KR100490081B1 - 회전전기기계의소음저감방법과,이방법을실행하고회전전기기계에고정자를부착시키기위한부착장치,및부착장치를구비한회전전기기계 - Google Patents

회전전기기계의소음저감방법과,이방법을실행하고회전전기기계에고정자를부착시키기위한부착장치,및부착장치를구비한회전전기기계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자와, 고정자를 부착시키기 위한 부착점이 구비된 케이싱을 포함하는 회전 전기 기계의 고정자에 대한 부착 장치에 대한 것으로서,
본 발명에 따라서, 부착 장치는 부착점과 고정자 사이에 장착된 부착 요소를 포함하며,
각각의 부착 요소는 소정 부분에서 기계의 정적 힘을 흡수하기 위한 접선 성분(Kt)과, 소정 부분에서 케이싱에 대한 고정자의 동적 힘을 완화시키기 위한 방사상 성분(Kr)으로 된 이방성 강도를 가지며,
최종 접선 성분(Kt)은 공기 간극보다는 작은 소정의 값보다 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하며,
최종 방사상 성분(Kr)은 케이싱에 대해 소정의 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시킨다.

Description

회전 전기 기계의 소음 저감 방법과, 이 방법을 실행하고 회전 전기 기계에 고정자를 부착시키기 위한 부착 장치, 및 부착 장치를 구비한 회전 전기 기계{A METHOD OF REDUCING NOISE IN A ROTARY ELECTRIC MACHINE, ATTACHMENT APPARATUS FOR ATTACHING THE STATOR OF A ROTARY ELECTRIC MACHINE AND FOR IMPLEMENTING THE METHOD, AND A ROTARY ELECTRIC MACHINE PROVIDED WITH SUCH APPARATUS}
본 발명은 회전 전기 기계에서 소음을 저감시키는 방법과, 이 방법을 실행하고 회전 전기 기계에 고정자를 부착시키기 위한 부착 장치 및 이러한 장치를 구비한 회전 전기 기계에 관한 것이다.
회전 전기 기계에서의 소음 및 진동의 원인 중 하나는 고정자로부터 이 고정자가 장착된 케이싱으로 전달되는 동적 힘에 기인한다. 특히 전자기적 근원점의 이러한 동적 힘은 고정자의 보어 반경 상에서 시작하는 진동으로써 나타난다. 이러한 진동은 고정자가 케이싱에 부착되는 부착점을 통해서 케이싱으로 전달된다. 그후 케이싱의 벽은 증폭기로서의 역할을 하고, 상당한 음향 소음 및 진동이 발생한다.
하나의 공지된 형상에서, 고정자는 그들 자체가 회전 기계의 단부판과 결합된 금속 빔에서 현수된다. 결과적으로, 케이싱의 진동 영역은 제한된다. 그렇지만, 불행하게도, 이 장치는 빔 굽힘 효과로 인해서 동력이 제한된다.
다른 공지된 형상에서, 고정자는 금속 슈(shoe) 형태의 부착 시스템에 의해서 케이싱에 부착된다. 여기에도 역시, 음향 소음과 진동을 저감시키는 것에 대한 결과는 강성이라는 금속 슈의 등방성으로 인해 불충분하다.
이들 공지된 기술의 부적절한 결과는 고정자와 케이싱 사이에 상당한 강도를 갖는 것을 필요로 하기 때문이다. 회전자와 고정자 사이에 큰 정적 편심을 방지하도록 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하기 위해서 고정자와 그 지지 구조(케이싱) 사이에 상당한 강성을 갖는 것이 필요하다. 이러한 편심은 동적 및 정적 여기력의 진폭을 증가시킨다. 많은 편심은 진동폭을 증가시키고 고정자가 회전자에 들러붙도록 한다.
불행하게도, 이러한 필수적인 높은 강도는 소음 발생 진동에서 케이싱에 대한 우수한 경로를 구성한다.
본 발명의 목적은 고정자를 케이싱에 부착시키기 위한 부착 장치를 제공하는 것으로서, 이 장치는 종래 기술에서 보다 아주 적게 진동하고 아주 조용한 회전 기계를 얻을 수 있도록 한다.
이를 위해서, 출원인의 연구 작업은 고정자의 정적 힘과 동적 힘, 그리고 고정자를 케이싱에 부착시키는 데 사용되는 재료의 유동성에 기초한다.
