KR101069660B1 - 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치 - Google Patents

모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치에 관한 것으로서, 타겟 모터에 부하 실험을 위하여 부하를 인가하는 장치에 있어서, 타겟 모터의 축에 부하 토크를 인가하는 다이나모미터와, 타겟 모터와 다이나모미터의 축 연결부위에 설치되며, 토크를 측정하는 토크 센서와, 토크 센서로부터 출력되는 신호를 수신받아 다이나모미터를 제어하는 제어부와, 타겟 모터의 축에 마찰 토크를 인가하는 회전 댐퍼와, 타겟 모터의 축과 함께 회전하도록 설치되며, 관성을 인가하는 관성인가수단을 포함한다. 따라서, 본 발명은 회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 제품의 적용 전에 요구되는 스펙을 만족하는지 실험이 필요한 타겟 모터에 제품 적용 시 상응하는 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 정확하게 인가할 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 대한 부하 인가 실험을 정확하게 실시할 수 있도록 하고, 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 원하는 크기로 쉽게 가변시킬 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 부하 인가를 용이하게 할 수 있으며, 회전 기기의 신뢰도 및 내구성을 정확하게 확인할 수 있도록 하는 효과를 가지고 있다.
다이나모미터, 토크 센서, 회전 댐퍼, 관성인가수단, 회전체, 질량부재

Description

모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치{APPARATUS FOR INFLICTING LOAD OF A MOTOR LOAD TEST}
본 발명은 제품 적용 전에 요구되는 스펙을 만족하는지에 대한 실험이 필요한 타겟 모터에 제품 적용 시 상응하는 부하 토크 뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 정확하게 인가할 수 있도록 하는 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 모터가 적용되는 제품에서 요구되는 스펙을 만족하는지 실험하기 위하여 모터 부하 실험 장치가 사용된다.
이러한 모터 부하 실험 장치는 제품에서 회전 기기에 대한 신뢰도 및 내구성을 확인하도록 하는데, 이를 위해 제품 특성에 적합한 부하를 모터에 인가하기 위한 장치가 마련된다.
종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치를 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치(10)는 실험의 대상인 타겟 모터(1)에 축끼리 연결됨으로써 타겟 모터(1)에 부하 토크를 인가하는 다이나모미터(11)와, 타겟 모터(1)와 다이나모미터(11)의 축 연결부위에 설치되어 토크를 측정하는 토크 센서(12)와, 토크 센서(12)로부터 출력되는 신호를 수신받아 다이나모미터(11)를 제어하는 제어부(13)를 포함한다.
이와 같은 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치(10)는 제어부(13)가 토크 센서(12)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 타겟 모터(1)가 적용되는 제품에 해당하는 부하 토크를 타겟 모터(1)에 인가하도록 다이나모미터 드라이브(11a)를 통해서 다이나모미터(11)의 토크를 제어한다.
한편, 제어부(13)는 다이나모미터(11)에 의해 부하 토크가 인가되는 타겟 모터(1)의 속도, 위치, 토크 등을 타겟모터 드라이브(1a)를 통해서 제어함으로써 타겟 모터(1)가 제품으로부터 요구되는 스펙을 가지는지 실험하게 된다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험에서 타겟 모터의 토크는 아래의 수학식 1에 따르면, 관성 토크, 마찰 토크, 부하 토크의 3가지 팩터(Factor)로 이루어진다.
Figure 112008036852185-pat00001
여기서, Te는 모터의 토크, Jdωm/dt는 관성 토크, Bωm은 마찰 토크, TL은 부하 토크이다.
