KR0178165B1 - 온도 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체 내부에 마련된 측온저항체의 코일에 흐르는 전류를 고정자측 코일에서 전자유도작용을 이용해 이를 측정하고 측정된 전류값을 온도변환하여 측온하는 비접촉식 온도검출장치에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 구성은 고정자와 회전자를 갖춘 회전기기, 고정자에 권선되어 정전원을 인가받는 1차 코일, 1차 코일과 전자유도작용이 이루어지도록 회전자에 권선된 2차 코일, 2차 코일에 결선되어 2차 코일에 유도된 전류를 회전기기의 내부온도 변화에 따라 전류 크기를 변화시키는 측온저항체, 측온저항체에 의해 변환된 전류값을 전자유도작용을 통해 1차 코일에 유도되는 전류값을 측정하는 전류측정기, 전류측정기에서 측정된 전류값을 전압으로 변환하기 위한 전류-전압 변환부로 이루어진다.

이러한 구성에 따른 본 발명은 회전기기에서 측온 대상체인 회전자의 온도측정시 이를 비접촉방식으로 온도를 검출할 수 있어 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기계적인 접촉요소가 필요없게 되어 온도 측정 장치의 보수가 불필요하게 되고 수명을 극대화 할 수 있으며 온도 검출시 소음 발생을 줄이는 효과가 있다.

둘째, 기계적인 접촉에 의한 열적인 변화와 이에 따른 측정 전류에 대한 저항치의 변화가 없어 정확한 온도 검출이 가능하게 된다.

셋째, 기계적인 접촉에 의한 섬락의 문제가 없기 때문에 사용장소의 제약을 받지 않는다.

Description

온도 검출 장치

본 발명은 온도검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체 내부에 마련된 측온저항체의 코일에 흐르는 전류를 고정자측 코일에서 전자유도작용을 이용해 이를 측정하고 측정된 전류값을 온도변환하여 측온하는 비접촉식 온도검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 회전기기의 온도를 측정하기 위한 온도검출장치는, 도 1에서 도시한 바와 같이 회전기기의 내부에 측온저항체(30)를 설치하고 설치된 측온저항체(30)인 더미스터(30)의 온도에 의한 전류변화량을 측정하여 측온을 하였다. 따라서, 회전하고 있는 회전기기에 마련된 더미스터(30)의 전류변화량을 측정하기위해 회전축에 슬립링(41,42)을 두고 슬립링(41,42)을 브러시(51,52)로 접촉시킴으로써 회전기기가 회전하더라도 연속적인 접촉이 이루어져 온도에 따라 변화된 더미스터(30)의 통전 전류량을 양호하게 측정할 수 있었다.

도 1을 참조하면, 고정자(10)와 그 내측에 회전자(20)가 마련되고 회전자(20)의 적소에는 회전기기의 내부 온도변화에 따라 통전되는 전류의 크기를 변화시키는 측온저항체(30)가 마련된다. 또한, 측온저항체(30)에 의해서 변화된 전류를 회전자(20)의 회전 중에도 회전기기 외부로 인출하기 위해 회전부단자를 고리모양으로 만든 제 1(51), 제 2슬립링(52)과, 슬립링에 접촉함으로써 측온저항체(30)에 의해 크기가 변화된 전류를 회전기기 외부로 인출하기위한 제 1(41), 제 2브러시(42)가 마련되고, 이어 인출된 전류의 크기를 온도값으로 변환시키는 변환부(60) 등으로 회전기기의 온도검출장치가 마련된다.

그런데, 위와 같은 일반적인 온도검출장치에 의하면 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.

