アキシャル磁束モーターローターの 3 つの主な故障: 修理または交換?境界を修復するための明確なガイド

アキシャル磁束モータは、高い出力密度、コンパクトな構造、優れたトルク特性を備えており、新エネルギー自動車、産業用サーボ、風力発電などの分野での使用が増加しています。しかし、運転時間が長くなり、使用条件が複雑になると、モーターの中心となる回転部品であるローターにさまざまな故障が発生することは避けられません。その中でも、アキシャル フラックス モーター ローターの表面損傷、永久磁石 (磁性鋼) の減磁、およびダイナミック バランスの故障が、最も一般的な 3 つの故障タイプです。これらの問題に直面した保守担当者の最大の関心事は、 どの障害を修復できるかということです。交換が必要なものはどれですか?修理後の性能や信頼性は保証できますか?

1. ローター表面の損傷: 軽微な損傷は修理可能ですが、重大な損傷は交換が必要です

1.1 障害の原因と症状

アキシャルフラックスモーターローターの表面損傷は、通常、摩擦（ステーターとローター間の摩擦）、異物の侵入、またはベアリングの故障によるローターの沈みによって発生します。損傷の種類を特定することは、根本原因を特定するのに役立ちます。ステーター表面全体に傷があるのに、ローター表面に 1 つのこすれた跡がある場合、多くの場合、シャフトの曲がりやローターの不均衡が原因です。ステーターの表面には摩擦痕が 1 つだけあるのに、ローターの表面には全周にわたって傷がある場合、これはステーターとローター間の非同心性が原因であり、一般的にはフレームとエンド シールドの差し込み口の変形、またはベアリングの激しい磨耗が原因です。

1.2 いつ修理できますか?

軽微な表面の損傷は 通常修復可能です。業界標準によれば、修理後のモータ表面温度が関連規格に準拠している場合に限り、ステータ内面およびロータ外面の軽度の損傷を除去するためのスクレーピングまたは研削方法が認められています。具体的な基準は次のとおりです。

• 損傷の深さは機械加工可能な範囲内 (通常は 0.5 mm 未満) であり、ローター コアの全体的な構造的完全性には影響しません。

• 大面積短絡や珪素鋼板の溶融は発生していません。コア歯が局所的に焼けた場合は、溶けて溶けた部分をヤスリで削り取り、エポキシ樹脂で損傷部分を修復することができます。

• 修理後も、エアギャップの均一性は設計要件を満たしており、表面温度定格も満たされています。

修理技術としては、軽い傷や錆びは油を含ませた目の細かいヤスリで磨き、マイクロメーターで真円度の狂いを頻繁にチェックします。シャフトジャーナルの摩耗などの嵌合面の損傷には、レーザークラッディング、ブラシ電気メッキ、溶射などの表面工学技術を使用できます。これらの修復プロセスは低温で行われ、シャフトの変形や金属組織の変化を引き起こしません。

1.3 いつ交換する必要がありますか?

•  損傷深さが大きすぎて設計許容範囲を超えており、修復を続けると炉心構造が破壊されてしまう。

•  広範囲の短絡やケイ素鋼板の層間剥離が発生し、渦電流損失やコアの過熱が大幅に増加します。

• ローターコアは回復不可能な構造変形を受けており、修理後でもエアギャップの均一性は保証できません。

• 損傷はローターのベース構造の弱点にまで及んでおり、修理費用は交換費用に近いかそれを上回っています。

2. 磁石の減磁: 軽度から中度の場合は再磁化で修復可能、重度の場合は交換が必要

2.1 減磁の原因とメカニズム

永久磁石の減磁の本質は磁区構造の不可逆的な変化であり、原因に基づいて主に次の 3 つのカテゴリに分類されます。

• 熱減磁: 永久磁石の温度が材料グレードの許容限界を超えると発生します。たとえば、NdFeB の場合、キュリー温度は約 310°C で、それを超えると全磁気損失が発生します。実験データによると、150°C で 1000 時間連続動作した後、NdFeB 磁石は 3% ～ 5% の磁束損失を経験する可能性があります。

