KR850000268B1 - 반사부 하전달을 이용한 회전자측정시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반사부 하전달을 이용한 회전자측정시스템

제1도는 본 발명의 소자들 사이의 관계를 도시한 기능적인 계통도.

제2도는 본 발명의 일실시예를 도시한 기능적인 구성도.

제3도는 본 발명이 사용될 수 있는 통상적인 경우를 도시한 사시도.

본 발명은 고정 관측기에 대하여 움직이는 몸체에서 이루어진 감지기 측정치로 부터 정보를 얻기 위한 장치에 관한 것이며 특히 회전체 또는 회전 장치로부터 온도·압력·토오크·스트레인 변형 및 이와 유사한 감지기 측정데이타를 얻기위한 전달 장치에 관한 것이다.

터어빈·모터 및 발전기들과 같은 여러가지 회전기계들은 종종 위험 응력 또는 과다 응력상태로 작동되어지므로, 내부장치 상태를 정확히 결정할 필요성이 증가한다. 이러한 감지기 데이타에 대한 절실한 필요성은 일반적으로 2가지 이유에 기인하여 발생된다. 첫째는, 최적 또는 거의 최적 상태로 여러가지 기계들을 작동시키는 것이 점차적으로 필요하게 되며 이렇게 하는 것은 여러가지 장치들의 회전부분들과 연관된 여러가지 매개변수들에 대한 보다 많은 정보가 요구된다. 이러한 상태하에서, 주변감지기들로부터의 간접적인 혹은 2차적 데이타측정들은 정확성·신뢰성 혹은 실제의 내부 상태들의 반영성의 면에서 뒤진다. 둘째는, 여러가지 회전장치들이 점착적으로 보다 높은 부하정격으로 작동될 때 초과해서는 안되는 시스템 조건을 정확히 결정하는 것이 점차적으로 필요하게 된다. 장치가 손상을 받기전에 시스템으로 흐르는 전류를 차단시키거나 감소시키는 가장 좋은 방법으로 보호제어시스템들을 작동시키기 위하여서는 이들 상태들을 정확히 감지하는 것이 중요하다. 더우기, 대규모 집적회로 칩들로 구성된 디지탈 및 아날로그 제어시스템들의 출현은 다수의 입력신호 매개변수들을 갖는 제어시스템을 작동시키는 능력을 크게 용이하게 한다.

종래에 있어서, 회전부분과 고정부분 사이의 감지기정보 전달은 몇가지 이유로 인하여 까다롭고 가격이 비쌌다. 예를들어 회전감지기와 전달시스템에 전력을 제공하는 방법이 제공되어야만 한다. 화학전지는 수명이 비교적 짧기 때문에 이러한 시스템에 사용하기에 불편하다. 따라서 다른 정보 및 전달 시스템은 정지부분과 회전부분 사이에 직접 끼워 넣는 링접속을 사용한다. 그러나 이것은 잡음을 동반하여 신호를 불명확하게 하므로 편리한 전력전달 방법이 못된다. 더우기 끼워넣는 링접속은 유지하기가 곤란하고 규칙적인 관찰을 요구하며 일반적으로 어느 정도의 기계적 간서을 포함한다. 여러가지 회전전자데이타 발생시스템에 전력을 제공하기 위한 브러쉬접속과 연관된 문제들 때문에 다른 시스템들은 필요한 전력을 공급하기 위하여 리액티브(reactive) 접속을 사용한다. 예를 들어 필요한 전력전달은 모터 또는 발전기축과 함께 회전하는 코일과 고정된 코일 사이의 무선주파수전자기 결합에 위하여 악영향을 받을 수 있다. 그러나, 특히 큰 모터 및 발전기들이 비교적 높은 레벨의 방사전자기 잡음을 발생시키기 때문에 종래의 데이타발생 시스템은 큰 잡음문제를 동반할 수 있다. 부가적으로, 또한 종래의 시스템에 있어서는 회전데이타 시스템에 전력을 공급하는것 이외에 데이타 신호를 회전 몸체로부터 상대적으로 고정된 관축기에 전달하기 위한 제2독립 채널을 제공하는 것이 필요하다. 이것은 종래의 시스템에 있어서는 주파수 또는 진폭이 변조된 캐리어 신호를 전달하므로써 수행된다. 그러나 또한 이들 시스템은 잡음 문제를 야기할 수 있으며 불필요하게 복잡하고 가격이 비싸다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 고정관축기에 대해 운동하는 회전몸체상에 제공된 감지기 측정치로부터 데이타를 얻기 위한 장치는 무선주파수 에너지원을 운동 몸체상의 부하변환 장치에 접속시키기 위한 리액티브 장치를 포함한다. 부하는 운동몸체상의 데이타 감지기에 의하여 제공된 측정치에 따라 변화하며 부하의 변화는 리액티브 결합장치를 통하여 부하변환에 응답하는 고정된 검출기 장치로 다시 반사된다.

