KR101879236B1

KR101879236B1 - 토크 측정 장치

Info

Publication number: KR101879236B1
Application number: KR1020170042104A
Authority: KR
Inventors: 박순원
Original assignee: 주식회사 노아 엑츄에이션
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-07-17

Abstract

본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 케이싱 내에 설치된 구동축의 토크를 측정하는 장치로서, 구동축의 외주면에 부착되며, 상기 구동축의 비틀림 측정을 통해 토크 검출 신호를 생성하는 스트레인 게이지; 상기 케이싱 내에 설치되며, 케이싱에 형성된 관통공을 통해 외부 전원과 전선으로 연결되어 전원을 공급받는 브러쉬; 상기 구동축의 외주면에 설치되며, 상기 브러쉬와 마찰 접촉되어 전원을 공급받는 슬립링; 구동축의 외주면에 설치되며, 상기 슬립링으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지에 토크 측정용 전원을 제공하며, 스트레인 게이지의 토크 검출 신호를 처리하여 생성된 토크 측정 데이터를 무선 전송하는 토크 측정부; 및 상기 구동축과 이격된 형태로 상기 케이싱 내에 설치되며, 케이싱에 형성된 관통공을 통해 케이싱 외부의 데이터 수신 장치와 연결되어 상기 토크 측정부로부터 전송된 토크 측정 데이터를 전송하는 안테나부;를 포함하여 구성된 토크 측정 장치가 개시된다.

Description

토크 측정 장치 {Torque measuring apparatus}

본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 회전하는 구동축의 비틀림 측정을 통해 토크를 측정할 수 있도록 하는 스트레인 게이지 및 토크 측정부에 슬립링과 브러쉬를 통해 전원을 공급함으로써 안정적인 전원 공급이 가능하고, 토크 측정 데이터를 무선으로 전송하도록 함으로써 효율적인 데이터 전송이 이뤄지는 토크 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 버터플라이 밸브와 볼 밸브 등의 밸브류와 댐퍼, 수문 등의 회전 기기 등을 개폐하는데 사용하는 액츄에이터는 외부로부터 인가되는 전기적인 신호에 의해 작동하고, 이 전기적인 신호에 의해 전기모터를 구동함으로써 상기의 밸브 및 회전기기를 회전시켜 개폐하게 된다.

이러한 액츄에이터는 일반적으로 밸브를 회전시키는 구동축이 케이싱의 내부에서 회전하므로, 구동축의 토크를 측정하기 위해서는 웜기어의 웜축에 스프링을 장착하여 리미트 스위치를 작동시키거나 또는 로드셀 등으로 웜축 방향의 힘을 측정하는 등 간접적인 방법이 주로 사용되며, 구동축의 정확한 토크 측정이 어렵다는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 구동축의 토크를 직접 측정하기 위한 종래기술의 일예로, 대한민국 공개특허 제10-2017-0011968호의 "회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치 및 방법"이 있다.

상기 종래기술은 회전이 이뤄지는 구동축에 센서를 부착하고 센서에 무선으로 전원을 공급하며, 센서에 의해 구동축의 토크를 측정할 수 있도록 구성된다.

그러나 상기 종래기술은 자기 유도 방식에 의해 무선으로 전원을 공급하므로, 전원 공급이 가능한 거리가 매우 짧고, 지속적으로 안정적인 전원 공급이 어렵다는 무선 전원 공급의 문제점을 내재하고 있으며, 전원 공급 및 센서로부터 검출된 신호의 전달이 모두 무선으로 이뤄지므로 각각의 무선 신호가 상호 간섭되어 영향을 미칠 수 있다는 문제가 있다.

종래기술의 또다른 일예로, 대한민국 등록특허 제10-1101259호의 "비접촉 회전체 전력전송과 재질변화 감지를 이용한 선박용 추진축 마력 측정장치 및 이를 이용한 선박용 추진축 마력 측정 방법"이 있다.

상기 종래기술은 무선 전원 공급 이외에도 전원 공급을 배터리에 의해 이뤄질 수 있도록 하는 기술을 포함하여 기재하고 있다.

