KR101764010B1 - 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치 - Google Patents

발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것으로, 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 지지하는 링 형상의 체결 밴드와, 상기 체결 밴드에 결합되어 상기 스테이터 코어와 결합되는 복수의 키 바(key bar)와, 상기 체결 밴드에 연결되어 상기 스테이터 코어의 직경 방향 및 외주 방향 진동을 절연하는 복수의 탄성부를 포함하며, 상기 체결 밴드는 직경이 확장 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 코어의 길이 및 외경이 변경되더라도 변경된 구조에 적용 가능하므로 새로 설계하여 결합 구조를 변경할 필요가 없어 구조적 안정성을 유지하면서 다양한 용량대의 발전기 설계가 가능한 장점이 있다.

Description

발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치{Device for preventing vibration of stator core for power generator}
본 발명은 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어의 길이 및 외경 변경에 능동적으로 대응할 수 있는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 전자 유도작용을 이용하여 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 도체가 자기장 내에서 회전 운동을 할 때에 전력을 일으키는 원리를 이용한 장치이다. 이러한 발전기는 냉각매체로 수소가스와 물을 사용하며, 먼지나 습기의 침입방지와 수소 가스의 누설을 방지하기 위하여 완전 밀폐 구조로 이루어진다.
발전기 내부의 통풍은 회전자인 로터(Rotor) 축에 부착된 팬에 의한 폐쇄 순환방식으로 되어 있으며, 수소 가스의 냉각을 위해 냉각기가 내장되어 있다. 또한, 고정자인 스테이터(Stator)의 양단에는 로터 베어링 및 축 밀봉설비가 구비된다.
스테이터는 크게 외관을 형성하는 프레임과, 스테이터 코일 및 스테이터 코일이 권선되는 스테이터 코어(Stator Core)로 구분된다. 스테이터 코어는 로터에서 발생하는 자속에 대한 저(low) 저항 통로를 제공함과 동시에 스테이터 코일을 지지하는 기능을 갖는다.
스테이터 프레임(Frame)은 스테이터 코어, 회전자, 쿨러, 고압 부싱 등의 각 구성품이 제 기능을 수행할 수 있도록 공간을 제공하는 구조물로, 발전기의 뼈대 기능을 한다.
스테이터 프레임에 구비되는 고정물 중 키 바(Key Bar)는 스테이터 코어 및 코어의 적층 시 적층 중량을 지지하는 역할을 하며, 일본특허공개 2002-204539호에 개시된 바와 같은 구조를 갖는다. 키 바의 설치 시에는 정반을 이용해 키 바의 높이를 맞춘 후, 크레인을 이용하여 1개씩 정위치에 결합시키는 방식으로 고정자 코일과 결합된다.
종래의 키 바는 프레임의 내측면에서 용접, 고정된 상태로 결합되고, 키 바에 스테이터 코어를 끼우면서 적층하는 구조로 조립되었다. 그런데 키 바와 스테이터 코어가 밀착 결합되더라도 로터의 회전 시 발생되는 자력에 의해 키 바와 스테이터 코어가 붙었다 떨어졌다를 반복하면서 많은 소음이 발생하고, 진동도 더욱 커지는 등의 문제점이 있다.
또한, 종래에는 키 바가 라운드 형태로 구성되어 있으므로 코어의 길이나 외경, 접선 강성 등이 변경되면 완전히 새로 설계하여 결합 구조를 변경해야만 하는 문제가 있다.
일본특허공개 2002-204539호(공개일 2002. 07. 19)
본 발명의 목적은 코어의 길이 및 외경 변경에 능동적으로 대응할 수 있는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치는, 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 지지하는 링 형상의 체결 밴드와, 상기 체결 밴드에 결합되어 상기 스테이터 코어와 결합되는 복수의 키 바(key bar)와, 상기 체결 밴드에 연결되어 상기 스테이터 코어의 직경 방향 및 외주 방향 진동을 절연하는 복수의 탄성부를 포함하며, 상기 체결 밴드는 직경이 확장 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 체결 밴드에 이동 가능하게 결합되어 상기 키 바에 결합되는 복수의 지지 블록을 더 포함하며, 상기 지지 블록과 상기 탄성부는 교대로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바 및 탄성부의 개수가 가변되는 것을 특징으로 한다.
상기 키 바는 이웃한 키 바와의 간격이 조절 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 이웃한 탄성부와의 간격이 조절 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부가 결합 지지되는 복수의 섹션 플레이트를 더 포함하며, 상기 탄성부는 상기 섹션 플레이트의 내주면에 결합되는 플레이트 결합부와, 상기 체결 밴드의 외주면에 결합되는 밴드 결합부를 포함 한다.
