大型の縦型モーターはなぜ騒音や振動が発生しやすいのでしょうか?

横型モータと比較して、縦型モータ、特に大型仕様のものは軸受方式に特徴があります。

モーターの一端にアンギュラ玉軸受を使用しています。

アンギュラ玉軸受はその特殊な構造のため、軸受の組み付け方向を逆にすると軸受が直接破損する恐れがありますので、絶対に避けてください。

軸受の取り付けが適切でなかったり、モータ運転時に軸方向の調整にズレが生じたりすると、電動モータに異常振動や異音が発生する場合があります。

Characteristics of angular contact ball bearings

単列アンギュラ玉軸受は複合荷重向けに設計されており、一方向のより大きな推力に耐えることができます。

ほとんどの垂直モーターは、深溝玉軸受の軸方向負荷容量を超えるほど大きな軸力に対処するために、シャフトの非延長端に一連の単列アンギュラ玉軸受を使用しています。

寸法に関しては、対応するモーターの単列深溝ベアリングと交換できるため、構造コンポーネントの再設計の必要性や潜在的な予期せぬ問題が回避されます。

アンギュラ玉軸受は、減速機、ポンプ、ウォーム ギア ドライブ、垂直シャフト、工作機械スピンドルなど、高い軸力がかかる用途でもよく使用されます。このような場合、さまざまなペアの組み合わせでインストールされることがよくあります。

アンギュラ玉軸受の荷重モード

アンギュラ玉軸受は垂直モーターに使用され、ローターの重量のバランスをとる軸方向の力を加え、ローターとステーターの間の軸方向の位置のバランスを確保します。アンギュラ玉軸受がモーターローターの下にある場合は支持モードになります。それらがモーターローターの上にある場合、それは吊り下げモードです。

吊り上げ設置か吊り下げ設置かに関係なく、モーターの動作中は、軸方向寸法自体の一致関係とは別に、モーターに通電した後の電磁力の作用により、ステーターとローターの磁気中心線は自発的に整列します。回転子の軸方向のずれを引き起こす可能性があります。

コンポーネントの加工や組み立ての偏差における避けられない累積誤差により、実際に発生する変位により、ベアリング自体にさまざまな程度の位置ずれが生じます。軸受の芯ずれが激しい場合、自発調心電磁力とロータの重力が相互に振動を強め合う力となり、軸受の騒音や振動が悪化します。

 対応策

アンギュラ玉軸受の併用、軸受軸方向の固定化と制御、モータの３軸受構造の採用など、モータの軸受構造の選定に一層の努力をするとともに、適切なプレモータの使用等の具体策を講じる。 -モーターのステーターとローターの変位。

中でも、モータのステータとロータの予変位の大きさはバランスが取れていないと逆効果になります。

垂直モーターの保管、輸送、およびテストのプロセス中は、ベアリングの損傷を引き起こす可能性のある有害な外力を避けるために、モーターを正しい垂直位置に保つ必要があることに注意することが特に重要です。

縦型モーターの振動問題

モーターシリンダーサポートと全高が一般に 2 メートルに近く、場合によっては 3 メートルを超える大型垂直ポンプは、通常、毎分約 1500 回転の速度で動作します。モーターの上部軸受は、一般的に滑り軸受と転がり軸受の 2 種類に分けられます。

滑り軸受の調整によって生じる振動の問題については、ここでは説明しません。上部軸受として転がり軸受を備えたモータの振動のみを紹介します。

構造は下図のとおり、モーター、モーターシリンダーサポート、ポンプ本体、吸・吐出パイプで構成されています。

 振動特性

振動はモーターの上部で最も大きく、下に行くにつれて徐々に減少します。強い方向性（南北または東西）を持っています。

ポンプ ローターを接続せずにモーターをテストした場合、振動周波数は絶対値であり、回転周波数に対応します。

ポンプローターをモーターに接続した後、主周波数は 2X になる場合があります。一方で、新設時や試運転時、モータの交換や修理後、あるいは運転中に振動が増大する場合には、基準を超える振動が発生する場合があります。ただし、ポンプローターを取り外した後でも、振動は比較的高いままです。

振動の原因

モーター自体、サポートシリンダー、ポンプ本体、入口/出口パイプはすべて、モーター振動の潜在的な原因となる可能性があります。以下では、これらの原因を 1 つずつ説明します。

1. モーターの自己発行

一般的には、バランス精度の不足、ベアリングの取り付けの問題、モーターの取り付けの問題、構造的な共振の問題などが考えられます。

電気的な問題に関しては、アイドル状態では電流が不十分なため通常は明らかではなく、基本的には除外できます。

 (1) バランス精度不足

この問題は実際にはあまり一般的ではありません。

これが言及される理由は、バレルサポートとモーターの全体的な剛性が比較的弱い場合、わずかな不均衡によって簡単に大きなモーター振動が発生する可能性があるためです。多くの場合、不均衡を軽減することで振動要件を満たすことができます。

