점 흡수식 파력발전장치의 PTO 모델링에 따른 발전성능 특성 비교

노찬(Roh Chan),박지용(Ji-Young Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),김경환(Kyung-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2019 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

본 연구에서는 WEC-Sim를 이용하여 점 흡수식 파력발전장치에 대한 시간영역해석을 수행하였다. 또한 파력발전장치의 출력성능을 분석하기 위하여 WEC-Sim의 PTO-Sim을 이용하여 PTO를 모델링 하였다. 본 논문에서는 WEC-Sim의 선형 감쇠 계수를 이용한 PTO 시스템과 주파수 영역 해석을 통해 얻은 해석해 비교를 통한 WEC-Sim의 성능을 검증하였으며, PTO-Sim을 이용한 직접 구동 PTO 시스템 및 유압 PTO 시스템의 각 특성 및 제어 변수를 분석하고 제어 변수의 변화에 따른 발전 성능을 비교하였다. In this study, a time domain simulation was performed for a point absorber wave energy converter by using WEC-sim. In order to investigate the the output power, a PTO modeling by PTO-sim in WEC-Sim is applied on the time domain simulation. In this paper, the performance of WEC-Sim is verified through comparison between the PTO system using linear damping coefficient and the analysis obtained through frequency domain analysis. And each characteristics and control variable of direct drive PTO system and hydraulic PTO system is analyzed using PTO-Sim and compare the output power performance according to the change of control variable.

농업용 트랙터 PTO 기어 치면 하중 분포 분석

백승민 ( Seung-min Baek ),박성운 ( Seong-un Park ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

트랙터는 PTO를 이용하여 작업기에 동력을 전달함으로써 농작업을 수행한다. PTO 기어박스는 농작업에 따라 다양한 부하가 발생한다. PTO 기어의 치면 하중 분포는 PTO 기어박스의 요구 수명을 만족시키는 중요한 요소이며, 치면 하중 분포 계수가 작을수록 기어의 접촉 안전율은 증가한다(Peng et al., 2018). 이에 따라 농작업 부하에 따른 기어의 치면 하중 분포에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기어트레인 해석 상용 소프트웨어를 이용하여 농업용 트랙터 PTO 기어박스의 시뮬레이션 모델을 개발하고, 구동기어의 치면 하중 분포를 분석하였다. 본 연구에서는 70 kW급 트랙터 PTO 기어박스를 모델링 하였다. 시뮬레이션 조건은 트랙터 작업별 연간 이용 시간과 내구연한을 고려하여 2,736시간으로 입력하였으며, 엔진의 정격 부하 조건(70 kW@2,500 rpm)에서 실시하였다. 기어 치면의 접촉 패턴 해석은 ISO 6336: method B 규격을 통하여 계산하였다. PTO 1, 2, 3단 구동기어의 단위 길이당 하중의 최댓값은 각각 355 N/mm, 301 N/mm, 300 N/mm, 치면 하중 분포 계수는 각각 1.644, 1.625, 1.344, 접촉 안전율은 각각 1.185, 1.436, 1.458로 나타났다. PTO 1단 구동기어에서 단위 길이당 하중과 치면 하중 분포 계수가 가장 높게 나타났으며, 접촉 안전율은 가장 낮게 나타났다. PTO 단수가 증가함에 따라 단위 길이당 하중과 치면하중 분포 계수는 모두 감소하였으며, 접촉 안전율은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 고려하여 구동기어에 Micro-geometry optimization을 수행한다면 치면 하중 분포 개선 및 접촉 안전율 향상을 통해 PTO 기어박스의 원가 절감 및 최적 설계가 가능할 것으로 판단된다.

정식 작업 조건에 따른 정식기의 PTO 부하 분석

김완수 ( Wan Soo Kim ),최창현 ( Chang Hyun Choi ),장현준 ( Hyeon Jun Jang ),김용주 ( Yong Joo Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

