KR101857447B1 - 전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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김재혁
황민호
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원광대학교산학협력단
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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Abstract

몸체 프레임의 전방 측에 배치되며, 전동기의 몸체를 고정시키는 전동기 고정부; 상기 몸체 프레임의 후방 측에 배치되며, 상기 전동기의 회전축과 축선 정렬되게 결합된 위치 조정용 샤프트의 구속 상태를 제어하는 회전축 구속부; 상기 회전축 구속부의 후방에 배치되어, 상기 위치 조정용 샤프트의 회전각도를 조절하는 위치 조정용 핸들; 상기 전동기에 전원을 공급하는 전원부; 상기 전동기의 특성 파라미터를 측정하는 센서부를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치가 제공된다.

Description

전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법{Motor parameters measuring device including motor locking device and method}
본 발명은 전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전동기는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치로서, 일반적으로 모터(motor)를 말한다. 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되고, 교류전동기는 3상교류용과 단산교류용으로 구분될 수 있다.
전동기는 설계 정밀도를 향상시키고 전동기 구동을 위한 제어기 설계에 활용하기 위해 개발 초기 단계에서부터 정확한 특성 파라미터를 측정하는 것이 중요하다. 전동기의 특성 파라미터에는 자기특성(쇄교자속, 인덕턴스 등), 토크특성 등이 포함될 수 있다.
그리고 특성 파라미터를 측정함에 있어서 전동기의 모든 회전자 위치에서 이러한 특성 파라미터를 측정할 필요가 있다. 이를 위해 전동기의 회전자를 임의의 위치에서 구속한 후 전동기의 특성 파라미터를 측정하고, 다시 회전자의 위치를 변화시킨 후 측정하는 행위를 회전자 위치 변화의 기계적 또는 전기적 주기 동안 반복함으로써 모든 회전자 위치에서 특성 파라미터를 측정할 수 있게 된다.
이 때 전동기의 회전자 위치를 원하는대로 변화시키면서도 회전축의 정렬 상태를 유지하는 것이 중요하다.
기존의 경우에는 웜 기어 방식으로 정확도나 구속할 수 있는 토크에 제한이 있고, 또한 기어드 모터나 서보모터를 사용할 경우 원하는 회전자 위치에 오랫동안 모터를 구속시킬 수 없는 한계가 있었다.
한국등록특허 제10-0400595호 (등록일 2003년10월8일) - 유도 전동기의 파라미터 추정장치 및 방법
본 발명은 모든 회전자 위치에서 전동기의 특성 파라미터 측정을 위해 회전자 위치를 임의로 변화시킬 수 있으면서도 회전축의 정렬 상태를 유지시킬 수 있는 전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상하좌우로 불필요한 힘을 가하지 않으면서도 회전축을 원하는 높이에서 구속시켜 정확한 특성 파라미터 측정이 가능하게 하는 전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 회전축이 위치 조정용 샤프트에 축선 정렬되도록 전동기를 고정시킨 후 위치 조정용 샤프트가 임의의 회전자 위치에서 고정되더라도 축선 정렬이 유지되어 전동기의 정확한 특성 파라미터 측정이 가능하도록 한 전동기 구속 장치를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체 프레임의 전방 측에 배치되며, 전동기의 몸체를 고정시키는 전동기 고정부; 상기 몸체 프레임의 후방 측에 배치되며, 상기 전동기의 회전축과 축선 정렬되게 결합된 위치 조정용 샤프트의 구속 상태를 제어하는 회전축 구속부; 상기 회전축 구속부의 후방에 배치되어, 상기 위치 조정용 샤프트의 회전각도를 조절하는 위치 조정용 핸들; 상기 전동기에 전원을 공급하는 전원부; 상기 전동기의 특성 파라미터를 측정하는 센서부를 포함하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치가 제공된다.
상기 전동기 고정부는 상기 회전축과 상기 위치 조정용 샤프트가 일직선 상에 놓여지도록 상기 몸체의 높이를 조절하는 높이 조절부를 포함할 수 있다.
상기 회전축 구속부는, 스테이지 상에 수직으로 설치된 한 쌍의 베어링 가이드; 상기 한 쌍의 베어링 가이드에 끼움 결합하여 승강하면서 상기 위치 조정용 샤프트를 상부에서 가압하는 상부 구속부; 상기 한 쌍의 베어링 가이드에 끼움 결합하여 승강하면서 상기 위치 조정용 샤프트를 하부에서 지지하는 하부 구속부; 상기 상부 구속부와 상기 하부 구속부 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부를 포함할 수 있다.
