KR102469000B1 - 코깅토크 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 코깅토크 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정대상모터의 하측에 위치하여 상기 측정대상모터와 연결되는 엔코더; 상기 엔코더의 하측과 연결되어 코깅토크를 측정하는 토크센서; 및 상기 토크센서의 하측에 위치하여 구동력을 제공하는 구동모터;를 포함하고, 상기 측정대상모터, 상기 엔코더, 상기 토크센서 및 상기 구동모터는 수직으로 일직선상에 배치되는, 코깅토크 측정장치를 제공할 수 있다.

Description

코깅토크 측정장치{EQUIPMENT FOR MEASURING COGGING TORQUE}
본 발명의 일 실시예는 코깅토크 측정장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 모터의 코깅토크를 정밀제어를 통해 측정할 수 있는 코깅토크 측정장치에 관한 것이다.
최근 들어 영구자석 동기전동기(PMSM-permanent magnet synchronous motors)가 고효율, 고출력밀도 등의 장점으로 직접 구동이 필요한 로봇, 인덱스 테이블, 천체 망원경 등의 시스템에 많이 이용되고 있다.
상기 영구자석 동기 전동기가 운전할 때, 회전자의 여러 위치에서 회전자와 고정자의 상대 위치가 변화함에 따라 코깅토크(cogging torque)가 발생하게 된다. 코깅토크로 인한 토크 변동(torque ripple)은 영구자석 동기 전동기의 정밀 위치 및 속도 제어 성능에 직접적으로 영향을 끼치고, 소음 및 진동 발생의 원인이 되기 때문에 그 결과 전동기 설계 단계에서 코깅토크를 최소화하려는 연구가 진행되고 있다.
한편, 코깅토크는 회전자의 영구자석과 고정자의 슬롯 사이의 상호 작용에 의해 발생하는 것으로 극/슬롯의 비율, 권선 방법, 자석과 슬롯의 형상, 고정자/회전자의 스큐(skew)의 유무 등에 따라 특성이 달라진다.
상기 코깅토크를 측정하기 위해서는, 영구자석 동기 전동기를 원주방향 위치를 등분하여 나눈 후, 측정 위치로 측정대상 모터의 회전자를 회전 이동시킨 후, 정지한 상태에서 코깅토크를 측정하고 다시 다음 위치로 이동시켜 코깅토크를 측정하는 과정을 반복해야 한다.
상기와 같은 방법은 측정대상모터의 이동, 정지 및 측정 과정을 반복해야 하고, 측정 위치로의 회전자를 정확히 이동시켜야 하기 때문에 코깅토크를 측정하는데 많은 시간이 필요하다.
그리고, 종래의 코깅토크 측정장비는 측정을 위한 구성이 수평식으로 설치되어, 모터의 하중에 따른 코깅토크 오차가 발생하게 된다. 또한, 측정대상모터의 설치시 정밀한 얼라인먼트가 필수이며, 만약 얼라인먼트의 어려움 때문에 측정대상모터와 다른 구성 간의 오차가 발생하게 되면 정확한 코깅토크를 측정할 수 없게 된다.
한국등록특허공보 제10-1064795호 (2011.09.06)
본 발명의 실시예들은 수직 구조를 통해 하중에 따른 코깅토크 측정 오차를 제거할 수 있는 코깅토크 측정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은 엔코더, 토크센서, 구동모터를 일체로 결합할 수 있는 코깅토크 측정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 실시예들은 수직 구조를 통해 측정대상모터의 변경 때마다 얼라인먼트로 인한 측정 오차를 방지하기 위한 코깅토크 측정장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정대상모터의 하측에 위치하여 상기 측정대상모터와 연결되는 엔코더; 상기 엔코더의 하측과 연결되어 코깅토크를 측정하는 토크센서; 및 상기 토크센서의 하측에 위치하여 구동력을 제공하는 구동모터;를 포함하고, 상기 측정대상모터, 상기 엔코더, 상기 토크센서 및 상기 구동모터는 수직으로 일직선상에 배치되는, 코깅토크 측정장치를 제공할 수 있다.
상기 측정대상모터와 상기 엔코더 사이에 위치하는 상판을 더 포함할 수 있다.
상기 측정대상모터를 상기 상판에 대하여 고정하기 위한 측정대상모터용 지그를 더 포함할 수 있다.
상기 엔코더를 상기 상판에 대하여 고정하기 위한 엔코더 지그를 더 포함할 수 있다.
상기 엔코더와 상기 토크센서 간을 결합하기 위한 제 1 커플링을 더 포함할 수 있다.
상기 토크센서와 상기 구동모터 간을 결합하기 위한 제 2 커플링을 더 포함할 수 있다.
