KR102472116B1 - 피시험모터의 코깅토크 또는 역기전력 측정이 가능한 무부하 시험장치 및 이를 이용한 무부하 시험방법 - Google Patents

피시험모터의 코깅토크 또는 역기전력 측정이 가능한 무부하 시험장치 및 이를 이용한 무부하 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치는 베이스판, 베이스판에 배치되며, 피시험모터가 장착되는 모터 장착부, 피시험모터가 회전하도록 구동력을 제공하는 구동력 제공부, 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어하기 위한 구동력 제어부 및 피시험모터의 회전에 따라 출력되는 정보를 측정하는 센서부를 포함하며, 구동력 제어부의 위치 이동이 가능하다.

Description

피시험모터의 코깅토크 또는 역기전력 측정이 가능한 무부하 시험장치 및 이를 이용한 무부하 시험방법{APPARATUS FOR MEASURING COGGING TORQUE OR COUNTER ELECTRO-MOTIVE FORCE OF MOTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 피시험모터의 무부하 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 장치로 측정대상인 피시험모터의 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있는 무부하 시험장치 및 이를 이용한 무부하 시험방법에 관한 것이다.
최근 들어 영구자석 동기 전동기(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motors)와 같은 모터가 고효율, 고출력 밀도 등의 장점으로 인해 직접 구동이 필요한 로봇, 인덱스 테이블, 천체 망원경 등과 같은 시스템에서 많이 이용되고 있다.
이러한 모터는 구동할 때, 회전자의 여러 위치에서 회전자와 고정자의 상대 위치가 변화함에 따라 코깅토크(Cogging Torque)가 발생하게 됨이 일반적이며, 코깅토크로 인한 토크 변동(Torque Ripple)은 모터의 정밀 위치 및 속도 제어 성능에 직접적으로 영향을 끼치기 때문에 모터의 설계 단계에서 코깅토크를 측정하고, 이를 최소화하려는 노력이 계속되고 있다.
한편, 모터가 구동을 시작하여 회전자가 회전하게 되면 회전자의 코일이 영구자석에서 흘러나온 자속 중에서 운동을 하게 되고, 이로 인하여 하나의 발전기가 되어 전압을 발생시키게 되는데, 이때 발생한 유기전압을 역기전력(Counter Electro-motive Force)이라고 한다. 이러한 역기전력은 발전기모드에서의 모터 성능을 나타내는 요소로서 코깅토크와 함께 모터의 설계단계에서 시험해야 할 중요한 이슈로 대두되고 있다.
현재까지 모터의 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있는 시험장치는 없는 실정이며, 그에 따라 모터의 코깅토크와 역기전력을 측정하기 위해서는 별도의 고가 수입산 장비가 개별적으로 필요했을 뿐만 아니라, 피시험모터를 어느 하나의 시험장치에 장착하여 코깅토크 또는 역기전력 중 어느 하나를 측정한 후, 장착한 피시험모터를 탈거하여 다른 시험장치에 다시 장착해 측정해야 하는바, 측정에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점들을 반영하여 하나의 시험장치를 통해 측정대상인 피시험모터의 코깅토크과 역기전력을 모두 측정할 수 있는 새롭고 획기적인 기술에 관한 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1633014호(2016.01.14)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하나의 시험장치로 측정대상인 피시험모터의 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있는 무부하 시험장치 및 이를 이용한 무부하 시험방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치는 베이스판, 베이스판에 배치되며, 피시험모터가 장착되는 모터 장착부, 피시험모터가 회전하도록 구동력을 제공하는 구동력 제공부, 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어하기 위한 구동력 제어부 및 피시험모터의 회전에 따라 출력되는 정보를 측정하는 센서부를 포함하며, 구동력 제어부의 위치 이동이 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 구동력 제어부는 베이스판 상에 설치된 레일을 따라 슬라이딩식 이동이 가능할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 구동력 제어부는 레일을 따라 이동하다가 위치 고정이 필요한 경우, 구동력 제어부의 위치를 고정하는 위치 고정부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 모터 장착부는 피시험모터가 놓여지도록 형성된 하부 플레이트, 하부 플레이트와 대응되도록 형성된 상부 플레이트 및 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동력 제공부의 회전축과 수직한 방향을 따라 양방향 이동시키는 플레이트 이동 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 하부 플레이트 및 상부 플레이트는 플레이트 이동 제어부의 회전동작에 의해 서로 반대되는 방향으로 이동하되, 서로 동일한 거리만큼 동시에 이동할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 구동력 제공부의 구동모터로부터 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어하기 위한 구동력 제어부의 위치 이동을 가능하게 함으로써, 하나의 장치로 측정대상인 피시험모터의 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있어 종래 기술 대비 경제적인 측면에서 우수할 뿐 아니라, 측정에 소요되는 시간 역시 현저하게 단축되어 효율성 측면에서도 우수한 효과가 있다.
