공압 모터

Pneumatic motor
1879년의 빅터 타틴 비행기는 추진에 압축 공기 엔진을 사용했다.오리지널 공예품, Musée de l'Air et de l'espace.
최초의 기계식 잠수함인 1863년형 프랑스 잠수함 플롱쥬르는 압축 공기 엔진을 사용했다.Musée de la Marine (로슈포르).

공압 모터(공기 모터) 또는 압축 공기 엔진은 압축 공기를 팽창시켜 기계적인 작업을 하는 모터의 한 종류입니다.공압 모터는 일반적으로 압축 공기 에너지를 선형 또는 회전 운동을 통해 기계적 작업으로 변환합니다.선형 운동은 다이어프램 또는 피스톤 액추에이터에서 발생할 수 있으며, 회전 운동은 베인형 공기 모터, 피스톤 공기 모터, 공기 터빈 또는 기어형 모터에서 공급됩니다.

공압 모터는 핸드헬드 모터에서 최대 수백 마력의 엔진에 이르기까지 지난 2세기 동안 다양한 형태로 존재해 왔습니다.피스톤과 실린더에 의존하는 유형도 있고, 베인이 있는 슬롯형 로터(베인 모터)에 사용되는 유형도 있고 터빈을 사용하는 유형도 있습니다.많은 압축 공기 엔진은 유입 공기 또는 엔진 자체를 가열하여 성능을 향상시킵니다.공압 모터는 휴대용 공구 [1]업계에서 광범위한 성공을 거뒀지만, 다양한 산업 분야에서 고정적으로 사용되고 있습니다.운송업계에까지 그 이용을 확대하려는 시도가 계속되고 있다.그러나 공압 모터는 운송 산업에서 실행 가능한 옵션으로 인식되기 전에 비효율성을 극복해야 합니다.

분류

선형

압축 공기로부터 선형 운동을 달성하기 위해 피스톤 시스템이 가장 일반적으로 사용됩니다.압축 공기는 피스톤의 샤프트를 수용하는 기밀 챔버로 공급됩니다.또한 이 챔버 내부에는 공기가 챔버 안으로 펌핑되지 않을 때 챔버가 완전히 열린 상태를 유지하기 위해 피스톤 샤프트 주위에 스프링이 감겨 있습니다.공기가 챔버로 공급되면 피스톤 샤프트에 가해지는 힘이 [2]스프링에 가해지는 힘을 극복하기 시작합니다.챔버에 더 많은 공기가 공급되면 압력이 증가하고 피스톤이 챔버 아래로 이동하기 시작합니다.최대 길이에 도달하면 공기 압력이 챔버에서 방출되고 스프링은 챔버를 닫아 원래 위치로 되돌리는 방식으로 사이클을 완료합니다.

피스톤 모터는 유압 시스템에서 가장 일반적으로 사용됩니다.기본적으로 피스톤 모터는 유압 에너지를 기계적[3] [4]에너지로 변환하는 데 사용되는 것을 제외하고 유압 모터와 동일합니다.

피스톤 모터는 종종 하우징에 둘러싸인 2, 3, 4, 5, 또는 6개의 실린더로 직렬로 사용됩니다.따라서 여러 모터가 사이클의 특정 시간에 서로 동기화되기 때문에 피스톤에 의해 더 많은 전력이 공급될 수 있습니다.

피스톤 공기 모터에 의해 달성되는 실질적인 기계적 효율은 40%~50%[5]입니다.

로터리 베인 모터

베인형 모터

회전 베인 모터로 알려진 공압 모터는 공기를 사용하여 축에 대한 회전 운동을 생성합니다.회전 요소는 구동축에 장착되는 슬롯형 로터입니다.로터의 각 슬롯에는 슬라이드 자유자재로 직사각형 [4]베인이 장착되어 있다.베인은 모터 설계에 따라 스프링, 캠 작동 또는 공기압을 사용하여 하우징 벽까지 연장됩니다.공기는 모터 입력을 통해 펌핑되며, 이 입력은 베인을 밀어 중앙 샤프트의 회전 운동을 생성합니다.회전 속도는 모터 입구에서의 공기압 양과 하우징 [2]직경 등 여러 요소에 따라 100~25,000rpm 사이에서 달라질 수 있습니다.