상기 탄성부는 상기 스테이터 코어의 외경에 따라 상기 플레이트 결합부의 길이가 가변되는 것을 특징으로 한다.
상기 섹션 플레이트는 상기 스테이터 코어의 환기 구조에 따라 공기 또는 수소 가스의 유입부 및 배출부를 구획하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 상기 복수의 섹션 플레이트 각각에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 상기 복수의 섹션 플레이트에 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치는 스테이터 코어의 직경에 따라 가변 가능한 직경을 가지며 상기 스테이터 코어의 외주면에 결합되어 상기 스테이터 코어를 지지하는 링 형상의 체결 밴드와, 상기 체결 밴드에 결합되어 상기 스테이터 코어와 결합되는 복수의 키 바(key bar)와, 상기 체결 밴드에 연결되어 상기 스테이터 코어의 직경 방향 및 외주 방향 진동을 절연하는 복수의 탄성부를 포함하며, 상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바와 상기 탄성부의 간격이 가변 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터 코어의 외경이 기준 외경보다 커지면 상기 체결 밴드를 확장함에 따라 상기 탄성부의 길이가 짧아지는 것을 특징으로 한다.
상기 키 바와 상기 탄성부는 교차 배치되고, 상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바 및 탄성부의 개수가 가변되는 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터 코어의 길이가 증가하면 상기 키 바 및 상기 탄성부의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터 코어의 길이가 감소하면 상기 키 바 및 상기 탄성부의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 체결밴드의 외측에 배치되며, 상기 탄성부가 결합 지지되는 복수의 섹션 플레이트를 더 포함 한다.
상기 섹션 플레이트는 상기 스테이터 코어의 환기 구조에 따라 수소 가스의 유입부 및 배출부를 구획하며, 상기 탄성부는 상기 섹션 플레이트의 일부 또는 모두에 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치는 코어의 길이 및 외경이 변경되더라도 변경된 구조에 적용 가능하므로 새로 설계하여 결합 구조를 변경할 필요가 없어 구조적 안정성을 유지하면서 다양한 용량대의 발전기 설계가 가능한 장점이 있다.
또한, 스테이터 코어의 직경 방향 진동과 접선 방향 진동을 모두 제어할 수 있어 보다 높은 동적 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 설치 예를 도시한 도면,
도 4는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 다른 설치 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 정면도이다.
스테이터는 크게 외관을 형성하는 스테이터 프레임과, 스테이터 코어(10) 및 코일 권선부를 포함하며, 코일 권선부에 스테이터 코일이 감긴다.
스테이터 코어(10)는 펀칭(Punching)과 내부 공간 블럭(ISSB: Inside Space Block) 및 외부 공간 블럭(OSSB: Outside Space Block)으로 구성된다. 펀칭은 자속에 대한 저(low) 저항 통로를 제공하고, 내부 공간 블럭은 냉매인 수소 가스의 순환통로 역할을 한다. 외부 공간 블럭은 플랜지의 클램핑압(Clamping Pressure)을 전달하며 수소 가스의 순환 통로 역할도 병행한다.
일반적으로 로터의 회전에 의해 발생되는 자기력은 스테이터 코어(10)에 진동을 야기시키므로 본 발명에서는 스테이터 코어(10)의 진동을 저감함과 동시에,
코어의 길이 및 외경이 변경되더라도 구조 변경 없이 적용할 수 있는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 제공하고자 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치(100)는 소정의 폭을 갖는 링 형상의 밴드이다.
진동 방지 장치(100)는 스테이터 코어(10)의 외주면에서 원주 방향을 따라 스테이터 코어(10)를 감싸는 형태로 설치되는(스테이터 코어는 도 3 참조) 링 형상의 체결 밴드(110)와, 체결 밴드(110)를 연결하는 연결부(112)를 포함하여 구성된다. 체결 밴드(110)의 내주면에는 복수의 키 바(key bar, 130)가 일체로 형성되며, 체결 밴드(110)의 외주면에는 복수의 탄성부(150)가 결합된다. 체결 밴드(110)의 외주면과 소정 간격 이격되어 섹션 플레이트(170)가 구비된다.
체결 밴드(110)는 링 형상의 일측이 분리된 형태이며, 분리된 부분이 연결부(112)에 의해 고정되어 연결된 링 형상이 된다. 연결부(112)는 체결 밴드(110)의 분리된 단부가 각각 삽입되는 블록 형상으로, 키 바(130)를 지지하는 지지 블록(132)과 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 연결부(112)가 체결 밴드(110)의 분리된 단부에 결합된 상태에서 체결 볼트로 이들을 상호 연결해 고정한 후 연결부(112)에 키 바(130)가 결합된다.
