KR101660406B1

KR101660406B1 - 모터의 nvh 성능시험장치

Info

Publication number: KR101660406B1
Application number: KR1020150099233A
Authority: KR
Inventors: 이주헌
Original assignee: 재단법인경북테크노파크
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-09-30

Abstract

본 발명은 모터의 NVH 성능시험장치에 관한 것으로서, 반무향 챔버의 환경에서, 테스트모터에 동력을 전달하는 서보모터를 저토크 및 고토크 운전 영역별로 분리하고, 상기 테스트모터를 상기 저토크 및 고토크 운전 영역에 각각 선택적으로 결합되도록 하여 테스트 모터의 소음 및 진동(NVH) 특성을 모니터링함으로써, 실제로 소음 및 진동(NVH)을 발생시키는 기계 장치 특히 전기자동차와 결합시키기 전에, NVH 기반형 모터의 성능을 광범위한 운전 영역에서 정확하게 판단함으로써, 사용 모터의 NVH 신뢰도를 향상시킬 수 있는 모터의 NVH 성능시험장치에 관한 것이다.

Description

모터의 NVH 성능시험장치{NVH PERFORMANCE TEST SYSTEM OF MOTOR}

본 발명은 모터의 NVH 성능시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 소음, 진동을 정밀하게 측정하는 동시에 분석할 수 있도록 한 모터의 NVH 성능시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업과 사회가 고도화됨에 따라 사용되는 기기들이 점차 소형화, 자동화 되어 가고 있으며 이러한 기술추세에 따라 자동화기술의 핵심인 모터와 모터 제어기술도 소형, 고정밀화가 요구되고 있다.

또한, 최근 국제 유가가 각종 요인들로 인해 급등락을 거듭하고 있으며, 중장기적으로 급성장하는 신흥국의 수요확대 등에 따라 유가의 상승세는 계속될 것으로 전망되고 있어, 자동차 관련 산업 분야에서도 에너지 관련 대책 마련이 시급한 실정이다.

이러한 내, 외부적 요인은 친환경 자동차에 대한 확신을 거스를 수 없는 대세로 자리 잡게 만들고 있으며, 친환경자동차의 일환인 전기 자동차의 경우 차량의 주행 거리 확대 혹은 연비 향상에 대한 관심이 높아지고 있으며 이러한 연비 향상에 대한 요구는 차량 내부에 장착되는 시스템의 성능 향상 및 전장화를 통하여 극복할 수 있게 된다. 기존 화석연료 차량의 경우 대부분의 주요 제어시스템은 유압이나 공기압에 의존하고 있으며 이로 인해 부피, 무게의 증가로 인해 연비 성능의 저하를 초래하고 있다.

이러한 기존 화석연료 차량의 단점을 극복하고 차량의 편의성, 안전성 및 환경 적합성 등에 대한 최근 자동차 기술의 강력한 요구는 각종 시스템의 지능화를 위한 전장화 전장 부품의 발전을 부추기고 있다.

특히 자동차의 전장화가 가속화되면서 적용되고 있는 모터의 개수도 기하급수적으로 증가하여 최근에 생산되는 자동차 한 대에는 평균적으로 30개 내지 50개 정도의 모터가 사용되고, 고급차의 경우 100개 정도의 모터가 사용되고 있다. 상기 모터와 같은 다수의 전장 장비가 작동함에 따라 요구되는 순간 전류, 전자파 간섭문제 및 소비전력 과다는 차량의 부하로 귀결되고 있으며, 고유가 및 환경 문제 등으로 미래형 자동차의 개발이 본격화되면서 전자계 모터의 높은 전력소모 또한 해결해야 할 문제로 대두되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 국내에서는 자동차의 성능 향상을 위한 많은 설비투자가 이루어지고 있으나, 관련부품 및 시험평가를 하기 위한 장비와 기준이 마련되어 있지 않아 생산된 모터의 성능을 평가할 수 없으며, 그 결과 소형정밀모터와 관련된 기술개발 및 경쟁력 확보가 저해되는 요인이 되고 있다.

