KR20000073902A - 엔코더를 이용한 토크미터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계장치 및 자동차 요소에서 발생되는 동력을 전달하는 방법으로 사용되어지는 토크의 크기를 측정하는 장치로 회전하는 축요소와 상기 축에 연결 고정되어 회전축과 함께 회전되면서 축의 회전량을 측정하는 측정장치와 토크의 크기에 따라 교환이 가능한 비틀림을 발생하는 연결축 요소를 포함하여 구성한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 기존의 용량이 고정되고 부수장비를 요구하는 스트레인게이지를 이용한 토크를 측정하는 장치에 비하여 비틀리는 축요소를 교체하여 용량변경을 가능하게 하며 정확한 측정을 가능하게 한다.

Description

엔코더를 이용한 토크미터 {A torque meter using encoders}

본 발명은 회전중인 축에 작용하는 비틀림 힘의 요소인 토크를 측정하는 장

비이다. 기계적인 요소상에서 다른 에너지 형태로 변환하지 않고 동력을 전달하는

수단으로 토크는 대단히 중요한 역할을 한다. 더욱이 로봇이나 제어구동장치 등에

필수적인 감속기에 있어서 토크전달효율은 제품의 성능에 중요한 변수로 작용한다.

종래에도 측정을 위한 여러 가지 형태의 토크미터가 알려지고 있는 바, 그 전형적

인 실시 형태를 첨부 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 동력이 발생되어지는 곳(1)에서 발생되는 토크는 축과 축을 연결하는 커플링(2)을 이용하여 다음 요소와 연결되고 토크를 측정하고자 하는 위치에 토크미터(3),(4)이 각각 위치하게 된다. 일반적으로 어떠한 목적에 의한 동력변환장치(5)의 앞뒤에 토크미터가 위치하게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 종래 기술에 의한 토크미터에 대한 구성도에 의하면, 종래의 토크미터는 동력을 전달하는 회전축(21)에 스트레인 게이지(22)를 부착하고 회전축 외경에 브러쉬(23)를 장착한 슬립링(24)을 고정시키고 브러쉬(23)를 통하여 스트레인 게이지(22)에서 발생하는 전류를 읽어들이고 증폭기 등 외부기기를 이용하여 측정값을 변환하여 토크값을 측정하도록 구성되어 있다.

그러나 스트레인 게이지와 슬립링을 사용한 기존의 토크미터는 게이지를

붙이는 기술자의 능력에 따라 측정되는 값이 일정하지 않고 정밀한 값을 측정하

기가 어려울 뿐 아니라 측정값이 매우 작기 때문에 증폭기등 다른 기기들을 사용

하여 값을 읽어야 한다. 이는 제작단가가 높아질 뿐 아니라 개인의 노하우에 의한

제작방법의 한계로 개선의 여지가 많이 있다. 또한 회전축과 동력전달축이

일체형으로 구성되어 있으므로 토크에 의한 축의 변형값을 측정하는 장치로서는

외부에서 발생되는 잡음에 대한 측정값의 신뢰성이 문제시 되어왔다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 회전축(21)에 부착되어 회전축의 변형량을 측정하는

스트레인게이지(22)에 전원이 공급되어져야 하므로 슬립링(24)과 브러쉬(23)이라는

매개체를 사용하여 전원을 공급하게 된다. 이과정에서 회전축(21)과 브러쉬(23)가

접촉하게 되면서 브러쉬(23)가 마모가 되어지고 회전축(21)의 변형량이 매우 작기

때문에 외부잡음에 대한 영향이 실제 측정값의 영향보다 크게 나타나는 문제점이

있다.

따라서 축에 작용하는 토크에 의한 비틀림 각도차이를 측정하여 토크를 계산하는

새로운 개념의 토크미터를 설계하고자 한다.

도 1은 일반적인 토크미터의 일예를 설명하기 위한 설치단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 토크미터의 구성도.

도 3 및 도 4는 발명의 일실시예에 따른 토크미터를 보인 것으로,

도 3은 단면도.

도 4는 분해 사시도.

대표도는 도 3.

