電気油圧アクチュエータにおける単軸同軸モータポンプアセンブリのモデリングと実験解析

EHAは、高出力密度の典型的な統合アクチュエータとして知られており、航空宇宙、航空、建設機械、ロボット工学などの分野で幅広い見通しを持っています^1,2。EHAは主にサーボモーター、ポンプ、シリンダー、加圧リザーバー、バルブブロック、モード制御バルブ、モジュール制御バルブ、センサーで構成され、高度に統合されたポンプ制御のクローズド油圧システムを構成します。概略図と物理モデルを図1³、⁴、^5、6、7に示します。モーターポンプアセンブリはコアパワーおよび制御コンポーネントであり、EHA⁷の静的および動的性能を決定します。

従来のモーター – ポンプアセンブリは、独立したモータおよびポンプからなり、そのシャフトはシャフトカップリング⁸によって接続されている。この構造は、EHAのパフォーマンスと寿命に重大な悪影響を及ぼします。まず、モーターとポンプの両方が、特に高速⁵での組み立て精度のために比較的大きな振動に耐えます。振動は、ポンプの出力特性に影響を与えるだけでなく、ポンプ内の摩擦インターフェースの摩耗を加速させ、モーターポンプアセンブリ⁹の故障につながります。第二に、ポンプのシャフト端にシールを設定する必要がありますが、これは漏れを根本的に防ぐことはできません。一方、モータ – ポンプアセンブリの機械的効率は、摩擦抵抗の増加とともに低下する¹⁰。第三に、モーターポンプアセンブリの頻繁な逆転は、カップリングの摩耗を加速し、疲労破壊の可能性を高め、EHA^11,12のシステムの信頼性を低下させます。

したがって、これらの欠点を回避するために、共有ハウジング内の単軸同軸モーターポンプアセンブリが開発されました。構造を 図 2 に示します。このコンポーネントにはカップリングなしの設計が採用されており、モーターとポンプの動的性能と潤滑状態を同時に向上させることができます。この単軸同軸設計により、2つのローターの位置合わせが保証され、高速条件下での動的バランスが向上します。さらに、共有ハウジングは基本的にシャフトエンドの漏れを排除します。

EHAモーターポンプアセンブリの出力特性をテストすることは、EHA性能の最適化と改善にとって非常に重要です。ただし、特にEHAの場合、モーターポンプアセンブリの性能テストに関する研究は比較的少ないです。そこで、シミュレーションと実験を組み合わせた試験方法を実施しました。この方法は、幅広い動作条件、特にEHAポンプのモーターポンプアセンブリのテストに適しています。

2つの主な課題があり、1つ目は、モーターポンプの出力流量特性を解析するための正確なシミュレーションモデルを構築し、モーターポンプアセンブリの最適設計を支援することです。モータポンプ組立のシミュレーションモデルを階層モデリングにより確立し、異なるパラメータを変更することで出力フローのシミュレーション解析を実現しました。2つ目は、高速によって引き起こされる試験要素のキャビテーションであり、これは通常のポンプと区別する最も重要な側面です。そのため、さまざまな作業条件下でのテストを実現するためのテストシステムを設計する際には、オイル供給システムの設計に重点を置いています。

このプロトコルでは、ポンプ流量特性を最初にシミュレートするために1次元シミュレーションモデルを確立し、ポンプ流量特性がEHAの要件を満たしているかどうかを判断しました。次に、流れ特性と総合効率を専用のテストベンチで実験的にテストし、シミュレーションでは正確にシミュレーションできない総合効率マップを取得しました。最後に、ポンプの流量特性を実験結果と比較し、シミュレーション結果の精度を検証しました。一方、単軸同軸モーターポンプアセンブリの性能を評価するために、全体的な効率マップが得られました。