그러나, 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치로는 부하 토크를 인가할 수는 있으나, 관성과 마찰 토크를 인가하는 것이 불가능하고, 다이나모미터의 발산과 동력 흡수라는 2가지 기능을 동시에 만족하는 것이 불가능하며, 이러한 점으로 인해 모터에 대한 부하 실험을 정확하게 실시할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 제품의 적용 전에 요구되는 스펙을 만족하는지 실험이 필요한 타겟 모터에 제품 적용 시 상응하는 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 정확하게 인가할 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 대한 부하 인가 실험을 정확하게 실시할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치는, 타겟 모터에 부하 실험을 위하여 부하를 인가하는 장치에 있어서, 타겟 모터의 축에 부하 토크를 인가하는 다이나모미터와, 타겟 모터와 다이나모미터의 축 연결부위에 설치되며, 토크를 측정하는 토크 센서와, 토크 센서로부터 출력되는 신호를 수신받아 다이나모미터를 제어하는 제어부와, 타겟 모터의 축에 마찰 토크를 인가하는 회전 댐퍼와, 타겟 모터의 축과 함께 회전하도록 설치되며, 관성을 인가하는 관성인가수단을 포함한다.
본 발명은 회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 제품의 적용 전에 요구되는 스펙을 만족하는지 실험이 필요한 타겟 모터에 제품 적용 시 상응하는 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 정확하게 인가할 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 대한 부하 인가 실험을 정확하게 실시할 수 있도록 하고, 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 원하는 크기로 쉽게 가변시킬 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 부하 인가를 용이하게 할 수 있으며, 회전 기기의 신뢰도 및 내구성을 정확하게 확인할 수 있도록 하고, 나아가서, 다이나모미터의 발산 및 동력 흡수라는 2가지 기능을 동시에 만족시키도록 하는 효과를 가지고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대 한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치(100)는 제품에서 요구되는 스펙을 만족하는지 판단하기 위한 부하 실험의 대상인 타겟 모터(1)에 부하를 인가하는 장치로서, 타겟 모터(1)의 축(1b)에 부하 토크를 인가하는 다이나모미터(110)와, 타겟 모터(1)와 다이나모미터(110)의 축 연결부위에 설치되는 토크 센서(120)와, 토크 센서(120)로부터 출력되는 신호를 수신받아 다이나모미터(110)를 제어하는 제어부(130)와, 타겟 모터(1)의 축(1b)에 마찰 토크를 인가하는 회전 댐퍼(140)와, 타겟 모터(1)의 축(1b)과 함께 회전하도록 설치되어 관성을 인가하는 관성인가수단(150)을 포함한다.
다이나모미터(110)는 일 예로 AC 모터가 사용될 수 있으며, 타겟 모터(1)에 부하 토크를 인가하기 위하여 타겟 모터(1)의 축(1b)에 연결되는데, 타겟 모터(1)의 축(1b)에 부하 토크를 직접 인가함은 물론 회전 댐퍼(140) 및 관성인가수단(150)으로부터 인가되는 마찰 토크 및 관성을 타겟 모터(1)의 축(1b)으로 전달하기 위하여 회전하는 축(111)이 양측으로 돌출되도록 마련됨으로써 축(111)의 양단에 타겟 모터(1)와 관성인가수단(150)에 마련되는 회전축(151a)이 각각 축 이음에 의해 연결되고, 이러한 축(111)에 의해 회전 댐퍼(140)의 마찰 토크를 타겟 모터(1)의 축(1b)으로 전달한다.
다이나모미터(110)는 타겟 모터(1)에 부하 토크를 인가하는 대신에 발전을 하게 되는 경우 전류를 공급받아 소모시키기 위하여 전자부하기(Electrical loader; 113)가 설치되는데, 제어부(130)는 다이나모미터(110)가 발전 시 발생되는 전류가 다이나모미터 드라이브(112)로 흐르는 것을 차단시킴과 아울러 전자부하기(113)로 공급되도록 하여 전자부하기(113)가 이러한 전류를 소모하도록 제어한다. 따라서, 다이나모미터(110)가 타겟 모터(1)에 대한 부하 토크의 인가를 위한 발산 기능뿐만 아니라 전자부하기(113)에 의한 동력 흡수 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.
토크 센서(120)는 타겟 모터(1)와 다이나모미터(110)의 축 연결부위에 설치됨으로써 토크를 측정하여 이를 전기적인 신호로 제어부(130)로 출력한다.
제어부(130)는 토크 센서(120)로부터 출력되는 신호를 수신받아 다이나모미터(110)가 요구되는 부하 토크를 타겟 모터(1)로 인가하도록 다이나모미터(110)를 제어한다.
