KR20170011968A - Torque measurement arrangement and method of rotating drives or machines - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토크를 검출하기 위한 센서와 센서 신호를 출력 신호로 변환하기 위한 신호 처리 유닛을 포함하는 회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a torque-measuring device for a rotary drive or a machine including a sensor for detecting torque and a signal processing unit for converting a sensor signal into an output signal.
본 발명은 또한 회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 방법과도 관련이 있으며, 상기 방법에서는 센서에 의해 토크용 센서 신호가 검출되고, 그리고 이러한 센서 신호가 신호 처리 유닛에 전송된 다음, 이 신호 처리 유닛에서 출력 신호로 변환되어 출력된다.The present invention also relates to a rotational drive device or a torque measurement method for a machine in which a sensor signal for torque is detected by a sensor and such sensor signal is transmitted to a signal processing unit, And then output.
본 설명서에서는 예컨대 에너지 변환에 의해 구동 장치 샤프트의 회전 운동을 발생시킬 수 있는 전기 모터 또는 내연 기관이 회전 구동 장치로 이해된다.In this manual, for example, an electric motor or an internal combustion engine capable of generating rotational motion of a drive shaft by energy conversion is understood as a rotation drive device.
"기계"라는 개념은 가동성 부품들을 갖는 장치를 의미하는데, 이러한 가동성 부품들은 운동 시 구동 장치에 의해 오프셋 될 수 있다. 특히 예를 들어 차량의 공조 시스템에 삽입되는 압축기가 기계로 이해될 수 있다. 이러한 경우에는 통상적으로 또한 내연 기관의 샤프트와 같이 공조 압축기(air-conditioning compressor)의 샤프트에 구동 디스크가 장착되고, 그리고 2개의 구동 디스크 위에 놓인 벨트에 의해 힘 전달이 가능하게 된다.The term "machine" refers to a device having movable components, which may be offset by a drive during motion. Particularly, for example, a compressor inserted into an air conditioning system of a vehicle can be understood as a machine. In this case, a driving disc is usually mounted on the shaft of an air-conditioning compressor, such as a shaft of an internal combustion engine, and force transmission is possible by a belt placed on the two driving discs.
이와 관련하여서는 형성예들이 공지되어 있는데, 이러한 형성예들에서 공조 압축기는 클러치를 통해 작동된다. 이러한 클러치 작동으로 인해 내연 기관에서 공조 압축기로의 힘 전달이 중단될 수 있는데, 예를 들면 이와 같은 힘 전달 중단 경우는 냉각 성능(cooling capacity)이 요구되지 않는 경우인데, 그 이유는 주변 온도가 상응하게 낮은 값을 갖고 있기 때문이다.Formation examples are known in this connection, in which the air conditioning compressor is operated via a clutch. This clutch operation may interrupt the transmission of force from the internal combustion engine to the air conditioning compressor, for example, when such a power transmission shutdown case does not require cooling capacity, This is because it has a low value.
예컨대 차량 내 또는 검사대에서는 구동 장치 또는 공조 압축기의 토크 측정이 필수적일 수 있다.For example, it may be necessary to measure the torque of the drive unit or the air conditioning compressor in the vehicle or the inspection table.
종래 기술에는 토크 측정을 위해 소위 압축기의 샤프트에 스트레인 게이지(strain gauge)(DMS)들이 적용되어야 하는 토크 측정 허브(torque measuring hub)들을 삽입하는 것이 공지되어 있다. 상기와 같은 측정 장치의 설치를 위해서는 압축기 분리가 불가피하다.It is known in the prior art to insert torque measuring hubs in which the strain gauges (DMS) must be applied to the so-called compressor shafts for torque measurement. In order to install such a measuring device, compressor separation is inevitable.
종래 기술에 따른 이러한 해결책에서 나타나는 단점은 측정 장치를 설치하기 위해 압축기를 분리해 내야 한다는데 있다. 상기와 같은 설치를 실시하기 위해서는 다수의 작업 단계가 필요하다. 한편으로는 압축기를 분리하기 전에 냉매 회로로부터 냉매를 빨아내야 한다. 또한, 압축기를 구동시키는 구동 벨트를 이완시키기 분리해 내야 한다. 그래야만 후속해서 차량으로부터 압축기가 분리될 수 있다.A disadvantage of this solution according to the prior art is that the compressor must be removed in order to install the measuring device. In order to perform the above installation, a number of work steps are required. On the other hand, the refrigerant must be sucked from the refrigerant circuit before the compressor is separated. In addition, the drive belt that drives the compressor must be separated and released. Only then can the compressor be disconnected from the vehicle.
스트레인 게이지들은 압축기의 샤프트에 맞게 적용되기 때문에 압축기가 분해되어야 한다. 분리된 샤프트 상에서 스트레인 게이지들은 측정 장치의 센서로서 설치된다. 측정 장치의 접속 라인들은 압축기로부터 외부로 리드되어야 한다(leakage). 후속해서 압축기의 조립 및 설치가 이루어질 수 있다. 이어서 공조 회로가 배기되거나 공조 장치가 새로 충전된다.Since the strain gauges are applied to the shaft of the compressor, the compressor must be disassembled. On the separate shaft, strain gauges are installed as sensors of the measuring device. The connection lines of the measuring device must be leaked out of the compressor. Subsequently, the compressor can be assembled and installed. Then the air conditioning circuit is exhausted or the air conditioner is newly charged.