또한, 피시험모터의 코깅토크를 측정하기 위해 구동력 제어부의 위치를 그 중심축이 구동력 제공부의 구동모터의 회전축과 일직선상에 위치하도록 할 때, 제2 고정부가 구동력 제어부의 중심축이 구동력 제공부의 회전축과 일직선상에 위치할 때에만 제1 고정부와 결합될 수 있는 위치에 형성되어 있기에 정밀도가 높은 축 얼라이먼트를 신속하게 설정할 수 있어 코깅토크를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치를 상측에서 본 모습을 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치를 측면에서 본 모습을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동력 제어부의 위치 고정부의 고정원리를 보여주는 모식도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치의 모터 장착부를 확대하여 보여주는 모식도로, 도 3 기준 우측에서 본 모습을 보여주는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치의 모터 장착부를 확대하여 보여주는 모식도로, 도 5 및 도 6에서 상부 플레이트와 보조 하부 플레이트 사이에서 하측을 바라본 모습을 보여주는 모식도이다.
도 8및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치의 구성을 간략하게 보여주는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)를 상측에서 본 모습을 보여주는 모식도인바, 보다 상세하게 도 1은 피시험모터의 코깅토크를 측정하기 위해 구현된 모습이며, 도 2는 피시험모터의 역기전력을 측정하기 위해 구현된 모습이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)를 측면에서 본 모습을 보여주는 모식도인바, 보다 상세하게는 도 1을 측면에서 본 모습이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)는 베이스판(10), 모터 장착부(20), 구동력 제공부(30), 구동력 제어부(40) 및 센서부(50)를 포함하여 구성된다.
베이스판(10)은 모터 장착부(20), 구동력 제공부(30), 구동력 제어부(40), 센서부(50) 등의 구성들이 일면에 배치되어 이들의 무게를 지지하는 받침대 역할을 수행하는 구성인바, 다각의 플레이트 형상일 수 있으나 사각의 플레이트 형상인 것이 일반적이며, 재질은 다른 구성들의 무게를 충분히 지지할 수 있을 정도의 강도를 만족한다면 특별히 한정되지 않는다.
이러한 베이스판(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 프레임이 결합되어 구성된 프레임부(70)의 상부에 설치될 수 있다. 프레임부(70)는 작업자의 편의에 따라 위치 이동이 가능하고, 이동된 위치에 고정이 가능하도록 지면과 맞닿는 하부에 위치 이동 및 고정수단(71)이 설치될 수 있다. 일 실시 예로, 위치 이동 및 고정수단(71)은 도 3에 도시된 바와 같이 브레이크가 구비된 롤러일 수 있다.
한편, 프레임부(70)의 높이는 작업자의 편의에 맞춰 일정 수준의 높이를 가질 수 있으며, 다단 형식을 취함으로써 높이 조절이 가능하도록 구현할 수도 있고, 재질은 베이스판(10)과 마찬가지로 다른 구성들의 무게를 충분히 지지할 수 있을 정도의 강도를 만족한다면 특별히 한정되지 않는다.
모터 장착부(20)는 측정대상인 피시험모터가 장착되는 구성인바, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(10) 상의 가장 우측에 배치되며, 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(26)의 하부가 볼트, 너트 또는 고정핀 등과 같은 결합부재에 의해 베이스판(10) 상에 결합되어 있다. 필요에 따라서는 베이스판(10)과의 결합을 해제하여 모터 장착부(20)의 위치를 이동시키는 것이 가능하다.