상기 상부 구속부는, 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로 양측에 한 쌍의 베어링 가이드에 상응하는 제1 관통홀이 관통 형성된 상부 고정 베이스와; 제2 길이(L2)를 가지며 상기 상부 고정 베이스의 하면에 고정 결합되고, 하부에 위로 오목한 제1 샤프트 고정홈에 형성된 상부 고정 블록을 포함하고, 상기 하부 구속부는, 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로 양측에 한 쌍의 베어링 가이드에 상응하는 제2 관통홀이 관통 형성된 하부 고정 베이스와; 상기 하부 고정 베이스로부터 상부로 이격 배치되며 제3 길이(L3)를 가지는 베이스 판재인 하부 서브 베이스와; 제2 길이(L2)를 가지며 상기 하부 서브 베이스의 상면에 고정 결합되고, 상부에 아래로 오목한 제2 샤프트 고정홈에 형성된 하부 고정 블록을 포함하며, 상기 하부 고정 베이스와 상기 하부 서브 베이스 사이에 상기 간격 조정부가 개재될 수 있다.
상기 상부 고정 베이스와 상기 하부 고정 베이스는 연결 가이드에 의해 일체로 연결되며, 상기 하부 서브 베이스에는 상기 연결 가이드에 상응하는 제3 관통홀이 관통 형성될 수 있다.
상기 간격 조정부는 유압펌프로부터 유압을 제공받아 길이가 가변되는 유압실린더일 수 있다.
상기 간격 조정부에 의해 상기 하부 고정 베이스와 상기 하부 서브 베이스 사이의 간격이 증가하면 상기 위치 조정용 샤프트가 구속 상태에 놓여지게 되고, 상기 간격이 감소하면 상기 위치 조정용 샤프트가 구속 상태에서 해제될 수 있다.
상기 센서부는 상기 전동기 고정부와 상기 회전축 구속부 사이에 배치되어, 상기 전동기의 토크특성을 측정하는 토크센서를 포함하되, 상기 토크센서의 전방에서 상기 회전축에 체결되는 회전축 결합부와, 상기 토크센서의 후방에서 상기 위치 조정용 샤프트에 체결되는 샤프트 결합부가 일직선 상에 놓여질 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 전동기를 전동기 고정부에 고정시키는 단계; (b) 상기 전동기의 회전축을 토크센서의 회전축 결합부에 체결하는 단계-여기서, 상기 토크센서의 샤프트 결합부에는 위치 조정용 샤프트가 체결되어 있음-; (c) 위치 조정용 핸들을 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트를 원하는 회전자 위치에 상응하여 회전시키는 단계; (d) 회전축 구속부를 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트를 구속시키는 단계; (e) 전원부를 이용하여 상기 전동기에 전원을 인가하여 구동시키는 단계; (f) 상기 전동기의 특성 파라미터를 측정하는 단계; (g) 상기 회전축 구속부를 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트의 구속 상태를 해제시키는 단계를 포함하되, 모든 회전자 위치에 대해 상기 단계 (c) 내지 (g)를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 방법이 제공된다.
상기 단계 (d)는 간격 조정부를 작동시켜 하부 고정 베이스와 하부 서브 베이스 사이의 간격을 증가시키는 단계를 포함하되, 상기 간격 증가에 의해 상기 하부 서브 베이스가 상승하여 하부 고정 블록이 상승하며, 상기 간격 증가에 의해 상기 하부 고정 베이스가 하강하여 연결 가이드에 의해 연결된 상부 고정 베이스가 하강함에 따라 상부 고정 블록이 하강함으로써, 상기 상부 고정 블록과 상기 하부 고정 블록 사이의 간격이 줄어들어 상기 위치 조정용 샤프트를 구속시킬 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모든 회전자 위치에서 전동기의 특성 파라미터 측정을 위해 회전자 위치를 임의로 변화시킬 수 있으면서도 회전축의 정렬 상태를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상하좌우로 불필요한 힘을 가하지 않으면서도 회전축을 원하는 높이에서 구속시켜 정확한 특성 파라미터 측정이 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 회전축이 위치 조정용 샤프트에 축선 정렬되도록 전동기를 고정시킨 후 위치 조정용 샤프트가 임의의 회전자 위치에서 고정되더라도 축선 정렬이 유지되어 전동기의 정확한 특성 파라미터 측정이 가능하도록 한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치의 개략적인 사시도,
도 2 내지 도 4는 도 1의 전동기 특성 파라미터 측정 장치를 각각 A, B, C에서 바라본 모습,
도 5는 전동기 고정부의 사시도,
도 6은 회전축 구속부의 사시도,
도 7은 회전축 구속부의 작동 과정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치를 이용한 전동기 특성 파라미터 측정 방법의 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 전동기 특성 파라미터 측정 장치를 각각 A, B, C에서 바라본 모습이며, 도 5는 전동기 고정부의 사시도이고, 도 6은 회전축 구속부의 사시도이고, 도 7은 회전축 구속부의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7에는 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10), 전동기(30), 몸체 프레임(20), 이동휠(25), 전동기 고정부(100), 회전축 구속부(200), 토크센서(300), 위치 조정용 핸들(400), 각도센서(410), 유압펌프(420), 베이스 프레임(110), 하부 블록(120), 상부 블록(130), 고정 가이드(112), 고정 나사(114), 높이 조절부(142), 스테이지(205), 상부 구속부(210), 하부 구속부(220), 상부 고정 베이스(212), 하부 고정 베이스(222), 하부 서브 베이스(224), 베어링 가이드(230), 제1~제3 베어링(242, 244, 246), 스프링(234), 상부 고정 블록(214), 하부 고정 블록(226), 연결 가이드(218), 간격 조정부(250), 이탈 방지구(232), 위치 조정용 샤프트(40)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)를 갖춘 전동기 특성 파라미터 측정 장치는 기존의 전동기 설계 시 계산에 의존하여 추측하는 방식으로 설계하였던 것과는 달리 실제 시험모터를 정착하고 전원을 인가하여 다양한 전동기의 여자 전류에 대한 각종 특성 파라미터(변수)를 정확하게 측정할 수 있게 한다. 또한, 매우 정밀한 분해능으로 회전자의 위치 변화에 따라 전체 회전 주기 안의 모든 위치에서의 파라미터를 매우 정밀하게 측정할 수 있게 한다.