그러나 배터리에 의해 전원을 공급하는 경우, 배터리의 수명을 길게 하기 위해서는 배터리의 용량을 키워야 하므로 전원공급장치 설치를 위해 많은 공간을 필요로 하는 문제가 있으며, 배터리를 작게 구성하면 빈번하게 배터리를 교체하기 위해 장치를 분해하여야 하므로 유지, 보수가 어렵다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0011968호 (2017년02월02일 공개) 대한민국 등록특허 제10-1101259호 (2011년12월26일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 회전하는 구동축의 비틀림 측정을 통해 토크를 측정할 수 있도록 하는 스트레인 게이지 및 토크 측정부에 슬립링과 브러쉬를 통해 전원을 공급함으로써 안정적인 전원 공급이 가능하고, 토크 측정 데이터를 무선으로 전송하도록 함으로써 효율적인 데이터 전송이 이뤄지는 토크 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 전동 액츄에이터의 구동축의 토크를 측정하는 장치로서, 전동 액츄에이터의 케이싱 내에 설치된 상기 구동축의 출력 측 외주면에 부착 설치되며, 상기 구동축의 비틀림 측정을 통해 토크 검출 신호를 생성하는 스트레인 게이지; 상기 케이싱 내에 설치되며, 케이싱에 형성된 관통공을 통해 외부 전원과 전선으로 연결되어 전원을 공급받는 브러쉬; 상기 구동축의 외주면에 설치되며, 상기 브러쉬와 마찰 접촉되어 전원을 공급받는 슬립링; 상기 구동축의 외주면에 설치되며, 상기 슬립링으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지에 토크 측정용 전원을 제공하며, 상기 스트레인 게이지의 토크 검출 신호를 처리하여 생성된 토크 측정 데이터를 무선 전송하는 토크 측정부; 및 상기 구동축과 이격된 형태로 상기 케이싱 내에 설치되며, 케이싱에 형성된 관통공을 통해 케이싱 외부의 데이터 수신 장치와 전선으로 연결되어 상기 토크 측정부로부터 전송된 토크 측정 데이터를 전송하는 안테나부;를 포함하며, 상기 토크 측정부는, 상기 슬립링으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지에 토크 측정용 전원을 제공하며 상기 스트레인 게이지의 토크 검출 신호를 처리하여 토크 측정 데이터를 생성하는 MCU(Micro controller unit)와, 상기 MCU에서 생성한 토크 측정 데이터를 상기 안테나부로 무선 전송하는 무선통신모듈을 포함하고, 상기 스트레인 게이지, 브러쉬, 슬립링, 토크 측정부 및 안테나는, 상기 구동축의 출력 측에 상하 2단으로 외삽 설치된 오일 실에 의해 상기 케이싱 내의 오일 공급 공간과 차단된 격납 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치가 개시된다.

삭제

이와 같은 본 발명은, 케이싱 내측에 설치되어 구동축과 함께 회전이 이뤄지는 스트레인 게이지 및 토크 측정부에 전원을 지속적이고 안정적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 본 발명은, 회전하는 요소에 외부로부터 전원을 공급하기 위한 전원 공급 구조가 간단하며, 배터리를 필요로 하지 않으므로 유지, 보수의 부담이 적다는 장점이 있다.

또한 본 발명은 정밀한 토크 측정이 가능하며, 측정된 데이터를 케이싱 외부의 데이터 수신장치로 용이하게 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치가 구비된 전동 액츄에이터의 부분 절개된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치가 전동 액츄에이터에 구현 상태를 나타낸 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치가 전동 액츄에이터에 구현된 상태의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

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 장치가 구비된 전동 액츄에이터의 부분 절개된 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치가 전동 액츄에이터에 구현 상태를 나타낸 단면 모식도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 일부 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치(100)는, 케이싱(40) 내에 설치된 구동축(10)의 토크를 측정하는 장치로서, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구동축(10)의 회전에 의해 밸브의 개폐가 이뤄지도록 하는 전동 액츄에이터(1)의 케이싱(40) 내에 설치된 밸브 구동축(10)의 토크를 측정하도록 구성된다.