따라서 본 발명은 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자 및 케이싱을 포함하며, 이 고정자가 복수의 개별 부착점에서 케이싱에 부착되는 회전 전기 기계의 소음과 진동을 감소시키기 위한 방법을 제공한다.
이 방법에서,
회전 전기 기계의 정적 힘이 계산되는 단계와,
정적 강성이 케이싱 및 고정자 각각에 대해 계산되는 단계와,
고정자가 케이싱에 부착되는 각각의 부착점에서, 고정자, 회전자, 및 함께 결합된 케이싱의 평형 위치를 기초로 해서, 접선 강도 기여도의 결과가 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하도록, 부착점에서의 접선 강도 기여도가 계산되는 단계와,
고정자의 동적 힘이 계산되는 단계와,
동적 강성이 케이싱 및 고정자 각각에 대해 계산되는 단계와,
각각의 부착점에서, 방사상 강도 기여도의 결과가 케이싱에 대해 소정 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시키도록 방사상 강도 기여도가 계산되는 단계와,
각각의 부착점에서, 당해 부착점에 대해서 계산된 접선 강도 기여도와 동일한 접선 성분(Kt)과, 당해 부착점에 대해서 계산된 방사상 강도 기여도와 동일한 방사상 성분(Kr)을 갖는 이방성 강도를 갖는 부착 요소가 고정자를 케이싱에 부착시키도록 제조되는 단계와,
고정자가 상기 부착 요소에 의해서 케이싱 상의 부착점에서 현수되도록 케이싱에 장착되는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 회전 전기 기계의 고정자에 대한 부착 장치를 제공하며, 상기 기계는, 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자와, 이 고정자 및 회전자 사이의 공기 간극과, 고정자를 부착시키기 위한 부착점이 구비된 케이싱을 포함한다.
본 발명에 따르면, 부착 장치는 부착점과 고정자 사이에 장착된 부착 요소를 포함한다.
각각의 부착 요소는 기계의 정적 힘의 일부를 흡수하기 위한 접선 성분(Kt)과 케이싱에 대한 고정자의 동적 힘의 일부를 완화시키는 방사상 성분(Kr)으로 이루어진 이방성 강도를 갖는다.
합성 접선 성분(Kt)은 공기 간극보다 작은 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수한다.
합성 방사상 성분(Kr)은 케이싱으로의 소정의 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시킨다.
본 발명은 또한 현수된 고정자를 갖고 상술한 부착 장치를 포함하는 회전 전기 기계를 제공한다.
부착 요소의 이방성 성질은 고정자가 정확하게 지지될 수 있도록 하며 (정적 힘에 대해 높은 접선 강도), 고정자의 동적 힘에 의해서 발생하는 진동이 효율적으로 방사상으로 흡수될 수 있도록 한다(낮은 방사상 강도).
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 첨부된 도면을 참조해서 주어진 하기의 설명으로부터 명확해질 것이다.
고정자의 정적 힘은 주로 고정자 자체의 중량과, 고정자와 회전자 사이의 정자기적 인력과, 작용 전자기 토오크(회전자가 회전할 때 고정자의 반작용)와, (기판 회전 기계, 견인 모터, 지진 등에 의해서) 변위되는 회전 기계에 의해서 고정자에 도입되는 관성력이다.
이들 정적 힘은 고정자가 회전자에 대한 중심에서 벗어나게 한다. 따라서, 이들 힘의 합력 방향에서, 부착 장치의 강도는 편심을 제한할 수 있도록 높아야만 한다. 이것은 고정자의 부착점에서의 높은 접선 강도의 조합에 의해서 달성된다.
또한, 케이싱 진동 및 소음의 주 원인인 고정자의 동적 힘은 방사상 브리딩(breathing) 형태 또는 방사상 로브(lobe) 형태의 변형을 발생시킨다. 따라서 방사 방향에서의 부착 장치의 강도는 진동이 큰 범위로 흡수될 수 있도록 되어야 할 필요가 있다.
이것은 부착점에서의 낮은 방사상 강도에 의해서 달성될 수 있다.
본 발명은 우선적으로, 회전자(1)와, 이 회전자(1)와 동축인 고정자(2) 및 케이싱(3)을 포함하며, 고정자(2)는 복수의 개별 부착점(4)에서 케이싱(3)에 부착되는 회전 전기 기계에서 소음과 진동을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.
