実用情報 | 電動機の振動の原因と修理方法！

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本文はモーターの振動の原因と修理方法について述べたもので、非常に実用的な経験則のまとめです。ご自身の業務や学習にお役立ていただければ幸いです。通常、8極以上の高極数モーターは、モーター製造上の品質問題によって振動が発生することはありません。振動は2～6極モーター、GB10068-2000でよく見られます。「回転電動機の振動限度値及び試験方法」では、剛性基台上における異なる中心高さを持つ電動機の振動限度値、測定方法、および剛性基台の判定基準が定められており、この基準に基づいて電動機が規格を満たしているかどうかを判断することができる。 一、電動機の振動がもたらす害害
電動機が振動を起こすと、巻線の絶縁やベアリングの寿命が短くなり、スライドベアリングの適切な潤滑が妨げられます。また、振動によって絶縁部分の隙間が広がり、外部のほこりや水分が内部に侵入してしまいます。これにより絶縁抵抗が低下し、漏れ電流が増加し、最悪の場合は絶縁破壊といった事故が発生します。また、電動機が振動を発生させると、冷却器の水道管が破損したり、溶接部がはずれたりしやすくなります。同時に、負荷を受ける機械にも損傷が生じ、ワークの精度が低下します。さらに、振動の影響を受けるすべての機械部品が疲労し、足付けネジが緩んだり折れたりすることもあります。電動機の振動は、カーボンブラシやスリップリングの異常な摩耗を引き起こし、さらには深刻なブラッシング放電によって集電リングの絶縁が破壊されることもあります。その結果、電動機から大きな騒音が発生します。このような状況は、一般的に直流電動機でも時折見られます。 二、振動に関する原因は主に3つの状況がある：電磁的な原因；機械的な要因；機電混合の要因。　1 電磁的な要因 1）電源の問題：三相電圧の不均衡、三相モーターの欠相運転。2）ステータ側：ステータ鉄心が楕円形になったり、偏心したり、緩んだりする。ステータ巻線には断線、接地破壊、巻線間短絡、接続ミスが発生し、ステータの三相電流が不均衡になる。典型的な事例：ボイラー室の密封ファン用モーターの点検前に、ステーター鉄心に赤い粉が付着しているのが見つかり、ステーター鉄心が緩んでいるのではないかと疑われました。しかし、これは標準的な大規模修理の対象外であったため、何も処置は行われませんでした。大規模修理後の試運転時にモーターから甲高い音が発生し、ステーターを交換することで故障は解消されました。3）ローターの故障：ローターの鉄心が楕円形になったり、偏心したり、緩んだりする。ローターのケージバーとエンドリングの溶接がはがれる、ローターのケージバーが破断する、巻線の誤り、ブラシの接触不良など。典型的な事例：レール枕製造工程において、無歯のソーを駆動するモーターの運転中に、モーターのステーター電流が上下に振動していることが判明し、モーターの振動も次第に大きくなった。この現象から、モーターのローターのケージバーに溶接不良や破断が生じている可能性があると判断された。モーターを分解して調べたところ、ケージバーに7か所の破断があり、特に深刻な場合には2本のケージバーが両側およびエンドリング部分で完全に破断していた。これを適時に発見しなければ、ステーターが焼損するという重大な事故が起こる可能性があった。　2機械的な原因 1）モーター自体の問題として、ローターの不均衡、回転軸の曲がり、スライドリングの変形、固定子とローターの間のギャップの不均一、固定子とローターの磁気中心のずれ、ベアリングの故障、基礎の不適切な取り付け、機械構造の強度不足、共振、ネジの緩み、モーターファンの損傷などがある。典型的な事例：工場の凝縮水ポンプのモーターを交換し、上側のベアリングを取り付けた後、モーターの振動が大きくなり、回転子と固定子に軽微なスキャニング現象が見られました。詳しく調べたところ、モーターの回転子の持ち上がり高さが適切でなく、回転子と固定子の磁気中心が合っていないことが判明しました。推力ヘッドのネジのナットを再調整した結果、モーターの振動トラブルは解消されました。跨線吊り環用モーターの点検後、振動が常に大きく、さらに増加する傾向にあった。モーターを吊り下げた際も振動は依然として大きく、軸方向のずれも著しかった。分解検査の結果、ローターの鉄心が緩んでおり、ローターのバランスにも問題があることが判明した。予備のローターに交換することで故障は解消され、元のローターは工場に戻して修理が行われた。2）カップリングとの連携に関しては、カップリングの損傷、カップリングの接続不良、カップリングのセンタリング不良、負荷機械の不均衡、システムの共振などがある。連動部の軸系がずれており、中心線が一致せず、正しくセンタリングされていない。この種の故障が発生する主な原因は、取り付け時の位置合わせ不良や不適切な取り付けによるものです。