KR20030077871A - 캠을 이용한 회전토크 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업기계, 차량 및 전동장치의 축 전달 회전력을 검출하는 토크 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력축의 회전에 의하여 발생된 회전토크를 캠을 이용하여 회전방향과 크기를 검출하는 토크 검출장치에 관한 것이다. 본 발명은 외주면에 적어도 하나 이상의 나선형 홈부가 형성된 입력축; 상기 입력축과 연결되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 직선형 홈부와 적어도 하나 이상의 반원통 홈부가 형성된 출력축; 상기 입력축과 출력축의 외주면을 둘러싸고, 내주면에 상기 출력축에 형성된 반원통 홈부와 상응한 적어도 하나 이상의 반원통 홈부와 상기 입력축의 나선형 홈부와 상기 출력축의 직선형 홈부에 치합되는 적어도 하나 이상의 캠이 형성된 원통형 실린더; 상기 출력축의 반원통 홈부와 상기 원통형 실린더의 반원통 홈부가 접하여 형성된 원통 홈부에 삽입되는 스프링; 및 상기 원통형 실린더의 상/하 승강에 따른 변위를 검출하는 변위 검출부를 포함한다. 본 발명은 입력축과 출력축의 외주면에 형성한 홈부와 상기 홈부에 치합된 캠에 베어링을 사용함으로써, 장기간 사용에 따른 캠의 마모를 방지하여 내구성을 향상시키고, 원통형 실린더의 상/하 승강시 마찰을 감쇄시키는 효과가 있다.

Description

캠을 이용한 회전토크 검출장치 {Apparatus for Detecting Revolution Torque Using Cam}

본 발명은 산업기계, 차량 및 전동장치의 축 전달 회전력을 검출하는 토크 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력축을 회전시켰을 경우 입력축의 회전에 의하여 발생된 회전토크를 캠을 이용하여 회전방향과 회전력의 크기를 검출하는 토크 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업기계, 차량 및 전동장치 등에서는 축의 회전력을 증가시키기 위하여 엔진을 이용한 방법과 모터 등의 전기장치를 이용하여 회전력을 증가시키는 방법이 알려져 있다.

도 1은 종래의 회전토크를 검출하는 토크검출장치의 구성을 나타낸 단면도로서, 회전력이 입력축(2)으로 전달되어, 입력축(2)에서 출력축(3)으로 전달되는 과정에서 회전토크를 감지하여 감지된 신호를 제어부에 전달하고, 제어부에서는 입력값에 따라 모터 등의 구동장치를 제어하게 된다.

이러한, 종래의 토크검출장치 구조에서 토크를 검출하기 위한 구성을 설명하면, 입력축(2)과 출력축(3)이 비틀릴 경우 출력축(3)에 관통된 캠핀(31)이 그 외주연에 장착된 상태로 나선형 홈을 가진 원통캠(4)을 길이 방향으로 이동시키게 되며, 길이 방향으로 이동되는 원통캠(4)은 그 외주연에 감합된 코일에 외부에 설치된 자석에 의해, 자력이 미치므로 전압의 차이를 가져오며, 이 때의 전압으로서 회전토크를 검출하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 토크검출장치에 있어서, 출력축(3)에 관통된 캠핀(31)이 나선홈(41)을 가진 원통캠(4)을 상/하로 이동시킬 경우 캠핀(31)과 나선홈(41)의 마찰로 인하여 실제 출력축(3)의 회전 각도가 작아지기 때문에 원통캠(4)을 상/하로 이동시키는 행정거리가 매우 작아 신호의 차이를 구별하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 캠핀(31)의 사용기간이 장기간 경과된 경우 원통캠(4)의 나선홈(41)이 마모되어 작은 회전의 경우 회전토크를 검출할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 회전입력에 의한 입력축의 비틀림에 따라 보다 큰 행정을 가지고 원통형 실린더가 상/하로 승강하도록 함으로써, 정확한 변위 검출이 이루어지는 회전토크 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 회전토크를 검출하는 토크검출장치의 구성을 나타낸 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 캠을 이용한 회전토크 검출장치를 나타낸 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 캠을 이용한 회전토크 검출장치의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 4 는 도 3의 회전토크 검출장치가 조립된 상태에서의 구성을 나타낸 단면도.