본 발명의 과제는 적은 복잡성으로 기존의 시스템에 설치할 수 있고 신뢰할 수 있는 토크 측정을 가능하게 하는, 회전 구동 장치 또는 기계용 비접촉식 토크 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a non-contact torque measuring device and method for a rotary drive or machine that can be installed in an existing system with low complexity and enable reliable torque measurement.
상기 과제는 특허청구범위 청구항 1의 특징들을 갖는 장치에 의해 해결된다. 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.The above problem is solved by an apparatus having the features of
토크 측정 장치는 송신기측 및 수신기측 신호 처리 유닛으로 분할될 수 있다. 송신기측 신호 처리 유닛은 지지판 상에 설치되고, 이러한 지지판은 예컨대 구동 디스크와 연결된 클러치 압력판(clutch pressure plate)에 연결되어 있다. 이 목적을 위해 기계의 기존 클러치 압력판이 본 발명에 따라 변형된 클러치 압력판과 지지판으로 교체된다.The torque measuring device may be divided into a transmitter side and a receiver side signal processing unit. The transmitter side signal processing unit is mounted on a support plate, which is connected to a clutch pressure plate connected to the drive disc, for example. For this purpose, the existing clutch pressure plate of the machine is replaced with a clutch pressure plate and a support plate modified according to the invention.
상기 변형된 클러치 압력판 상에는 예를 들어 스트레인 게이지로 설계된 적어도 하나의 센서 외에, 적어도 하나의 송신기측 신호 처리 유닛이 배치되어 있다. 이 신호 처리 유닛에서는 센서 신호가 무선 신호(radio signal)로 변환된다. 이러한 무선 신호는 마찬가지로 클러치 압력판 상에 배치된 송신 안테나를 통해 송출된다.On the modified clutch pressure plate, for example, at least one transmitter side signal processing unit is arranged in addition to at least one sensor designed with a strain gauge. In this signal processing unit, the sensor signal is converted into a radio signal. This radio signal is likewise transmitted through a transmitting antenna disposed on the clutch pressure plate.
따라서 회전하는 송신기측 신호 처리 유닛에서 생성된 무선 신호가 송신기 안테나와 수신기 안테나에 의해 고정식으로 배치된 수신기측 신호 처리 유닛에 무선으로 전송될 수 있다. 수신기측 신호 처리 유닛에서는 무선 신호에서 다시 센서 신호가 얻어지고 아날로그 또는 디지털 신호 또는 값 형태로 출력될 수 있다.Therefore, the radio signal generated in the rotating transmitter-side signal processing unit can be wirelessly transmitted to the receiver-side signal processing unit fixedly arranged by the transmitter antenna and the receiver antenna. In the receiver side signal processing unit, the sensor signal is again obtained from the radio signal and output in the form of an analog or digital signal or value.
클러치 압력판과 연결된 지지판 상에 수신기측 신호 처리 유닛이 설치됨으로써 예를 들어 공조 압축기의 원래의 클러치 압력판이 클러치 기능에 영향을 주지 않으면서 본 발명에 따른 구조로 교체될 수 있다.The receiver side signal processing unit is installed on the support plate connected to the clutch pressure plate so that the original clutch pressure plate of the air conditioning compressor can be replaced with the structure according to the present invention without affecting the clutch function.
따라서 공조 압축기의 샤프트 상에 센서들을 설치하는 것과 관련한 복잡성이 방지된다. 이에 따라 본 발명은 측정대 또는 시험대에서의 사용과 차량에서의 기계 확장 이 두 경우 모두에 적합하다.Thus avoiding the complexity associated with installing the sensors on the shaft of the air conditioning compressor. Accordingly, the present invention is suitable both for use in a measurement stand or test stand and for machine extension in a vehicle.
바람직하게는 토크를 측정하기 위한 스트레인 게이지 형태로 된 다수의 센서가 설치될 수 있고, 이 경우 다수의 센서는 하나 또는 다수의 관련된 송신기측 신호 처리 유닛과 연결되어 있다. 센서들을 설치하기 위해 클러치 압력판이 상응하게 설계됨으로써, 결과적으로 예를 들면 스트레인 게이지가 배치될 수 있는 3개의 영역이 준비된다.A number of sensors, preferably in the form of strain gauges for measuring torque, may be installed, in which case the plurality of sensors are connected to one or more associated transmitter side signal processing units. As a result of the corresponding design of the clutch pressure plate for the installation of the sensors, three zones are prepared, for example, in which a strain gauge can be arranged.
특히 바람직하게는 예를 들면 증폭기, 전압 주파수 변환기, 변조기 및 HF 증폭기 및 안테나와 같은 부품 그룹을 포함할 수 있는 회전하는 송신기측 신호 처리 유닛에 유도성 에너지 전달 방법으로 전압이 공급될 수 있다. 이와 같은 방법에서 공급될 부품 그룹에서 전압을 유도할 수 있는 교번 자기장(alternating magnetic field)이 형성된다. 송신기측 신호 처리 유닛은 내부 작동 전압을 공급하기 위해 전력 발생 장치와 같은 상응하는 수단을 갖는다.Particularly preferably, the voltage can be supplied to the rotating transmitter-side signal processing unit, which may include, for example, a group of components such as amplifiers, voltage frequency converters, modulators and HF amplifiers and antennas, in an inductive energy transfer method. In this way an alternating magnetic field is formed which can induce a voltage in the group of parts to be fed. The transmitter side signal processing unit has corresponding means, such as a power generating device, to supply an internal operating voltage.
