KR102588310B1 - 기어축 토크 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어축 토크 측정장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 헬리컬기어가 장착된 축의 거리센서를 이용한 토크 측정 시스템에 관한 기술로서, 회전축 토크 측정장치에 있어서, 회전축(100)에 마련된 기어부; 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링부; 상기 회전축의 회전중심과 대향되도록 마련되어 상기 회전축의 축방향 미소변위를 측정하여 상기 회전축의 토크를 측정하는 감지부(200); 를 포함하는 기어축 토크 측정장치를 제공하여, 헬리컬 기어가 장착된 경우에 발생하는 축력을 이용하여 토크를 측정할 수 있는 강점이 발휘된다.

Description

기어축 토크 측정장치{A torque checking device for gear axis}

본 발명은 기어축 토크 측정장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 헬리컬기어가 장착된 축의 토크 측정 시스템에 관한 것이다.

토크의 정밀한 측정은 동력시스템의 성능평가 및 제어 등의 여러 분야에서 필수적으로 요구되고 있는 기술이다.

토크미터는 이와 같은 토크의 정밀한 측정을 위한 장치다.

종래의 토크미터는 스트레인 게이지를 활용하거나 마그네틱 필드 등을 활용하여 대상물의 “회전 변형량”을 계측하여 토크를 측정하는 방식이다.

그러나 이와 같은 종래 회전 변형량을 이용한 토크미터는 축의 상부에 장착되어 내부 공간 활용에 제약이 있다.

또한, 변형량 측정을 위해 스트레인 게이지를 직접 부착하거나 비틀림 변형량 측정을 위한 구조물을 장착하는 경우 축의 내구성에 문제를 초래할 수 있는 문제가 있다.

한편, 스트레인 게이지 센서를 이용한 방식도 있다.

그러나, 스트레인 게이지 센서의 단점은 축 표면에서 발생하는 변형률의 값이 매우 작아서 결과적으로 토크를 측정하는 장치의 감도가 낮다는 문제점이 있다.

그 밖에 적외선 방식의 토크미터도 있으나, 적외선 방식의 토크미터는 회전축에 상호 소정거리 떨어져 부착되는 디스크와 센서를 서로 연결해야 하는데 이럴경우 기구물이 복잡해지고, 작업공정이 까다로운 문제점이 있다.

KR 2079496 B1

위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 헬리컬 기어 등의 장착으로 인해 토크를 측정하는 회전축에서 축력이 발생할 때, 축 방향의 변형량을 측정하여 토크를 측정하는 기어축 토크 측정장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

회전축 토크 측정장치에 있어서, 회전축(100)에 마련된 기어부; 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링부; 상기 회전축의 회전중심과 대향되도록 마련되어 상기 회전축의 축방향 미소변위를 측정하여 상기 회전축의 토크를 측정하는 감지부(200); 를 포함하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 기어부는 헬리컬기어인 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 감지부(200)는 상기 회전축(100)에서 이격된 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 감지부(200)는 상기 회전축(100)에 접촉되는 접촉부(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 접촉부(210)는 상기 회전축(100)의 회전축 중심에 접촉된 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 감지부(200)는 전자기장 센서인 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

또한, 상기 회전축(100)의 회전축 중심에 마련된 타켓부(120); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어축 토크 측정장치를 포함한다.

위와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 헬리컬 기어가 장착된 경우에 발생하는 축력을 이용하여 토크를 측정할 수 있는 강점이 발휘된다.

둘째, 토크를 측정하는 축에서의 별도 수정 없이 측정이 가능한 이점이 있다.

셋째, 축 방향으로 장착되기 때문에 반경 방향으로의 공간을 최소화 할 수 있는 장점이 발휘된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 기어축 토크 측정장치
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 기어축 토크 측정장치
도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 기어축 토크 측정장치
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 기어축 토크 측정장치의 거리-토크 관계 그래프

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치이다.

회전축(100)에는 헬리컬 기어부(110)가 장착되어 일체로 회전 가능하게 마련된다.

이 때, 회전축(100)는 베어링들에 의해 지지된 채 회전 가능하다.

보다 상세하게는 도 1에는 베어링의 단면이 도시된다.

즉, 회전축(100)는 제1 베어링의 제1 단면부(121), 제1 베어링의 제2 단면부(122), 제2 베어링의 제1 단면부(123) 및 제2 베어링의 제2 단면부(124)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다.

한편, 감지부(200)는 회전축(100)의 회전중심에 대향되도록 배향되고 있다.

보다 상세하게는 감지부(200)는 회전축(100)에 가해지는 토크를 측정하는 장치로서, 헬리컬 기어부(110)가 기어에 맞물려 회전하면 축방향에 대한 회전축(100)의 미소변위를 측정하게 된다.

본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 이와 같이 측정된 회전축(100)의축방향 미소변위를 이용하여 토크를 측정하게 된다.

이와 같이 감지부(200)는 회전축(100)과 이격된 채 비접촉식으로 토크를 측정가능하므로 감지부(200)에 가해지는 물리적 충격이 없게 됨으로써 감지부(200)의 내구성이 증대되는 이점이 발휘된다.

또한, 감지부(200)는 회전축(100)의 회전축 중심에서 회전축(100)의 회전축과 동축상에 위치되기 때문에 별도의 부가적인 설치도구나 설치를 위한 복잡한 브라켓 등이 필요 없이도 쉽고 간단한 구조로 설치 가능해지는 이점이 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치이다.

