KR102358411B1 - 전동기 회전자 진동 저감 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기의 회전자의 내부에 진동저감부재를 설치하여 토크리플로 인해 진동모드가 발생할 때, 전동기의 회전을 방해하지 않으면서 안정적으로 진동을 저감할 수 있는 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정자와 회전자를 포함하여 이루어지는 전동기의 회전자 진동 저감 구조에 있어서, 상기 회전자의 진동 변위가 가장 큰 곳에 진동저감부재를 설치하되, 상기 진동저감부재는 압전체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기 회전자 진동 저감 구조{a vibration reducing structure for a rotor of an electric motor}

본 발명은 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기의 회전자의 내부에 진동저감부재를 설치하여 토크리플로 인해 진동모드가 발생할 때, 전동기의 회전을 방해하지 않으면서 안정적으로 진동을 저감할 수 있는 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 그림 1과 같이 고정자와 회전자로 이루어지는데, 하우징은 고정자 및 회전자를 둘러싸서 외부의 충격으로부터 보호하고, 외부구조물에 결합되어 전동기를 고정한다.

여기서, 회전자는 회전이 가능하도록 하여야 하므로 샤프트 및 베어링을 통해 하우징과 연결되어 있고, 상기 샤프트는 외부 장치와 연결되어 회전자로부터 전달된 회전력을 외부로 전달한다.

이때, 고정자 및 회전자는 일반적으로 철판을 적층하여 만들어진 철심(Ferrite Core)으로 이루어지며, 이러한 철심에 슬롯 형태의 빈 공간을 만들어 이 곳에 권선 혹은 영구자석을 설치한다.

한편, 이러한 모든 전동기의 회전자에서는 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동은 회전자 무게중심의 치우침, 토크 리플 등으로 인하여 발생하게 되고 이러한 진동을 저감하기 위해 회전자 밸런싱 작업, 토크 리플 저감 설계 등의 노력이 이루어진다.

그러나, 이러한 노력에도 회전자의 진동을 완전히 없애는 것은 불가능하며, 특히 토크 리플의 경우 전동기의 구조로 인하여 진동이 발생되기 때문에 진동 저감 설계를 하더라도 완전히 없애는 것은 불가능하다.

이렇게 발생되는 진동은 샤프트를 통해 베어링, 하우징으로 전달되며, 결국에는 전동기 전체의 진동으로 이어진다. 이러한 진동은 전동기 자체뿐만 아니라 전동기와 이어진 구조물에도 부담을 주며, 전동기 소음의 주원인이 되어 환경 측면에도 큰 문제점이 된다.

한국등록특허 10-1757542

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 토크리플로 인해 회전자에 발생하는 진동모드를 모드 해석을 통하여 어느 주파수에서 어느 지점에 가장 큰 변위가 발생하는 지를 분석하고, 가장 큰 변위가 발생하는 부분에 압전체로 이루어진 진동저감부재를 설치함으로써, 진동을 저감시켜 전동기가 설치된 장소의 내구성을 높여줄 수 있으며, 진동에 의한 소음역시 저감할 수 있는 전동기 회전자 진동 저감 구조를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 전동기의 회전자에 압전체로 이루어지는 진동저감부재를 설치하는데, 압전체의 고유진동 주파수를 회전자의 진동 모드시의 주파수와 일치시켜 진동을 안정적으로 저감하도록 하며, 압전체가 회전자에서 발생하는 자기장의 흐름을 방해하지 않는 방향으로 설치하여 회전자가 안정적으로 회전할 수 있도록 하는 전동기 회전자 진동 저감 구조를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

고정자와 회전자를 포함하여 이루어지는 전동기의 회전자 진동 저감 구조에 있어서, 상기 회전자의 진동 변위가 가장 큰 곳에 진동저감부재를 설치하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 진동저감부재는 압전체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동저감부재의 고유 진동 주파수는 회전자의 진동시의 주파수와 일치하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진동저감부재는 회전자에 형성되는 자속의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 토크리플로 인해 회전자에 발생하는 진동모드를 모드 해석을 통하여 어느 주파수에서 어느 지점에 가장 큰 변위가 발생하는 지를 분석하고, 가장 큰 변위가 발생하는 부분에 압전체로 이루어진 진동저감부재를 설치함으로써, 진동을 저감시켜 전동기가 설치된 장소의 내구성을 높여줄 수 있으며, 진동에 의한 소음역시 저감할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 전동기의 회전자에 압전체로 이루어지는 진동저감부재를 설치하는데, 압전체의 고유진동 주파수를 회전자의 진동 모드시의 주파수와 일치시켜 진동을 안정적으로 저감하도록 하며, 압전체가 회전자에서 발생하는 자기장의 흐름을 방해하지 않는 방향으로 설치하여 회전자가 안정적으로 회전할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전동기의 개념도이다.
도 2는 일반 적인 전동기에 토크 리플에 의해 발생하는 진동모드를 분석한 상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조에 적용되는 압전체의 작용을 보여주는 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조의 진동저감부재와 자속의 흐름을 보여주는 개념도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 2는 일반 적인 전동기에 토크 리플에 의해 발생하는 진동모드를 분석한 상태도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조에 적용되는 압전체의 작용을 보여주는 회로도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전동기 회전자 진동 저감 구조의 진동저감부재와 자속의 흐름을 보여주는 개념도이다.

