磁気吸引力とは何か？モーターの不均衡な磁力• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。 磁気吸引力とは何か？モーターの不均衡な磁力• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。

磁力とは何か？モーターの不均衡な磁力

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電気モーターの磁気吸引力を理解する

定義: 磁力とは何ですか?

磁力 （不平衡磁気吸引力、またはUMPとも呼ばれる）は、電気モーターや発電機において、ローターとステーター間のエアギャップが均一でない場合に発生する正味のラジアル方向の電磁力です。ローターがステーターボア内で中心からずれている（偏心している）場合、エアギャップは片側では小さくなり、反対側では大きくなります。磁力はギャップ距離の2乗に反比例するため、ギャップが小さい側では磁気吸引力が非常に強くなり、ローターをその側に引き寄せる正味の力が生じます。.

磁力により 振動 電源周波数の2倍（60Hzモーターの場合は120Hz、50Hzモーターの場合は100Hz）の偏向は、ローターを大きく撓ませ、ベアリングの摩耗を加速させ、深刻な場合にはローターとステーターの壊滅的な接触につながる可能性があります。これは、機械的な偏心と電磁力の結合を表しており、正のフィードバックを生み出し、進行性故障につながる可能性があります。.

物理的メカニズム

均一なエアギャップ（通常状態）

  • ローターはステーターボアの中心に位置している
  • 全周にわたって等しい空気隙間（通常0.3～1.5 mm）
  • あらゆる方向の磁力がバランスして打ち消される
  • 正味ラジアル力 ≈ ゼロ
  • 最小限の電磁振動

偏心エアギャップ（UMP条件）

ローターが中心からずれている場合:

  1. ギャップの非対称性: 片側の隙間は小さく（例：0.5 mm）、反対側の隙間は大きく（例：1.0 mm）
  2. 逆二乗の法則: 磁力は1/gap²なので、小さなギャップ側の力ははるかに強くなります。
  3. ネットフォース: 不均衡な力は打ち消されず、隙間の小さい側への正味の引力が生じる
  4. 大きさ: 中程度のモーターでも数百から数千ポンドになることがある
  5. 方向： 常に隙間が最も小さい側へ

なぜ 2 倍のライン周波数なのでしょうか?

磁気引力は電気周波数の2倍で脈動します。

  • 三相交流は回転磁界を生成する
  • 磁場の強さは2倍のライン周波数で脈動します（3相システムに固有）
  • 偏心ローターでは、この脈動により2×fの振動が生じる。
  • 60 Hzモーター → 120 Hz振動
  • 50 Hzモーター → 100 Hz振動

磁気の不均衡の原因

ベアリングの摩耗

  • UMPを発症する最も一般的な原因
  • ベアリングクリアランスによりローターが中心からずれて動く
  • 重力によりローターが下方に引っ張られ、下部の空気隙間が減少する
  • UMPはローターをさらに中心から外す
  • 正のフィードバック：UMPはベアリングの摩耗を加速する

製造公差

  • ローター偏心度: ローターが完全に円形ではない、またはシャフトの中心に配置されていない
  • ステータボア偏心度: ステータボアが取り付け面と同心ではない
  • アセンブリ エラー: エンドベルが揃っていない、組み立て中にローターがコックされている
  • 許容差の積み重ね: 小さな誤差の蓄積により測定可能な偏心が生じる

運用上の原因

  • 熱成長: エアギャップの均一性に影響を与える差動膨張
  • 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
  • シャフトのたわみ: 負荷または結合力によるシャフトの曲げ
  • 基盤の問題: モーターの位置ずれや劣化

影響と結果

直接的な影響

  • ローターのラジアル力: 片側への継続的な引っ張り
  • ベアリング過負荷: 1つのベアリングが磁力による余分な負荷を支えます
  • 2×fでの振動: 電磁振動部品の上昇
  • シャフトのたわみ: 磁力によりシャフトが曲がり、偏心が悪化する

進行性破壊メカニズム

UMP は自己強化的な失敗サイクルを生み出す可能性があります。

  1. 初期偏心（ベアリングの摩耗または製造による）
  2. 磁気引力は隙間の小さい側に向かって発達する
  3. 力によりローターがさらに偏向し、隙間がさらに減少する
  4. より小さな隙間からより強い磁力
  5. 負荷側のベアリング摩耗の加速
  6. 偏心と磁力の増加
  7. 最終的にはローターとステーターが接触し、壊滅的な故障につながる

二次被害

  • 非対称荷重による加速ベアリング破損
  • ローターとステーターの摩擦により両方のコンポーネントが損傷する可能性がある
  • シャフトの曲がりまたは永久的な曲がり
  • ローター衝突によるステーター巻線の損傷
  • 最適でないエアギャップによる効率低下

検出と診断

振動シグネチャー

  • 主な指標: 2倍のライン周波数（120 Hzまたは100 Hz）
  • 典型的なパターン: 2×f振幅 > 30-50%の1×走行速度振動
  • 確認： 2×fでの振動は機械的不均衡に比例しない
  • 負荷の独立性: 2×f振幅は負荷に対して比較的一定（機械的なソースとは異なります）

