KR101713959B1 - 모터 소음 분석 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 소음 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 모터를 지지하는 받침부와, 모터에 가진력을 제공하는 해머부와, 해머부가 제공하는 가진력에 의해 모터에서 생성되는 가진소음과, 모터의 작동소음을 측정하는 마이크로폰부와, 해머부의 가진력과 마이크로폰부가 측정한 가진소음을 수신하여 전달함수를 산출하고, 모터의 작동소음과 전달함수를 이용하여 모터의 작동가진력을 산출하는 제어부를 포함하여, 모터 내부의 불량 여부를 간단하고 편리하게 점검할 수 있다. 또한, 해머부에 의한 모터 외부의 가진소음으로부터 모터 외부의 불량도 판단할 수 있다.

Description

모터 소음 분석 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR ANALYZING MOTOR NOISE}
본 발명은 모터 소음 분석 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 소음을 분석하여 모터의 불량 여부 및 불량 원인을 판별하는 모터 소음 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 회전기계이다. 이러한 모터는 자기 통로의 자속이 교번 또는 맥동되고, 회전자가 베어링으로 지지되어 회전되며, 발열을 억제하기 위해 냉각풍이 생성되는 과정에서 각각 소음을 유발한다.
모터에서 발생하는 소음의 종류에는 전자기적 소음과, 기계적 소음과, 통풍소음이 있다.
전자기적 소음이란, 고정자와 회전자에 작용하는 주기적인 전자기적 가진력에 의한 철심의 진동에 기인하여 생기는 소음으로, 기본파 자속에 의한 진동음이나 공극부의 고주파 자속에 의한 진동음 등이 있다.
기계적 소음이란, 베어링의 회전음, 회전자의 불균형, 브러시의 섭동음, 모터의 설치불량 등 기계적인 상태불량에 기인하여 발생하는 소음이다.
통풍 소음이란, 냉각팬이나 회전자 덕트 등의 통풍상의 소음으로 회전에 따르는 공기의 압축. 팽창에 의한 진동음이다.
종래에는 모터 작동시의 소음 혹은 진동만을 측정하거나 모터의 외부 가진시의 진동만을 측정하므로, 모터 내부에서 가진되는 힘의 측정이 불가능하여 소음의 직접적인 원인을 파악하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2010-0026155호(2010.03.10. 공개, 발명의 명칭 : 소형모터의 잡음 측정장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 모터의 내부 가진력을 측정하여 모터 소음의 원인을 보다 정확하게 진단할 수 있는 모터 소음 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치는: 모터를 지지하는 받침부; 상기 모터에 가진력을 제공하는 해머부; 상기 해머부가 제공하는 가진력에 의해 상기 모터에서 생성되는 가진소음과, 상기 모터의 작동소음을 측정하는 마이크로폰부; 및 상기 해머부의 가진력과 상기 마이크로폰부가 측정한 가진소음을 수신하여 전달함수를 산출하고, 상기 모터의 작동소음과 상기 전달함수를 이용하여 상기 모터의 작동가진력을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 받침부는 고정물에 안착되어 상기 모터를 받치며, 탄성재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 해머부는 압전센서를 포함하여 상기 모터에 제공되는 가진력을 직접 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치는: 상기 모터의 작동가진력이 설계값을 초과하는 경우 상기 모터에 문제가 있음을 알려주는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 소음 분석 방법은: 모터의 전달함수를 측정하는 단계; 상기 모터의 작동가진력을 측정하는 단계; 상기 모터의 작동가진력과 설계값을 비교하는 단계; 및 상기 모터의 작동가진력이 설계값을 초과하는 경우, 상기 모터에 문제가 있음을 경고부가 알려주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터의 전달함수를 측정하는 단계는 해머부가 비작동 상태인 상기 모터에 가진력을 제공하는 단계; 마이크로폰부가 상기 해머부에 의해 가진된 상기 모터의 가진소음을 측정하는 단계; 및 수식 1을 이용하여 전달함수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
전달함수 = 마이크로폰부가 측정한 가진소음 / 해머부가 제공하는 가진력
상기 모터의 작동가진력을 측정하는 단계는 상기 마이크로폰부가 작동 상태인 상기 모터의 작동소음을 측정하는 단계; 및 수식 2를 이용하여 작동 상태인 상기 모터의 작동가진력을 산출하는 단계를 특징으로 한다.
