KR101868079B1 - 토크 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 회동축의 회전시의 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치로서, 프레임; 상기 프레임의 일측에 설치되며, 회동축의 토크를 전달받아 회전이 이뤄지도록 구성된 토크 입력 축; 상기 토크 입력 축으로부터 토크를 전달받으며, 기어 트레인을 구비하여 상기 토크 입력 축의 회전 속도로부터 변환된 회전 속도로 출력 기어 축을 통해 토크를 출력하는 회전비 변환부; 상기 출력 기어 축으로부터 토크를 전달받아 클러치 체결 상태에서 회동 케이싱으로 전달하는 클러치부; 및 상기 프레임의 타측에 고정 설치되며, 상기 회동 케이싱을 통해 전달된 토크를 측정하여 상기 회동축의 토크를 측정하는 토크 센서부;를 포함하는 토크 측정 장치가 개시된다.

Description

토크 측정 장치 {Torque measuring apparatus}

본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 토크 입력 축으로 전달되는 회동축의 토크를 기어 트레인을 통해 회전 속도를 변환하고, 회전 속도가 변환된 토크를 클러치부를 거쳐 회동 케이싱으로 전달하여 고정 상태의 토크 센서부에서 측정하도록 함으로써, 고사양의 클러치부를 사용하지 않더라도 큰 입력 토크를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 토크 측정 장치에 관한 것이다.

액추에이터와 같이 회동축이 미리 설정된 토크 값에 의해 회전하도록 구성되는 장치들은 사양별로 또는 사용처의 기준에 맞게 회전시의 토크 값이 요구된다.

회전 상태에 있는 회동축의 토크 값이 요구되는 토크 값에 해당하는지 여부를 확인하기 위해 다양한 측정 장치가 제안되었다.

회전시의 토크를 측정하기 위한 종래기술의 일예로, 대한민국 공개특허 제10-2016-0109970호의 "토크 측정기"가 있다.

상기 종래기술은 피측정 대상의 회전체의 회전을 받아 회전하고 있는 회동축의 토크를 토크 검출 수단에서 검출하는 것으로, 회동축의 회전을 그 회전이 전달되는 종동축에 연결된 토크 검출 수단의 토크 검지축으로 서서히 전달하는 클러치 기구를 구비하고, 이 클러치 기구는 회동축 또는 종동축의 어느 일방에 구비된 마찰부와, 이 마찰부가 구비된 회동축 또는 종동축의 어느 타방에 마찰부와 대향하여 배치한 피접촉부를 구비하여, 마찰부와 피접촉부와의 간극을 접촉시키는 마찰 클러치이며, 회동축의 회전 모두를 토크 검출 수단의 토크 검지축에 전달한 후에 회동축이 정지했을 때의 토크값을 계측하도록 구성된다.

그러나 상기 종래기술에 의하면 회전시의 토크를 측정하기 위해 회동축을 수회 회전하도록 하지만, 실제 회동축이 정지했을 때의 토크 값을 계측하므로, 회동축이 균일한 속도 및 토크로 회전할 때의 토크 값을 측정할 수 없게 된다.

또한, 상기 종래기술에 의하면 클러치 마찰면의 불균일로 인해 정확한 토크 값 측정이 어렵게 된다.

