 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 블록 밸브, 상기 블록 밸브에 연결되어, 상기 블록 밸브를 동작시키는 제1 바이패스 솔레노이드 밸브, 상기 제2 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제2 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제2 바이패스 밸브 및 상기 제2 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브를 포함한다.

그리고, 상기 블록 밸브는 4개의 포트(port)를 가지며, 3개의 유로(way)와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 종래의 EHA에 적용된 Solenoid Operated Directional Spool Valve의 전력 소모 문제를 해결하기 위한 방안으로, Piloted Solenoid Valve가 적용되고 Bypass/Blocking Valve를 동작하기 위한 Pilot 압력 형성을 할 수 있는 회로를 구현하여 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에서의 모드 전환 기능이 가능하다.

이를 통하여, EHA는 기존 Solenoid Valve의 전력 소모 문제를 해결할 수 있고, 더 나아가 EHA 및 ECU의 중량을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 이중화 엑츄이에터를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 정상 모드를 도시한 것이다.
도 4는 ECU에 의해 제어되는 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 작동 원리를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 페일 모드를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 페일 세이프 모드를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 응용 실시예에 의한 이중화 전기 정유압 엑츄에이터를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 정상 모드를 도시한 것이며, 도 4는 ECU에 의해 제어되는 본 발명의 이중화 전기 정유압 엑츄에이터의 작동 원리를 도시한 것이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 이중화 전기 정유압 엑츄에이터를 설명하기로 한다.

종래의 중앙 집중식 유압시스템의 비행조종면 엑츄에이터에 널리 사용되고 있는 EHSA의 경우, Piloted Solenoid Valve를 사용한 Mode Select Valve가 적용되는 경우가 많은데, 이때 Mode Select Valve를 동작하기 위한 Pilot 압력은 대부분 유압시스템의 유압펌프가 토출하는 유량이 엑츄에이터 Servo Valve의 오리피스 면적으로 인해 형성되는 압력으로 형성된다. 하지만, 앞서 설명했듯이 EHA에서는 이러한 Servo Valve가 없이 펌프와 유압 실린더가 직접 연결된 형태를 가지고 있기 때문에 펌프에 의한 Pilot 압력 형성은 어렵다.

본 발명에서는 종래의 EHA와 달리 Piloted Solenoid Valve를 사용하고, 이 밸브를 사용하기 위해 필요한 Pilot 압력을 형성하기 위한 수단으로 도 2와 같은 유압회로도를 구성하였다.

도 2의 유압회로도는 EHA의 Solenoid Valve가 비자화된 상태 및 비가압된 상태에서의 유압회로도를 나타내고 있다. 도 2의 EHA의 유압회로의 구성을 간략하게 설명하면 아래와 같다.

이중화 시스템을 구성하기 위한 제1 유압 실린더(131)와 제2 유압 실린더(132)가 직렬로 결합된 구조의 유압 실린더 및 두 시스템을 분리하기 위한 격벽이 구성되어, 제1 유압 실린더(131)의 유압을 조절하기 위한 제1 유압 회로(Sys1)와 제2 유압 실린더(132)의 유압을 조절하기 위한 제2 유압 회로(Sys2)로 이중화되어 구성된다.

시스템에 비행조종컴퓨터의 입력을 받아 ECU를 거쳐 전기 동력을 형성하기 위해 각각 제1 전기 모터(111), 제2 전기 모터(112)가 구성된다.

전기 모터에 의해 형성된 전기 동력을 유압 에너지로 변환하고, 전기 모터와 직접 연결되어 전기 모터의 회전양에 따라 유량을 토출하는 제1 유압 펌프(121)와 제2 유압 펌프(122)가 각 유압 회로에 구성된다.

