磁気浮上モータは、非接触動作、摩擦ゼロ、高効率という利点を備え、高速回転機械の主流の選択肢として徐々に従来のモータに取って代わりつつあります。しかし、高速動作時には、磁気浮上ロータのわずかな偏重心でも深刻なアンバランス振動を引き起こし、モータの浮上精度、動作安定性、寿命に直接影響を与えます。したがって、回転機械の重要な製造プロセスである動的バランスは、磁気浮上モーターにとって特に重要です。
この記事では、ISO 動的平衡規格における G1.0 と G2.5 グレードの意味と違いを体系的に解釈し、磁気浮上モーターのローターの動的平衡試験プロセスについて詳しく紹介します。
I. ISO ダイナミック バランシング グレード システムの概要
動的バランスグレードの分類は、1940 年に国際標準化機構 (ISO) によって制定された ISO 1940 規格 (現在は ISO 21940-11 に更新) に由来しています。この規格では、リジッドローターのバランス品質を最高精度の G0.4 から最低要件の G4000 までの 11 グレードに分けており、各グレードは 2.5 倍ずつ増えています。
バランス グレードは、文字「G」の後に数字が続くことで示されます。その物理的意味は、 mm/s で表される ロータ表面の最大許容振動速度であり、比アンバランス (g・mm/kg) として表すこともできます。等級番号が小さいほど要求されるバランス精度は高くなります。
コアの計算式
ISO 規格では、バランスグレード G、ローター偏心 e、角速度 ω の関係は次のようになります。
G = ω × e / 1000
どこ：
· G – バランス品質グレード (mm/s)
· ω – 動作角速度 (rad/s)
・ e – 許容偏心量(μm)
この式は、動的バランシングの本質を明らかにしています。 バランシングの精度は、残留アンバランスの大きさだけでなく、ローターの動作速度にも依存します。速度が高くなると、同じアンバランスでも発生する振動が大きくなるため、より高いバランス精度が要求されます。
II. G1.0 および G2.5: 標準的な解釈と適用シナリオ
G2.5 – 産業用モーターの「主力製品」
G2.5 は、 最も一般的に使用されているバランス グレードです。 中小型モーター業界でその主なアプリケーション シナリオには次のものが含まれます。
従来のモーターの場合、G2.5 グレードはすでに大部分の産業用途の振動と騒音の要件を満たしています。 IEC 規格では、高効率モーターのローターバランスグレードは G2.5 に達する必要があると明示的に規定されています。
G1.0 – 精密モーターの「高水準」
G1.0は、G2.5の2.5倍の厳しい要件を備えた高精度バランスグレードです。典型的なアプリケーションには次のものがあります。
研削盤ドライブ
小型精密モーターローター
高精度工作機械主軸
オーディオおよびビデオドライブデバイス
磁気浮上モーターの選び方
磁気浮上モーターは通常、従来のモーターよりもはるかに高速 (数万 rpm 以上) で動作し、振動と浮上の精度に対する要件は非常に厳しいです。したがって、磁気浮上モーターの動的バランスグレードの選択では、次の要素を総合的に考慮する必要があります。
動作速度: 速度が高くなると、より厳しいバランス グレード要件が課されます。
アプリケーションシナリオ: 精密機器 (磁気浮上分子ポンプやフライホイールエネルギー貯蔵システムなど) では、多くの場合、G1.0、さらには G0.4 が必要です。
ローターの剛性: 柔軟なローターには、より高いバランス精度が必要な場合があります。
実際のエンジニアリングでは、多くの磁気浮上モーターのバランス要件は すでに G2.5 を超えており、G1.0、さらには G0.4 に向かって進んでいます。.
Ⅲ．許容残留アンバランスの計算
バランスグレードGを決定したら、次はローターの許容残留アンバランスを計算します。これは、動的平衡テストにおいて最も重要な定量的指標です。
計算式
ISO 規格によれば、許容残留アンバランス U_per は次のように計算されます。
U_per = 9549 × G × m / n
または
U_per = G × M / (ω × 1000)
どこ：
計算例
磁気浮上モーターのローターの質量が 50 kg、動作速度が 30,000 rpm であると仮定します。
同じ条件下では、G1.0 の許容残留アンバランスは G2.5 の許容残留アンバランスのわずか 40% であることがわかります。高速磁気浮上モーターの場合、これは ミリグラムレベルの重量トリミング精度を意味します。.
補正平面への割り当て
2 つの平面のバランスをとる必要があるローター (長さと直径の比 > 0.5) の場合、許容アンバランスの合計は 2 つの修正平面間で分散される必要があります。配分比率は通常、補正面からローター重心までの距離に反比例して計算されます。
IV.磁気浮上モーターローターの動的平衡試験プロセス
磁気浮上モーターの動的バランスは、という独自のサポート方法により、従来のモーターの動的バランスとは根本的に異なります。 磁気ベアリングによる非接触浮上.
