KR20180036182A - 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치 - Google Patents

수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180036182A
KR20180036182A KR1020160126449A KR20160126449A KR20180036182A KR 20180036182 A KR20180036182 A KR 20180036182A KR 1020160126449 A KR1020160126449 A KR 1020160126449A KR 20160126449 A KR20160126449 A KR 20160126449A KR 20180036182 A KR20180036182 A KR 20180036182A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
torque
magnetic
measurement sensor
inflow blocking
Prior art date
Application number
KR1020160126449A
Other languages
English (en)
Inventor
황태규
추진훈
이규명
권욱
김성규
윤종수
권성용
김정환
Original Assignee
재단법인한국조선해양기자재연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인한국조선해양기자재연구원 filed Critical 재단법인한국조선해양기자재연구원
Priority to KR1020160126449A priority Critical patent/KR20180036182A/ko
Publication of KR20180036182A publication Critical patent/KR20180036182A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

Abstract

본 발명은 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉식 동력 전달 장치의 하나인 마그네틱 커플러에서 발생하는 토크를 측정하기 위한 "수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치"에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 원통 형상의 베이스와, 상기 베이스 일측을 밀폐하는 유입차단부와, 상기 유입차단부 내측에 설치되고 인너자성체가 탑재되어 있는 원통 형상의 인너회전자와, 상기 유입차단부 외측에 설치되고 상기 인너회전자 내의 인너자성체와 연동되어 자력을 전달하거나 전달받는 아웃터자성체가 탑재되어 있는 종공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자와, 상기 유입차단부 전후방에 장착되어 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 회전을 돕는 베어링부와, 상기 인너회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 인너회전자의 위상을 측정하는 제1 측정센서와, 및 상기 아웃터회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 아웃터회전자의 위상을 측정하는 제2 측정센서를 구비하고, 상기 유입차단부는 상기 인너회전자 및 상기 아웃터회전자 사이에 위치하여 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 상호 이격 거리를 유지시키면서 수밀구조를 형성하며, 상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서에서 측정된 위상 차이를 이용하여 토크를 측정한다.

Description

수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치{Torque measuring device for the magnetic coupling of the watertight}
본 발명은 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉식 동력 전달 장치의 하나인 마그네틱 커플러에서 발생하는 토크를 측정하기 위한 "수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치"에 관한 것이다.
해양 에너지를 이용하는 주요 발전 중에는 해수의 위치에너지를 이용하는 조력발전과, 해수의 운동에너지를 이용하는 조류발전이 대표적이다.
조류발전기는 조석을 동력원으로 하되 조석에 의한 해류의 흐름, 즉 조류로부터 에너지를 추출하는 발전 장치임에 반하여, 조력발전기는 조석간만의 차를 이용한 발전장치이다.
조력 발전은 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 썰물 때에 저수지와 해수면의 수위차를 이용하여 발전하여 전기에너지를 생산하는 방식이다. 즉, 조석 간만의 차가 큰 만이나 강 하구에 댐을 건설하고 밀물과 썰물 때에 터빈을 돌려 발전하는 시스템으로 수력발전과 유사한 방식이다.
이에 반해 조류발전은 해수의 빠른 흐름 즉, 자연적인 해수의 흐름을 이용하는 방식이기 때문에 조력발전처럼 댐을 설치할 필요가 없다. 조류발전에 사용되는 수차발전기의 종류는 프로펠러식(Propeller Type), 다리우스식(Darrieus Type), 사보니우스식(Savonius Type)과 이들을 변형 또는 개량한 형태가 있다.
조류발전기는 조력댐 없이 발전에 필요한 수차발전기만을 설치하면 되기 때문에 비용이 적게 드는 반면, 조류의 유속이 일정 속도 이상 되어야 하므로 적지를 선정하는데 어려움이 있고, 조력발전에 비해 자연적인 흐름의 세기에 따라 발전량이 좌우된다는 단점이 있다. 하지만, 해수 유통이 자유롭고 해양 환경에 미치는 영향이 거의 없어 조력발전에 비해 친환경적인 것으로 평가되고 있다.