[수식 2]
모터의 작동가진력 = 마이크로폰부가 측정한 작동소음 / 전달함수
본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 전달함수와 작동소음을 이용하여 작동중인 모터의 작동가진력을 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 산출된 작동가진력이 설계값을 초과하는 경우 모터 내부 구성 요소의 결함으로 추정하여 모터 내부를 점검할 수 있다. 또한, 산출된 작동가진력으로 부터 모터 내부의 불량 부품을 추정할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 모터의 이상 소음 발생시 산출된 작동가진력이 설계값 내에 존재하는 경우 모터 외부의 결함으로 추정하며, 마이크로폰부가 측정한 외부 가진 소음으로 확인 점검할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 이용하여 전달함수를 측정하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 이용하여 모터의 작동가진력을 측정하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4에서 모터의 전달함수를 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 4에서 모터의 작동가진력을 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 이용하여 전달함수를 측정하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치를 이용하여 모터의 작동가진력을 측정하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치(1)는 받침부(10)와, 해머부(20)와, 마이크로폰부(30)와, 제어부(40)를 포함한다.
받침부(10)는 모터(100)를 지지한다. 받침부(10)는 지면과 같은 고정물에 안착되고, 모터(100)를 지지하여 모터(100)와 지면간의 직접적인 접촉을 방지할 수 있다.
해머부(20)는 모터(100)에 가진력(Fi)을 제공한다. 즉, 해머부(20)는 모터(100)를 타격하여 모터(100)에 충격을 줄 수 있다.
마이크로폰부(30)는 모터(100)에서 생성되는 소음을 측정한다. 즉, 마이크로폰부(30)는 해머부(20)가 제공하는 가진력(Fi)에 의해 비작동 상태의 모터(100)에서 발생되는 가진소음(Pi)을 측정한다. 그 외, 마이크로폰부(30)는 작동 상태의 모터(100)에서 발생되는 작동소음(Pm)을 측정한다.
제어부(40)는 해머부(20)의 가진력(Fi)과 마이크로폰부(30)가 측정한 가진소음(Pi)을 수신하여 전달함수(H)를 산출한다. 또한, 제어부(40)는 모터(100)의 작동소음(Pm)과 전달함수(H)를 이용하여 모터(100)의 작동가진력(Fm)을 산출한다.
이때, 해머부(20)가 제공하는 가진력(Fi)은 비작동 상태의 모터(100)에서 가진소음(Pi)을 유도하기 위해 모터(100)에 작용하는 외력이 될 수 있고, 가진소음(Pi)은 해머부(20)의 타격에 의해 비작동 상태의 모터(100)에서 생성되는 소음이 될 수 있다.
그리고, 작동소음(Pm)은 전원이 인가된 모터(100)가 작동되는 상태일 때 모터(100)에서 발생하는 소음이 될 수 있고, 작동가진력(Fm)은 전원이 인가된 모터(100)가 작동될 때 작동소음(Pm)을 유발하는 모터(100) 자체의 진동이 될 수 있다.
따라서, 작동되는 모터(100)에서 측정한 작동소음(Pm)이 모터(100) 구동시 허용 가능한 소음인 설계값 내에 존재하는 경우, 모터(100)는 정상상태로 간주될 수 있다. 반면에, 작동되는 모터(100)에서 측정한 작동소음(Pm)이 모터(100) 구동시 허용 가능한 소음인 설계값을 초과하는 경우, 모터(100)는 비정상상태로 간주될 수 있다. 모터(100)가 비정상상태인 경우, 모터(100) 내부 작동가진력(Fm)으로부터 모터(100) 내부의 불량 여부를 판단할 수 있다. 또한, 마이크로폰부(30)가 측정한 외부 가진 소음 또는 작동소음(Pm)으로부터 모터(100)의 외부 불량을 점검 확인할 수 있다. 이때, 설계값은 모터(100)의 설계과정에서 설정되거나 초기 제품 테스트 과정에서 설정될 수 있다.