이를 위해 본 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)는 회전축이 위치 조정용 샤프트에 축선 정렬된 상태로 결합되도록 전동기를 고정시킨 이후 위치 조정용 샤프트가 임의의 회전자 위치에서 고정되더라도 축선 정렬이 유지되어 전동기의 정확한 특성 파라미터 측정이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)는 전동기 고정부(100)와 회전축 구속부(200)를 지지하기 위한 몸체 프레임(20)를 포함할 수 있다. 몸체 프레임(20)의 하부에는 이동휠(25)이 설치될 수 있다. 이동휠(25)은 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)를 원하는 장소로 용이하게 이동시킬 수 있도록 한다. 또한, 이동휠(25)에는 브레이크 장치가 마련되어 있어 필요에 따라 이동휠(25)을 고정시킬 수 있다.
몸체 프레임(20)에는 전동기 고정부(100) 및 회전축 구속부(200)가 고정 설치된다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 것과 같이 전방과 후방을 가정할 경우, 전동기 고정부(100)는 몸체 프레임(20)의 전방측에, 회전축 구속부(200)는 몸체 프레임(20)의 후방측에 설치된다.
전동기 고정부(100)와 회전축 구속부(200) 사이에는 토크센서(300)가 설치될 수 있다. 토크센서(300)는 전동기 특성 파라미터 중에서 토크특성(torque characteristics)을 측정하기 위한 센서이다. 토크특성에는 정토크, 가변토크, 정출력 등과 같은 토크 관련 파라미터들이 포함될 수 있다.
그리고 회전축 구속부(200)의 후방에는 각도센서(410)가 설치될 수 있다. 각도센서(410)는 전동기의 회전축의 회전각도, 즉 회전자 위치를 측정하기 위한 센서이다.
도면에는 도시되지 않았지만, 전동기의 자기특성(magnetic characteristics)을 측정하기 위한 자기특성 측정부가 추가적으로 설치될 수 있을 것이다. 자기특성에는 쇄교자속, 인덕턴스 등과 같은 자기 관련 파라미터들이 포함될 수 있다.
전동기 고정부(100)는 베이스 프레임(110), 하부 블록(120), 상부 블록(130)을 포함한다. 베이스 프레임(110)은 보조 지지대(116)에 의해 지지될 수 있다.
베이스 프레임(110)에는 수직 방향으로 길게 연장된 고정 가이드(112)가 설치되어 있다. 하부 블록(120)과 상부 블록(130)에는 고정 가이드(112)에 상응하는 관통홀이 수직 방향으로 관통 형성되어 있어, 고정 가이드(112)에 끼움 결합된 이후 하부 블록(120)과 상부 블록(130)이 고정 가이드(112)를 따라 승강할 수 있다.
하부 블록(120)의 상부에는 아래로 오목한 하부 안착홈(122)이 형성되어 있어, 전동기(30)의 몸체를 아래에서 지지할 수 있다. 또한, 상부 블록(130)의 하부에도 위로 오목한 상부 안착홈(132)이 하부 안착홈(122)에 대응되게 형성되어 있어, 전동기(30)의 몸체를 위에서 가압할 수 있다.
또한, 고정 가이드(112)의 끝단에는 고정 나사(114)가 설치될 수 있다. 고정 가이드(112)의 표면에는 고정 나사(114)의 내면에 형성된 나사산에 상응하는 나사산이 형성되어 있어, 고정 나사(114)가 고정 가이드(112)의 끝단에 나사 결합될 수 있다.