이에 조류발전의 경우, 흐름의 예측을 거의 정확하게 알 수 있고 규칙적인 발전이 가능한 곳으로 우리나라 서해안이 조류발전을 위한 최적지로 평가되고 있다.
그런데 종래의 조류발전기의 일례를 개략적으로 보면, 종래에는 일반적으로 발전용 터빈이 수중에 위치하고 발전기 및 파워트레인을 포함한 구조물이 수중에 위치하므로 해수의 침입을 방지하는 수밀구조를 유지하여야 할 어려운 문제점이 내재되어 있었다.
즉, 조류발전에서 대부분의 고장은 수밀구조의 노후화로 인하여 파워트레인 및 발전기를 포함한 나셀의 부품에서 발생하게 되며, 유지보수비를 줄이기 위해 2중 또는 3중 수밀구조를 채택할 수 있지만 해수 유입이 완벽히 차단되도록 내부와 외부를 완전히 분리되지 못하는 구조적 문제점으로 인하여 발전기의 수명 동안 성능을 보장할 수는 없기 때문에 발전기의 제작비가 증가하였다.
또한, 2중 또는 3중 수밀구조를 해체하거나 수중 환경이라는 특성상 유지보수를 하는 시간이 오래 걸리고 비용도 증가하게 되는 문제점이 있었다.
즉, 종래의 조류발전기는 수중 환경이라는 특성상 유지 보수에 많은 비용이 들어가고 고장 원인의 대부분이 해수가 장비 내부로 유입되는 것이므로 완벽한 수밀(水密)을 요구하는 문제점이 있었다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 특허출원번호 제10-2014-0152704호 '마그네틱 커플러를 이용한 수중 무어링 조류발전기'(출원일자 2014.11.05.) 및 특허출원번호 제10-2014-0152705호 '마그네틱 커플러를 이용한 스트럿 수밀구조의 조류발전기'(출원일자 2014.11.05.)를 제안한 바 있다.
그런데 상기 조류발전기들은 비접촉식 동력 전달 장치의 하나인 마그네틱 커플러를 이용하므로 발생되는 토크를 정확히 측정될 필요성이 있었다.
특히, 대한민국 등록특허 제10-1220881호에 기재된 배경기술을 참조하면, 일반적으로 토크(Torque)는 어떤 중심축에 힘이 가해져 물체를 회전시키는 정도를 말하는 것으로서 비틀림 모멘트라고도 한다.
상기 토크를 제어하거나 측정하기 위한 수단으로서 널리 사용되고 있는 것은 로드셀이나 스트랭스 게이지와 같은 장치들이 제공되고 있다.
그러나 상기 로드셀이나 스트랭스 게이지의 경우 구조가 복잡할 뿐 아니라 부피가 크기 때문에 조류에 의해 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 각종 조류발전장치의 회전축 부분에 직접 장착 사용하기에는 많은 불편과 제약이 따르게 되며, 또한 설치비용이 별도로 소요되는 등의 단점이 있었다.
한국 특허출원 제10-2014-0152704호, 발명의 명칭 '마그네틱 커플러를 이용한 수중 무어링 조류발전기'(출원일자 2014.11.05.) 한국 특허출원 제10-2014-0152705호, 발명의 명칭 '마그네틱 커플러를 이용한 스트럿 수밀구조의 조류발전기'(출원일자 2014.11.05.) 한국 등록특허 제10-1220881호, 발명의 명칭 '무접점 자계센서를 이용한 토크측정장치' (등록일 2013.01.04.)
본 발명은 상기한 필요성을 충족하고 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 아웃터로터(OUTER ROTOR)와 인너로터(INNER ROTOR)로 분리되는 마그네틱 커플러에서 발생되는 토크를 보다 간편하게 측정할 수 있는 '수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치'를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 원통 형상의 베이스와, 상기 베이스 일측을 밀폐하는 유입차단부와, 상기 유입차단부 내측에 설치되고 인너자성체가 탑재되어 있는 원통 형상의 인너회전자와, 상기 유입차단부 외측에 설치되고 상기 인너회전자 내의 인너자성체와 연동되어 자력을 전달하거나 전달받는 아웃터자성체가 탑재되어 있는 종공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자와, 상기 유입차단부 전후방에 장착되어 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 회전을 돕는 베어링부와, 상기 인너회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 인너회전자의 위상을 측정하는 제1 측정센서와, 및 상기 아웃터회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 아웃터회전자의 위상을 측정하는 제2 측정센서를 구비하고, 상기 유입차단부는 상기 인너회전자 및 상기 아웃터회전자 사이에 위치하여 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 상호 이격 거리를 유지시키면서 수밀구조를 형성하며, 상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서에서 측정된 위상 차이를 이용하여 토크를 측정한다.
