KR0167027B1 - 회전 토크 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전하는 축에서의 정밀 토크 발생 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 회전 토크 발생 장치는, 기준 토크 센서와, 상기 기준 토크 센서와 플렉서블 커플링을 통하여 기계적으로 연결된 직류 발전기와, 상기 기준 토크 센서로부터의 기준 토크 센서 신호와, 컴퓨터를 통한 설정 토크값 신호를 받은 후, 상기 두 신호들을 비교하여 오차 신호를 발생하여 상기 직류 발전기로 출력하는 직류 발전기 제어 장치를 포함한다.

본 발명의 회전 토크 발생 장치는, 회전하는 토크를 직접 기준 토크 센서를 이용하여 측정하고, 이 측정값을 직류 발전기의 제어 신호로서 이용함으로서 회전축에 걸리는 토크를 정확하게 발생하는 것이 가능하다.

Description

회전 토크 발생 장치

제1도는 본 발명의 회전 토크 발생 장치에 블록도.

제2도는 제1도에 도시한 직류 발전기에 대한 상세 블록도.

제3도는 제2도에 도시한 직류 발전기 제어 장치의 토크 센서 증폭기의 회로도.

제4도는 제2도에 도시한 오차 검출기의 회로도.

제5도는 제2도에 도시한 직류 전압 증폭기의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 직류 발전기 3 : 기준 토크 센서

4 : 직류 발전기 제어장치 5 : 컴퓨터

본 발명은 토크 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 회전하는 축에서의 정밀 토크 발생 장치에 관한 것이다. 회전축의 토크는 모터, 엔진, 펌프 등의 성능을 평가하거나, 정밀 토크 셀의 설계 및 토크 셀의 회전 특성 시험을 위하여 산업 현장에서 자주 측정된다. 그리고 이러한 회전축의 토크를 정밀하게 측정하기 위해서는 토크 발생 장치가 필요하다.

현재 사용되고 있는 회전 토크 발생 방식으로는 와상 전류 브레이크 방식, 기계 브레이크 방식, 직류 브레이크 방식 등이 사용되고 있다.

와상 전류 브레이크 방식은 직류 입력 전압을 변화시킴으로서 쉽게 부하 토크를 제어하는 것이 가능하지만, 속도가 0 일 때는 토크를 발생하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.

기계 브레이크 방식은 프로니 브레이크 방식과 워터 브레이크 방식이 있다. 프로니 브레이크 방식은 간단한 기계 브레이크로서 구조가 간단하여 제작비용이 적지만 정밀도가 저하되는 단점이 있으며, 워터 브레이크 방식은 고속 회전용이나 대용량 등에 사용되는 방식이다.

마지막으로, 직류 전기 브레이크 방식은 직류 발전기의 여자 전류를 변화시킴으로서 토크를 제어하는 방식이다.

이상 언급한 현재 사용하고 있는 토크 발생 장치들은 토크의 검출을 브레이크에 의해 발생되는 역토크를 브레이크에 장착되어 있는 토크 암과 힘 센서인 로드 셀을 이용하여 검출하고 있다. 그러나 이러한 경우, 브레이크를 구성하는 베어링 등의 특성, 토크 암의 정밀도 그리고 로드 셀의 정밀도 때문에 브레이크에서 감지하는 토크와 회전축에서 발생하는 토크 사이에는 일정한 편차가 존재하게 되며, 이러한 편차는 결국 회전 토크 발생 장치에서 정확한 토크 발생을 저해하는 원인이 되고 있다.

본 발명에서는 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 직류 전기 브레이크 및 토크 센서를 결합한 신규의 토크 발생 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 회전 토크 발생 장치는, 기준 토크 센서와, 상기 기준 토크 센서와 플렉시블 커플링을 통하여 기계적으로 연결된 직류 발전기와, 상기 기준 토크 센서로부터의 기준 토크 센서 신호와, 컴퓨터를 통한 설정 토크값 신호를 받은 후, 상기 두 신호들을 비교하여 오차 신호를 발생하여 상기 직류 발전기로 출력하는 직류 발전기 제어 장치를 포함한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조한 실시예의 설명을 통하여 본 발명의 내용을 상술한다. 참고적으로 각 도면에서 공통적으로 사용한 동일 도면 부호는 동일 또는 유사 부분을 지칭한다.

제1도는 본 발명에 따른 회전 토크 발생 장치의 블록도이다.

도시된 바와 같이, 직렬 상태로 동력 발생(12), 기준 토크 센서(3), 직류 발전기(2)들이 플렉시블 커플링(9)과 고정 커플링(10)으로서 기계적으로 연결되어 있으며, 상기 기준 토크 센서(3)는 직류 발전기 제어 장치(4)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 직류 발전기 제어 장치(4)는 컴퓨터(5) 및 상기 직류 발전기(2)와 전기적으로 접속되어 있다.

다음은 제1도에 도시한 회전 토크 발생 장치의 작동에 관하여 상술한다.