본 발명은 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것으로 전동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부를 커버하는 하우징과 하우징의 내측에 고정 설치되는 고정자와 고정자의 내측에 회전가능하도록 구비되는 회전자로 이루어진다.

그런데, 이러한 통상의 전동기는 동작시 회전자에서 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동은 회전자 무게중심의 치우침, 토크 리플 등으로 인하여 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 회전자(100)의 내측에 진동저감부재(200)를 구비하여 전동기의 회전자(100)가 회전할 때, 발생하는 진동을 저감시키게 된다.

즉, 전술한 바와 같이 모든 전동기는 회전자(100)가 회전할 때, 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동은 회전자(100)를 구성하는 물질의 주기적인 변위를 말하는 것으로서, 회전자 전체에 균일하게 분포하는 것이 아니라 도 2에 도시된 바와 같이 특정 부분에 집중되는 현상이 나타난다.

이러한 진동을 발생시키는 변위가 크게 일어나는 곳의 분포는 진동의 주파수에 따라 다르게 나타나며, 일정 주파수에서 크고 일정 한 패턴의 변위 분포를 나타내는 것을 진동 모드라고 하는데, 진동모드는 도 2에 도시된 바와 같이 여러 주파수에 걸처서 나타나게 된다.

이때, 각 회전자(100)에는 토크리플에 의해 진동 모드가 발생하게 되며, 도 2에 도시된 바와 같이 모드 해석을 통하여 어느 주파수에서 어느 지점에 가장 변위가 크게 나타나는지를 분석할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 모드 해석을 통하여 확인한 회전자(100)의 진동 변위가 가장 큰 곳에 진동저감부재(200)를 설치하여 진동모드시에 발생하는 진동을 저감시키게 된다.

여기서, 상기 진동저감부재(200)는 압전체로 이루어져 회전자(100)가 회전할 때, 발생하는 진동을 전기적 에너지로 변환하는 과정에서 진동을 저감시켜주게 된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전체는 압력에 의해 변형되면 전압이 발생하는 성질을 가지고 있는데, 전압차가 발생한 두 지점을 회로로 연결하면 전류가 발생하면서 기계에너지가 전기에너지로 전환된다.

이때, 진동 역시 기계적 에너지로서 회전자(100)의 변위가 발생하는 부분에 진동저감부재(200)를 설치함으로써, 변위가 발생되도록 가해지는 힘이 상기 진동저감부재(200)에 작용하고 그에 따라 진동저감부재(200)가 변위를 전기적 에너지로 변환하는 과정에서 진동을 저감시키게 된다.

즉, 상기 진동저감부재(200)는 진동이 발생하는 곳에 설치한 스프링과 같은 완충작용을 하여 진동을 저감시키게 된다.

한편, 상기 진동저감부재(200)는 압전체로 이루어지는데, 각 물체마다 고유의 진동 주파수를 가지고 있으며, 진동저감부재(200)의 고유 진동 주파수는 전술한 바와 같이 모드 해석을 통하여 확인한 회전자(100)의 진동 모드시의 주파수와 일치하도록 한다.

그래서, 전동기를 작동시켜 상기 회전자(100)가 회전할 때, 상기 진동저감부재(200)가 토크리플에 의해 발생하는 진동 주파수에 대응하여 보다 안정적으로 진동을 저감시켜줄 수 있게 된다.

그리고, 상기 진동저감부재(200)는 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 그 중에서도 판형상으로 대부분 형성하게 되며, 이러한 진동저감부재(200)를 설치할 때, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 회전자(100)에 형성되는 자속의 방향과 동일한 방향으로 진동저감부재(200)를 설치하게 된다.

즉, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 자속을 절단하는 방향을 진동저감부재(200)를 설치할 경우 자기장에 영향을 미쳐 회전자의 안정적인 회전을 방지할 수 있는데, 본 발명에서는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 자기장의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 동일한 방향으로 진동저감부재(200)를 설치함으로써, 압전체로 이루어지는 진동저감부재(200)가 자속에 영향을 미치지 않도록 하여 안정적으로 회전자(100)가 회전할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명에서는 복잡한 추가적인 장치를 설치하지 않고 진동을 안정적으로 저감할 수 있을 뿐만 아니라 자속에 영향을 미치지 않도록 함으로써, 회전자(100)의 회전에 영향을 미치지 않도록 하여 안정적으로 회전할 수 있게 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기의 회전자의 내부에 진동저감부재를 설치하여 토크리플로 인해 진동모드가 발생할 때, 전동기의 회전을 방해하지 않으면서 안정적으로 진동을 저감할 수 있는 전동기 회전자 진동 저감 구조에 관한 것이다.

100 : 회전자 200 : 진동저감부재

Claims (4)

1. 고정자와 회전자를 포함하여 이루어지는 전동기의 회전자 진동 저감 구조에 있어서,
   어느 주파수에서 어느 지점에 가장 변위가 크게 나타나는지를 분석하는 모드 해석을 통하여 확인한 상기 회전자의 진동 변위가 가장 큰 곳에 압전체로 이루어지는 진동저감부재를 설치하여 상기 회전자에 발생하는 진동을 저감하고,
   상기 진동저감부재의 고유 진동 주파수는 회전자의 진동시의 주파수와 일치하도록 하며,
   상기 진동저감부재는 회전자에 형성되는 자속의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 전동기 회전자 진동 저감 구조.
   
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