토크를 검출하기 위해서는 클러치 압력판으로 설계될 수 있는 소위 스프링 벨로우(spring bellow)의 형태 변경 측정이 이루어진다. 형태 변경(이러한 형태 변경 크기로부터 후속해서 토크가 추론됨)은 적합한 센서들에 의해 측정된다. 사용 시에는 예컨대 스트레인 게이지가 적합하다. 대안적으로 형태 변경은 압전 또는 자기 탄성 센서들에 의해서도 검출될 수 있다.In order to detect the torque, a shape change measurement of a so-called spring bellow, which can be designed as a clutch pressure plate, is made. A shape change (torque inferred from this shape change size is deduced) is measured by suitable sensors. For example, a strain gauge is suitable. Alternatively, the shape change can also be detected by piezoelectric or self-elastic sensors.
상기 과제는 청구항 7의 특징들을 갖는 방법에 의해서도 해결된다. 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.The above problem is also solved by a method having the features of
본 발명에 따르면, 클러치 압력판으로 설계된 스프링 벨로우의 형태 변경은 스트레인 게이지에 의해 검출된다. 스트레인 게이지로부터 생성된 센서 신호는 송신기측 신호 처리 유닛의 신호 처리에 공급되며, 그 결과 센서 신호의 값을 포함하는 무선 신호가 형성되어 송출된다. 이러한 신호 처리 시 센서 신호는 예들 들면 증폭되고, 전압에서 주파수로 변환된 다음 변조될 수 있다.According to the present invention, the change in the shape of the spring bell designed with the clutch pressure plate is detected by the strain gauge. The sensor signal generated from the strain gage is supplied to the signal processing of the transmitter side signal processing unit so that a radio signal including the value of the sensor signal is formed and transmitted. During such signal processing, the sensor signal may be amplified, for example, and then converted from voltage to frequency and then modulated.
고주파수 무선 신호는 송신 안테나로부터 송출되어 수신기 안테나에 의해 수신된다. 수신기 안테나와 연결된 수신기측 신호 처리 유닛에서는 고주파수 무선 신호가 추가로 신호 처리되며, 그 결과 측정될 토크에 대한 아날로그 전압 값 또는 디지털 값이 출력된다. 이러한 신호 처리 시 고주파수 무선 신호는 예를 들어 복조 되고, 주파수에서 전압으로 변환된 다음 필터링 과정을 거쳐 증폭된다. 선택적으로 디지털 출력 신호를 제공하기 위해 아날로그 디지털 변환도 이루어질 수 있다.The high frequency radio signal is transmitted from the transmit antenna and received by the receiver antenna. In the receiver side signal processing unit connected to the receiver antenna, a high frequency radio signal is additionally signal processed, resulting in an analog voltage value or a digital value for the torque to be measured. In this signal processing, the high frequency radio signal is demodulated, for example, converted from frequency to voltage, and then filtered through a filtering process. Analog to digital conversion may also be performed to selectively provide a digital output signal.
송신기측 신호 처리 유닛은 회전하는 클러치 압력판 또는 구동 디스크에 연결될 수 있다. 이러한 연결에 의해 송신기측 신호 처리 유닛 또한 예를 들면 클러치 압력판의 회전 속도에 따라 회전한다. 송신기측 신호 처리 유닛에 작동 전압을 확실하게 공급하기 위해 에너지는 송신기측 신호 처리 유닛에 유도성 전달 방법으로 제공된다.The transmitter side signal processing unit can be connected to the rotating clutch pressure plate or the drive disk. With this connection, the transmitter side signal processing unit also rotates in accordance with the rotational speed of the clutch pressure plate, for example. To reliably supply the operating voltage to the transmitter side signal processing unit, energy is provided to the transmitter side signal processing unit in an inductive transmission method.
본 발명의 형성예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참고로 인용하는 실시예들의 후속 설명에 제시된다.Further details, features and advantages of the formation examples of the present invention are set forth in the following description of embodiments cited with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 토크 측정 장치를 도시한 도면이고,
도 2는 구동 디스크 및 클러치 압력판을 갖는 종래 기술에 따른 압축기를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 토크 측정 장치의 형성예를 사시도로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 형성예를 분해 사시도로 도시한 도면이며,
도 5는 외부 부품 그룹들과 함께 토크 측정 장치를 도시한 도면이고, 그리고
도 6은 토크 측정 장치로 토크 측정 시 나타나는 예시적인 신호 프로파일을 도시한 도면이다.1 is a view showing a conventional torque measuring apparatus,
Figure 2 shows a prior art compressor with a drive disc and a clutch pressure plate,
3 is a perspective view showing an example of the formation of the torque measuring apparatus according to the present invention,
4 is an exploded perspective view showing a forming example of the present invention,
5 is a diagram showing a torque measuring device with external component groups, and
6 is a diagram illustrating an exemplary signal profile that appears during torque measurement with a torque measurement device.
