KR20100130325A

KR20100130325A - 기계식 모터 부하시험장치

Info

Publication number: KR20100130325A
Application number: KR1020090048944A
Authority: KR
Inventors: 임병주; 박창대; 송찬호; 윤의수
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-12-13

Abstract

본 발명은 기계식 모터 부하시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축이 결합되어 있는 구동수단과, 상기 회전축모터 축의 회전속도 및 토크를 측정하기 위한 타코메터 및 토크메터, 구동수단 모터 내부의 권선에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 멀티메터, 상기 권선의 온도를 측정하는 온도센서를 비롯하여, 상기에서 측정된 다양한 측정값을 수집하는 DAQ, 상기 DAQ로부터 측정값을 신호로 전달받아 이를 모니터링, 기록, 데이터베이스화하는 디스플레이부를 구비함으로써, 모터와 같은 시험대상체에 부하를 인가하여 모터의 노화 및 성능저하 정도를 평가할 수 있도록 한 기계식 모터 부하시험장치를 제공하는데 있다.

부하시험장치, 구동수단, 모터, 성능시험, 온도, 전압, 전류, 토크, 회전속도, 오일 펌프, 릴리프 밸브, 부하시험

Description

기계식 모터 부하시험장치{Mechanical Motor Load Test Apparatus}

본 발명은 모터 등과 같은 시험대상체에 부하를 조절하며 인가시켜, 상기 시험대상체모터의 노화 및 성능저하 정도를 평가할 수 있도록 한 기계식 모터 부하시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터의 성능을 평가하기 위한 다양한 시험이 있는데 그 중 하나가 부하시험이다. 모터의 부하시험은 모터를 작동시킨 후 모터 축에 부하를 인가하여 모터 권선에 흐르는 전류가 최대값이 될 때까지 부하를 증가시켜 권선 온도의 최대 상승값을 측정하기 위한 시험이다. 신규 제작된 모터의 온도 상승 값과 장기간 사용한 모터의 온도 상승 값을 비교하면 후자의 온도 상승 값이 높다. 이는 후자의 경우 모터의 노화로 인해 전기에너지를 동력 에너지로 변환시키는 효율이 떨어지게 되는데, 모터에 동일 부하 조건을 인가 시 노화가 많이 된 모터일수록 권선에 흐르는 전류 값이 상승하게 되며 동시에 발생하는 열에너지 또한 상승하기 때문이다. 따라서 모터의 부하시험을 수행할 경우 모터의 노하 정도를 평가할 수 있다.

일반적으로 모터의 부하시험은 교류 또는 직류모터의 필수적인 시험으로서 모터를 재권선한 후 실제용량의 출력이 나오는지의 여부를 장시간 실부하를 걸어서 시험함으로써 모터의 성능을 완벽하게 판정하기 위한 것이다.

이러한 시험을 행하기 위한 종래의 시험장치는 피시험체인 모터에 발전기를 연결하고, 이 발전기에 걸리는 부하를 모터의 용량에 맞춰 조절하는 한편, 모터 및 발전기의 출력단자에 측정용 전류계와 전압계를 설치하여 부하에 따른 모터의 출력을 확인하는 구조로 되어 있다.

