KR20170046689A - 유압식 토크미터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력(31)의 영향을 받으면서 길이 방향으로 병진운동가능한 로드(30); 및 유체(38)가 그 안에서 유동하는 유체 회로(40);를 구비하는 유압식 토크미터에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 유압 회로(40)에 의해 유체가 공급되는 압력 챔버(36); 압력 챔버(36) 안에서 유체(38)와 접촉하고 있는 밀봉식 가요성 막(32)으로서, 상기 로드(30)에 대해 대체로 수직하는 평면에서 뻗어있고 로드(30)의 길이방향 움직임이 막(32)을 변형시키도록 로드(30)의 한쪽 단부에 단단히 연결되어 있는, 밀봉식 가요성 막(32); 및 상기 압력 챔버(36) 안의 유체(38)를 위한 배출 포트(44)로서, 상기 막(32)의 변형에 따라 상기 압력 챔버(36) 안에서 유체(38)의 압력을 조절하도록 설계되어 있는 밸브(48);를 구비하는 압력계 캡슐(46)을 구비한다.

Description

유압식 토크미터{HYDRAULIC TORQUEMETER}

본 발명은 유압식 토크미터(torquemeter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 항공기의 터보샤프트 엔진의 회전하는 샤프트의 토크를 측정하기 위한 유압식 토크미터에 관한 것이다.

토크미터는 적용처의 분야, 토크가 측정될 필요가 있는 장비, 및 원하는 정도의 정밀도에 따라 다수의 다양한 형태로 나오는 토크를 측정하기 위한 장치이다. 유압식 토크미터는 항공기술 분야에서 빈번하게 사용된다. 이러한 토크미터는, 예컨대 그 회전이 측정될 토크에 비례하는 축방향 추력을 유발할 뿐만 아니라 나선형 톱니를 가지는 중간 피니언을 이용하여 작동한다. 이 축방향 추력은 중간 피니언에 연결되어 있는 피스톤에 가해진다.

측정된 토크에 좌우되어 움직이는 피스톤은 피스톤에 의해 오일에 가해지는 압력과 오일에 의해 피스톤에 가해지는 압력이 균형을 이룰 때까지 유압 회로에 의해 공급되는 측정용 챔버 안의 오일에 압력이 가해지게 한다. 이 균형이 달성될 때 압력을 측정하는 압력 센서는 측정된 토크를 추정하는 것을 가능하게 한다.

모든 유압 시스템에서 그러하듯이, 적절하게 기능 발휘하도록, 이러한 유형의 유압식 토크미터는 유압 회로와 시스템의 다른 부품들 사이가 밀봉상태에 있는 것을 필요로 한다. 일반적으로, 이러한 밀봉상태는 특히, 보통 엘라스토머로 제조되는 하나 이상의 O-링 시일을 움직이는 피스톤에 추가함으로써 만들어진다. 밀봉상태를 보장하기 위하여, 챔버의 벽과 피스톤 사이의 O-링은 최소한의 정도로 압축되어야 한다. 그러나, 이 압축은 상기 압축에 비례하는 마찰을 일으키고, 이는 부정확성을 야기하고 측정이 행해지고 있을 때 이력 현상을 초래할 수 있다. 이는 피스톤을 챔버 안에서 자유롭게 움직이게 하기 위한 어떠한 저항력도 없는 상태와 효과적인 밀봉상태 사이에 상충하는 상황을 야기할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 챔버와 피스톤 사이의 마찰량을 줄이는 것을 가능하게 하는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylen)(약어 PTFE로 더 잘 알려짐)과 같은 다양한 재료로 제조되는 시일을 사용하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 시일을 위한 다양한 재료를 사용하는 것이 이력 현상을 완전히 없애는 것은 아니어서, 특히 밀봉상태의 장기간 손실과 같은 다른 문제점을 일으킬 수 있다.

본 발명은 공지의 토크미터의 단점들 중 적어도 일부를 극복하는 것을 목표로 한다.

특히, 본 발명은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 밀봉 수단에 의해 야기되는 마찰을 제거하는 것을 가능하게 하는 토크미터를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 실시예에서 이력 현상을 일으키지 않는 토크미터를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 실시예에서 밀봉상태를 보장하는 토크미터를 제공하는 것, 및 긴 작동 단계 동안 생기는 마찰의 양을 줄이는 것을 가능하게 하는 것을 목표로 한다.

