에어컨 FAN 구동용 BLDC Axial-gap type 전동기의 진동과 소음 특성 분석

Abstract

본 연구에서는 벽걸이형 에어컨에 쓰이고 있는 BLDC Axial-gap type 전동기의 진동과 소음 발생 특성에 대해서 분석한다. BLDC Axial-gap type전동기에서 발생하는 진동과 소음은 주로 전동기의 구조적인 공진, 전동기 내부의 공기와 회전자와 고정자 사이에서 발생하는 전자기력에 의해서 발생된다. 전동기의 진동 특성을 이해하기 위해 실험적 모드 해석 방법을 수행하여 전동기의 고유 주파수와 모드형상을 분석하였다. 또한, 무향실에서 전동기의 소음을 측정하여 주파수에 따른 음압레벨을 분석하고 전동기의 공진주파수와 주파수대역에 따른 음압레벨을 분석한 결과, 전동기의 진동과 소음은 전동기의 구조적인 공진주파수대역에서 발생하였다. 또한, 이러한 전동기에서 발생하는 진동과 소음 특성을 분석하기 위하여 유한요소해석이 수행되었다. 전동기 내부의 공기의 영향을 분석하기 위해 해석 모델의 내부에 음향요소를 적용하였고 해석 모델의 모드 형상과 실제 전동기의 고유 주파수와 모드 형상을 비교 분석하였다. 해석 모델의 모드 형상을 통하여 회전자의 영향으로 진동과 소음 발생 원리를 파악하였고, 해석 모델의 외부에 음향요소를 적용하여 음압을 분석한 결과, 해석 모델의 공진주파수에서 음압이 높아졌고 해석 모델을 실제 전동기와 비교하여 검증하였다. 결국, 전동기는 공진주파수대역에서 하우징(Housing)의 진동으로부터 소음이 발생되고 하우징의 진동은 전자기력에 의해 움직이는 회전자에 의해서 발생함을 파악하였다.; The BLDC Axial-gap type motor consists of a rotor (magnets) and a stator (coils). The magnetic force between the rotor and the stator is affected by the geometries and number of magnets and coils. The vibration and noise of the BLDC Axial-gap motor are usually generated due to structural resonance of the motor, air inside the motor and the electromagnetic force between the rotor and the stator. Therefore, an analysis for the vibration and noise of the motor is required. In this paper, the vibration and the noise generation characteristics of the BLDC Axial-gap type motor are analyzed. Experimental modal analysis was performed to understand the vibration characteristics of the motor. The natural frequencies and mode shapes of the motor were analyzed. The generated noise was measured in an anechoic room. Sound pressure level (SPL) is measured and its dependence on the rotating speeds was analyzed. The vibration and noise of the motor were related to its structural resonance. Finite element analysis was performed to investigate the vibration characteristics of the motor. For acoustic structure interaction analysis, acoustic elements were used inside and outside the motor. For modal verification, the predicted modal characteristics were compared to the measured values. The vibration of the rotor had strong coherence with the external mode shapes measured for motor housing. The rotor is driven by the magnetic force, so the vibration of motor is generated and increase due to the resonance of the motor. From the vibration of the motor housing the noise is generated especially at its resonance frequencies.