KR20140052947A

KR20140052947A - 유체역학적 부품

Info

Publication number: KR20140052947A
Application number: KR1020137023226A
Authority: KR
Inventors: 마르커스 슐로써; 토어스텐 뤼르스; 아킴 멘네; 디터 라우케만; 라비 샤데; 브루노 포엘; 위르겐 키블러; 크리스티안 에베르트
Original assignee: 보이트 파텐트 게엠베하
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2014-05-07
Also published as: US20140050565A1; DE102011010153B4; EP2671059A2; WO2012104032A3; WO2012104032A2; CN103534505A; JP2014508923A; DE102011010153A1

Abstract

본 발명은 이들 사이에 작업 챔버를 형성하는 적어도 2개의 요소들을 포함하고, 일차 휠 및 이차 휠을 포함하는 유체역학적 부품에 관한 것이다. 상기 작업 챔버 내로 도입될 수 있는 작동 매체는 상기 요소들 사이에 토크가 전송되게 한다. 상기 요소들의 적어도 하나는 축 상에 회전적으로 고정되는 방식으로 정렬된다. 상기 유체역학적 부품은 상기 전송된 토크 및/또는 상기 축의 회전 속도를 적어도 직접적으로 특징짓는 변수를 검출하기 위한 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 축은 서로로부터 축 방향의 거리에 있고 강자성 물질로 이루어지며 각 부분에 대해 회전적으로 고정되게 구성된 자기장을 갖고 제공되는 적어도 2개의 부분들을 적어도 포함하도록 설계된다. 자기장 센서들은 상기 적어도 2개의 부분들에 대응하는 영역들 내에 정렬된다.

Description

유체역학적 부품{HYDRODYNAMIC COMPONENT}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 상세하게 정의한 특징들을 가지는 유체역학적 부품에 관한 것이다.

일반적인 유체역학적 부품은 독일 특허 명세서 DE 10 2005 052(B4)에 기술되어 있다. 이러한 특허는 토크(torque)나 이러한 토크를 특징짓는 변수를 검출하기 위한 장치를 가지고 구성되는 유체역학적 시스템에 관련된다. 상기 구조는 유체역학적 시스템의 2개의 요소들의 하나가 위치적으로 고정된 요소에 대해 지지되어야 하고 지지를 위해 요구되는 힘들이 이러한 지지의 영역 내에서 측정되어야 하기 때문에 비교적 비싸다. 이를 위해 비교적 높은 구조적인 소비가 수용되어야 하고 특히, 예를 들어 유체역학적 리타더(retarder)의 경우에는 상응하는 높은 소비를 야기하는 상기 지지 요소의 회전 운동이 가능해야 한다. 또한, 적어도 어떤 동작 상황들에 있어서는 상기 지지 요소가 측정이 여기서만 가능하기 때문에 회전하지 않는 상태에 있어야 한다. 유체역학적 컨버터 또는 유체역학적 커플링의 경우에 있어서, 이는 상응하여 비싸거나 일부 경우들에서는 심지어 가능하지 않다.

본 발명의 목적은 이러한 단점들을 극복하기 위한 것이며, 전송되는 토크 및/또는 회전 속도를 특징짓는 변수를 검출하기 위한 장치가 단순화되고 동작 동안에 최소의 구조적인 소비를 갖는 것이 가능한 유체역학적 부품을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상술한 목적은 청구항 제1항의 전제부에 기재된 특징들에 의해 달성된다. 종속항들은 본 발명에 따라 해결 수단의 이러한 주어진 특히 바람직한 실시예들에 관련된다.

처음에 언급되는 상기 목적의 해결 수단은 서로로부터 축 방향의 거리에 있고 강자성 물질로 만들어지며 각 부분에 회전적으로 고정되게 구성된 자기장을 갖고 제공되는 적어도 2개의 부분들로 축이 적어도 형성되는 점으로 구성된다. 자기장 센서들이 이후에 상기 적어도 2개의 부분들에 대응되는 영역들, 예를 들면, 상기 축의 하우징 상에 정렬된다. 이러한 구조는 자기 변형(magnetostriction) 또는 상기 자기 변형에서 가장 중요한 요소를 갖는 주울 효과(Joule effect)의 물리적인 효과에 의해 검출되는 해당 부분들 내에서 자기장들의 변화를 가능하게 한다. 특히, 상기 축의 방향으로 제1 부분 내에서의 자기장의 약간의 비틀림이 제1 부분 내에서의 자기장에 대하여 검출될 수 있다. 상기 부분들 내에서 자기장들의 이러한 비틀림으로부터, 서로로부터 상기 부분들의 축 방향의 거리가 알려져 있고 상기 축의 물질 특성들 및 치수들이 알려져 있을 경우에는 상기 축의 영역 내의 토크를 결정하는 것이 가능하다. 토크는 특히 상기 축을 비틀리게 할 것이다. 이러한 비틀림은 이후에 서로에 대한 각도로 상기 2개의 부분들 내의 자기장들의 변화에 의해 검출될 수 있으며, 상기 축의 영역 내에 인가되는 토크로서 평가될 수 있다.