도 5 는 도 3의 회전토크 검출장치 내부에 설치된 스프링이 비틀림에 의하여 수축되는 상태를 나타낸 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100: 회전토크 검출장치200 : 입력축

220 : 나선형 홈부300 : 출력축

310 : 직선형 홈부320 : 반원통 홈부

330 : 스프링340, 341 : 스프링 캡

350 : 스프링 지지대351 : 스프링 지지대 홈부

400 : 원통형 실린더410 : 입력축 베어링 캠

412, 422 : 캠 핀420 : 출력축 베어링 캠

430 : 반원통 홈부440 : 원형 지지대

450 : 변위 검출용 홈부500 : 변위 검출부

510 : 변위 검출용 베어링520 : 변위 검출용 핀

530 : 배선600 : 하우징

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외주면에 적어도 하나 이상의 나선형 홈부가 형성된 입력축; 상기 입력축과 연결되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 직선형 홈부와 적어도 하나 이상의 반원통 홈부가 형성된 출력축; 상기 입력축과 출력축의 외주면을 둘러싸고, 내주면에 상기 출력축에 형성된 반원통 홈부와 상응한 적어도 하나 이상의 반원통 홈부와 상기 입력축의 나선형 홈부와 상기 출력축의 직선형 홈부에 치합되는 적어도 하나 이상의 캠이 형성된 원통형 실린더; 상기 출력축의 반원통 홈부와 상기 원통형 실린더의 반원통 홈부가 접하여 형성된 원통 홈부에 삽입되는 스프링; 및 상기 원통형 실린더의 상/하 승강에 따른 변위를 검출하는 변위 검출부를 포함한다.

또한, 상기 원통형 실린더에 형성된 캠은 베어링인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원통형 실린더는 외주면을 따라 반경방향으로 변위 검출용 홈부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 캠을 이용한 회전토크 검출장치를 나타낸 사시도이다. 도 2에서, 회전토크 검출장치(100)는 입력축(200)을 통해 회전토크를 입력받아 검출부(500)에서 회전방향을 검출하여 전기적인 신호로 배선(530)에 연결된 제어장치(미도시)로 전송한다.

도 3은 본 발명에 따른 캠을 이용한 회전토크 검출장치의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 회전토크 검출장치가 조립된 상태에서의 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 캠을 이용한 회전토크 검출장치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 회전토크 검출장치는 회전토크를 입력받는 입력축(200)과 상기 입력축(200)의 회전방향으로 함께 회전하는 출력축(300)과 상기 입력축(200)의 회전방향에 따라 상/하로 승강하는 원통형 실린더(400)와 비틀림에 따라 변위된 원통형 실린더(400)의 위치를 복원시키는 스프링(330)과 상기 원통형 실린더의 위치를 검출하는 변위 검출수단(500)으로 구성된다.

입력축(200)은 회전토크를 입력받으며, 적어도 하나 이상의 나선형 홈부(210)가 입력축(200)의 길이방향으로 소정 길이만큼 형성된다. 바람직하게 상기 나선형 홈부(210)는 3개이며, 상기 홈부(210)는 입력축(200)의 수직 중심축을 기준으로 서로 120°의 각을 이루어 형성된다.

출력축(300)은 상기 입력축(200)의 하부에 연결되며, 상기 입력축(200)의 회전방향에 따라 회전한다. 상기 출력축(300)은 적어도 하나 이상의 직선형 홈부(310)와 적어도 하나 이상의 반원통 홈부(320)가 출력축(300)의 길이방향으로 소정 길이만큼 형성된다. 바람직하게 상기 직선형 홈부(310)는 3개이며, 상기 홈부(310)는 출력축(300)의 수직 중심축을 기준으로 서로 120°의 각을 이루어 형성되며, 상기 반원통 홈부(320) 또한 3개가 형성되어, 상기 직선형 홈부(310)와 교대로 60°각을 이루어 형성된다. 상기 반원통 홈부(320)에는 변위가 발생할 경우 원래상태로 복원시키기 위한 스프링(330)이 삽입되며, 상기 스프링(330)의 양단에는 상기 스프링(330)에 일정한 탄성을 분배하도록 스프링 캡(340, 341)을 결합한다. 상기 반원통 홈부(320)에 스프링(330)이 삽입되면, 상기 스프링을 고정시키기 위하여 스프링 지지대(350)가 상기 반원통 홈부(320)의 일측 하단에 형성된 스프링지지대 홈부(351)에 삽입된다.

원통형 실린더(400)는 상기 입력축(200)과 출력축(300)의 외주면을 둘러싸고, 상기 입력축(200)의 비틀림에 따라 상/하로 승강한다. 상기 원통형 실린더(400)의 내부 일측에는 상기 입력축(200)에 형성된 나선형 홈부(210)와 치합되는 적어도 하나 이상의 베어링 캠(410)이 캠핀(412)과 결합하여 설치되고, 상기 원통형 실린더(400)의 내부 타측에는 상기 출력축(300)에 형성된 직선형 홈부(310)와 치합되는 적어도 하나 이상의 베어링 캠(420)이 캠핀(422)과 결합하여 설치된다. 바람직하게 상기 베어링 캠(410, 420)은 각각 3개이다. 또한, 상기 원통형 실린더(400)의 내부에는 상기 출력축(300)에 형성된 반원통 홈부(320)에 상응한 적어도 하나 이상의 반원통 홈부(430)가 형성되고, 상기 출력축(300)에 형성된 반원통 홈부(320)와 대칭되게 결합되며, 원형 지지대(440)로 고정한다. 상기 원통형 실린더(400)의 외부에는 외주면을 따라 변위를 검출하기 위한 홈부(450)가 반경방향으로 형성되며, 다른 실시예로 상기 외주면을 따라 변위를 검출하기 위한 돌출부가 형성될 수도 있다.