상기 구동모터의 회전속도를 제어하기 위한 감속기가 상기 구동모터의 상기 토크센서 결합측에 위치할 수 있다.
베이스와 상기 상판 사이에 수직으로 형성되는 후벽을 더 포함할 수 있다.
상기 후벽에 대하여 상기 토크센서 및 상기 구동모터를 고정하기 위한 후방 지그를 더 포함할 수 있다.
상기 후방지그의 상기 후벽에 대한 정렬을 위한 제 1 키를 더 포함할 수 있다.
상기 후방지그에 대하여 상기 구동모터를 고정하기 위한 브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 브라켓의 상기 후방지그에 대한 정렬을 위한 제 2 키를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스에 대한 상기 상판의 높이를 유지하기 위한 복수의 강관을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 강관의 일측이 복수의 고정부재를 이용하여 상기 상판에 고정될 수 있다.
상기 후벽 이외의 3면을 커버하기 위한 커버부재를 더 포함할 수 있다.
상기 커버부재는 폴리카보네이트로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 수직 구조를 가지는 코깅토크 측정장치를 통해 하중에 따른 코깅토크 측정 오차를 제거할 수 있는 코깅토크 측정장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 수직 구조를 가지는 코깅토크 측정장치를 통해 측정대상모터의 변경 때마다 얼라인먼트를 해야되서 발생하는 측정오차를 발생하지 않도록 하는 코깅토크 측정장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 엔코더, 토크센서, 구동모터를 후벽에 일체로 결합할 수 있는 코깅토크 측정장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치의 내부 구성을 나타내는 도면
도 3은 도 2의 주요 부분을 확대한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치의 측면 단면도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치(100)를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 코깅토크 측정장치(100)는 측정대상모터(10)의 코깅토크를 측정하기 위한 것일 수 있다. 코깅토크 측정장치(100)에서는 측정대상모터(10)가 측정대상모터용 지그(105)를 통해 상판(101)에 고정될 수 있다. 코깅토크 측정장치(100)에서 측정대상모터(10)의 아래쪽으로 코깅토크 측정을 위한 토크센서(130)가 배치됨으로써, 측정대상모터(10)의 종류 및 사이즈가 변경되더라도 측정대상모터(10)와 토크센서(130) 간의 얼라인먼트를 요하지 않을 수 있다.
코깅토크 측정장치(100)에서 각종 구성이 고정되는 후벽(101a) 이외의 3면을 커버하기 위한 커버부재(102)가 형성될 수 있다. 커버부재(102)는 폴리카보네이트(polycarbonate)로 형성될 수 있다.
코깅토크 측정장치(100)에서 측정을 위한 각종 부품을 지면상에 위치하기 위하여 베이스(103)가 포함될 수 있다. 베이스(103)는 프레임으로 형성된 박스형 구조물일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치(100)의 내부 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 주요 부분을 확대한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 코깅토크 측정장치(100)는 측정대상모터(10)의 하측에 위치하여 측정대상모터(10)와 연결되는 엔코더(110), 엔코더(110)의 하측과 연결되어 코깅토크를 측정하는 토크센서(130), 및 토크센서(130)의 하측에 위치하여 구동력을 제공하는 구동모터(160)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 코깅토크 측정장치(100)는 측정대상모터(10), 엔코더(110), 토크센서(130) 및 구동모터(160)는 수직상으로 일직선상에 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의해, 측정대상모터(10)가 변경될 때마다 측정대상모터(10)와 엔코더(110), 토크센서(130) 간의 얼라인먼트를 새로 조정할 필요하지 않을 수 있다. 또한, 측정대상모터(10)와 각 구성을 수평으로 놓아서 측정하는 경우에 하중에 의해 코깅토크의 오차가 발생하는 것을 수직 배치를 통해 방지할 수 있다.
측정대상모터(10)를 상판(101)에 대하여 고정하기 위하여 측정대상모터용 지그(105)를 사용할 수 있다. 측정대상모터용 지그(105)는 측정대상모터(10)의 종류 및 사이즈에 따라 이에 적합한 형태로 제작될 수 있다. 측정대상모터(10)가 변경되더라도 이에 대응되는 측정대상모터용 지그(105)를 선택하여 사용함으로써 측정대상모터(10)와 엔코더(110), 토크센서(130) 등 간의 얼라인먼트를 재조정할 필요가 없이 단순하기 측정대상모터(10)를 상판(101) 상에 올리는 것만으로 충분할 수 있다. 따라서, 얼라인먼트 중 발생하는 오차에 의해 코깅토크 측정에 오류가 생기는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상판(105)에 대한 엔코더(110)의 위치를 고정하기 위하여 엔코더용 지그(115)를 사용할 수 있다. 이를 통해, 엔코더(110)를 일정한 위치에 고정할 수 있어서 측정대상모터(10)와 엔코더(110) 간의 얼라인먼트 조정을 요하지 않을 수 있다.
