KR100725052B1

KR100725052B1 - 리니어 동력 측정장치

Info

Publication number: KR100725052B1
Application number: KR1020060027845A
Authority: KR
Inventors: 이영재; 표영덕; 고창조; 김강출; 우영민; 권오석
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-06-07

Abstract

본 발명은 리니어 동력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 회전 동력을 측정하기 위한 동력계를 이용하여 가변 행정을 갖는 리니어 동력 발생장치의 동력을 측정할 수 있으며, 이를 구현하기 위해 운동방식을 전환토록 하는 구성품들의 연결 및 결합구조가 간단하여, 제작이 용이하며 제작시 비용을 절감할 수 있는 리니어 동력 측정장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 리니어 동력 발생장치의 커넥팅로드에 동반 왕복 직선운동되도록 결합되는 요크와, 상기 요크의 직선운동을 회전운동으로 변환하도록 상기 요크와 결합되는 크랭크 기구를 포함하는 동력전환수단; 상기 크랭크 기구와 결합되어 상기 요크의 직선운동시 회전되는 축이 일측에 돌출되고, 상기 축의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스 상에 고정되는 본체와, 상기 축의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체에 내설되는 로터리 엔코더와, 상기 본체의 외주면에 돌출형성되는 가압편과, 상기 가압편과 베이스 간에 고정되어 상기 본체의 회전시 상기 가압편에 의해 가압되는 힘을 측정하는 로드셀을 포함하는 동력계; 상기 동력계와 전기적으로 연결되며, 상기 동력계가 흡수하는 동력의 크기를 변화시키는 동력계 파워모듈과, 상기 동력계의 측정 신호를 보정하는 시그널 컨디셔너와, 상기 시그널 컨디셔너에 의해 보정된 신호로부터 상기 리니어 동력 발생장치의 출력을 계산하는 동력계 컨트롤러를 포함하는 제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

리니어 동력, 측정, 출력, 토오크, 로드셀, 동력계

Description

리니어 동력 측정장치{Apparatus for Measuring Linear Power}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 개략 구성도,

도 2는 도 1에서 크랭크 기구를 확대 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개략 구성도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 개략 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 리니어 동력 발생장치 3: 커넥팅로드

9: 베이스 10: 요크

20: 크랭크 기구 21: 크랭크몸체

22: 롤러 23: 웨이트

25: 축 30: 본체

33: 가압편 35: 로드셀

50: 동력계 61: 동력계 파워모듈

63: 시그널 컨디셔너 65: 동력계 컨트롤러

70: 제어부 80: 랙

85: 피니언 91: 텐션풀리

92: 공회전풀리 93: 밸트

95: 결합체 97: 텐션센서

일반적으로 리니어 엔진은 기존의 내연 또는 외연기관이 피스톤의 왕복동 운동을 크랭크 축에서 회전운동으로 변환하여 동력을 발생시키는 것과는 달리, 피스톤의 왕복동 운동을 곧바로 동력으로 변환하여 사용하는 방식으로서, 기계손실이 적고 압축 및 팽창효과를 증대시킬 수 있어서 높은 효율을 달성할 수 있는 것으로 인지됨에 따라 유압발생장치 또는 리니어 발전기 등의 구동용으로 개발이 활발히 추진되고 있다.