본 발명에서 제안하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 로드셀이나 스트랭스 게이지와 같은 구조가 복잡할 뿐 아니라 부피가 큰 종래의 장비를 이용하지 않고 마그네틱 커플링에 대한 토크를 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 구조가 간편하기 때문에 소형, 경량화시킬 수 있어 수밀구조를 요구하는 해양 조류발전기에 적용하여 편리하게 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 마그네틱 커플러에 대한 개념을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 마그네틱 커플러에 대한 개념을 나타내는 개략적인 다른 사시도이다.
도 3은 마그네틱 커플링에 걸리는 토크에 따라 변위가 변하는 개념을 도시한 도면이다.
도 4는 마그네틱 커플링 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 해석 결과를 검정하기 위하여 제작된 마그네틱 커플러에 대한 설계도면 및 실물사진이다.
도 8은 상용프로그램인 Maxwell를 이용하여 마그네틱 커플링 토크 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱커플링에 대한 토크 측정장치를 도시한 도면이다.
도 10은 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)의 위상 측정 센서를 보여주는 하나의 예시적인 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 대해 잘 알려져 있거나 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위하여 설명을 생략할 수 있다.
한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 또한, 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 커플러에 대한 개념을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 마그네틱 커플러에 대한 개념을 나타내는 개략적인 다른 사시도이며, 도 3은 마그네틱 커플러에 걸리는 토크에 따라 변위가 변하는 개념을 도시한 도면이다.
본 발명의 주요 특징은 도 1에 도시된 바와 같이, 아웃터회전자(OUTER ROTOR)와 인너회전자(INNER ROTOR)로 분리되는 마그네틱 커플러(magnetic coupler)를 이용하는 것으로, 본 발명의 일실시 예에 따른 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 인너자성체(111)가 포함되어 있는 원통 형상의 인너회전자(110)와, 아웃터자성체(121)가 포함되어 있는 중공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자(120)를 포함하여 구성되되, 아웃터회전자(120)와 소정간격 이격되어 인너회전자(110)를 보호하고 수밀(水密)을 유지하는 유체 유입차단부(130)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 유입차단부(130) 전후방에 장착되어 인너회전자(110) 및 아웃터회전자(120) 간의 회전을 원활하게 유지시키는 제1 베어링(141), 제2 베어링(142) 및 제3 베어링(143)으로 구성되는 베어링부(140)를 더 구비할 수 있다.
이로 인하여 자성체(자석)을 이용하여 운동에너지를 자력(磁力)으로 전달하고 비접촉 동력전달을 가능하게 하는 마그네틱 커플러를 이용하여 동력을 전달하되, 본 발명은 마그네틱 커플러 내에 발생하는 토크를 측정하면서 외부로부터 유체 유입을 차단할 수 있게 하므로 수밀성이 뛰어나게 할 수 있다.
우선, 마그네틱 커플링(magnetic coupling)에 대한 특징을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 마그네틱 커플링(magnetic coupling)은 비접촉식 동력 전달 방식을 취하고 있다.
즉, 자력에 의해서 물리적인 접촉 없이 소정 간격 이격되어 있으므로, 비접촉식 동력 전달로 마모에 의한 발진 및 소음이 없다.
또한, 자석에 의한 동력전달로 지속적으로 사용 가능하여 교환이나 관리 비용이 절약되고, 장치가동율이 향상된다.
또한, 설계시나 조립시 다소 축 중심에서 어긋나 있어도 토크 전달에 영향이 적고, 허용이상의 부하가 마그네틱 커플러에 걸렸을 경우 슬립(slip)이 발생하여 장비 내부의 손상을 방지할 수 있다.