또한, 상기 종래기술은 입력되는 토크 값이 큰 경우 이를 클러치에 의해 정지시키기 위해서는 큰 토크 값을 전달할 수 있는 고사양의 클러치를 이용하여야 하는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0109970호 (2016년09월21일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 토크 입력 축으로 전달되는 회동축의 토크를 기어 트레인을 통해 회전 속도를 변환하고, 회전 속도가 변환된 토크를 클러치부를 거쳐 회동 케이싱으로 전달하여 고정 상태의 토크 센서부에서 측정하도록 함으로써, 고사양의 클러치부를 사용하지 않더라도 큰 입력 토크를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 토크 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 회동축의 회전시의 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치로서, 프레임; 상기 프레임의 일측에 설치되며, 회동축의 토크를 전달받아 회전이 이뤄지도록 구성된 토크 입력 축; 상기 토크 입력 축으로부터 토크를 전달받으며, 출력 기어를 포함하는 복수의 기어가 구비되고 동력을 전달하여 상기 토크 입력 축의 회전 속도로부터 변환된 회전 속도로 출력 기어의 축을 통해 토크를 출력하는 회전비 변환부; 상기 출력 기어의 축으로부터 토크를 전달받아 클러치 체결 상태에서 회동 케이싱으로 토크를 전달하며, 클러치 해제 상태에서 회동 케이싱으로 토크를 전달하지 않는 클러치부; 및 상기 프레임의 타측에 고정 설치되며, 상기 회동 케이싱을 통해 전달된 토크를 측정하여 상기 회동축의 토크를 측정하는 토크 센서부;를 포함하되, 상기 회전비 변환부는, 일측에 상기 클러치부가 결합되는 회동 케이싱과, 상기 회동 케이싱 내부에 설치되고 상기 토크 입력 축에 동축 상으로 결합 되는 구동 기어와, 상기 출력 기어를 구성하며 상기 구동 기어의 회전에 의해 회전되는 종동 기어를 포함하며, 상기 회동 케이싱은, 비틀림 토크 전달이 가능한 상태로 상기 토크 센서부에 결합 설치되고, 상대 회동이 가능한 상태로 상기 프레임에 설치된 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치가 개시된다.

바람직하게, 상기 구동 기어는 상기 회동 케이싱 내부에 설치되고, 상기 토크 입력 축에 동축 상으로 결합 되는 웜휠이며, 상기 종동 기어는 상기 웜휠의 회전에 의해 회전되는 웜인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 웜은 웜휠보다 고속으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 클러치부는, 클러치 해제 또는 체결에 의해 토크 전달을 제어하며, 상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 클러치부는 전압 제어에 의해 상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된 파우더 브레이크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 회전비 변환부에는, 적어도 2 이상의 웜이 상기 웜휠의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치되며, 상기 클러치부는 각각의 웜에 대응하여 구비되며, 상기 각각의 웜으로부터 토크를 전달받아 회동 케이싱으로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 각각의 웜은 웜휠의 둘레를 따라 상호 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 회전비 변환부에는 적어도 2 이상의 웜휠이 상기 토크 입력 축에 동축 상으로 상호 이격하여 결합되며, 상기 웜은 적어도 2 이상이 구비되어 각각의 웜휠의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 회동 케이싱은, 토크 전달이 가능한 상태로 상기 토크 센서부에 결합 설치되고, 상대 회동이 가능한 상태로 상기 프레임에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은, 기어 트레인을 통해 회전 속도를 변환하고, 회전 속도가 변환된 토크를 클러치부를 거쳐 회동 케이싱으로 전달하여 토크를 측정하도록 함으로써, 고사양의 클러치부를 사용하지 않더라도 큰 입력 토크를 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 토크 전달을 위한 다양한 형태의 기어 트레인 및 클러치의 구성을 통해 큰 입력 토크 측정이 가능하고, 내구성이 뛰어난 측정 장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 파우더 브레이크를 이용하여 클러치부를 구성하므로 정밀한 클러치 제어가 가능하며, 출력 기어의 회전에 대한 슬립 제어가 부드럽게 이뤄져 정확한 토크 측정이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 회동 케이싱이 제외된 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 토크 센서부가 결합 해제된 상태를 하측에서 바라본 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 회동 케이싱이 결합 해제된 상태의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 사시도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

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 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 단면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 회동 케이싱이 제외된 상태의 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A를 바라본 단면도로서, 토크 입력 축(20)의 중심을 기준으로 한 단면도로 이해될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치(1)는, 회동축(2)의 회전시의 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치(1)이다.