받침부(10)는 고정물에 안착되어 모터(100)를 받치며, 탄성재질을 포함하여 이루어진다. 일 예로, 받침부(10)는 고무 또는 패드가 될 수 있다. 받침부(10)는 모터(100)의 진동이 지면에 도달하여 반사되는 것을 억제할 수 있다.
해머부(20)는 압전센서를 포함하여 모터(100)에 제공되는 가진력(Fi)을 직접 측정한다. 일 예로, 해머부(20)는 모터(100)와 충돌될 때 발생하는 충격력을 측정하고, 압전센서가 측정한 충격력이 가진력(Fi)이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치(1)는 경고부(50)를 더 포함할 수 있다. 경고부(50)는 모터(100)의 작동가진력(Fm)이 설계값을 초과하는 경우 모터(100)에 문제가 있음을 사용자에게 알려준다. 일 예로, 제어부(40)는 산출한 작동가진력(Fm)과 설계값을 비교하고, 작동가진력(Fm)이 설계값을 초과하는 경우 경고부(50)에 경고신호를 전송할 수 있다. 경고부(50)는 경고신호를 수신한 후 디스플레이에 표시, 경고음 생성, 경고등 점등 등 다양한 방식으로 사용자에게 알려줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 5는 도 4에서 모터의 전달함수를 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이며, 도 6은 도 4에서 모터의 작동가진력을 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하여 모터 소음 분석 방법을 설명하면 다음과 같다.
제어부(40)는 모터(100)의 전달함수(H)를 측정한다(S10). 비작동 상태에서 모터(100)의 전달함수(H)를 획득하기 위해서는 가진력(Fi)과, 가진소음(Pi)이 필요하다.
모터(100)의 전달함수(H)를 측정하기 위해, 해머부(20)를 이용하여 비작동 상태인 모터(100)에 가진력(Fi)을 제공한다(S11). 해머부(20)에 의해 모터(100)에 가진력(Fi)이 제공되면, 모터(100) 자체 진동에 의해 가진소음(Pi)이 발생한다.
마이크로폰부(30)는 모터(100)에 근접되어 비작동 상태인 모터(100)에서 발생하는 가진소음(Pi)을 측정한다(S12).
해머부(20)가 측정한 가진력(Fi)과 마이크로폰부(30)가 측정한 가진소음(Pi)은 제어부(40)에 전송되고, 제어부(40)는 수식 1을 이용하여 전달함수(H)를 산출한다(S13)
[수식 1]
전달함수 = 마이크로폰부가 측정한 가진소음 / 해머부가 제공하는 가진력 (H = Pi/Fi)
비작동 상태의 모터(100)를 이용하여 전달함수(H)가 획득되면, 모터(100)의 작동가진력(Fm)을 측정한다(S20). 작동 상태에서 모터(100)의 작동가진력(Fm)을 획득하기 위해서는 전달함수(H)와, 작동 상태인 모터(100)의 작동소음(Pm)이 필요하다.
모터(100)의 작동가진력(Fm)을 측정하기 위해, 마이크로폰부(30)를 모터(100)에 근접시켜 작동 상태인 모터(100)의 작동소음(Pm)을 측정한다(S21).
마이크로폰부(30)가 측정한 작동소음(Pm)은 제어부(40)에 전송되고, 제어부(40)는 수식 2를 이용하여 작동가진력(Fm)을 산출한다(S22).
[수식 2]
모터의 작동가진력 = 마이크로폰부가 측정한 작동소음 / 전달함수 (Fm = Pm/H)
작동중인 모터(100)의 작동가진력(Fm)이 산출되면, 제어부(40)는 작동가진력(Fm)과 설계값을 비교한다(S30). 이때, 설계값은 모터(100)의 설계과정에서 설정되거나 초기 제품 테스트 과정에서 설정될 수 있다. 이러한 설계값은 모터(100) 구동시 허용 가능한 소음을 의미할 수 있다.