특히, 본 발명의 양호한 일실시예에 따라, 전압 종속감지기들은 "온" 및 "오프" 상태 사이에서 발진기에 대한 전력공급원을 측정한 매개변수에 따르는 주파수로 스위치하는 전압제어 발진기를 제어한다. 전력공급원은 전력공급원이 사용하는 무선주파수 에너지를 수신하는 고정 코일에 유도적으로 결합되어 필요하다면 정류와 여파후에 발진기 및 감지기에 전력을 공급하도록 접속된다. 그러므로 부하의 변화는 유도결합 코일을 통하여 부하변화에 응답하는 검출기로 다시 반사된다.

따라서, 본 발명의 한 목적은 고정관축기와 그에 대하여 움직이는 몸체 사이에 데이타 전달장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 기계에 쉽게 장착되며 값이싸고, 간단하며 특히 비교적 높은 전력유도기계를 사용하는 경우에 있어서 높은 잡음감소를 나타내는 이러한 데이타 전달장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징들은 첨부된 청구범위에서 특정사항으로 기술되었다. 그러나, 본 발명 그 자체는 첨부된 도면들은 참조하면서 더욱 상세히 설명하겠다.

제1도는 고정기준 프레임(10)과 이동 기준 프레임(11)사이정의보 신호들을 결합시키기 위한 반사부하데이타 전달시스템을 도시한다. 선(19)은 시스템의 이동부분으로 부터의 고정부분을 나타낸다. 본 발명의 장치의 기능은 다음과 같이 작동한다. 무선주파수(R F) 에너지원(18)은 용량성 또는 유도성 결합의 어느 것을 포함할수 있는 리액티브 결합장치(16)에 R F에너지(26)를 공급한다. 리액티브 결합장치의 일부분은 고정되어 있으며 다른 부분은 기준프레임(11)과 함께 움직이다. 본 발명의 목적상, 기준프레임(11)의 운동은 회전 운동이라고 생각될 수 있다. 리액티브 결합장치(16)는 우선 주파수 에너지 신호(24)를 부하변환장치(15)에 공급한다. 또한 부하변환장치(15)는 감지기(12)로 부터신호(20)를 수신하며 감지기장치(12)로 부터의 전기적 출력신호(20)에 응답하여 부하를 변화시키도록 작동한다. 부하의 변화는 리액티브 결합장치를 통하여 시간변화부 하신호(23)로서 다시 반사된다. 제1도에 있어서, 폭이 넓은 화살표(21), (24) 및 (26)는 전력신호를 나타내며 다른 화살표는 정보 신호를 나타낸다는 것을 특히 주시해야 할 것이다. 그러나 선(23) 및 (24)이 단지 기능적인 이해를 나타내기 위하여 따로 따로 도시되었으나 사실상 본 발명의 양호한 실시예에 있어서는 신호 및 전력용의 분리전달 채널들이 필요하지 않다는 것을 특히 주시해야 될 것이다. 정지기준프레임(10)에 도시된 바와같이 부한변환신호(25)는 감지기측정치를 나타내는 전기적 신호(27)를 제공하는 검출기(17)에 공급된다.