구동력 제공부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 피시험모터와 연결되는 구동모터(31)를 포함하여 피시험모터가 시험을 위해 회전하도록 구동력을 제공하는 구성인바, 베이스판(10) 상의 가장 좌측에 배치되며 몸체(32)의 하부가 볼트, 너트 또는 고정핀 등과 같은 결합부재에 의해 베이스판(10) 상에 결합되어 있을 수 있고, 필요에 따라서는 베이스판(10)과의 결합을 해제하여 구동력 제공부(30)의 위치를 이동시키는 것이 가능하다.
일 실시 예로, 구동력 제공부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 베이스판(10) 상에 설치된 레일(61)에 끼워져 있어 레일(61)을 따라 슬라이딩식 왕복 이동이 가능하다.
여기서 레일(61)은 도 2에 도시된 바와 같이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 평행한 방향을 따라 설치되어 있어 결과적으로 구동력 제공부(30)가 회전축(X)을 따라 슬라이딩식 왕복 이동이 가능하게 된다.
앞서 설명한 구동력 제공부(30)는 작업자에 의해 수동으로 이동되거나, 또는 제어부(80)의 명령에 의해 이동될 수 있다.
한편, 구동력 제공부(30)가 포함하는 구동모터(31)는 약 1,000rpm 에서 5,000rpm까지 회전이 가능한 서보모터(servo motor)일 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 스펙의 모터를 이용할 수 있음은 물론이라 할 것이다.
구동력 제어부(40)는 구동력 제공부(30)의 구동모터(31)로부터 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어하기 위한 구성인바, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(10) 상에 배치된다.
보다 구체적으로 구동력 제어부(40)는 하나 이상의 정밀 하모닉 기어(harmonic gear, 41)를 포함함으로써, 구동력 제공부(30)의 구동모터(31)로부터 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어할 수 있다. 여기서 하모닉 기어는 공지된 다양한 스펙의 하모닉 기어를 이용할 수 있다.
일 실시 예로, 100단의 하모닉 기어를 포함하는 구동력 제어부(40)는 구동력 제공부(30)의 구동모터(31)의 회전속도가 100rpm인 경우 이를 1/100인 1rpm으로 감소시켜 결과적으로 피시험모터가 1rpm으로 회전하도록 할 수 있다.
이와 같이 구동력 제어부(40)는 피시험모터를 구동모터(31)의 회전속도와 동일한 회전속도로 빠르게 회전시키지 않아야 할 때, 다시 말해 구동모터(31)의 회전속도보다 느린 속도로 피시험모터를 천천히 회전시켜야 할 때 필요하게 된다. 일반적으로 코깅토크는 회전속도 1,000rpm 미만의 수준에서 피시험모터를 천천히 회전시켜 측정하는 시험이고, 이와 반대로 역기전력은 회전속도 1,000rpm 이상 수준에서 피시험모터를 빠르게 회전시켜 측정하는 시험이기에 역기전력을 측정함에 있어서 구동력 제어부(40)는 요구되지 않는다.
본 발명은 이러한 점을 착안하여 위와 같은 구동력 제어부(40) 자체를 베이스판(10) 상에서 그 위치가 이동 가능하도록 구성함으로써, 코깅토크를 측정하기 위한 모드(이하, '제1 모드'라고 함)에서는 도 1에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)를 구동력 제공부(30)와 센서부(50) 사이에 위치시키고, 역기전력을 측정하기 위한 모드(이하, '제2 모드'라고 함)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)를 구동력 제공부(30)와 센서부(50) 사이에서 벗어나도록 하여, 결과적으로 하나의 시험장치로 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있도록 한다.
다시 말해, 본 발명의 무부하 시험장치(100)는 제1 모드 또는 제2 모드에 맞춰 구현 상태 변경이 가능함으로써, 하나의 장치로 측정대상인 피시험모터의 코깅토크와 역기전력을 모두 측정할 수 있기에 종래 기술의 문제점인 비용 및 시간의 측면에서 압도적인 이점이 있다.
보다 구체적으로 구동력 제어부(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 베이스판(10) 상에 설치된 레일(60)에 몸체(42)의 하부가 끼워져 있어 레일(60)을 따라 슬라이딩식 왕복 이동이 가능하다.
여기서 레일(60)은 구동력 제어부(40)의 효율적인 이동을 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 수직한 방향으로 설치되어 있어 결과적으로 구동력 제어부(40)가 회전축(X)과 수직한 방향을 따라 슬라이딩 왕복 이동이 가능하게 된다.