본 연구는 필드 작업 시 작업 조건에 따른 정식기의 PTO 부하를 측정하고 분석하는 것을 목적으로 수행되었다. 부하 계측 시스템은 PTO 축의 부하를 측정하기 위한 토크 센서, 토크 센서에서 발생한 신호를 수집하기 위한 데이터 수집장치, 노트북에 전원을 공급하기 위한 파워 컨트롤러로 구성된다. 포장시험은 유사한 토양 조건에서 4회 반복 시험을 수행하였으며, 4개의 주간거리(26, 35, 43, 80cm)와 2개의 식부깊이(low, middle) 조건에서 수행하였다. 주간 거리가 PTO 부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 일원배치분산분석(One way ANOVA)과 Duncan의 다중검정을 실시하였다. 주간 거리가 PTO 부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 토크 비를 계산하였으며, 토크비는 작업조건에 따라 측정된 평균 PTO 부하를 이용하여 최소 부하를 기준으로 나누어 계산하였다. 식부 깊이 low에서 주간거리 26, 35, 43, 80 cm에 따른 PTO 축의 평균 토크는 각각 11.05, 9.07, 7.04, 3.75 Nm로 나타났다. 식부 깊이 middle에서 주간거리 26, 35, 43, 80 cm에 따른 PTO축의 평균 부하는 각각 12.20, 9.86, 7.94, 4.32 Nm로 나타났다. 주간거리가 80cm를 기준으로 43, 35, 26cm로 점차 감소할 때 식부 깊이 low에서 토크 비는 각각 88, 143, 195%로 증가하였으며, 식부 깊이 middle에서의 토크 비는 각각 84, 128, 182%로 증가하였다. PTO 부하는 주간거리가 짧을수록 증가하였고, 작업 조건에 따라 변동하였다. 그러므로 정식 작업 시 정식기의 부하와 내구성을 고려하여 적절한 작업조건을 선정해야함을 알 수 있다.

트랙터 장착형 일관작업 둥근두둑 복합기의 PTO 토크 및 견인력 특성분석

김병묵 ( Byung Mook Kim ),구영모 ( Young Mo Koo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

최근 농산물 수입개방과 ‘로컬푸드’ 선호 추세에 따라 밭농업의 경쟁력을 증대하기 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 기존에 수행되었던 견인력에 관한 연구들은 조방농업에 초점을 맞추어 진행되어 집약농업이 중심인 우리나라의 실정에 맞지 않는 측면이 있다. 집약농업 생력화를 위하여 기존의 농작업 기계들을 하나로 합일시켜 농작업을 일관 수행할 수 있게 복합작업기를 고안하였고 특성분석이 필요하였다. 따라서, 본 연구의 목적은 둥근 두둑 복합기를 장착한 트랙터의 포장 실험을 통해서 측정된 견인력과 PTO 토크를 분석하고 집약농업에 있어서 밭농업의 특성을 분석하여 운용방안을 제시하는 것이다. 견인동력계를 이용하여 6분력을 측정하여 모멘트를 분석하고, 트랙터의 PTO 축에 토크미터를 설치하였다. 실험은 PTO회전속도(RPM), 기어단수에 따른 주행속도(SPD), 경심(DEP)을 독립변수로 사용하여 각 3회 반복수행(REP)하였으며 같은 실험을 2회 반복(SET)하였다. 견인력은 경심에 유의하였고, PTO 토크는 PTO회전속도, 주행속도, 경심에 유의하였다. 견인력은 경심이 깊어질수록 커졌으며, PTO 토크는 PTO회전수, 경심, 기어단수가 증가할수록 커졌다. 경운피치와 비견인력, 비토크는 지수함수 관계에 있으며 비견인력 경운피치가 증가함에 따라 감소하고 비토크는 증가하였다. 수직력과 연관된 후륜반력이 모두 경심에 대하여 유의하였고 경심의 증가에 따라 후륜반력은 감소하였다. 후륜반력과 슬립의 회귀선은 감소 지수함수를 보였다. 후륜축의 총 반력을 2700kgf 정도까지 감경하면 슬립을 적정수준인 15% 내외로 유지 할 수 있을 것으로 예상한다. 현실적인 제언으로 전방 평형추의 중량을 증가시켜 후륜반력을 경감하거나, 구동륜의 반력을 줄이기 위해서 카테고리 1급 트랙터로 복합기를 운영할 수 있다. 이때는 정적 후방전도의 안정성을 위하여 전방버켓을 평형추(ballast)의 역할로 대치할 수 있다.