특히 부하변환장치(15)는 통상적으로, 감지기장치(12)에 의하여 제공된 데이타에 따르는 전기적신호(22)를 제공하도록 작동하는 신호 발생장치를 포함한다. 신호장치는 전력공급 장치(14)로 부터의 전력신호(21)를 수신하며 감지기신호(20)로 부터 유출된 정보에 따라 전력공급장치를 온 및 오프로 스위치시키도록 작동하는 전기적신호(22)를 전력공급장치에 제공하므로써 전력공급 장치와 상호작용한다. 그 후에 이러한 방법으로 전력공급장치(14)에서 보이는 부하는 감지기신호(20)와 무관하게 변화한다. 이것이 부하변환이며 이 부하변환은 전력공급장치(14)와 신호장치(13) 그리고 필요하다면 감지기장치(12)를 작동시키는 전기적 에너지원으로 기여하는 리액티브 결합장치(16)를 가로질러 반사된다. 필요하다면, 전력공급장치는 전기적신호(22)가 전력 공급장치에 의한 부하로서의 신호장치를 제거하도록 작동하는 시간동안 신호장치(13)에 전기적 에너지를 공급하도록 작동하는 용량성 축적장치를 포함할 수 있다.

전력공급부하는 그 자체가 스위치되기 때문에 부하변환신호는 리액티브 결합장치를 통하여 고정 기준프레임(10)으로 다시 인가된다. 따라서, 한개의 리액티브 결합장치만을 제공할 필요가 있으며 회전부하 변환장치에 전력신호를 공급하는 채널은 검출기에 감지기 정보를 전달하도록 작동한다. 부하변화가 다양한 종속성들을 가질 수 있는 한 2진 형태 즉 온 및 오프형태의 부하변화를 갖는 것이 가장 편리하다. 이러한 결과적인 작동형태는 고도의 잡음제거를 나타내는 디지탈 정보를 전달한다.

제2도는 리액티브 결합장치가 한쌍의 코일(33)을 포함하여 코일(33)중의 하나는 관측기의 고정기준 프레임에 대하여 고정되어 있으며 다른 하나는 회전기준 프레임에 대하여 고정되어 있는 본 발명의 일실시예를 도시한다. 무선주파수 에너지는 R F 전력발진기(18)로 부터 코일(33)의 양단에 전달된다. 이 R F에너지는 전압제어 발진기(31) 및 증폭기(30)에 제어된 dc전력신호(21)를 제공하기 위하여 전파정류 브리지회로, 브리지 회로 층력 양단에 접속된 필터 캐패시터 및 캐패시터와 브리지 사이에 직렬로 접속된 제어전자 스위치를 포함하는 스위치된 전력공급원(32)에 의하여 수신된다. 증폭기(30)는 전압제어 발진기(31)를 구동시키기 위하여 감지기 즉 회전기준 프레임상의 변환기로 부터의 정보 신호를 수신하고 이들 정보신호를 증폭시킨다. 이 발진기는 전자스위치가 정류기로부터 요구되는 dc전류(21)를 간헐적으로 차단하도록 작동시키는 전기적신호(22)를 제공한다. 그러므로 코일(33)을 통하여 고정기준 프레임으로 다시 반사되는 시간에 따라 변화하는 부하특성이 있다. 이들 "반사된" 신호(25)는 포락선 검층기(36)에 의하여 쉽게 검층될 수 있다. 그후에 부하변화는 명확히 지정된 시간주기에 걸쳐서 계수기(37)에 의하여 계수된다. 이 계수는 전압제어 발진기(31)에 인가된 감지기 전압에 따르는 신호(27)이다. 이러한 본 발명의 실시예에 있어서, 발진기(31)의 주파수는 R F전력발진기(18)의 발진 주파수보다 낮은 주파수로 선택된다는 것을 특히 주시해야 한다.

고정기준 프레임(10)에 부착된 전기회로는 단일 트랜지스터 C급 증폭기를 구동하는 층력을 갖는 발진기로서 작동하는 단일 트랜지스터회로를 사용하므로써 쉽게 실시된다. C급 증폭기 회로들은 이들이 공급하는 전류가 이들의 층력에 접속된 부하에 따라 직접 변화하기 때문에 이러한 목적에 특히 접합하다. C급 증폭기로 공급되는 전류의 결과적인 진동은 그 후에 쉽게 검층되며 계수된다. 이러한 방법으로, C급 증폭기의 고유특성은 C급 증폭기가 포락선 검출기로서 작동하도록 한다.