이를 행하기 위하여, 본 발명은:

- 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력의 영향을 받으면서 길이 방향으로 병진운동가능한 로드;

- 유체가 그 안에서 유동하는 유체 회로;

를 구비하는 유압식 토크미터에 관한 것이고,

상기 토크미터는:

- 상기 유압 회로에 의해 유체가 공급되는 압력 챔버;

- 압력 챔버 안에서 유체와 접촉하고 있는 밀봉식 가요성 막으로서, 상기 로드에 대해 대체로 수직하는 평면에서 뻗어있고 로드의 길이방향 움직임이 막을 변형시키도록 상기 로드에 단단히 연결되어 있는, 밀봉식 가요성 막;

- 상기 압력 챔버 안의 유체를 위한 배출 포트로서, 상기 막의 변형에 따라 상기 압력 챔버 안에서 유체의 압력을 조절하도록 상기 가동형 로드의 한쪽 단부 상에 지지되어 있는 밸브에 결합되는, 배출 포트;

를 구비하는 압력계 캡슐을 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 가동형 로드의 병진 운동의 결과에 따라 변형되는 막에 의하여, 본 발명에 따른 토크미터는, 상대적으로 운동하되 그 마찰이 이와 달리 측정 에러(이력현상)를 유발할 수 있는 부품들에 의존하지 않으면서 유체를 구비하는 압력 챔버가 밀봉되는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다. 밀봉상태는 이 경우 정적인 상태이고, 막에 연결되어 있는 로드의 움직임의 영향력을 받으면서 변형되는 것은 오직 막이다. 로드는 그 단부에 의해 또는 막을 통과하는 상기 로드의 에지에 의해 또는 상기 로드와 막 사이의 연결 부품을 이용하여 막에 단단히 연결될 수 있다. 배출 포트는 로드 상에 지지되어 있는 밸브에 결합된다. 이는 밸브가 배출 포트에 상보적인 구조를 가진다는 것을 의미한다. 환언하면, 배출 포트와 밸브는 함께 작동할 수 있도록 설계되어 있다. 특히, 밸브는 배출 포트를 커버할 수 있어서 압력 챔버 안의 유체의 압력을 움직임으로써 조절할 수 있도록 설계되어 있다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 막은 상기 가동형 로드의 병진 운동으로부터 야기되는 막의 변형이 탄성 변형을 구성하도록 신축성 재료로 제조된다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 로드는 중공형이고, 상기 유압 회로의 부분을 형성한다.

본 발명의 이러한 양태에 따르면, 토크미터의 크기는 줄어든다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 중공형 로드는 상기 가요성 막을 통과하고, 유체를 위한 상기 배출 포트는 상기 중공형 로드의 단부 상에 제공되어 있다.

본 발명의 이러한 양태에 따르면, 토크미터의 크기는 줄어든다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 토크미터는 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력을 로드에 가하기에 적합한 변환 수단을 구비한다.

본 발명의 이러한 양태에 따르면, 축방향 추력은 변환 수단에 의해 생겨서 가동형 로드를 움직이게 하도록 측정될 토크에 비례한다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 토크미터는 상기 유체의 압력에 따라 토크를 결정하기 위한 수단을 구비한다.

본 발명의 이러한 양태에 따르면, 유체의 압력은, 예컨대 압력 밸브를 측정함으로써 또는 압력 밸브를 직접 측정하지 않으면서도 압력을 토크와 관련되어 있는 정보로 직접 변환시킴으로써 측정될 토크를 추정하는 것을 가능하게 한다

유리하게도 본 발명에 따르면, 막은 지지용 칼라를 이용하여 압력 챔버의 숄더와 접촉하여 지지되어 있는 링에 의해 둘러싸여 있다.

본 발명의 이러한 양태에 따르면, 링, 숄더 및 칼라는 상기 요소들을 움직이지 않으면서도 막을 정적인 상태로 적소에 있도록 지지하는 것을 가능하게 하고, 이는 마찰이나 이력현상과 관련되어 있는 문제점이 없이 효과적인 밀봉상태를 제공한다.

본 발명은 또한 회전하는 샤프트를 구비하는 터보샤프트 엔진에 관한 것이고, 샤프트의 토크를 측정하기에 적합한 본 발명에 따르는 유압식 토크미터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 위에서 언급되거나 아래에서 언급되는 특징들 중 일부나 모두에 의한 조합을 특징으로 하는 토크미터 및 터보샤프트 엔진에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목표, 특징 및 이점은 첨부의 도면과 관련되어 있고 단지 제한없는 예시로써 주어진 다음에 오는 발명의 상세한 설명을 읽으면 자명해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유압식 토크미터의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유압식 토크미터의 작동에 관한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유압식 토크미터의 개략적인 도면이다.

다음에 오는 실시예는 예시이다. 발명의 상세한 설명이 하나 이상의 실시예에 관한 것이지만, 이는 각각의 참조사항이 동일한 실시예에 관한 것이라거나 부재가 단일의 실시예에만 적용된다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다. 상이한 실시예의 개별적인 부재는 다른 실시예를 제공하기 위하여 조합될 수도 있다.