이 방법에서, 회전 전기 기계의 정적 힘이 계산된다. 이들 힘은 주로 고정자(2) 자체의 중량과, 고정자(2)와 회전자(1) 사이의 정적 자기적 인력과, 작용 전자기 토오크[회전자(1)가 회전할 때 고정자(2)의 반작용]와, (기판 회전자 기계, 견인 모터, 지진 등에 의해서) 변위되는 회전 기계에 의해서 고정자(2)에 도입되는 관성력을 포함한다.
이 계산은 예컨대, 정상 하중으로, 시작 토오크 하에서의 하중으로, 단선 회로 토오크 하에서의 하중으로, 및 관성력(지진)의 효과 하에서의 하중으로, 회전 전기 기계의 다양한 형성에 대해서 수행될 수 있다.
고정자(2)가 케이싱(3)에 부착되는 각각의 부착점에서, 접선 강도 기여도의 합성이 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하도록 접선 강도 기여도(Kt)가 계산된다. 방사상 변위의 축방향 변위는 형상의 기능으로서 예정된다. 예컨대, 일반 하중에서 공기 간극(10)의 10 %, 시작 토오크에 대해서 공기 간극(10)의 15 % 등이다.
고정자(2)의 동적 힘이 계산된다. 이들은 기계가 작동될 때 고정자(2)에서 발생되는 힘들이다.
- 케이싱 및 고정자(3) 각각에 대해 동적 강성이 계산된다.
- 각각의 부착점(4)에서, 방사상 강도 기여도의 합성이 케이싱(3)에 대해 소정 전달 계수를 갖는 고정자(2)의 동적 힘을 완화시키도록 방사상 강도 기여도(Kr)가 계산된다.
- 각각의 부착점(4)에서, 이방성 강도를 갖는 부착 요소(5)가 고정자(2)를 케이싱(3)에 부착시키기 위해 제조된다.
이방성 강도는 우선적으로 당해 부착점(4)에 대해서 계산된 접선 강도 기여도와 동일한 접선 성분(Kt)을 가지며, 형상과 관계없이 주어진 안전성 한계에서, 당해 부착점(4)에 대해서 계산된 방사상 강도 기여도와 동일한 방사상 성분(Kr)을 갖는다.
- 최종 단계에서, 고정자(2)는 이것이 최종 부착 요소(5)에 의해서 케이싱(3) 상의 부착점(4)에서 현수되도록 케이싱(3)에 장착된다.
본 발명은 또한 회전 전기 기계의 고정자(2)에 대한 부착 장치에 대한 것으로서, 상기 기계는, 회전자(1)와, 이 회전자(1)와 동축인 고정자(2)와, 이 고정자(2) 및 회전자(1) 사이의 공기 간극(10)과, 고정자(2)를 부착시키기 위한 부착점(4)이 구비된 케이싱(3)을 포함한다.
부착 장치는 부착점(5)과 고정자(2) 사이에 장착된 부착 요소(5)를 포함한다.
각각의 부착 요소(5)는 기계의 정적 힘의 일부를 흡수하기 위한 접선 성분(Kt)과 케이싱에 대한 고정자의 동적 힘의 일부를 완화시키는 방사상 성분(Kr)으로 이루어진 이방성 강도를 갖는다.
합성 접선 성분(Kt)은 공기 간극보다는 작은 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하며, 합성 방사상 성분(Kr)은 케이싱에 대해 소정의 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시킨다.
일 실시예에서, 부착 요소(5)는 강판(8)과 탄성 중합체 층(9)의 교차하는 적층물로 제조된 탄성 중합체 적층 복합체로 제조된다. 이러한 구조로 인해, 적층 복합체는 적층 방향(견인/압축)에서 수직 방향(전단)으로의 강도보다 훨씬 큰 강도를 갖는다.
도1에서 도시된 실시예에서, 이 장치는 4개가 2개의 횡단면에 (단지 하나의 면만 도시됨) 45도, 135도, 225도, 315도로 균일하게 분포된 8개의 부착 요소를 포함한다.
각각의 부착 요소(5)에는 케이싱(3) 상에 장착시키기 위한 2개의 단부점(6)과 고정자(2) 상에 장착시키기 위한 중간점(7)이 구비된다. 적층 방향은 장착 중간점(7)에서 고정자(2)의 접선에 평행하다. 이러한 방식으로, 각각의 부착 요소(5)는 방사상(전단)으로 낮은 강도(Kr) 및 접선 방향(견인/압축)으로 높은 강도(Kf)를 갖는다.
당연하게도, 이 장치는 부착 요소의 수를 감소시키도록 최적화될 수 있다. 최소한으로는, 단지 3개의 부착 요소만이 전체 고정자에 필요하다.