그리고, 펌프의 케이스 드레인 유량 및 각종 시스템에서의 내부 누설 유량이 유입되고, 펌프에 안정적인 Suction 압력을 공급하며, 유압 실린더(131, 132)에서 케비테이션 현상을 제거하는 축압기(Accumulator)가 구성되며, EHA가 허용할 수 있는 최대 부하보다 더 큰 부하 조건에서 EHA 시스템을 보호하기 위한 릴리프 밸브(Relief Valve), 양쪽 실린더 챔버의 수압부 면적이 동일한 시스템 1에서의 Anti-Cavitation Check Valve, 양쪽 실린더 챔버의 수압부 면적이 다른 시스템 2에서의 수압부 면적 차에 의해 발생하는 유량 차이를 보상(축압기로 Charge 및 축압기에서 Discharge)시켜주는 Inverse Shuttle Valve를 포함한다.

특히, 한쪽 시스템에 문제가 발생했을 때, EHA 모드를 전환시켜주기 위한 제1 바이패스 밸브(Bypass Valve (3ports-2way), 141)와 제2 바이패스 밸브(Bypass Valve (3ports-2way), 142) 및 제1 유압회로의 제1 바이패스 밸브(141) 전단에 구비되어 제1 바이패스 밸브(141)를 제어하는 블록 밸브(Blocking Valve (4ports-2way), 160)를 포함한다.

그리고, 이러한 Bypass Valve와 Blocking Valve를 동작시키는 역할을 수행하기 위해 각 Bypass Valve와 Blocking Valve 전단에 Piloted Solenoid Valve 로서, 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151), 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152) 및 블록 솔레노이드 밸브(170)가 구성된다.

또한, 외부 부하 방향에 상관없이 Pilot 압력을 형성하여 Piloted Solenoid Valve를 통해 Bypass Valve와 Blocking Valve를 동작시켜주는 역할을 수행하는 Check Valve(181, 182)를 포함한다.

한편, 형성된 입력 지령 대비 실제 엑츄에이터의 출력을 피드백 시켜주는 LVDT, 기타 온도 센서, 압력 센서, 필터, Case Drain/Fill Check Valve, 유압유 충진 및 Air Bleeding 역할을 수행하는 Bleed&Fill 포트가 구성된다.

도 3은 본 발명에서 제안한 EHA 시스템의 정상 운용 모드(Normal Operation Mode)를 나타낸 것이다.

제1 유압 회로와 제2 유압 회로의 제1 바이패스 밸브(141)와 제2 바이패스 밸브(142)에 각각 연결된 Piloted Solenoid Valve인 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151)와 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152)는 자화 상태(Energized)로 변하고, 제1 유압 회로의 블록 밸브(160, Blocking Valve)에 연결되는 Piloted Solenoid Valve인 블록 솔레노이드 밸브(170)는 비자화 상태(De-energized)를 유지한다.

Bypass Valve에 연결되는 Piloted Solenoid Valve는 C와 R 포트가 연결되며, 이 라인은 축압기(Accumulator) 라인과 연결된다. 또한 Bypass Valve의 스프링이 장착되어 있는 쪽도 축압기 라인과 연결되기 때문에, Bypass Valve 양단의 압력은 서로 동일하고, 우측의 스프링력에 의해서 Bypass Valve는 항상 닫힌 상태(normal cloased)를 유지한다. 즉, 이 상태에서 EHA는 정상 운용 모드를 유지하게 된다.

제1 유압 회로의 블록 밸브(160)는 정상 운용 상태에서 펌프가 동작하지 않는 조건에서는 닫힌 상태를 유지하다가, ECU에 의해 입력 지령이 전기 모터(111)로 들어와서 전기 모터(111)와 유압 펌프(121)가 회전을 하기 시작하면, 도 4와 같이 1)초기에 닫혀 있는 블록 밸브(160)에 토출되는 유량에 의해 Pilot 압력이 형성되고, 2)이 압력이 도 4의 Check Valve를 통해 비자화 상태의 블록 솔레노이드 밸브(170)를 거쳐 블록 밸브(160)를 열리도록 작용한다. 3)Blocking Valve가 열리면, 펌프의 토출 유량은 바로 제1 유압 회로의 제1 유압 실린더(131)로 유입되어 EHA는 동작하게 된다.