또한, 측정은 상기 부분들의 하나에 회전적으로 고정되는 방식으로 배치되는 자기장이 원주 방향으로 일정한 불균등성을 가질 때에 상기 축의 회전 속도가 결정되는 것을 항상 가능하게 한다. 이러한 불균등성은, 예를 들면, 상기 축이 제공되는 물질 변화, 상기 물질의 기계적인 변화 또는 이에 따라 상기 원주 방향으로 코드화된 자기장에 의해 구현될 수 있다. 상기 토크에 대해 선택적으로는, 상기 축의 회전 속도 또한 검출될 수 있다.

상기 축 내의 회전 속도 및 토크는 이상적으로는 상응하는 높은 측정 주파수로 검출되어 상기 회전 속도 및/또는 상기 토크가 준연속적으로 얻어질 수 있다. 상기 토크의 측정은 전달되는 토크가 여기서는 축들의 하나 내의 적절한 센서 시스템에 의해 검출될 수 있기 때문에 특히 여기서 유체역학적 부품으로서 유체역학적 리타더(retarder) 또는 유체역학적 커플링(coupling)을 위해 관심의 대상이 된다. 원칙적으로는, 입력 축 및 출력 축 모두에서 각 토크가 검출되어야 하거나 상기 축들의 하나 내의 토크에 추가적으로 상기 날개들의 지지 운동이 상기 부품에 의해 전달되는 토크를 결정하기 위하여 일차 휠과 이차 휠 사이의 날개들의 지지 운동의 결과로서 유체역학적 컨버터(converter) 내에 실현 가능하다.

상기 축의 해당 부분에 회전적으로 고정된 방식으로 배치되는 상기 자기장들은 대체로 이들이 회전적으로 고정되고 상기 측정을 위한 어떤 시간 간격 동안 적어도 일정하도록 구성되게 제공되는 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 유체역학적 부품의 특히 바람직하고 유리한 실시예에 의한 자기장들 또는 상기 자기장들의 적어도 하나는 영구 자기장으로서 구성될 수 있다. 그 결과, 상기 축이 이에 따라, 예를 들면, 조립되거나 상기 축의 영역 내에 자기장을 증강하기 위해 요구되는 상기 구조들을 위한 소비가 제거되기 이전에 한 번 자화될 수 있다. 상기 축의 상응하는 자화의 경우에 있어서, 예를 들면, 코드화된 자기장 및/또는 상기 원주 방향으로 서로 자기적으로 다른 적어도 2개의 서브 영역들을 갖는 자기장에 의하여 예를 들어 국제 출원 WO 2005/064302(A2)에서와 같은 기준이 만들어져야 한다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 특히 바람직하고 유리한 실시예에 있어서, 상기 자기장 센서들이 상기 축에 대해 접촉되지 않게 구성되도록 제공될 수 있다. 그 결과, 상기 코트 및/또는 상기 회전 속도의 측정이 마찰 손실 없이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 특히 바람직하고 유리한 실시예에 의하면, 상기 축이 중공형 축으로서 구성되고 상기 자기장 센서들의 적어도 하나가 상기 중공형 축 내부에 배치되는 점이 더 제공된다. 회전하는 중공형 축 내에 고정적으로 배치되는 자기장 센서들을 갖는 이러한 중공형 축의 구조는 상기 중공형 축 내부에 배치되는 상기 센서들이 상기 축을 둘러싸는 하우징의 영역 내에 어떤 다른 설치 공간도 요구하지 않기 때문에 매우 공간 절약적이다.

상기 유체역학적 부품의 추가적인 구성이나 선택적인 구성에 있어서, 상기 자기장 센서들의 적어도 하나가 상기 축을 둘러싸는 기밀 요소의 영역 내에 배치되는 점이 제공될 수 있다. 통상적으로, 상기 축의 영역 내의 유체역학적 부품의 경우에 있어서, 상기 요소들, 예를 들면, 상기 토크의 전달 동안에 상기 일차 휠과 상기 이차 휠 사이의 작업 챔버 내의 높은 압력에서 주위에 대해 상기 작동 매체를 밀폐하기 위하여 어떤 경우라도 적어도 하나의 기밀 요소가 요구된다. 상기 축을 둘러싸는 이러한 기밀 요소는 이상적으로는, 이러한 기밀 요소 내에 예를 들어 상기 축을 둘러싸는 코일이 될 수 있는 상기 자기장 센서의 통합을 위해 적합하며, 이에 따라 상기 축의 적어도 2개의 축 방향으로 이격되는 부분들의 적절한 자화들과 상기 축 주위의 기밀 요소의 영역 내의 상기 자기장 센서들의 배열을 갖는 설치 공간에 관하여 중립적인 방식으로 본 발명에 따른 상응하는 센서들을 갖는 유체역학적 부품이 제공된다.

