電気モーターのエアギャップを理解する
定義: エアギャップとは何ですか?
エアギャップ 電気モーターや発電機における、回転子の外面と固定子の内面との間の半径方向の隙間。この狭い空間（通常0.3～2.0mmまたは0.012～0.080インチ）は空気で満たされており、静止した固定子巻線と回転子の間で電磁力が伝達される磁路となる。エアギャップは、電磁性能、効率、力率、始動トルク、および耐磁性能に直接影響を与えるため、モーター設計において最も重要な寸法の一つである。 磁力 そして 振動.
一見取るに足らない小さな問題に思えるかもしれませんが、エアギャップの均一性と大きさはモーターの動作に大きな影響を与えます。不均一なエアギャップは磁力の不均衡を引き起こし、振動やベアリングの摩耗を加速させます。一方、エアギャップが大きすぎると効率が低下し、磁化電流の必要量が増加します。.
標準的なエアギャップ寸法
モーターサイズ別
- 小型モーター（10 HP未満): 0.3～0.6 mm（0.012～0.024インチ）
- 中型モーター（10～200 HP）： 0.5～1.2 mm（0.020～0.047インチ）
- 大型モーター（200～1000 HP）： 1.0～2.0 mm（0.040～0.080インチ）
- 超大型モーター（> 1000 HP）: 1.5～3.0 mm（0.060～0.120インチ）
- 全体的な傾向: モーターが大きいほど絶対的な隙間は大きくなりますが、直径に対する割合として見ると隙間は小さくなります。
モーターの種類別
- 誘導モーター: より大きな隙間（通常0.5～2.0 mm）
- 同期モーター: 誘導モーターに似ている
- DCモーター: アーマチュア内の非常に小さな隙間（0.3～1.0 mm）
- 高効率設計： より良いパフォーマンスを得るためには、ギャップを小さくする傾向がある
エアギャップの重要性
電磁性能
- 磁気回路の抵抗: エアギャップは磁気経路の中で最も高い磁気抵抗要素である
- 磁化電流: ギャップが小さいほど磁化電流が少なくて済みます（力率が向上します）。
- 効率： ギャップが小さいほど一般的に効率が高くなります（磁化損失が少ない）。
- トルク生成: 隙間が小さいほど磁気結合が強くなる
機械的な考慮事項
- クリアランス： シャフトのたわみ、ベアリングの許容誤差、熱膨張を考慮する必要がある
- 安全マージン: 振動や異常な状況下でのローターとステーターの接触を防止
- 製造許容範囲: 製造公差内で達成可能でなければならない
エアギャップ偏心
意味
エアギャップ偏心とは、円周上のギャップの不均一性です。
- 均一ギャップ: すべての角度位置で同じ寸法
- 偏心ギャップ: 円周に応じて異なります（片側は小さく、反対側は大きい）
- 定量化: 偏心率 = (gmax – gmin) / 偏角率（パーセントで表す）
- 許容できる： 通常 良好な動作のための偏心度 < 10%
偏心の原因
- ベアリングの摩耗: ローターが中心からずれて動くことを可能にする
- 製造許容範囲: ステータボアまたはローターが完全に同心ではない
- アセンブリ エラー: エンドベルの位置がずれ、ローターがコックされている
- 熱変形: 不均一な加熱が丸みに影響を与える
- フレーム歪み: ソフトフットまたは取り付けストレスによるフレームの反り
偏心の影響
- 不均衡な磁気引力: 隙間の小さい側への正味のラジアル力
- 2×fでの振動: 脈動する電磁力
- ポールパス周波数 サイドバンド: 振動スペクトルにおける診断シグネチャー
- ベアリング過負荷: 非対称荷重による摩耗の加速
- 効率損失: 最適でない磁気回路
エアギャップの測定
直接測定（モーター分解）
- 隙間ゲージ: ローターとステーターの間に複数の箇所にゲージを挿入する
- 手続き 円周に沿って8～12箇所測定します
- 計算: 平均、最小、最大、および偏心率
- いつ： モーターのオーバーホールまたはベアリングの交換中
間接評価（動作モーター）
- 2×fでの振動: 振幅の上昇は不均一なギャップを示す
- PPF サイドバンド: 存在と振幅は偏心と相関する
- 現在の分析: 電流スペクトルで見える磁場効果
- ノイズ： 電磁ハムの強度
エアギャップの問題と解決策
小さすぎる（< 最小仕様)
結果：
- 振動やたわみによるローターとステーターの接触の危険性
- 偏心している場合、非常に強い磁力
- 始動時または過渡時の損傷
原因と解決策:
- 製造エラー→ローターまたはボアステーターの再加工
- 間違ったローターが取り付けられている→正しいローターに交換してください
- ベアリングの摩耗によりローターがずれる → ベアリングを交換し、隙間が回復したことを確認する
大きすぎる（最大仕様を超える）
結果：
- 効率の低下（磁化電流の増加）
- 力率が低い
- 始動トルクの低減
- より高い無負荷電流
通常はそれほど重大ではない: 動作はできるがパフォーマンスは低下している
非均一（偏心）
最も一般的で問題となるもの:
- 不均衡な磁力を生み出す
- 2×f振動を引き起こす
- 正のフィードバックによりベアリングの摩耗を加速
- 解決策: 摩耗したベアリングを交換し、フレームの歪みを修正し、ローターの同心度を確認します
モーター診断におけるエアギャップ
診断指標
| 症状 | エアギャップの問題の可能性 |
|---|---|
| 2倍の高周波数振動 | 偏心ギャップ、磁力 |
| 極通過周波数サイドバンド | 不均一なギャップ |
| 高い無負荷電流 | 過度のギャップ |
| 始動トルクが低い | 過度のギャップ |
| 証拠をこする | 隙間のクリアランスが不十分 |
| 非対称ベアリング摩耗 | UMPを生成する偏心ギャップ |
トレンドとモニタリング
- モーターの寿命中、2倍のライン周波数の振動を監視
- 2×fの増加は偏心が生じていることを示します（通常はベアリングの摩耗による）。
- オーバーホール中のエアギャップ測定を記録する
- 仕様と以前の測定値と比較する
- ベアリング交換の決定のための入力として使用します
設計と製造
ギャップ選択のトレードオフ
- ギャップが小さい: 効率、力率、トルクは向上するが、偏心している場合は磁気吸引力が大きくなり、機械クリアランスが減少する
- より大きなギャップ: 機械的なクリアランスが大きく、磁力は低くなりますが、効率は低下し、磁化電流は高くなります。
- 最適化： 機械要件と製造能力に一致する最小のギャップ
許容差仕様
- 図面に指定された公称ギャップ
- 公差は公称値の±10-20%です
- 偏心限度が指定されている（多くの場合 < 10%)
- 製造中の品質管理検証
エアギャップは、電気モーターの設計と動作において基本的なパラメータです。電磁性能への影響を理解し、振動解析を通じてエアギャップの問題の兆候を認識し、適切なベアリングメンテナンスを通じて均一なギャップを維持することは、信頼性と効率性に優れたモーターの動作と、ローターとステーターの接触不良による壊滅的な事故の防止に不可欠です。.
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