베인형 공기 모터의 한 가지 용도는 대형 산업용 디젤 또는 천연가스 엔진을 시동하는 것입니다.압축 공기, 질소 또는 천연 가스 형태의 저장된 에너지는 밀폐된 모터 챔버로 들어가 로터의 베인에 압력을 가합니다.이로 인해 로터가 고속으로 회전합니다.엔진 플라이휠은 엔진 시동을 걸 때 많은 토크가 필요하기 때문에 감속 기어가 사용됩니다.감속 기어는 낮은 에너지 입력량으로 높은 토크 레벨을 생성합니다.이러한 감속 기어는 엔진 플라이휠이 공기 모터 또는 에어 스타터의 피니언 기어와 맞물리는 동안 충분한 토크를 발생시킵니다.

터빈 모터

공기 터빈은 180,000rpm 이상의 고속 치과 핸드피스에서 버를 회전시키지만 토크는 제한적입니다.터빈은 무게를 더하지 않고도 핸드피스 끝에 들어갈 수 있을 정도로 작습니다.

어플

공압 모터는 휴대용 공구, 임팩트 렌치, 펄스 공구, 스크류드라이버, 너트 러너, 드릴, 그라인더, 샌더스 등에 널리 사용되고 있습니다.공압 모터는 다양한 산업 용도로도 고정식으로 사용됩니다.공압 공구의 전반적인 에너지 효율은 낮으며 압축 공기원에 대한 접근이 필요하지만 전기 공구에 비해 몇 가지 이점이 있습니다.전력 밀도가 더 높고(작은 공압 모터가 더 큰 전기 모터와 동일한 양의 전력을 제공할 수 있음), 보조 속도 컨트롤러가 필요하지 않으며(소형성에 더하여), 발열이 적으며, 전력이 필요하지 않고 스파크가 발생하지 않으므로 휘발성이 더 높은 환경에서 사용할 수 있습니다.파손 [7]없이 최대 토크로 정지할 수 있습니다.로터리 피스톤 엔진의 효율은 기계적 에너지 손실에 크게 좌우됩니다.다양한 추정치에 따르면 기계적 손실 값은 [8]엔진에 공급되는 에너지의 20%가 될 수 있습니다.

역사적으로 많은 사람들이 공압 모터를 운송 산업에 적용하려고 시도했습니다.제로 오염 모터스의 CEO이자 설립자인 가이 네그레는 1980년대 [9]후반부터 이 분야를 개척해 왔습니다.최근 엔진 에어는 자동차용 회전 모터도 개발했다.엔진 공기는 모터를 차량의 휠 바로 옆에 배치하고 움직임을 전달하기 위해 중간 부품을 사용하지 않습니다. 즉, 모터의 거의 모든 에너지가 [10]휠을 회전시키는 데 사용됩니다.

수송 이력

공압 모터는 19세기 중반에 운송 분야에 처음 적용되었다.최초의 압축 공기 차량에 대해서는 거의 알려져 있지 않지만, 모타이의 프랑스인 Andraud와 Tessie가 1840년 7월 9일 프랑스 Chaillot의 테스트 트랙에서 공압 모터로 구동되는 자동차를 운행했다고 한다.자동차 테스트가 성공했다고 보고되었지만,[11] 그 두 사람은 디자인의 더 이상의 확장을 탐구하지 않았다.

공압 모터를 수송에 최초로 적용한 것은 기관차에 사용된 메카르스키 시스템 공기 엔진입니다.메카르스키의 혁신적인 엔진은 소형 보일러에서 공기를 가열해 공기 팽창에 따른 냉각을 극복한 뒤 사용됐다.프랑스 낭트에 위치한 트램웨이 드 낭트는 기관차에 동력을 공급하기 위해 메카르스키 엔진을 사용한 최초의 기관차로 유명하다.공압식 전차는 1917년 보다 효율적이고 현대적인 전기 전차로 대체되었지만, 1879년 12월 13일에 운행을 시작하여 오늘날까지 운행되고 있다.

