モータの電磁振動・騒音の基礎と発生要因および静音化技術のポイント

はじめに

モーターは現代の製造業において不可欠なコンポーネントであり、電磁振動や騒音はモーターの性能や耐久性、作業環境に多大な影響を与えます。
したがって、これらの現象について理解し、適切に対処することは、モーターの性能を最大化するために重要です。
この記事では、モーターの電磁振動と騒音の基本的な概念、その発生要因、および静音化技術について詳しく解説します。

電磁振動と騒音の基礎

電磁振動とは何か

電磁振動は、モーター内部で発生する電磁力が原因で構造物や機械部品に伝わり、振動を引き起こす現象です。
モーターのコイルに電流が流れると、磁場が発生し、固定子や回転子の間に電磁力が働きます。
これにより発生する振動は、モーターの動作に必要な力を生成する一方で、不必要な構造振動として外部に影響を及ぼすことがあります。

モーター騒音の種類

モーターの騒音は主に３つのカテゴリーに分類されます。

1. 機械的騒音：軸受けやギアなどの機械的振動から起因する騒音です。
2. 電磁騒音：主に電磁振動によって生じる騒音です。
3. 空力騒音：回転するファンや羽根車などによる空気の乱流から発生する騒音です。

これらの騒音が混ざり合って、製品全体の騒音レベルに影響します。

電磁振動と騒音の発生要因

設計と材料の影響

モーターの設計と材料は、電磁振動と騒音の両方に大きな影響を与えます。
例えば、コイルの巻き方や、鉄心の材質と形状、全体の組み立て精度が振動の強度に影響することがあります。
巻き数の不均等や材料の剛性不足は、共振現象を引き起こし、振動や騒音を増幅する要因となります。

電源の影響

電源の品質、特に電圧や電流の波形は、モーターの電磁振動に大きく影響します。
非正弦波入力や、変動の大きい電源によって誘発される高調波成分が、モーター駆動系に不自然な電磁力を発生させます。
これが振動やノイズの原因となることがあります。

負荷状態の影響

モーターが駆動する負荷の状態も振動や騒音に影響を与えます。
不安定な負荷や過負荷の状態では、モーターが最適な運転条件から外れ、予期しない振動が発生することがあります。

静音化技術のポイント

設計改善

モーターの静音化には、設計段階での改善が不可欠です。
例えば、固定子と回転子の間隙を最適化することや、コイルの巻き方を改良することで、振動を大幅に軽減できることがあります。
また、部品のずり合わせや密着度を高めることも振動の抑制に役立ちます。

振動抑制材の使用

モーターの構造の一部や取り付け部材に振動抑制材を使用することで、振動を効果的に緩和することができます。
例えば、ダンピングマテリアルを用いることで、振動の伝播を防ぎ、騒音も抑制されます。

電源改善

電源の質を改善することで、モーターの振動を抑えることが可能です。
インバータ制御を用いることで、PWMによる高調波ノイズを低減し、よりスムーズな電流供給が可能になります。
これにより、電磁振動の原因となる不規則な電磁力を抑制することができます。

制御システムの工夫

制御システムの改良も静音化には不可欠です。
ブロードバンドノイズ抑制技術を活用したフィードバック制御を実施すれば、共振を避け、電磁振動自体を積極的に制御することができます。

まとめ

モーターの電磁振動や騒音は、製造業において重要な課題です。
設計や材料、電源品質、負荷状態など様々な要因がそれに影響を与えるため、包括的なアプローチが必要です。
静音化のためには、設計改善、振動抑制材の使用、電源の改善、制御システムの工夫など、各ポイントを的確に改善することが求められます。
これらを適用することで、より高性能で耐久性のあるモーターを実現し、静かな作業環境を保つことができます。
製造業の現場での知見を活かし続け、業界全体の技術進歩に貢献してまいりましょう。