앞서 설명한 구동력 제어부(40)는 작업자에 의해 수동으로 이동되거나, 또는 제어부(80)의 명령에 의해 이동될 수 있다.
한편, 정확한 코깅토크 또는 역기전력을 측정하기 위해서는 정밀한 축 얼라이먼트 설정이 중요한 요인으로 작용한다. 본 발명의 무부하 시험장치(100)는 제1 모드 또는 제2 모드에 맞춰 구현 상태를 변경하더라도 용이하고 신속하게 정밀한 축 얼라이먼트 설정이 가능하도록 한다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)는 제1 모드 또는 제2 모드에 맞춰 구현 상태를 변경하더라도 구동력 제공부(30)의 회전축(X)을 기준으로 구성들이 정밀한 축 얼라이먼트를 설정할 수 있다.
본 명세서에서 구동력 제공부(30)의 회전축(X)은 구동력 제공부(30)가 포함하는 구동모터(31)의 회전축을 의미하며, 구동력 제어부(40)의 중심축(Y)은 구동력 제어부(40)가 포함하는 하모닉 기어의 회전축을 의미하며, 센서부(50)의 중심축은 센서부(50)가 포함하는 센서(51)의 중심축을 의미한다.
정밀한 축 얼라이먼트 설정의 일 실시 예로, 본 발명의 무부하 시험장치(100)가 제1 모드인 경우, 도 1및 도 3에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)의 중심축(Y), 센서부(50)의 중심축 및 피시험모터의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 모두 일직선상에 위치하도록 서로 정렬되어 연결되어야 한다. 본 발명은 1) 회전축(X)과 평행하게 설치된 레일(61)을 따라 이동 가능한 구동력 제공부(30), 2) 회전축(X)과 수직하게 설치된 레일(60)을 따라 이동 가능한 구동력 제어부(40), 3) 후술할 구동력 제어부(40)의 위치 고정부(90) 및 4) 후술할 모터 장착부(20)의 주요특징을 통해 제1 모드에 따른 정밀한 축 얼라이먼트를 용이하게 설정할 수 있다.
정밀한 축 얼라이먼트 설정의 다른 실시 예로, 본 발명의 무부하 시험장치(100)가 제 2 모드인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 센서부(50)의 중심축 및 피시험모터의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 모두 일직선상에 위치하도록 서로 정렬되어 연결되어야 한다. 본 발명은 1) 회전축(X)과 평행하게 설치된 레일(61)을 따라 이동 가능한 구동력 제공부(30) 및 2) 후술할 모터 장착부(20)의 주요특징을 통해 제2 모드에 따른 정밀한 축 얼라이먼트를 용이하게 설정할 수 있다.
이하, 제1 모드에서의 정밀한 축 얼라이먼트를 설정하기 위한 구성들 중 하나인 구동력 제어부(40)의 위치 고정부(90)에 대해 자세히 설명한다.
구동력 제어부(40)는 앞서 설명한 바와 같이 레일(60)을 따라 슬라이딩식으로 왕복 이동하되, 제1 모드에서의 정밀한 축 얼라이먼트 설정을 위해 구동력 제어부(40)의 중심축(Y)이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선을 이루는 위치에 고정될 수 있도록 이를 위한 위치 고정부(90)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동력 제어부(40)의 위치 고정부(90)의 고정원리를 보여주는 모식도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 위치 고정부(90)는 구동력 제어부(40)에 형성된 하나 이상의 제1 고정부(91) 및 베이스판(10)에 형성된 하나 이상의 제2 고정부(92)를 포함하며, 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)가 서로 결합을 이루면서 구동력 제어부(40)의 위치가 베이스판(10)에 고정될 수 있고, 이루고 있던 결합을 해제하면서 구동력 제어부(40)가 레일(60)을 따라 다시 이동할 수 있게 된다.
여기서 핵심은 제2 고정부(92)가 도 2에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)의 중심축(Y)이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치할 때에만 제1 고정부(91)와 결합될 수 있는 위치에 형성되어 있다는 점이다.