이러한 리니어 엔진의 개발을 위해서는 엔진에서 발생하는 동력의 측정이 필수적이나 현재까지 회전 운동계의 동력을 측정하는 동력계만이 상용화되어 있을 뿐 리니어 운동계의 동력을 측정하는 동력계의 개발은 전무한 상태이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 회전 동력을 측정하기 위한 동력계를 이용하여 가변 행정을 갖는 리니어 동력 발생장치의 동력을 측정할 수 있는 리니어 동력 측정장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 리니어 동력의 측정을 위해 운동방식을 전환토록 하는 구성품들의 연결 및 결합구조가 간단하여, 제작이 용이하며 제작시 비용을 절감할 수 있는 리니어 동력 측정장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 리니어 동력 발생장치의 커넥팅로드에 동반 왕복 직선운동되도록 결합되는 요크와, 상기 요크의 직선운동을 회전운동으로 변환하도록 상기 요크와 결합되는 크랭크 기구를 포함하는 동력전환수단; 상기 크랭크 기구와 결합되어 상기 요크의 직선운동시 회전되는 축이 일측에 돌출되고, 상기 축의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스 상에 고정되는 본체와, 상기 축의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체에 내설되는 로터리 엔코더와, 상기 본체의 외주면에 돌출형성되는 가압편과, 상기 가압편과 베이스 간에 고정되어 상기 본체의 회전시 상기 가압편에 의해 가압되는 힘을 측정하는 로드셀을 포함하는 동력계; 상기 동력 발생 장치 및 동력계와 전기적으로 연결되며, 상기 동력계가 흡수하는 동력의 크기를 변화시키는 동력계 파워모듈과, 상기 동력계의 측정 신호를 보정하는 시그널 컨디셔너와, 상기 시그널 컨디셔너에 의해 보정된 신호로부터 상기 리니어 동력 발생장치의 출력을 계산하는 동력계 컨트롤 를 포함하는 제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 앞서, 각 실시예들 간의 상호 동일한 구성품에 관한 중복 설명은 회피하며, 또한, 상기 구성품에는 동일 도번을 부여함을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 개략 구성도이며, 도 2는 도 1에서 크랭크 기구를 확대 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 위해서는 동력전환수단, 동력계(50), 제어부(70)가 구비된다.

상기 동력전환수단은 리니어 동력 발생장치(1)의 커넥팅로드(3)에 동반 왕복 직선운동되도록 결합되는 요크(10), 상기 요크(10)의 직선운동을 회전운동으로 변환하도록 상기 요크(10)와 결합되는 크랭크 기구(20)로 구성된다.

다시, 상기 크랭크 기구(20)는 크랭크몸체(21), 롤러(22), 웨이트(23)로 구성된다.

상기 크랭크몸체(21)는 후술될 축(25)의 일단에 결합되는 것이며, 상기 롤러(22)는 상기 크랭크몸체(21)의 일측에 회전되도록 고정되는 것이다. 이와 같은 구조에 의하면 상기 요크(10)의 직선운동시 상기 축(25)을 회전시키는 것이 가능한데, 이때, 상기 웨이트(23)는 상기 크랭크몸체(21)의 롤러(22)와 대향된 타측에 형성되어 회전시 발런스를 유지하도록 한다.

상기 동력계(50)는 본체(30), 로터리 엔코더(미도시), 가압편(33), 로드셀(35)로 구성된다.

상기 본체(30)는 외관상 대략 원통의 형상을 취하며 일측에 돌출된 축(25)의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스(9) 상에 고정된다. 상기 축(25)은 전술한 바 있듯이, 상기 크랭크 기구(20)의 크랭크몸체(21)에 결합되어 상기 요크(10)의 직선운동시 회전되는 것으로 상기 본체(30)의 일측에 돌출된다.

상기 로터리 엔코더는 상기 축(25)의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체(30)에 내설되는 것인데, 여기서, 축(25)의 회전속도를 측정하기 위한 로터리 엔코더는 공지된 바 있으며, 본 발명의 요지가 상기 로터리 엔코더의 구체적 구성이 아닌, 상기 로터리 엔코더가 적용된 전체적인 구성에 있는 바, 이에 관한 별도의 설명 및 도시는 생략한다.

상기 가압편(33)은 상기 본체(30)의 외주면에 돌출형성되는 것이며, 상기 로드셀(35)은 상기 가압편(33)과 베이스(9) 간에 고정되어 상기 본체(30)의 회전시 상기 가압편(33)에 의해 가압되는 힘을 측정하는 것이다.

상기와 같은 구성에 의하면, 상기 로터리 엔코더로부터 축(25)의 회전속도를 측정하고, 상기 로드셀(35)로부터 축(25)의 토오크(Torque)를 측정하는 것이 가능한데, 이에 따라, 결국, 리니어 동력 발생장치(1)의 출력을 측정하는 것이 가능하 며, 이와 같은 동력계(50)에 의한 측정결과를 수치화 하고 계산하는 것은 이하의 제어부(70)에 의해 수행된다.

상기 제어부(70)는 전술한 동력계(50)와 전기적으로 연결되며, 그 구성으로서 동력계 파워모듈(61), 시그널 컨디셔너(63), 동력계 컨트롤러(65)를 포함한다.