1. 従来のバランス調整方法の限界
従来のバランシング方法では、測定と補正のためにローターが機械ベアリング (ローラーまたは V ブロック) で支持される専用のバランシング マシンが必要です。しかし、磁気浮上ロータの実際の動作状態は、磁気軸受の浮上力によって支えられています。機械的サポートは実際の作業条件をシミュレートすることができないため、サポートにさらなる障害が発生する可能性があります。
2. 磁気浮上ローターのバランス調整方法
(1) オンラインバランシング
オンラインバランシングとは、 磁気浮上システムが通常の動作中に実行されるバランシング操作を指します。中核的なコンセプトは、磁気軸受システムに固有のセンサー (変位センサー、電流センサーなど) を使用してローターの振動信号を取得し、アルゴリズムを使用してアンバランスの大きさと位相を推定し、それによって補正戦略を決定することです。
この方法により、ロータを装置から分解する必要がなくなり、バランス効率が大幅に向上します。
(2) 試錘なしのバランス調整
従来のバランシング方法では、影響係数を求めるために複数回の試行（試行重りの追加→測定→調整）が必要であり、非効率的でした。これに対処するために、研究者らは、 磁気軸受のアクティブ制御特性に基づいた、トライアルウェイトフリーのバランス方法を提案しました。.
この方法は、磁気軸受の能動的制御性を利用して、静的浮上状態で制御可能な電磁力を生成し、実際の試行分銅が回転中に生成する遠心力をシミュレートします。これにより、トライアルウェイトを物理的に設置することなく影響係数を特定できるため、手順が大幅に簡素化されます。
(3) 現場でのバランシング
オンサイトバランシングとは、機器の実際の設置場所で実行されるバランシング作業を指します。ローターを取り外して試験施設に送る従来の方法とは異なり、現場でのバランシングでは、 システム全体の総合的な影響 （ベアリングの剛性、設置条件、基礎の振動などを含む）が考慮され、実際の動作条件によりよく適合するバランシング結果が得られます。
3. 一般的なテスト手順
磁気浮上遠心送風機を例に挙げると、典型的な動的平衡試験手順は次のとおりです。
ステップ1: 事前検査
バランスをとる前に、ロータに加工欠陥、バリ、異物が付着していないことを目視および寸法検査します。
ステップ 2: 初期測定
専用のバランシングマシンまたは磁気浮上システムで、動作速度の約 70% で試運転を実行し、振動振幅と位相データを収集します。
ステップ 3: アンバランスの特定
信号処理を通じてローターの同期振動成分を抽出し、ローターのダイナミクス モデルと組み合わせてアンバランスの大きさと位相を推定します。
ステップ 4: 修正と検証
計算結果に基づいて、指定された位置にウェイトを追加または削除し、再測定して目標バランス等級に達していることを確認します。
ステップ 5: 全速度範囲の検証
動作速度範囲 (臨界速度に近い速度を含む) 内の複数の速度ポイントで振動測定を実行し、すべての速度での振動レベルが要件を満たしていることを確認します。
4. 磁気浮上平衡化における技術的課題
磁気浮上ローターのバランスをとるには、いくつかの特有の課題があります。
柔軟なローターの効果: 高速磁気浮上ローターは臨界速度を超えて動作することが多く、柔軟なローターです。アンバランスの分布は速度とともに変化する可能性があるため、マルチモーダルなバランスが必要です。
電磁力干渉: 磁気ベアリングの電磁力自体が追加の同期振動力を導入する可能性があるため、アルゴリズムで区別して補償する必要があります。
センサーの精度: 変位センサーと電流センサーの精度は、アンバランス識別の信頼性に直接影響します。
V. 結論
動的バランス調整は、磁気浮上モーターを単に「回転できる」状態から「よく回転する」状態にするための重要なステップです。 G1.0 と G2.5 は単なる 2 つの数値ラベルではありません。それらは、さまざまな精度レベルとエンジニアリング要件を表します。磁気浮上モーターの場合、速度が向上し続け、アプリケーションがますます洗練されるため、G2.5 から G1.0、さらにはより高精度のグレードへの移行は避けられない傾向となっています。
同時に、磁気浮上モーターの独自のサポート方法により、オンラインバランシングやトライアルウェイトフリーバランシングなどの革新的なバランシングプロセスが生まれました。これらの技術は、バランシングの効率を向上させるだけでなく、ダイナミックバランシングを「出荷前の検査ステップ」から「フルライフサイクルのメンテナンスツール」に変えます。
規格を理解し、方法を習得し、正確に実行すること – これが磁気浮上モーターローターの動的バランスの核心です。