상기 회동축(2)은 회전시의 토크를 측정하기 위한 대상이 되는 기구 또는 장치(토크 측정 대상물)의 구동축으로 이해될 수 있으며, 일예로 전동 액츄에이터의 구동축일 수 있다.

상기 토크 측정 장치(1)는 토크 센서부(80)를 포함하여 토크 측정 장치(1)가 안정적으로 지지되도록 하는 프레임(10), 상기 프레임(10)의 일측에 설치되며 회동축(2)의 토크를 전달받아 회전이 이뤄지도록 구성된 토크 입력 축(20), 입력된 토크의 회전 속도를 변환하는 회전비 변환부(40), 회전 속도가 변환된 출력 기어를 클러칭하는 클러치부(60) 및 클러칭을 통해 전달된 토크를 측정하는 토크 센서부(80)를 포함하여 이뤄진다.

일예로, 상기 프레임(10)은 토크 센서부(80), 회동 케이싱(42) 및 클러치부(60) 등을 지지하도록 구성되며, 토크 센서부(80)의 하부를 지지하는 하판(18)과 상기 회동 케이싱(42) 등을 지지하는 상판(14) 및 상판(14)과 하판(18)을 연결하는 지지다리(12)를 포함하여 이뤄진다.

상기 프레임(10)은 본 실시예의 도면에 표시된 형상에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(1)를 안정적으로 지지하는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 회전비 변환부(40)는 상기 토크 입력 축(20)으로부터 토크를 전달받으며, 기어 트레인을 구비하여 상기 토크 입력 축(20)의 회전 속도로부터 변환된 회전 속도로 출력 기어 축을 통해 토크를 출력한다.

예를 들어, 상기 회전비 변환부(40)는 토크 입력 축(20)으로부터 전달 받은 토크를 일정한 기어비를 갖는 기어 트레인을 통해 출력 기어 축으로 전달할 수 있으며, 이때 상기 기어비에 대응되도록 입력 토크의 회전 속도가 변경된다.

상기 입력 토크의 회전 속도 변경은 입력 토크에 의해 회전하는 출력 기어(예, 웜)를 클러칭하는 상기 클러치부(60)의 클러치력에 영향을 주며, 이에 관한 자세한 내용은 후술한다.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 회전비 변환부(40)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에 상기 클러치부(60)가 결합되는 회동 케이싱(42)과, 상기 회동 케이싱(42) 내부에 설치되고, 상기 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 결합 되는 웜휠(44)과, 상기 출력 기어를 구성하며 상기 웜휠(44)의 회전에 의해 회전되는 웜(46)을 포함하여 이뤄진다.

일예로, 상기 클러치부(60)는 체결부(66)를 통해 회동 케이싱(42)과 결합된다.

일예로, 상기 토크 입력 축(20)은 회동 케이싱(42) 내부에서 베어링(48)에 의해 지지되며, 상기 토크 입력 축(20)의 적어도 일단부는 토크 측정 대상물의 회동축(2)과의 결합을 위해 회동 케이싱(42)의 외부로 돌출 형성된다.

상기 토크 입력 축(20)의 돌출된 측 단부에는 접속부(22)가 형성되며, 상기 접속부(22)와 회동축(2)이 결합되어 상기 회동축(2)이 회전하는 경우, 회동축(2)의 토크에 의한 회전력에 의해 상기 토크 입력 축(20)도 함께 회전하면서 토크를 전달받게 된다.

이때, 상기 회동축(2)으로부터 전달된 토크는 상기 토크 입력 축(20)을 거쳐 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 결합된 웜휠(44)로 전달되고, 상기 웜휠(44)과 맞물려 웜휠(44)의 회전에 의해 회전하는 웜(46)으로 전달된다.

일예로, 상기 웜(46)은 회동 케이싱(42) 내부에서 베어링(47)에 의해 지지된다.