키 바(130)는 체결 밴드(110)의 내주면에 복수 개가 구비되며, 지지 블록(132)에 용접 등으로 결합된다. 키 바(130)는 체결 밴드(110)의 폭보다 작은 폭을 갖는 바(bar) 형상으로, 지지 블록(132)에 결합되는 부분은 횡단면이 원형, 사각형, 도브 테일 형상 등으로 구현될 수 있다. 지지 블록(132)으로부터 노출되어 스테이터 코어(10)를 향하는 부분은 횡단면이 원형, 사각형, 도브 테일 형상 등으로 구현될 수 있다.
지지 블록(132)은 사면체의 블록 형상으로, 중공이 형성되어 체결 밴드(110)가 중공을 관통함으로써 체결 밴드(110)에 삽입된다. 따라서 지지 블록(132)은 체결 밴드(110)의 외주 방향을 따라 이동이 가능하다. 지지 블록(132)은 이웃한 다른 지지 블록(132)과의 거리가 조절 가능하게 설치되며, 각 지지 블록(132)의 사이에는 탄성부(150)가 배치된다.
탄성부(150)는 섹션 플레이트(170)의 내주면에 결합되는 플레이트 결합부(152)와, 체결 밴드(110)의 외주면에 결합되는 밴드 결합부(154)로 구성된다. 탄성부(150)는 지지 블록(132)과 교대로 배치되며, 지지 블록(132)과 마찬가지로 이동 가능하게 결합되므로 이웃한 탄성부(150)와의 거리나 이웃한 지지 블록(132)과의 간격을 조절할 수 있다.
플레이트 결합부(152)에는 섹션 플레이트(170)의 폭에 대응하는 'ㄷ'자 형상의 홈이 형성되며, 홈이 섹션 플레이트(170)의 내주면에 압입되어 섹션 플레이트에 결합된다. 플레이트 결합부(152)는 홈과 섹션 플레이트(170)가 억지끼움 방식으로 결합될 수도 있고, 집게와 같은 형상으로 구현되어 섹션 플레이트(170)에 탈착 가능하게 결합될 수도 있다.
도면에 상세히 도시하지는 않았으나, 플레이트 결합부(152)는 길이 가변이 가능하게 구현되는 것이 바람직하다. 플레이트 결합부(152)의 길이란 스테이터 코어(10)의 직경 방향에 대응하는 길이를 의미하는 것으로, 스테이터 코어(10)의 외경 변화에 대응할 수 있도록 플레이트 결합부(152)의 길이가 가변 가능하게 구현되는 것이 바람직하다. 플레이트 결합부(152)의 길이를 가변 가능하게 구현하는 방법은 다양하게 적용될 수 있어 어느 하나의 실시 예에 특정되지 않는다.
일 예로, 종래에는 93인치 직경의 스테이터 코어를 지지하기 위한 구조와 94인치 직경의 스테이터 코어를 지지하기 위한 구조가 전혀 다르게 설계되었으나, 본 발명의 진동 방지 장치(100)에 따른 체결 밴드(110)는 92 내지 95인치 직경의 스테이터 코어를 동일 설계 조건으로 지지할 수 있다.
밴드 결합부(154)에는 체결 밴드(110)의 폭에 대응하는 'ㄷ'자 형상의 홈이 형성되며, 홈에 체결 밴드(110)의 외주면이 압입되어 밴드 결합부(154)와 체결 밴드(110)가 결합된다. 밴드 결합부(154)는 홈과 체결 밴드(110)가 억지끼움 방식으로 결합될 수도 있고, 집게와 같은 형상으로 구현되어 체결 밴드(110)에 탈착 가능하게 결합될 수도 있다.
전술한 구성에 따라 스테이터 코어(10)의 직경이 증가해 외경이 커지게 되면, 탄성부(150)의 길이를 조정함으로써 스테이터 코어(10)의 외경 증가에 대응할 수 있다. 또한, 스테이터 코어(10)의 길이가 증가되는 경우에는 탄성부(150)의 개수를 증가시킴으로써 스테이터 코어(10)의 길이 변화에 대응할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(10)에는 직경 방향을 따라 방사상으로 진동이 발생될 수 있으며, 외주면의 접선 방향을 따라서도 진동이 발생될 수 있다. 그러나 진동 방지 장치(100)의 탄성부(150)가 스테이터 코어(10)를 지지하는 체결 밴드(110)와 섹션 플레이트(170) 사이를 이격된 상태에서 지지하므로 스테이터 코어(10)의 직경 방향으로 발생되는 진동에 대응할 수 있다.