회전축(100)에는 헬리컬 기어부(110)가 장착되어 일체로 회전 가능하게 마련된다.

이 때, 회전축(100)는 베어링들에 의해 지지된 채 회전 가능하다.

보다 상세하게는 도 2에는 베어링의 단면이 도시된다.

즉, 회전축(100)는 제1 베어링의 제1 단면부(121), 제1 베어링의 제2 단면부(122), 제2 베어링의 제1 단면부(123) 및 제2 베어링의 제2 단면부(124)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다.

한편, 감지부(200)는 회전축(100)의 회전중심에 대향되도록 배향되고 있다.

감지부(200)는 회전축(100)에 가해지는 토크를 측정하는 장치로서, 헬리컬 기어부(110)가 기어에 맞물려 회전하면 축방향에 대한 회전축(100)의 미소변위를 측정하게 된다.

보다 상세하게는, 감지부(200)는 접촉부(210)가 마련된다.

접촉부(210)는 회전축(100)의 회전축 중심에 맞닿도록 마련된다.

접촉부(210)는 회전축(100)의 축방향에 대한 미소변위를 측정 가능하고, 이를 이용하여 회전축(100)에 가해지는 토크를 측정할 수 있게 된다.

다시 말해서, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 이와 같이 측정된 회전축(100)의축방향 미소변위를 이용하여 토크를 측정하게 된다.

본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 접촉부(210)를 이용해 직접적으로 회전축(100)에 접촉되는 접촉식 구조이며, 이는 제1실시 예와 달리 접촉되는 물리적인 구조이기 때문에 구조가 더욱 심플한 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치이다.

본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 회전축(100)에 타켓부(120)가 마련된다.

보다 상세하게는, 타켓부(120)는 회전축(100)의 회전축에 마련되는데, 보다 엄밀히는 회전축(100)의 단부면에 마련되는 것이 바람직할 수 있다.

감지부(200)는 타켓부(120)와 연동되어 전자기장을 이용하여 회전축(100)의 축방향 미소변위를 측정할 수 있게 된다.

다시 말해, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 전자기장 방식인 것이다.

바꿔 말해, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 비접촉방식이다.

본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치는 회전축(100)의 회전축 중심에 마련된 타켓부(120)와 상호연동되는 감지부(200)를 통해 전자기장 방식으로 회전축(100)의 축방향 미소변위를 측정하기 때문에 보다 정밀한 미소변위 측정이 가능해지는 장점을 선사한다.

삭제

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치의 거리-토크 관계 그래프이다.

거리-토크 관계식은 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 헬리컬기어 축 토크 측정장치를 장착한 후 캘리브레이션 시험으로 도 4와 같이 산출될 수 있다.
즉, 회전축의 축방향 변위(x)와 회전축의 토크(Y)사이에는 선형 비례관계가 성립됨으로 거리(변위)의 변화를 측정하면 축에 가해지는 토크를 구해낼 수 있게 된다.
보다 상세하게는, 그래프와 같이 L1는 P1까지 우상향하는 직선구간이며, L3는 P2로부터 우상향하는 직선구간이다. 다시 말해서, 회전축의 토크(Y)는 회전축의 축방향 변위(x)에 비례하도록 선형적일 수 있다. L2는 P1 및 P2를 잇는 구간으로서 토크가 제로(zero)인 구간이다. 이 때, 회전축 토크 측정장치는 수식 Y=ax+b 를 만족할 수 있으며 Y는 회전축 토크, x는 회전축의 축방향 변위이다.
x값이 P1이상 P2 이하 구간에서 a=0이고, x값이 P1미만 구간에서 a>0, b>0이고, x값이 P2 이상 구간에는 a>0, b<0를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

100 : 회전축
110 : 헬리컬 기어부
120 : 타켓부
121 : 제1 베어링의 제1 단면부
122 : 제1 베어링의 제2 단면부
123 : 제2 베어링의 제1 단면부
124 : 제2 베어링의 제2 단면부
200 : 감지부
210 : 접촉부

Claims (7)

1. 회전축 토크 측정장치에 있어서,
   회전축(100)에 마련된 기어부;
   상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링부;
   상기 회전축의 회전중심과 대향되도록 마련되어 상기 회전축의 축방향 변위를 측정하여 상기 회전축의 토크를 측정하는 감지부(200);
   상기 기어부는 헬리컬기어이며,
   상기 회전축의 축방향 변위(x)와 상기 회전축의 토크(Y)의 선형 비례관계에 따라 상기 회전축의 토크(Y)는 상기 회전축의 축방향 변위(x)에 따라 우상향되데, 상기 회전축의 축방향 변위(x)에 대해서 토크가 제로(zero)인 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는
   기어축 토크 측정장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 감지부(200)는 상기 회전축(100)에서 이격된 것을 특징으로 하는,
   기어축 토크 측정장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 감지부(200)는 상기 회전축(100)에 접촉되는 접촉부(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   기어축 토크 측정장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 접촉부(210)는 상기 회전축(100)의 회전축 중심에 접촉된 것을 특징으로 하는,
   기어축 토크 측정장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 감지부(200)는 전자기장 센서인 것을 특징으로 하는,
   기어축 토크 측정장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 회전축(100)의 회전축 중심에 마련된 타켓부(120); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   기어축 토크 측정장치.

Images