다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)의 중심축(Y)이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치하지 않을 때에는 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)가 서로 결합되지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이 구동력 제어부(40)의 중심축(Y)이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치할 때에만 서로 결합을 이루게 되며, 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)가 서로 결합되는 경우 정밀한 축 얼라이먼트가 설정되었다고 볼 수 있다.
위치 고정부(90)의 일 실시 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 고정부(91)는 구동력 제어부(40)의 몸체(42)에 결합된 볼트 형상의 결합부재일 수 있고, 제2 고정부(92)는 볼트 형상에 대응되는 너트 형상의 결합부재일 수 있으며, 볼트-너트 결합 방식으로 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)가 서로 결합될 수 있다.
위치 고정부(90)의 다른 실시 예로, 도면으로 도시하고 있지 않지만 제1 고정부(91)는 구동력 제어부(40)의 몸체(42)에 결합되어 있되, 상하로 왕복 이동 가능한 핀과 같은 삽입부재일 수 있고, 제2 고정부(92)는 핀과 같은 삽입부재 형상에 대응되는 홈 형상의 음각부일 수 있으며, 삽입부재가 음각부에 삽입되는 방식으로 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)가 서로 결합될 수 있다.
이러한 제1 고정부(91)와 제2 고정부(92)는 서로 동일한 개수로 형성되어 있으며, 구동력 제어부(40)의 위치 고정력을 높이기 위해 2개 이상 복수 개로 형성되어 있을 수 있다.
앞서 설명한 제1 고정부(91)는 작업자에 의해 수동으로 동작되거나, 또는 제어부(80)의 명령에 의해 동작되어 제2 고정부(92)와 결합될 수 있다.
이하, 제 1 모드 및 제 2모드에서의 정밀한 축 얼라이먼트를 설정하기 위한 구성들 중 하나인 모터 장착부(20)의 주요특징에 대해 자세히 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)의 모터 장착부(20)를 확대하여 보여주는 모식도인바, 보다 상세하게는 도 3을 기준으로 우측에서 본 모습을 보여주는 모식도이다. 더욱 상세하게 도 5는 상대적으로 크기가 작은 피시험모터(1)가 장착된 상태이고, 도 6은 상대적으로 크기가 큰 피시험모터(1)가 장착된 상태이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 모터 장착부(20)는 하부 플레이트(21), 상부 플레이트(22) 및 플레이트 이동 제어부(23)를 포함하여 구성된다.
하부 플레이트(21)는 피시험모터(1)가 상부에 놓여지도록 형성된 플레이트이며, 상부 플레이트(22)는 하부 플레이트(21)와 마주보며 대응되도록 형성된 플레이트로, 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22) 사이에 피시험모터(1)가 위치하면서 장착되게 된다.
이와 같은 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)는 플레이트 이동 제어부(23)와 스크류(screw) 결합으로 연결되어 있어 플레이트 이동 제어부(23)의 회전동작에 의해 상하로 이동하게 된다. 여기서 '상하'란, 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 수직한 방향을 따라 양방향 이동하는 것을 의미한다.
구체적으로 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)는 플레이트 이동 제어부(23)의 회전 동작에 의해 상하로 이동하되 서로 반대 방향으로 이동한다.
일 실시 예로 플레이트 이동 제어부(23)를 제1 방향으로 회전시키면 하부 플레이트(21)가 상승하고 상부 플레이트(22)가 하강하면서 이들 사이에 위치한 피시험모터(1)를 그립핑(gripping)하게 되며, 완전한 그립핑이 이루어졌을 때 피시험모터(1)가 모터 장착부(20)에 장착되어 코깅토크 또는 역기전력을 측정하기 위한 제1 모드 또는 제2 모드가 준비되었다고 볼 수 있다.
또한, 다른 실시 예로 플레이트 이동 제어부(23)를 제2 방향으로 회전시키면 하부 플레이트(21)가 하강하고 상부 플레이트(22)가 상승하면서 이들 사이에 장착된 피시험모터(1)의 그립핑을 해제하게 되며, 그립핑의 해제가 이루어졌을 때 피시험모터(1)를 모터 장착부(2)에서 탈거할 수 있다.
한편, 피시험모터(1)를 모터 장착부(20)에 장착시킬 때 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 최대한 정확하게 위치하도록 장착시키는 것이 정밀한 축 얼라이먼트를 구현하는 데에 중요하며, 이를 위해서는 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)의 이동거리를 정밀하게 제어해주는 것이 필요하다.