따라서, 고정 가이드(112)에 하부 블록(120)와 상부 블록(130)이 순차적으로 끼워진 후 고정 나사(114)를 이용하여 나사 결합함으로써 하부 블록(120)과 상부 블록(130)을 견고하게 고정시킬 수 있다. 즉, 상부 블록(130)의 상부 안착홈(132)과 하부 블록(120)의 하부 안착홈(122) 사이에 전동기(30)의 몸체가 놓여지게 되고 상부 블록(130)과 하부 블록(120) 사이의 간격이 벌어지지 않게 고정됨으로써, 전동기(30)가 특성 파라미터 측정을 위해 구동될 때에도 전동기 몸체를 흔들림 없이 견고하게 고정시킬 수 있게 된다.
베이스 프레임(110)의 상면은 높이 조절부(142)에 의해 그 높이가 조절될 수 있다. 높이 조절부(142, 144)는 베이스 프레임(110)의 측면 혹은 하부에 설치될 수 있다.
측면에 설치된 제1 높이 조절부(142)는 베이스 프레임(110)의 측면에 수직 방향으로 길게 형성된 가이드 홀을 관통하여 베이스 프레임(110)의 상면에 결합되어 있어, 가이드 홀을 따라 상하 이동하면서 베이스 프레임(110)의 상면 높이를 조절한 후 고정시키는 구조를 가질 수 있다.
하부에 설치된 제2 높이 조절부(144)는 핸들 구조를 가지고 있어, 정방향 혹은 역방향으로 회전시킴에 따라 베이스 프레임(110)의 상면이 상하로 이동하게 하는 구조를 가질 수 있다.
전동기 고정부(110)에서 하나의 하부 블록(120)과 하나의 상부 블록(130)을 포함하는 고정모듈이 하나 이상 구비될 수 있다. 도면에서는 2개의 고정모듈이 전방에서 후방으로 평행하게 배치된 경우가 예시되어 있다. 이는 전동기(30)의 크기에 따라 강한 고정력이 필요한 경우 2개의 고정모듈을 모두 활용하기 위함으로, 전동기(30)의 크기가 미리 정해진 크기 이하인 경우에는 1개의 고정모듈만을 이용하여 고정시킬 수도 있을 것이다.
전동기 고정부(100)의 후방에는 토크센서(300)가 배치될 수 있다. 토크센서(300)는 제1 센서 지지대(330) 상에 설치될 수 있다. 제1 센서 지지대(330)는 토크센서(300)의 높이를 전동기 고정부(100)에 놓여진 전동기(30)의 회전축에 상응하여 맞추기 위한 지지부로서, 그 높이가 조절될 수 있다.
토크센서(300)의 전면에는 전동기(30)의 회전축과 축선 정렬로 결합하기 위한 회전축 결합부(310)가 마련되고, 후면에는 위치 조정용 샤프트(40)와 축선 정렬로 결합하기 위한 샤프트 결합부(320)가 마련된다.
회전축 결합부(310)와 샤프트 결합부(320)는 일직선 상에 놓여지게 되며, 따라서 전동기(30)의 회전축과 위치 조정용 샤프트(40)가 일직선 상에 놓여져 축선 정렬이 이루어지도록 할 수 있다.
토크센서(300)의 후방에 배치되는 회전축 구속부(200)는 회전자의 위치와는 무관하게 위치 조정용 샤프트(40)를 미리 정해진 높이에서 구속시키기 위한 구성요소이다.
회전축 구속부(200)는 상부 구속부(210), 하부 구속부(220), 베어링 가이드(230)를 포함한다.
몸체 프레임(20) 상의 소정 위치에 회전축 구속부(200)를 설치하기 위한 기본 베이스인 스테이지(205)가 설치될 수 있다. 스테이지(205)에는 한 쌍의 베어링 가이드(230)가 일정 간격 이격되어 수직 방향으로 설치될 수 있다. 상부 구속부(210)와 하부 구속부(220)는 베어링 가이드(230)를 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하게 베어링 가이드(230)에 끼움 결합한다.
베어링 가이드(230)의 끝단에는 이탈 방지구(232)가 설치될 수 있다. 하부 구속부(220)와 상부 구속부(210)가 베어링 가이드(230)에 끼움 결합된 이후 이탈 방지구(232)가 설치됨으로써, 하부 구속부(220)와 상부 구속부(210)가 베어링 가이드(230)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상부 구속부(210)는 상부 고정 블록(214) 및 상부 고정 베이스(212)를 포함한다.