<도 3의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 ; 입력동력전달축 32 ; 출력동력전달축

33 ; 볼트 34 ; 회전축(바)

35 ; 엔코더 36 ; 하우징

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 회전축의 비틀림을 직접적으로 읽어들이는 엔코더와, 작용되어지는 동력에 비례하여 비틀림을 일으키는 소정의 길이를 갖는 회전축과, 상기 회전축을 고정하고 함께 회전되면서 동력을 전달하는

양단의 동력 전달축과, 상기 동력 전달축과 회전축을 연결하는 볼트를 포함하여 구

성한 것을 특징으로 하는 토크미터가 제공된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 동력이 발생되어지는 곳(1)에서 발생되는 토크는 축과 축을 연결하는 커플링(2)을 이용하여 다음 요소와 연결되고 토크를 측정하고자 하는 위치에 토크미터(3),(4)가 각각 위치되어진다. 일반적으로 어떠한 목적에 의한 동력변환장치(5)의 앞뒤에 토크미터(3),(4)가 위치하게 된다.

또한, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 토크미터를 보인 단면도 및 분해 사시도를 보인 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 토크미터는, 동력을 발생시키는 부분으로부터 동력을 전달받는 입력동력전달축(31)과, 상기 입력동력전달축(31)과 2개의 바(bar)(34)를 볼트(33)로 고정시켜 토크에 의한 비틀림을 발생하는 회전축과, 상기 회전축의 종단에 동력을 다음 요소로 전달하는 출력동력전달축(32)과, 상기 양쪽의 동력전달축의 회전각을 읽어들이는 엔코더(35)와, 케이스(36)를 포함하고 있다.

이하, 본 발명에 의한 토크미터를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

입력동력전달축(31)에 작용한 토크는 볼트(33)로 연결된 회전축을 통하여 출력동력전달축(32)로 전달되어진다. 이때 작용하는 토크의 값은 회전축의 기계적인 성질값에 의하여 선형적인 비틀림의 각도로 나타내어진다. 이 때 측정되어지는 각도를 입력동력전달축(31)과 출력동력전달축(32)에 위치한 각각의 엔코더(35)를 통하여 읽어들이고 양쪽의 회전각도차이를 계산하여 다음과 같은 식에 대입하여 토크값을 결정한다.

여기서는 입력동력전달축(31)과 출력동력전달축(32)에 위치한 각각의 엔코더(35)의 각도차이이고,는 전달되어지는 토크이고,은 회전축의 길이이고,는 회전축의 전단탄성계수,는 회전축의 극관성 모우멘트이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 토크미터는, 회전축의 비틀림을 직접적으로 읽어들이는 엔코더와, 작용되어지는 동력에 비례하여 비틀림을 일으키는 소정의 길이를 갖는 회전축과, 상기 회전축을 고정하고 함께 회전되면서 동력을 전달하는 양단의 동력 전달축과, 상기 동력 전달축과 회전축을 연결하는 볼트를 포함하여 구성함으로서 전체적인 형상을 슬림(slim)화하고 회전축의 재질을 변화시켜 토크미터의 측정범위를 변화시킬수 있고 보다 정밀한 토크 변화값을 읽을 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전축의 비틀림각을 계산하여 축에 작용하는 토크값을 측정하는 토크미터에 있어서,

   동력전달축과 회전축을 탄성체로 연결시켜서 토크에 따른 비틀림각을 발생시키게 한 부분과,

   입력동력전달축과 출력동력전달축사이의 비틀림각을 측정하기 위하여 엔코더를 사용한 것을 특징으로 하는 토크미터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 재료의 특성중의 하나인 탄성을 최대한으로 이용하기 위해 2개 또는 다수의 바(bar)로 양쪽의 동력전달축과 연결되어 있는 회전축으로 구성한 토크미터.
3. 제 1 항에 있어서, 양쪽의 동력전달축을 연결시키는 탄성체의 재질로 스틸 또는 복합재료를 사용한 회전바(bar).
4. 제 1 항에 있어서, 토크를 측정하기 위해 양쪽의 동력전달축과 연결되어 있는 회전축의 비틀림을 측정하는 기구로 엔코더 (또는 레졸버)를 사용.