또한, 전기 자동차는 배터리와 모터만으로 구동되는 친환경 자동차로써 내연기관의 엔진과는 관련이 없는 고음압, 고주파의 소음 및 진동 발생으로 인해 인간 중심의 차량 설계 및 제작기술에 큰 어려움이 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 모터를 실제로 소음 및 진동(NVH)을 발생시키는 기계 장치 특히 전기자동차와 결합시키기 전에, NVH 기반형 모터의 성능을 정확하게 판단할 수 있는 모터의 NVH 성능시험장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치는, 외부 소음, 진동의 차단을 위해 사방 벽체에 방음 및 흡음설비가 장착되고, 방진을 위해 바닥판이 절연 마운트에 의해 기초 저면으로부터 소정 높이 부상된 구조로 이루어진 반무향 챔버; 상기 반무향 챔버의 외부에 나란하게 2열로 배치되어 있으며, 반무향 챔버의 벽체를 관통하여 내부의 테스트 모터와 연결되어 진동,소음을 위한 고토크 및 저토크를 발휘하는 구동전달부; 상기 테스트 모터의 동작상태의 변화에 따라 가변되는 반무향 챔버 내부의 진동 및 소음을 검출하여 소정의 신호로 출력하는 진동소음 검출센서; 및, 상기 반무향 챔버 내에서 상기 테스트 모터가 상기 구동전달부에 선택적으로 연결 가능하도록 상기 테스트 모터를 X, Y 및 Z축 방향으로 이송 및 미세 조정 하는 모터지그 테이블;을 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 구동전달부는 구동 축을 매개로 서로 연결되되, 전원에 의해 구동되어 구동 축에 회전력을 전달하는 서보모터; 상기 테스트 모터의 설계 토크 값 이상의 토크 부하가 입력되면 토크를 저감하는 토크리미터; 상기 테스트 모터에 상기 서보모터의 구동력이 정확히 전달되는지 감지하는 토크센서; 상기 서보모터의 구동 축에 대응하여 등회전 각도의 간격마다 구동 펄스를 출력하여 상기 서보모터에서 전달되는 구동력의 정확성을 회전수의 측정을 통해 확인하는 엔코더; 및, 상기 테스트 모터가 결합되는 커플링을 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 NVH 성능시험장치에는 NVH 관련 신호 및 데이터를 측정하여 분석할 수 있는 제어시스템을 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 엔코더와 상기 커플링 사이에는 구동 축에 회전력을 전달하는 고속 스핀들이 설치된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치에 의하면, 반무향 챔버의 환경에서, 테스트모터에 동력을 전달하는 서보모터를 저토크 및 고토크 운전 영역별로 분리하고, 상기 테스트모터를 상기 저토크 및 고토크 운전 영역에 각각 선택적으로 결합되도록 하여 테스트 모터의 소음 및 진동(NVH) 특성을 모니터링함으로써, 실제로 소음 및 진동(NVH)을 발생시키는 기계 장치 특히 전기자동차와 결합시키기 전에, NVH 기반형 모터의 성능을 광범위한 운전 영역에서 정확하게 판단함으로써, 사용 모터의 NVH 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치의 모터지그 테이블을 나타내는 구성도이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치는, 외부 소음, 진동의 차단을 위해 사방 벽체(210)에 방음 및 흡음설비가 장착되고, 방진을 위해 바닥판이 절연 마운트에 의해 기초 저면으로부터 소정 높이 부상된 구조로 이루어진 반무향 챔버(200)에 마련된다.

이러한 반무향 챔버(200) 환경에서, 본 발명에 따른 모터의 NVH 성능시험장치는, 테스트 모터(300)의 운전 영역을 각각 고토크 운전 영역과 저토크 운전 영역별로 나누어 성능시험을 실시하게 된다.

상기 NVH 성능시험장치는 상기 반무향 챔버(200)의 환경에서, 상기 테스트 모터(300)와 연결되어 진동,소음을 위한 고토크 및 저토크를 발휘하는 고토크 구동전달부(110)와 저토크 구동전달부(120)를 포함한다.

상기 고토크 구동전달부(110)와 저토크 구동전달부(120)는 각각 상기 반무향 챔버(200)의 외부에 나란하게 2열로 배치되어 있으며, 반무향 챔버(200)의 벽체(210)를 관통하여 테스트 모터(300)와 커플링(115,125)을 매개로 결합하게 된다.

그리고, 상기 고토크 구동전달부(110) 및 저토크 구동전달부(120)와, 상기 테스트 모터(300)가 반무향 챔버(200) 내에서 선택적으로 연결 가능하도록 상기 테스트 모터(300)는 X, Y 및 Z축 방향으로 이송 및 미세 조정을 할 수 있는 모터지그 테이블(500) 위에 설치된다.