제3도는 본 발명이 사용될 수 있는 통상적인 환경을 도시한다. 더우기 제3도는 본 발명과 연관된 또 다른 이점들을 도시한다. 제3도에 있어서 R F전력 발진기(17)는 흔히 한번만 감긴 선을 포함하는 고정된 유도코일(16a)을 구동시킨다. 그러나 일반적으로 사용될 권선수는 코일직경, 사용된 주파수 및 임피던스정합 요구들에 따른다. 코일(16a)은 모터측(60)과 함께 회전하는 코일(16b)에 전자기적으로 결합된다. 도시된 바와같은 코일(16b)은 절반의 디스크(50a) 및 (50b)로서 형성되는 환형디스크의 주변에 형성된 채널(57)에 배치되는 대략 4번 감긴 선을 포함한다. 부분들(50a) 및 (50b)은 도시한 바와같은 암나사 및 숫나사(52)에 의하여 결합되는 제각기 절반인 반환형 디스크이다. 그러나 두 반환형 부분들을 부착시키는 어떠한 편리한 기계장치도 사용될 수 있다. 그러나 도시된 부착방법은 홈(51)에 암나사와 숫나사(52)를 편리하게 배치한다. 본 발명의 회로를 포함하기 위하여 반환형부분(50a)에 홈(53)이 제공된다. 또한 코일(16b) 으로 부터 본 발명의 부하변환장치(15)로 접속되는 전기적 도전리드를 통과시키기 위하여 부분(50a)을 통하여 통로(56)가 편리하게 제공된다. 마찬가지로, 감지기들(도시되지 않음)과 본 발명의 부하변환장치(15)를 접속시키는 전기적 도전리드를 위하여 통로(55)가 제공된다. 또한 통로(55)와 한줄로 정열시키기 위하여 축방향 및 방사 방향의 두 방향으로 연장된 통로(61)가 모터축(60)에 편리하게 제공될 수 있다. 양자 택일로, 감지기에 접속되는 도체리드는 접착장치 즉 다른 부착장치들에 의하여 축(60)의 원주 부분에 부착될 수 있다. 특히 축이고속으로 회전하는 것을 예상할 때 홈(53)에 제공된 회로의 질량과의 균형을 유지하기 위하여 상쇄질량을 포함하도록 사용될 수 있는 유사한 홈(54)이 부분(50b)에 제공된다.

특히 본 발명의 유익한 이점은 다른 여러가지 적용에 사용될 수 있는 것이다. 즉, 본 발명은 정확히 결정되어야 하는 작동매개변수들을 갖는 모터와 같은 장치들에 쉽게 적용될 수 있다. 본 발명을 종래의 설비에 적용시키는 것은 필요한 감지기를 부착시키므로써 그리고 감지기들의 리드들을 적당한 방법으로 본 발명의 회로가 포함되는 회전디스크 부분(50a) 및 (50b)로 연장하므로써 쉽게 성취된다. 감지기에 의하여 결정된 바와같은 부하변화는 코일(16b) 및 (16a)을 통하여 부하검출기(18)로 반사된다. 반환형 부분(50a) 및 (50b)은 본 발명이 탐지될 장치에 부착되기 위한 편리한 장치를 제공한다. 이들 반환형 부분들은 장착과 이탈이 가능하게 설게 되었기 때문에 이들 반환형 부분들이 조여지는 접합부에 핀접속기(58)가 코일(16b)에 제공된다. 코일(16)은 어떠한 편리한 기계장치에 의하여 지지될 수 있으며 그후에 검출기(17)와 발진기(18)가 접속되어 설비가 완료된다. 그러므로 본 발명은 새로운 기계에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 여러해 동안 본 분야에 있어온 모터들 및 발전기들에 있어서 정상작동에 방해됨이 없이 사용될 수 있다. 더우기 고정부분과 회전부분 사이에 기계적 접속이 필요하지 않다.