미국인 Charles Hodges 또한 기관차 산업에서 공압 모터로 성공을 거두었다.1911년에 그는 공기 기관차를 설계했고 특허를 H.K.에 팔았다. 피츠버그에 있는 포터 컴퍼니에서 [12]탄광에 사용할 수 있습니다.공압 모터는 연소를 사용하지 않기 때문에 석탄 산업에서 [11]훨씬 안전한 선택이었습니다.

많은 회사들이[who?] 압축 공기 자동차를 개발하고 있다고 주장하지만, 실제로 구입할 수 있는 것은 없고 심지어 독립적인 테스트도 할 수 없다.

도구들

충격 렌치, 펄스 공구, 토크 렌치, 스크류 드라이버, 드릴, 그라인더, 다이그라인더, 샌더스, 치과용 드릴, 타이어 체인저 및 기타 공압식 공구는 다양한 공기 모터를 사용합니다.여기에는 베인형 모터, 터빈 및 피스톤 모터 등이 포함됩니다.

어뢰

대부분의 성공적인 초기 형태의 자주 어뢰는 고압 압축 공기를 사용했지만, 이는 내연기관 또는 외연기관, 증기기관 또는 전기 모터로 대체되었습니다.

철도

압축 공기 엔진은 트램과 셔터에 사용되었고,[13] 결국 지하에서 전기 열차로 대체되었지만, 광산 기관차에서 성공적인 틈새를 찾았습니다.수년간 설계의 복잡성이 증가하여 각 [14]단계 사이에 공기 대 공기 재열기가 있는 트리플 확장 엔진이 탄생했습니다.자세한 내용은 화염 없는 기관차와 메카르스키 시스템을 참조하십시오.

  • Mekarski compressed air tram, 1875

    메카르스키 압축항공전차, 1875년

  • Pneumatic Locomotive with attached pressure container used during the construction of the Gotthard Rail Tunnel 1872-1880.[15]

    1872-1880년 [15]고타드 철도 터널 건설 시 사용된 압력 용기가 부착된 공압식 기관차.

  • A compressed air locomotive by H.K. Porter, Inc., in use at the Homestake Mine, South Dakota, between 1928 and 1961

    H.K.의 압축 공기 기관차1928년부터 1961년까지 사우스다코타주 홈스테이크 광산에서 사용되었던 Porter, Inc.

비행

워터로켓은 압축공기를 사용하여 워터제트에 동력을 공급하고 추력을 발생시키며 장난감으로 사용됩니다.

장난감 브랜드인 Air Hogs는 또한 압축 공기를 사용하여 장난감 비행기(및 일부 다른 장난감 차량)의 피스톤 엔진에 동력을 공급합니다.

자동차

주요 기사:압축 공기 차량

현재 에어카 개발에 어느 정도 관심이 있다.개인 운송에 필요한 성능과 긴 수명을 입증하는 엔진은 없지만, 이러한 엔진에는 여러 가지가 제안되었습니다.

에너지

Energine Corporation은 하이브리드 압축 공기와 전기 엔진으로 작동하는 완전히 조립된 자동차를 납품한다고 주장하는 한국의 회사였다.압축 공기 엔진은 교류 발전기를 작동시키는 데 사용되며, 교류 발전기는 자동차의 자율 작동 용량을 확장합니다.사장은 허위 [16]주장을 내세워 에어모터를 부정 홍보한 혐의로 구속되었다

엔진 에어

호주의 회사인 Engine Air는 디 피에트로 모터라고 불리는 압축 공기로 구동되는 회전식 엔진을 만들고 있다.Di Pietro 모터의 개념은 회전 피스톤에 기초하고 있습니다.기존 로터리 엔진과 달리 Di Pietro 모터는 원통형 [17]스테이터 내부에서 마찰 없이 롤링하는 단순한 원통형 로터리 피스톤(축 드라이버)을 사용합니다.