상기 동력계 파워모듈(61)은 상기 동력계(50)가 흡수하는 동력의 크기를 변화시켜 정 토크 운전을 가능케 하며, 상기 시그널 컨디셔너(63)는 상기 동력계(50)의 측정 신호를 보정하여(예컨대, 제로와 스팬 보정, 관성력 보정 등) 상기 동력계 컨트롤러(65)에 보내게 된다. 상기 동력계 컨트롤러(65)는 상기 시그널 컨디셔너(63)로부터의 신호를 인가받아 리니어 동력 발생장치(1)의 출력을 계산한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 커넥팅로드의 직선운동으로부터 축의 회전력을 얻기 위한 구성을 달리함으로써 이루어진다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개략 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 커넥팅로드(3)에 동반 왕복 직선운동되도록 랙(80)이 결합되고, 상기 랙(80)에는 상기 랙(80)의 직선운동시 회전되도록 피니언(85)이 치형 결합된다.

또한, 전술한 실시예와 마찬가지로, 동력계(50) 본체(30)에는 축(25)이 돌출되나, 상기 축(25)의 일단에 상기 피니언(85)이 결합되는 것이 차이점이다.

결과적으로, 본 실시예에서는 상기 커넥팅로드(3)와 더불어 직선운동되는 랙(80)에 의해 피니언(85)이 회전되고, 다시 상기 피니언(85)의 회전에 의해, 축(25), 그리고 이를 포함한 본체(30)가 회전되는 것이다.

상기 축(25)의 회전속도와 본체(30)의 회전에 따른 토오크 측정은 전술한 실시예와 동일하다.

아울러, 본 발명의 또 다른 실시예는 커넥팅로드의 직선운동으로부터 축의 회전력을 얻기 위한 구성을 상기한 실시예들과 달리함으로써 이루어진다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 개략 구성도이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 커넥팅로드(3)의 왕복 직선운동시 회전되는 텐션풀리(91) 및 공회전풀리(92), 그리고 상기 텐션풀리(91)와 공회전풀리(92)를 상기 커넥팅로드(3)와 동력 전달가능하게 연결하기 위한 연결수단이 구비된다.

상기 연결수단은 밸트(93), 또는 체인(도면에서는 밸트를 보임)와, 이를 상기 커넥팅로드(3)와 결합시키는 결합체(95)로 구성된다.

여기서, 상기 결합체(95)는 상기 풀리들(91,92)의 원활한 회전을 위해 상기 밸트(93) 또는 체인과 커넥팅로드(3)를 결합시키되, 상호 간격을 유지하도록 한다.

이와 같은 구성에 더하여, 상기 텐션풀리(91)에는 동력계(50) 본체(30)의 축(25)의 일단이 결합되며, 이에 따라, 상기 커넥팅로드(3)의 직선운동시, 상기 연결수단에 의해 상기 커넥팅로드(3)와 동력 전달가능하게 연결된 풀리들(91,92)이 회전하게 되고, 이중 텐션풀리(91)에 결합된 축(25)이 회전되는 것이다. 상기 축(25)의 회전시 회전속도 및 토오크를 측정하기 위한 구성은 전술한 실시예들과 같다.

한편, 도면부호 "97"는 텐션센서로서 상기 밸트(93) 또는 체인의 장력을 측정하여 필요시 장력을 조절할 수 있도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존의 회전 동력을 측정하기 위한 동력계를 이용하여 가변 행정을 갖는 리니어 동력 발생장치의 동력을 측정할 수 있으며, 이를 구현하기 위해 운동방식을 전환토록 하는 구성품들의 연결 및 결합구조가 간단하여, 제작이 용이하며 제작시 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

리니어 동력 발생장치(1)의 커넥팅로드(3)에 동반 왕복 직선운동되도록 결합되는 요크(10)와, 상기 요크(10)의 직선운동을 회전운동으로 변환하도록 상기 요크(10)와 결합되는 크랭크 기구(20)를 포함하는 동력전환수단;

상기 크랭크 기구(20)와 결합되어 상기 요크(10)의 직선운동시 회전되는 축(25)이 일측에 돌출되고, 상기 축(25)의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스(9) 상에 고정되는 본체(30)와, 상기 축(25)의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체(30)에 내설되는 로터리 엔코더와, 상기 본체(30)의 외주면에 돌출형성되는 가압편(33)과, 상기 가압편(33)과 베이스(9) 간에 고정되어 상기 본체(30)의 회전시 상기 가압편(33)에 의해 가압되는 힘을 측정하는 로드셀(35)을 포함하는 동력계(50);