회전 댐퍼(140)는 내부에 점성유체가 채워지고, 일측으로 돌출되는 축(141)의 회전에 의해 축(141)에 연결된 저항체가 점성유체에 의해 저항을 받게 됨으로써 타겟 모터(1)의 축(1b)에 마찰 토크를 인가하게 되고, 일 예로 EFDYN사의 Continuous Rotation Dashpots가 사용되며, 동일한 속도에서도 마찰 토크와 같은 특성을 달리하는 다수 중에서 타겟 모터(1)에 요구되는 특성의 마찰 토크를 인가하는 것으로 변경 사용됨으로써 다양한 마찰 토크를 타겟 모터(1)에 인가할 수 있으며, 마찰 토크는 속도 및 토크와의 관계를 나타낸 도 3의 그래프로부터 구하게 된 다.
회전 댐퍼(140)는 축(141)이 타겟 모터(1)의 축(1b)에 직접 연결될 수 있으나, 본 실시예에서처럼 다이나모미터(110)의 축(111)을 매개로 타겟 모터(1)의 축(1b)에 연결되며, 이를 위해 다이나모미터(110)의 축(111)과 회전체(151)의 회전축(151a)과의 사이에 커플링(142a)에 의해 축 이음되는 연결축(142)에 자신의 축(141)이 벨트(143)로 연결되며, 벨트(143)의 양단을 지지하기 위하여 연결축(142)과 축(141)에 풀리가 설치될 수 있다.
관성인가수단(150)은 타겟 모터(1)의 축(1b)과 함께 회전하도록 설치되고, 타겟 모터(1)에 관성을 인가하기 위하여, 다이나모미터(110)의 축(111)과 함께 회전하도록 설치되는 회전체(151)와, 회전체(151)의 회전반경 상에 설치되는 질량부재(152)를 포함한다. 따라서, 관성인가수단(150)은 회전 관성 모멘트를 결정하는 질량부재(152)의 질량과, 회전체(151)의 회전 중심으로부터 질량부재(152)간의 거리에 의해서 원하는 관성이 타겟 모터(1)의 축(1b)에 인가되도록 한다.
한편, 관성인가수단(150)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 타겟 모터(1)에 인가되는 관성의 크기를 쉽게 변환시킬 수 있도록 질량부재(152)를 가이드하는 가이드부(153)와, 회전체(151)에 마련되는 가이드축(154)과, 가이드축(154)에 슬라이딩 가능하도록 결합되는 슬라이더(155)와, 가이드축(154) 상에서 슬라이더(155)의 위치를 가변시키는 가변수단(156)을 포함한다.
가이드부(153)는 회전체(151)의 회전반경 방향으로 형성되어 질량부재(152)를 회전반경 방향을 따라 이동 가능하도록 가이드하는데, 바람직하게는 질량부 재(152)가 슬라이딩 가능하게 결합되는 레일 형태로 이루어진다. 이 때, 질량부재(152)는 도 6에 도시된 바와 같이, 레일 형태의 가이드부(153)에 슬라이딩 결합되기 위하여 양측에 가이드돌기(152a)가 형성된다.
질량부재(152)는 단일은 물론 다수로 이루어질 수 있는데, 본 실시예에서는 한 쌍으로 이루어져서 회전체(151)의 회전 중심 양측에 각각 위치하도록 회전체(151)의 회전 중심으로부터 양측의 반경방향으로 형성되는 가이드부(153)에 설치되고, 질량을 부가시키기 위하여 질량부가편(152b)이 상면에 형성되는 장착돌기(152c)에 억지 끼워짐으로써 교체 가능하도록 장착된다.
가이드축(154)은 회전체(151)의 회전 중심에 회전축(151a)과 동일한 축을 이루도록 마련된다.
슬라이더(155)는 가이드축(154)에 슬라이딩 가능하도록 결합되고, 질량부재(152)에 와이어나 케이블 등과 같은 연결부재(155a)로 연결된다.