여기서, 상기 구동전달부(110,120)는 서보모터(111,121), 토크리미터(112,122), 토크센서(113,123), 엔코더(114,124), 커플링(115,125) 등이 구동 축(400)상에 서로 연결되어 구성된다.

이때, 한 쌍으로 구성된 상기 서보모터(111,121), 토크리미터(112,122), 토크센서(113,123) 및 엔코더(114,124) 등은 각각의 구동 조건이 서로 다르게 설정되어 있으며, 구동 조건에 따라 각각 고토크와 저토크의 운전 영역별로 분리되어 선택적으로 구현하게 된다.

상기 테스트 모터(300)는 상기 구동전달부(110,120)의 커플링(115,125)에 탈착 가능하게 되어 각각의 운전 영역별로 NVH 성능시험을 선택하여 수행할 수 있도록 모터지그 테이블(500)에 의해 각각의 구동전달부(110,120)로 이송 가능하게 설치된다. 즉, 상기 테스트 모터(300)는 상기 커플링(115,125)에 선택적으로 결합되어 고토크 및 저토크 구동전달부(110,120)에 의한 NVH 성능시험을 수행할 수 있고, NVH 성능시험은 다양한 조건 하에서 이루어질 수 있다.

상기 테스트 모터(300)는 모터지그 테이블(500)에 의해 고토크 및 저토크 구동전달부(110,120)로 선택적으로 이송 가능하게 되어 선택된 운전 영역에서 NVH 성능시험을 수행할 수 있게 된다.

상기 모터지그 테이블(500)은 각각의 운전 영역에서의 테스트 모터(300)와 커플링(115,125)의 정확한 결합 및 구동 축(400)과의 정확한 정렬(alignment)을 위하여, 테스트 모터(300)를 X, Y 및 Z축 방향으로 이송 및 미세 조정을 할 수 있도록 되어 있다. 특히 상기 모터지그 테이블(500)에 설치되는 테스트 모터(300)는 정밀한 NVH 성능을 구현하기 위하여 테스트 모터(300)가 흔들리지 않도록 견고하게 고정하는 고정 홀더(600)에 설치된다.

여기서, 상기 서보모터(111,121)는 전원공급장치(미도시)의 전원에 의해 구동되어 구동 축(400)에 회전력을 전달하게 된다. 즉, 상기 서보모터(111,121)는 랜덤 진동 및 소음에 대한 가속도 크기를 기초로 하는 시험용 진동을 테스트 모터(300)에 인가한다. 이때, 상기 서보모터(111,121)는 고토크 운전 영역에서 10,000RPM 기준 5.3KW이고, 저토크 운전 영역에서 8,000RPM 기준 2KW 이상이어야 한다.

상기 토크리미터(112,122)는 테스트 모터(300)에 공급하는 구동 전류를 제한하게 된다. 즉, 상기 테스트 모터(300)의 설계 토크 값 이상의 토크 부하가 입력되면 토크를 저감하게 된다. 이때, 상기 토크리미터(112,122)는 고토크 운전 영역에서 50Nm이고, 저토크 운전 영역에서 10Nm 이상이어야 한다.

상기 토크센서(113,123)는 상기 서보모터(111,121)의 구동력이 테스트 모터(300)에 정확히 전달되고 있는지 감지하기 위한 감지센서로서, 각각의 운전 영역에 적용하기 위하여 정밀도가 높고 비접촉식 타입으로 이루어진다. 상기 토크센서(113,123)는 높은 정밀 성능을 발휘하기 위하여 고토크 운전 영역에서는 10 ~ 50 Nm의 사양을 가지며, 저토크 운전 영역에서는 0 ~ 10Nm의 사양을 가진 비접촉식 토크센서(113,123)이다.

상기 엔코더(114,124)는 상기 서보모터(111,121)의 구동 축에 대응하여 등회전 각도의 간격마다 구동 펄스를 출력하여 상기 서보모터(111,121)에서 전달되는 구동력의 정확한 구동 여부를 회전수의 측정을 통해 확인 가능하게 된다. 이때, 상기 엔코더(114,124)는 고토크 운전 영역에서 최대 10,000RPM이고, 저토크 운전 영역에서 최대 8,000RPM 이어야 한다.

