KR20170005304A - 모터 특성 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 특성 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버(C)에 장착된 모터의 성능을 시험하여 신뢰성을 검증토록 상기 모터(M)와 결합된 연결지그부(10)와, 상기 연결지그부(10)의 스핀들(12)의 외부를 감싸는 외기차단케이스(20)와, 상기 스핀들(12)과 연결되어 상기 모터(M)의 부하로 작용되는 모터부하단(30)이 구비되고 상기 모터부하단(30)을 2중으로 제동하여 가혹한 조건으로 성능시험하는 모터 특성 검사장치에 관한 것이다.

Description

모터 특성 검사장치{Test apparatus for motor characteristic}

본 발명은 모터 특성 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항온항습기 등에 구비된 모터의 성능에 대한 특성 검사시 2중으로 구성된 부하단을 이용하여 신뢰성을 검증함으로써, 가혹한 조건으로 시험하여 시험기간이 줄어들고, 모터와 부하단을 연결하는 중심축인 스핀들의 외부를 감싸는 외기차단케이스가 구비됨으로써, 챔버의 내외부가 서로에게 미치는 영향을 차단하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 방산 분야 또는 로봇 분야 및 원자력 발전소에서 사용되는 설비중에는 특수한 목적을 가지는 다양한 구동기가 개발되어 사용되고 있으며, 운전 및 안전에 중요한 역할을 하고 있어, 상기 구동기가 실제 목적하는 만큼의 성능을 만족하는지를 점검하는 성능 점검 과정이 반드시 필요하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 성능 점검 과정은 구동기에 대한 각각의 시험 내용에 대하여 별도의 시험 장비를 이용하여 성능 점검이 행해지는 것이 일반적이었다.

이를 개선하기 위한 종래 기술로 한국 등록 특허 제10-1297755호(등록일자 2013년08월12일)에는 "구동기용 다목적 하중 모의 시험기 및 이를 이용한 모의 시험 시스템"가 개시되었다.

상기한 종래 기술은 도 1에 도시된 바와 같이 구동기의 기계적 성능 및 제어 성능을 하나의 장비로 모두 점검할 수 있도록 하기 위한 구동기용 다목적 하중모의 시험기로서,

시험용 구동기; 상기 시험용 구동기에 원하는 운동값 또는 하중을 부과하기 위한 하중생성모터; 상기 시험용 구동기와 상기 하중생성모터를 연결하는 동력 전달 샤프트; 상기 동력 전달 샤프트의 편각 및 편심을 보상하기 위한 커플링; 상기 시험용 구동기를 고정하기 위한 고정 브라켓; 상기 하중생성모터의 속도 가감속을 통한 토크 용량 및 속도 범위 조절을 위한 기어부; 상기 시험용 구동기 출력단의 위치 및 각도를 측정하기 위한 각도 및 위치센서; 상기 하중생성모터와 상기 시험용 구동기 사이의 힘 또는 토크를 측정하며 피드백을 위해 사용되는 하중센서; 상기 시험용 구동기와 상기 하중생성모터 사이의 동력 전달을 연결 또는 해제하는 클러치; 내부에 베어링을 포함하여 상기 동력전달 샤프트를 지지하는 지지체; 및 상기 모의 시험기 본체를 지지하기 위한 베이스를 포함하여 구성됨으로써, 0점 점검, 극성 시험, 조립상태 시험, 최대 토크 측정 및 백래쉬 영역 측정을 포함하는 구동기의 기본 기능 점검과, 최대각속도 시험, 구형파 응답 시험, 계단 응답 시험, 주파수 응답 시험 및 외란 제어 성능 시험을 포함하는 구동기의 부하 상태 또는 무부하 상태의 운동 성능 시험과, 구동기의 내구성 성능 시험을 포함하는 구동기성능 점검을 단일의 장비로 모두 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 종래 기술은 모의 시험에 악영향을 주는 관성을 제거할 수 있도록 클러치를 제거하고 시험용 구동기와 하중생성모터를 직접 연결시키되, 실제의 클러치를 물리적으로 연결 또는 해제하는 과정 없이 하중생성모터의 하중을 제어함으로써, 클러치가 해제되었을 때처럼 무부하 하중 조건을 구현하거나, 클러치가 연결되었을 때처럼 부하 하중조건을 구현할 수 있도록 구성되어, 구동기의 기계적 성능 및 제어 성능을 하나의 장비로 모두 점검할 수 있게 된다.