전기구동 트랙터 최적화를 위한 외부 작업기 PTO 출력 지원 시스템 개발

김강현 ( Gang-hyun Kim ),김경대 ( Kyeong-dae Kim ),이시영 ( Si-yeong Lee ),김원균 ( Won-gun Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

트랙터는 작업기로 동력을 전달하기 위해 동력 인출 장치(Power Take Off, PTO)가 존재한다. 기존의 트랙터는 PTO가 출력할 수 있는 용량에 따라 해당하는 작업기의 크기가 정해져 있다. 이는 다양한 용량의 작업기를 사용할 수 없다는 한계가 있다. 하지만 외부의 동력원으로부터 PTO의 출력을 지원함으로써, 단일 트랙터로 고용량의 작업이 가능해질 수 있다. 본 연구는 40kW급 전기구동 트랙터의 시뮬레이션 모델을 개발하여 수행하였다. 전기구동 트랙터 모델은 전차축에 10kW 용량의 모터, 후차축 및 PTO에 30kW 용량의 모터와 배터리, 감속기, 차륜 및 10kW 용량의 외부 동력원으로 구성하였고, 이는 상용 소프트웨어인 Matlab/Simulink를 사용하여 개발되었다. 전기구동 트랙터의 PTO 출력을 비교하기 위해 55마력급 엔진 트랙터의 로타리 작업의 부하를 계측하였으며 위 데이터를 전기구동 트랙터 시뮬레이션 모델의 작업 부하로 인가하였다. 시뮬레이션 결과, 외부의 동력원을 통해 상대적으로 고용량의 PTO 작업 수행이 가능함을 확인할 수 있었다. 추후 연구에서는 트랙터 시뮬레이션 모델과 분석 결과를 이용하여 목표하는 용량의 작업을 수행할 수 있도록 트랙터의 용량 및 외부 동력원의 최적화에 활용될 것이다.

로타리 작업에 따른 소형 관리기의 PTO 기어 부하 용량 시뮬레이션

김두한 ( Doo Han Kim ),천원기 ( Won Ki Chun ),김선일 ( Seon-il Kim ),최창현 ( Chang Hyun Choi ),김용주 ( Yong Joo Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

최근 국내 농업은 지속적인 농가 고령화 및 여성농업인의 증가로 인한 다기능, 소형, 경량화의 농업기계의 필요성이 증가하고 있는 실정이다. 이러한 농촌 환경 변화에 대응하기 위해 다양한 작업 기능이 가능한 소형 다목적 관리기의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 소형 관리기에 부하 계측 시스템을 구성하여 로타리 작업을 통한 부하를 측정하였다. 소형 관리기의 부하 데이터 측정을 위해 사용한 부하계측 시스템은 엔진 토크센서, 데이터 수집 장치로 구성하였다. 엔진 토크 센서는 관리기 엔진의 출력축에 있는 벨트 풀리에 토크 센서를 장착하여 부하를 측정하였다. 부하 데이터 수집을 위한 데이터 수집 장치는 National Instrument (NI-6259, NI, USA)를 사용하였다. 측정된 데이터는 작업 시 가장 직접적으로 영향을 많이 받는 PTO (Power Take Off) 기어의 부하 용량(load capacity)을 기어 해석 소프트웨어를 이용하여 분석하였다. PTO 기어의 부하 용량은 안전율, 피로수명을 대상으로 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 소형 관리기의 주행 속도 또는 PTO의 회전속도가 증가함에 따라 PTO에 발생하는 평균 부하가 크게 나타났다. 또한 주행 단수 및 PTO 기어 단수가 증가할수록 기어의 안전율과 피로수명이 감소하였다. 따라서 소형 관리기의 주행 속도와 PTO 회전 속도를 저속으로 작업하는 것이 PTO 기어의 수명과 가혹도에 더 유리할 것으로 판단된다.

Design and Performance Test of Hydraulic PTO for Wave Energy Converter

최경식,양동순,박신열,조병학 한국정밀공학회 2012 International Journal of Precision Engineering and Vol. No.

A PTO (power take-off) system for 50kW class rotating body type WEC (wave energy converter) has been designed,constructed and tested. The WEC has a semi-submerged, articulated structure composed of two cylindrical body sections linked together by a hinge joint. The wave-induced motion of the joint is resisted by a hydraulic cylinder, which pumps highpressure oil to PTO system having a generator-coupled hydraulic motor and a smoothing accumulator. The hydraulic PTO provides an efficient way for generating high quality electric power from the reciprocating motion of the cylinder. The economic viability of a WEC largely depends on the energy conversion efficiency of its PTO. The efficiency of the overall PTO system and individual parts are measured at the 5, 20, 35 and 43kW of generator power while the generator is tied to the commercial 380Vac grid. In this paper, the design of a hydraulic PTO is presented, and the performance of the PTO is discussed.