도 5 및 도 6은 본 발명에서 제안한 EHA 시스템의 Fail Operation 모드를 나타낸다. Fail Operation 모드는 이중화 EHA에서 한쪽 시스템에 문제가 발생했을 경우 Bypass Valve를 작동하여 고장이 발생한 시스템이 정상인 시스템의 동작에 영향을 미치지 않도록 한다.

도 5와 같이 제1 유압 회로가 고장이 발생했을 경우, 정상인 제2 유압 회로의 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152)는 자화 상태(Energized)를 유지하고, 고장이 발생한 제1 유압 회로의 블록 밸브(160)에 연결된 블록 솔레노이드 밸브(170)는 자화 상태(Energized)로 변경되며, 제1 바이패스 밸브(141)에 연결된 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151)는 비자화 상태(De-energized)로 변경한다.

도시와 같이 외부 부하가 작용하고 있는 상태에서는 부하가 작용하는 챔버의 압력이 반대쪽 챔버보다 높아서 도 5의 제1 체크 밸브(181)를 동작하여 Pilot 압력 라인을 형성하고, 이때 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151)는 비자화 상태이므로, P와 C 포트가 연결되면서 제1 바이패스 밸브(141)를 동작시킨다. 이와 같이 제1 바이패스 밸브(141)가 동작됨에 따라 제1 유압 실린더(131)의 양쪽 챔버는 서로 연결되므로, 정상인 제2 유압 회로의 동작에 최소한의 영향만 미치게 된다.

본 발명에서는 Bypass Valve를 동작하기 위하여 외부 부하 압력을 이용한 Pilot 압력을 형성하는데, 외부 부하가 없거나 매우 작은 외부 부하 상태에서는 Bypass Valve의 스프링력과 축압기 압력의 합보다 높은 Pilot 압력이 형성되어야 Bypass Valve가 동작하게 된다. 이는 EHA 시스템에서 적용되는 통상적인 ECU의 제어 로직으로 해결된다. ECU에서 입력 CMD를 형성하고, 실제 유압 실린더 출력단의 LVDT 값을 통해 ECU로 피드백되는 출력의 오차가 커지면, 오차를 극복하기 위해 전기 모터는 유압 펌프를 더 빠른 회전속도로 회전시킨다. 이는 유압 펌프의 유량이 순간적으로 커지는 것을 의미하며, 이 유량에 의하여 실린더 챔버의 압력은 상승하게 되고, 상승된 압력에 의하여 Bypass Valve를 동작할 수 있는 충분한 압력이 형성되게 된다.

그리고, 도 6과 같이 제2 유압 회로가 고장이 발생했을 경우, 정상인 제1 유압 회로의 블록 솔레노이드 밸브(170)와 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151)는 정상 운용 모드일 때의 상태를 유지하고, 비정상인 제2 유압 회로의 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152)는 비자화 상태(De-energized)로 전환된다. 앞서 설명한 바와 마찬가지로 외부 부하가 있는 조건에서는 제2 체크 밸브(182)를 사용하여 Pilot 압력을 형성하여 제2 바이패스 밸브(142)가 동작하고, 외부 부하가 없거나 매우 낮은 조건에서는 ECU의 기본 제어 로직에 따라 제2 바이패스 밸브(142)가 동작하게 된다.

본 발명에서 제안된 제2 유압 실린더(132)의 경우, 양쪽 수압부 면적이 상이한 관계로 3ports-2way Bypass Valve를 적용하여 한쪽 포트를 축압기로 연결함으로써, Bypass Valve가 동작한 상태에서 유압실린더가 압입/압출 방향으로 동작될 때 부족 유량을 축압기에서 채워주고, 남는 유량을 축압기로 보충한다.