우선, 슬립링과 브러시의 기계적인 접촉으로 인한 마모와 이에따른 소음의 문제점이 있고,

또한, 슬립링과 브러시의 마찰시에 발생하는 열적인 변화와 이에따른 저항치의 변화로 더미스터로부터 인가되는 전류값에 대한 오차 검출이 불가피하며,

또한, 슬립링과 브러시의 기계적 접촉시 발생되는 섬락에 의해 사용장소에 제약을 받는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 회전자에 측온저항체가 결선된 코일을 설치하고 고정자에 이와 대응되게 고정자 코일을 설치하여 상호 전자유도작용에 의해 고정자 코일에 유기되는 측온저항체의 온도에 따른 전류의 변화량을 측정하여 회전기기의 내부 온도를 측정하는 비접촉식 온도검출장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 접촉식 온도 검출 장치를 보인 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 비접촉식 온도 검출 장치의 구성도,

도 3은 도 2의 등가회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 고정자11: 1차 코일20: 회전자

21: 2차 코일30: 더미스터41: 제 1슬립링

42: 제 2슬립링51: 제 1브러시52: 제 2브러시

60: 전류/온도변환부65: 전류측정부70: 전원부

이하에는 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 고정자와 회전자를 갖춘 회전기기, 고정자에 권선되어 정전원을 인가받는 1차 코일, 1차 코일과 전자유도작용이 이루어지도록 상기 회전자에 권선된 2차 코일, 2차 코일에 결선되어 상기 2차 코일에 유도된 전류를 상기 회전기기의 내부온도 변화에 따라 전류 크기를 변화시키는 측온저항체, 측온저항체에 의해 변환된 전류값을 전자유도작용을 통해 상기 1차 코일에 유도되는 전류값을 측정하는 전류측정기, 전류측정기에서 측정된 전류값을 전압으로 변환하여 이를 온도에 매칭시키기 위한 전류-전압 변환부로 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 하나의 양호한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

일반적으로 회전기기에 주어지는 기계적 에너지나 전기적 에너지는 전부 전기적 에너지나 기계적 에너지로 바뀌는 것은 아니고, 그 중 일부의 에너지는 손실(loss)이 된다. 즉, 자기 회로 중에서 자속이 시간적으로 변화하기 때문에 생기는 철의 히스테리시스손 및 와전류손인 철손(iron loss), 기계적 마찰에 의해서 발생하는 기계손(mechanical loss), 전기 회로 중의 저항으로 인하여 생기는 동손(copper loss), 이외의 손실을 합한 표유부하손(stray load loss)이 발생하게 된다. 이 발생된 손실은 마찰열과 주울(joule) 열로 되어 회전기기의 온도상승을 초래하게 된다. 따라서, 이러한 온도상승에 견딜 수 있는 절연재료의 선택 및 신소재 개발 그리고, 회전기기를 보호하기 위한 목적 등으로 측온을 하게 된다.

즉, 산업계에서 사용되고 있는 온도 검출 방법은 온도에 의한 물리적 성질의 변화를 이용한 것으로, 그 구체적예로는 다음과 같다.

열팽창을 이용한 바이메탈, 열기전력을 이용한 열전쌍, 전기 저항의 변화를 이용한 측온 저항체, 방사 에너지를 이용한 것 등이 있다.

본 발명은 상기 예시중 0g전기 저항의 변화를 이용한 측온 저항체0h 를 이용한 것이다.

도 2은 이러한 측온 저항체를 이용한 온도검출장치를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 도 2의 등가회로도 이다.

도 2를 보면, 본 발명은 온도검출장치에 전원을 인가하기 위한 전원부(70), 전원부에 접속된 1차권선(11), 1차권선(11)과 전자유도작용을 하기 위한 2차권선(21), 2차권선(21)의 일측에 결선된 측온저항체(30), 상기 2차권선(21)과 전자유도작용에 의해 변환된 1차측 전류값을 측정하는 전류측정부(65), 전류측정부(65)를 통해 측정된 전류값을 기초로 하여 온도를 검출하는 전류/온도 변환부(60)로 구성된다.

상기 구성요소로 이루어진 온도검출장치의 동작 설명은 다음과 같다.