특히, 상기 자기장 센서들의 적어도 하나는 상기 축을 둘러싸는 축 기밀 링 내에 배치될 수 있다. 이러한 축 기밀 링들은 통상적으로 어떠한 경우에도 자기장 센서로서 코일의 통합을 위한 충분한 공간이 가능한 구성을 가진다. 이들은 통상적으로 매우 쉽게 접근할 수 있고 상기 하우징의 대응되는 영역들에 연결되므로 리드(lead)가 상기 축 기밀 링 내에 통합된 코일의 영역으로부터, 예를 들면, 상기 하우징의 외부의 전자 시스템 또는 이와 유사한 것들까지 간단하고 다른 문제들이 없이 안내될 수 있다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 자기장 센서의 적어도 하나가 상기 축을 둘러싸는 상기 축 기밀 링들 사이에 배치되는 점도 제공될 수 있다. 상기 축의 다단계 기밀2개의 축 기밀 링들 또는 상기 축을 둘러싸는 상기 작업 챔버 사이의 이러한 영역에 있어서, 하나 또는 2개의 자기장 센서들을 이들 축 기밀 링들 사이에 배치하는 것이 가능하다. 이는 상기 작업 챔버로부터의 마멸이 임의의 정도까지 이와 같은 영역 내로 진입되지 못하고 하는 점과 상기 자기장 센서들의 오염이 이에 따라 크게 방지되는 점 등의 이점을 가지게 된다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 특히 바람직하고 유리한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 축 기밀 링과 지지 요소를 통해 상기 축 기밀 링에 연결되는 피스톤 링을 포함하는 축 밀폐가 제공될 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 상기 자기장 센서들의 적어도 하나는 상기 지지 요소 상에 배치될 수 있다. 작업 챔버와 제1 기밀 챔버 사이에 위치하는 피스톤 링을 갖는 이러한 구조는 상기 작업 챔버 내의 압력에 비하여 상기 제1 기밀 챔버 내의 압력의 감소, 예를 들면, 상기 작업 챔버 내의 압력의 약 20%의 감소를 가져온다. 이러한 경우에 있어서, 상기 피스톤 링은 종종 주위에 대해 또는 선택적으로는 다른 제2 기밀 챔버에 대해 상기 제1 기밀 챔버의 밀폐를 확실하게 하는 지지 요소를 통해 축 기밀 링에 연결된다. 이와 같은, 상기 축 방향으로 연장 가능한 지지체는 그가 통상적으로 상기 축을 적절하게 둘러싸는 시트(sheet) 금속 슬리브(sleeve)로부터 형성되기 때문에 이상적으로는 상기 자기장 센서의 운송에 적합하다. 이러한 지지 요소의 충분한 축 방향 길이로서, 이에 따라 상기 센서들의 통합을 위해 단순하고 효율적으로 확실히 되도록 상기 지지 요소 상에서 서로로부터 어떤 축 방향 거리 모두에서 상기 축의 2개의 축 방향으로 이격된 부분들에 대응되는 상기 자기장 센서들을 용이하게 위치시키는 것이 가능하다.

본 발명의 유리한 다른 전개에 있어서, 상기 부분들의 하나의 영역 내에서 상기 축이 상기 축의 원주 주위에 분산된 하나 또는 그 이상의 위치들에서 구성되어 상기 축의 기계적인 하중이 응력 구배를 야기하는 점이 제공될 수 있다. 이러한 경우에 있어서의 주울 효과는 이와 같은 위치의 배치에 수반되는 자기장의 변화를 가져온다. 상기 원주 상부에 분산된 하나 또는 그 이상의 위치들이 상기 자기장의 이러한 변화를 야기하는 상기 부분들의 하나의 영역 내에 제공되는 경우, 응력 구배를 갖는 상기 위치에 의해 야기되는 자기장의 특징적인 변화가 위치들의 숫자에 따라 회전 마다 한 번 또는 여러 번 검출되기 때문에, 그러면 이는 회전 속도 측정을 위해 특별하게 제공되도록 요구되는 자기장들이 없이 회전 속도를 측정하는 가능성을 가져온다. 회전 속도 신호는 이로부터 매우 간단하게 유도될 수 있다.