그런데 종래의 시험장치는 모터의 용량에 맞추어서 부하를 선정하고 저항을 맞추는 작업이 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서 모터 축에 인가하는 부하량을 쉽게 제어할 수 있는 부하시험 장비가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구동모터의 회전축에 부하를 인가한 후, 상기 회전축의 회전속도, 회전토크를 측정하고, 구동모터의 권선에 인입되는 전압 및 전류량과 권선의 온도를 측정하여 노화 및 성능저하 정도를 평가하여 정상작동 유무를 판단할 수 있도록 하며, 상기 회전축에 인가되는 부하의 양을 선택적으로 손쉽게 제어할 수 있도록 함과 더불어, 측정된 값을 전기적 신호로 수집하여 이를 모니터링 및 기록과 데이터화 할 수 있도록 한 기계식 모터 부하시험장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 구동모터의 회전축에 부하를 인가하는 부하장치와; 상기 구동모터에 인입되는 전류량을 측정하는 멀티메터와; 상기 구동모터에 인입되는 전류량에 따른 구동모터내 모터권선의 온도 변화를 측정하는 온도센서와; 상기 회전축의 회전토크를 측정하는 토크메터와; 상기 회전축의 회전속도를 측정하는 타코메터와; 상기 전류량, 온도, 회전토크, 회전속도의 측정신호를 전달받아 수집하는 DAQ와; 상기 DAQ와 연결되어 측정된 신호를 모니터링 및 기록하는 디스플레이부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하장치는 상기 회전축에 연결되어 부하를 인가하는 오일펌프와; 상기 오일펌프에 오일을 공급하는 오일탱크와; 상기 오일을 설정온도로 냉각시키는 냉각장치; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각장치는 상기 오일펌프와 오일탱크에 양단이 연결되는 쿨러와; 상기 쿨러에 냉각수를 공급하는 냉각수 탱크와; 상기 냉각수가 쿨러와 냉각수 탱크를 순환되도록 하는 펌프; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일펌프는 상기 오일펌프의 출력부를 오일탱크에 연결하여, 오일이 순환되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력부에는 릴리프 밸브가 설치되어, 상기 릴리프 밸브의 개도량에 따라, 오일 압력이 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 릴리프 밸브의 개도량이 증가되는 경우, 오일 압력은 감소되고, 상기 릴리프 밸브의 개도량이 감소되는 경우, 오일 압력은 증가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축에는 상기 출력부의 오일 압력에 비례하여 부하가 인가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각장치는 상기 릴리프 밸브의 후단에 설치되어, 오일 압력 증가에 의해 오일의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위하여, 상기 오일탱크로 유동되는 오일을 쿨러에 흐르는 냉각수와 열교환을 통해 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 시험대상체가 되는 모터 등에 부하를 인가한 후, 측정된 모터 권선의 온도 상승 값을 다양한 수치를 통해 시험대상체모터의 노화 및 성능저하 정도를 평가할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 시험대상체모터에 인가되는 부하의 양의 제어가 가능할 뿐만 아니라, 상기의 측정값을 기록 및 데이터베이스화하여 추후에 분석할 사용될 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기계식 모터 부하시험장치를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 기계식 부하시험장치는 구동모터(Motor, 10), 부하장치(Load System, 20), 멀티메터(Multimeter, 30), 온도센서(Temperature Sensor, 40), 토크메터(Torque Meter, 50), 타코메터(Tacho Meter, 60), DAQ(Data Acquisition, 70), 디스플레이부(Display Unit, 80)를 포함한다.

상기 구동모터(10)는 시험대상체가 되는 대상물로서, 본 발명에서는 구동모터(10)가 사용되어 있으며, 상기 구동모터(10)는 일단에 회전축(11)이 결합되어, 상기 구동모터(10)에 인가되는 전원에 의해 상기 회전축(11)이 회전되도록 한다.

또한, 상기 구동모터(10)는 내부에 모터권선(Winding)이 형성되어, 상기 모터권선에 인입되는 전류가 최대일 경우, 상기 모터권선의 온도 또한 최대값으로 상승된다.

상기 부하장치(20)는 일단이 구동모터(10)에 고정연결되어 있는 회전축(11)의 타단에 결합되어 상기 회전축(11)에 부하를 가함으로써, 상기 회전축(11)의 회전을 방해하는 부하를 인가하는 장치이다.

상기 부하장치(20)는 동력전달기기를 이용하여 회전축(11)에 부하를 인가하도록 하였으며, 본 발명에서는 동력전달기기로 오일펌프(21)가 사용되었다.

상기 오일펌프(21) 내로 유입된 오일은, 상기 오일펌프(21)로 일단이 내설되는 회전축(11)에 압력을 가하게 되고, 이러한 오일의 압력은 회전축(11)에 부하로 작용되는 것이다.

즉, 상기 회전축(11)의 타단에 오일펌프(21)를 부착하고, 상기 오일펌프(21)에 오일을 공급하는 오일탱크(22)가 구비되도록 한다.

또한, 상기 오일펌프(21)의 출력부(23)를 오일탱크(22)에 연통연결하여, 상기 오일이 오일펌프(21)와 오일탱크(22)를 상호 순환될 수 있도록 한다.