다만, 상기한 종래기술은 구동기의 점검을 위해 부하로서 작용되는 구성이 하중생성모터 하나로 구성됨으로써, 2중의 부하단이 구비된 구성보다는 실제 구동기의 성능을 검증하는 데에는 시간이 많이 소모되는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 종래 기술은 실제 시험용 구동기가 탑재되는 챔버의 내부 열에 의해 테스트 조건이 변화하게 되며, 변화된 조건이 하중 모의 시험기의 구동 조건을 악화시켜 정확한 구동기의 성능을 측정하기에는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 종래기술은 구동기 또는 모터의 성능 검증시 각각의 항목별로 검사를 반복적으로 행해야 함으로 인해 점검 과정 자체가 비효율적으로 진행될 뿐만 아니라, 검사 기간 및 비용의 상승을 초래하는 원인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 챔버의 내외부를 관통하는 스핀들의 외부를 감싸도록 외기차단케이스가 구비되어 챔버의 내외부가 서로 차단되어 환경조건에 의한 영향을 차단하며, 2중 부하단으로 작동하는 파우더브레이크와 서보모터단이 구비됨으로써, 토크와 회전속도에 시험정보를 동시에 얻을 수 있고, 가혹조건으로 운영된 시험환경으로 시험기간을 단축하여 개발시간을 단축할 수 있는 모터 특성 검사장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 모터 특성 검사장치는 항온항습기의 챔버에 장착된 모터의 성능을 시험하여 신뢰성을 검증하는 부하장치로서, 상기 모터의 샤프트와 결합되는 연결커플링과, 상기 연결커플링에 결합되며 상기 챔버의 내외부를 관통하는 연결공에 삽입된 스핀들이 구비된 연결지그부와; 상기 연결공과 상기 스핀들의 외부를 감싸는 외기차단케이스와; 상기 스핀들과 연결되어 상기 모터의 부하로 작용되는 모터부하단으로 이루어지고,

상기 모터부하단은 상기 스핀들의 편각 및 편심을 보상하는 커플링이 양단에 구비되고 상기 스핀들의 토크 및 회전수를 계측하는 토크리미터와, 상기 커플링과 연결되어 상쇄자속으로 제동하는 파우더브레이크와, 상기 파우더브레이크와 연결되며 제동력을 연결 또는 해제하는 클러치와, 상기 클러치와 연결되어 정속도로 구동되도록 제동하는 서보모터가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 연결지그부에는 상기 모터의 샤프트와 결합되어 직각방향의 하중을 전달하는 암과, 상기 암의 하부에 연결되어 상기 하중을 계측하는 로드셀이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 모터 특성 검사장치는 상부부하장치와 하부부하장치로 이루어지고, 상기 상부부하장치와 하부부하장치는 상기 챔버에 다수개 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 모터부하단은 상기 파우더브레이크와 서보모터에 인가되는 전원을 제어하는 브레이크컨트롤러가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 토크리미터는 상기 스핀들의 토크와 회전수를 계측하여 데이터수집장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버에는 부하로드시 상기 모터의 온도변화를 감지하는 온도센서와, 진동을 감지하는 가속도센서가 구비된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 모터 특성 검사장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 항온항습기의 모터와 연결되는 스핀들이 챔버를 관통하여 외부로 노출된 경우 상기 스핀들과 상기 챔버의 일부를 감싸는 외기차단케이스가 구비됨으로써, 외기가 상기 챔버의 내부로 영향을 미치는 것을 차단하게 되며,

둘째, 항온항습기에 장착된 모터의 사용조건보다 가혹한 조건을 부과하는 가속시험으로 고장메커니즘을 촉진시키는 방법을 주로 활용함으로써 잠재적 고장모드에 대한 정보를 빨리 취득할 수 있고,

셋째, 항온항습기에 장착된 모터의 성능시험시 부하장치를 두 개의 부하설비인 파우더브레이크와 서보모터를 포함하여 구성함으로써, 상기 모터에 부가하는 부하를 고도화 하여 한 개의 부하설비로 시험하는 경우보다 검증 시험시간이 줄어들며,

넷째, 상기 모터의 가속수명시험으로 개발 및 양산을 위한 검증시간이 대폭 단축되고, 성능정보, 잠재적 고장모드 및 설계 취약점 등의 상기 모터의 신뢰성에 관한 정보를 빨리 확인하여 개발비용을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 구동기용 다목적 하중 모의 시험기를 나타낸 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 모터 특성 검사장치의 정단면도이며,
도 3은 본 발명의 브레이크컨트롤러의 연결상태를 나타낸 블럭도이고,
도 4는 본 발명의 모터 특성 검사장치의 일 실시예에 따른 정단면도이며,
도 5는 본 발명의 모터 특성 검사장치의 다른 실시예에 따른 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 특성 검사장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 모터 특성 검사장치는 도 2에 도시된 바와 같이 항온항습기의 챔버(C)에 장착된 모터의 성능을 시험하여 신뢰성을 검증하는 부하장치로서, 상기 모터(M)의 샤프트와 결합되는 연결커플링(11)과, 상기 연결커플링(11)에 결합되며 상기 챔버(C)의 내외부를 관통하는 연결공(12')에 삽입된 스핀들(12)이 구비된 연결지그부(10)와, 상기 연결공(12')과 상기 스핀들(12)의 외부를 감싸는 외기차단케이스(20)와, 상기 스핀들(12)과 연결되어 상기 모터(M)의 부하로 작용되는 모터부하단(30)으로 이루어지고,