상기 웜(46)과 웜휠(44)은 웜휠(44)의 회전에 의해 웜(46)이 회전할 수 있도록 기어의 비틀림 각을 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 회전비 변환부(40)를 구성하는 웜(46)과 웜휠(44)은 가속비 또는 감속비를 크게 하여 동력을 전달할 수 있으므로, 동일한 동력을 전달시에 토크 값도 크게 변환하여 전달할 수 있다.

즉, 상기 웜휠(44)에서 웜(46)으로 토크 전달시 상기 웜휠(44)과 웜(46)의 상대적으로 큰 기어비로 인해 회전 속도가 크게 변환되며, 각각의 기어에 걸리는 토크 값도 변환된다.

본 실시예에서, 상기 웜(46)은 상기 웜휠(44)로부터 동력 및 토크를 전달 받아 웜휠(44)보다 고속으로 회전하도록 구성된다.

상기 웜(46)이 웜휠(44)보다 고속으로 회전하므로, 동일한 동력이 전달되는 상태에서 상기 웜휠(44)에 걸리는 토크 보다 웜(46)에 걸리는 토크가 더 작은 토크 값을 갖도록 변환된다.

토크 입력 축(20)으로 전달되는 입력 토크가 크더라도 상기 변환에 의해 웜(46)에 작은 토크 값이 걸리게 되므로, 클러치부(60)에서 웜(46)의 클러치 상태를 용이하게 제어할 수 있게 된다.

따라서, 본 실시예의 클러치부(60)는 토크 입력 축(20)에 입력되는 토크의 크기에 비해 상대적으로 작은 클러치력에 의해 웜(46)이 슬립 상태에서 회전할 수 있도록 구현될 수 있으므로, 입력 토크에 비해 작은 클러치력(저사양)을 갖는 클러치 수단으로도 구성이 가능하다.

상기 회동 케이싱(42)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 토크 전달이 가능한 상태로 상기 토크 센서부(80)에 결합 설치되고, 상대 회동이 가능한 상태로 상기 프레임(10)에 설치된다.

이를 위해 상기 프레임(10)과 토크 센서부(80) 또는 회동 케이싱(42)의 사이에는 상기 회동 케이싱(42)을 지지하기 위한 베어링(16)이 구비될 수 있으며, 상기 베어링(16)은 전술한 프레임(10)의 상판(14)에 설치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 단면도로서, 도 1의 B-B를 바라본 단면도이며, 상기 웜(46)의 중심을 기준으로 한 단면도로 이해될 수 있다.

상기 클러치부(60)는 상기 출력 기어 축으로부터 토크를 전달받아 클러치 체결 상태에서 회동 케이싱(42)으로 전달한다.

일예로, 상기 클러치부(60)는, 클러치 해제 또는 체결에 의해 토크 전달을 제어한다.

예를 들어, 클러치가 해제되는 경우 상기 출력 기어(예, 웜)에 전혀 클러치력이 가해지지 않으므로 출력 기어의 회전에 영향을 주지 않고, 회동 케이싱(42)으로 토크가 전달되지 않는다.

만일, 클러치부(60)의 동작에 의해 클러치가 체결되면 상기 출력 기어에 힘(클러치력)이 가해지면서 출력 기어의 회전에 영향을 주게 되고, 클러치력을 제공한 클러치부(60)로 토크가 전달되며, 상기 전달된 토크는 상기 출력 기어의 회전이 방해되도록 하는 방향, 즉 웜휠(44)의 회전 반대 방향으로 작용하게 되며, 이러한 힘(토크)이 상기 클러치부(60)와 결합된 회동 케이싱(42)으로 전달된다.

일예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 출력 기어를 구성하는 웜(46)의 일측은 상기 클러치부(60)의 회전입력부(64)와 연결될 수 있으며, 상기 회전입력부(64)는 베어링(68)에 의해 지지되어 클러치부(60) 내부에서 회전 가능하도록 구성된다.

일예로, 상기 클러치부(60)는, 상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어인 웜(46)의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된다.