이를 위해 모터 장착부(20)의 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)가 플레이트 이동 제어부(23)의 회전동작에 의해 서로 동일한 거리만큼 동시에 이동하도록 구현함으로써, 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)의 이동거리를 개별적으로 제어해주는 경우와 비교하여 보다 정밀한 제어가 가능하게 된다.
더 나아가 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)의 이동거리를 개별적으로 제어하지 않아도 되기 때문에 보다 용이하고 신속하게 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치하도록 피시험모터(1)를 장착시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)의 모터 장착부(20)를 확대하여 보여주는 모식도인바, 보다 상세하게는 도 5 및 도 6에서 상부 플레이트(22)와 보조 하부 플레이트(24) 사이에서 하측을 바라본 모습을 보여주는 모식도이다.
모터 장착부(20)는 도 5 및 도 6의 우측 하단에, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 하부 플레이트(21)의 상부에 배치되는 보조 하부 플레이트(24) 및 보조 하부 플레이트(24)와 연결되어 회전동작에 의해 보조 하부 플레이트(24)를 좌우로 왕복 이동시키는 보조 하부 플레이트 이동 제어부(25)를 더 포함할 수 있다. 여기서 '좌우'란, 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과도 수직하고, 앞서 설명한 하부 플레이트(21) 및 상부 플레이트(22)의 이동방향과도 수직한 방향을 의미한다.
이와 같이 모터 장착부(20)가 보조 하부 플레이트(24)를 포함하는 경우, 피시험모터(1)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 상부 플레이트(22)와 보조 하부 플레이트(24)의 사이에 장착되며, 보조 하부 플레이트 이동 제어부(25)를 회전 동작시켜 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치하도록 피시험모터(1)의 위치를 정밀하게 제어하면서 장착시킬 수 있다.
앞서 설명한 모터 장착부(20)의 플레이트 이동 제어부(23) 및 하부 플레이트 이동 제어부(25) 각각은 작업자에 의해 수동으로 동작되거나, 또는 제어부(80)의 명령에 의해 제1 방향 또는 제2 방향으로 동작될 수 있다.
한편, 모터 장착부(20)는 피시험모터(1)가 모터 장착부(20)에 안정적으로 장착될 수 있도록 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 받침부(21a, 21b, 22a, 22b)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 하부 플레이트(21)와 상부 플레이트(22)는 서로 마주보는 내측면에 하나 이상의 받침부(21a, 21b, 22a, 22b)가 각각 형성되어 있을 수 있으며, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 보조 하부 플레이트(24)를 포함하는 경우에는 보조 하부 플레이트(24)에 받침부(21a, 21b)가 형성되어 있을 수 있다.
이와 같은 받침부(21a, 21b, 22a, 22b)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 V 블록과 같은 V 형상으로 이루어져 있어 다양한 형상 또는 다양한 크기의 피시험모터(1)가 모터 장착부(20)에 장착될 때 더욱 밀착되어 안정적으로 장착될 수 있도록 한다.
센서부(50)는 피시험모터(1)의 회전에 따라 출력되는 정보를 측정하는 구성인바, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스판(10) 상에 배치되며, 보다 구체적으로 몸체(52)의 하부가 볼트, 너트 또는 고정핀 등과 같은 결합부재에 의해 베이스판(10) 상에 결합되어 있다. 필요에 따라서는 베이스판(10)과의 결합을 해제하여 센서부(50)의 위치를 이동시키는 것이 가능하나, 필요가 없는 한 센서부(50)는 중심축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선을 이루는 위치에 고정되어 있다.
이러한 센서부(50)는 피시험모터(1)와 직접 연결될 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 피시험모터(1)가 장착되는 모터 장착부(20)의 좌측에 위치한다.
보다 구체적으로 센서부(50)는 피시험모터(1)의 회전에 따라 출력되는 정보를 측정하는 센서(51)를 포함하며, 여기서 '정보'란, 코깅토크를 측정하는 제1 모드에서는 코깅토크 또는 코깅토크를 도출할 수 있는 정보일 수 있고, 역기전력을 측정하는 제2 모드에서는 역기전력 또는 역기전력을 도출할 수 있는 정보일 수 있다. 일 실시 예로, 센서(51)는 토크센서(torque sensor)일 수 있다.