엔코더(110)는 회전각 변위를 측정하여 이를 코깅토크 측정장치(100)로부터 정보를 받는 제어시스템(미도시됨)으로 전송할 수 있다. 이를 위하여 엔코더(110)는 로터리 엔코더일 수 있다.
토크센서(130)는 측정대상모터(10)의 회전에 따라 측정되는 코깅토크를 측정할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예를 실행하는데 요구되는 조건, 설계 사양 등에 따라 토크센서의 종류는 변경될 수 있다.
토크센서(130)의 일측에는 측정대상모터(10)를 구동하여, 측정대상모터(10)에서 출력되는 코깅토크를 연속적으로 출력할 수 있는 구동모터(160)가 제공될 수 있다. 구동모터(160)는 측정대상모터(10)를 저속으로 일정하게 구동시킬 수 있으며, 측정대상모터(10)를 연속적으로 구동시킬 수 있다. 이를 위하여, 구동모터(160)는 측정대상모터(10)와 직접 연결될 수 있다. 측정대상모터(10)가 구동되는 동안 출력되는 코깅토크를 토크센서(130)에서 측정할 수 있다.
구동모터(160)와 측정대상모터(10)는 동일한 속도로 회전할 수 있다. 구동모터(160)와 측정대상모터(10)는 저속으로 회전할 수 있으며, 저속 및 등속도로 회전하는 구동용 모터(160) 및 측정대상모터(10)에 의해 코깅토크가 연속적으로 출력될 수 있다.
구동모터(160)는 측정대상모터(10)를 360° 연속적으로 회전시키기 때문에 코깅토크를 측정하기 위하여 측정대상모터(10)를 중간에 정지시키고 코깅토크를 측정할 필요가 없으며, 계속적으로 회전시킬 수 있다. 또한, 구동모터(160)는 측정대상모터(10)를 저속으로 회전시키기 때문에 측정대상모터(10)의 회전 간격이 매우 작아 실질적으로 코깅토크가 발생하는 간격을 연속적으로 측정할 수 있다. 따라서, 구동모터(160)에 의해 코깅토크가 연속적으로 출력될 수 있으며, 정밀하게 코깅토크의 프로파일을 측정할 수 있다.
토크센서(130)는 측정대상모터(10)와 연결되는 엔코더(110)와 제 1 커플링(120)을 통해 연결될 수 있고, 토크센서(130)는 구동모터(160)와 제 2 커플링(140)을 통해 연결될 수 있다. 제 1 커플링(120) 및 제 2 커플링(140)은 제로 백래시(zero backlash) 커플링으로 제공될 수 있다. 제로 백래시 커플링은 백래시가 발생되지 않게 하기 때문에 구동모터(160)와 측정대상모터(10)의 회전에 따른 측정 토크값의 오차범위를 최소화할 수 있다.
이와 같이 제 1 커플링(120) 및 제 2 커플링(140)으로 제로 백래시 커플링을 사용함으로써, 구동모터(160)와 측정대상모터(10)가 회전함에 따라 발생되는 백래시가 없으므로 측정 토크값의 오차범위를 최소화함으로써 미세 코깅토크의 측정이 가능하고, 축의 정렬 상태가 어긋나는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 제 1 커플링(120) 및 제 2 커플링(140)에 의해 구동모터(160) 및 측정대상모터(10)는 형태의 변화가 일어나지 않고 연속적으로 코깅토크를 측정할 수 있기 때문에 정확한 코깅토크 프로파일이 출력될 수 있다.
구동모터(160)에는 측정대상모터(10)를 저속으로 구동시키기 위하여 감속기(150)가 부착될 수 있다. 또한, 구동모터(160)는 역기전력 기능을 포함하는 모터일 수 있다. 구동모터(160)는 약 1000 rpm의 속도로 구동할 수 있으며, 감속기(150)를 통해 측정대상모터(10)의 코깅토크를 측정하기 위해 적합한 저속으로 측정대상모터(10)를 구동할 수 있다.
그리고, 측정대상모터(10), 측정대상모터용 지그(105) 및 상판(101) 등의 상부 구조물의 하중을 지지하고, 코깅토크 측정장치의 흔들림을 방지하면서, 베이스(103)에 대한 상판(101)의 높이를 유지하기 위하여 복수의 강관(180)이 적용될 수 있으며, 복수의 강관(180)이 상판(101)에 고정되도록 복수의 고정부재(170)가 사용될 수 있다. 복수의 고정부재(170)는 아이볼트일 수 있으며, 아이볼트가 상판(101)을 관통하여 강관(180)의 일측에 삽입되는 방식으로 복수의 강관(180)과 상판(101) 간을 고정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코깅토크 측정장치(100)의 측면 단면도이다.