상기 모터부하단(30)은 상기 스핀들(12)의 편각 및 편심을 보상하는 커플링(31a)이 양단에 구비되고 상기 스핀들의 토크 및 회전수를 계측하는 토크리미터(31)와, 상기 커플링(31a)과 연결되어 상쇄자속으로 제동하는 파우더브레이크(32)와, 상기 파우더브레이크(32)와 연결되며 제동력을 연결 또는 해제하는 클러치(33)와, 상기 클러치(33)와 연결되어 정속도로 구동되도록 제동하는 서보모터(34)가 구비된다.

여기서, 상기 파우더브레이크(32)는 내열성, 내마모성이 우수한 제동장치로서, 부하량인 토크를 흡수,조정하게 된다. 상기 서보모터(34)는 정속도의 회전을 유지시키는 부하단이며, 상기 파우더브레이크(32)와 상기 서보모터(34)는 이중부하로써 상기 스핀들(12)의 회전수를 조정하게 된다.

이때, 상기 클러치(33)는 상기 파우더브레이크(32)와 상기 서보모터(34)의 사이에서 제동력을 연결 또는 해제하게 된다.

한편, 상기 외기차단케이스(20)에는 상기 스핀들(12)의 회전을 원할히 하는 베어링(미도시)과 외기를 차단하는 씰링(미도시)가 더 구비되게 된다.

상기 연결지그부(10)에는 상기 모터(M)의 샤프트와 결합되어 직각방향의 하중을 전달하는 암(13)과, 상기 암(13)의 하부에 연결되어 상기 하중을 계측하는 로드셀(14)이 구비된다.

상기 모터 특성 검사장치(1)는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상부부하장치(2)와 하부부하장치(3)로 이루어지고, 상기 상부부하장치(2)와 하부부하장치(3)는 상기 챔버(C)에 다수개 결합되어 상기 모터(M)의 내구성을 테스트하게 된다.

상기 모터부하단(30)은 상기 파우더브레이크(32)와 서보모터(34)에 인가되는 전원을 제어하는 브레이크컨트롤러(35)가 구비된다.

여기서, 상기 브레이크컨트롤러(35)는 상기 파우더브레이크(32)의 토크를 컨트롤 하는 파우더브레이크콘트롤러와 상기 서보모터(34)의 정속도를 컨트롤하는 서모모터드라이버가 구비되게 된다.

상기 토크리미터(31)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 스핀들(12)의 토크와 회전수를 계측하여 데이터수집장치(D)로 전송한다. 그리고, 상기 챔버(C)에는 부하로드시 상기 모터(M)의 온도변화를 감지하는 온도센서(15)와, 진동을 감지하는 가속도센서(16)가 구비된다.

여기서, 상기 데이터수집장치(D)는 항온항습기용 모터에 공급되는 전원과 온도 및 진동 등의 상태정보를 수집하여 항온항습기의 제어부에 전송하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 모터 특성 검사장치의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 모터 특성 검사장치는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 모터(M)에 가혹한 사용조건을 부과하여 신뢰성을 검증하는 장치로 상기 모터(M)에 연결된 연결지그부(10)와 외기의 영향을 차단하는 외기차단케이스(20) 및 상기 모터(M)의 부하로 작용되는 모터부하단(30)으로 이루어지고, 상기 모터부하단(30)이 상기 모터(M)를 제동하는 부하로 작용되게 된다.

여기서, 상기 모터부하단(30)에는 파우더브레이크(32)와 서보모터(34)가 구비되어 제동하게 되고, 커플링(31a)이 양단에 구비된 토크리미터(31)가 상기 스핀들(12)의 토크 및 회전수를 계측하게 된다.

그리고, 상기 파우더브레이크(32)는 로터와 스테이터의 사이 갭에 자성체인 파우더가 구비되고, 상기 파우더(미도시)가 상쇄 자속으로 작용되어 제동하게 된다.

또한, 상기 서보모터(34)는 전원인가시 스테이터의 코일에 유도된 자력을 아마츄어에 작용시켜 스프링의 브레이크 역할을 해제하고, 전원차단시 상기 자력이 해제되어 상기 아마추어는 페이싱에 밀착된다. 이때 상기 스프링이 상기 아마추어에 브레이크압력을 전달한다.