상기 릴리프 밸브(24)는 오일펌프(21)의 출력부(23)에 설치되는 것으로, 상기 오일펌프(21)에서부터 오일탱크(22)로 유동되는 오일의 압력을양이 조절되도록 하는 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 상기 오일탱크(22)로부터 오일을 공급받는 양에 따라 오일펌프(21) 내에서는 오일에 압력이 발생되고, 상기 발생된 오일 압력은 오일펌프(21)의 타단에 결합되어 있는 모터축의 회전을 방해하는 부하를 인가하게 된다. 상기 오일펌프(21)는 오일을 일정한 유량으로 순환시키는데, 상기 릴리프 밸브(24)의 개도를 감소시키면 오일이 지나가는 유로의 단면적이 줄어드는 효과가 발 생하며, 이 때 상기 오일펌프(21)에 의한 오일 유량은 일정하기 때문에 상기 오일탱크(21)에서 상기 릴리프 밸브(24)사이의 오일 압력은 증가하게 되며, 증가된 압력조건에서 오일을 일정한 유량으로 유지시키기 위해 상기 오일펌프(21)에 더 많은 구동력이 필요하게 된다. 상기 오일펌프(21)를 작동시키는 구동원은 상기 상기 구동모터(10)이므로 결국 상기 오일펌프(21)의 구동력 증가에 의해 상기 구동모터(10)에 부하가 인가된다.

이때, 상기 오일펌프(21)로부터 오일탱크(22)로 순환되는 출력부(23)의 오일의 압력을 상기 릴리프 밸브(24)를 통해 조절이 되도록 하는 것으로, 상기 릴리프 밸브(24)의 개도량에 따라 오일 압력이 제어되도록 하는데, 다시 말해, 상기 릴리프 밸브(24)의 개도량이 감소하게 되면, 상기 출력부(23)를 통해 오일펌프(21)에서 오일탱크(22)로 순환되는 오일 압력이 증가하기 때문에의 양이 적어짐으로, 출력부(23)의 오일 압력이 증가하게 되며, 된다. 이는 곧 구동모터(10)의 회전축(11)에 오일 압력과에 비례하는 부하가 인가되는 것이다.

이와 반대로, 상기 릴리프 밸브(24)의 개도량을 증가시키면, 상기 출력부(23)를 통해 오일펌프(21)에서 오일탱크(22)로 순환되는 오일의 양이 많아지게 되고, 이는 출력부(23)의 오일 압력이 감소됨을 의미하므로, 오일펌프(21)를 통해 회전축(11)에 인가되는 부하량 또한 감소된 오일 압력에 비례하여 감소되는 것이다.

상기 냉각장치(90)는 쿨러(91)와 냉각수 탱크(92)와, 펌프(93)로 이루어진 다. 상기 냉각장치(90)는 오일의 온도를 설정온도 즉, 적정 사용온도까지 낮추기 위한 것으로, 오일의 압력을 증가시킬수록 오일의 온도 또한 증가됨은 당연하기 때문이다.

상기 냉각장치(90) 즉, 쿨러(91)는 오일펌프(21)의 출력부(23), 즉, 상기 릴리프 밸브(24) 후단에 위치되도록 출력부(23)에 설치하여, 상기 릴리프 밸브(24)를 통해 오일이 오일탱크(22)로 유동되기 전, 증가된 오일 온도가 낮춰지도록 한다.

본 발명에서는 상기의 상기 쿨러(91)에 냉각수를 공급하는 냉각수 탱크(92)를 연결하고, 상기 냉각수가 쿨러(91)와 냉각수 탱크(92)를 상호 순환될 수 있도록 펌프(93)를 설치하였다. (물론, 상기 쿨러(91)와 냉각수 탱크(92) 상호간에는 냉각수가 유동 될 수 있는 유동라인이 구비되어 있어야 함은 당연하다.)

상기 멀티메터(30)는 구동모터(10) 내부에 권취되어 있는 모터권선에 인입되는 전류와 전압양을 측정하기 위한 것이다.

상기 온도센서(40)는 모터권선에 인입되는 전류량에 따른 모터권선의 온도를 측정하기 위한 것으로서, 구동모터(10)의 회전축(11)에 상기 부하장치(20)를 이용하여 부하를 인가하게 되면, 모터권선에 공급되는 전류가 상승하며 동시에 모터권선의 온도 역시 상승하게 된다. 상기 회전축(11)에 인가된 부하량을 부하장치(20)를 이용하여 서서히 증가시켜 사용자 및 모터 제작사에서 제시한 최대 허용 값까지 전류를 상승시킨다.

시험 중, 모터권선의 온도를 측정하면 대기 온도에서 시간에 따라 증가하다가 결국 포화상태에 이르게 되는데(모터의 RPM은 일정.), 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 대기온도(Environmental Temp. EP)와 포화상태온도(Peak Temp. PT)간의 차이를 구동모터(10)의 온도상승(Temperature Rise, TR)이라고 정의하며, 상기의 온도상승(TR)은 모터의 손실(Loss)을 상징하는 값으로 사용된다.