본 발명은 또한 본 발명의 부착 장치를 구비한 회전 전기 기계에 관한 것이다.
당연하게도, 본 발명은 설명된 장치 또는 실시예에 한정되지 않으며, 그 보다는 본 발명을 벗어나지 않고 이 기술 분야의 당업자가 접근할 수 있는 다양한 변형이 가능하다. 특히, 부착 요소의 형상, 수, 및 배치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다. 마찬가지로, 회전자 기계의 정적 힘 또는 동적 힘을 계산하기 위한 형상은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라서 케이싱에 부착시키기 위한 부착 장치를 제공함으로써, 종래 기술의 장치보다 아주 적게 진동하고 아주 조용한 회전 기계를 얻을 수 있도록 한다.
도1은 본 발명의 기계의 도식적 단면도.
도2는 도1에서 부착 요소들이 등가의 스프링으로 교체된 기계의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 회전자
2 : 고정자
3 : 케이싱
4 : 부착점
5 : 부착 요소
6 : 단부점
7 : 중간점
8 : 강판
9 : 탄성 중합체층
10 : 공기 간극

Claims (4)

  1. 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자와, 케이싱을 포함하고, 복수의 개별 부착점에서 고정자가 케이싱에 부착되는 회전 전기 기계의 소음과 진동을 저감시키는 방법이며,
    회전 전기 기계의 정적 힘이 계산되는 단계와,
    케이싱, 고정자 및 회전자의 각각에 대해 정적 강성이 계산되는 단계와,
    고정자가 케이싱에 부착되는 각각의 부착점에서, 고정자, 회전자, 및 케이싱의 평형 상태를 기초로 해서, 접선 강도 기여도의 결과가 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하도록 부착점에서의 접선 강도 기여도가 계산되는 단계와,
    고정자의 동적 힘이 계산되는 단계와,
    동적 강성이 케이싱 및 고정자 각각에 대해 계산되는 단계와,
    각각의 부착점에서, 방사상 강도 기여도의 결과가 케이싱에 대해 소정 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시키도록 방사상 강도 기여도가 계산되는 단계와,
    각각의 부착점에서, 당해 부착점에 대해서 계산된 접선 강도 기여도와 동일한 접선 성분(Kt)과, 당해 부착점에 대해서 계산된 방사상 강도 기여도와 동일한 방사상 성분(Kr)을 갖는 이방성 강도를 갖는 부착 요소가 고정자를 케이싱에 부착시키도록 제조되는 단계와,
    고정자가 상기 부착 요소에 의해서 케이싱 상의 부착점에서 현수되도록 케이싱에 장착되는 단계를 포함하는 방법.
  2. 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자와, 이 고정자 및 회전자 사이의 공기 간극과, 고정자를 부착시키기 위한 부착점이 구비된 케이싱을 포함하는 회전 전기 기계의 고정자에 대한 부착 장치이며,
    부착 장치는 부착점과 고정자 사이에 장착된 부착 요소를 포함하며,
    각각의 부착 요소는 기계의 정적 힘의 일부를 흡수하기 위한 접선 성분(Kt)과 케이싱에 대한 고정자의 동적 힘의 일부를 완화시키는 방사상 성분(Kr)으로 이루어진 이방성 강도를 갖고,
    합성 접선 성분(Kt)은 공기 간극보다는 작은 소정 값 이하의 고정자의 축방향 변위 또는 방사상 변위를 갖는 회전 전기 기계의 정적 힘을 흡수하며,
    합성 방사상 성분(Kr)은 케이싱에 대해 소정의 전달 계수를 갖는 고정자의 동적 힘을 완화시키는 부착 장치.
  3. 제2항에 있어서, 부착 요소는 고정자와 케이싱 사이에 배치된 강의 적층 복합체와 탄성 중합체로 제조되며, 적층 방향은 고정자가 부착되는 부착점에서 고정자(2)에 대한 접선에 평행하며, 각각의 요소는 케이싱에 부착을 위한 2개의 단부점과 고정자에 부착시키기 위한 중간점을 갖는 부착 장치.
  4. 회전자와, 이 회전자와 동축인 고정자와, 이 고정자 및 회전자 사이의 공기 간극과, 고정자를 부착시키기 위한 부착점이 구비된 케이싱을 포함하고, 제2항에 따르는 부착 장치가 구비된 회전 전기 기계.
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