이러한 개념의 매우 유리한 다른 전개에 있어서, 상기 위치들이 상기 축의 2개의 기밀 요소들 사이의 영역으로부터 윤활유를 위해 응력 제거(stress relief) 또는 유출(runoff) 홀들로서 구성되는 점이 제공될 수 있다. 이와 같은 응력 제거 홀들은 이에 따라 낮은 압력에서, 예를 들면, 상기 축의 내부에 전개되는 중심 홀을 통해 윤활유를 제거하기 위하여, 예를 들면, 2개의 축 기밀들 사이의 영역 내에 또는 피스톤 링과 축 기밀 링 사이의 영역, 즉 상기 작업 챔버에 인접하는 밀폐 영역 내에 제공될 수 있다. 이들 응력 제거 홀들이 응력 구배를 야기하여 제조 기술상의 추가적인 소비 없이 이미 통합된 하나 또는 그 이상의 응력 제거 홀들을 갖는 특별한 부수적 효과로 회전 속도 측정이 해당 부분 내에서 상기 축과 함께 회전하는 상기 원주 상부의 불균등한 자기장에 의해 간단하고 효율적으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 구성은 컨버터 또는 유체역학적 커플링이 될 수 있다. 특히, 상기 부품은 또한 유체역학적 리타더가 될 수 있다. 이러한 리타더는 종래 기술의 구조들에 상기 토크가 상기 축의 영역 내에서 검출될 수 있고 이를 위해 그 축 주위에서 스테이터의 회전 운동이 요구되지 않기 때문에 대조적으로 상기 스테이터가 상기 하우징 내에 직접적으로 통합되게 구성될 수 있으므로 상응하여 단순하게 구성될 수 있다. 또한, 상기 센서들의 간단하고 간결한 통합으로 인하여, 예를 들면, 상기 축 기밀 링들 내에서 또는 상기 기밀 요소들의 영역 내에서 센서 시스템이 매우 단순하고, 효율적이며 공간 절약적인 방식으로 구현될 수 있는 상응하는 리타더 내에 최소의 소비와 최소의 설치 공간으로 통합될 수 있다. 이는 상기 토크 및 상기 회전 속도 모두가 측정되게 하며, 이에 따라 상기 리타더를 조절하기 위한 또는 상기 리타더를 포함하는 제동 시스템을 조절하기 위한 모든 것들을 제동을 위한 가능성들의 하나로서 가능하게 한다.

자기 변형의 원리에 따라 구성된 센서들은 상기 자기장 센서들이 상응하여 간단하며 온도, 환경적인 영향들 및 이와 유사한 것들에 대해 매우 저항성이 있도록 구성될 수 있기 때문에 수많은 조건들 하에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 이들은 윤활유 또는 작동 매체의 영역 내에 사용될 수 있고, 특히 상응하여 높은 주위 온도들에서 단단하고 신뢰성 있게 동작할 수 있다.

본 발명에 따른 유체역학적 부품의 다른 유리한 실시예들은 다음의 종속항들로부터 얻어질 수 있고 도면들을 참조하여 이하에서 상세하게 설명되는 예시적인 실시예들을 참조하여 명확하게 될 것이다.

도 1은 유체 역학적 리타더의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 리타더의 축 상의 토크 및/또는 회전 속도를 측정하기 위한 구조물을 나타낸다.
도 3은 자기장 센서들의 배열의 가능한 제1 실시예를 나타낸다.
도 4는 자기장 센서들의 배열의 가능한 제2 실시예를 나타낸다.
도 5는 자기장 센서들의 배열의 가능한 제3 실시예를 나타낸다.
도 6은 자기장 센서들의 배열의 가능한 제4 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 6에 따른 축 내의 전단 응력 프로파일의 도면을 나타낸다.

도 1의 도면에 있어서, 리타더(retarder)(1)의 형태로 아주 간단하게 구성된 유체 역학적 요소(1)를 개략적인 도면으로 확인할 수 있다. 상기 유체 역학적 리타더(1)는 회전적으로 이동 가능하도록 구성되고 축(3) 상에 회전적으로 고정된 방식으로 배치되는 일차 휠(primary wheel)(2)로 이루어진다. 상기 유체 역학적 리타더(1)의 일차 휠은 또한 로터(rotor)로 표시된다. 상기 로터(2)는 그 외측 단부에서 이차 휠(4) 내의 대응되는 날이 있는 영역과 함께 참조 부호 5로 표기한 환형의 작업 챔버를 형성하는 날이 있는 영역을 가진다. 상기 리타더의 구조에 있어서, 상기 이차 휠(4)은 통상적으로 고정되고, 여기에 도시한 아주 간단한 예시적인 실시예에서는 하우징(6) 내에 통합되도록 설계된다. 상기 이차 휠(4)은 또한 스테이터(stator)(4)로 표시된다. 상기 리타더(1)의 작업 챔버(5)는 작동 매체, 예를 들면, 물 리타더의 경우에는 냉각 회로의 냉각수로 또는 상기 리타더(1)로 마모가 없는 제동이 구형될 때는 언제든지 작동 매체로서 오일로 채워진다. 상기 작업 챔버(5)는 여기서 개략적으로 나타낸 기밀 요소들(7)에 의해 주위에 대해 밀봉되고, 상기 축(3)은 도시된 베어링들(8), 예를 들면, 롤러 베어링들에 의해 적절하게 장착된다.