도 1에는 회전 구동 장치 또는 기계의 비접촉식 토크 측정을 위한 종래 기술에 따른 장치(1)의 예가 도시되어 있으며, 이때 상기 장치는 토크 측정 장치(1)로도 표기될 수 있다. 모터(2)와 같은 회전 구동 장치와 압축기(3)와 같은 기계 사이에서, 상기 모터(2)에 의해 구동되는 샤프트(4) 영역에는 종래의 토크 측정 장치(1)가 배치되어 있다. 상기 샤프트(4)는 도시된 2개의 베어링 블록(5) 내에 지지되어 하나의 단부에 구동 디스크(6)를 갖는다. 벨트(7)에 의해서는, 모터(2)에 의해 발생되는 회전 운동이 제 1 구동 디스크(6)를 거쳐 제 2 구동 디스크(8)에 전달되며, 그러한 방식으로 압축기(3)를 구동시킨다.1 shows an example of a
모터(2)가 구동 디스크(6)와 직접 연결된 시스템들에서 토크 측정 장치(1)를 추가 설치할 경우, 도 1에 도시된 해결책에 도달하거나 토크 측정 장치(1)를 압축기(3)의 도면에 자세히 도시되지 않은 샤프트와 연결하기 위해 많은 구조적 복잡성이 불가피하다.When the
그 밖에 도 1에 도시된 해결책의 단점은, 압축기(3)에서 토크가 측정되어야 하는 경우, 토크 측정이 압축기(3)에서 직접 이루어지지 않고 모터(2)의 샤프트(4)에서 이루어진다는 점이다. 예를 들면 구동 벨트(7)에 의한 토크 방해가 상기와 같이 검출될 수 없고 측정 결과에 오류가 발생할 수 있다.Another disadvantage of the solution shown in Figure 1 is that the torque measurement is made in the shaft 4 of the
도 2에는 압축기(3)의 샤프트 상에 고정된 제 2 구동 디스크(8) 및 클러치 압력판(9)을 갖는 압축기(3)로 설계된 예시적 기계(3)가 도시되어 있다. 상기 압축기(3)는 예를 들면 차량의 공조 장치의 구성 부품이며 도면에 도시되지 않은 구동 벨트(7)에 의해 구동된다. 이와 같은 구동 벨트(7)는 제 1 구동 디스크(6)와 연결되어 있을 수 있는데, 상기 제 1 구동 디스크는 내연 기관(2)과 같은 구동 장치(2)에 의해 구동된다. 도 2의 예에서 압축기(3)는 도면에 자세히 도시되지 않은 클러치를 갖는데, 이러한 클러치를 통해서 압축기의 기능이 필요하지 않은 경우에는 압축기(3)가 클러치 해제될 수 있다. 따라서 내연 기관이 압축기(3)의 운동에 에너지를 제공할 필요가 없고 연료가 절약된다.2 shows an
도 3에 도시된, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(1)의 실시예는 클러치 압력판(9) 또는 이러한 클러치 압력판의 삽입을 참조해 본 발명을 설명한다. 본 발명에 따른 해결책은 물론 클러치의 존재에 구속되어 있지 않으며, 클러치 없이도 구동 장치(2)들 또는 기계(3)들에 사용될 수 있다.An embodiment of the
따라서 언급한 클러치 압력판(9)이 없이 이루어지는 삽입도 가능하다. 이러한 경우 토크 측정 장치(1)는 어떠한 토크가 측정되어야 하는지에 따라 기계적 구성을 적합하게 조정함으로써 예를 들면 임의의 샤프트(4), 구동 장치(2) 또는 기계(3)의 구동 디스크(6 또는 8)와 직접 연결된다.Therefore, the insertion without the
회전 구동 장치(2) 또는 기계(3)의 비접촉식 토크 측정을 위한 본 발명에 따른 장치(1)는 압축기(3)의 구동 디스크(8)에 직접 설치될 수 있음으로써 구동 벨트(7) 또는 다른 부재들에 영향을 주지 않으면서 압축기(3)의 토크 측정을 가능하게 한다.The
이를 위해 토크 측정 장치(1)는 예를 들어 단 하나 또는 소수의 나사를 갖는 기존 클러치 압력판(9)의 대체 부품으로서 적용될 수 있다. 원래의 클러치 압력판(9)의 전체 높이는 최소로만 초과되는데, 그 이유는 본 발명은 매우 밀집된 설치 공간에 적용될 수 있기 때문이다.For this purpose, the
도 3은 상기와 같은 대체 부품을 사시도로 도시한다. 클러치 압력판(9)에는 스트레인 게이지(10)로 설계된 센서들이 장착되어 있다. 클러치 압력판(9)은 지지판(11) 및 덮개판(12)을 갖는 고정 부재(13)들에 의해 연결되어 있다. 클러치 압력판(9)은 고정 부재(13)들에 의해 플랜지(14)와도 연결되어 있다. 상기 플랜지(14)는 압축기(3)의 샤프트와 연결된다.Fig. 3 is a perspective view of such a replacement part. The