특히 각각의 상기 고토크 및 저토크 운전 영역에서, 상기 엔코더(114,124)와 상기 커플링(115,125) 사이에는 구동 축(400)에 회전력을 전달하는 고속 스핀들(116,126)이 설치된다.

상기 반무향 챔버(200) 내에서 상기 NVH 성능시험의 구동전달부(110,120)의 동작 상태 변화에 따라 가변되는 테스트 모터(300)의 진동 및 소음 변화를 검출하여 소정의 신호로 출력하는 진동소음 검출센서(미도시)가 설치된다.

또한, 상기 고토크 구동전달부(110)와 저토크 구동전달부(120)에 전원을 공급하는 전원공급장치(미도시)가 구비되며, 상기 전원공급장치에서 공급되는 전원이 사용량 및 기타 이유로 변동이 발생시 안정적인 전원을 공급하도록 자동전압조정장치(AVR)이 구비된다.

이와 같이 구성된 NVH 성능시험장치는 NVH 관련 신호 및 데이터를 측정하여 분석할 수 있는 제어시스템과 동기화하여 작동된다. 상기 제어시스템은 NHV 성능시험 전에 산출한 데이터와 NHV 성능시험 후에 산출한 데이터를 획득하고, 이를 서로 비교/분석하며, 분석된 비교 데이터를 기초로 시간 경과에 따른 NVH 성능에 대한 평가 지표값의 변화를 모니터링하게 된다. 즉, 상기 제어시스템은, 상기 진동소음 검출센서로부터 전달되는 신호를 측정하는 신호측정부와, 이들 측정 신호와 구동 신호와의 상호 관계를 계산하여 설정된 값을 기반으로 구동이 되도록 PID 피드백 제어를 수행한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

110,120 : 구동전달부 111,121 : 서보모터
112,122 : 토크리미터 113,123 : 토크센서
114,124 : 엔코더 115,125 : 커플링
116,126 : 스핀들 200 : 반무향 챔버
300 : 테스트 모터 400 : 구동 축
500 : 모터지그 테이블 600 : 고정 홀더

Claims

외부 소음, 진동의 차단을 위해 사방 벽체에 방음 및 흡음설비가 장착되고, 방진을 위해 바닥판이 절연 마운트에 의해 기초 저면으로부터 소정 높이 부상된 구조로 이루어진 반무향 챔버;
상기 반무향 챔버의 외부에 나란하게 2열로 배치되어 있으며, 반무향 챔버의 상기 벽체를 관통하여 내부의 테스트 모터와 연결되어 진동, 소음을 위한 고토크 및 저토크를 발휘하는 고토크 구동전달부 및 저토크 구동전달부;
상기 테스트 모터의 동작상태의 변화에 따라 가변되는 반무향 챔버 내부의 진동 및 소음을 검출하여 소정의 신호로 출력하는 진동소음 검출센서; 및,
상기 반무향 챔버 내에서 상기 테스트 모터가 상기 고토크 구동전달부 또는 저토크 구동전달부에 선택적으로 연결 가능하도록 상기 테스트 모터를 X, Y 및 Z축 방향으로 이송 및 미세 조정 하는 모터지그 테이블;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 NVH 성능시험장치.
제1항에 있어서,
상기 고토크 구동전달부 및 저토크 구동전달부 각각은,
구동 축을 매개로 서로 연결되되,
전원에 의해 구동되어 구동 축에 회전력을 전달하는 서보모터;
상기 테스트 모터의 설계 토크 값 이상의 토크 부하가 입력되면 토크를 저감하는 토크리미터;
상기 테스트 모터에 상기 서보모터의 구동력이 정확히 전달되는지 감지하는 토크센서;
상기 서보모터의 구동 축에 대응하여 등회전 각도의 간격마다 구동 펄스를 출력하여 상기 서보모터에서 전달되는 구동력의 정확성을 회전수의 측정을 통해 확인하는 엔코더; 및,
상기 테스트 모터가 결합되는 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 NVH 성능시험장치.
제1항에 있어서,
상기 NVH 성능시험장치에는 NVH 관련 신호 및 데이터를 측정하여 분석할 수 있는 제어시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 NVH 성능시험장치.
제2항에 있어서,
상기 엔코더와 상기 커플링 사이에는 구동 축에 회전력을 전달하는 고속 스핀들이 설치된 것을 특징으로 하는 모터의 NVH 성능시험장치.