상기 동력계(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 동력계(50)가 흡수하는 동력의 크기를 변화시키는 동력계 파워모듈(61)과, 상기 동력계(50)의 측정 신호를 보정하는 시그널 컨디셔너(63)와, 상기 시그널 컨디셔너(63)에 의해 보정된 신호로부터 상기 리니어 동력 발생장치(1)의 출력을 계산하는 동력계 컨트롤러(65)를 포함하는 제어부(70);

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 크랭크 기구(20)는 상기 축(25)의 일단에 결합되는 크랭크몸체(21)와, 상기 크랭크몸체(21)의 일측에 회전가능하게 고정되며, 상기 요크(10)에 결합되는 롤러(22)와, 상기 크랭크몸체(21)의 타측에 발런스를 유지하도록 형성되는 웨이트(23)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정장치.
리니어 동력 발생장치(1)의 커넥팅로드(3)에 동반 왕복 직선운동되도록 결합되는 랙(80)과, 상기 랙(80)의 직선운동시 회전되도록 상기 랙(80)과 치형 결합되는 피니언(85)을 포함하는 동력전환수단;

일단이 상기 피니언(85)과 결합되어 상기 랙(80)의 직선운동시 회전되는 축(25)이 그 일측에 돌출되며 상기 축(25)의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스(9) 상에 고정되는 본체(30)와, 상기 축(25)의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체(30)에 내설되는 로터리 엔코더와, 상기 본체(30)의 외주면에 돌출형성되는 가압편(33)과, 상기 가압편(33)과 베이스(9) 간에 고정되어 상기 본체(30)의 회전시 상기 가압편(33)에 의해 가압되는 힘을 측정하는 로드셀(35)을 포함하는 동력계(50);

상기 동력계(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 동력계(50)가 흡수하는 동력의 크기를 변화시키는 동력계 파워모듈(61)과, 상기 동력계(50)의 측정 신호를 보정하는 시그널 컨디셔너(63)와, 상기 시그널 컨디셔너(63)에 의해 보정된 신호로부터 상기 리니어 동력 발생장치(1)의 출력을 계산하는 동력계 컨트롤러(65)를 포함하는 제어부(70);

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정장치.
리니어 동력 발생장치(1)의 커넥팅로드(3)와 연결수단에 의해 동력 전달가능하게 연결되어 상기 커넥팅로드(3)의 왕복 직선운동시, 회전되는 텐션풀리(91) 및 공회전풀리(92);

일단이 상기 텐션풀리(91)와 결합되어 상기 커넥팅로드(3)의 직선운동시 회전되는 축(25)이 일측에 돌출되고, 상기 축(25)의 회전에 의해 동반 회전되도록 베이스(9) 상에 고정되는 본체(30)와, 상기 축(25)의 회전속도를 측정하기 위해 상기 본체(30)에 내설되는 로터리 엔코더와, 상기 본체(30)의 외주면에 돌출형성되는 가압편(33)과, 상기 가압편(33)과 베이스(9) 간에 고정되어 상기 본체(30)의 회전시 상기 가압편(33)에 의해 가압되는 힘을 측정하는 로드셀(35)을 포함하는 동력계(50);

상기 동력계(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 동력계(50)가 흡수하는 동력의 크기를 변화시키는 동력계 파워모듈(61)과, 상기 동력계(50)의 측정 신호를 보정하는 시그널 컨디셔너(63)와, 상기 시그널 컨디셔너(63)에 의해 보정된 신호로부터 상기 리니어 동력 발생장치(1)의 출력을 계산하는 동력계 컨트롤러(65)를 포함하는 제어부(70);

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정장치.
제 4 항에 있어서,

상기 연결수단은 밸트(93)와, 상기 밸트(93)와 커넥팅로드(3)를 결합시키는 결합체(95) 인 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정장치.
제 4 항에 있어서,

상기 연결수단은 체인과, 상기 체인과 커넥팅로드(3)를 결합시키는 결합체(95) 인 것을 특징으로 하는 리니어 동력 측정창치.