특히, 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 방식은 수밀(水密) 기능이 가능하다.
즉, 마그네틱 커플러의 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor) 사이에 격벽을 설치하여 조류발전기와 같이 수밀(水密)이 요구되는 장치에 적용할 수 있다.
이러한 특징들을 가지고 있는 마그네틱 커플링 방식은 도 3에 도시된 바와 같이, 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)에 걸리는 토크(torque)에 따라 변위가 변한다.
따라서, 마그네틱 커플링의 해석 및 실험을 통해 변위와 토크의 관계를 측정하여 특성 분석을 통해 변위측정을 통해 토크를 계산할 수 있다.
역으로, 변위 측정을 통한 토크 측정의 반대 과정으로 토크 측정을 통해 마그네틱 커플링에 따른 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)의 상대 변위를 알 수 있을 것이다. 따라서, 토크 측정을 통하여 변위 측정도 가능할 것이다.
도 4는 마그네틱 커플링 해석 결과를 나타내는 도면으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 좌측 일렬은 최소토크(min torque)시 해석 결과를 보여주고 있고, 우측 일렬은 최대토크(max torque)시 해석 결과를 잘 보여 주고 있다.
즉, 최소토크 시에는 상대변위가 0도이고, 최대토크 시에는 22.5도를 엘레먼트별로 보여주고 있다.
도 5는 도 4의 해석 결과를 검정하기 위하여 제작된 마그네틱 커플러에 대한 설계도면이고, 도 6 내지 도 7은 제작된 마그네틱 커플링 수밀 장치들의 실물 사진을 보여주고 있으며, 도 8은 상용프로그램인 Maxwell를 이용하여 마그네틱 커플링 토크 시험 결과를 나타내는 도면이다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상용프로그램인 Maxwell를 이용하여 마그네틱 커플링 토크 시험 결과가 도출되었다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 해석 및 실험결과가 유사한 경향을 보였고, 상기 결과를 토대로 마그네틱 커플링에 대한 변위 측정을 통해 토크를 예상할 수 있음을 확인하였다.
한편, 토크 측정이 가능하다면 마그네틱 커플링의 변위를 알 수 있을 것이고, 이로 인하여 슬립이 일어나는 지점을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명자는 상기 변위 측정 방법으로 크게 두 가지 방법을 제안한다.
1) 자기 측정을 통한 변위 검출
홀 센서(Hall sensor), 엠알 센서(MR sensor) 등과 같은 자기 센서를 이용하여 지자기 측정을 통해 마그네틱 위상을 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱커플링에 대한 토크 측정장치를 도시한 도면으로, 홀 센서(Hall sensor)를 이용하여 위상을 검출할 수 있다.
또한, 도 10은 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)의 위상 측정 센서를 보여주는 도면이다.
따라서, 홀 센서(Hall sensor) 같은 자기 측정 센서를 이용하여 지자기 측정을 통해 마그네틱 위상을 검출하고, 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)의 위상 차이를 계산하며, 이에 따른 위상 차이를 토크로 환산하여 토크의 크기를 알 수 있게 된다.
또한, 부가적으로 홀 센서(Hall sensor)는 분당회전속도(RPM)도 측정 가능할 것이다.
2) 물리적 변위측정 센서 등을 통한 변위 측정
엔코더, 레조버, 가변저항 등 물리적 변위를 측정하는 센서를 이용하여 인너로터(inner-rotor)와 아웃터로터(outer-rotor)의 변위를 측정하면 토크를 계산할 수 있을 것이다.
따라서, 상기한 실험 결과에 따라 본 발명자는 다음과 같은 본 발명을 도출하였다.