상부 고정 베이스(212)는 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로서, 판재의 양측에 한 쌍의 베어링 가이드(230)에 상응하는 제1 관통홀이 관통 형성되어 있다. 즉, 상부 고정 베이스(212)는 제1 관통홀을 통해 한 쌍의 베어링 가이드(230)에 끼움 결합되어 베어링 가이드(230)를 따라 상하 운동할 수 있다. 상부 고정 베이스(212)의 원활한 슬라이딩 이동을 위해 제1 관통홀에는 제1 베어링(242)이 마련될 수 있다.
상부 고정 베이스(212)의 하면에는 상부 고정 블록(214)이 고정 결합된다. 상부 고정 블록(214)은 제2 길이(L2, L2<L1)를 가진다. 상부 고정 블록(214)의 하부에는 위로 오목한 제1 샤프트 고정홈(216)이 형성된다. 제1 샤프트 고정홈(216)은 위치 조정용 샤프트(40)의 직경에 상응하는 직경을 가질 수 있다.
하부 구속부(220)는 하부 고정 블록(226), 간격 조정부(250), 하부 서브 베이스(224) 및 하부 고정 베이스(222)를 포함한다.
하부 고정 베이스(222)는 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로서, 판재의 양측에는 한 쌍의 베어링 가이드(230)에 상응하는 제2 관통홀이 관통 형성되어 있다. 즉, 하부 고정 베이스(222)는 제2 관통홀을 통해 한 쌍의 베어링 가이드(230)에 끼움 결합하여 베어링 가이드(230)를 따라 상하 운동할 수 있다. 하부 고정 베이스(222)의 원활한 슬라이딩 이동을 위해 제2 관통홀에는 제2 베어링(244)이 마련될 수 있다.
하부 고정 베이스(222)와 상부 고정 베이스(212) 사이에는 미리 정해진 간격을 가지는 한 쌍의 연결 가이드(218)가 설치될 수 있다. 연결 가이드(218)는 봉 또는 바(bar) 형상을 가지며, 하부 고정 베이스(222)와 상부 고정 베이스(212)가 일체로 연결하여 함께 승강하도록 한다. 한 쌍의 연결 가이드(218) 사이의 간격은 한 쌍의 베어링 가이드(230) 사이의 간격보다는 작을 수 있다. 즉, 한 쌍의 연결 가이드(218)가 한 쌍의 베어링 가이드(230) 사이에 배치된 구조를 가질 수 있다.
하부 서브 베이스(224)는 하부 고정 베이스(222)의 상부에 이격 배치되는 베이스 판재로서, 제3 길이(L3, L2<L3<L1)를 가진다.
하부 서브 베이스(224)의 양측에는 연결 가이드(218)에 상응하는 제3 관통홀이 형성될 수 있다. 하부 서브 베이스(224)는 제3 관통홀을 통해 한 쌍의 연결 가이드(218)에 끼움 결합하여 연결 가이드(218)를 따라 상하 운동할 수 있다. 하부 서브 베이스(224)의 원활한 슬라이딩 이동을 위해 제3 관통홀에는 제3 베어링(246)이 마련될 수 있다.
하부 서브 베이스(224)와 하부 고정 베이스(222) 사이에는 간격 조정부(250)가 배치될 수 있다. 간격 조정부(250)는 유압펌프(420)로부터 공급되는 유압에 따라 그 길이가 가변되는 유압실린더일 수 있다. 간격 조정부(250)에 의해(즉, 유압실린더의 길이 변화에 의해) 하부 서브 베이스(224)와 하부 고정 베이스(222) 사이의 간격이 조정될 수 있다.
하부 서브 베이스(224)의 상면에는 하부 고정 블록(226)이 고정 결합된다. 하부 고정 블록(226)은 제2 길이(L2)를 가진다. 하부 고정 블록(226)의 상부에는 제1 샤프트 고정홈(216)에 대응되도록 아래로 오목한 제2 샤프트 고정홈(228)이 형성된다. 제2 샤프트 고정홈(228) 역시 위치 조정용 샤프트(40)의 직경에 상응하는 직경을 가질 수 있다.
제1 샤프트 고정홈(216)과 제2 샤프트 고정홈(228)은 서로 만나 원 형상을 가지는 하나의 관통홀을 형성하게 되며, 이를 위해 상부 고정 블록(214)의 하면과 하부 고정 블록(226)의 상면이 서로 만나게 배치될 수 있다.
제1 샤프트 고정홈(216)과 제2 샤프트 고정홈(228) 사이에 위치 조정용 샤프트(40)가 놓여지고, 상부 고정 블록(214)과 하부 고정 블록(226)에 의해 위치 조정용 샤프트(40)가 임의의 각도로 회전하지 못하도록 구속될 수 있다. 이 경우 효과적인 구속을 위해 제1 샤프트 고정홈(216)과 제2 샤프트 고정홈(228)의 내표면에는 마찰력을 높이기 위한 마찰 부재(미도시)가 부착될 수 있다. 마찰 부재는 예컨대 고무, 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있다.