스트레인 게이지(10)에 의해 획득된, 가변적인 저항 값 형태의 센서 신호들은 관련된 송신기측 신호 처리 유닛(15)에서 처리된다.Sensor signals in the form of variable resistance values obtained by the
토크 측정은 비접촉식 측정으로 실시될 수 있다. 따라서 측정값, 데이터 및 전압을 전송하기 위해 사용되는 예컨대 슬립 링(slip ring)과 같은 마모 부품들이 생략된다. 이를 위해 하나의 또는 각각의 신호 처리 유닛(15)이 송신 신호를 생성하기 위한 송신 유닛과 이러한 송신 신호를 송출하기 위한 도면에는 도시되지 않은 송신 안테나를 갖는다.Torque measurement can be performed with non-contact measurement. Thus, wear components such as slip rings used to transmit measurements, data and voltages are omitted. To this end, one or each
상기 송신 신호는 수신기 안테나(16)에 의해 수신되어 수신기측 신호 처리 유닛(17)에서 처리된다. 상기와 같은 처리에는 예를 들면 수신된 신호 주파수를 더 낮은 주파수 범위로 변환, 수신 신호를 디코딩, 수신된 신호를 변환(주파수를 전압으로 변환) 그리고 출력용 신호를 편집(아날로그에서 디지털로 변환)하는 공정이 포함될 수 있다. 물론 상기와 같은 신호 처리 공정들은 송신기측 신호 처리 유닛(15)에서도 이루어지며, 이 경우 신호 변환 방향은 반대 방향일 수 있다(전압을 주파수로 변환/디지털에서 아날로그로 변환).The transmission signal is received by the
토크 측정 장치(1)의 측정 데이터를 전송하기 위해서는 종래 기술에 따른 임의의 알려진 전송 방법들과 프로토콜들이 사용될 수 있다.Any known transmission methods and protocols according to the prior art can be used to transmit the measurement data of the
출력을 위해 편집된 신호는 수신기측 신호 처리 유닛(17)에 의해 예를 들면 접속 케이블(18)을 통해 디지털 형태로 출력된다. 이러한 접속 케이블(18)은 도면에 도시되지 않은 중앙 제어 유닛(19)과 연결될 수 있다.The edited signal for output is output in digital form, for example, via the
전압 공급은 예를 들어 9V 내지 36V의 전압 그리고 220V의 전압으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 토크 측정 장치(1) 및 송신기의 공급 전압은 안테나(16)를 통한 유도에 의해 이루어진다. 송신기측 신호 처리 유닛(15)은 내부 작동 전압을 제공하기 위한 수단을 갖는다.The voltage supply may be, for example, a voltage of 9V to 36V and a voltage of 220V, in which case the supply voltage of the
스트레인 게이지(10)와 같은 토크 측정에 필요한 센서는 도 4의 하부 부분에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(1)에서 클러치 압력판(9)에 설치되어 있다.A sensor necessary for the torque measurement such as the
이러한 목적으로 본 발명에 따른 클러치 압력판(9)은 도 4에 도시된 바와 같이 3개의 영역에 설계되어 있는데, 이러한 영역들은 클러치 압력판(9)의 내부 부분을 클러치 압력판(9)의 외부 부분과 연결한다. 예에는 이와 같이 3개의 영역이 형성되어 있고, 이러한 영역들에는 스트레인 게이지(10)들이 배치되어 있다.For this purpose, the
도 4의 상부 부분에는 본 발명에 따른 장치(1)의 구성 부품들이 분해 사시도로 도시되어 있다. 왼쪽에서 오른쪽으로 다음의 구성 부품들이 도시되어 있다:In the upper part of Fig. 4, the components of the
수신 안테나(16)와 연결된 접속 케이블(18)을 갖는 수신기측 신호 처리 유닛(17), A receiver side
상기 수신 안테나 상에 고정된 3개의 송신기측 신호 처리 유닛(15)을 갖는 지지판(11), A
고정 부재(13)들, The fixing
클러치 압력판(9), The
플랜지(14), The
덮개판(12) 또는 (결합판). Cover plate (12) or (coupling plate).