도 4를 참조하면, 코깅토크 측정장치(100)의 토크센서(130) 및 구동모터(160)를 후벽(101a)에 고정시키기 위하여 후방지그(135)가 사용될 수 있다. 이를 통해 토크센서(130)와 구동모터(160)가 일체로 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 토크센서(130)와 구동모터(160)가 수직선상에 정렬된 상태에서 측정대상모터(10)의 코깅토크를 측정할 수 있도록 정렬 상태가 후벽(101a)을 기준으로 유지될 수 있다.
그리고, 후방지그(135)에 대하여 구동모터(160)를 고정시키기 위하여 브라켓(155)이 사용될 수 있다. 도 4에서는 구동모터(160) 상에 부착되는 감속기(150)가 브라켓(155)과 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 구동모터(160)에 직접 브라켓(155)이 연결되어 구동모터(160)를 고정하는 것도 가능하다.
그리고, 토크센서(130) 및 구동모터(160)의 정렬이 측정대상모터(10)와 어긋나는 것을 방지하기 위하여, 후벽(101a)과 후방지그(135)의 사이에 제 1 키(190)가 적용될 수 있고, 후방지그(135)와 브라켓(155)의 사이에 제 2 키(195)가 적용될 수 있다. 제 1 키(190)와 제 2 키(195)는 수직방향으로 형성된 요철구조일 수 있어서 토크센서(130) 및 구동모터(160)가 측정대상모터(10)의 축과 수직방향으로 일치된 위치에 정렬되도록 할 수 있다.
그리고, 베이스(103)의 내부에는 수납공간(103a)을 형성하여 코깅토크 측정장치(100)에 있어서 필요한 부품 등을 수납하는 용도로 사용될 수 있다. 수납공간(103a)을 개폐할 수 있도록 베이스(103)의 한측에는 도어(104)가 장착될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 측정대상모터
100 : 코깅토크 측정장치
101 : 상판
101a : 후벽
102 : 커버부재
103 : 베이스
103a : 수납공간
104 : 도어
105 : 측정대상모터용 지그
110 : 엔코더
115 : 엔코더용 지그
120 : 제 1 커플링
130 : 토크센서
135 : 후방지그
140 : 제 2 커플링
150 : 감속기
155 : 브라켓
160 : 구동모터
170 : 고정부재
180 : 강관
190 : 제 1 키
195 : 제 2 키

Claims (16)

  1. 측정대상모터의 하측에 위치하여 상기 측정대상모터와 연결되는 엔코더;
    상기 엔코더의 하측과 연결되어 코깅토크를 측정하는 토크센서; 및
    상기 토크센서의 하측에 위치하여 구동력을 제공하는 구동모터;를 포함하고,
    상기 측정대상모터, 상기 엔코더, 상기 토크센서 및 상기 구동모터는 수직으로 일직선상에 배치되며,
    상기 측정대상모터와 상기 엔코더 사이에 위치하는 상판;
    상기 측정대상모터를 상기 상판에 대하여 고정하기 위한 측정대상모터용 지그;
    베이스와 상기 상판 사이에 수직으로 형성되는 후벽; 및
    상기 후벽에 대하여 상기 토크센서 및 상기 구동모터를 고정하기 위한 후방 지그를 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔코더를 상기 상판에 대하여 고정하기 위한 엔코더 지그를 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔코더와 상기 토크센서 간을 결합하기 위한 제 1 커플링을 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크센서와 상기 구동모터 간을 결합하기 위한 제 2 커플링을 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동모터의 회전속도를 제어하기 위한 감속기가 상기 구동모터의 상기 토크센서 결합측에 위치하는, 코깅토크 측정장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 후방지그의 상기 후벽에 대한 정렬을 위한 제 1 키를 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 후방지그에 대하여 상기 구동모터를 고정하기 위한 브라켓을 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 브라켓의 상기 후방지그에 대한 정렬을 위한 제 2 키를 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정대상모터, 상기 측정대상모터용 지그 및 상판의 하중을 지지하고, 흔들림을 방지하면서, 상기 베이스에 대한 상기 상판의 높이를 유지하기 위한 복수의 강관을 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 강관의 일측이 복수의 고정부재를 이용하여 상기 상판에 고정되는, 코깅토크 측정장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 후벽 이외의 3면을 커버하기 위한 커버부재를 더 포함하는, 코깅토크 측정장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 커버부재는 폴리카보네이트로 형성되는, 코깅토크 측정장치.
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