도 8및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)의 구성을 간략하게 보여주는 구성도인바, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 무부하 시험장치(100)는 제어부(80)를 포함하여 구성된다.
제어부(80)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 피시험모터(1), 모터 장착부(20), 구동력 제공부(30), 구동력 제어부(40) 및 센서부(50)와 각각 직접 또는 간접적으로 연결되어 무부하 시험장치(100)의 동작을 제어하기 위한 구성인바, 일 실시 예로 구동력 제공부(30)의 구동모터(31)의 동작을 컨트롤러(81)를 통해 제어하거나, 센서부(50)의 센서(51)가 측정한 torque signal과 같은 정보를 전달받아 처리하거나, 구동모터(31)와 직접 연결되어 angle signal과 같은 정보를 주고 받거나, 구동력 제어부(40)의 이동을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(80)는 작업자로부터 제1 모드 또는 제2 모드에 대한 시작명령을 입력 받을 수 있고, 제1 모드 또는 제2 모드로 모드를 변경하기 위해 구동력 제공부(30)와 구동력 제어부(40)의 이동을 제어할 수 있으며, 정밀한 축 얼라이먼트를 구현하기 위해 구동력 제어부(40)의 위치 고정부(90)와 모터 장착부(20)의 플레이트 이동 제어부(23,25)의 동작도 제어할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치(100)는 도면으로 도시하고 있지 않지만 외부 환경으로부터 구동력 제공부(30), 구동력 제어부(40) 및 센서부(50)를 보호하기 위해 베이스판(10) 상에 배치되는 하우징부를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 하우징부를 개폐하여 내부 상태를 확인할 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 지금까지 설명한 무부하 시험장치(100)를 이용하여 피시험모터(1)의 코깅토크 또는 역기전력을 측정하는 무부하 시험방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험방법은 모터 장착 단계(S100), 축 얼라이먼트 설정 단계(S200) 및 정보 측정 단계(S300)를 포함하여 진행될 수 있다. 모든 단계는 작업자에 의해 수동으로 진행되거나 또는 제어부(80)의 명령에 의해 진행될 수 있다.
모터 장착 단계(S100)는 측정대상인 피시험모터(1)를 모터 장착부(20)에 장착하기 위한 단계이다. 이 단계에서 플레이트 이동 제어부(23) 및 보조 하부 플레이트 이동 제어부(25)의 회전동작에 의해 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선상에 위치하도록 피시험모터(1)를 모터 장착부(20)에 장착시킬 수 있다. 이후 장착된 피시험모터(1)는 센서부(50)와 연결될 수 있다.
축 얼라이먼트 설정 단계(S200)는 코깅토크를 측정하기 위한 제1 모드 또는 역기전력을 측정하기 위한 제2 모드에 따라 축 얼라이먼트를 설정 하기 위한 단계이다.
축 얼라이먼트 설정 단계(S200)에서, 제1 모드인 경우, 구동력 제어부(40)가 레일(60)을 따라 이동하다가 중심축(Y)이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 일직선을 이루는 위치에서 위치 고정부(90)에 의해 고정될 수 있다. 이후 구동력 제공부(30)가 구동력 제어부(40)를 향해 레일(61)을 따라 이동하여 구동력 제어부(40)에 연결됨으로써, 구동력 제공부(30), 구동력 제어부(40), 센서부(50) 및 피시험모터(1)가 정밀한 축 얼라이먼트를 설정 하면서 도 8에 도시된 바와 같이 일렬로 연결될 수 있다.
여기서 정밀한 축 얼라이먼트 설정이란, 앞에서도 설명하였지만 구동력 제어부(40)의 중심축(Y), 센서부(50)의 중심축 및 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 모두 일직선상에 위치하도록 서로 정렬되어 연결되는 것을 의미한다.
축 얼라이먼트 설정 단계(S200)에서, 제2 모드인 경우, 구동력 제어부(40)가 레일(60)을 따라 이동하여 구동력 제공부(30)와 센서부(50) 사이에서 벗어난다. 이후 구동력 제공부(30)가 센서부(50)를 향해 레일(61)을 따라 이동하여 센서부(50)에 연결됨으로써, 구동력 제공부(30), 센서부(50) 및 피시험모터(1)가 정밀한 축 얼라이먼트 설정을 구현하면서 도 9에 도시된 바와 같이 일렬로 연결될 수 있다.