도 5에는 외부 부품 그룹들과 함께 토크 측정 장치(1)가 도시되어 있다. 회전하는 토크 측정 장치(1)는 수신기측 신호 처리 유닛(17)과 연결된 수신 안테나(16)에 의해 둘러싸여 있다. 도 5에 도시된 예에서 신호 처리 유닛(17)은 2개의 구성 부품(a 및 b)으로 분할되어 있다. 구성 부품(17a)은 수신 안테나(16)용 홀더이고, 이 경우 구성 부품(17b)은 신호 처리를 담당하는 유닛을 나타낸다.Figure 5 shows a
대안적인 실시예에서 상기 구성 부품(17a 및 17b)들은 단일 부품 그룹(17)으로도 통합될 수 있다. 두 예에서 토크 측정 장치(1)에 의해 제공되는 그리고 출력을 위해 편집되는 출력 신호는 접속 케이블(18)을 통해 중앙 제어 장치(19)에 전송된다. 차량에서 상기와 같은 중앙 제어 장치(19)는 통상적으로 존재하는 제어기일 수 있다.In an alternative embodiment, the components 17a and 17b may also be integrated into a
실험실 또는 측정대 또는 시험대에서 본 발명을 사용할 경우, 중앙 제어 유닛(19)은 상응하는 인터페이스를 갖는 개인용 컴퓨터 또는 상응하는 측정 기구일 수 있다. 도 5에서 수신기측 신호 처리 유닛(17)과 중앙 제어 장치(19) 사이에 도시된 제 2 라인에 의해 작동 전압(UB)이 수신기측 신호 처리 유닛(17)에 전송될 수 있다.When using the present invention in a laboratory or measurement stand or test stand, the
도 6에는 토크 측정 장치(1)에 의한 토크 측정 시 나타나는 예시적인 신호 프로파일이 도시되어 있다.Fig. 6 shows an exemplary signal profile that appears during torque measurement by the
도 6의 상부 부분은 회전하는 송신기측 신호 처리 유닛(15)에서 실행되는 과정들을 나타내는 반면, 하부 부분은 수신기측 신호 처리 유닛(17)에서 실행되는 과정들을 묘사한다.The upper part of FIG. 6 shows the processes executed in the rotating transmitter-side
예를 들어 본 발명에 따른 장치에서는 다음의 컴포넌트들이 삽입된다:For example, in an apparatus according to the present invention, the following components are inserted:
정지 팽창 또는 온도 측정을 위한 1-채널-송신기. 송신기측 신호 처리 유닛(15)은 센서 신호들을 조절하는데 사용되고, 이동된 기계 부품으로부터 고정식 수신기측 신호 처리 유닛(17)(원격 측정 수신기(telemetry receiver))으로의 측정 데이터 무선 전송을 가능하게 한다. 1-channel-transmitter for static expansion or temperature measurement. The transmitter side
고정식 수신기측 신호 처리 유닛(17)은 송신기측 신호 처리 유닛(15)(원격 측정 송신기(telemetry sender))로부터 송신되는 측정 데이터를 수신하고 재생하는데 사용된다. The fixed receiver side
전력 발생 장치는 회전하는 시스템 컴포넌트들, 즉 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 전기 공급에 사용되는 유도성 공급의 중심 컴포넌트이다. The power generating device is the central component of the inductive supply used for the electrical supply of rotating system components, i.e., the transmitter side
토크 측정 장치(1)의 송신기측 신호 처리 유닛(15) 및 상기 토크 측정 장치에 포함된 송신기의 공급 전압은 안테나(16)를 통해 유도성으로 보장된다. 이 목적을 위해 송신기측 신호 처리 유닛(15)에는 전력 발생 장치(20)가 배치되어 있고, 이러한 전력 발생 장치는 안테나들을 통해 유도성으로 주입되는 에너지를 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 부품 그룹들용 작동 전압으로 변환한다.The supply voltage of the transmitter included in the transmitter side
스트레인 게이지(10)들은 종래 기술과 같이 측정 브리지(measuring bridge)의 센서 구성 부품으로서 사용될 수 있고, 센서 신호를 처리한다. 센서 신호 변경은 스트레인 게이지(10)(DMS)의 팽창 또는 압축 시에 발생한다. 대안적으로 송신기측 신호 처리 유닛(15)은 열전 소자(thermo element)가 센서로 삽입되는 경우 온도 변동도 측량할 수 있다. 이러한 경우에는 접촉점 위치-온도에 따라 센서 신호가 변동된다.The strain gauges 10 can be used as sensor components of a measuring bridge as in the prior art and process sensor signals. Sensor signal changes occur during expansion or compression of the strain gage 10 (DMS). Alternatively, the transmitter-side
센서 신호는 뒤에 배치된 증폭기(21)에 의해 증폭된 다음 기준치에 맞게 조절된다. 상기와 같은 증폭을 통해서는 이용되는 센서(10)의 측정 범위가 조절될 수 있다.The sensor signal is amplified by the
제 1 신호 변환기(22)에서 제 1 변조는 전압-주파수 변환이고 변환된 신호를 공급하며, 이때 상기 변환된 신호는 송신기의 전체 사용 온도 범위에 걸친 변동에 안정적이다. 형성된 주파수는 소위 서브 캐리어 주파수로 표기된다.In the
후속해서 HF 변조기(23)에서의 주파수 변조에 의해 전송될 신호의 제 2 변환이 이어지며, 이 경우 서브 캐리어 또는 서브 캐리어 주파수는 시스템의 HF 캐리어 주파수(HF ... 고주파수)를 변조한다.Followed by a second conversion of the signal to be transmitted by the frequency modulation in the
상기와 같이 HF 변조기(23)에 의해 제공된 송신 신호(HF 신호)는 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 송신 안테나를 통해 송출된 다음 장치(1)의 고정식 부품에서 수신 안테나(16)에 의해 수신된다.As described above, the transmission signal (HF signal) provided by the
상기 수신 안테나(16)는 HF 복조기(24)의 입력부와 연결되어 있다. 이러한 HF 복조기(24)는 서브 캐리어 신호를 다시 수신하기 위해 수신된 HF 신호를 복조 한다. 송신기측과 수신기측 HF 캐리어 주파수는 (제조) 공장에서부터 조절(factory-adjusted)되어 균형이 맞추어져 있다. 송신기측에서 경우에 따라 발생하는 변동은 수신기에서 자동으로 보정된다(AFC, Automatic Frequency Control).The receiving
그 다음 제 2 신호 변환기(25)에서 제 2 복조가 이어지고, 이 경우 센서 신호를 재생하기 위해 주파수-전압-변환이 실시된다.A second demodulation then follows in the
저역 통과 필터(26)에 의해 재생된 이러한 신호의 후속 필터링은 재생 신호를 제공한다. 이러한 방식으로 예를 들면 장애 신호 성분들이 제거될 수 있다.Subsequent filtering of this signal reproduced by the low-
후속해서 출력 증폭기(27)에서 신호가 유사하게 증폭된다. 출력 증폭기(27)의 증폭 및 영점 조정(zero adjustment)은 수신기측 신호 처리 유닛(17)의 관련된 복조기 카드의 전위차계(potentiometer)를 통해 조절되는 방식으로 실시될 수 있다. 센서 신호에 비례하는 이러한 신호는 수신기측 신호 처리 유닛(17)의 출력부에서 생성되어 중앙 제어 장치(19)로 전송될 수 있다.Subsequently, the signal in the
본 발명에 따른 토크 측정 장치(1)는 차량 내에 설치되기 이전에 또는 이후에 보정될 수도 있다.The
또한, 자동 영점 기능(auto-zero-function)이 제공되고, 이러한 자동 영점 기능에 의해 자동 영점 조정이 이루어질 수 있다. 따라서 센서들에 의한 측정값 검출 시 오류가 방지된다.In addition, an auto-zero-function is provided, and the automatic zeroing function can be achieved by this automatic zeroing function. Therefore, the error is prevented when the measurement value is detected by the sensors.