도 1에는 종래 기술에 따르는 유압식 토크미터(10)가 나타나 있다. 상기 유압식 토크미터는 특히 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력의 영향을 받으면서 길이 방향으로 병진운동가능한 피스톤을 구비한다. 축방향 추력은 피스톤의 상부(14)로 전달되고, 상기 피스톤을 최소한의 활동량으로 움직이게 할 수 있도록 피스톤 헤드(18)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가지는 중공형 실린더(22) 내부에서 움직이면서 유체(20)와 접촉하고 있는 실린더 피스톤 헤드(18) 쪽으로 피스톤의 핀(16)에 의해 전달된다. 공급용 유압 회로(24)는 유체(20)를 순환시킨다. 축방향 추력의 영향을 받으면서 로드의 단부 상에 지지되어 있는 밸브(19)의 영역 내의 배출 구간의 폐쇄는, 축방향 추력이 균형을 이룰 때(측정될 토크를 표현하는 추력과 피스톤(18)의 헤드 상의 유체(20)의 유압 추력이 정확히 같아질 때)까지 실린더(22) 안에서의 유체(20)의 압력을 상승시킨다. 따라서, 이러한 균형이 달성될 때의 유체(20)의 압력은 측정될 토크에 상당히 비례한다.

유체(20)가 유압 회로(24) 외부에서, 특히 피스톤의 핀(16)이 움직이는 부분 속으로 지나다니는 것을 방지하기 위하여, 피스톤의 헤드(18)는 O-링 시일(26)이 제공되어 있는데, O-링 시일은 피스톤의 헤드(18)를 둘러싸고, 피스톤의 헤드(18)와 중공형 실린더(22) 사이의 시일을 압축함으로써 유체(20)가 통과하는 것을 방지하기 위하여 피스톤의 헤드(18)와 중공형 실린더(22) 사이에서의 활동을 제거하는 것을 가능하게 한다. 게다가, PTFE로 제조된 칼라는 O-링(26)과 실린더(22) 사이에 배치되어 있다. 압축되고 있는 시일(26)은 토크 측정값의 질에 좋지 않은 마찰을 일으키고, 이력 현상을 야기한다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 도 2에 나타나 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 토크미터(28)는, 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력(31)의 영향을 받으면서 길이 방향으로 병진운동가능한 로드(30)를 구비한다. 가동형 로드(30)는 가요성 막(32)에 단단히 연결되어 있다. 가요성 막(32)은 로드(30)에 대해 대체로 수직하는 평면에서 뻗어있다. 게다가, 상기 막은 압력 챔버(36)의 측면방향 벽(34)에 밀봉가능하게 고정되어 있다. 이 압력 챔버(36)는 유압 회로(40)로부터 유체(38)가 공급된다. 막(32)은 가동형 로드(30)가 그 안에서 움직이는 공간(42)으로부터 압력 챔버(36)를 분리시킨다.

축방향 추력(31)은 측정될 토크를 표현한다. 이 축방향 추력(31)을 유발하기 위하여, 토크미터(28)는, 예컨대 측정될 토크에 좌우되어 축방향 추력(31)을 가하기에 적합한 변환 수단을 구비한다. 예를 들어, 이러한 변환 수단은, 그 토크가 측정될 샤프트가 있는 라인 상에 위치되어 있으면서 나선형 톱니를 가지는 중간 피니언을 구비할 수 있다. 중간 피니언에 의해 전달되는 토크는 나선형 톱니를 이용하여 생기고, 그 추력의 회전 축방향의 성분은 이 토크에 비례한다. 즉, 이 수직 성분은 가동형 로드(30)에 전달되는 축방향 추력(31)이다.

축방향 추력(31)에 의해 유발되는 가동형 로드(30)의 움직임은 로드에 단단히 연결되어 있는 막(32)을 변형시킨다. 로드(30)의 단부 상에서 지지되어 있는 밸브(48)의 영역 내의 배출 구간의 폐쇄는 축방향 추력이 균형을 이룰 때까지 챔버(36) 안의 유체(38)의 압력을 상승시킨다. 환언하면, 유체(38)의 압력은 포트(44)를 통한 배출을 위한 구간을 달라지게 하는 밸브(48)를 이용하여 압력 챔버(36) 안에서 조절된다.

압력 챔버(36), 막(32) 및 배출 포트(44)는 압력계 캡슐(46)을 형성한다.

이러한 종류의 토크미터의 구조는 막(32)이 병진운동가능하게 되는 것을 방지한다. 막은 탄성적으로만 변형될 수 있다. 그 결과, 공지의 유압식 토크미터에서의 마찰과 이력현상에 관한 문제점은 막이 병진운동가능하지 않는 결과에 따라 제거된다.