여기서 정밀한 축 얼라이먼트 설정이란, 앞에서도 설명하였지만 센서부(50)의 중심축 및 피시험모터(1)의 회전축이 구동력 제공부(30)의 회전축(X)과 모두 일직선상에 위치하도록 서로 정렬되어 연결되는 것을 의미한다.
정보 측정 단계(S300)는 구동력 제공부(30)를 동작시켜 피시험모터(1)를 기설정한 회전속도로 회전시키고, 피시험모터(1)의 회전에 따라 출력된 정보를 센서부(50)를 통해 측정하는 단계이다.
지금까지 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무부하 시험장치 및 무부하 시험방법은 코깅토크 또는 역기전력 외에도 프릭션토크(friction torque), 회전수, 각도(Angle), RPM, 시간(Time), BEMF(Back Electro Motive Force, Option) 등의 파라미터도 측정할 수 있다.
또한, 센서의 종류에 따라 다를 수 있으나 측정 가능한 토크 범위(Measuring Torque Range)가 약 0.1mNm~20Nm이고, RPM은 1~50RPM이며, 토크 정확도(Torque Accuracy)는 ±0.1% of range(Full scale)이고, 각도 해상도(Angle resolution)가 ±0.1°이며, 소프트웨어 기능(Software Function)으로는 기록(Recording Data), 그래프 생성(Draw graph), 평균값(Average of full data, Average of period time 등), Peak to Peak(cogging torque), FFT 분석 등이 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 무부하 시험장치
1: 피시험모터
10: 베이스판
20: 모터 장착부
21: 하부 플레이트
21a, 21b: 하부 플레이트의 받침부
22: 상부 플레이트
22a, 22b: 상부 플레이트의 받침부
23: 플레이트 이동 제어부
24: 보조 하부 플레이트
25: 보조 하부 플레이트 이동 제어부
26: 모터 장착부 몸체
30: 구동력 제공부
31: 구동모터
32: 구동력 제공부 몸체
40: 구동력 제어부
41: 하모닉 기어
42: 구동력 제어부 몸체
50: 센서부
51: 센서
52: 센서부 몸체
60, 61: 레일
70: 프레임부
71: 위치 이동 및 고정수단
80: 제어부
81: 컨트롤러
90: 위치 고정부
91: 제1 고정부
92: 제2 고정부

Claims (5)

  1. 베이스판;
    상기 베이스판에 배치되며, 피시험모터가 장착되는 모터 장착부;
    상기 피시험모터가 회전하도록 구동력을 제공하는 구동력 제공부;
    상기 피시험모터가 제공받는 구동력을 제어하기 위한 구동력 제어부; 및
    상기 피시험모터의 회전에 따라 출력되는 정보를 측정하는 센서부;
    를 포함하며,
    상기 구동력 제어부의 위치 이동이 가능한,
    무부하 시험장치에 있어서,
    상기 모터 장착부는,
    상기 피시험모터가 놓여지도록 형성된 하부 플레이트;
    상기 하부 플레이트와 대응되도록 형성된 상부 플레이트; 및
    상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 상기 구동력 제공부의 회전축과 수직한 방향을 따라 양방향 이동시키는 플레이트 이동 제어부;
    를 포함하는 무부하 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동력 제어부는,
    상기 베이스판 상에 상기 구동력 제공부의 회전축과 수직한 방향으로 설치된 레일을 따라 슬라이딩식 이동이 가능한,
    무부하 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동력 제어부는,
    상기 레일을 따라 이동하다가 위치 고정이 필요한 경우, 상기 구동력 제어부의 위치를 고정하는 위치 고정부;
    를 더 포함하는 무부하 시험장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트는,
    상기 플레이트 이동 제어부의 회전동작에 의해 서로 반대되는 방향으로 이동하되, 서로 동일한 거리만큼 동시에 이동하는,
    무부하 시험장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018158832A1 (ja) * 2017-02-28 2018-09-07 三菱電機株式会社 横流電流検出装置、横流電流検出方法、および、回転子

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