트랙터 장착형 일관작업 둥근두둑 복합기의 동력 및 연료소비특성

김병묵 ( Byung Mook Kim ),구영모 ( Young Mo Koo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

최근 농산물 수입개방과 ‘로컬푸드’ 선호 추세에 따라 경쟁력을 증대하기 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 집약농업 생력화를 위하여 기존의 농작업 기계들을 하나로 합일시켜 농작업을 일관 수행할 수 있게 복합작업기를 고안하였고 특성분석이 필요하였다. 따라서, 본 연구의 목적은 소요동력과 연료소비의 특성을 측정하고 분석하여 로터리를 기본으로 한 복합작업기의 집약 밭농업에서의 효율적인 작업 운용 방안을 제시하고자 하는 것이다. 포장 실험은 PTO회전속도(RPM), 기어단수에 따른 주행속도(SPD), 경심(DEP)을 독립변수로 사용하여 각 3회 반복수행(REP)하였으며 같은 실험을 2회 반복(SET)하였으며 견인력과 주행속도, PTO회전속도, 토크 및 연료소모량을 측정하였으며 소요동력은 견인동력, PTO동력, 구동륜의 축동력의 합으로 계산하였다. 견인동력은 작업속도가 빨라질수록 증가하였고. PTO 동력은 회전속도와 주행속도의 증가에 따라 증가하였고 PTO 동력이 증가하였다. 축동력은 견인동력과 유사한 경향을 보였으며 소요동력은 PTO 동력의 경향과 유사하였으며 PTO동력이 소요동력의 60-80%를 구성하기 때문으로 판단된다. 비체적 연료소비율(Specific volumetric fuel consumption)은 경심이 깊어질수록, PTO 회전속도가 빠를 수록, 주행속도가 빠를수록 감소하는 경향을 보였는데 소요동력의 증가율이 연료 소비량의 증가율보다 크기 때문에 감소하는 것으로 판단된다. 트랙터의 최저 비체적 연료소비율은 0.31L/kWh 수준으로 최대 동력의 0.72일때로 판단되며 포장실험에서는 작업기의 무게로 인한 정적 후방전도 안정성을 확보하기 위해 상대적으로 큰 Category Ⅱ 트랙터를 사용하여 최대 출력의 0.5-0.6수준으로 나타났다. Category Ⅰ 트랙터를 사용하여 연료의 효율을 높일 수 있지만, 트랙터 전면 평형추(ballast)로서 전방 버킷 로더를 장착하여 안정성을 확보해야 한다

