KR102077188B1 - 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터축에 장착된 베어링의 온도 및 진동을 측정하는 구조에 관한 것으로, 모터몸체의 중심에 돌출된 모터축에 축결되는 베어링, 이 베어링을 커버하는 내부커버과, 상기 모터축에 축결되어 회전과 함께 냉각 시키는 모터팬과, 상기 모터팬의 외부 노출을 방지하는 외부커버가 순차적으로 결합된 모터에 구비되어 베어링의 온도 및 진동을 감지하여 베어링의 교체시기를 확인할 수 있는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치로 상기 베어링과 내부커버가 접한 부분에 나사 결합되어 상기 베어링의 볼을 향하여 온도 및 진동을 감지하는 온도센서 및 진동센서를 갖는 센서프로브와; 상기 센서프로브에 케이블로 연결되어 상기 모터몸체의 외부에 구비되며, 상기 센서프로브를 통해 감지된 신호를 수신 받아 설정된 온도 및 진동 이상 발생 여부를 측정하는 측정모듈을 포함하는 구성으로 모터에 설치되는 베어링의 이상 온도 및 진동을 감지하여 모터의 사용 수명을 연장 시킬 수 있는 베어링의 교체시기를 파악하는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치에 관한 것이다.

Description

모터용 온도 및 진동 감지 센서장치{Vibration and temperature sensor for motors}

본 발명은 모터축에 장착된 베어링의 온도 및 진동을 측정하는 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모터에 설치되는 베어링의 이상 온도 및 진동을 감지하여 모터의 사용 수명을 연장 시킬 수 있는 베어링의 교체시기를 파악하는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량이나 공장 시설에는 주행 및 시설물 구동을 위해 모터가 구비된다.

상기 모터의 수명을 위해 모터가 원활히 동작되는지, 흔들림은 없는지, 발열이 발생하는지 여부에 따라 모터의 수명 및 원활한 동작되는 여하에 따라 큰 차이가 있다.

따라서 모터의 수명은 모터축의 흔들림 즉 진동 정도와 그로 인해 생기는 발열과 과부하가 절대적인 영향을 줄 수 있다.

한편, 모터의 진동을 가장 정확하게 파악할 수 있는 모터축이지만, 이러한 모터축에 센서를 구비하는 현재 기술력으로는 어려움이 있다.

그리고, 또한 모터축의 진동으로 인해 모터축을 받치고 있는 베어링의 마모, 열화, 파괴 등으로 인해 모터코일의 마모와 같은 매우 치명적인 고장이 발생하는 원인이 된다.

종래 모터에 설치되는 온도센서는 모터의 스테이터코일 등에 인접되게 장착되어 스테이터코일의 온도를 감지할 수 있지만, 장기간 회전에 따른 모터축의 진동으로 베어링에 마모 등 고장 원인을 미리 파악할 수 없는 문제점이 있다.

KR 10-2003-0066030 A KR 10-2017-0088513 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 모터축에 결합되는 베어링에 온도센서 및 진동센서를 갖는 센서프로브를 체결 결합하여 베어링에서 발생하는 온도 및 진동을 감지하여 모터에 설치되는 베어링의 이상 온도 및 진동을 감지하여 모터의 사용 수명을 연장 시킬 수 있는 베어링의 교체시기를 파악하는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터몸체의 중심에 돌출된 모터축에 축결되는 베어링, 이 베어링을 커버하는 내부커버와, 상기 모터축에 축결되어 회전과 함께 냉각 시키는 모터팬과, 상기 모터팬의 외부 노출을 방지하는 외부커버가 순차적으로 결합된 모터에 구비되어 베어링의 온도 및 진동을 감지하여 베어링의 교체시기를 확인할 수 있는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치를 제공한다.

상기 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치는 베어링과 내부커버가 결합되는 부분에 암나사를 내어 센서프로브가 체결되는 구조이다. 즉 내부커버에 베어링과 결합되는 곳에 수직으로 암나사를 내어 수나사 형태의 센서프로브가 베어링과 근접하게 체결된다. 온도센서 및 진동센서를 갖는 센서프로브는 모터나 외부에 장착된 측정 모듈과 케이블로 연결한 것을 포함 한다.

그리고, 상기 센서프로브가 체결된 부분을 통해 모터 내부 또는 베어링의 온도를 효과적으로 전달하기 위해 열매체를 수용하고, 센서간극 조정할 수 있는 것이 특징으로 한다.

