• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.448-448
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• 2013

최근 생물학적 분석 기구에서 시료를 처리, 분리, 검출, 샘플링 또는 분석하기 위해 사용되는 마이크로펌프(Micropump)에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 전자소자의 성능과 신뢰성의 증진을 위한 전자소자의 열 문제를 해결하기 위해 냉각장치로 마이크로 펌프가 적용되기도 한다. 그 외에도 마이크로펌프는 다양한 분야에 응용이 가능하다. 마이크로펌프는 작동 방식에 따라 압전형, 공압형, 열공압형, 연동형 등의 여러 종류로 분류되고 있다. 그중에서도 최근에는 연동형 마이크로 펌프의 개발이 각광받고 있다. 기존의 연동형 펌프들은 다중 챔버를 가지고 있으며, 각각의 챔버 내에서 Dead volume이 많이 발생할 뿐만 아니라 이상적인 연동운동과는 차이가 많이 나는 문제점을 가지고 있다. 또한 압전방식과 열공압방식은 느린 응답성으로 인해 효율적인 유체 이동이 어렵다. 본 논문에서는 이상적인 연동운동을 구현하기 위하여 기존의 연동형 펌프의 단점을 보완하고, 하나의 챔버에 다중전극 구조를 가지는 정전기력방식의 연동형 펌프를 개발하였다. 정전기력방식으로 펌프를 구동함으로써, 저전력으로 펌프구동이 가능하며, 하나의 챔버에 다중전극을 설치함으로써 이상적인 연동운동을 재현하였다. 그리고 Dead volume을 최소화 하였다. 또한, 빠른 반응속도로 인해 효율적인 유체 이동을 실현시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안된 마이크로 펌프의 구성은 크게 챔버, 박막, Inlet/outlet hole으로 구성되었다. 챔버는 Si-wafer에 wet etching 공정으로 제작 하였고 그 위에 알루미늄 박막을 200 nm 증착시켰다. 챔버는 가로 32 mm, 세로 5 mm, 깊이는 $15{\mu}m$, 부피는 $200{\mu}l$으로 제작되었다. 박막은 폴리이미드(polyimide)를 사용하여 $3{\mu}m$의 두께로 제작 되었으며, 폴리이미드 박막 사이에는 200 nm 두께의 4개의 알루미늄 박막 전극을 삽입시켰다. 삽입된 4개의 전극에 개별적인 전기신호를 보냄으로써 연동운동이 가능하다. Inlet/outlet hole은 직경 2 mm의 크기로 제작되었으며, 튜브를 연결하여 유체가 흐를 수 있는 체널을 형성하였다. 제작된 마이크로 펌프의 구동전압은 115 V이며, 인가되는 주파수를 1 Hz~100 KHz까지 변화시켜 유량을 측정하였다. 작동 유체는 공기이며, 유량측정은 튜브 내에 물방울을 삽입하여 시간에 따른 이동거리를 관측하였다. 측정결과 2.2 KHz에서 2.4 mm/min의 가장 높은 유량을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제안된 연동형 마이크로펌프는 이상적인 연동운동이 가능함으로써 기존의 연동형 방식의 문제점을 보완하였으며, 생명과학, 의학, 화학 등의 분야에서 적용이 가능하리라 기대된다.

• 항공우주기술
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• 제13권2호
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• pp.160-166
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• 2014

액체로켓 엔진용 개폐밸브는 파일럿 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 추진제 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 엔진용 개폐밸브는 다이어프램 액추에이터에서 압력을 제거하면 닫히도록 설계되어 있다. 다이어프램을 설계하고 개발하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 수명을 분석할 필요가 있다. 밸브가 닫히기 시작하는 시점의 작동 유체의 압력을 결정하고, 포핏이 열리는 시점의 압력을 결정되어 힘평형이 설계되어 있다. 수명시험은 상온 유동에서 다이어프램부의 크랙에 의한 누설은 용접 부위에서 발생했다. 다이어프램 액추에이터의 작동 수명은 헬륨 파일럿 압력의 22 MPa 시험에서 61회이다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.424-431
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• 2020