구동부의 모터 등과 같은 동력 발생 장치(12)에 시험하고자 하는 회전 속도를 설정하고, 회전을 개시하면 모터와 동일 축선상에 설치된 기준 토크 센서(3) 및 직류 발전기(2)가 회전하게 된다. 컴퓨터(5)를 통하여 설정 토크값(디지털 신호)을 입력하면, 이 설정 토크 값은 직류 발전기 제어 장치(4)로 입력된다. 제2도는 제1도에 도시한 직류 발전기 제어 장치(12)에 대한 상세 블록도이다. 이 도면을 참조하면, 컴퓨터(5)로부터의 출력 신호는, D/A 컨버터(4a)를 통하여 아날로그 신호로 변환되고, 이렇게 변환된 아날로그 신호는 오차 검출기(4b)로 입력된다. 오차 검출기(4b)에서는 상기 아날로그 신호를, 기준 토크 센서(3)와 연결된 토크 센서 증폭기(4d)로 부터의 증폭 신호와 비교하여서, 그 비교한 차이에 해당하는 직류 전압 신호를 발생한다. 이 직류 전압 신호는 직류 전압 증폭기(4c)를 통해 증폭된 후, 직류 발전기(2)에 인가되어 회전하고 있는 축의 토크를 부하하게 된다. 이때 오차 검출기(4b)에서 출력되는 신호가 허용 오차 이하가 될 때까지 이와 같은 과정을 자동으로 반복한다.

따라서 회전하는 토크를 직접 기준 토크 센서(3)를 이용하여 측정하고, 이 측정값을 직류 발전기(2)의 제어 신호로서 이용함으로서 회전축에 걸리는 토크를 정확하게 발생하는 것이 가능하다.

제3도는 제2도에 도시한 직류 발전기 제어 장치(4)의 토크 센서 증폭기(4d)에 대한 회로도이다. 그러나 토크 센서 증폭기(4d)는 다양한 방법으로 회로를 구현할 수 있으며, 제4도의 회로에 한정되는 것은 아니다. 제4도에서는 CN1 선로를 통하여 10V 전원이 기준 토크 센서(3)에 인가되도록 구성하였으며, 기준 토크 센서(3)에서 감지되는 출력 신호는 가변 저항기(VR3)을 이용하여 4 내지 20 배 증폭된 후, 다시 10배 증폭되어 출력 장치(20)으로 출력됨과 동시에 설정 토크 값과 상응하는 직류 전압 신호와 비교하기 위하여 CN2 선로를 통하여 오차 검출기(4b)로 보내진다. 제4도는 제2도에 도시한 오차 검출기(4b)의 회로도이다. 그러나 이 오차 검출기(4b)는 다양한 형태로 구성할 수 있다. 도시한 바와 같이, 오차 검출기(4b)는 설정 토크 값에 상응하는 직류 전압 신호와 기준 토크 센서(3)로 부터 감지되는 측정 토크 값에 상응하는 직류 전압 신호를 비교하여 오차를 검출하도록 비례 적분기 회로로 구성되어 있다. 오차 검출기(4b)는 설정 토크 값에 상응하는 직류 전압 신호와 CN2 선로를 통해 입력되는 측정 토크 값에 상응하는 직류 전압 신호를 비교하여 오차를 검출하고, 이 오차는 전압 신호로서 CN3 선로를 통하여 직류 전압 증폭기(4c)로 입력된다. 오차 검출기(4b)에서 영점(零點) 조정은 다이오드(D)를 통하여 할 수 있다. 제5는 제2도에 도시한 직류 전압 증폭기(4c)의 회로도이다. 이 직류 전압 증폭기(4c)는 직류 발전기(2)를 구동하기 위하여 CN3 선로를 통하여 입력되는 직류 전압 신호를 안정하게 증폭시켜 직류 발전기(2)로 안정하게 입력한다. 도시한 바와 같이 직류 전압 증폭기(4c)는 설정된 토크 값에 상응하는 직류 전압 신호에 따라 입력되는 전압을 최대 200V 까지 증폭시키는 것이 가능하다. 제4도의 직류 전압 증폭기(4c)에 입력되는 전압은 OP 증폭기(OP)에 의해 증폭되고, 트랜스포모(TF)를 통해 증폭된 후에, 다이오드(D)에서 정류된 후 CN4 선로를 통하여 직류 발전기(2)로 입력된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 토크 발생 장치의 특성을 평가한 결과 설정된 토크값을 컴퓨터에 입력한 후 4 초 이내에 매우 안정된 토크값을 구할 수 있었다. 동적 안정도에 있어서도 시험한 전구간에 걸쳐 측정 오차가 ±1㎷(0.0506 % 오차) 이내로 변화하여 매우 안정된 상태를 보였다.

결론적으로 본 발명에 따른 회전 토크 발생 장치는 토크 센서나 동력 발생 장치, 가령 모터, 엔진 등의 특성 평가를 행하는 데 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 기준 토크 센서(3)와, 상기 기준 토크 센서(3)와 플렉서블 커플링(9)을 통하여 기계적으로 연결된 직류 발전기(2)와, 상기 기준 토크 센서(3)로부터의 기준 토크 센서 신호와, 컴퓨터(5)를 통한 설정 토크값 신호를 받은 후, 상기 두 신호들을 비교하여 오차 신호를 발생하여 상기 직류 발전기(2)로 출력하는 직류 발전기 제어 장치(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 토크 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 직류 발전기 제어 장치(4)는, 컴퓨터(5)로 부터의 디지털 입력 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(4A)와, 상기 기준 토크 센서(3)로 부터의 신호를 증폭하는 토크 센서 증폭기(4d)와, 상기 D/A 컨버터(4a)와 토크 센서 증폭기(4d)로 부터의 신호를 비교하여 오차 신호를 발생하는 오차 검출기(4b)와, 상기 오차 검출기(4b)로부터의 오차 신호를 증폭하여 상기 직류 발전기(2)로 출력하는 직류 전압 증폭기(4c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 토크 발생 장치.