유체(38)의 압력은, 예컨대 압력 센서에 의해 측정된다. 측정된 압력에 관한 정보는, 예컨대 디스플레이 장치를 이용하여 사용자에게 전송될 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치는 사용자가 아는 경우라면 센서에 의해 측정된 압력 값을 직접 디스플레이할 수 있고, 또는 디스플레이된 압력 값에 기초하여 토크 값을 용이하게 추정할 수 있으며, 또는 컴퓨터나 다른 변환 시스템과 같이 측정된 압력에 기초하여 토크를 결정하기 위한 수단으로 계산되는 토크 값을 디스플레이할 수 있다.

이와 다르게, 압력 값은 센서에 의해 측정되지 않고, 오히려 압력 그 자체는 압력 값을 직접 측정하지 않으면서도 적합한 메커니즘을 이용하여 디스플레이 장치 상에서 움직이는 바늘에 의해 디스플레이 장치 상에 토크 값이 디스플레이되게 한다.

도 3은 본 발명에 따르는 유압식 토크미터(28)의 개략적인 도면이고, 여기에는 도 2에 나타나 있는 요소들이 다시 상세하게 나타나 있다. 가동형 로드(30)는 가동 로드(30)의 한쪽 단부가 그 안으로 밀려있는 소켓을 이용하여 막(32)에 연결되어 있다. 그 중심에 구멍이 나있는 소켓은 그 전체 외주에 걸쳐서 막(32)에 밀봉가능하게 부착되어 있고, 챔버(36) 안의 압력이 균형을 이루도록 유압식 배출장치를 조정하는 밸브(48)를 형성한다. 막(32)은 압력 챔버(36)의 측면방향 벽(34)까지 뻗어있다. 막(32)은 압력 챔버(36)의 측면방향 벽(34)의 숄더(52)와 접촉하고 있는 링(50)에 의해 둘러싸여 있다. 링(50)은 지지용 칼라(54)를 이용하여 숄더(52)와 접촉하여 지지되어 있다. 링(50), 숄더(52) 및 칼라(54)는 시스템이 밀봉되는 것을 보장한다. 종래 기술의 시일과 피스톤과 달리, 링(50), 숄더(52) 및 칼라(54)는 정적인 상태에 있으면서 밀봉하는 것은 보장하지만, 유체(38)의 압력을 조절하는 역할은 하지 않는다. 따라서, 상기 요소들은 종래 기술의 피스톤-시일 시스템과 같이 동일한 단점은 가지지 않는다.

본 발명은 항공기의 터보샤프트 엔진에 장착되기에 특히 적합하다.

Claims (7)

1. - 측정될 토크를 표현하는 축방향 추력(31)의 영향을 받으면서 길이 방향으로 병진운동가능한 로드(30);
   - 유체(38)가 그 안에서 유동하는 유체 회로(40);
   를 구비하는 유압식 토크미터로서,
   상기 토크미터는:
   - 상기 유압 회로(40)에 의해 유체가 공급되는 압력 챔버(36);
   - 압력 챔버(36) 안에서 유체(38)와 접촉하고 있는 밀봉식 가요성 막(32)으로서, 상기 로드(30)에 대해 대체로 수직하는 평면에서 뻗어있고 로드(30)의 길이방향 움직임이 막(32)을 변형시키도록 로드(30)에 단단히 연결되어 있는, 밀봉식 가요성 막(32);
   - 상기 압력 챔버(36) 안의 유체(38)를 위한 배출 포트(44)로서, 상기 막(32)의 변형에 따라 상기 압력 챔버(36) 안에서 유체(38)의 압력을 조절하도록 상기 로드(30)의 한쪽 단부 상에 지지되어 있는 밸브(48)에 결합되는, 배출 포트(44);
   를 구비하는 압력계 캡슐(46)을 구비하는 것을 특징으로 하는 토크미터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로드는 중공형이고, 상기 유압 회로(40)의 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 토크미터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 중공형 로드는 상기 가요성 막(32)을 통과하고, 유체(38)를 위한 상기 배출 포트(44)는 상기 중공형 로드(30)의 단부 상에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 토크미터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 막(32)은 지지용 칼라(54)를 이용하여 압력 챔버(36)의 숄더(52)와 접촉하여 지지되어 있는 링(50)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 토크미터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   측정될 토크를 표현하는 축방향 추력(31)을 로드(30)에 가하기에 적합한 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 토크미터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체(38)의 압력에 따라 토크를 결정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 토크미터.
7. 샤프트의 토크를 측정하기에 적합한 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 유압식 토크미터(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전하는 샤프트를 구비하는 터보샤프트 엔진.

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