본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치(100)는 원통 형상의 베이스(101)와, 상기 베이스(101) 일측을 밀폐하는 유입차단부(130)와, 상기 유입차단부(130) 내측에 설치되고 인너자성체(111)가 탑재되어 있는 원통 형상의 인너회전자(110)와, 상기 유입차단부(130) 외측에 설치되고 상기 인너회전자(110) 내의 인너자성체(111)와 연동되어 자력을 전달하거나 전달받는 아웃터자성체(121)가 탑재되어 있는 종공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자(120)와, 상기 유입차단부(130) 전후방에 장착되어 상기 인너회전자(110) 및 아웃터회전자(120)의 회전을 돕는 베어링부(130)와, 상기 인너회전자(110)의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스(101) 일측에 장착되는 상기 인너회전자(110)의 위상을 측정하는 제1 측정센서(150)와, 및 상기 아웃터회전자(120)의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스(101) 일측에 장착되는 상기 아웃터회전자(120)의 위상을 측정하는 제2 측정센서(160)를 구비하고, 상기 유입차단부(130)는 상기 인너회전자(110) 및 상기 아웃터회전자(120) 사이에 위치하여 상기 인너회전자(110) 및 아웃터회전자(120)의 상호 이격 거리를 유지시키면서 수밀구조를 형성하며, 상기 제1 측정센서(150) 및 제2 측정센서(160)에서 측정된 위상 차이를 이용하여 토크를 측정한다.
또한, 상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서는 홀 센서(Hall sensor)일 수 있거나 위상을 측정할 수 있는 엔코더(Encoder)일 수 있다.
그럼, 도면을 참조하여 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치를 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 인너자성체(111)가 포함되어 있는 원통 형상의 인너회전자(110)와, 아웃터자성체(121)가 포함되어 있는 중공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자(120)를 포함하여 구성되되, 아웃터회전자(120)와 소정간격 이격되어 인너회전자(110)를 보호하고 수밀(水密)을 유지하는 유체 유입차단부(130)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 상기 유입차단부(130) 전후방에 장착되어 상기 인너회전자(110) 및 아웃터회전자(120) 간의 회전을 원활하게 유지시키는 제1 베어링(141), 제2 베어링(142) 및 제3 베어링(143)으로 구성되는 베어링부(140)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 베어링부(140)는 제1 베어링(141), 제2 베어링(142) 및 제3 베어링(143)으로 구성되고 필요에 따라서 추가 구비될 수 있다.
제1 베어링(141)는 유입차단부(130) 뿌리부분과 아웃터회전자(120) 내측 끝단과 만나는 지점에서 상호 이격 상태를 유지하며 원활하게 회전하도록 지지하는 역할을 한다.
제2 베어링(142)는 유입차단부(130) 머리부분과 아웃터회전자(120) 내측 안쪽과 만나는 지점에서 상호 이격 상태를 유지하며 원활하게 회전하도록 지지하는 역할을 한다. 다만, 필요에 따라 그 위치가 달라질 수 있다.
제3 베어링(143)는 유입차단부(130) 머리 내측과 인너회전자(110) 머리 끝단과 만나는 지점에서 상호 이격 상태를 유지하며 원활하게 회전하도록 지지하는 역할을 한다.
인너회전자(110)는 자력(磁力)을 전달하기 위해 인너자성체(111)가 외주면에 탑재되어 있는 원형의 허브(Hub) 형상으로 되어 있다.
아웃터회전자(120)는 인너회전자(110) 내의 인너자성체(111)와 연동되어 자력을 전달받는 아웃터자성체(121)가 내주면에 탑재되어 있는 원형의 허브(Hub) 형상으로 되어 있다.
한편, 인너자성체(111)나 아웃터자성체(121)는 자석(magnet)과 같은 자성(磁性)을 가지는 부재이다.
따라서, 인너자성체(111)와 연동되어 자력을 전달받거나 전달하는 아웃터자성체(121)는 아웃터회전자(120) 내주면에 탑재되어 있으며, 아웃터회전자(120) 내측에 위치하게 된다.
인너회전자(110)와 아웃터회전자(120)는 소정 간격 분리 이격되어 있으며, 자력에 의해 상호 소정 이격된 거리를 유지하게 된다.
또한, 인너회전자(110)와 아웃터회전자(120) 사이에는 인너회전자(110)를 보호하고 수밀하는 외부 유체 유입차단부(130)가 위치하게 된다.
또한, 유체 유입차단부(130)는 인너회전자(110)를 보호하고 외부에서 유입되는 유체를 수밀하며 원활하게 자력(磁力)이 전달되기 위해서 스테인레스나 세라믹, 플라스틱 등과 같은 비자성 소재를 사용할 수 있고 얇은 막으로 형성되거나 코팅될 수 있다.