상기 슬립 제어는 웜(46)이 정지되지 않고 계속 회전하면서도, 마찰력과 같은 클러치력에 의해 슬립(미끄러짐)이 발생되는 상태로 이해될 수 있다.

예를 들어, 상기 웜휠(44)로부터 전달된 토크에 의해 웜(46)이 회전할 때, 클러치부(60)의 동작에 의해 상기 회전입력부(64)의 회전에 클러치력(예, 마찰력)이 작용하면 상기 회전입력부(64)와 연결된 웜(46)의 회전이 영향을 받게 되며, 웜(46) 및 웜휠(44)이 입력 회전의 반대 방향으로 반작용력(저항력)을 받게 된다.

상기 반작용력은 클러치부(60)를 통해 회동 케이싱(42)에 토크 형태로 전달된다.

이때, 상기 웜(46)에 가해지는 클러치력에 의해 상기 회전입력부(64)가 완전 정지되지 않고 슬립(미끄러짐)하면서 회전이 지속되는 상태를 유지하면, 상기 토크 입력 축(20) 또한 회전 상태를 유지하게 되며, 상기 토크 입력 축(20)에서 전달되는 토크가 웜휠(44), 웜(46), 클러치부(60) 및 회동 케이싱(42)을 순차로 거쳐 토크 센서부(80)로 전달된다.

상기 클러치부(60)는 토크 전달을 체결 또는 해제하는 관점에서 '클러치'라는 용어로 표현되었으나, 클러치력을 작용하여 상기 출력 기어(예, 웜)의 슬립 제어가 이뤄지도록 하는 관점에서 '브레이크'의 역할을 하는 것으로도 이해될 수 있다.

일예로, 상기 클러치부(60)는 전압 제어에 의해 상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어(예, 웜)의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된 파우더 브레이크를 포함하여 구성된다.

상기 파우더 브레이크는 전압이 가해지면 브레이크 내부에 구비된 코일에서 자속이 발생되며, 전압이 가해지지 않은 경우 분산 배치되어 있던 파우더(예, 자성 철분)가 자속에 의해 재배치되어 파우더 사이의 연결하는 힘 및 파우더 동작면 사이의 마찰력에 의해 상기 파우더의 양측에 구비된 회전입력부(64)와 브레이킹부(62) 사이에 마찰력이 발생되며, 상기 회전입력부(64)로부터 클러치부(60)로 토크가 전달된다.

일예로, 상기 클러치부(60)로 전달된 토크는 회동 케이싱(42)을 거쳐 토크 센서부(80)로 전달되어 비틀림 토크의 형태로 측정되며, 이때 측정되는 토크는 상기 토크 입력 축(20)을 통해 전달받은 회동축(2)의 토크와 동일한 토크 값이 된다.

정확한 입력 토크(회전 토크)를 측정하기 위해서는, 토크 입력 축(20)을 통해 토크가 입력된 상태에서 상기 클러치부(60)에 전압이 인가되고 클러치력이 점차 높아지도록 제어되어 갑작스런 피크 입력을 피하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 토크 센서부가 결합 해제된 상태를 하측에서 바라본 사시도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치에서 회동 케이싱이 결합 해제된 상태의 사시도이다.

도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 토크 센서부(80)는 상기 프레임(10)의 타측에 고정 설치되며, 상기 회동 케이싱(42)을 통해 전달된 토크를 측정하여 상기 회동축(2)의 토크를 측정한다.

일예로, 상기 토크 센서부(80)는 토크 센서가 구비된 센서부(88), 상기 회동 케이싱(42)과 결합되는 센서부 결합부(82), 상기 센서부(88)와 전기적으로 연결되어 상기 센서부(88)에 전원을 공급하고 상기 센서부(88)에서 감지되는 신호를 통해 토크를 검출할 수 있도록 제어부(미도시)와 연결되는 신호전달부(84) 및 상기 프레임(10)에 토크 센서부(80)가 고정 설치되도록 하는 고정부(86)를 포함하여 이뤄진다.