즉, 회전축 구속부(200)에는 아래에서부터 하부 고정 베이스(222), 간격 조정부(250), 하부 서브 베이스(224), 하부 고정 블록(226), 상부 고정 블록(214), 상부 고정 베이스(212)의 순서로 배치될 수 있다.
스테이지(205)와 하부 고정 베이스(222) 사이의 베어링 가이드(230)에는 스프링(234)이 끼움 결합될 수 있다. 스프링(234)은 하부 고정 베이스(222)를 탄성 지지하게 되며, 하부 고정 베이스(222)를 포함하는 회전축 구속부(200) 전체를 탄성 지지하여 위치 조정용 샤프트(40)에 가해지는 외력에 따른 진동을 흡수한다. 또한, 스프링(234)은 회전축 구속부(200)의 자중에 따른 효과를 보상하여 위치 조정용 샤프트(40)를 효과적으로 구속시킬 수 있게 한다.
회전축 구속부(200)의 전방 및/또는 후방에는 회전축 구속부(200)를 수직 상태로 지지하기 위한 보조 지지대(290)가 설치될 수 있다. 보조 지지대(290)에 의해 회전축 구속부(200)는 위치 조정용 샤프트(40)를 구속하는 동안 가해지는 외력에 대해서도 견고하게 설치 상태를 유지할 수 있다.
회전축 구속부(200)의 작동은 다음과 같다(도 7 참조).
상부 고정 블록(214)과 하부 고정 블록(226) 사이에 위치 조정용 샤프트(40)가 배치된 경우를 가정한다.
간격 조정부(250)를 작동시켜 하부 고정 베이스(222)와 하부 서브 베이스(224) 사이의 간격을 증가시킨다.
이 경우 하부 서브 베이스(224)에 고정된 하부 고정 블록(226)은 상승하고, 하부 고정 베이스(222)는 하강하게 된다. 또한, 하부 고정 베이스(222)에 연결 가이드(218)를 통해 연결된 상부 고정 베이스(212) 역시 하부 고정 베이스(222)와 같이 하강하게 된다. 그리고 상부 고정 베이스(212)에 고정된 상부 고정 블록(214)도 하강하게 된다. 하부 서브 베이스(224)와 하부 고정 블록(226)의 상승, 하부 고정 베이스(222)와 상부 고정 베이스(212)와 상부 고정 블록(214)의 하강은 동시에 연동하여 작동하게 된다.
상부 고정 블록(214)이 하강하고 하부 고정 블록(226)이 상승하여 위치 조정용 샤프트(40)에 대한 축 구속이 이루어질 수 있게 된다.
회전축 구속부(200)의 후방에는 위치 조정용 샤프트(40)에 결합된 위치 조정용 핸들(400)과 각도센서(410)가 결합된다.
위치 조정용 핸들(400)은 위치 조정용 샤프트(40)와 일체로 연결되어, 위치 조정용 샤프트(40)와 축선 정렬 상태로 결합된 전동기(30)의 회전축을 임의로 회전시켜 원하는 각도에 놓여지게 함으로써, 전동기(30)의 회전자 위치를 조정할 수 있게 한다.
위치 조정용 핸들(400)은 회전축 구속부(200)에서 구속 상태가 해제된 경우에 수동으로 혹은 자동으로 핸들링되어 회전자 위치를 조정할 수 있다. 위치 조정용 핸들(400)에 의해 회전자 위치가 조정되면, 이후 회전축 구속부(200)에 의해 위치 조정용 샤프트(40)가 구속되어 그 회전이 방지되도록 구속될 수 있다. 이후 전동기(30)에 전원을 인가하여 구동시킴으로써 해당 회전자 위치에서의 자기특성 및/또는 토크특성을 측정할 수 있게 된다.
각도센서(410)는 위치 조정용 핸들(400)에 의해 위치 조정용 샤프트(40)가 회전한 각도를 측정한다. 각도센서(410)에서 측정한 각도는 측정 대상이 되는 전동기(30)의 회전자 위치에 대응되는 값일 수 있다.
각도센서(410) 역시 토크센서(300)와 마찬가지로 제2 센서 지지대(430) 상에 설치될 수 있다. 제2 센서 지지대(430)는 각도센서(410)의 높이를 위치 조정용 샤프트(40)에 상응하여 맞추기 위한 지지부로서, 그 높이가 조절될 수 있다.
또한, 몸체 프레임(20)에는 전술한 간격 조정부(250)에 유압을 제공하기 위한 유압펌프(420)가 설치될 수 있다.