본 논문은 사용자 위치를 인식하여 공을 자동으로 서브하는 테니스 훈련용의 로봇 개발을 목적으로 한다. 로봇 기술을 스포츠 분야에 활용하는 경우, 야외 환경 및 스포츠 경기 방식의 특수성에 기인하여 시각, 음성과 같은 모달리티 인식에 다양한 문제점이 존재한다. 영상 정보를 이용하여 경기장 내의 사용자 가로 및 깊이 방향의 위치를 인식하는 과정에서, 네트 주위에서의 사용자 자세 변화에 따른 위치 오차 감소를 위해 가우시안 혼합 모델 및 칼만 필터를 적용하고, 이에 따라 해당 위치로 공을 서브하는 기능을 구현하고자 한다. 이를 위해 팬 틸트 기반의 움직임이 가능한 로봇 구동부 및 공압 제어 기반의 공을 발사하는 기능을 구현하고, 이를 다계층의 소프트웨어 구조로 구성하였다. 최종적으로 실험을 통한 추적 기능 및 훈련용 장치의 실효성 및 보완점을 논하고자 한다.

• 항공우주기술
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• 제11권1호
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• pp.84-90
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• 2012

연소기용 연료개폐밸브는 파일롯 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 연료 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 연소기 연료개폐밸브는 액추에이터에서 압력이 제거되더라도 유로부에 해당 압력이 존재한다면 스스로 열림을 유지하는 방식으로 설계되어 있다. 밸브의 성능을 평가하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 힘 평형 상태를 분석할 필요가 있다. 이를 위하여 밸브의 포핏이 열리기 위한 파일롯 압력과 닫히기 위한 유로부 압력을 힘 평형에 의해 조절되도록 설계하였다. 또한, 상용 소프트웨어인 Fluent CFD 해석을 통해 밸브의 고유유량계수를 구해보았다. 예측과 해석을 통해 획득된 결과들은 실험 결과와 비교하였다.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제13권3호
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• pp.1-7
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• 2016

A cold gas blow-down hydraulic actuation system is widely used in missiles that require an actuation system with a fast response time under a limited space with a short operating time and large loads on the actuators. The system consists of a pneumatic part that supplies the regulated high-pressure gas to a reservoir, and a hydraulic part that supplies pressurized hydraulic oil to the actuators by the pressurized gas in the reservoir. This paper proposes a mathematical model to analyze and simulate the pneumatic part of an actuation system that supplies the operating power to the actuators. The mathematical model is based on the ideal gas equation and also considers the models for heat transfer. The model is applied to the pressure vessel and the gas part of the reservoir, and the model for the pneumatic part is established by connecting the two models for the parts. The model is validated through a comparison of the simulation results with the experimental results. The comparison shows that the suggested model could be useful in the design of the pneumatic part of a cold gas blow-down type hydraulic actuation system.

• 한국추진공학회지
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• 제10권2호
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• pp.46-52
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• 2006

현재까지 적용되고 있는 추력제어 장치로는 크게 노즐의 확대부에 장착되어 화염의 방향을 조종하는 제트베인(jet vane), 제트탭(jet tab)방식과 노즐자체를 회전하는 방식인 볼/소켓형(ball & socket) 노즐, 플렉시블 씰형 (flexible seal)노즐로 구분된다. 본 연구는 노즐자체를 회전하여 추력방향을 제어하는 볼/소켓형(ball & socket) 노즐이 회전할 경우 발생되는 유입부의 비대칭성이 노즐 성능에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수행한 3차원 수치해석결과와 공압시험 결과를 수록하였다. 유동해석 결과 유입부의 비대칭성이 유동에 미치는 영향은 노즐 목을 지나면서 현저히 줄어들고 하류 유동에 미치는 영향이 미비하였으며 해석된 주 추력의 크기는 시험에서 측정된 추력과 비슷한 경향을 나타내었으나 측 추력의 경우 시험 값보다 낮게 나타났다. 또한 시험의 결과 기하학적으로 회전된 회전각에 의한 추력방향과 측정된 추력의 방향이 일치하지 않음을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.387-392
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• 2020