즉, 구동모터(10)의 경우, 제작 직후 초기상태에서는 에너지 손실이 적기 때문에 온도상승 값이 낮지만 장시간 사용할 경우 모터권선의 노화 및 기계적 노화 등의 이유로 손실 정도로 높아지며 이에 따라 온도상승 값은 증가하게 된다.

상기 토크메터(50)와 타코메터(60)는 각각 상기 회전축(11)에 설치되어, 상기 회전축(11)의 회전토크와, 회전축(11)의 회전속도를 각각 측정한다.

상기 DAQ(70)는 선술된, 멀티메터(30), 온도센서(40), 토크메터(50), 타코메터(60)와 전기적으로 연결되어, 각각에서 측정된 값, 즉, 구동모터(10) 내 모터권선에 인입되는 전류량, 인입되는 전류량에 따른 모터권선의 온도, 회전축(11)의 회전토크, 회전축(11)의 회전속도의 전기적 신호를 수집하는 장치이다.

상기 디스플레이부(80)는 선술된 DAQ(70)와 전기적으로 연결되어, 상기 DAQ(70)에서 수집한 측정값들을 외부에서 확인 가능토록 모니터링을 하고, 기록 및 데이터베이스화하는 장치이다. 본 발명에서는 상기 디스플레이부(80)로 PC가 사용 되었지만, 이는 사용자의 선택에 의해 동일한 기능의 다른 구성요소로도 대체가능함은 당연하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 기계식 모터 부하시험장치를 나타낸 일실시예의 개요도.

도 2는 본 발명에 따른 부하장치를 나타낸 일실시예의 개요도.

도 3은 본 발명에 따른 온도상승에 의한 구동모터의 손실을 나타내는 일실시예의 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10: 구동모터 11: 회전축

20: 부하장치 21: 오일펌프

22: 오일탱크 23: 출력부

24: 릴리프 밸브 30: 멀티메터

40: 온도센서 50: 토크메터

60: 타코메터 70: DAQ

80: 디스플레이부 90: 냉각장치

91: 쿨러 92: 냉각수 탱크

93: 펌프

Claims

구동모터(10)의 회전축(11)에 부하를 인가하는 부하장치(20)와;

상기 구동모터(10)에 인입되는 전류량을 측정하는 멀티메터(30)와;

상기 구동모터(10)에 인입되는 전류량에 따른 구동모터(10)내 모터권선의 온도 변화를 측정하는 온도센서(40)와;

상기 회전축(11)의 회전토크를 측정하는 토크메터(50)와;

상기 회전축(11)의 회전속도를 측정하는 타코메터(60)와;

상기 전류량, 온도, 회전토크, 회전속도의 측정신호를 전달받아 수집하는 DAQ(70)와;

상기 DAQ(70)와 연결되어 측정된 신호를 모니터링 및 기록하는 디스플레이부(80);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제1항에 있어서,

상기 부하장치(20)는

상기 회전축(11)에 연결되어 부하를 인가하는 오일펌프(21)와;

상기 오일펌프(21)에 오일을 공급하는 오일탱크(22)와;

상기 오일을 설정온도로 냉각시키는 냉각장치(90);

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제2항에 있어서,

상기 냉각장치(90)는

상기 오일펌프(21)와 오일탱크(22)에 양단이 연결되는 쿨러(91)와;

상기 쿨러(91)에 냉각수를 공급하는 냉각수 탱크(92)와;

상기 냉각수가 쿨러(91)와 냉각수 탱크(92)를 순환되도록 하는 펌프(93);

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제2항에 있어서,

상기 오일펌프(21)는

상기 오일펌프(21)의 출력부(23)를 오일탱크(22)에 연결하여, 오일이 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제4항에 있어서,

상기 출력부(23)에는 릴리프 밸브(24)가 설치되어,

상기 릴리프 밸브(24)의 개도량에 따라, 오일 압력이 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제5항에 있어서,

상기 릴리프 밸브(24)의 개도량이 증가되는 경우, 오일 압력은 감소되고, 상기 릴리프 밸브(24)의 개도량이 감소되는 경우, 오일 압력은 증가되는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전축(11)에는

상기 출력부(23)의 오일 압력에 비례하여 부하가 인가되는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.
제4항에 있어서,

상기 냉각장치(90)는

상기 릴리프 밸브(24)의 후단에 설치되어,

오일 압력 증가에 의해 오일의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위하여, 상기 오일탱크(22)로 유동되는 오일을 쿨러(91)에 흐르는 냉각수와 열교환을 통해 냉각 시키는 것을 특징으로 하는 기계식 모터 부하시험장치.