가변수단(156)은 슬라이더(155) 외주면을 따라 형성되는 치(齒)가 길이 방향을 따라 다수로 배열되는 가변기어(156a)와, 가변기어(156a)에 기어 결합되도록 설치되는 피니언(156b)과, 피니언(156b)을 회전시킴과 아울러 제어부(130)에 의해 제어되는 가변모터(156c)를 포함하며, 가변모터(156c)는 일정한 위치에 고정됨으로써 회전하는 슬라이더(155)를 가변기어(156a)와 피니언(156c)을 매개로 이동시킨다. 따라서, 가변수단(156)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회전체(151) 상에서 슬라이더(155)의 위치를 조절함으로써 회전체(151) 중심으로부터 질량부재(152)까지의 거리를 조절할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 제품에서 요구되는 스펙을 만족하는지를 판단하기 위하여 실험의 대상이 되는 타겟 모터(1)에 축 이음되는 다이나모미터(110)를 통해 제품의 특성에 상응하는 부하 토크를 인가하고, 회전 댐퍼(140)가 다이나모미터(110)의 축(111)을 매개로 하여 타겟 모터(1)에 제품의 특성에 상응하는 마찰 토크를 인가한다.
이 때, 제어부(130)는 토크 센서(120)로부터 출력되는 타겟 모터(1)의 축(1b)에 대한 토크 값을 수신받아서 타겟 모터(1)에 요구되는 부하 토크를 인가하도록 다이나모미터 드라이브(112)에 제어신호를 출력하여 다이나모미터(110)의 속도, 위치, 토크 등을 제어하며, 회전 댐퍼(140)는 동일한 속도라도 토크와 같은 특성을 달리하는 다수 중에서 타겟 모터(1)가 적용되는 제품 특성에 적합한 마찰 토크를 가진 것이 사용됨으로써 타겟 모터(1)에 원하는 마찰 토크를 인가하게 되며, 이 때 인가되는 마찰 토크는 도 3에서 속도 및 토크와의 관계를 나타낸 그래프로부터 구할 수 있다.
또한, 다이나모미터(110)에 축 이음됨으로써 타겟 모터(1)의 축(1b)과 함께 회전하는 회전체(151)에 반경방향으로 질량부재(152)가 설치됨으로써 타겟 모터(1)에 관성을 인가하게 된다. 이 때, 관성 토크는 가속도와 회전 관성 모멘트에 비례하기 때문에 회전 관성 모멘트의 조절에 의해 그 값을 달리하므로 아래의 수학식 2에 의해 질량부재(152)의 질량과 회전체(151)의 회전 중심에서 질량부재(152)까지 의 거리를 조절함으로써 원하는 크기의 관성이 타겟 모터(1)에 인가되도록 한다.
J = M × R2
여기서, J는 회전 관성 모멘트, M은 질량부재의 질량, R은 회전체의 회전 중심에서 질량부재까지의 거리이다.
타겟 모터(1)에 원하는 크기의 관성을 인가하기 위하여 질량부재(152)의 질량의 경우 원하는 질량의 질량부재(152)를 가이드부(153)에 장착하거나, 질량부재(152)에 요구되는 질량을 충족시키기 위한 질량을 가지는 질량부가편(152b)을 장착할 수도 있다. 질량부재(152)에 질량부가편(152b)이 장착되는 경우 질량은 질량부재(152)와 질량부가편(152b)을 합한 값이 된다.
또한, 제어부(130)는 회전체(151)의 회전 중심으로부터 질량부재(152)까지의 거리 조절을 통해서 타겟 모터(1)에 인가되는 관성의 크기를 조절할 수 있는데, 이를 위해 제어부(130)는 가변모터 드라이브(156d)에 제어신호를 출력함으로써 가변모터(156c)의 회전량 내지 회전각을 제어함으로써 가이드축(154) 상에서 슬라이더(155)의 위치를 조절하여 회전체(151)의 회전 시 슬라이더(155)에 연결부재(155a)로 연결된 질량부재(152)의 위치를 조절하게 된다.
한편, 제어부(130)는 부하 토크, 마찰 토크, 관성이 인가되는 타겟 모터(1)의 속도, 위치, 토크 등을 타겟모터 드라이브(1a)를 통해서 타겟 모터(1)를 제어함으로써 타겟 모터(1)가 제품으로부터 요구되는 스펙을 가지는지 실험하게 된다.