만일, 작동되는 모터(100)에서 측정한 작동소음(Pm)이 모터(100) 구동시 허용 가능한 소음인 설계값을 초과하는 경우, 모터(100)는 비정상상태로 간주되어 경고부(50)가 작동된다(S40).
경고부(50)는 모터(100)의 작동가진력(Fm)이 설계값을 초과하는 경우 모터(100)에 문제가 있음을 사용자에게 알려준다. 일 예로, 제어부(40)는 산출한 작동가진력(Fm)과 설계값을 비교하고, 작동가진력(Fm)이 설계값을 초과하는 경우 경고부(50)에 경고신호를 전송할 수 있다. 경고부(50)는 제어부(40)를 통해 경고신호를 수신한 후 디스플레이에 표시, 경고음 생성, 경고등 점등 등 다양한 방식으로 사용자에게 알려줄 수 있다.
반면에, 작동되는 모터(100)에서 측정한 작동소음(Pm)이 모터(100) 구동시 허용 가능한 소음인 설계값 내에 존재하는 경우, 모터(100)는 정상상태로 간주되어 소음 분석 과정이 종료될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 전달함수(H)와 작동소음(Pm)을 이용하여 작동중인 모터(100)의 작동가진력(Fm)을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 산출된 작동가진력(Fm)이 설계값을 초과하는 경우 모터(100) 자체 내부의 결함으로 추정하여 모터(100) 내부를 점검할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 소음 분석 장치 및 방법은 모터(100)의 이상 소음 발생시 산출된 작동가진력(Fm)이 설계값 내에 존재하는 경우 모터(100) 외부의 결함으로 추정하며, 마이크로폰부(30)가 측정한 작동소음(Pm)으로 모터(100) 외부를 확인 및 점검할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 받침부 20 : 해머부
30 : 마이크로폰부 40 : 제어부
50 : 경고부 100 : 모터

Claims (7)

  1. 모터를 지지하는 받침부;
    상기 모터에 가진력을 제공하는 해머부;
    상기 해머부가 제공하는 가진력에 의해 상기 모터에서 생성되는 가진소음과, 상기 모터의 작동소음을 측정하는 마이크로폰부; 및
    상기 해머부의 가진력과 상기 마이크로폰부가 측정한 가진소음을 수신하여 전달함수를 산출하고, 상기 모터의 작동소음과 상기 전달함수를 이용하여 상기 모터의 작동가진력을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 받침부는
    고정물에 안착되어 상기 모터를 받치며, 탄성재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 해머부는
    압전센서를 포함하여 상기 모터에 제공되는 가진력을 직접 측정하는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터의 작동가진력이 설계값을 초과하는 경우 상기 모터에 문제가 있음을 알려주는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 장치.
  5. 모터의 전달함수를 측정하는 단계;
    상기 모터의 작동가진력을 측정하는 단계;
    상기 모터의 작동가진력과 설계값을 비교하는 단계; 및
    상기 모터의 작동가진력이 설계값을 초과하는 경우, 상기 모터에 문제가 있음을 경고부가 알려주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 모터의 전달함수를 측정하는 단계는
    해머부가 비작동 상태인 상기 모터에 가진력을 제공하는 단계;
    마이크로폰부가 상기 해머부에 의해 가진된 상기 모터의 가진소음을 측정하는 단계; 및
    수식 1을 이용하여 전달함수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 소음 분석 방법.
    [수식 1]
    전달함수 = 마이크로폰부가 측정한 가진소음 / 해머부가 제공하는 가진력
  7. 제 5항에 있어서, 상기 모터의 작동가진력을 측정하는 단계는
    상기 마이크로폰부가 작동 상태인 상기 모터의 작동소음을 측정하는 단계; 및
    수식 2를 이용하여 작동 상태인 상기 모터의 작동가진력을 산출하는 단계를 특징으로 하는 모터 소음 분석 방법.
    [수식 2]
    모터의 작동가진력 = 마이크로폰부가 측정한 작동소음 / 전달함수
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