요지인정과 명세서의 참작 - 출원된 청구항의 해석원칙에 대한 비교법적 고찰 -

임호(Im, Ho) 한국법학원 2021 저스티스 Vol.- No.183

특허청이 출원된 발명의 특허성을 심사하기 위해서는 청구항의 용어가 주는 관용적(사전적)이거나 통상적(출원시의 기술상식) 의미를 가지고 그 청구항이 가지는 기술적 범위를 확정한다. 특허청이 이렇게 해석된 청구항의 기술적 범위를 가지고 선행기술과 비교한 결과 특허청이 신규성이나 진보성 또는 공개요건을 충족시키지 못하였다고 거절하면 출원인은 보정을 하거나 그 거절의 취소를 구하는 심판을 청구할 수도 있다. 따라서 심사과정에서 출원된 청구항은 가장 넓은 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하고 이러한 해석에 기하여 심사관과 출원인 사이에 거절과 보정 및 심판청구라는 협상과정을 거쳐서 (너무 넓어서) 불분명하였던 청구항이 보다 합리적으로 한정되어진 이후에 등록을 거쳐서 일반대중에게 공시되어야만 누구라도 등록된 특허의 권리범위를 분명하게 알 수 있도록 하는 것이 청구항이 가지는 공시기능을 수행함과 동시에 특허심사의 목적도 달성된다. 그러나 심사과정에서 특허청이 너무 넓게 청구항의 기술적 범위를 확장함으로서 명세서에 공개된 것과 전혀 다른 기술적 사항도 포함하는 불합리한 결과가 나오는 경우에 그 불합리를 제거하기 위해서는 명세서가 참작(명세서의 부진정참작)되어야 한다. 그러나 침해소송에서 법원이 등록된 특허청구항의 기술적 범위(권리범위)를 해석하는 것은 심사과정과는 전혀 다른 목적과 의미를 가진다. 등록된 특허는 유효성이 추정되기 때문에 침해법원은 선행기술을 회피하도록 권리범위를 한정적으로 해석한 뒤 침해혐의물과 대조하여 침해혐의물이 특허청구항의 모든 구성요소들을 구비하고 있는지를 판단하는 것이다. 따라서 침해판단에서의 등록특허의 청구항의 해석은 그 기재된 용어에 기초하여 출발하더라도 명세서가 제공하는 정보를 참작하여 그 의미를 해석하여야만 하고(명세서의 진정참작) 그 분야의 통상기술자에게 주는 객관적 의미로 해석되어야 한다. 이렇게 심사과정에서의 청구항의 요지인정과 침해단계에서의 등록특허의 권리범위의 해석은 전혀 다른 목적과 전혀 다른 원칙에 입각하고 있는 것이다. 이에 따라서 미국의 CAFC와 일본의 최고재판소 및 지재고재는 심사단계에서는 청구항의 문언에 기초한 관용통상적인 가장 넓은 해석원칙에 의하여 요지인정을 하고 있는데 비하여, 침해판단에서는 명세서를 참작하여 한정적이고 객관적인 해석을 하고 있다. 이에 비하여 우리 대법원은 양 단계를 구별하지 않고 모두 하나의 통일된 원칙 즉 침해판단에서의 청구항의 명세서참작 원칙을 적용하고 있다. 그러나 이러한 해석은 심사과정에서의 청구항의 해석이 필요한 목적과 원칙에 위배된다는 비판을 면하기 어렵다. If the patent is filed, PTO examines the scope of claims not only on the basis of the claim language but also on the claims themselves, and gives their broadest reasonable construction. In this stage, PTO grants the claim languages as the ordinary and customary meaning at the time of filing. However, if PTO"s construction of the claim term is too broad to become inconsistent with the disclosure of the specification then the PTO’s construction becomes the unreasonably broad interpretation beyond the reasonable technical scope of the specification. The the court must define the term within the reasonable scope in the light of the specification. CAFC as the broadest reasonable interpretation test and Japanese Supreme Court’s Repase test are all following this reasonable standard and Korean Supreme Court also follows the same test in PTO’s examination stage. After CAFC’s Phillips case(infringement construction case), one Japanese lower court followed the Phillips test in PTO’s claim construction and thereafter Japanese professors and practitioners would allege that the Phillips test should be applied generally in PTO’s interpretation in the examination process. However this Phillips test is different one from the broadest reasonable interpretation test and must not be applied in PTO’s examination process.

전기굴착기의 농작업기 장착을 위한 3점히치 및 회전작업을 위한 유압식 PTO 개발

최규정 ( Kyujeong Choi ),박진선 ( Jin-sun Park ),조승제 ( Seung-je Cho ),이상대 ( Sang-dae Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

최근 농업 환경이 변화하면서 친환경 하우스 농업, 스마트 유리온실의 비중이 증대되고 있으나, 시설 내부에서 내연기관을 이용하는 트랙터나 관리기를 사용할 때 발생하는 매연에 의해 농민들의 건강이 위협받고 있다. 건설기계 업계에서는 소형 전기굴착기를 개발하고 상용화에 성공하였으므로 소형 전기굴착기를 활용하여 농작업을 수행할 수 있다면 시설 내부에서의 매연 발생 문제의 해결 방안으로 기대할 수 있다. 농작업은 쟁기 작업과 같이 견인력만 사용하는 작업과 로타베이터, 배토기 작업과 같이 PTO(Power Take Off) 동력과 견인력을 같이 사용하는 작업으로 나눌 수 있다. 두 작업 모두 트랙터 후방에 장착된 3점히치를 사용하여 작업기를 부착하고 높낮이를 조절하여 적절한 깊이의 작업이 가능하도록 한다. 본 연구에서는 기존의 전기굴착기에 농작업기를 부착할 수 있도록 퀵커플러를 사용한 3점히치 구조물을 개발하였으며, 엔진 동력을 추출하여 작업기를 회전시키는 PTO를 대체하기 위하여 유압모터를 활용해 유압식 PTO(H-PTO)를 개발하였다. 또한 전기굴착기에 부착하여 작업 가능한 전용 부착작업기 2종(로타베이터, 배토기)을 개발하였다. 최종적으로 벤치테스트를 통해 H-PTO의 최대 출력 토크 217.0 N·m, 최대 회전속도 426.9 rpm 임을 확인하였으며 실차테스트를 통해 로타베이터 최대 회전속도 161.6 rpm, 배토기 최대 회전속도 146.1 rpm 임을 확인하고 농작업을 원활히 수행 가능함을 확인하였다.