이와 같이 상기 파우더브레이크(32)와 서보모터(34)는 한 개의 부하설비로 시험하는 경우보다 검증 시험시간이 줄어들게 하고, 브레이크컨트롤러(35)가 구비되어 상기 파우더브레이크(32)와 서보모터(34)에 인가되는 전원을 제어하게 된다.

한편, 상기 연결지그부(10)에는 상기 스핀들(12)을 상기 모터(M)의 샤프트와 결합시키는 연결커플링(11)이 구비되며, 상기 연결커플링(11)은 동력전달시 상기 스핀들(12)의 편각 및 편심을 보상하게 된다. 여기서, 상기 편각은 상기 스핀들(12)이 축심방향에서 휘어진 각도이며, 상기 편심은 상기 스핀들(12)의 중심이 서로 맞지 않는 상태를 말한다.

상기 스핀들(12)은 상기 챔버(C)의 내외부를 관통하는 연결공(12')에 삽입되어 상기 챔버(C)의 내외부를 연결하게 된다.

이때, 외기차단케이스(20)는 상기 연결공(12')과 상기 스핀들(12)의 외부를 감싸고, 외부의 공기가 상기 챔버(C)의 내부에 영향을 미치는 것을 차단하게 된다.

그리고, 상기 연결지그부(10)에는 로드셀(14)이 구비되어 상기 모터(M)에서 생성된 하중을 전기신호로 출력하여 계측하게 된다. 이때, 상기 로드셀(14)은 상기 모터(M)의 샤프트와 결합된 암(13)으로 연결되게 된다.

한편, 본 발명의 모터 특성 검사장치(1)는 복수개의 상기 모터(M)의 내구성을 테스트할 수 있도록 상부부하장치(2)와 하부부하장치(3)가 다수개 구비된다. 그리고, 상기 챔버(C)에는 온도센서(15)와 가속도센서(16)가 구비되어 부하로드시 데이터수집장치(D)에 온도변화와 진동을 감지하여 전송하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 모터 특성 검사장치 2 : 상부부하장치
3 : 하부부하장치 10 : 연결지그부
11 : 연결커플링 12 : 스핀들
12' : 연결공 13 : 암
14 : 로드셀 15 : 온도센서
16 : 가속도센서 20 : 외기차단케이스
30 : 모터부하단 31a : 커플링
31 : 토크리미터 32 : 파우더브레이크
33 : 클러치 34 : 서보모터
35 : 브레이크컨트롤러
C : 챔버 D : 데이터수집장치 M : 모터

Claims (6)

1. 항온항습기의 챔버(C)에 장착된 모터의 성능을 시험하여 신뢰성을 검증하는 부하장치에 있어서,
   상기 모터(M)의 샤프트와 결합되는 연결커플링(11)과, 상기 연결커플링(11)에 결합되며 상기 챔버(C)의 내외부를 관통하는 연결공(12')에 삽입된 스핀들(12)이 구비된 연결지그부(10)와;
   상기 연결공(12')과 상기 스핀들(12)의 외부를 감싸는 외기차단케이스(20)와;
   상기 스핀들(12)과 연결되어 상기 모터(M)의 부하로 작용되는 모터부하단(30)으로 이루어지고,
   상기 모터부하단(30)은
   상기 스핀들(12)의 편각 및 편심을 보상하는 커플링(31a)이 양단에 구비되고 상기 스핀들의 토크 및 회전수를 계측하는 토크리미터(31)와,
   상기 커플링(31a)과 연결되어 상쇄자속으로 제동하는 파우더브레이크(32)와,
   상기 파우더브레이크(32)와 연결되며 제동력을 연결 또는 해제하는 클러치(33)와,
   상기 클러치(33)와 연결되어 정속도로 구동되도록 제동하는 서보모터(34)가 구비된 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결지그부(10)에는
   상기 모터(M)의 샤프트와 결합되어 직각방향의 하중을 전달하는 암(13)과, 상기 암(13)의 하부에 연결되어 상기 하중을 계측하는 로드셀(14)이 구비된 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 모터 특성 검사장치(1)는 상부부하장치(2)와 하부부하장치(3)로 이루어지고,
   상기 상부부하장치(2)와 하부부하장치(3)는 상기 챔버(C)에 다수개 결합된 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 모터부하단(30)은
   상기 파우더브레이크(32)와 서보모터서보모터전원을 제어하는 브레이크컨트롤러(35)가 구비된 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 토크리미터(31)는 상기 스핀들(12)의 토크와 회전수를 계측하여 데이터수집장치(D)로 전송하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 챔버(C)에는 부하로드시
   상기 모터(M)의 온도변화를 감지하는 온도센서(15)와, 진동을 감지하는 가속도센서(16)가 구비된 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사장치.

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