한편, 상기 측정모듈은 상기 센서프로브의 온도센서 및 진동센서를 통해 측정된 온도 및 진동 값이 설정된 온도 및 진동 값 이상일 경우 모터의 이상 징후를 알리는 송신부가 내장되고, 상기 모터의 전원을 차단하는 전원차단부의 스위치를 제어할 수 있는 신호를 출력하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 모터에 설치되는 베어링의 이상 온도 및 진동을 감지하여 모터의 사용 수명을 연장 시킬 수 있는 베어링의 교체시기를 효과적으로 파악할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치의 분리상태를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치의 내부구성을 나타내는 일부 단면구성도.
도 4는 본 발명에 따른 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치의 일부 단면 구성 및 센서프로브의 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치의 작동을 위한 블럭도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 통상적으로 자동차 또는 각종 산업 현장에서 사용되는 모터(100)의 수명을 연장시킬 수 있도록 모터축(120)에 장착되는 베어링(130)에 온도 및 진동을 감지하여 설정된 온도 및 진동 이상이 발생할 경우 베어링(130)의 수명이 다한 것으로 판단하여 모터(100)의 베어링(130)을 교체하는 것으로 모터(100)의 사용 수명을 더 연장할 수 있다.

상기 모터(100)는 모터몸체(110)의 중심에 돌출된 모터축(120)에 축결되는 베어링(130), 이 베어링(130)을 커버하는 내부커버(140)과, 상기 모터축(120)에 축결되어 회전과 함께 냉각 시키는 모터팬(150)과, 상기 모터팬(150)의 외부 노출을 방지하는 외부커버(160)가 순차적으로 결합된 구조로 통상의 모터(100)와 동일한 구성을 가지고 있다.

여기서, 본 발명의 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치는 베어링(130)에 설치되어 베어링(130)의 온도 및 진동을 감지하는 센서프로브(300)와, 이 센서프로브(300)에 케이블(410)로 연결되어 상기 센서프로브(300)의 신호를 받아 모터(100)의 수명 연장을 위해 베어링(130)의 교체시키를 확인 시켜주는 측정모듈(400)을 포함한다.

이때, 상기 센서프로브(300)는 내부커버(140)와 베어링이 결합된 부분에 수직으로 암나사와 수나사 형태로 결합하여, 상기 베어링(130)의 볼(135)을 향하여 온도 및 진동을 감지하는 온도센서(310) 및 진동센서(320)를 갖는다.

그리고, 상기 측정모듈(400)은 상기 센서프로브(300)에 케이블(410)로 연결되어 상기 모터몸체(110)의 외부에 구비되며, 상기 센서프로브(300)를 통해 감지된 신호를 수신 받아 설정된 온도 및 진동 이상 발생 여부를 측정할 수 있다.

즉, 상기 내부커버(140)에는 암나사(147)가 형성되고, 상기 센서프로브(300)의 외측에는 수나사(330)가 형성되어 상호 대응으로 체결 결합이 가능하다.

즉, 상기 연결구멍(145)을 통해 상기 센서프로브(300)에 연결된 케이블(410)이 상기 내부커버(140)의 외측으로 노출되어 상기 모터몸체(110)의 일 부분에 설치된 측정모듈(400)까지 케이블(410)을 연결하여 상기 센서프로브(300)에서 감지된 온도 및 진동 값을 상기 측정모듈(400)에 유선으로 전달할 수 있다.

그리고, 상기 센서프로브(300)가 체결 결합된 상기 내부커버(140)의 내부 진동에 의한 상기 온도센서(310)의 파손 방지 및 정확한 온도 측정을 위해 상기 베어링(130)의 볼(135)에 발생하는 발열을 전달하는 열매체(M)을 수용할 수 있는 센서간극(G)이 더 형성될 수 있다.

한편, 상기 모터몸체(110)의 외부에 구비된 측정모듈(400)은 상기 케이블(410)을 통해 센서프로브(300)의 감지 신호를 받아 설정된 온도 및 진동 이상 발생 여부를 측정할 수 있다.

여기서, 상기 측정모듈(400)은 상기 센서프로브(300)의 온도센서(310) 및 진동센서(320)를 통해 측정된 온도 및 진동 값이 설정된 온도 및 진동 값 이상일 경우 모터(100)의 이상 징후를 알리는 송신부(430)가 내장될 수 있고, 상기 센서프로브(300)로부터 받은 정보를 분석하는 프로세서(FFT분석)가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 송신부(430)의 통신 모듈로는 RS232C, RS485 통신은 물론, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 등 여러가지 통신 기능을 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동에 대하여 설명한다.

상기 모터(100)의 구동시 스테이터에 발생하는 자기장에 의해 회전자석을 포함한 모터축(120)이 회전 작동하게 되며, 이 모터축(120)의 회전 진동이 상기 베어링(130)에 전달된다.