본 논문은 산업용 밸브의 유량제어시스템을 제안하였다. 산업용 밸브는 주로 배관시스템에 장착되어 유량 및 압력 제어에 사용된다. 제어밸브의 구조 및 작동 방식은 설치환경과 작업용도에 따라 상이하다. 밸브는 그 형태에 따라 그루브 밸브, 버터플라이 밸브 및 볼 밸브 등으로 분류되고, 구동방식은 모터를 이용하거나, 유압 및 공압을 이용하는 것이 일반적이다. 제어밸브를 이용한 유량제어시스템은 유량을 계측하여 피드백시스템을 구현하여야 하지만, 본 논문에서는 고가의 유량센서를 사용하지 않고 밸브의 개폐에 따른 유량변화를 실험하여 밸브 전후단의 압력차와 개폐정도를 이용하는 방법을 제안하였다. 밸브의 유량은 유량계수를 이용하여 밸브 전후단의 압력차와 밸브의 개폐정도로 표현할 수 있으므로 이를 이용하여 유량제어시스템을 설계하였다. 제어입력에 따른 밸브의 개폐를 나타내는 전달함수는 신호압축법을 이용하여 구하였으며, 이를 이용하여 밸브 스템의 명령추종성능을 향상시킬 수 있는 외란관측기를 설계하였다. 제안된 제어시스템의 성능을 검증하기 위해 제어밸브 전후단에 압력센서를 장착하여 제안된 제어방법의 성능이 유량센서를 이용한 경우에 준함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.489-498
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• 2018

이 연구의 목적은 만성질환의 발병 위험성이 높은 직장 중년 비만여성을 대상으로, 낮은 강도의 혈류를 제한한 4주간의 걷기트레이닝이 인슐린저항성과 아디포카인, Gut 호르몬에 어떠한 영향을 미치는 지를 구명하고자 한다. 연구의 대상자는 BMI $25kg/m^2$와 체지방률 30% 이상의 직장 중년 비만여성 11명으로 하였으며 혈류의 제한은 특수제작 된 공압식 가압벨트를 사용해 사지의 혈류를 제한하였다. 혈류를 제한한 걷기트레이닝은 대퇴부위 양쪽에 공압방식의 탄성벨트를 착용하고 압력을 조절하여 4주간, 주당 3일, 1일 2회 트레드밀을 이용하여 실시하였고 걷기프로그램은 4km/h의 속도와, 5%의 경사도로 2분 걷기와 1분 휴식으로 구성하여 총 5세트 반복하였다. 이 연구의 결과에서 4주간의 혈류를 제한한 걷기트레이닝 후, 인슐린의 농도는 유의하게 증가하였으나(p<.05) 글루코스의 농도는 증가하는 경향을 보였으나 유의한 차이를 보이지 않았으며 HOMA-IR은 유의하게 감소되었다(p<.05). 아디포넥틴과 비스파틴의 농도는 트레이닝 후, 증가하는 경향을 보였으나 통계적 유의차는 나타나지 않았다. 또한 그렐린과 GLP-1의 농도는 모두 4주간의 혈류를 제한한 걷기트레이닝 후, 유의하게 감소되었다(p<.05). 이상의 결과에서, 4주간의 혈류를 제한한 걷기트레이닝은 직장 중년 비만여성들의 인슐린 저항성과 아디포카인, Gut 호르몬 변화에 효과가 있는 것으로 생각되며 이러한 결과는 낮은강도와 짧은 시간의 혈류를 제한한 트레이닝이 비만의 예방과 치료적 차원에서 긍정적 효과가 있는 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.183-190
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• 2017