하기에서는 본 발명에 의해 달성될 수 있는 몇몇 장점들이 나열된다:The following are some of the advantages that can be achieved by the present invention:
기술적인 장점: 동작하는 밀폐식 시스템이 개방될 필요가 없다. 따라서 오염 위험이 없다. 잘못된 조립 위험이 최소로만 존재한다. Technical Advantages: The operating enclosed system need not be open. There is no risk of contamination. There is at least a risk of incorrect assembly.
생태학적인 장점: R134a 및 PAG 오일과 같은 냉매를 빨아내고 제거할 필요가 없다. Ecological advantages: No need to suck and remove refrigerants such as R134a and PAG oil.
경제적인 장점: 기술자는 중앙 체결 나사만 풀고 결합판을 본 발명에 따른 토크 측정 장치(1)로 교체 그리고 수신 안테나(16)를 고정하면 된다. 따라서 최소한의 시간 소모가 구현되는데, 그 이유는 냉매를 빨아 낼 필요가 없고 그리고 압축기를 분리할 필요가 없기 때문이다. Economical Advantage: The engineer only needs to unscrew the center fastening screw, replace the coupling plate with the
본 발명에 따른 구조는 23밀리미터보다 낮은 적은 전체 높이를 가짐으로써 거의 모든 차량 환경에 삽입될 수 있다. 토크 측정 장치는 140℃까지의 온도 범위에서 작동하고 분당 12000의 회전 속도까지 보장할 수 있다.The structure according to the present invention can be inserted into almost all vehicle environments by having an overall height of less than 23 millimeters. The torque measuring device operates in a temperature range up to 140 ° C and can be guaranteed up to 12000 revolutions per minute.
1: 토크 측정 장치
2: 구동 장치/모터/내연 기관
3: 기계/압축기
4: 샤프트
5: 베어링 블록
6: 제 1 구동 디스크
7: 벨트, 구동 벨트
8: 제 2 구동 디스크
9: 클러치 압력판/클러치 디스크
10: 센서/스트레인 게이지
11: 지지판
12: 덮개판
13: 고정 부재
14: 플랜지
15: 송신기측 신호 처리 유닛
16: 수신기 안테나/수신 안테나
17: 수신기측 신호 처리 유닛
18: 접속 케이블
19: 중앙 제어 장치/제어 유닛
20: 전력 발생 장치
21: 증폭기
22: 제 1 신호 변환기
23: HF 변조기
24: HF 복조기
25: 제 2 신호 변환기
26: 저역 통과 필터
27: 출력 증폭기1: Torque measuring device
2: Driving device / motor / internal combustion engine
3: Machine / Compressor
4: Shaft
5: Bearing block
6: first drive disc
7: Belt, drive belt
8: Second drive disc
9: Clutch pressure plate / clutch disc
10: Sensor / strain gage
11: Support plate
12: Cover plate
13: Fixing member
14: Flange
15: Transmitter side signal processing unit
16: Receiver antenna / Receive antenna
17: receiver side signal processing unit
18: Connecting cable
19: Central control unit / control unit
20: Power generator
21: Amplifier
22: first signal converter
23: HF modulator
24: HF demodulator
25: second signal converter
26: Low-pass filter
27: Output Amplifier
Claims (10)
상기 센서(10) 및 송신기측 신호 처리 유닛(15)이 지지판(11) 상에 배치되어 있고, 상기 지지판은 구동 장치(2) 또는 기계(3)의 구동 디스크(6 또는 8)에 간접적으로 연결되어 있으며, 상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)이 생성된 송신 신호를 송출하기 위해 송신 안테나를 갖고, 상기 송출된 송신 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(16)를 갖는 수신기측 신호 처리 유닛(17)이 상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)과 공간적으로 분리되어 배치되어 있으며, 그리고 상기 수신기측 신호 처리 유닛(17)이 검출된 토크 신호를 출력하기 위한 출력부를 갖는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.A torque measuring device for a rotary drive device (2) or machine (3), comprising a sensor (10) for detecting torque and a signal processing unit for converting a sensor signal into an output signal,
The sensor 10 and the transmitter side signal processing unit 15 are arranged on a support plate 11 which is indirectly connected to the drive unit 2 or the drive disc 6 or 8 of the machine 3, And a receiver side signal processing unit (17) having a transmission antenna for transmitting the transmission signal generated by the transmitter side signal processing unit (15) and having a reception antenna (16) for receiving the transmitted transmission signal, Is arranged spatially separated from the transmitter-side signal processing unit (15), and the receiver-side signal processing unit (17) has an output unit for outputting the detected torque signal.