이때, 상기 내부커버(140)의 안착부(141)에 상기 베어링(130)이 끼움 결합으로 구비된 상태에서 상기 베어링(130)에 체결 결합된 센서프로브(300)의 진동센서(320)가 진동을 감지하여 진동에 따른 상기 진동센서(320)의 전압신호 상기 케이블(410)을 통해 상기 측정모듈(400)로 전달하여 상기 측정모듈(400)은 PLC나 HMI등을 통해 설정된 진동값 이상일 경우 모터(100)를 제어하고, 사용자에게 알려주는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터축(120)의 회전을 통해 상기 베어링(130)의 온도가 상승되면, 상기 열매체(M)가 전달 받아 상기 센서프로브(300)의 온도센서(310)가 감지하여 상기 측정모듈(400)이 제어를 통해 상기 모터(100)의 구동을 제어하고 사용자에게 모터(100)의 베어링(130) 교체시기를 확인할 수 있다.

아래 그림 1 내지 그림 5에 순차적으로 감지된 진동에 대하여 상기 진동센서(320)의 전파과정을 살펴본다.

[그림 1]

[그림 2]

[그림 3]

[그림 4]

[그림 5]

상기 진동센서(320)에 진동 감지가 없을 때, 기울기에 따른 DC 전압값이 1.0 ~ 2.0V 사이의 값으로 전압을 유지한다.

그 임의의 DC전압(1~2V)을 레퍼런스 전압으로 잡고, 아날로그 신호 ADC 전압값을 빼서 절대값으로 취하면 마이너스(-) 전압이 없고 플러스(+) 전압만 존재하게 됩니다.

따라서, 기존 제품의 센서들은 아날로그 파형을 그대로 보내주다보니 PLC나 멀티미터 테스터기로는 측정한다고 하여도 값의 변화가 거의 없고, 진동되고있는 상황을 제대로 표현을 못해주는 상황이 존재하게 됩니다. 산업현장에서는 PLC가 실시간으로 신호를 받아 처리하는 과정은 현실적으로 많이 어려운 상태가 될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 모터에 설치되는 베어링의 이상 온도 및 진동을 감지하여 모터의 사용 수명을 연장 시킬 수 있는 베어링의 교체시기를 효과적으로 파악할 수 있는 효과가 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 모터
110: 모터몸체
120: 모터축
130: 베어링
131: 외부리테이너
132: 내부리테이너
135: 볼
140: 내부커버
141: 안착부
145: 연결구멍
147: 암나사
150: 모터팬
160: 외부커버
300: 센서프로브
310: 온도센서
320: 진동센서
330: 수나사
400: 측정모듈
410: 케이블
430: 송신부
G: 센서간극
M: 열매체

Claims (3)

1. 모터몸체(110)의 중심에 돌출된 모터축(120)에 축결되는 베어링(130), 이 베어링(130)을 커버하는 내부커버(140)과, 상기 모터축(120)에 축결되어 회전과 함께 냉각 시키는 모터팬(150)과, 상기 모터팬(150)의 외부 노출을 방지하는 외부커버(160)가 순차적으로 결합된 모터(100)에 구비되어 베어링(130)의 온도 및 진동을 감지하여 베어링의 교체시기를 확인할 수 있는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치에 있어서,
   상기 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치는,
   상기 베어링(130)과 내부커버(140)가 결합된 부분에 내부커버에 수직으로 암나사를 내어 상기 베어링(130)의 볼(135)을 향하여 온도 및 진동을 감지하는 온도센서(310) 및 진동센서(320)를 갖는 센서프로브(300)와;
   상기 센서프로브(300)에 케이블(410)로 연결되어 상기 모터몸체(110)의 외부에 구비되며, 상기 센서프로브(300)를 통해 감지된 신호를 수신 받아 설정된 온도 및 진동 이상 발생 여부를 측정하는 측정모듈(400)을 포함하여 구성되며,
   상기 센서프로브(300)에는 진동에 의한 상기 온도센서(310)의 파손 방지 및 정확한 온도 측정을 위해 상기 베어링(130)의 볼(135)에 발생하는 발열을 전달하는 열매체(M)을 수용할 수 있는 센서간극(G)이 더 형성되고,
   상기 센서프로브(300)가 체결 결합된 내부커버(140), 즉 베어링과 접하는 부분은 진동에 의한 상기 온도센서(310)의 파손 방지 및 정확한 온도 측정을 위해 상기 베어링(130)의 볼(135)에 발생하는 발열을 전달하는 열매체(M)을 수용할 수 있는 센서간극(G)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정모듈(400)은,
   상기 센서프로브(300)의 온도센서(310) 및 진동센서(320)를 통해 측정된 온도 및 진동 값이 설정된 온도 및 진동 값 이상일 경우 모터(100)의 이상 징후를 알리는 송신부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 온도 및 진동 감지 센서장치.
   

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