PMモータの騒音振動対策と電磁加振力制御による静音化技術を学ぶ制御ノウハウ

はじめに：製造業現場で直面するPMモータの課題

製造現場の自動化や省人化が進む中、中核部品として欠かせないのがPMモータです。
永久磁石型同期モータであるPMモータは、高効率・高トルクが実現できる反面、動作中の騒音・振動、さらにはそれらの“発生源”となる電磁加振力への対応が古くから課題でした。
特に、生産ラインの自動化機器やロボット、搬送装置など数多くの現場装置にPMモータが使用される今日、「機械の静音化」は単なる快適性やブランディングにとどまらず、労働者の作業環境改善や設備の長寿命化とも密接に結びついています。

今回は、現場ならではの目線で、騒音・振動発生の本質、アナログ的対策から最新の電磁加振力制御による静音化技術、実践的な制御ノウハウまでを体系的に解説していきます。

PMモータの騒音・振動の発生メカニズム

騒音・振動が生じる主な要因とは

PMモータはその構造上、以下のような要素が騒音や振動を生じさせます。

・電磁力による加振
・軸受や回転体の機械的不具合
・冷却ファンや取付部の共振
アナログな現場では、これらすべてをまとめて「うるさい機械」とひとくくりにされるケースも少なくありません。

しかし、近年では騒音・振動問題への原因特定と対策が、品質や省エネ・保守負担低減の重要施策として注目されています。

電磁加振力とは何か

PMモータにおける騒音・振動の根本にあるのが「電磁加振力」です。
これは、回転子（ローター）が永久磁石、固定子（ステータ）がコイルで構成されている特徴ゆえに、通電時、磁界の相互作用で「周期的に変動する力」が生じる現象を指します。

この力がモータのフレームや取付部、最悪の場合は機械全体へと伝播し、構造物の共振を引き起こし、耳障りな騒音や有害な振動として観測されます。
特にPMモータは高いトルク密度を持ち、これがかえって電磁加振力の大きさや変動の激しさにつながりやすいことも、設計・現場の難しさになっています。

現場で根強いアナログ的対策の現在地

防音カバーや防振ゴムの「原始的対応」

現場では、「とりあえずうるさいなら防音カバーをつける」「振動が伝わるなら防振ゴムを敷く」といったアナログな対応が今も根強く残っています。

確かに即効性・コストパフォーマンスの観点でこれらは有効です。
しかし、根本的な発生源対策になっていないため、
・カバー劣化による再発
・新規設備導入時に設置場所の制約
・防音材による熱こもりや保守性の悪化
など、現場運用で“副作用”が無視できなくなっています。

部品調達や設計段階の仕様指定の難しさ

バイヤーや設計者の立場では、「静音仕様」として一品ごとに特別なモータや伝達機構を選定しがちです。
しかし、調達コストや納期、供給安定性の観点からは、特注対応には限界があります。

サプライヤー目線でも、単なる型式指定ではなく「なぜ静音なのか」「どの程度のdB（デシベル）レベルでなければ困るのか」といった本質的なニーズヒアリングが重要となる時代です。

最新動向：電磁加振力制御による静音化のテクノロジー

静音化へのアプローチ転換の必然性

“発生源対策”への移行は、昭和型の力技から、デジタル&サイエンスの融合が求められる代表的なテーマです。

PMモータの場合、
・モータの構造設計自体（スロット/ロータ形状最適化、ギャップ配置の工夫）
・運転条件に合わせたインバータ制御波形の最適化
・リアルタイムの加振力フィードバック制御
といった多軸的な静音化テクノロジーが登場しています。

電磁加振力の解析～事前シミュレーション活用

現場のDX化が進む中、CAD/CAEなどの3D設計環境や、電磁界シミュレーション技術の進歩は目覚ましいものがあります。

設計段階から騒音・振動発生ポイントをデジタル上で解析し、弱点となる周波数帯・荷重ポイントを把握できます。
さらに、そのデータを基に、「敢えて加振力を打ち消し合う形の制御波形を生成する」といった高度制御も実用化されています。

インバータ制御法による加振力抑制

インバータ駆動によりPMモータの電圧・電流波形を緻密に制御することで、騒音・振動の発生要因そのものを大幅に低減できます。

例えば、
・キャリア周波数を高め、可聴域ノイズのピークを打ち消す
・第3高調波、第5高調波成分を意図的に操作し、加振力ベクトルを相殺する
・スマート計測器によるリアルタイムなノイズフィードバック補正
など、現場が「ただ使う」から、「緻密に制御する」技術者集団へと進化しています。

現場で活きる制御ノウハウ：導入・実践のヒント

「静音化仕様」を発注時にどう伝えるか

設備調達や新規装置導入の現場では、以下の3点を押さえてサプライヤー・バイヤー間で情報共有することが不可欠です。

1. なぜ静音化が必要か（作業者保護？生産性？製品特性？）
2. どの周波数帯域／騒音レベルまで下げたいのか（例：dB指定、特定騒音源指定）
3. 導入後の保守や運用体制をどう構築するか
この3点を明確にすることで、「ただ静かなだけの特注品」から、「現場が運用しやすい、継続的改善ができる静音仕様」へと未来志向の調達・設計が実現できます。

工場長・マネジメント視点での継続改善ポイント

工場全体としてワンストップで騒音・振動対策を推進するためには、次のような取り組みが効果的です。

・ノイズや振動のデータを定期取得し、「どんな稼働状態でどれだけ発生しているか」を見える化
・設備ごと、作業ゾーンごとに具体的な目標値（KPI）を設定
・定期点検とセットでモータ制御波形のチューニングも実施
・サプライヤー・SIerとの連携で、定期的な静音化仕様レビュー
現場の多能工化や保全力強化とも相乗効果を持たせることで、属人的・一時的な対応から、仕組みとして品質・環境改善を実現できます。