상기 토크 센서는 스트레인 게이지, 로드셀 등 공지의 다양한 토크 측정 센서로 이뤄질 수 있다.

예를 들어, 상기 토크 센서로 스트레인 게이지를 이용하는 경우, 센서부(88) 일측에 스트레인 게이지가 부착되며, 측정 대상이 되는 회동축(2)의 토크가 상기 회동 케이싱(42)을 통해 전달될 때 스트레인 게이지가 구비된 센서부(88)가 회전되지 않는 상태에서 토크를 측정할 수 있다.

상기 센서부(88)를 통해 측정되는 토크는 고정 상태의 토크이므로, 회전을 유지한 상태에서 직접 회전 토크를 측정하는 경우에 비해 토크 센서의 회전 상태를 고려할 필요가 없으며, 이에 따라 토크 센서부(80) 구성이 간단하게 이뤄질 수 있다.

일예로, 상기 토크 센서부(80)에 의한 토크의 측정은 상기 회동 케이싱(42)으로부터 전달되는 토크에 의한 센서부(88)의 비틀림 변형율(스트레인)로 측정될 수 있다.

예를 들어, 상기 클러치부(60)의 클러칭에 의해 상기 회동 케이싱(42)으로 전달된 토크는 상기 회동 케이싱(42)과 결합된 센서부 결합부(82)를 거쳐 센서부(88)로 전달되며, 토크에 의해 상기 회동 케이싱(42)을 회전시키려는 힘이 상기 센서부(88)에 전달되어 센서부(88)에 비틀림을 발생시킨다.

상기 센서부(88)에서는 이러한 비틀림을 센서부(88) 일측에 구비된 토크 센서를 통해 측정하게 되며, 측정된 신호를 신호전달부(84)를 통해 제어부(미도시)로 전달하여 토크 값을 구하게 된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치(1)는 상기 회동 케이싱(42)과 토크 센서부(80)가 상호 착탈 가능하도록 결합된다.

상기 회동 케이싱(42)의 하부에는 토크 센서부(80)의 센서부 결합부(82)와 결합되는 케이싱 결합부(49)가 구비된다.

상기 케이싱 결합부(49) 일측에 형성된 결합홈(49a)에 상기 센서부 결합부(82)의 일측에 형성된 결합돌기(82a)가 삽입 결합되어 측면 방향(회전 방향)으로 견고한 결합을 유지할 수 있으며, 상기 회동 케이싱(42)으로부터 토크 센서부(80)로 토크가 그대로 전달되므로 정확한 토크 측정이 가능하게 된다.

상기 케이싱 결합부(49)의 중심은 상기 토크 입력 축(20)과 동일한 축 상에 위치하도록 구성되며, 상기 토크 입력 축(20)에 전달된 회동축(2)의 토크와 동일한 토크가 상기 케이싱 결합부(49) 및 센서부 결합부(82)를 통해 토크 센서부(80)로 전달된다.

상기 케이싱 결합부(49) 및 센서부 결합부(82) 사이의 결합 및 결합 해제에 의해 상기 회동 케이싱(42)과 토크 센서부(80)의 착탈이 용이하게 이뤄질 수 있다.

따라서, 토크 측정 장치(1)에 문제 발생 시(예, 웜의 마모 등) 회동 케이싱(42)을 분리하여 수리하거나 교체하여 사용할 수 있으므로 관리가 용이하고, 후술하는 실시예와 같이 더욱 큰 입력 토크 측정을 위한 토크 전달을 위해 다양한 형태(구성)로 이뤄진 회전비 변환부(40)를 상황에 따라 적절히 교체하여 사용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도, 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 평면도이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치(1)는, 회전비 변환부(40)에 적어도 2 이상의 웜(46)이 웜휠(44)의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치된다.

이때, 상기 클러치부(60)는 각각의 웜(46)에 대응하여 구비되며, 상기 각각의 웜(46)으로부터 토크를 전달받아 회동 케이싱(42)으로 전달하도록 구성된다.