• 逆磁界減磁: 過負荷や短絡などの異常な状態によって発生する逆磁界は、局所的な磁区反転を引き起こします。ある新エネルギー車のモーターでは、200% の過負荷条件下で磁束密度が 7% から 12% 低下しました。

• 化学腐食減磁: NdFeB 材料は高温多湿の環境で酸化し、磁気特性が徐々に低下します。塩水噴霧試験によると、保護されていない磁石は 500 時間後に最大 15% の磁束損失が発生する可能性があります。

磁石が減磁されているかどうかを現場で判断するにはどうすればよいですか?最も直感的な方法: 消磁後、モーターの無負荷速度が著しく増加し、負荷電流が増加し、ブレーキトルクが減少します。より正確な検出には、テスラ メーター (ガウスメーター) を使用して表面磁場強度を測定するか、逆起電力を検出して元のパラメーターと比較する必要があります。

2.2 いつ修理できますか?

減磁の修復可能性はによって異なります 減磁の程度ので、以下の分類に基づいて評価することをお勧めします。

軽度の減磁 は通常、短期間の過熱またはわずかな過電流によって引き起こされ、強い可逆性を持っています。治療計画には、まず熱放散の最適化、過負荷の制限、電源の安定化が含まれます。次に、高電圧パルス磁化装置を使用してローターの永久磁石を方向的に磁化します。磁化後、磁場が元の値に回復したことをガウスメーターで確認します。業界の慣例によれば、専門的な磁化装置は元の性能の 95% 以上を回復できます。

中程度の減磁 では、モーターを分解し、永久磁石を 1 つずつテストし、ひどく減磁したユニットを選択し、同じグレードとサイズの新しい磁石を元の極性に従って正確に接着または埋め込み、完全に磁化した後、無負荷電流、トルク、および効率のテストを実施する必要があります。

2.3 いつ交換する必要がありますか?

次の状況では、それ以上の修理を試みるのではなく、思い切って交換する必要があります。

• 永久磁石の残留磁気は設計値の80％以下であり、着磁後は定格性能まで回復することができません。

• 磁石には構造的な損傷（亀裂、破損、重度の腐食）があり、着磁後であっても機械的強度や寿命は保証できません。

• 不可逆的な減磁が発生しました。これは、永久磁石材料自体が老化または化学的腐食を受けて、磁化によって残留磁気を回復できなくなることを意味します。

•  減磁によりモーター効率が大幅に低下し、温度が異常に上昇するため、修理費用がモーター全体の交換費用を上回ります。

3. ダイナミックバランスの故障: 大部分は修理可能ですが、交換が必要なものはほとんどありません

3.1 故障原因と診断

ローターの不均衡は、回転機械における最も一般的な故障原因です。統計によると、回転機械の振動故障の 70% は、ローター システムの不均衡に起因しています。根本的な原因は、ロータの質量中心とその幾何学的な軸の位置ずれであり、これにより偏重心が発生し、回転中に遠心慣性力が発生し、ラジアル振動の増加とベアリングの摩耗の加速として現れます。

ただし、動的バランス補正を実行する前に、重要な作業を最初に行う必要があります。異常振動の根本原因を分析するというこれは、動的バランスの問題ではない可能性があるためです。装置に重大な緩み、共振、シャフトの亀裂、ベアリングの損傷、位置ずれ、または基礎の沈下がある場合、動的バランス補正では期待される結果が得られません。

不均衡の典型的な振動の特徴は、振動周期が動作速度 (回転周波数の 1 倍によって支配される) と同期し、半径方向の振動振幅が最大となり、振幅と位相が安定性と再現性を示すことです。

3.2 いつ修理できますか?