상기 리타더(1)는, 예를 들면, 상용 차량, 궤도 차량 또는 이와 유사한 것들 내에 배치될 수 있다. 상기 로터(2)는 상기 작업 챔버(5) 내에 위치하는 상기 작동 매체를 그 날개가 있는 영역으로 움직이게 할 수 있고, 이에 따라 상기 스테이터(4)로 상응하는 토크(torque)를 전송시키려고 시도한다. 이의 일부를 위한 상기 스테이터(4)가 비회전적으로 이동 가능하게 구성되기 때문에, 상응하는 토크가 형성된다. 축적된 작업은 상기 작동 매체 내에서 열로 변환된다. 상기 작동 유체가 리타더(1)가 맞춰 구비된 차량의 냉각 회로 내의 냉각 매체일 경우, 상기 열은 상기 냉각 매체를 통해 직접적으로 제거되고, 상기 리타더(1)를 위한 작동 매체로서 오일이 사용될 경우에는 이는 상기 차량의 회로 내의 냉각 매체로부터 열 교환기에 의해 냉각된다.

이러한 리타더(1)는 흔히 제동 시스템의 일부를 형성하며, 다른 브레이크들과 결합한다. 이들은, 예를 들면, 엔진 브레이크, 마찰 브레이크 및 회수 제동(recuperative braking)을 위한 가능한 발전기가 될 수 있다. 개개의 브레이크들에 제동력을 이상적으로 분배하기 위하여, 개개의 브레이크들에 의해 인가되는 토크가 중요하다는 점이 알려져 있다. 이러한 목적을 위하여, 이에 따라 상기 리타더(1)의 영역 내에 여기서 도시한 예시적인 실시예를 위한 토크가 측정되어야 한다. 이와 같은 목적을 위하여, 도 1에 개략적으로 나타낸 리타더(1)는 도 2의 도면에 개략적으로 도시한 전달되는 토크를 검출하기 위한 장치를 구비해야 한다. 이러한 장치는 실질적으로 상기 축(3)의 2개의 부분들(9, 10)로 구성되며, 이들은 영구 자기장을 갖고 제공된다. 이러한 목적을 위하여, 특히 전체 축(3)이 아닌 적어도 2개의 부분들(9, 10)은 강자성 물질로 만들어질 수 있다. 상세한 설명에서 서술한 종래 기술에서 나타낸 바와 같이, 상기 부분들(9, 10)은 상기 축(3)의 영액 또는 상기 부분들(9, 10)의 영역 내에 영구적으로 잔류하는 영구 자기장을 갖고 제공될 수 있으며, 이에 따라 상기 리타더(1) 내에 상기 축(3)을 장착하기 전에 한 번만 발전시킬 필요만이 있다. 상기 2개의 부분들(9, 10) 내에 위치하는 자기장은 이러한 경우에 상기 축(3)의 각 부분들(9, 10)에 대해 회전적으로 고정되는 방식이다.

도 2의 도면에 나타낸 바와 같이, 토크(M₁)에 의한 상기 축(3)의 로딩이 발생될 경우, 상기 축(3)에 연결된 회전적으로 고정된 로터(2)와 전술한 상기 리타더(1)의 작용의 원리로 인하여 상응하는 역 토크(counter torque)가 형성되며, 이는 M₂로 도 2의 도면에 표시된다. 상기 토크 및 역 토크의 결과로서, 상기 축(3)의 (약간의) 토션(torsion)이 일어난다. 상기 축(3)의 영역 내의 토크는 이에 따라 상기 2개의 부분들(9, 10)의 축을 따른 거리(I), 이러한 영역 내의 상기 축(3)의 물질 특성들과 기하학적 구조 및 제2 부분(10)에 대한 제1 부분(9)의 비틀림 각도로부터 결정될 수 있다. 상기 축(3) 자체는 이 경우에 일차 센서를 형성한다. 자기장 센서들(11, 12)은 상기 축(3)의 부분들(9, 10)의 주위에 비접촉 방식으로 이차 센서들로서 배치된다. 이들은 상기 축(3)을 둘러싸는 코일들의 형태로 구현된다. 이들은 평가 전기 장치들에 대응되는 라인 요소들(13)을 통해 연결되며, 이는 예를 들어 상기 리타더(1)의 하우징(6)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 부분들(9, 10)의 영역 내에 위치하는 자기장은 상기 자기장 센서들(11, 12)에 의해 검출될 수 있다. 상기 2개의 부분들 사이에 각도 편차가 일어날 경우, 상기 부분들(9, 10) 내의 상기 축과 회전적으로 고정되는 방식으로 각인된 자기장들은 서로에 대한 각도에서 비틀린다. 이러한 비틀림 각도는 상기 자기장 센서들(11, 12)에 의해 검출될 수 있으며, 상기 토크는 기하학적 성질들과 구조적인 물질 특성을 가지고 결정될 수 있다.