もう一つの状況として、連動部品の中心線が冷却状態では一致しているものの、運転を続けるうちにローターの支持点や基礎などの変形によって中心線が乱れ、それが原因で振動が発生する場合があります。典型的な事例：a、循環水ポンプのモーターで、運転中に振動が常に大きかった。モーターの点検では何の問題も見つからず、無負荷時も全く異常はなかった。水ポンプ担当チームはモーターの動作に問題はないと判断したが、最終的にモーターの位置合わせが大幅にずれていることが判明した。水ポンプ担当チームが再び位置合わせを行った結果、モーターの振動は解消された。b、ボイラー室の排気ファンでベルトプーリーを交換した後、モーターの試運転時に振動が発生し、同時にモーターの三相電流が増加した。すべての回路や電気部品を点検したが問題はなく、最終的にベルトプーリーが不良であることが判明した。交換するとモーターの振動は解消され、同時にモーターの三相電流も正常に戻った。　3　機電混合の原因　1）モーターの振動は、多くの場合気隙の不均一さが原因で、片側に磁気力が生じる。そしてその片側の磁気力によって気隙がさらに広がり、このような機電混合の作用がモーターの振動として現れる。2）モーターの軸方向へのずれは、ローター自体の重量や取り付けの水平度、また磁気中心のずれによって生じる電磁的な吸引力が原因で、モーターが軸方向にずれて振動が大きくなります。深刻な場合には軸受が摩耗し、軸受の温度が急速に上昇します。モーターに接続されている歯車やカップリングに不具合があります。この種の故障は、主に歯車の噛み合い不良、歯の摩耗が激しいこと、歯車の潤滑が不十分であること、カップリングの歪みやずれ、歯車式カップリングの歯形や歯間隔の不備、隙間が過大であるか摩耗が激しいことなどが原因で、振動が生じます。モーター自体の構造的な欠陥と取り付け上の問題。このような故障は、主に軸受の楕円形状、回転軸の曲がり、軸と軸受ブッシュ間の隙間が過大または過小であること、軸受台、基礎板、地盤の一部やモーター全体の取り付け基礎の剛性が不足していること、モーターと基礎板の固定が緩んでいること、足元のボルトが緩んでいること、軸受台と基礎板の間が緩んでいることなどとして現れます。また、軸と軸受の間隙が過大または過小になると、振動を引き起こすだけでなく、軸受の潤滑や温度にも異常が生じます。3）電動機駆動負荷による振動伝達の典型的な事例：タービン発電機のタービン振動、電動機駆動のファンや水ポンプの振動が、電動機の振動を引き起こす。三、振動の原因を探す方法 1、電動機を停止させる前に、振動計を使って各部の振動状況を確認する。振動が大きい部分については、垂直・水平・軸方向の3つの方向で振動値を詳しく測定する。もし足金ネジやベアリングのエンドキャップのネジが緩んでいる場合は、直接締め直せばよく、締め直した後に再び振動の大きさを測定し、振動がなくなったり軽減されたりしているかを確認する。次に、電源の三相電圧がバランスしているかを確認し、三相のヒューズに溶断がないかをチェックする必要があります。モーターを単相で動作させると振動が発生するだけでなく、モーターの温度も急速に上昇します。また、電流計の針が往復して動いていないかも観察しましょう。ローターに断線がある場合、電流に変動が現れます。最後に、モーターの三相電流がバランスしているかを確認し、問題が見つかった場合はすぐに運転員に連絡してモーターの運転を停止させ、モーターが損傷するのを防ぎます。2、表面の現象を処理してもモーターの振動が解消されない場合は、引き続き電源を切り、カップリングを外してモーターと接続されている負荷機械を分離し、単独でモーターを回転させます。モーター自体に振動がなければ、振動の原因はカップリングの位置合わせ不良または負荷機械にあるということです。モーターに振動がある場合は、モーター自体に問題があると考えられます。また、電気的な原因か機械的な原因かを判別するために、停電させる方法も用いられます。停電した瞬間にモーターの振動がすぐに止まるか軽減されれば、それは電気的な原因であり、そうでなければ機械的な故障です。四、故障原因に基づく点検修理
1. 電気的な原因による点検修理では、まずステータの三相直流抵抗が均一かどうかを測定する。もし均一でなければ、ステータの接続部に溶接不良があることを意味し、巻線を分相して原因を探す。また、巻線に巻き間短絡がないかも確認する。故障が明らかな場合は、絶縁面から焼け跡が見られるか、または計測器を使ってステータ巻線を測定し、巻き間短絡があることを確認した後、モーターの巻線を再び配線する。 典型的な事例：水ポンプ用モーター。運転中にモーターは振動が激しく、軸受の温度も高くなっていた。小規模な修理時のテストで、モーターの直流抵抗が基準を満たしていないことが判明し、またモーターの固定子巻線に溶接不良が見つかった。除外法を用いて故障原因を突き止めて除去すると、モーターは正常に動作するようになった。　2　機械的な原因による点検では、気隙が均一かどうかを確認します。