ダイナミックバランスの故障問題の大部分は現場または工場での修正によって回復できます。、ローター自体が構造的な損傷を受けていない限り、

現場での動的バランシング は、今日の業界で広く使用されている成熟したテクノロジーです。ローターを分解して工場に返送することなく、ローターの実使用速度や設置条件下で振動測定やバランス補正を行う方法です。約 3 ～ 5 日の時間と輸送コストを節約でき、分解と再組み立ての際の二次被害のリスクを回避できます。修正方法には主に、重量の追加 (バランスウェイト、ネジ、リベット留め、溶接) と重量の除去 (穴あけ、研削、フライス加工) が含まれますが、ローターの構造とプロセス要件に応じて特定の選択が行われます。

補正精度はISO 1940-1 / GB/T 9239.1規格に準拠しており、残留アンバランスを極めて低いレベルで制御できます。精密製造シナリオでは、ダイナミックバランスの精度が G1 グレード (ISO 1940-1 の最高精度グレード) に達し、振動の危険を効果的に排除できます。

アキシャルフラックスモーターローターのローターディスクフレームは、主に非磁性複合材料で作られており、質量が比較的軽いです。ただし、次の理由により動作中にバランス状態が変化すると、修正がさらに重要になります。

• 動作中の回転部品の腐食、摩耗、またはスケール。

•  異物付着による偏重心。

• 熱または機械的変形によって生じる、ゆっくりと変化する不均衡。

上記のケースの大部分では、専門的な動的バランス修正によって正常な機能を回復できます。

3.3 いつ交換する必要がありますか?

以下の場合はダイナミックバランス補正が効かなくなり、ローターの交換が必要になります。

• ローターシャフトに亀裂または破損が見られます。亀裂の範囲がシャフト ジャーナル円周の 10% を超えない場合は、溶接を補修し、その後平らに機械加工することで継続使用が可能になることに注意してください。ただし、この範囲を超える場合はシャフトの交換が必要となります。亀裂が軸芯まで伝播した場合は、ローター全体を交換する必要があります。

• ローターコアには不可逆的な構造的変形や損傷が生じており、修正後のバランス精度は保証できません。

• 回転コンポーネントが外れ（バランスウェイトの脱落、ブレードの破損など）、修復不可能な損傷が発生しています。

•  動的バランスを複数回修正しても振動は依然として限界を超えており、ローターベースの構造に深刻な問題が存在することを示しています。

アキシャルフラックスモーターはモジュール構造設計のため、メンテナンス時に一定の利点があります。交換する必要があるのは障害のあるモジュールだけであり、オーバーホールの難易度やメンテナンスコストが軽減されます。

4. 要約: 修理と交換を理解するための表

5. メンテナンスに関する推奨事項と予防策

1. 定期検査が前提：定期検査の仕組みを確立する。磁界減衰の定期的なスポットチェックにはガウスメーターを使用し、定期的な動的バランステストには振動アナライザーを使用して、初期段階で障害を排除します。

2. 対処する前に診断する: 修理作業の前に、まず障害の原因を明確に特定する必要があります。特に動的なバランスの問題では、ベアリングの損傷、位置ずれ、緩みなどのバランス以外の要因を最初に排除する必要があります。そうしないとバランス補正が無駄になってしまいます。

3. 再磁化には専門的な操作が必要: 磁化操作には高電圧パルス装置が必要であり、絶縁およびシールドされた環境で有資格者が実行する必要があります。着磁後はガウスメーターで性能を確認し、再設置後に無負荷試運転と負荷試運転を行ってください。

4. 再発防止のための材料のアップグレード: 高温または高振動の動作条件では、高品位の永久磁石 (H、SH シリーズなど) を優先的に選択し、磁石に PVD ​​アルミニウム コーティングやエポキシ複合コーティングなどの表面保護処理を適用して耐用年数を延ばします。

5. メンテナンスの経済性評価: ローター アセンブリの交換とモーター全体の交換のコストを比較する必要があります。ステーターの巻線がまだ良好な状態にある場合は、同じモデルの純正ローターと交換するだけで十分です。コストと納期はモーター全体の交換よりも良く、性能は新品同様に回復します。ただし、修理コストが新しいモーターのコストの 60% ～ 70% に近づくか、それを超える場合は、モーター全体の交換を優先することをお勧めします。