다음, 도 7 및 도 8은 본 발명에서 제안한 EHA 시스템의 Fail Safe 모드를 나타낸 것으로서, 도 7의 Fail Safe 모드는 ECU(제어 유닛)가 정상인 상태이며, 도 8의 Fail Safe 모드는 ECU가 비정상인 상태의 경우이다.

도 7의 ECU가 정상인 상태에서는 제1 유압 회로의 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(151)는 자화 상태(Energized)로 변경하여, 제1 바이패스 밸브(141)를 외부 부하의 영향에 상관없이 항상 닫힌 상태로 두고, 마찬가지로 블록 솔레노이드 밸브(170)는 자화 상태(Energized)로 변경하여 블록 밸브(160)를 외부 부하의 영향에 상관없이 항상 닫힌 상태를 유지한다.

제1 유압 회로의 제1 바이패스 밸브(160)와 블록 밸브(160)가 항상 닫힌 상태를 유지하면, EHA는 외부 부하에 상관없이 특정 위치를 유지함으로써 비행조종면을 고정시킨다. 이때, 제2 유압 회로의 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152)는 비자화 상태(De-energized)를 유지한다. 앞서 언급했듯이 EHA에는 시스템 보호 목적의 Relief Valve가 장착되어 있는데, EHA가 허용할 수 있는 최대 하중을 초과하는 외부 부하가 인가되었을 경우 Relief Valve를 통해 시스템을 보호할뿐더러 Relief Valve를 통과한 유량이 반대쪽 챔버로 유입되도록 한다. 즉, Fail Safe 모드에서 최대 하중을 초과하는 외부 부하 인가 시, EHA는 외부 부하 방향에 따라 자연스럽게 동작하며, 제2 유압 회로의 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(152)가 비자화된 상태이므로, 이 조건에서 제2 유압 회로의 상이한 수압부 면적으로 발생하는 유량 차이를 축압기와 연결되어 보상된다.

도 8의 ECU가 비정상 상태일 때는 각 시스템의 Piloted Solenoid Valve(151, 152, 170)는 모두 비자화 상태가 된다. 이 조건에서는 ECU는 EHA의 제어 기능을 상실하게 되고, 외부 부하에 따라 각 시스템의 Bypass Valve(141, 142)를 동작할 수 있는 Pilot 압력이 형성되므로, EHA는 부하 방향과 같은 방향으로 동작하여 EHA 시스템을 보호하도록 동작된다.

도 9는 본 발명의 응용 실시예에 의한 이중화 전기 정유압 엑츄에이터를 도시한 것으로서, 앞선 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

이중화된 유압 회로에서 제2 유압 회로에는 제2 바이패스 밸브(242)와 이를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브(252)가 구비되고, 제1 유압 회로에서는 앞선 실시예와는 달리 블록 밸브(260)가 제1 바이패스 밸브의 기능까지 통합되어, 제1 바이패스 솔레노이드 밸브(251), 블록 밸브(260), 블록 솔레노이드 밸브(270)를 포함한다.

이와 같이 Blocking Valve와 Bypass Valve를 통합하여 4ports-3way 형태의 Valve를 적용함으로써 앞서 언급한 Normal Operation, Fail Operation, Fail Safe 모드를 구현하는 것이다. 상세 기능 설명은 앞서 설명한 바와 동일하고, 다양한 형태의 모드 전환 밸브를 적용하여 EHA 시스템을 구성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

111 : 제1 전기 모터 112 : 제2 전기 모터
121 : 제1 유압 펌프 122 : 제2 유압 펌프
131 : 제1 유압 실린더 132 : 제2 유압 실린더
141 : 제1 바이패스 밸브 142, 242 : 제2 바이패스 밸브
151, 251 : 제1 바이패스 솔레노이드 밸브
152, 252 : 제2 바이패스 솔레노이드 밸브
160, 260 : 블록 밸브
170, 270 : 블록 솔레노이드 밸브
181 : 제1 체크 밸브 182 : 제2 체크 밸브