일예로, 상기 각각의 웜(46)은 웜휠(44)의 둘레를 따라 상호 대칭적으로 배치된다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 웜(146a, 146b) 및 웜(146a, 146b)에 대응하여 구비되는 클러치부(160a, 160b)가 2개로 구성되는 경우, 제1 웜휠(144a)의 일측에 제1 웜(146a)과 상기 제1 웜(146a)에 연결된 제1 클러치부(160a)가 배치되고, 제2 웜휠(144b)의 타측에 제2 웜(146b)과 상기 제2 웜(146b)에 연결된 제2 클러치부(160b)가 배치된다.

도 7에서는 2개의 웜휠(144a, 144b)이 상하 붙어 있는 형태로 표현되어 있으나, 하나의 웜휠(144)로 구성되어 하나의 웜휠(144) 양측으로 각각의 웜(146a, 146b) 및 각각의 클러치부(160a, 160b)가 상호 대칭적으로 배치될 수도 있다.

이때, 상기 제1 클러치부(160a)와 제2 클러치부(160b)는 하나의 회동 케이싱에 상호 결합된다.

상기 제1 웜(146a)과 제2 웜(146b)이 상호 대칭적으로 배치되므로, 상기 토크 입력 축(120)이 상기 제1 웜(146a)과 제2 웜(146b)으로 나누어 전달한 토크가 각각 상기 제1 클러치부(160a) 및 제2 클러치부(160b)를 통해 회동 케이싱에 전달되어 하나로 합쳐지게 된다.

즉, 2개의 웜(146a, 146b)과 각각의 웜(146a, 146b)에 대응되는 클러치부(160a, 160b)로 이뤄지는 경우, 하나의 웜과 하나의 클러치부로 구성되는 경우에 비해 토크가 반으로 분산되어 전달될 수 있으므로, 전체적으로 클러치부(160a, 160b)에서 이뤄지는 슬립 제어 효과가 두 배로 증대되며, 보다 큰 입력 토크의 측정이 가능하게 된다.

또한, 토크가 분산 전달되므로, 하나의 웜 및 웜휠만 설치된 경우에 비해 각각의 웜(146a, 146b)이나 웜휠(144a, 144b)의 마모 및 손상이 저감되는 장점이 있다.

도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치(1)는, 상기 회전비 변환부(40)에 적어도 2 이상의 웜휠(44)이 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 상호 이격하여 결합된다.

이때, 상기 웜(46)은 적어도 2 이상이 구비되어 각각의 웜휠(44)의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치된다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상측 웜휠(244a) 양측에 대칭적으로 2개의 웜(246a, 246b)과 각각의 웜(246a, 246b)에 대응하는 클러치부(260a, 260b)가 배치되고, 하측 웜휠(244b) 양측에 대칭적으로 2개의 웜(246c, 246d)과 각각의 웜(246c, 246d)에 대응하는 클러치부(260c, 260d)가 배치된다.

또한, 상기 상측 웜휠(244a)에 배치되는 각각의 웜(246a, 246b)과 하측 웜휠(244b)에 배치되는 각각의 웜(246c, 246d)이 서로 겹치지 않고 전체적으로 대칭 구조를 이룰 수 있도록 배치될 수 있다.

상기 각각의 웜(246a, 246b, 246c, 246d)이 전체적으로 대칭적으로 배치되므로 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치(1)가 구조적으로 안정되어 회전에 따른 소음이나 토크 전달에 따른 구조적 틀어짐 등의 손상과 마모가 저감된다.

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치의 사시도이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 토크 측정 장치(1)는, 상기 토크 측정 장치(1)의 보호를 위해 하우징(H)을 구비할 수 있으며, 이동성을 고려하여 프레임(10) 하부에 이동용 바퀴(W)를 더욱 구비할 수 있다.