또한, 복수의 탄성부(150)가 체결 밴드(110)를 지지하고 있으므로 외주면의 접선 방향을 따라 발생되는 진동에도 대응이 가능하다. 따라서 스테이터 코어의 설치 시 보다 높은 동적 안정성을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 설치 예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 설치 예를 도시한 도면이고, 도 4는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치의 다른 설치 예를 도시한 도면이다.
섹션 플레이트(170)는 스테이터 코어(10)의 환기(ventilation) 구조에 대응하여 수소 가스가 유입 또는 배출되는 유입부와 배출부를 구획한다. 이 때 도 3에 도시된 바와 같이, 모든 섹션 플레이트(170)에 탄성부(150)를 구비한 결합 구조를 적용할 수 있다. 모든 섹션 플레이트(170)에 해당 구조가 적용되면, 모든 섹션 플레이트(170)는 탄성부(150) 및 체결 밴드(110)간 결합 구조에 의해 스테이터 코어(10)에 연결된다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 설계상의 필요에 따라 일부 섹션 플레이트(170)에는 탄성부(150)가 구비된 결합 구조를 적용하지 않고, 나머지 섹션 플레이트(170)에만 탄성부(150) 구조를 적용할 수도 있다. 이 경우, 일부 섹션 플레이트(170)는 스테이터 코어(10)에 연결되지 않고 나머지 섹션 플레이트(170)만이 스테이터 코어(10)에 연결된다.
이는 모든 섹션 플레이트(170)에 탄성부(150)가 결합된 구조를 적용하지 않더라도 진동 절연 기능을 충분히 할 수 있으므로, 일부 섹션 플레이트(170)는 간단한 구조로 구성되어도 무방하기 때문이다. 이러한 구조의 단순화를 통해 제작성을 향상시키고 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 장점이 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
10: 스테이터 코어 100: 진동 방지 장치
110: 체결 밴드 112: 연결부
130: 키 바 132: 지지 블록
150: 탄성부 152: 플레이트 결합부
154: 밴드 결합부 170: 섹션 플레이트

Claims (17)

  1. 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 지지하는 링 형상의 체결 밴드와,
    상기 체결 밴드에 결합되어 상기 스테이터 코어와 결합되는 복수의 키 바(key bar)와,
    상기 체결 밴드에 연결되어 상기 스테이터 코어의 직경 방향 및 외주 방향 진동을 절연하는 복수의 탄성부를 포함하며,
    상기 체결 밴드는 직경이 확장 가능한 것을 특징으로 하고,
    상기 체결 밴드에 이동 가능하게 결합되어 상기 키 바에 결합되는 복수의 지지 블록을 더 포함하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 블록과 상기 탄성부는 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바 및 탄성부의 개수가 가변되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 키 바는 이웃한 키 바와의 간격이 조절 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탄성부는 이웃한 탄성부와의 간격이 조절 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부가 결합 지지되는 복수의 섹션 플레이트를 더 포함하며, 상기 탄성부는 상기 섹션 플레이트의 내주면에 결합되는 플레이트 결합부와, 상기 체결 밴드의 외주면에 결합되는 밴드 결합부를 포함하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 스테이터 코어의 외경에 따라 상기 플레이트 결합부의 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 섹션 플레이트는 상기 스테이터 코어의 환기 구조에 따라 공기 또는 수소 가스의 유입부 및 배출부를 구획하는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 복수의 섹션 플레이트 각각에 구비되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 복수의 섹션 플레이트에 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  11. 스테이터 코어의 직경에 따라 가변 가능한 직경을 가지며 상기 스테이터 코어의 외주면에 결합되어 상기 스테이터 코어를 지지하는 링 형상의 체결 밴드와,
    상기 체결 밴드에 결합되어 상기 스테이터 코어와 결합되는 복수의 키 바(key bar)와,
    상기 체결 밴드에 연결되어 상기 스테이터 코어의 직경 방향 및 외주 방향 진동을 절연하는 복수의 탄성부를 포함하며,
    상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바와 상기 탄성부의 간격이 가변 가능한 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 외경이 기준 외경보다 커지면 상기 체결 밴드를 확장함에 따라 상기 탄성부의 길이가 짧아지는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 키 바와 상기 탄성부는 교차 배치되고, 상기 스테이터 코어의 길이에 따라 상기 키 바 및 탄성부의 개수가 가변되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 길이가 증가하면 상기 키 바 및 상기 탄성부의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 길이가 감소하면 상기 키 바 및 상기 탄성부의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 체결밴드의 외측에 배치되며, 상기 탄성부가 결합 지지되는 복수의 섹션 플레이트를 더 포함하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 섹션 플레이트는 상기 스테이터 코어의 환기 구조에 따라 수소 가스의 유입부 및 배출부를 구획하며, 상기 탄성부는 상기 섹션 플레이트의 일부 또는 모두에 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
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