상기 전동 액츄에이터(1)에 의한 밸브의 개방 또는 폐쇄는 모터(22)를 이용하여 구동축(10)을 회전시킴으로써 이뤄진다.

예를 들어, 상기 전동 액츄에이터(1) 일측에 구비된 모터(22)가 전원의 인가에 의해 구동되면 상기 모터(22)의 회전력이 스플라인 샤프트(동력 전달축, 24)를 통해 웜기어(26)로 전달되고, 상기 웜기어(26)와 맞물린 웜휠(12)이 회전되면서 회전력이 90° 전환된다. 이때, 상기 웜휠(12)과 결합된 구동축(10)이 상기 웜휠(12)과 웜기어(26)의 기어비에 대응하여 상기 모터(22)의 회전수에 비해 감속 회전되고, 구동축(10)의 출력 측 하부에 구비되는 밸브 연결부(19) 일측에 결합되는 밸브(미도시)를 회전시켜 밸브의 개폐가 이뤄지게 된다.

상기 모터(22)의 구동 제어는 전동 액츄에이터(1) 일측에 구비된 메인 제어보드(30)에 의해 이뤄지며, 상기 메인 제어보드(30)는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치(100)와 연결되어 토크 측정 장치(100)에 전원을 공급하고, 토크 측정 장치(100)로부터 측정된 토크 값을 전달받아 상기 모터(22)의 구동 제어가 적절히 이뤄지도록 한다.

상기 메인 제어보드(30)는 후술하는 토크 측정 데이터를 수신하여 구동축(10)의 정확한 토크 값을 산출할 수 있으며, 토크 측정과 관련된 자세한 설명은 후술한다.

본 실시예에서 상세하게 설명되지 않은 전동 액츄에이터(1)의 기구적 구성은 본 출원인이 선등록한 대한민국 등록실용신안 제20-0478798호 등을 통해 참조될 수 있다.

상기 토크 측정 장치(100)는 회전이 이뤄지는 구동축(10)의 토크 측정을 위해 구동축(10) 자체에 구비되어 토크를 검출할 수 있도록 하는 스트레인 게이지(120)와, 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호를 전달받는 토크 측정부(180)와, 상기 구동축(10)에 구비되어 회전이 이뤄지는 상기 토크 측정부(180) 및 스트레인 게이지(120)로 외부로부터 제공된 전원을 공급하는 전원공급수단을 포함하여 이뤄진다.

일예로, 상기 구동축(10)은 전동 액츄에이터(1)의 구동축(10)이며, 상기 스트레인 게이지(120)는 상기 구동축(10)의 출력 측에 설치되어 출력 측 토크를 측정하도록 구성된다.

외부의 힘이 물체에 가해지는 경우 물체는 스트레스(stress)를 받게 되며, 스트레스의 정도에 따라 다양한 형태의 스트레인(strain)이 발생된다.

즉, 스트레스는 물체에 변형을 일으키는 단위 면적당 힘 또는 물체의 내부 저항력으로 이해될 수 있으며, 스트레인은 가해진 힘에 따라 물체에서 일어나는 변위, 변형의 정도로 이해될 수 있다.

상기 스트레인 게이지(120)는 외부의 힘에 의한 재질의 길이 변화율 등에 따라 전기 저항이 변하도록 구성되며, 이러한 전기 저항 변형 특성을 이용하여 스트레인을 측정하게 된다.

예를 들어, 상기 스트레인 게이지(120)는 축의 변형, 굽힘 변형, 전단 변형, 비틀림 변형 중 어느 하나의 변형을 통해 스트레인 값을 측정할 수 있다.

일예로, 상기 스트레인 게이지(120)는 상기 구동축(10)의 외주면에 부착되며, 상기 구동축(10)의 비틀림 측정을 통해 토크 검출 신호를 생성한다.