변위 검출부(500)는 하우징(600)의 일측면에 설치되고, 상기 원통형 실린더(400)의 외주면에 형성된 홈부(450)로 삽입되는 변위 검출용 베어링(510)과 상기 변위 검출용 베어링(510)을 지지하고, 상기 원통형 실린더(400)가 움직인 변위방향으로 회전하는 변위 검출용 핀(520)을 구비한다.

다음은 본 발명에 따른 캠을 이용한 회전토크 검출장치의 작동에 관하여 설명하면 다음과 같다.

외부에서 입력축(200)으로 회전토크가 가해지면 상기 입력축(200)은 토크가 가해진 방향으로 회전하게 되며, 이 경우, 입력축(200)에 연결된 출력축(300)은 관성력에 의하여 움직이지 않으려 하여 입력축(200)은 출력축(300)과 비틀리게 된다. 이때 상기 입력축(200)의 비틀림에 의하여 나선형 홈부(210)에 치합된 베어링 캠(410)이 나선형 홈을 따라 상/하로 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 베어링 캠(410)이 이동하는 방향으로 원통형 실린더(400)가 이동하게 되고, 상기 원통형 실린더(400)가 상/하로 승강할 수 있도록 출력축(300)에 형성된 직선형 홈부(310)에 치합된 베어링 캠(420)도 함께 이동하게 된다. 상기 원통형 실린더(400)가 승강함에 따라 외주면에 형성된 변위 검출홈부(450)에 설치된 검출용 베어링(510)의 변위도 함께 승강하게 되고, 이 때 상기 검출용 베어링(510)에 연결된 변위 검출용 핀(520)도 원통형 실린더(400)가 상/하로 움직인 만큼 회전하여 변위를 검출하게 된다. 변위 검출부(500)는 상기 검출용 핀(520)이 검출한 위치 변화를 가변저항, 거리비례 자계감지기 및 로드셀 등을 이용하여 출력할 수 있으며, 바람직하게 상기 변위 검출부(500)는 가변저항의 저항값을 출력한다.

도 5는 회전토크 검출장치 내부에 설치된 스프링이 비틀림에 의하여 수축되는 상태를 나타낸 단면도로서, 도 5a는 회전토크의 입력이 없는 경우 원통형 실린더(400)가 소정의 기준점을 유지하고 있는 상태를 나타내고, 도 5b는 입력축의 비틀림에 따라 스프링이 수축되는 것을 나타낸다. 입력축(200)을 통해 회전토크가 입력되면 입력축(200)의 비틀림으로 인하여 원통형 실린더(400)가 상/하로 승강하고, 출력축(300)은 원통형 실린더(400)와 소정 길이만큼 어긋나게 되며, 상기출력축(300)과 원통형 실린더(400) 사이에 설치된 스프링(330)은 수축하게 된다. 이후 출력축(300)이 입력축(200)과 같은 방향으로 회전하게 되면, 수축된 스프링(300)은 탄성력에 의하여 원통형 실린더(400)를 평형위치로 복원시키게 된다. 또한, 상기 원통형 실린더(400)가 원래 위치로 복원되면 변위 검출용 베어링(510)도 함께 복원되며, 이후 원통형 실린더(400)가 회전하는 방향을 따라 베어링(510)만 회전하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 입력축과 출력축의 외주면에 형성한 홈부와 상기 홈부에 치합된 캠에 베어링을 사용함으로써, 장기간 사용에 따른 캠의 마모를 방지하여 내구성을 향상시키고, 원통형 실린더의 상/하 승강시 마찰을 감쇄시키는 효과가 있으며, 구조의 단순화로 생산성 증대와 제조원가 절감 등의 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 외주면에 적어도 하나 이상의 나선형 홈부가 형성된 입력축;

   상기 입력축과 연결되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 직선형 홈부와 적어도 하나 이상의 반원통 홈부가 형성된 출력축;

   상기 입력축과 출력축의 외주면을 둘러싸고, 내주면에 상기 출력축에 형성된 반원통 홈부와 상응한 적어도 하나 이상의 반원통 홈부와 상기 입력축의 나선형 홈부와 상기 출력축의 직선형 홈부에 치합되는 적어도 하나 이상의 캠이 형성된 원통형 실린더;

   상기 출력축의 반원통 홈부와 상기 원통형 실린더의 반원통 홈부가 접하여 형성된 원통 홈부에 삽입되는 스프링; 및

   상기 원통형 실린더의 상/하 승강에 따른 변위를 검출하는 변위 검출부를 포함하는 캠을 이용한 회전토크 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 실린더에 형성된 캠은 베어링인 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 회전토크 검출장치
3. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 실린더는 외주면을 따라 반경방향으로 형성된 변위 검출용 홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 회전토크 검출장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 변위 검출부는 원통형 실린더의 외주면에 형성된 홈부로 삽입되는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 회전토크 검출장치.