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DCモーターの回転速度が不安定になる原因は、電源、機械、電磁気、制御といった複数の要素が絡み合った複雑な要因です。具体的な原因と、その解決策は以下の通りです。
I. 異常な電源と電源システム：エネルギー入力の「電源障害」
DCモータの回転速度は、電機子電圧と直接関係しています（式n=(U-IaRa)/(CeΦ)、ここでnは回転速度、Uは電機子電圧、Iaは電機子電流、Raは電機子抵抗、Ceは起電力定数、Φは励磁磁束）。電源システムの電圧変動や電流異常は、回転速度の不安定化の主な誘因となります。
よくある問題としては、電力網の負荷変動により入力電圧が±10%以上変動する、電源コードの線径が細すぎるため大電流時に過大な線路損失が発生し「電圧降下」が発生する、電源フィルタコンデンサが老朽化して故障し、交流リップルを除去できなくなり、アーマチュアに脈動電圧が発生する、などが挙げられます。例えば、小型DCモーターに低品質のスイッチング電源を使用した場合、リップル係数が5%を超えると、回転速度に明らかなジッターが発生します。
解決策：安定したアーマチュア電圧を確保するために、電圧調整精度が±0.5％以内のリニア電源または高周波スイッチング電源を優先的に選択します。モーターの定格電流に応じて十分な線径の銅芯線を選択し、線間電圧降下を0.5V以内に制御します。定期的に電源フィルタコンデンサの静電容量値を検出し、老朽化や故障した部品を交換し、必要に応じて二次フィルタ回路を追加して電源の純度を向上させます。
II. 機械構造の欠陥：動力伝達における「物理的障害」
機械部品の摩耗、噛み込み、または組立ずれは、モーターの負荷を不均一にし、回転速度の変動を引き起こします。主な問題としては、オイル不足やベアリングの摩耗により摩擦トルクが変動し、深刻な場合には「ボアスイープ」現象（アーマチュアとステータ間の摩擦）が発生する、カップリングやプーリーなどの伝動部品が偏心して取り付けられているため周期的なラジアル力が発生する、負荷端が噛み込む（バルブの噛み込み、ギアの噛み合い不良など）ことで負荷トルクが急激に変化する、などが挙げられます。
コンベアベルト駆動モーターを例に挙げると、プーリーの平行度偏差が0.1mm/mを超えると、ベルト張力が周期的に変化し、モーターの回転速度もそれに応じて変動します。解決策：定期的なメンテナンスメカニズムを確立し、2000時間の運転ごとにベアリングに給油し、摩耗が基準を超えたら適時に交換します。ダイヤルインジケータを使用して伝動部品の同軸度と平行度を校正し、誤差を0.05mm以内に制御します。負荷端にトルクセンサーを設置して、負荷の変化をリアルタイムで監視し、過負荷運転を回避します。
III. モータ本体と電磁システムの欠陥：コアドライブの「性能低下」
モーターの内部電磁回路や構造部品の故障は、回転速度の安定性に直接的なダメージを与えます。主な症状としては、電機子巻線絶縁の老朽化により巻線間短絡が発生し、電機子抵抗 Ra が減少して電流 Ia が増加し、回転速度が異常に上昇します。励磁巻線の断線や接触不良により励磁磁束 Φ が減少し、回転速度が急激に上昇します (「暴走」の危険があります)。整流子表面の摩耗やカーボンブラシの接触不良により、電機子電流が断続的に発生し、回転速度が脈動します。
このような問題に対処するには、専門的なテスト方法を使用して障害箇所を特定する必要があります。メガオーム計を使用して電機子巻線の絶縁抵抗を検出し、0.5MΩを下回っている場合は絶縁処理のために塗料を再度含浸させます。マルチメーターを使用して励磁巻線のオン/オフを測定し、接触が悪い場合は端子台を研磨して固定します。定期的に整流子の表面を細かいサンドペーパーで研磨し、カーボンブラシの圧力を調整し（通常0.15〜0.25MPa）、接触面積が90％を超えることを確認します。
IV. 制御回路とフィードバックシステムの故障：回転速度制御の「閉ループ破壊」
現代のDCモーターは、主にPID閉ループ制御を採用しています。回転速度フィードバック信号の異常や制御パラメータの不一致は、制御の失敗につながります。よくある問題としては、回転速度センサー（エンコーダやタコジェネレータなど）の取り付け不良によるフィードバック信号のパルス損失、制御PIDパラメータの不適切な設定、比例ゲインの過大による発振の危険性、積分時間の長すぎる応答遅延、制御回路内のリレーやサイリスタなどの部品の損傷によるアーマチュア電圧制御の失敗などが挙げられます。
解決策：回転速度センサーを緩み止め構造で固定し、信号伝送ラインのシールドが良好であることを確認して電磁干渉を回避します。「減衰曲線法」を使用して PID パラメータを再調整し、システムの応答速度を安定させます。制御回路のオン/オフ検出を定期的に実行し、故障したコンポーネントを交換し、必要に応じて冗長制御モジュールを追加して信頼性を向上させます。
まとめると、DCモーターの回転速度不安定の問題を解決するには、「原因調査と階層的処理」の原則に従い、電源、機械、電磁気、制御の4つの側面から総合的に検出し、モーターの動作状況に基づいてターゲットを絞ったソリューションを策定し、定期的なメンテナンスメカニズムを確立して、回転速度の安定性を根本的に確保し、設備の動作品質を向上させる必要があります。