본 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)가 적용된 전동기 특성 파라미터 측정 장치는 기존의 측정 장치에 비해 구조가 간단하고 손쉽게 작동 가능하며 제작 비용이 저렴한 장점이 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 전동기 특성 파라미터 측정 장치(10)를 이용한 전동기 특성 파라미터 측정 방법의 순서도이다.
우선 특성 파라미터를 측정하고자 하는 전동기(30)를 전동기 고정부(100)에 고정시킨다(단계 S500). 이 경우 전동기(30)의 회전축(35)이 위치 조정용 샤프트(40)와 일직선 상에 놓일 수 있도록 베이스 프레임(110)의 높이를 조절할 수 있다.
그리고 전동기의 회전축(35)을 토크센서(300)의 회전축 결합부(310)에 체결한다(단계 S510). 여기서, 위치 조정용 샤프트(40)는 토크센서(300)의 샤프트 결합부(320)에 이미 체결되어 있을 수 있다.
전동기(30)의 고정이 완료되면, 위치 조정용 핸들(400)을 이용하여 특성 파라미터를 측정하고자 하는 회전자 위치에 따라 위치 조정용 샤프트(40)를 회전시킨다(단계 S520). 위치 조정용 샤프트(40)의 회전에 따라 축선 정렬되어 결합된 전동기(30)의 회전축(35) 역시 회전하게 된다. 회전의 정확성에 대해서는 각도센서(400)를 통해 확인할 수 있다.
이후 회전축 구속부(200)를 이용하여 임의의 회전자 위치에 놓여지도록 회전된 위치 조정용 샤프트(40)를 구속시킨다(단계 S530). 위치 조정용 샤프트(40)의 구속 과정은 다음과 같다.
간격 조정부(250)를 작동시켜 하부 고정 베이스(222)와 하부 서브 베이스(224) 사이의 간격을 증가시킨다(①).
간격 증가에 의해 하부 서브 베이스(224)는 상승하게 되며(②), 하부 고정 블록(226) 역시 상승하게 된다(③).
그리고 간격 증가에 의해 하부 고정 베이스(222)는 하강하게 되며(④), 연결 가이드(218)에 의해 하부 고정 베이스(222)에 연결된 상부 고정 베이스(212) 역시 하강하게 된다(⑤). 상부 고정 베이스(212)가 하강하면, 상부 고정 블록(214) 역시 하강하게 된다(⑥).
따라서, 상부 고정 블록(214)과 하부 고정 블록(226) 사이의 간격이 줄어들게 되면서 그 사이에 놓여진 위치 조정용 샤프트(40)를 견고하게 구속시키게 된다.
이후 전원부(미도시)를 이용하여 전원을 인가하여 전동기(30)를 구동시킨 후(단계 S540) 토크센서(300)와 자기센서를 이용하여 전동기(30)의 토크특성 및/또는 자기특성을 측정한다(단계 S550).
이후 회전축 구속부(200)에서 간격 조정부(250)를 작동시켜 하부 고정 베이스(222)와 하부 서브 베이스(224) 사이의 간격을 감소시킴으로써, 상부 고정 블록(214)과 하부 고정 블록(226) 사이의 간격이 증가하게 되어 위치 조정용 샤프트(40)에 대한 구속 상태가 해제될 수 있다(단계 S560).
이후 위치 조정용 핸들(400)을 이용하여 특성 파라미터를 측정하고자 하는 회전자 위치에 상응하여 위치 조정용 샤프트(40)를 회전시키고 구속시킨 후 특성 파라미터를 측정하는 단계 S520 내지 S560을 반복 수행한다.