또한, 제어부(130)는 다이나모미터(110)가 발전 시 발생되는 전류가 다이나모미터 드라이브(112)로 흐르는 것을 차단시킴과 아울러 전자부하기(113)로 공급되도록 하여 전자부하기(113)가 이러한 전류를 소모하도록 제어함으로써 다이나모미터(110)가 발산 및 동력 흡수의 2가지 기능을 동시에 가지도록 한다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 회전 기기가 사용되는 제품의 개발 시, 제품의 적용 전에 요구되는 스펙을 만족하는지 실험이 필요한 타겟 모터에 제품 적용 시 상응하는 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 정확하게 인가할 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 대한 부하 인가 실험을 정확하게 실시할 수 있도록 하고, 부하 토크뿐만 아니라 마찰 토크, 관성을 원하는 크기로 쉽게 가변시킬 수 있도록 함으로써 타겟 모터에 부하 인가를 용이하게 할 수 있으며, 회전 기기의 신뢰도 및 내구성을 정확하게 확인할 수 있도록 하고, 다이나모미터가 타겟 모터에 대한 부하 토크의 인가를 위한 발산 기능뿐만 아니라 전자부하기에 의한 동력 흡수 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치의 회전 댐퍼에 대한 속도 및 토크와의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치의 관성인가수단의 작동 모습을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치의 요부를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 다이나모미터 11 : 축
112 : 다이나모미터 드라이브 113 : 전자부하기
120 : 토크 센서 130 : 제어부
140 : 회전 댐퍼 141 : 축
142 : 연결축 142a : 커플링
143 : 벨트 150 : 관성인가수단
151 : 회전체 151a : 회전축
152 : 질량부재 152a : 가이드돌기
152b : 질량부가편 152c : 장착돌기
153 : 가이드부 154 : 가이드축
155 : 슬라이더 155a : 연결부재
156 : 가변수단 156a : 가변기어
156b : 피니언 156c : 가변모터
156d : 가변모터 드라이브 200 : 타겟 모터
210 : 축 220 : 타겟모터 드라이브

Claims (10)

  1. 타겟 모터에 부하 실험을 위하여 부하를 인가하는 장치에 있어서,
    상기 타겟 모터의 축에 부하 토크를 인가하는 AC 모터로서, 양측으로 돌출되도록 마련되는 축의 양단을 상기 타겟 모터와 관성인가수단의 회전축에 각각 축 이음으로 연결되고, 전자부하기가 설치되어 있는 다이나모미터와,
    상기 타겟 모터와 상기 다이나모미터의 축 연결부위에 설치되며, 토크를 측정하는 토크 센서와,
    상기 토크 센서로부터 출력되는 신호를 수신받아 상기 다이나모미터를 제어하는 제어부와,
    상기 다이나모미터의 축을 매개로 하여 상기 타겟 모터의 축에 마찰 토크를 인가하는 회전 댐퍼와,
    상기 타겟 모터의 축과 함께 회전하도록 설치되며, 상기 다이나모미터의 축과 함께 회전하도록 설치되는 회전체와, 상기 회전체의 회전반경 상에 설치되고 한 쌍으로 이루어진 질량부재와, 상기 회전체에 회전반경 방향으로 형성되어 상기 질량부재를 상기 회전반경 방향을 따라 이동 가능하도록 가이드하는 가이드부와, 상기 회전체의 회전 중심에 마련되는 가이드축과, 상기 가이드축에 슬라이딩 가능하도록 결합되며, 상기 질량부재에 와이어 또는 케이블인 연결부재로 연결되는 슬라이더와, 상기 가이드축 상에서 상기 슬라이더의 위치를 가변시키는 가변수단을 포함하여 관성을 인가하는 관성인가수단
    을 포함하는 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치.
  2. 삭제
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  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서
    상기 가변수단은,
    상기 슬라이더 외주면을 따라 형성되는 치가 길이 방향을 따라 다수로 배열되는 가변기어와,
    상기 가변기어에 기어 결합되도록 설치되는 피니언과,
    상기 피니언을 회전시키며, 상기 제어부에 의해 제어되는 가변모터
    를 포함하는 모터 부하 실험을 위한 부하 인가 장치.
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