상기 토크를 검출하기 위한 장치는 이 경우에 자기 변형(magnetostriction) 또는 주울 효과(Joule effect)의 원리를 이용한다. 상기 코일 형태의 자기장 센서들(11, 12)이 비접촉 방식으로 상기 축(3)을 감싸므로 그 결과로 추가적인 마찰 소비 또는 이와 유사한 것들이 형성된다. 또한, 이들은 비교적 작고 매우 단단하므로, 이들은 고온들에서 윤활유들 내부 및 상기 리타더(1)의 작동 매체 내에 삽입될 수 있다. 상기 축 자체 또는 상기 축(3)의 자화된 부분들(9, 10)이 일차 센서로 기능하기 때문에, 상기 구조는 상기 자기장 센서들(11, 12)만이 추가적인 설치 공간을 요구하므로 대단히 간결하다. 상기 리타더(1) 내에 이들은 상당히 공간을 절약하는 방식으로 정렬할 수 있게 하기 위하여, 특히 이들을 기밀 요소들(7)의 영역 내에 배치하거나 이들을 이러한 요소들과 통합되도록 제공하는 것이 가능할 수 있다.

도 3은 상기 축(3)과 상기 리타더(6)의 하우징(6)을 갖는 상응하는 부분을 나타내는 도면이다. 2개의 축 기밀 링들(15)이 상기 축(3) 주위에 배치되지만 단지 상기 축(3) 상부에 도시되며, 기밀 링들은 도시된 오른쪽 부분에 위치하는 작업 챔버(5)와 함께 도시된 왼쪽의 부분에 위치하는 주위의 영역에 서로에 대해 밀봉한다. 상기 축 기밀 링들(15)은 그 자체로서 알려진 방식으로 설계된다. 또한, 이들은 코일들 형태의 2개의 자기장 센서들(11, 12)을 가진다. 상기 자기장 센서들(11, 12)을 상기 축 기밀 링들(15) 내로 통합함에 의해 매우 간결한 구조가 얻어진다. 어느 경우에도 상기 축 기밀 링들(15)이 존재하기 때문에, 이들은 이들의 설계에서 최소한으로 조정되게만 하여야 하여, 이에 따라 축 기밀 링들(15)로부터 전체적인 구조가 형성될 수 있고 자기장 센서들(11, 12)을 통합할 수 있기 때문에 현재의 구성들 내에 쉽게 새로 장착될 수 있으므로 이는 현재의 치수들로 종래의 축 기밀 링(15)에 상응한다. 상기 축(3)의 영역 내의 일차 센서가 단지 자화에 의해 각인되기 때문에, 실제로 설치 공간에 대하여 아무런 추가적인 소비가 초래되지 않는다.

유사한 도면을 도 4에서 볼 수 있다. 여기에 도시한 예시적인 실시예들에 있어서, 2개의 자기장 센서들(11, 12)이 상기 축 기밀 링들(15) 사이에 위치하는 공간 내에 2개의 축 기밀 링들(15) 사이에 통합된다. 비교적 조절되고 균일한 조건들이 널리 퍼져 있고 상기 작업 챔버(5)의 영역으로부터 적당한 압력들과 비교적 적은 마멸이 여기서 존재하기 때문에, 종래의 설계들에서 어느 경우에도 제공되는 공간이 특히 상기 자기장 센서들(11, 12)의 통합을 위해 사용될 수 있다. 상기 자기장 센서들이 이에 따라 장기간 동안 매우 일정한 조건들 하에서 동작할 수 있어, 상기 구조의 신뢰성이 증가될 수 있다. 이는 또한 도 3에 도시한 구조에 적용된다.