상기 스트레인 게이지(120)에 전원을 공급하고, 공급된 전원에 의해 측정되는 저항값을 분석함으로써 토크를 계산할 수 있다.

상기 스트레인 게이지(120)를 이용한 토크 계산은 공지의 스트레인 게이지를 이용한 토크 계산과 유사한 것으로 이해될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

상기 토크는 스트레인 게이지(120)로부터 수신한 전기적 신호를 분석하여 얻어지는 것이므로, 예를 들어, 상기 토크 검출 신호는 상기 스트레인 게이지(120)에 의해 얻어지는 전기적 신호로 이해될 수 있다.

상기 전기적 신호를 처리하여 토크 값을 구할 수 있는 토크 측정 데이터의 생성은 토크 측정부(180)에서 이뤄지며, 토크 측정 데이터의 생성 및 토크 측정부(180)에 대한 자세한 내용은 후술한다.

상기 스트레인 게이지(120)는 공지의 다양한 스트레인 게이지가 이용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 구동축(10)의 외주면에 곡면 형태로 부착이 용이하도록 박막형 스트레인 게이지가 이용될 수 있다.

일예로, 상기 스트레인 게이지(120)는 상기 구동축(10)의 외주면에 접착 테잎 등으로 부착될 수 있으며, 바람직하게 구동축(10)의 출력 측 토크를 정확하게 측정할 수 있도록 상기 구동축(10)의 외주면에 스트레인 게이지(120)의 부착면 전체를 밀착하여 부착한다.

일예로, 상기 스트레인 게이지(120) 일측에는 스트레인 게이지(120)에서 측정되는 토크 값의 정밀도를 높이기 위해 보정용 스트레인 게이지(124)가 더 구비될 수 있다.

이때, 상기 스트레인 게이지(120)는 상기 보정용 스트레인 게이지(124)와 케이블(예, 플랫 케이블, 122)로 연결되어 스트레인 게이지(120)로부터 보정용 스트레인 게이지(124)로 전원을 공급하며, 상기 토크 측정부(180)에서 상기 보정용 스트레인 게이지(124)의 토크 검출 신호를 더욱 수신할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 전원공급수단은 회전하는 장치에 전원을 공급할 수 있도록 하는 슬립링(160)과 브러쉬(140)를 포함하여 이뤄진다.

상기 브러쉬(140)는 상기 케이싱(40) 내에 설치되며, 케이싱(40)에 형성된 관통공(42)을 통해 외부 전원과 전선(C)으로 연결되어 전원을 공급받는다.

상기 슬립링(160)은 상기 구동축(10)의 외주면에 설치되며, 상기 브러쉬(140)와 마찰 접촉되어 전원을 공급받도록 구성된다.

상기 브러쉬(140) 및 슬립링(160)은 회전하는 물체에 전원을 공급하도록 구성되는 공지의 브러쉬(brush)와 슬립링(slip-ring)으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 상기 전원공급수단이 상기 토크 측정부(180) 등에 직류전원을 공급할 수 있도록 구현된 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 브러쉬(142, 144) 및 슬립링(162, 164)은 각각 2개씩(2 set) 구비될 수 있다.

다만, 상기 전원공급수단이 교류 전원을 공급받는 경우, 브러쉬(140) 및 슬립링(160)은 각각 3개씩으로 구성될 수 있으며, 상기 케이싱(40) 내부에서 교류-직류 변환 수단을 통해 상기 토크 측정부(180)에 변환된 직류전원을 공급하도록 구성될 수도 있다.

상기 구동축(10)이 회전하는 상태에서 상기 토크 측정부(180) 및 스트레인 게이지(120)가 함께 회전하므로, 상기 슬립링(160)과 브러쉬(140)를 통해 상기 토크 측정부(180) 및 스트레인 게이지(120)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 된다.