この種のモーターのバランス規格は一般的にG2.5で、振動は約15μm(p-p)程度となります。

この基準を満たしている限り、バランスの問題は排除できます。メーカーが提供するバランスレポートを参照するか、テストプラットフォームで予行演習を行うことができます。 30μm以上の振動であればリバランスが可能であり、効果は大きいはずです。このような問題は通常、新しく設置された機器で発生します。

 (2) ベアリングの取り付けの問題

大型の垂直モーターは通常、上部ベアリングで負荷を支え、下部ベアリングがサポートとガイドを提供します。

ローターは吊り下げ状態にあるため、このタイプのモーターでは上部ベアリングが最初に損傷することがよくあります。

However, if the lower bearing bears the load due to installation issues, it will cause the "head shaking" phenomenon at the top of the motor, which is commonly observed in the field.

If the load on the lower bearing is significant, it is relatively easy to eliminate because the "head shaking" phenomenon is more severe during a dry run on the test platform.

ただし、荷重が大きくない場合、試験台での試運転では分かりませんが、筐体に組み込んだ後（全体の剛性が弱い場合）は振動が増幅されます。したがって、最良の方法は、両方のベアリングの負荷を確認することです。

この種の問題は通常、モーターのメンテナンスまたは交換後に発生します。

(3) モーターの取り付けの問題

この種の故障は通常、モーターの取り付けの垂直性が不十分であるか、サポートバレルとの接続ボルトの締め付け力が不十分であることが原因で発生します。水準器で測定でき、接続ボルトの増し締めも可能です。このタイプの故障は、ポンプ ローター接続後の振動の問題で特に顕著です。

(4) 構造共振

一部のモーター構造の周波数は定格速度周波数より低く、特に可変周波数モーターの場合はさらに低くなります。

モーター工場の確認後、これが意図された設計です。試験によると、共振周波数の影響範囲は±160回転にも及び、場合によっては実際に定格回転数に影響を与える場合もありました。

可変周波数モーターで、構造周波数が定格速度より低い場合は、速度テストを実施して共振があるかどうかを判断できます。

AC モーターの場合、または構造周波数が定格速度周波数より高い場合は、初期始動テスト解析を実行して振幅と位相を観察し、共振の影響を受けるかどうかを判断する必要があります。

この種の問題は通常、初期設置および試運転中に存在し、通常の現場での解決策は天びんの精度を向上させることです。

 サポートシリンダーの問題

このタイプの問題は現場で非常に一般的であり、多くの場合、モーターを接続した後の全体的な剛性の低下として現れます。

識別方法は比較的単純かつ直接的で、テストプラットフォーム上でモーターと支持シリンダーを備えたモーターを別々にテストします。

シリンダーサポートに垂直方向の補強を加えて剛性を高めようとする人が多いですが、その効果はそれほど大きくありません。モーターの上部にサポートを追加するなどの一時的な方法しか使用していませんが、これは非常に大きな効果があり、数年間問題なく連続運転しています。もう一つの方法は、モーターを高品質のものに交換することですが、これは予期せぬ効果をもたらす可能性があります（私は一度現場で見たことがあります）。

問題を完全に解決するには、再設計が必要になる場合があります。

ポンプ本体のトラブル

基本的なクラスの問題は、接地が緩んでいることを除けば、現場では他の問題は発生していません。ここでは要因として言及しただけですので、皆様からアドバイスや追加情報をいただければ幸いです。

入口と出口のパイプラインの問題

入口と出口のパイプライン自体の剛性やパイプラインのレイアウトは、流体の問題を引き起こす可能性があるだけでなく、ポンプ全体の剛性にも直接影響します。

私自身、現場でポンプの出口配管に伸縮継手を取り付けるなどの理由でポンプ全体が激しく振動する事態を経験しました。

振動は出入り口方向で、モーターのアイドリング時でも基準を大きく上回った。伸縮継手を外すと振動は元に戻りました。

 講じた措置

上記の理由に基づいて、バランス精度の向上、全体の垂直性の確保、ベアリングクリアランスの調整、一時的なサポートの追加、バレルサポートの再設計など、目的に応じた処理を実行できます。

現場では一時的なサポートが一般的に使用されるため、サポートを追加する場合は、モーターの上端で行うことが好ましく、振動が著しく減少するか、場合によっては大幅に減少することを強調する必要があります。

それ以外の場合は、無理にトップすることはお勧めできません。もちろん、これはポンプ本体の隣にサポートアタッチメントがある場合にのみ実装できます。

電動モーターの詳細については、お問い合わせください。 東春モーター 素早い返信のために。