測定値が基準を超えている場合は、気隙を再調整します。ベアリングを点検し、ベアリングの隙間を測定する。基準に達していない場合は新しいベアリングに交換する。鉄心の変形や緩みも確認し、緩んだ鉄心はエポキシ樹脂で接着して固める。回転軸も点検し、曲がっている場合は補修溶接して再加工するか、直接まっすぐにする。その後、ローターのバランス試験を行う。　3 負荷機械部品の点検：モーター自体に問題がなければ、故障の原因は接続部にあると考えられます。この場合、モーターの基礎の水平面や傾き、強度、中心の位置合わせが正しいかどうか、カップリングに損傷がないか、モーターシャフトのたわみが規定値内かどうかなどを確認する必要があります。五、モーターの振動対処手順 1、モーターと負荷を切り離し、モーターだけで試運転し、振動値を測定する。2、モーターの足部の振動値を確認する。国標GB10068-2006によれば、足部部分の振動値はベアリングの対応する位置の25％を超えてはならない。この数値を超えた場合、モーターの基礎が剛性基礎でないことを意味する。3、4つの脚のうち1つ、または対角線上の2つだけが振動基準を超えている場合は、脚ブラケットを緩めると振動が基準値に戻ります。これはその脚の下の敷き材がしっかりしていないためで、脚ブラケットを締め付けると機台が変形して振動が発生するのです。脚の下の敷き材をしっかり敷き、再び真っ直ぐに調整したうえで脚ブラケットを締め付けてください。4、ベース上の4本の足金具をすべてしっかり締め付けても、モーターの振動値が依然として基準を超える場合は、軸伸に取り付けられたカップリングが軸肩に対して平行になっているかを確認します。平行でない場合、軸伸上の余分なキーが生み出す励振力によって、モーターの水平方向の振動が基準を超えることになります。この場合、振動値の上昇はそれほど大きくなく、通常はホストと接続することで振動値が低下するため、ユーザーにその使用を説得すべきである。二極モーターは出荷時の試験において、GB10068--2006に基づき軸伸きキー溝内にセミキーが取り付けられている。余分なキーは、追加の加振力を生じさせない。処理する場合は、余分なキーをその長さ分だけ切り取ればよいです。5、モーターの無負荷時の振動が基準値を超えないのに、負荷をかけたときに振動が基準値を超える場合、その原因は2つあります。1つは位置合わせのずれが大きいことです。もう一つは、ホストの回転部品（ローター）の残留不均衡量とモーターローターの残留不均衡量の位相が重なり、接続後に軸系全体で同じ位置における残留不均衡量が大きくなり、それによって生じる励振力が大きくなって振動が引き起こされることです。このとき、カップリングを外し、2つのカップリングのいずれかを180℃回転させてから再び接続して試運転すると、振動が低下します。6、振動速度（烈度）は基準を超えていないが、振動加速度が基準を超えている場合は、ベアリングの交換のみが可能である。7、二極大出力モーターのローターは剛性が低いため、長期間使用しないと変形し、再起動時に振動することがあります。これはモーターの保管が不適切だったためです。通常、二極モーターは保管中に…15日ごとにモーターの手動回転を行い、1回あたり少なくとも8回以上回転させる必要があります。8、スライドベアリングのモーター振動は軸受の組み付け品質に関連しており、軸受に高い部分がないか、軸受への給油量が十分か、軸受の締め付け力、軸受間隙、磁気中心線が適切かを確認する必要がある。9、一般的に、モーターの振動の原因は、水平方向、垂直方向、軸方向の振動値の大きさから簡単に判断できる。水平方向の振動が大きい場合はローターの不均衡が原因、垂直方向の振動が大きい場合は取り付け基盤が平らでないか品質が悪いため、軸方向の振動が大きい場合はベアリングの組み立て品質が悪いためである。これは単なる簡易的な判断に過ぎず、現場の状況を踏まえ、上記の要因を総合的に考慮して、振動の真の原因を探り出す必要がある。10、Yシリーズの箱型電動機の振動においては、軸方向の振動に特に注意が必要である。軸方向の振動が半径方向の振動を上回ると、電動機のベアリングに大きな損傷を与え、軸が抱え込まれる事故を引き起こす可能性がある。ベアリングの温度に注意して観察し、位置決め用ベアリングの方が位置決め用でないベアリングよりも早く温度が上昇する場合は、直ちに停止させるべきです。これはベースの軸方向剛性が不足していることによる軸方向振動であり、ベースを補強する必要がある。11、ローターを動的バランス調整した後、その残留する不平衡量はローターに固定されて変わらず、モーター自体の振動も場所や運転条件の変化によって変わることはないため、ユーザーの現場では振動問題を適切に解決できる。通常、モーターの点検時には、動的バランスの調整を再度行う必要はありません。ただし、柔軟な基礎やローターの変形といった極めて特殊な状況の場合には、現場で動的バランスの調整を行うか、工場に戻して処理する必要があります。