상기 구동축(10)이 회전하면서도 전원을 외부에서 안정적으로 공급받을 수 있으므로, 수명에 따라 교체를 필요로 하는 배터리 등이 구비되지 않더라도 구동축(10)의 회전 과정에서 지속적인 토크 측정이 가능하며, 토크의 변화 발생시 메인 제어보드(30)에 의한 제어가 신속히 이뤄질 수 있게 된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 토크 측정부(180)는 상기 구동축(10)의 외주면에 설치되며, 상기 슬립링(160)으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지(120)에 토크 측정용 전원을 제공한다.

일예로, 상기 토크 측정부(180)는, 토크 측정 데이터를 생성하는 MCU(Micro controller unit, 182)를 포함하여 이뤄진다.

상기 MCU(182)는 상기 슬립링(160)으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지(120)에 토크 측정용 전원을 제공하며, 상기 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호를 처리하여 토크 측정 데이터를 생성한다.

상기 MCU(182)는 상기 슬립링(160)과 전원연결부(162a, 164a)를 통해 연결되어 전원을 제공받을 수 있다.

일예로, 상기 MCU(182)는 상기 스트레인 게이지(120)와 게이지 연결선(121)에 의해 연결되어 상기 스트레인 게이지(120)에 전원(토크 측정용 전원)을 공급하며, 상기 게이지 연결선(121)을 통해 상기 스트레인 게이지(120)의 저항값이나 전압 등으로 얻어지는 토크 검출 신호를 제공 받게 된다.

일예로, 상기 MCU(182)는 상기 스트레인 게이지(120)와 연결되어 상기 스트레인 게이지(120)의 전압을 직접 측정할 수 있으며, 측정된 전압을 통해 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호에 해당하는 저항값을 검출하고, 이를 이용하여 토크 측정 데이터를 생성할 수 있다.

일예로, 상기 MCU(182)는 상기 스트레인 게이지(120)에 전기적으로 연결되어 저항값을 측정하는 브리지 회로와, 상기 브리지 회로의 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 신호 변환회로를 포함할 수 있다.

상기 브리지 회로 및 신호 변환회로는, 다른 예로, 별도의 회로로 구현되어 상기 MCU(182)와 전기적으로 연결될 수도 있다.

상기 MCU(182) 및 후술하는 무선통신모듈(184) 등은, 도 3에 도시된 바와 같이, 회로 기판(186)에 실장되는 형태로 구성될 수 있으며, 별도의 케이싱(40)을 갖는 모듈 형태나 인쇄회로 기판 형태로 구성될 수도 있다.

상기 MCU(182)에 의해 생성되는 토크 측정 데이터를 통해 구동축(10)의 출력 측에 작용하는 정확한 토크 값을 구할 수 있다.

일예로, 상기 토크 측정 장치(100)는 상기 구동축(10)의 토크 값을 정확히 측정할 수 있으므로, 전동 액츄에이터(1)가 잘 구동되고 있는지를 확인할 수 있다.

또한, 상기 토크 값의 변화가 발생되는 경우, 정상적인 동작에 의한 변화인지, 전동 액츄에이터(1)에 문제가 발생하여 변화가 생긴 것인지를 확인하고, 신속히 문제를 해결할 수 있게 된다.

예를 들어, 상기 구동축(10)의 출력 측 하단부에 구비되는 밸브 주변에 이물질이 끼거나 상기 밸브 연결부(19)와 밸브 간의 결합에 문제가 발생되는 경우, 전술한 모터(22)의 구동에 의한 상기 구동축(10)의 회전시 구동축(10)의 비틀림 정도에 차이가 있게 되며, 문제가 발생되지 않는 경우에 비해 토크가 커지거나 작아지는 등의 토크 값의 변화가 발생된다.

즉, 상기 구동축(10)의 회전이 방해받음에 따라 상기 스트레인 게이지(120)에서 검출되는 구동축(10)의 출력 측 토크가 변화되므로, 상기 검출된 토크 값의 차이를 통해 전동 액츄에이터(1)의 동작에 이상이 있음을 확인할 수 있으며, 신속한 점검 및 수리가 이뤄질 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 토크 측정부(180)는 상기 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호를 처리하여 생성된 토크 측정 데이터를 무선 전송할 수 있도록 구성된다.