그것은 보트, 자동차, 짐 운반선 및 기타 차량에서 사용할 수 있습니다.마찰 [18][19]극복에 필요한 압력은 1psi( 6 6,8 kPa)입니다.이 엔진은 2004년 [20]3월 24일 호주에서 열린 ABC 뉴 발명가 프로그램에도 소개되었습니다.

K'Airmobiles

K'Airmobiles는 소규모 연구진에 의해 2006-2007년 프랑스에서 개발된 프로젝트를 통해 상용화되도록 의도되었다.그러나 이 프로젝트는 필요한 자금을 모으지 못하고 있다.

한편, 이 팀은 낮은 에너지 용량과 기체의 팽창으로 인한 열 손실 때문에 기내에 저장된 압축 공기를 사용하는 것이 물리적으로 불가능하다는 것을 인식했습니다.

최근에는 압축가스 모터로 전환된 특허 출원 중인 'K'Air Generator'를 이용해 북미 투자자들의 도움으로 2010년에 사업을 시작해야 하지만, 우선 녹색 에너지 [21]발전 시스템을 개발하려는 목적에서다.

MDI

주요 기사:모터 개발 인터내셔널

원래 Négre 공기 엔진에서는 하나의 피스톤이 대기 중의 공기를 압축하여 저장된 압축 공기와 혼합합니다(압축 공기는 팽창하면서 급격히 냉각됩니다).이 혼합물은 두 번째 피스톤을 구동하여 실제 엔진 출력을 제공합니다.MDI의 엔진은 일정한 토크로 작동하며, 토크를 휠로 변경하는 유일한 방법은 일정한 변동의 풀리 변속기를 사용하는 것입니다. 따라서 효율이 떨어집니다.차량이 정지했을 때, MDI의 엔진은 켜지고 작동해야 했고, 에너지가 손실되었습니다.2001~2004년에 MDI는 1990년으로 거슬러 올라가는 Regusci의 특허(아래 참조)와 유사한 설계로 전환했습니다.

2008년 인도 자동차 제조업체인 타타는 저가 나노 [22]자동차의 옵션으로 MDI 압축 공기 엔진을 검토하고 있었다고 보도되었습니다.타타는 2009년에 압축 에어카가 낮은 범위와 낮은 엔진 온도 문제 때문에 개발이 어렵다고 발표했다.

콰시터빈

주요 기사:콰시터빈

공압식 Quasiturbine 엔진은 정점에 측면 힌지가 있는 마름모꼴 로터를 사용하는 압축 공기 피스톤리스 회전 엔진입니다.

Quasiturbine은 저장된 압축 공기를 사용하는 공압 엔진으로 시연되었습니다.

그것은 [24]또한 태양 에너지와 같은 사용 가능한 외부 열을 사용함으로써 가능한 에너지 증폭을 이용할 수 있다.

Quasiturbine은 0.1atm(1.47psi)의 낮은 압력에서 회전합니다.

Quasiturbine은 순수 팽창 엔진이지만 Wankel과 다른 대부분의 회전 엔진은 그렇지 않기 때문에 압축 유체 엔진, 공기 엔진 또는 공기 [24]모터로 적합합니다.

레구시

Armando Regusci 버전의 에어 엔진은 변속기 시스템을 휠에 직접 결합하고 0부터 최대까지 가변 토크를 제공하여 효율성을 높입니다.Regusci의 특허는 [25]1990년부터 시작되었다.

팀 사이코액티브

Psycho-Active는 자동차 라인의 기반이 되는 멀티 연료/에어 하이브리드 섀시를 개발하고 있습니다.퍼포먼스는 리터당 50hp입니다.이들이 사용하는 압축 공기 모터를 DBRE 또는 덕티드 블레이드 로터리 [26][27]엔진이라고 합니다.