본 발명에 따라 회전기기의 고정자(10)에 마련된 1차권선(11)에 정전압원을 인가하면, 2차권선(21)에 전자유도작용에 의한 기전력이 유기된다. 이 2차권선(21)에 유기된 유기기전력값은 1차권선(11)과 2차권선수(21)에 비례하게 된다. 즉, 1차권선(11)과 2차권선(21) 사이에는

E1/E2 = V1/V2 = I2/I1 = N1/N2

( E1:1차 유기기전력, E2:2차 유기기전력, V1:1차 단자전압, V2:2차 단자전압, I2:2차 전류, I1:1차 전류, N1:1차 권선수, N2:2차 권선수 )

의 관계가 성립하게 되는데 이는 변압기의 원리를 원용한 것이다. 따라서, 상기 식에 의하면 2차권선(21)에 전자유도된 전압과 전류는 권수비에 따른 일정한 값을 갖게되고, 이 일정한 크기의 값이 측온저항체(30)에 인가되면 측온저항체(30)의 특성에 따라 변화된 전압과 전류값을 2차권선(21)에 인가하게 된다. 회전기기는 전술한 바와 같이 회전중 손실에 의한 열을 발생하게 되는데, 이를 검출하는데 측온저항체가 사용된다. 일반적인 금속의 전기 저항은 온도의 상승과 함께 증가하지만, 그 변화 비율은 금속의 종류에 따라 다르다. 즉, 측온저항체로 쓰이는 금속은 다른 일반적인 금속보다 열에 의한 전기 저항의 비율이 크다. 따라서, 온도의 변화에 수반하는 저항의 변화가 비례하는 간단한 관계를 가지는 것은, 반대로 전기 저항을 측정함으로써 온도를 구할 수 있다.

즉, 상기 측온저항체(30)는 회전기기의 회전자(20)의 적소에 마련되며 이는 외부온도에 의해 자체 저항값이 비례하여 변하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 회전기기의 구동으로 회전자(20)의 온도가 상승하게 되면 측온저항체(30)의 저항치가 변하게되어 2차권선(21)에 인가된 일정 크기의 전류값은 측온저항체(30)의 저항 작용에 의해 변환된 전류값이 2차권선(21)에 인가된다. 이 2차권선(21)에 인가된 변환된 크기의 전류값은 전자유도작용을 이용해 1차권선(11)에서 검출하게 되면 처음 1차권선(11)에서 인가한 전전원의 전류값과 차이를 보이게 된다. 따라서, 이러한 변화된 전류값을 측정하여 측온저항체(30)의 온도에 의한 저항치의 변화를 연산처리하여 전류/온도 변환부를 통해 회전체의 온도를 측정할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 온도 검출 장치는 회전기기에서 측온 대상체인 회전자의 온도측정시 이를 비접촉방식으로 온도를 검출할 수 있어 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기계적인 접촉요소가 필요없게 되어 온도 측정 장치의 보수가 불필요하게 되고 수명을 극대화 할 수 있으며 온도 검출시 소음 발생을 줄이는 효과가 있다.

둘째, 기계적인 접촉에 의한 열적인 변화와 이에 따른 측정 전류에 대한 저항치의 변화가 없어 정확한 온도 검출이 가능하게 된다.

셋째, 기계적인 접촉에 의한 섬락의 문제가 없기 때문에 사용장소의 제약을 받지 않는다.

Claims (1)

1. 고정자와 회전자를 갖춘 회전기기,

   상기 고정자에 권선되어 정전원을 인가받는 1차 코일,

   상기 1차 코일과 전자유도작용이 이루어지도록 상기 회전자에 권선된 2차 코일,

   상기 2차 코일에 결선되어 상기 2차 코일에 유도된 전류를 상기 회전기기의 내부온도 변화에 따라 전류 크기를 변화시키는 측온저항체,

   상기 측온저항체에 의해 변환된 전류값을 전자유도작용을 통해 상기 1차 코일에 유도되는 전류값을 측정하는 전류측정기,

   상기 전류측정기에서 측정된 전류값을 온도로 변환하기 위한 전류-전압 변환부를 구비한 것을 특징으로 하는 회전기기 온도 측정 장치.