일예로, 상기 토크 측정부(180)는 상기 MCU(182)에서 생성한 토크 측정 데이터를 후술하는 안테나부(A)로 무선 전송하는 무선통신모듈(184)을 포함한다.

상기 무선통신모듈(184)은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near field communication), RFID 등일 수 있으며, 쌍방향 또는 단방향 무선통신이 가능한 다양한 공지의 근거리 무선통신모듈로 구성될 수 있으므로, 무선통신 방법에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기 토크 측정 장치(100)는 토크 측정부(180)로부터 전송된 토크 측정 데이터를 전송하는 안테나부(A)를 포함하여 구성된다.

상기 안테나부(A)는 상기 구동축(10)과 이격된 형태로 상기 케이싱(40) 내에 설치되며, 케이싱(40)에 형성된 관통공(42)을 통해 케이싱(40) 외부의 데이터 수신 장치와 연결된다.

일예로, 상기 무선통신모듈(184)은 상기 구동축(10)이 구비되는 케이싱(40)의 외측에 구비된 데이터 수신 장치를 구비한 메인 제어보드(30)로 상기 토크 측정 데이터를 전송할 수 있다.

예를 들어, 상기 안테나부(A)는 상기 케이싱(40) 내부 일측에 구비되어 상기 무선통신모듈(184)로부터 무선으로 토크 측정 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 안테나부(A)의 일측이 상기 케이싱(40)에 형성된 관통공(42)을 통해 상기 메인 제어보드(30)와 전선으로 연결되어 토크 측정 데이터를 전달하도록 구성될 수 있다.

상기 안테나부(A)는 상기 케이싱(40) 내부 일측에 상기 토크 측정부(180)와 간극을 유지하면서 상기 구동축(10)의 둘레를 둘러싸는 형태로 구성되어, 무선 신호의 전달 거리를 최소화하도록 구성될 수도 있다.

상기 안테나부(A)의 구성으로 인해, 무선으로 토크 측정 데이터가 전달되는 거리가 단축되므로 안정적인 신호 전달이 가능하며, 상기 메인 제어보드(30)와 직접 무선으로 연결되지 않도록 구성되므로 케이싱(40)으로 인해 무선 신호가 차단되는 것을 방지할 수 있다.

상기 안테나부(A)의 상세한 구조는 무선통신 방식과 케이싱(40)의 구조 등을 고려하여 변형 가능하다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치가 전동 액츄에이터에 구현된 상태의 부분 단면도이다. 도 4는 도 3의 A-A를 바라본 일부 단면도로서, 특히 상기 토크 측정 장치(100)에서 전원공급수단의 단면 일측을 확인할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 토크 측정 장치(100)는, 전술한 바와 같이, 전동 액츄에이터(1)의 케이싱 내에 설치된 구동축(10)의 출력 측 토크를 측정하도록 구성된다.

이때, 상기 스트레인 게이지(120), 브러쉬(140), 슬립링(160) 및 토크 측정부(180)는 상기 구동축(10)에 외삽 설치된 오일 실(Oil seal, 14, 16)에 의해 상기 케이싱 내의 오일 공급 공간과 차단된 격납 공간(18a)에 설치된다.

일예로, 상기 오일 실(14, 16)은 상기 구동축(10)의 출력 측에 상하 2단으로 구성될 수 있으며, 상측 오일 실(14)과 하측 오일 실(16) 사이에 격납 커버(18)가 구비되고 격납 커버(18) 내측으로 형성된 격납 공간(18a)에 상기 스트레인 게이지(120), 브러쉬(140), 슬립링(160) 및 토크 측정부(180)가 설치될 수 있다.

상기 전동 액츄에이터(1)의 구동축(10)은 윤활을 위해 일시 또는 상시적으로 오일이 급유될 수 있으며, 상기 오일은 회전시 마찰을 최소화하여 소음 감소 및 회전 효율을 개선하도록 한다.