이와 같이 마그네틱 커플링 방식을 이용하여 내부와 외부를 물리적으로 완전히 분리하므로 수밀(水密)을 향상시킬 수 있다.
즉, 인너회전자(110), 아웃터회전자(120) 및 유입차단부(130)로 구성되는 마그네틱 커플링 장치를 이용하므로 유체가 유입될 수 있는 물리적 틈새를 만들지 않으므로 수밀(水密)을 향상시킬 수 있는 이점을 가지게 된다.
한편, 유체 유입차단부(130)와 베이스(101) 사이는 수밀(水密)을 위해서 오-링(미도시)으로 밀봉하여 진다. 즉, 오-링(미도시)은 유입차단부(130)와 베이스(101) 사이의 틈새를 밀봉하기 위하여 사용된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치(100)는 원통 형상의 베이스(101)와, 상기 베이스(101) 일측을 밀폐하는 유입차단부(130)와, 상기 유입차단부(130) 내측에 장착되는 인너회전자(110)와, 상기 유입차단부(130) 외측에 장착되어 자력을 전달하거나 전달받는 종공의 아웃터회전자(120)와, 상기 유입차단부(130) 전후방에 장착되는 베어링부(140)와, 상기 베이스(101) 일측에 장착되어 상기 인너회전자(110)의 자기를 감지하는 제1 측정센서(150)와, 상기 베이스(101) 다른 일측에 장착되어 상기 아웃터회전자(120)의 자기를 감지하는 제2 측정센서(160)를 구비한다.
제1 측정센서(150)는 홀 센서(Hall sensor) 또는 엔코더(Encoder)를 이용할 수 있고, 인너회전자(110)의 위치를 용이하게 감지할 수 있도록 도 10에 대응하는 설정된 베이스(101) 일측에 위치한다.
제2 측정센서(160)는 홀 센서(Hall sensor)또는 엔코더(Encoder)를 이용할 수 있고, 아웃터회전자(120)의 위치를 용이하게 감지할 수 있도록 도 10에 대응하는 설정된 베이스(101) 일측에 위치한다.
여기서, 홀 센서(Hall sensor)는 자기장의 세기에 따라 전압이 변하는 소자로, 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아내어 위치나 자장의 세기 등을 감지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 제1 측정센서(150) 및 제2 측정센서(160)에서 감지된 위상을 이용하여 토크의 크기를 측정할 수 있게 된다.
이로 인하여 본 발명의 일실시 예에 따른 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치(100)는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치는 로드셀이나 스트랭스 게이지와 같은 구조가 복잡할 뿐 아니라 부피가 큰 종래의 장비를 이용하지 않고 마그네틱 커플링에 대한 토크를 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 구조가 간편하기 때문에 소형, 경량화시킬 수 있어 수밀구조를 요구하는 해양 조류발전기에 적용하여 편리하게 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 아웃터회전자(OUTER ROTOR)와 인너회전자(INNER ROTOR)는 자석(자성체)을 이용하여 동력을 전달하므로 일반적으로 수밀(水密)에 취약한 부분에 대하여 물리적 분리를 통하여 유체 유입을 원천 봉쇄할 수 있는 이점이 있다.
또한, 아웃터회전자(OUTER ROTOR)와 인너회전자(INNER ROTOR) 사이에 유입차단부(130)를 통하여 인너회전자(INNER ROTOR)를 보호하면서 수밀(水密)이 가능하여 유체 유입을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 아웃터회전자(OUTER ROTOR)와 인너회전자(INNER ROTOR) 사이는 소정 간격 이격되어 있고 이격된 부분으로 유체가 채워져 윤활하게 되어 회전에 의해 발생하는 열을 바로 방출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 마그네트 커플링 방식의 경우 동력전달이 비접촉이므로 소음이 감소하는 이점이 있다.
지금까지 실시 예를 통하여 본 발명에서 제안하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정장치에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 하나의 실시에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이다.
