[논문]3차원 레이저 진동측정기를 이용한 고속회전 모터의 진동특성 분석

김재열; 김창현; 송경석; 양동조; 곽이구; 이창선

3차원 레이저 진동측정기를 이용한 고속회전 모터의 진동특성 분석
Vibrating Characteristics Analyze of High Revolrution Motor by 3-D Laser Vibration Analyzer 원문보기

김재열 (조선대 공과대학) , 김창현 (조선대 대학원 정밀기계공학과) , 송경석 (조선대 대학원 광응용공학과) , 양동조 (조선대 대학원 정밀기계공학과) , 곽이구 (조선대 대학원 정밀기계공학과) , 이창선 (조선대 대학원 정밀기계공학과)

Noise cause is dividing to fluid noise by exhaust flow of fm and vibration noise by rotational vibration of motor. Until now, measuring method has been used to measure vibration by the accelerometer, this method has been not measured for the vibration in some parts of brush and commutator because of motor construction. This research was purposed on the accurate analysis, using laser vibration analyzer, of noise cause against the difficult part in old times. By using this measured data, we would like to use for the design of silent motor.

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문제 정의

본 연구에서는 진동소음을 저감시키기 위하여 예전에는 가속도계로써 측정한 모터 본체의 진동측정을 3차원 레이저 진동측정기로 측정하였다.

제안 방법

고속회전 모터의 주된 소음 원인 난류 유동에 의한 유체진 동과 회전의 의해서 발생하는 진동소음에 대하여 각각의 영향을 분리하여 분석하고자 1000Hz이하의 저주파 영역과 1000Hz 이상의 고주파 영역으로 나누어 결과를 비교하여 보았다. 저주파 영역에서의 진동측정은 Table.
모터의 진동 측 정 부위는 4번으로 나누어서 Fig.3과 같이 임펠러 하우징(A, E), 베이링(D), 바디(BCF), 정류자(G, H, I), 브러쉬(J, K)등을 측정하였다.
진동을 측정하기 위하여 Fig.2에서 보는 바와 같이 모터를 설치하고 10분 이상 모터를 회전시켜 모터를 안정화시켰으 며, 모터의 앞쪽으로부터 Im 떨어진 위치에서 진동을 측정하였다.
진동측정 장비로는 3차원 레이저 진동측정기(PSV300)와 Reference 진동측정용 접촉식 가속도계를 사용하였다.
측정한 모터의 회전수는 35, OOOrpm의 고속회전 모터이고 모터의 작동은 220V, 60Hz의 교류 전원으로 작동시켰으며, 외부로부터의 진동유입을 방지하기 위하여 방진테이블과 우레탄 패드를 사용하였다.

성능/효과

1.고 속 회전모터의 진동 특성은 일반 송풍기의 진동특성과 같이 광대역 주파수의 유체 소음과 이 산 주파수 소음인 BPF 소음이 상당히 크다는 것을 검증할 수 있었다.
2. 3차원 레이저 진동측정기를 이용하여 예전 실험에서는 측정하기 힘든 회전하는 정류자와 브러쉬의 진동 특성을 측정한 결과 회전에 의한 진동소음은 주로 저주파대역에서 발생하고 본 실험에서는 구동 전류인 60kHz의 배수로서 나타남을 확인할 수 있었다.
3. 이상의 결론으로 고속회전 모터의 소음 저감을 위해서는 가장 먼저 임펠러와 디퓨저 사이의 유체의 유동해석을 통하여 BPF소음을 감소시키기 방법이 효율적임을 알 수 있었고, 유동해석을 통한 모터의 최적 설계의 검증법으로써 3차원 레이저 진동측정기의 유효성을 검증할 수 있었다.
이상의 진동측 정 실험 결과 고속회전 모터의 소음은 기계적인 진동소음(500Hz이하)보다 유체 소음이 훨씬 크다는 것을 알 수 있으며, 이유체 소음 중 임펠러로부터 분출되는 유동이 디퓨저 날개와의 간섭으로 발생되는 BPF 소음과 임펠러로부터 분출되는 유동이 디퓨저 날개와 부딪히고 날개를 통과하면서 4kHz 이상의 주파수 대역에서 발생하는 난류소음이 상당히 크다는 것을 확인할 수 있었다.
저주파 영역에서의 진동 결과를 보면 120, 240, 360, 480 Hz의 공진주파수가 측정되었는데 이는 모터 구동 전원이 220V, 60Hz 교류 전원이므로 구동 전원에 따른 공진주파수임을 알 수 있다.

후속연구

가속도계를 이용한 진동측정은 모터 본체의 표면 진동 측정에만 국한되므로 표면에서의 진동이 유체의 유동에 의한 진동과 명확하게 구분하기가 쉽지 않았다. 그러나 본 연구에서 사용한 3차원 레이저 진동 측정기는 회전하고 있는 정류자나 모터축의 진동 측정이 가능하므로 좀 더 정확한 진동소음의 분석이 가능하다.

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