요약
전동기 고장의 주요 원인 중 하나인 베어링 고장을 효과적으로 진단하는 방법을 소개합니다. 기존 방법들은 추가 하드웨어가 필요하고 신호 처리 알고리즘이 복잡하여 비용이 높고 오진의 우려가 있었습니다. 본 기술은 전동기 입력 전류의 저주파 종합 실효값 변화를 활용하여 이러한 문제를 해결합니다. 추가 하드웨어 없이 전류 센서만으로도 베어링 상태를 정확하게 진단할 수 있어 비용 효율적입니다. 실험 결과, 고장 샘플에서 저주파 종합 실효값이 정상 베어링 보다 4배 이상 높게 나타났습니다. 이 기술은 제조업, 에너지 산업 등 다양한 산업 분야에서 적용될 수 있으며, 유지보수 비용 절감과 장비 수명 연장에 기여할 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 전동기 베어링 고장 및 상태 진단 방법 및 장치
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발명자: 허진 교수
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출원번호: 10-2018-0070584
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등록번호: 10-2034856
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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전동기 고장의 주요 원인 중 하나는 베어링의 고장으로, 이는 전체 고장의 상당 부분을 차지함. 특히 전동기 베어링의 고장은 전기적 침식(Electric Erosion)으로 인해 발생할 수 있음.
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전기적 침식은 베어링 표면에 흠집을 발생시키며, 이는 소음과 진동을 유발함. 기존에는 소음이나 진동 센서를 이용하여 고장을 탐지하였지만, 추가 하드웨어가 필요해 제품 단가와 유지 비용을 증가시킴.
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또한, 고장 탐지를 위한 신호 처리 알고리즘이 복잡하며 다른 부품의 고장을 베어링 고장으로 오진단할 수도 있는 문제점이 있음.
기술의 필요성
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정확하고 신뢰성 높은 베어링 고장 진단이 필요함. 기존 방법의 한계로 인해 보다 저비용으로 설치 및 유지보수가 가능한 대안이 필요함.
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전동기 베어링 고장을 정확하게 진단하면, 신뢰성을 향상시키고 불필요한 부품 교체를 최소화할 수 있음.
구현방법
기술의 원리
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전동기 베어링 고장 및 상태 진단 방법은 전동기 입력 전류의 저주파 종합 실효값의 변화를 이용함.
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검출된 전류 신호를 주파수 변환하여 전류 스펙트럼을 도출한 후, 이 스펙트럼으로부터 저주파 종합 실효값을 계산함.
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저주파 종합 실효값을 정상적인 베어링의 값과 비교하여 베어링의 고장 및 상태를 진단함.
구체적인 구현 방법
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전동기의 적어도 한 상의 전류 신호를 검출하고 주파수 변환을 통해 전류 스펙트럼을 도출함.
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도출된 전류 스펙트럼에서 기본파 주파수 미만의 저주파 종합 실효값을 연산함.
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이 값을 정상적인 베어링의 저주파 종합 실효값과 비교하여 진단 결과를 제공함.
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저주파 종합 실효값이 정상적인 값의 4배 이상인 경우, 베어링에 고장 또는 이상이 있음을 진단함.
기술의 장점
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추가적인 하드웨어 없이 전류 센서만으로 베어링의 상태를 진단할 수 있음.
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베어링의 특징적인 저주파 신호를 이용함으로써 진단의 정확성을 높일 수 있음.
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비용 효율적이고 유지보수가 용이함.
실험 및 결과
실험의 목적
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전동기 베어링 고장 및 상태 진단 방법의 성능을 검증하기 위해 다양한 베어링 상태에서의 실효값 변화를 비교함.
실험 방법 및 과정
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새 베어링과 고장 샘플들을 비교하는 실험을 수행함.
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각 베어링 샘플을 동일 조건에서 회전시키고 전류 신호를 측정함.
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저주파 종합 실효값을 계산하여 정상 베어링과 고장 베어링 사이의 차이를 분석함.
실험 결과
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고장 샘플에서 저주파 종합 실효값이 정상 베어링보다 현저히 높게 나타남.
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대부분의 고장 샘플에서 저주파 종합 실효값이 정상 베어링의 값보다 4배 이상 상승함을 확인함.
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정상 베어링의 경우 저주파 종합 실효값이 일정하게 유지됨을 검증함.
발명의 활용 방안
활용 방안
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이 기술은 다양한 산업 분야에서 사용 중인 전동기와 베어링의 상태 진단에 활용될 수 있음.
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특히 제조업, 에너지 산업, 운송업 등에서 고비용의 장비 유지보수를 효율적으로 관리할 수 있는 솔루션으로 활용 가능함.
기대효과
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베어링의 고장 진단을 통해 전동기의 신뢰성을 향상시킬 수 있음.
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유지보수 비용을 절감하고, 예기치 않은 생산 중단을 예방할 수 있음.
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장기적으로 장비의 수명을 연장하며, 산업 전반의 효율성을 높일 수 있음.
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