보호시스템을 적용하는데 있어서, 감지기 데이타는 명확히 규정된 한계가 초과된다면 회전장치를 정지시키는 귀환장치에 사용될 수 있다. 예를들어 모터회전자의 권선온도가 미리 고정된 값을 초과한다면 본 발명에 의하여 발생된 신호들은 부품손상을 방지하기 위하여 모터를 턴오프시키도록 사용될 수 있다.

본 발명이 회전운동의 관점에서 설명되었지만 본 발명은 기준프레임 사이의 다른 상대운동에도 적용가능하다. 그러나 상대적인 운동이 고정부분과 운동부분 사이의 전자기 결합을 변화시키는 이러한 상태들에 대하여 보상이 요구될 수 있다. 양자택일로, 긴 코일들과 같은 연결장치들이 일정상태를 하에서 필요한정도의 전자기 결합을 보존하도록 사용될 수 있다.

더우기, 제2도는 전력공급원(32)이 전기신호(22)의 주파수 내용에 따라 스위치온 및 오프되는 특정 경우를 도시하고 있지만 다른 형태의 스위칭이 가능하다. 특히 감지기 출력 전압은 전력공급원(32)을 턴온 및 턴오프 시키도록 사용되는 디지탈신호로 변환될 수 있다. 그러나, 이것이 실시된다면 용량성장치 또는 다른 장치가 감지기와 디지탈변환기회로에 전력을 공급하기에는 부적당한 과도 시간동안 디지탈데이타 출력의 0들의 긴 열이 전력공급원을 오프상태로 스위치하는 경우에 대하여 어떠한 준비가 제공되어야 한다.

그러나 이러한 문제를 회피하기 위하여 많은 부호화 방법들이 있다. 특히 디지탈 데이타는 전력공급원을 턴오프시키지 않는 2진 수의 "1들"로 산제될 수 있다. 0들 및 1들의 긴 열들을 제공할 수 없는 다른 2진 부호화 방법들은 중간비트 레벨변화들과 지연변조 부호화를 사용하는 2위상 부호화를 포함한다. 부가하여, 부하만이 감소되는 절반레벨 코드들이 회전회로 부품들에 적당한 전력을 공급하도록 사용될 수 있다.

상기 설명으로부터, 본 발명이 고정관축기에 대하여 움직이는 몸체로부터 감지기 측정 데이타를 전달시키기 위한 장치를 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 이 이데타전달 시스템은 단일 채널만을 사용하여 잡음 제거효과가 크고 싼 값으로 구성될 수 있으며 최소의 노력으로 종래의 기계에 쉽게 적용될 수 있다. 더우기, 단일 채널이 다수의 감지기들로부터 정보를 제공하도록 사용될 수 있다.

여기서 본 발명은 본 발명의 양호한 일정실시에 들에 따라서 상세히 설명되었지만 본 분야에서 숙달된 사람은 본 발명에 대하여 많은 수정 및 변화를 제공할 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위로써 이러한 모든 수정 및 변화를 본 발명의 진의 및 범위내에 포함시킨다.

Claims (1)

1. 고정된 관측기에 대하여 움직이는 몸체로부터 물리적인 측정 데이타를 얻기 위한 장치에 있어서, 상기 운동 몸체에 설치되어 물리측정치를 나타내는 출력신호를 제공하는 감지기와, 상기 관측기에 고정되어 무선주파수 전력신호를 제공하는 전기에너지원과, 상기 운동 몸체에 상기 무선주파수 신호를 리액티브 결합하여 전기적인 부하에 작동전력을 공급하는 장치와, 상기 운동 몸체에 배치되어 무선주파수 전력 신호의 진폭변화를 일으키도록 상기 전기적 부하의 대응 변화에 영향을 미치는 감지기 출력 신호에 응답하는 장치와, 상기 관측기에 대하여 고정되고 상기 리액티브 결합장치를 통하여 반사되는 부하변화에 기인하는 진폭변화를 검출하도록 상기 무선주파수 전력 신호에 응답하여 물리측정치를 특징짓는 출력신호를 제공하는 검출장치로 구성시킨 것을 특징으로 하는 반사부하 전달을 이용한 회전자 측정 시스템.

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