폐기된 공기 엔진 설계

붕장 모터

밀턴 M.1881년 붕장어는 압축 공기 또는 증기로 구동되는 모터를 제조하여 휠의 접선 베어링 뒤쪽에 쐐기 모양 또는 경사 벽 또는 접점을 형성하고 추진 [28]매체의 압력에 따라 다소 빠른 속도로 추진했습니다.

「 」를 참조해 주세요.


레퍼런스

  1. ^ "Motors and Motor Control,Pneumatic motors - All industrial manufacturers in this category - Videos". Archived from the original on 2011-01-29.
  2. ^ a b 엔지니어 엣지공압 액추에이터 설계 및 작동http://www.engineersedge.com/hydraulic/pneumatic_actuator.htm 에서 취득했습니다.
  3. ^ 테크놀로지 존 에어 모터취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  4. ^ a b 베인형 모터취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  5. ^ Yu, Qihui; Hao, Xueqing; Tan, Xin (2018). "Performance analysis of an innovative kind of two-stage piston type expansion air engine". Advances in Mechanical Engineering. 10 (5). doi:10.1177/1687814018773860. S2CID 117374963.
  6. ^ 공기 모터취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  7. ^ 안전 제일주의 및 그림 정보: CS1 유지 보수: 제목으로 아카이브된 복사(링크
  8. ^ Mytrofanov, Oleksandr; Proskurin, Arkadii; Poznanskyi, Andrii; Zivenko, Oleksii (2022-06-30). "Determining the power of mechanical losses in a rotary-piston engine". Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 3 (8 (117)): 32–38. doi:10.15587/1729-4061.2022.256115. ISSN 1729-4061.
  9. ^ 산업 컨셉.취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  10. ^ 홀, K. (2009년, 5월 26일)공해 제로 모터스는 2011년 106 mpg의 공기로 움직이는 자동차를 출시할 예정입니다[Web 로그 메시지].취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  11. ^ a b 압축 공기 차량의 역사(n.d.)취득원: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크)
  12. ^ Hodges, C.B (1912)미국 특허 제1024778호워싱턴 DC: 미국 특허상표청
  13. ^ "Compressed-Air Propulsion". Archived from the original on 2014-10-27. Retrieved 2010-11-07.
  14. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2015-10-31. Retrieved 2014-05-11.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  15. ^ 브라운, 아돌프: 1875년 도르나흐 임 엘사스, "Photographische Ansichten der Gotthardbahn"의 루프트로코모티브
  16. ^ 압축 공기차 #에너지 참조
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  19. ^ "Engine Air". Archived from the original on 2007-06-25.
  20. ^ "New Inventors: Rotary Piston Engine". Archived from the original on 2011-09-09.
  21. ^ "K°Air Energy Inc". Archived from the original on 2015-02-15.
  22. ^ Wojdyla, Ben. "Tata Nano To Offer Compressed Air Engine Optional, Make Electric Cars Look Silly". Archived from the original on 2011-10-16.
  23. ^ 최고 효율 전력 변조를 위한 Quasiturbine 저RPM 고토크 압력 구동 터빈.동료들은 IGTI(국제 가스터빈 협회)와 ASME(미국 기계 공학 협회)의 2007 터보 엑스포 2007에 발표된 논문을 검토했다.2006-11-13 Wayback Machine 정보 요약 아카이브
  24. ^ a b "Quasiturbine> Type> Pneumatic". Archived from the original on 2011-09-20.
  25. ^ "REGUSCIAIR - Home". Archived from the original on 2010-03-07.
  26. ^ "Psycho-Active Contenders for the Automotive X-Prize". Archived from the original on 2011-07-27.
  27. ^ "THOUGHTFLOW DESIGN'S DUCTED-BLADE ROTARY ENGINE". Archived from the original on 2016-03-04.
  28. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2011-07-14. Retrieved 2011-07-13.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  29. ^ "Proe Ericsson Cycle Engine". Archived from the original on 2013-04-29.

외부 링크