이러한 반복 수행을 통해 모든 회전자 위치에 대한 전동기 특성 파라미터 측정이 가능해질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전동기 특성 파라미터 측정 장치 20: 몸체 프레임
30: 전동기 35: 회전축
40: 위치 조정용 샤프트 100: 전동기 고정부
200: 회전축 구속부 300: 토크센서
400: 위치 조정용 핸들 410: 각도센서
210: 상부 구속부 220: 하부 구속부
212: 상부 고정 베이스 214: 상부 고정 블록
216: 제1 샤프트 고정홈 222: 하부 고정 베이스
224: 하부 서브 베이스 226: 하부 고정 블록
228: 제2 샤프트 고정홈 230: 베어링 가이드
232: 이탈 방지구 234: 스프링

Claims (10)

  1. 몸체 프레임의 전방 측에 배치되며, 전동기의 몸체를 고정시키는 전동기 고정부;
    상기 몸체 프레임의 후방 측에 배치되며, 상기 전동기의 회전축과 축선 정렬되게 결합된 위치 조정용 샤프트의 구속 상태를 제어하는 회전축 구속부;
    상기 회전축 구속부의 후방에 배치되어, 상기 위치 조정용 샤프트의 회전각도를 조절하는 위치 조정용 핸들;
    상기 전동기에 전원을 공급하는 전원부;
    상기 전동기의 특성 파라미터를 측정하는 센서부를 포함하되,
    상기 회전축 구속부는,
    스테이지 상에 수직으로 설치된 한 쌍의 베어링 가이드;
    상기 한 쌍의 베어링 가이드에 끼움 결합하여 승강하면서 상기 위치 조정용 샤프트를 상부에서 가압하는 상부 구속부;
    상기 한 쌍의 베어링 가이드에 끼움 결합하여 승강하면서 상기 위치 조정용 샤프트를 하부에서 지지하는 하부 구속부;
    상기 상부 구속부와 상기 하부 구속부 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부를 포함하며,
    상기 상부 구속부는, 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로 양측에 한 쌍의 베어링 가이드에 상응하는 제1 관통홀이 관통 형성된 상부 고정 베이스와; 제2 길이(L2)를 가지며 상기 상부 고정 베이스의 하면에 고정 결합되고, 하부에 위로 오목한 제1 샤프트 고정홈에 형성된 상부 고정 블록을 포함하고,
    상기 하부 구속부는, 제1 길이(L1)을 가지는 베이스 판재로 양측에 한 쌍의 베어링 가이드에 상응하는 제2 관통홀이 관통 형성된 하부 고정 베이스와; 상기 하부 고정 베이스로부터 상부로 이격 배치되며 제3 길이(L3)를 가지는 베이스 판재인 하부 서브 베이스와; 제2 길이(L2)를 가지며 상기 하부 서브 베이스의 상면에 고정 결합되고, 상부에 아래로 오목한 제2 샤프트 고정홈에 형성된 하부 고정 블록을 포함하며,
    상기 하부 고정 베이스와 상기 하부 서브 베이스 사이에 상기 간격 조정부가 개재되는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전동기 고정부는 상기 회전축과 상기 위치 조정용 샤프트가 일직선 상에 놓여지도록 상기 몸체의 높이를 조절하는 높이 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 고정 베이스와 상기 하부 고정 베이스는 연결 가이드에 의해 일체로 연결되며,
    상기 하부 서브 베이스에는 상기 연결 가이드에 상응하는 제3 관통홀이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 간격 조정부는 유압펌프로부터 유압을 제공받아 길이가 가변되는 유압실린더인 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 간격 조정부에 의해 상기 하부 고정 베이스와 상기 하부 서브 베이스 사이의 간격이 증가하면 상기 위치 조정용 샤프트가 구속 상태에 놓여지게 되고,
    상기 간격이 감소하면 상기 위치 조정용 샤프트가 구속 상태에서 해제되는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 전동기 고정부와 상기 회전축 구속부 사이에 배치되어, 상기 전동기의 토크특성을 측정하는 토크센서를 포함하되,
    상기 토크센서의 전방에서 상기 회전축에 체결되는 회전축 결합부와, 상기 토크센서의 후방에서 상기 위치 조정용 샤프트에 체결되는 샤프트 결합부가 일직선 상에 놓여지는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 장치.
  9. (a) 전동기를 전동기 고정부에 고정시키는 단계;
    (b) 상기 전동기의 회전축을 토크센서의 회전축 결합부에 체결하는 단계-여기서, 상기 토크센서의 샤프트 결합부에는 위치 조정용 샤프트가 체결되어 있음-;
    (c) 위치 조정용 핸들을 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트를 원하는 회전자 위치에 상응하여 회전시키는 단계;
    (d) 회전축 구속부를 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트를 구속시키는 단계;
    (e) 전원부를 이용하여 상기 전동기에 전원을 인가하여 구동시키는 단계;
    (f) 상기 전동기의 특성 파라미터를 측정하는 단계;
    (g) 상기 회전축 구속부를 이용하여 상기 위치 조정용 샤프트의 구속 상태를 해제시키는 단계를 포함하되,
    모든 회전자 위치에 대해 상기 단계 (c) 내지 (g)를 반복 수행하며,
    상기 단계 (d)는 간격 조정부를 작동시켜 하부 고정 베이스와 하부 서브 베이스 사이의 간격을 증가시키는 단계를 포함하되,
    상기 간격 증가에 의해 상기 하부 서브 베이스가 상승하여 하부 고정 블록이 상승하며, 상기 간격 증가에 의해 상기 하부 고정 베이스가 하강하여 연결 가이드에 의해 연결된 상부 고정 베이스가 하강함에 따라 상부 고정 블록이 하강함으로써, 상기 상부 고정 블록과 상기 하부 고정 블록 사이의 간격이 줄어들어 상기 위치 조정용 샤프트를 구속시키는 것을 특징으로 하는 전동기 특성 파라미터 측정 방법.
  10. 삭제
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