도 5의 도면은 선택적인 실시예를 나타낸다. 상기 축(3)은 여기서 관통 홀(through hole) 또는 블라인드 홀(blind hole)(16)을 갖는 중공형 축으로 설계된다. 상기 부분들(9, 10)의 자화가 외부를 향할 뿐만 아니라 상기 중공형 축의 내부로도 작용하기 때문에, 상기 자기장 센서들(11, 12)을 상기 축의 주위뿐만 아니라 상기 축(3)의 내부에 정렬하는 것이 가능하다. 이들은 위치적으로 고정된 방식으로 비회전 부품, 예를 들면, 대응되는 지지체(17)를 통해 상기 하우징(6)에 연결된다. 이들은 이후에 전술한 실시예들과 유사하게 측정할 수 있다. 상기 축 내의 이들의 통합의 결과로서, 이들은 상기 축의 외부 영역으로부터 야기되는 사건들로부터 단단하고 신뢰성 있게 보호될 수 있다. 상기 라인 요소들(13)은 상기 지지체(17)를 통해 외측을 향해 간단하게 안내될 수 있다.

도 6의 도면은 도 3 및 도 4의 경우와 유사하게 도시된 구조의 다른 실시예를 나타낸다. 이러한 구조 내에 축 기밀 링(15)만이 도시된다. 이는 지지체 요소(19)를 통해 피스톤 링(19)에 연결되고 이를 지지한다. 상기 지지체 요소(18)는 환형의 시트(sheet) 금속 요소로서 상기 축(3)을 둘러쌀 수 있다. 상기 피스톤 링(19)은 상기 축(3) 내의 대응되는 그루브(groove)(20)와 협력하며, 상기 기밀 링(19)과 상기 축 기밀 링(15) 사이에 위치하는 제1 기밀 영역(1)에 대해 상기 작업 챔버(5)를 밀봉한다. 상기 작업 챔버의 영역 내에 있어서, 통상적으로, 예를 들면, 10bar 정도의 크기의 압력들이 존재할 수 있다. 통상적으로 1.5bar 내지 2.5bar 정도의 크기의 압력들이 상기 피스톤 링(19)과 상기 축 기밀 링(15) 사이의 제1 기밀 영역(21) 내에 구현될 수 있다. 상기 지지체 요소(18)도 알려져 있으며 종래의 구조들에 통상적이다. 이는 비교적 작은 축 방향의 길이를 가진다. 도 6에 도시한 실시예에 있어서, 상기 지지체 요소(18)의 이러한 축 방향의 길이는 상기 제1 기밀 영역(21)을 확장시키고 상기 지지체 요소(18)에 연결되는 상기 자기장 센서들(11, 12)을 위한 공간을 제공하기 위하여 대응하여 증가되었다. 상기 자기장 센서들(11, 12)의 구조적인 통합이 이에 따라 상기 구조가 요구하는 최소한의 조정으로만 구현될 수 있다. 주위에 대해 상기 리타더(1)의 우수한 밀폐를 구현할 수 있도록 하기 위하여, 추가적으로 다른 축 기밀 링(15)이 이에 따라 여기서 상기 제1 기밀 챔버(21)로부터 떨어져 마주하는 것으로 도시한 상기 축 기밀 링(15)의 측부에 제2 기밀 챔버를 형성하도록 선택적으로 존재할 수 있다. 또한, 상기 제1 기밀 링(21)은 응력 제거 홀(stress relief hole)(22)을 통해 중공형 축으로서 설계된 상기 축의 영역 내의 홀(16)에 연결된다. 오일은 상기 제2 기밀 챔버로부터 이러한 응력 제거 홀(22)을 통해 외부로 흐를 수 있고, 이에 따라 상기 리타더(1)의 기밀을 결정적으로 개선할 수 있다.

상기 자기장 센서들(11, 12)과 상기 축(3)의 자화된 부분들(9, 10)에 의해 측정되는 상기 토크이외에도, 상기 토크를 검출하는 장치로 상기 토크에 추가적으로 또는 선택적으로 상기 축(3)의 회전 속도를 검출하는 것도 가능하다. 이 경우에 있어서, 예를 들면, 자기장이 구성될 수 있으므로 이는 상기 축(3)의 원주 주위에 자기적으로 다르게 작용하는 하위 영역들을 가져 상응하는 영역이 상기 자기장 센서들(11, 12)에 의해 검출될 수 있으며 상기 축의 회전에 할당될 수 있다.