따라서 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명이 제안하는 토크 측정 장치
110 : 인너회전자
120 : 아웃터회전자
130 : 유입차단부
140 : 베어링부
150 : 제1 측정센서
160 : 제2 측정센서

Claims (3)

  1. 원통 형상의 베이스와,
    상기 베이스 일측을 밀폐하는 유입차단부와,
    상기 유입차단부 내측에 설치되고 인너자성체가 탑재되어 있는 원통 형상의 인너회전자와,
    상기 유입차단부 외측에 설치되고 상기 인너회전자 내의 인너자성체와 연동되어 자력을 전달하거나 전달받는 아웃터자성체가 탑재되어 있는 종공이 형성된 원통 형상의 아웃터회전자와,
    상기 유입차단부 전후방에 장착되어 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 회전을 돕는 베어링부와,
    상기 인너회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 인너회전자의 위상을 측정하는 제1 측정센서와, 및
    상기 아웃터회전자의 측면테두리 일측에 대응하여 상기 베이스 일측에 장착되는 상기 아웃터회전자의 위상을 측정하는 제2 측정센서를 구비하고,
    상기 유입차단부는 상기 인너회전자 및 상기 아웃터회전자 사이에 위치하여 상기 인너회전자 및 아웃터회전자의 상호 이격 거리를 유지시키면서 수밀구조를 형성하며,
    상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서에서 측정된 위상 차이를 이용하여 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서는 홀 센서(Hall sensor)인 것을 특징으로 하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 측정센서 및 제2 측정센서는 위상을 측정할 수 있는 엔코더(Encoder)인 것을 특징으로 하는 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치.
KR1020160126449A 2016-09-30 2016-09-30 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치 KR20180036182A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160126449A KR20180036182A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160126449A KR20180036182A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180036182A true KR20180036182A (ko) 2018-04-09

Family

ID=61978216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160126449A KR20180036182A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180036182A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006348A (ko) * 2020-07-08 2022-01-17 (주)제넥 토크 리미터 일체형 마그네틱 커플링 및 그 제조방법
KR20220134285A (ko) 2021-03-26 2022-10-05 주식회사 맥솔 마그네틱 커플링

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006348A (ko) * 2020-07-08 2022-01-17 (주)제넥 토크 리미터 일체형 마그네틱 커플링 및 그 제조방법
KR20220134285A (ko) 2021-03-26 2022-10-05 주식회사 맥솔 마그네틱 커플링

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8410626B2 (en) Submersible power generating plant, driven by a water flow
CN104329205B (zh) 水流发电装置
WO2016000610A1 (zh) 潮流能发电装置
ES2739375T3 (es) Planta energética y partes de una planta energética
CN106939870A (zh) 海洋能发电装置及其海洋能发电漏水保护装置
KR20180036182A (ko) 수밀구조에서의 마그네틱 커플링에 대한 토크 측정 장치
US20140077499A1 (en) Underwater electric rotating device having waterproofing structure and underwater generator using the same
CN204827782U (zh) 潮流能发电装置
KR20080046773A (ko) 헬리컬 터빈
CN112034202B (zh) 用于千米级海洋风能无人航行器的风速风向传感器及方法
CA3001696C (en) Hydroelectric energy systems, and related components and methods
KR102021814B1 (ko) 수중 무어링 조류 발전장치
KR20110107885A (ko) 프로펠러를 이용한 수중 조류발전기
KR102396186B1 (ko) 수중매입형 소수력 발전장치
CN206787487U (zh) 水下闸门开度传感器
KR102328156B1 (ko) 해수의 위치에너지와 자기에너지를 이용한 발전장치
CN208299563U (zh) 水下电机与水下机器人
KR101932974B1 (ko) 방수형 고효율 수중설치 영구자석 동기발전기
Akimoto et al. Conceptual study of a drag type water turbine for electricity generation from wave power
KR102140490B1 (ko) 수중발전기의 내부상태를 확인할 수 있는 소수력 발전장치
CN201965147U (zh) 一种深水磁感应涡轮万向流速仪
GB2392713A (en) Multi-direction flow turbine
CN207073442U (zh) 海洋能发电装置及其海洋能发电漏水保护装置
CN107289853A (zh) 水下闸门开度传感器
CN104832358A (zh) 高效水流发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application