이때 상기 토크 입력 축(20)의 단부는 하우징(H) 외측으로 적어도 일부 돌출 형성되는 것이 바람직하며, 상기 토크 입력 축(20)과 토크 측정 대상물의 회동축(2)이 안정적으로 결합될 수 있도록 결합용 플랜지가 구비될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

1: 토크 측정 장치 2: 회동축
10: 프레임 20, 120, 220: 토크 입력 축
22: 접속부 40: 회전비 변환부
42: 회동 케이싱
44, 144a, 144b, 244a, 244b: 웜휠
46, 146a, 146b, 246a, 246b, 246c, 246d: 웜
16, 47, 48, 68: 베어링 49: 케이싱 결합부
49a: 결합홈
60, 160a, 160b, 260a, 260b, 260c, 260d: 클러치부
62: 브레이킹부 64: 회전입력부
66: 체결부 80: 토크 센서부
82: 센서부 결합부 82a: 결합돌기
84: 신호전달부 86: 고정부
88: 센서부 F: 플랜지
H: 하우징 W: 이동용 바퀴

Claims (9)

1. 회동축(2)의 회전시의 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치(1)로서,
   프레임(10);
   상기 프레임(10)의 일측에 설치되며, 회동축(2)의 토크를 전달받아 회전이 이뤄지도록 구성된 토크 입력 축(20);
   상기 토크 입력 축(20)으로부터 토크를 전달받으며, 출력 기어를 포함하는 복수의 기어가 구비되고 동력을 전달하여 상기 토크 입력 축(20)의 회전 속도로부터 변환된 회전 속도로 출력 기어의 축을 통해 토크를 출력하는 회전비 변환부(40);
   상기 출력 기어의 축으로부터 토크를 전달받아 클러치 체결 상태에서 회동 케이싱(42)으로 토크를 전달하며, 클러치 해제 상태에서 회동 케이싱(42)으로 토크를 전달하지 않는 클러치부(60); 및
   상기 프레임(10)의 타측에 고정 설치되며, 상기 회동 케이싱(42)을 통해 전달된 토크를 측정하여 상기 회동축(2)의 토크를 측정하는 토크 센서부(80);를 포함하되,
   상기 회전비 변환부(40)는, 일측에 상기 클러치부(60)가 결합되는 회동 케이싱(42)과, 상기 회동 케이싱(42) 내부에 설치되고 상기 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 결합 되는 구동 기어와, 상기 출력 기어를 구성하며 상기 구동 기어의 회전에 의해 회전되는 종동 기어를 포함하며,
   상기 회동 케이싱(42)은, 비틀림 토크 전달이 가능한 상태로 상기 토크 센서부(80)에 결합 설치되고, 상대 회동이 가능한 상태로 상기 프레임(10)에 설치된 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동 기어는 상기 회동 케이싱(42) 내부에 설치되고, 상기 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 결합 되는 웜휠(44)이며,
   상기 종동 기어는 상기 웜휠(44)의 회전에 의해 회전되는 웜(46)인 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 웜(46)은 웜휠(44)보다 고속으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 클러치부(60)는,
   클러치 해제 또는 체결에 의해 토크 전달을 제어하며,
   상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 클러치부(60)는 전압 제어에 의해 상기 클러치 체결 상태에서 상기 출력 기어의 회전에 대한 슬립 제어가 가능하도록 구성된 파우더 브레이크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 회전비 변환부(40)에는, 적어도 2 이상의 웜(46)이 상기 웜휠(44)의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치되며,
   상기 클러치부(60)는 각각의 웜(46)에 대응하여 구비되며, 상기 각각의 웜(46)으로부터 토크를 전달받아 회동 케이싱(42)으로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 각각의 웜(46)은 웜휠(44)의 둘레를 따라 상호 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
   
8. 제2항에 있어서,
   상기 회전비 변환부(40)에는 적어도 2 이상의 웜휠(44)이 상기 토크 입력 축(20)에 동축 상으로 상호 이격하여 결합되며,
   상기 웜(46)은 적어도 2 이상이 구비되어 각각의 웜휠(44)의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
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