혈류를 제한한 트레이닝이란, 특수제작 된 공압식 가압벨트를 사용해 사지의 혈류을 제한한 상태에서 저강도로, 단시간 운동하는 것을 말한다. 이 연구의 목적은 만성질환의 발병 위험성이 높은 직장 비만여성을 대상으로, 낮은 강도의 혈류를 제한한 4주간의 걷기트레이닝이 신체조성 및 성장호르몬, 근손상지표에 어떠한 영향을 미치는 지를 구명하고자 한다. 연구대상자는 BMI $25kg/m^2$와 체지방률 30% 이상의 직장 비만여성 11명으로 하였으며 혈류제한은 공압방식의 탄성벨트를 양쪽의 대퇴부위에 착용하고 압력을 조절하였다. 걷기프로그램은 트레드밀을 이용하여 실시하였으며(4주, 주 3일, 1일 2회), 2분 걷기와 1분 휴식으로 구성하여 총 5세트 반복하였다(4km/h, 5%). 이 연구의 결과에서 4주간의 혈류를 제한한 걷기트레이닝 후, 체중과 BMI, 지방량은 유의하게 감소되었으며(p<.05) 체지방률은 감소하는 경향을 보였으나 통계적 유의수준에는 도달하지 못하였다. 성장호르몬 또한 트레이닝 후, 증가하는 경향을 보였으나 통계적 유의차는 나타나지 않았다. 근손상지표 인 CK(p<.05)와 LDH(p<.05), $K^+$(p<.01)의 농도는 트레이닝 후, 유의하게 증가되었으며 Mb의 농도는 증가하는 경향을 보였지만 통계적 유의수준에는 도달하지 못하였다. 이상의 결과에서, 4주간의 혈류를 제한한 걷기트레이닝은 직장 비만여성들의 각종 만성성인질환 및 대사성 질환의 원인인 비만을 예방하고 치료하는데 효과가 있는 것으로 생각되며 이는 짧은 운동시간에도 불구하고 장시간의 운동 효과를 얻을 수 있는 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.578-585
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• 2018

본 논문은 고속철도차량에 전기기계제동장치(EMB : Electric Mechanical Brake)를 적용하기 위한 주요 구성품인 3상 매입형영구자석동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 설계방법과 이를 이용한 인버터 제어시스템의 압부력제어 시뮬레이션 방법을 제안한다. 최근 자동차에서 주로 사용하는 유압식 제동장치는 유압을 발생시키기 위해 필요한 오일류와 유압 라인의 관리, 유지보수성 및 유압펌프의 동작으로 인한 효율성 등이 문제로 제기되면서 EMB에 대한 관심이 높아지고 있으나 비용증가 및 안전측면의 보완이 지속적으로 요구되고 있다. 공압식 제동장치를 주로 사용하는 철도차량은 EMB 시스템을 적용할 경우 차량 하부에 큰 공간을 차지하는 공기압축기, 제동공기통 및 연결 배관 등의 부품이 필요하지 않으므로 50% 이상의 소형화가 가능하며 인버터를 적용한 전동기 구동방식으로 인하여 상대적으로 빠른 응답속도와 정밀제어를 통해 공주거리를 단축시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 철도차량은 다수의 제동장치가 제동력을 분담하는 구조로 설계되어 자동차와 비교하여 EMB 적용이 안전측면에서 유리하다. 본 논문에서는 JMAG을 활용하여 고속철도의 제동 캘리퍼와 제동력 출력에 적합한 모터설계 및 전자계해석을 수행하였다. 제동 압부력 제어 시뮬레이션을 위해 기계구동부는 기존 EMB 시스템에 주로 적용된 볼스크류 형태의 동작방식과는 달리 고속철도차량에 적용된 편심축 회전을 이용한 구동방식으로 모델링하였다. IPMSM 제어를 통한 제동압부력 및 제동력 출력결과는 Matlab/Simulink를 활용하여 JMAG의 IPMSM 모델과 co-simulation을 통해 보였으며 결과의 타당성은 차세대고속철도(HEMU-430X)의 제동사양과의 비교를 통해 검증하였다.