ACモーターの運転中に異常振動が発生する原因は何でしょうか？適切な調査と解決方法は何でしょうか？

運転中の交流モーターの異常振動は、不快な騒音を発生するだけでなく、軸受の摩耗を加速させ、巻線絶縁を損傷し、さらには設備の停止につながる可能性があります。その原因は、機械構造、電磁気特性、設置・保守など、多角的に分析する必要があり、具体的なシナリオと組み合わせた的確な点検と解決策を実施する必要があります。

1. 機械構造の不均衡：最も根本的かつ高頻度の原因

ローターダイナミックバランスの失敗

ローターは高速回転するモーターの心臓部です。製造時に金属材料の偏りが生じたり、長期運転でファンブレードが変形したり、カウンターウェイトブロックが脱落したり、メンテナンス時にローターコアが摩耗したり、巻線の締め付けが緩んだりすると、ローターの重心が回転軸からずれ、周期的な遠心力が発生し、振動が発生します。

検査方法電源を切った後、ローターを手動で回転させ、引っ掛かりや重量の偏りがないか確認してください。負荷がかかった状態で回転速度が上昇するとモーターの振動が激しくなる場合（例えば、回転速度が1500r/minを超えると振動が著しく増加する場合）、動バランスに問題がある可能性が高いです。

解決方法ローターを取り外し、専門機関に送って動バランス試験を実施してください。カウンターウェイトブロックを追加するか、過重部分を研磨してアンバランスを修正してください。ローターの巻き線が緩んでいる場合は、不織布テープで巻き直し、絶縁塗料を塗布して硬化させてください。

ベアリングの摩耗または潤滑不良

ベアリングは、ローターとステーターを接続する重要な部品です。ベアリングのボール/レースウェイが摩耗したり、ケージが破損したり、グリースが乾燥したり、不純物が混入したりすると、ローターはラジアル方向またはアキシャル方向に動いて「ガタガタ」とした振動を引き起こし、ベアリングの発熱（70℃を超える）を伴うことがよくあります。

検査方法聴診器を使ってベアリングエンドカバーをよく聞いてください。通常運転時に聞こえる均一な「ハム音」ではなく、不規則な「カサカサ音」や「衝撃音」が聞こえる場合は、ベアリングの故障と判断できます。同時に、ベアリングエンドカバーにグリース漏れの痕跡がないか確認してください。

解決方法：モーターを停止した後、ベアリングエンドカバーを取り外し、同じ型番の高精度ベアリング（例：深溝玉軸受6205シリーズ）に交換します。適切な高温グリース（例：リチウム系グリース）を、ベアリング内部空間の1/2～2/3の充填量で充填し、過充填や充填不足を防ぎます。

2. 異常な電磁特性：モーターの電気的パラメータに直接関連する

固定子巻線のターン間短絡または三相電流の不均衡

絶縁劣化、湿気、異物の影響などによりステータ巻線がターン間短絡すると、三相磁界分布が不均一になり、「片磁力」が発生し、ロータが片側に偏向して振動を引き起こします。さらに、三相電源電圧の不平衡（5%を超える差）や巻線接続の誤り（例えば、スター結線をデルタ結線と誤接続するなど）も三相電流の不平衡を招き、磁界乱れを悪化させる可能性があります。

検査方法：マルチメーターを用いて三相固定子巻線の直流抵抗を測定します。ある相の抵抗値が他の二相の抵抗値より10%以上低い場合は、巻線間短絡の可能性があります。クランプ電流計を用いて運転中の三相電流を測定します。差が10%を超える場合は、電源電圧または配線を確認してください。

解決方法短絡箇所が明らかな場合（例：巻線が黒ずんでいる、または焦げている）、巻線コイルを部分的に交換し、塗料を再度含浸させて乾燥させます。三相電流の不均衡が電源に起因する場合は、電力部門と調整して電圧を調整するか、モーター入力端に三相電圧バランサーを設置します。

不均一なエアギャップ：ステータとローター間のギャップの偏差

フレームの変形やエンドカバーの取り付けずれなどにより、モータステータの内円とロータの外円との間の空隙（通常0.2～1.5mm）が不均一になると、局所的な磁束密度が高くなりすぎて、周期的な電磁振動が発生します。振動周波数は電源周波数と相関関係があります（例えば、50Hz電源の場合、振動周波数は約100Hzです）。

検査方法モーターを停止した後、隙間ゲージを用いてローター円周上の4点を均等に分割し、エアギャップを測定します。最大エアギャップと最小エアギャップの差が0.2mmを超える場合、エアギャップが不均一です。同時に、フレームの変形やエンドカバーボルトの緩みがないか確認してください。

解決方法：エンドカバーボルトを緩め、銅ハンマーでエンドカバーを軽く叩いて位置を調整し、エアギャップが均一になるようにします。フレームが変形している場合は、プレスで修正するか、フレームを交換して、ステーターとローターの同軸度を確保してください。

3. 設置と負荷マッチングの問題：外部要因の間接的な影響

モータと負荷機器の同軸度偏差

モータをポンプやファンなどの負荷にカップリングやプーリーを介して接続する場合、両者の軸心が同心でない場合（ラジアル方向の偏差が0.1mmを超える場合、または角度偏差が0.5°を超える場合）、運転中にラジアル方向の引張力が増加し、モータの振動が発生します。負荷が増加すると、振動は増大します。

検査方法：モーターカップリングにダイヤルゲージを取り付け、カップリングを1回転させてください。ダイヤルゲージの指針の振れ幅が0.1mmを超える場合、同軸度が基準を満たしていません。ベルト伝動の場合、軸ずれによってベルトの明らかな偏芯や滑りが発生することもあります。

解決方法負荷装置の設置位置を調整し、ガスケットの追加または除去により、モータと負荷の同軸度を修正してください。ベルト伝動の場合、2つのプーリーの溝が揃っていること、およびベルトの張力が適切であることを確認してください（ベルトを押した際のたわみは10～15mmである必要があります）。

不安定な基礎の設置または共鳴

モータが緩いコンクリート基礎に設置されている場合、または基礎の剛性が不十分な場合（例えば、薄い鋼板ブラケットなど）は、振動振幅が増幅されます。また、モータの運転周波数が基礎および負荷の固有振動数（共振周波数）に近い場合、「共振現象」が発生し、振動が急激に増加します。

検査方法モーター運転中に基礎が明らかに揺れているかどうかを観察するか、振動検出器を使用して振動周波数を測定します。振動周波数がモーターの定格回転数に対応する周波数（例：1500 r/minは25 Hz）に近い場合は、共振が発生している可能性があります。

解決方法基礎を補強します（例：コンクリートの厚さを増やす、緩衝パッドを設置する）。共振が顕著な場合は、モーターの速度を調整する（例：周波数変換器を交換して周波数を変更する）か、基礎に制振ブロックを設置して共振周波数域を回避します。

まとめると、交流モーターの異常振動の検査は、「まず機械的、次に電磁気的、まず外部、次に内部」の原則に従う必要があります。感覚的判断（聴覚、視覚、触覚）と機器検査を組み合わせることで、原因を正確に特定できます。異常が解消した後、負荷運転を再開する前に、30分間の無負荷試験運転を実施し、振動値が国家基準（例えば、GB 10068-2020に規定されている振動速度制限）を下回っていることを確認し、その後、負荷運転を再開して故障の再発を防ぐ必要があります。

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