그러나, 상기 축의 기계적인 하중 하에서 생성되는 응력 내에 응력 구배(stress gradient)를 확실하게 하는 상기 축(3)의 영역 내에 대응되는 위치가 배치될 때에 특히 상기 축(3)의 원주 주위의 상기 자기장의 불균등도 얻어진다. 이러한 위치는, 예를 들면, 상기 축 방향으로 전개되는 그루브, 단차(step) 또는 이와 유사한 것들이 될 수 있다. 특히, 상기 응력 제거 홀(22) 또는 상기 축(3)의 원주 상부에 배치되는 복수의 응력 제거 홀들(22)이 이에 따라 사용될 수 있다. 도 7의 도면은 그 축 방향의 연장부 상부의 상기 축(3)의 영역 내의 전단 응력을 나타낸다. 파선은 응력 제거 홀(22)이 제공되지 않은 상기 영역 내의 전단 응력을 나타낸다. 실선은 상기 응력 제거 홀(22)이 배치된 영역 내의 전단 응력을 나타낸다. 이러한 강하게 벗어나는 전단 응력은 주울 효과에 따라 관련된 부분, 이 경우에는 관련된 제2 부분(10)의 상기 자기장의 변화를 확실하게 하여 상기 응력 제거 홀(22)이 배치된 원주의 위치들에서 이러한 부분 내에 상응하는 자기장의 변화가 일어난다. 이 후에, 예를 들어 응력 제거 홀(22)이 상기 원주의 주위에 배치될 경우, 이러한 위치가 명백한 위치일 때에 상기 전단 응력 내에 및 에에 따라 상기 자기장 내에 상응하는 섭동(perturbation)이 항상 검출될 것이다. 이러한 사건이 이에 따라 보다 간단하고 효율적인 속도 센서가 형성되는 결과로 상기 축의 회전 마다 한 번씩 검출될 수 있으며, 이는 따라서 제조나 조립 상의 추기적인 소비 없이 간단하고 효율적이며 신뢰성 있게 상기 토크와 함께 상기 축(3)의 회전 속도를 검출할 수 있도록 하기 위하여 어느 경우에도, 이 경우에는 기밀 시스템의 상기 응력 제거 홀(22)에 존재하는 상기 원주들을 활용한다.

Claims

그 사이에 작업 챔버(5)를 형성하는 적어도 2개의 요소들(2, 4)을 포함하고, 일차 휠(2) 및 이차 휠(4)을 포함하며, 상기 작업 챔버 내로 도입될 수 있는 작동 매체를 통해 상기 요소들(2, 4) 사이에 토크(torque)를 전송하고,
상기 요소들(2, 4)의 적어도 하나는 축(3) 상에 회전적으로 고정되는 방식으로 정렬되며,
상기 전송된 토크 및/또는 상기 축(3)의 회전 속도를 적어도 간접적으로 특징짓는 변수를 검출하기 위한 장치를 포함하는 유체역학적 부품(1)에 있어서,
상기 축(3)이 서로로부터 축 방향의 거리에 있고 강자성 물질로 이루어지며 각 부분(9, 10)에 대해 회전적으로 고정되게 구성된 자기장을 갖고 제공되는 적어도 2개의 부분들(9, 10)을 적어도 포함하고,
자기장 센서들(11, 12)이 상기 적어도 2개의 부분들(9, 10)에 대응하는 영역들 내에 정렬되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항에 있어서, 상기 부분들(9, 10)의 적어도 하나가 영구 자기장을 갖고 제공되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부분(9, 10)의 자기장이 코드화된(coded) 자기장으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부분(9, 10)의 자기장이 원주 방향으로 서로 자기적으로 다른 적어도 2개의 하위 영역들을 가지는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)은 상기 축(3)에 대해 접촉되지 않게 구성되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)은 코일들의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 한에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)은 상기 축(3)의 주위를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항에 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축(3)이 중공형 축으로서 구성되며, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 상기 중공형 축의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 상기 축(3)을 둘러싸는 기밀 요소들(7, 15, 19)의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 상기 축(3)을 둘러싸는 축 기밀 링(15) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 상기 축(3)을 둘러싸는 축 기밀 링들(15) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 기밀 요소(19)를 위한 홀더(holder)(18)의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 축 기밀은 적어도 하나의 축 기밀 링(15)과 지지체 요소(18)를 통해 사이 축 기밀 링(15)에 연결되는 피스톤 링(19)을 포함하며, 상기 자기장 센서들(11, 12)의 적어도 하나는 상기 지지체 요소(18) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분들(9, 10)의 하나 내에서 상기 축(3)이 상기 축(3)의 원주 주위에 분산된 하나 또는 그 이상의 위치들에서 구성되어 상기 축(3)의 기계적인 하중이 응력 구배를 야기하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 14 항에 있어서, 상기 위치들은 2개의 기밀 요소들(15, 19) 사이의 영역(21)으로부터 윤활유를 위한 응력 감소 홀(stress-relief hole)(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 14 항에 있어서, 상기 위치들은 상기 축(3)의 축 방향으로 전개되는 에지 또는 그루브(groove)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체역학적 커플링으로서 또는 유체역학적 리타더(retarder)(1)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체역학적 컨버터(converter)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 부품(1).