モーターの振動測定

モーターは回転運動によって動力を供給するため、その構造上、ある程度の振動は常に発生しています。しかし、通常とは異なる大きさや性質の振動は、モーター内部や関連設備に何らかの異常が発生していることを示すサインです。

ここでは、モーターの振動測定に焦点を当て、その原因から測定の基本的な知識、トラブルの解決方法などを解説します。

モーターの振動が発生する主な原因

モーターの異常な振動は、単一ではなく複数の要因が複雑に絡み合って発生することがあります。原因を特定するためには、その要因を体系的に理解しておくことが重要です。主な原因は、「機械的要因」「電気的要因」「構造的要因」「環境要因」の4つに大別されます。

モーターを構成する回転部品や、固定部品に起因するものです。代表的な例として、回転体の重心が軸の中心からずれるローターのアンバランスが挙げられます。また、モーターの回転を支える軸受（ベアリング）の嵌め合い不良や内部の摩耗、電蝕による損傷も、滑らかな回転を阻害し、振動を引き起こします。

モーターは電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機器であるため、電気的な問題も振動の原因となり得ます。例えば、モーターに供給される電源が不安定で電圧や周波数が変動すると、モーターの回転トルクが不均一になり、滑らかな回転が維持できず振動が発生します。

モーター単体の問題ではなく、モーターが設置されている土台やフレームなど、周辺の構造物との関係性に起因するものです。例えば、モーターを設置している土台の剛性不足や、取り付けの不備といった、モーター周辺の構造物が振動を増幅させるケースがあります。

モーターが使用される環境も、振動の発生に影響を与えます。メーカーが指定する温度や湿度の範囲を逸脱した環境での使用は、部品の膨張や収縮、内部結露による錆などを引き起こし、正常な動作を妨げるのです。

振動を正しく評価し、原因を分析するためには、振動の基本的な性質や測定方法を理解しておく必要があります。

モーターから発生する振動は、複数の単純な波が合成された複雑な波形をしていますが、その基本となる要素は「振幅」「周波数」「位相」の3つです。

振幅は振動の大きさを示し、揺れの幅がどれくらいかを表します。周波数は1秒間に何回振動するかを示す指標で、振動の速さを表します。位相は、ある点の振動が他の点の振動に対してどのタイミングで動いているかを示す、位置関係のずれを表します。

異常な振動を分析する際には、単に振幅だけでなく、どの周波数成分が大きくなっているかを確認することが、原因を特定する上で重要な手がかりとなります。

振動の状態を定量的に評価するために、主に3つのパラメータが用いられます。それぞれ捉える現象の特性が異なるため、目的に応じて使い分けることが重要です。

モーターの振動を測定する際には、特定の1方向だけでなく、複数の方向からデータを取得することが一般的です。通常、モーターの負荷側と反負荷側のベアリング付近で、軸方向、垂直方向、水平方向の3方向を測定します。

モーターの振動トラブルは、その原因に応じて適切な対策が必要です。現場で発生しやすい代表的なトラブルとその解決方法について解説します。

モーターの据え付け状態が不完全な場合、振動が発生しやすくなります。対策としては、モーターを設置している取り付け台の剛性が十分かを確認し、必要であれば補強を行います。また、取り付けボルトに緩みがないかを定期的に確認し、規定のトルクで締め付けることが重要です。

モーターの出力軸に取り付けられるプーリーやカップリングなどのはめあい部分に隙間（ガタ）があると、回転時に振動を発生させます。この場合、まずは摩耗状態を確認し、部品が摩耗している場合は新しいものに交換する必要があります。

モーターに接続されているファンやポンプなどの負荷側で不釣り合いが生じている場合も、振動の原因となります。ファンにゴミが付着していたり、羽根が欠けていたりするとバランスが崩れるため、清掃や部品交換が必要です。

モーターの回転を支えるベアリングは消耗部品であり、劣化が進むと振動や異音の主な原因となります。ベアリングの状態を評価するためには、まず異音の有無を確認し、振動測定や温度測定を行います。特に加速度を用いた振動測定は、ベアリング内部の微小な傷を初期段階で検知するのに有効です。

モーターの振動は、設備の健康状態を示すバロメーターです。異常な振動を放置すると、生産性の低下や重大な事故につながる可能性があります。振動の種類や発生原因を正しく理解し、適切なパラメータと方法で測定・分析を行うことで、不具合の早期発見と計画的なメンテナンスが可能になります。

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