Torque measuring device for rotary drive or machine.
상기 지지판(11)이 클러치 압력판(9)에 연결되어 있고, 이 클러치 압력판은 구동 장치(2) 또는 기계(3)의 샤프트에 연결된 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that said support plate (11) is connected to a clutch pressure plate (9), said clutch pressure plate being connected to the shaft of the drive unit (2) or machine (3)
Torque measuring device for rotary drive or machine.
각 하나의 관련된 송신기측 신호 처리 유닛(15)을 갖는 다수의 센서(10)가 배치된 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that a plurality of sensors (10) having respective associated transmitter side signal processing units (15) are arranged,
Torque measuring device for rotary drive or machine.
상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)이 이러한 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 부품 그룹들의 작동 전압을 형성하기 위한 전력 발생 장치(20)를 갖고, 이러한 전력 발생 장치는 유도성 에너지 전송을 위한 상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 수신 안테나에 연결된 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The transmitter side signal processing unit 15 has a power generation device 20 for forming an operating voltage of the groups of components of the transmitter side signal processing unit 15, Is connected to a receiving antenna of the transmitter-side signal processing unit (15).
Torque measuring device for rotary drive or machine.
상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)이 전압-주파수 변환을 위한 제 1 신호 변환기(22)와 HF 변조기(23)를 갖고, 그리고 상기 수신기측 신호 처리 유닛(17)이 주파수-전압 변환을 위한 제 2 신호 변환기(25)와 HF 복조기(24)를 갖는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The transmitter side signal processing unit 15 has a first signal converter 22 and an HF modulator 23 for voltage-frequency conversion and the receiver side signal processing unit 17 has a frequency- 2 signal converter (25) and an HF demodulator (24).
Torque measuring device for rotary drive or machine.
상기 센서(10)가 스트레인 게이지(strain gauge)인 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Characterized in that the sensor (10) is a strain gauge.
Torque measuring device for rotary drive or machine.
상기 센서(10)에 의해 검출된 센서 신호가 송신기측 신호 처리 유닛(15)에 전송된 다음, 상기 신호 처리 유닛(15)에서 무선 신호(radio signal)로 변환되어 송신 안테나를 통해 송출되며, 그리고 상기 송출된 무선 신호가 수신 안테나(16)에 의해 수신되어 수신기측 신호 처리 유닛(17)에 전송되며, 이 신호 처리 유닛(17)에서는 상기 무선 신호가 아날로그 또는 디지털 출력 신호로 변환되어 출력되는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 방법.(2) or machine (3), in which a torque sensor signal is detected by a sensor (10), the sensor signal is transmitted to a signal processing unit and then converted into an output signal in the signal processing unit A torque measuring method comprising:
The sensor signal detected by the sensor 10 is transmitted to the transmitter side signal processing unit 15 and then converted into a radio signal in the signal processing unit 15 and transmitted through the transmission antenna, The transmitted radio signal is received by the receiving antenna 16 and transmitted to the receiver side signal processing unit 17. The signal processing unit 17 converts the radio signal into an analog or digital output signal and outputs it Features,
Method for measuring torque for a rotary drive or machine.
상기 센서 신호에 의해 상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)에서 전압-주파수 변환 및 고주파 신호로의 변조가 실시되는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 방법.8. The method of claim 7,
Frequency conversion and a modulation to a high-frequency signal are performed in the transmitter-side signal processing unit (15) by the sensor signal.
Method for measuring torque for a rotary drive or machine.
상기 고주파 신호에 의해 상기 수신기측 신호 처리 유닛(17)에서 복조 및 주파수-전압 변환이 실시되는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 방법.8. A method according to claim 7 or 8,
And the demodulation and frequency-voltage conversion are performed in the receiver-side signal processing unit (17) by the high-frequency signal.
Method for measuring torque for a rotary drive or machine.
전력 발생 장치(20)에 의한 상기 송신기측 신호 처리 유닛(15)의 작동 전압이 수신기 안테나와 송신기 안테나(16) 사이 유도성 에너지 전송에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는,
회전 구동 장치 또는 기계용 토크 측정 방법.
10. The method according to any one of claims 7 to 9,
Characterized in that the operating voltage of the transmitter side signal processing unit (15) by the power generator (20) is provided by inductive energy transfer between the receiver antenna and the transmitter antenna (16)
Method for measuring torque for a rotary drive or machine.
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