상기 오일이 상기 스트레인 게이지(120), 토크 측정부(180) 등에 접촉하는 경우 정확한 토크 검출이 어려우며, 브러쉬(140)와 슬립링(160) 사이에 오일이 접촉하는 경우 전기적 신호가 차단되어 전원공급이 방해될 수도 있다.

따라서, 본 실시예와 같이 오일 실(14, 16)을 구비하여 오일 공급 공간과 차단된 격납 공간(18a)을 생성하고 생성된 격납 공간(18a)에 상기 스트레인 게이지(120) 등을 설치하는 것이 바람직하며, 상기 격납 커버(18)를 통해 외부 이물질이나 비산되는 오일의 유입 등을 방지할 수 있다.

일예로, 상기 오일 실(14, 16)은 링 형상으로 이뤄질 수 있으며, 고무 소재, 금속 소재, 고무-금속 이중 소재, 고무 복합 소재 등으로 이뤄질 수 있다.

한편, 본 발명의 토크 측정 장치(100)는 전동 액츄에이터 이외에도 유사한 기구적 구성을 갖는 회전축의 토크 측정에도 이용될 수 있음은 물론이다.

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: 전동 액츄에이터 10: 구동축
12: 웜휠 14, 16: 오일 실
18: 격납 커버 18a: 격납 공간
19: 밸브 연결부 22: 모터
24: 스플라인 샤프트 26: 웜기어
30: 메인 제어보드 40: 케이싱
42: 관통공
100: 토크 측정 장치 120: 스트레인 게이지
121: 게이지 연결선 122: 케이블
124: 보정용 스트레인 게이지 140, 142, 144: 브러쉬
160, 162, 164: 슬립링 180: 토크 측정부
182: MCU 184: 무선통신모듈
186: 회로 기판 A: 안테나부
C: 전선

Claims

전동 액츄에이터(1)의 구동축(10)의 토크를 측정하는 장치로서,
전동 액츄에이터(1)의 케이싱(40) 내에 설치된 상기 구동축(10)의 출력 측 외주면에 부착 설치되며, 상기 구동축(10)의 비틀림 측정을 통해 토크 검출 신호를 생성하는 스트레인 게이지(120);
상기 케이싱(40) 내에 설치되며, 케이싱(40)에 형성된 관통공(42)을 통해 외부 전원과 전선(C)으로 연결되어 전원을 공급받는 브러쉬(140);
상기 구동축(10)의 외주면에 설치되며, 상기 브러쉬(140)와 마찰 접촉되어 전원을 공급받는 슬립링(160);
상기 구동축(10)의 외주면에 설치되며, 상기 슬립링(160)으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지(120)에 토크 측정용 전원을 제공하며, 상기 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호를 처리하여 생성된 토크 측정 데이터를 무선 전송하는 토크 측정부(180); 및
상기 구동축(10)과 이격된 형태로 상기 케이싱(40) 내에 설치되며, 케이싱(40)에 형성된 관통공(42)을 통해 케이싱(40) 외부의 데이터 수신 장치와 전선으로 연결되어 상기 토크 측정부(180)로부터 전송된 토크 측정 데이터를 전송하는 안테나부(A);를 포함하며,
상기 토크 측정부(180)는, 상기 슬립링(160)으로부터 전원을 공급받아 상기 스트레인 게이지(120)에 토크 측정용 전원을 제공하며 상기 스트레인 게이지(120)의 토크 검출 신호를 처리하여 토크 측정 데이터를 생성하는 MCU(Micro controller unit,182)와, 상기 MCU(182)에서 생성한 토크 측정 데이터를 상기 안테나부(A)로 무선 전송하는 무선통신모듈(184)을 포함하고,
상기 스트레인 게이지(120), 브러쉬(140), 슬립링(160), 토크 측정부(180) 및 안테나부(A)는, 상기 구동축(10)의 출력 측에 상하 2단으로 외삽 설치된 오일 실(14,16)에 의해 상기 케이싱(40) 내의 오일 공급 공간과 차단된 격납 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
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