Claims (12)

1. 제1 전기 모터, 상기 제1 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는 제1 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 회로 및 제2 전기 모터, 상기 제2 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제2 유압 펌프, 상기 제2 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는제2 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 회로를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에 있어서,
   상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제1 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제1 바이패스 밸브;
   상기 제1 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제1 바이패스 밸브를 동작시키는 제1 바이패스 솔레노이드 밸브;
   상기 제2 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제2 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제2 바이패스 밸브; 및
   상기 제2 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브를 포함하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 바이패스 밸브 및 상기 제2 바이패스 밸브는 정상 모드시 닫힌 상태(normal closed)인 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 자화 상태(Energized)인 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 구비되어, 상기 제1 유압 실린더로의 유압 공급을 차단시키는 블록 밸브; 및
   상기 블록 밸브에 연결되어, 상기 블록 밸브를 작동시키는 블록 솔레노이드 밸브를 더 포함하고,
   상기 블록 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 비자화 상태(De-energized)인 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 유압 회로에 구비되는 제1 축압기 및 상기 제2 유압 회로에 구비되는 제2 축압기를 더 포함하고,
   상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 상기 제1 축압기와 연결되고, 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 정상 모드시 상기 제2 축압기와 연결되는 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 유압 회로 또는 상기 제1 유압 회로에 고장 발생시, 고장이 발생한 유압 회로에 속한 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 또는 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)로 변경되어, 비자화 상태로 변경된 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 또는 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브에 연결된 상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브의 동작에 의해, 상기 제1 바이패스 밸브 또는 상기 제2 바이패스 밸브에 연결된 상기 제1 유압 실린더 또는 상기 제2 유압 실린더의 양측 챔버에 유압이 공급되는 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1 유압 회로 고장시 상기 블록 밸브는 자화 상태(Energized)로 변경되며, 상기 제2 유압 회로 고장시 상기 블록 밸브는 비자화 상태(De-energized)를 유지하는 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 전기 모터 및 상기 제2 전기 모터를 제어하는 제어 유닛(ECU)이 정상인 Fail Safe 모드시, 상기 블록 밸브 및 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브는 자화 상태(De-energized)로 변경되며, 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)를 유지하는 것을 특징으로 하는,
   이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
10. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 전기 모터 및 상기 제2 전기 모터를 제어하는 제어 유닛(ECU)이 비정상인 Fail Safe 모드시, 상기 블록 밸브, 상기 제1 바이패스 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 바이패스 솔레노이드 밸브는 비자화 상태(De-energized)인 것을 특징으로 하는,
    이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
11. 제1 전기 모터, 상기 제1 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는 제1 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 회로 및 제2 전기 모터, 상기 제2 전기 모터에 의해 유량을 토출하는 제2 유압 펌프, 상기 제2 유압 펌프에 의해 형성된 유압에 의해 작동하는제2 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 회로를 포함하는 이중화 전기 정유압 엑츄에이터에 있어서,
    상기 제1 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제1 유압 실린더로의 유압 공급을 차단시키거나, 상기 제1 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 블록 밸브;
    상기 블록 밸브에 연결되어, 상기 블록 밸브를 동작시키는 제1 바이패스 솔레노이드 밸브;
    상기 제2 유압 회로의 유압 라인에 연결되어, 상기 제2 유압 실린더의 피스톤에 의해 구분된 양측 챔버에 유압 공급이 가능하게 하는 제2 바이패스 밸브; 및
    상기 제2 바이패스 밸브에 연결되어, 상기 제2 바이패스 밸브를 동작시키는 제2 바이패스 솔레노이드 밸브를 포함하는,
    이중화 전기 정유압 엑츄에이터.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 블록 밸브는 4개의 포트(port)를 가지며, 3개의 유로(way)와 연결되는 것을 특징으로 하는,
    이중화 전기 정유압 엑츄에이터.