他の2×fソースとの差別化

ソース 特徴
ずれ 2倍の運転速度（2倍のライン周波数ではない）; 高い軸方向振動
磁力 2倍のライン周波数（120/100 Hz）; 電磁起源
ステーターの故障 2倍のライン周波数; 電流不均衡あり
フレーム共鳴 2×ライン周波数; フレーム振動 >> ベアリング振動

追加の診断検査

エアギャップ測定

  • 円周上の複数の場所でエアギャップを測定（モーターの分解が必要）
  • 平均ギャップの偏心 > 10% は問題を示します
  • ギャップの最小値と最大値を文書化する

現在の分析

  • バランスの取れた相電流を測定する
  • UMPには不均衡が伴う可能性がある
  • スペクトルは2倍のライン周波数成分を示している

無負荷テスト

  • モーターを無負荷で切り離して運転する
  • 2×f振動が依然として高い場合は、電磁気的原因（UMPまたはステータの故障）を示します。
  • 2×fが大幅に低下した場合は、機械的なずれの原因を示しています

磁力の定量化

近似式

UMP 力は次のように推定できます。

  • F ∝ (偏心量 / ギャップ) × モーター出力
  • 力は偏心率に応じて直線的に増加する
  • 隙間が狭くなると力は劇的に増加する
  • モーターが大きいほど、比例して大きな力が発生します

典型的な大きさ

  • 10 HPモーター、10%偏心： 約50～100ポンドの力
  • 100 HPモーター、20%偏心： 約500～1000ポンドの力
  • 1000 HPモーター、30%偏心： 約5000～10,000ポンドの力
  • インパクト： これらの力はベアリングに大きな負荷をかけ、シャフトを変形させる可能性がある。

修正方法

ベアリングによる偏心について

  • 摩耗したベアリングを交換してローターの適切なセンタリングを回復します
  • 偏心が繰り返し発生する場合は、より厳しい公差のベアリングを使用してください。
  • UMPを含むモータ負荷に適したベアリングの選択を確認する
  • シャフトとエンドベルのベアリングのフィットを確認します

製造偏心について

  • 軽症の場合（< 10%): 振動が許容できる場合は受け入れて監視する
  • 中程度（10-25%）： ステータのボーリングまたはローターの機械加工を検討する
  • 重度（> 25%）: モーターの交換または大幅な手直しが必要
  • 保証： 製造上の偏心は、新しいモーターの保証請求の対象となる可能性があります

組み立て/設置に関する問題

  • エンドベルの位置合わせとボルトのトルクを確認する
  • 正しい 柔らかい足 条件
  • 取り付け時の応力によってフレームが歪まないようにする
  • パイプの張力やカップリングの力がモーターを所定の位置から引き離す原因となっていないか確認してください。

予防戦略

設計と選択

  • 重要な用途向けに、エアギャップ公差が狭いモーターを指定します
  • 評判の良いメーカーの高品質なモーターを選ぶ
  • エアギャップが大きいほどUMPの大きさは減少する（ただし効率は低下する）
  • 過酷な用途向けの磁気軸受設計を検討する

インストール

  • 設置時の慎重な調整
  • 最終ボルト締め前にソフトフットが除去されていることを確認する
  • ローターの軸方向の位置とフロートを確認する
  • エンドベルが適切に位置合わせされ、トルクがかかっていることを確認する

メンテナンス

  • 過度の摩耗が発生する前にベアリングを交換してください
  • 2倍のライン周波数の振動傾向を監視
  • 周期的 バランス およびアライメント検証
  • モーターを清潔に保ち、冷却の詰まりによる熱変形を防止します。

特別な考慮事項

大型モーター

  • UMP の力は非常に大きい (数トンの力)
  • ベアリングの選択はUMP負荷を考慮する必要がある
  • シャフトのたわみ計算にはUMPを含める必要がある
  • エアギャップ監視は大型の重要なモーターに組み込むことができます

高速モーター

  • 遠心力はUMPと結合する
  • UMPが大きすぎると不安定になる可能性がある
  • 狭いエアギャップ許容差が重要

垂直モーター

  • 水平モーターのように重力によってローターが中心に定まることはありません
  • UMPはローターをどの側にも引っ張ることができる
  • スラストベアリングはローター重量とUMP軸コンポーネントの重量に対して十分でなければならない。

他の運動機能障害との関係

UMPとローター偏心

  • 偏心 UMPを引き起こす
  • UMPは偏心を悪化させる可能性がある（正のフィードバック）
  • どちらも振動を生成しますが、周波数が異なります（1×fと2×f）。

UMPおよびステータの故障

  • どちらも2倍のライン周波数の振動を発生する
  • ステーターの故障 現在の不均衡も示す
  • 電流不均衡のない偏心によるUMP
  • 共存可能：ステータ故障と偏心

UMPとベアリング寿命

  • UMPはベアリングのラジアル荷重を増加させる
  • ベアリング寿命が短くなる（寿命∝1/荷重³）
  • 非対称ベアリング摩耗を生じさせる
  • 一つのベアリングが早期に故障する一方で、他のベアリングは正常である可能性がある

磁気引力は、電気モーターにおける機械的現象と電磁気的現象の重要な連成関係を表しています。UMPが線間周波数の2倍の振動源であること、UMPがエアギャップの偏心とどのように関係しているか、そしてUMPがベアリングの過負荷によって進行性故障を引き起こす可能性を理解することで、このモーター特有の状態を適切に診断し、修正することが可能になります。.

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