モータ効率低下の原因分析
高効率モーターは省エネルギー政策と密接に関連しており、多くの国の重要プロジェクトや公共事業ではIE3エネルギー効率評価基準を満たすことが求められています。特に欧州向け輸出モーターは、ほぼ最低基準となっています。
しかし、モーターメーカーにとって効率向上は非常に困難で、損失測定、効率に影響する主要因の特定、損失原因の定量分析など、多くの技術的課題があります。まず、損失増加の原因を一つずつ分析します。
固定子銅損が大きい
● 固定子巻線抵抗が大きい：（1）線材の抵抗率が高い、線径が細い、線径が不均一、巻線数が少ない。（2）配線不良、はんだ不良。（3）巻数が設計値を超えている。
● 固定子電流が大きい：（1）その他の損失が大きい。（2）固定子巻線の非対称性による三相不平衡。（3）定・回転子間のエアギャップが著しく不均一。（4）巻数が定格値より少ないため、抵抗が定格値より小さくなる。（5）巻線接続不良。
回転子銅損が大きい
● 回転子巻線（または導体）抵抗が大きい：（1）アルミニウム（銅）の抵抗率が高い。（2）鋳造アルミニウム回転子の導体またはエンドリングに気孔や不純物、鋳造欠陥による局部細線問題がある。（3）固定子スロットが不規則（スロット歯が不揃い）、位置ずれや逆位ブロックがあり、回転子スロットの有効面積が不足する。（4）鋳造パラメータが不適切でアルミニウム組織が粗鬆になり、抵抗率が増加する。（5）材料規格に満たない（例：合金アルミニウムの代わりに一般アルミニウムを使用）。（6）不適切な回転子を使用。
● 回転子電流が高い：（1）不適切な回転子を使用。（2）鋳造時に不適切なアルミニウム材料を使用（例：合金アルミニウム回転子に一般アルミニウムを使用）。（3）回転子鉄心の積層不良により、片間アルミニウム給電による回転子横方向電流が増加。
付加損失が大きい
● 固定子巻線の種類またはピッチが不適切
● 固定子スロットと回転子スロットの選択が不適切
● エアギャップが狭すぎる、または著しく不均一
● 回転子導体と鉄心間の深刻な短絡
● 固定子巻線のリード線が長すぎるなど
鉄損が大きい
● ケイ素鋼板の品質不良、または材料選択ミス（例：600材を800級として使用）。鉄心を調達するモーター工場は特に注意が必要。
● 固定子鉄心片間の絶縁不良：（1）絶縁処理不良または未処理。（2）鉄心積層圧力が大きすぎて片間絶縁が損傷。（3）自動車用固定子内腔加工または修理時に片間短絡が発生（多くの鉄心工場で発生）。
● 鉄心片数が不足、鉄重量が不足：（1）片数不足。（2）積層圧力が低く、圧縮不足で鉄重量が不足。（3）打ち抜きバリが大きく、鉄の長さが規格に達しても鉄重量が不足。（4）塗料が厚すぎる（ケイ素鋼板の品質問題）。
● 磁路過飽和、無負荷電流と電圧の関係曲線が著しく歪む。
● 無負荷付加損失が大きく、試験中に鉄損に含まれるため、鉄損が大きく見える。
● 火炎または電気加熱で巻線を分解すると、鉄心が過熱し、透磁率が低下し、片間絶縁が損傷する。これは主に巻線故障時に火炎で巻線を除去する際に発生する。一部のモーター工場では、アルカリ液浸漬法で巻線を除去している。
機械損失が大きい
● ベアリングまたはベアリング部品の品質不良で、ベアリングが過熱したり回転がスムーズでなくなる。
● 外部ファンの使用が不適切（例：2極モーターに4極ファンを使用）またはファンブレードの角度が不適切。通常、2Pモーターのファンは小さく、ファンの調整による損失低減は効果的だが、モーターの温度上昇性能を確保する必要がある。
● 機台と両端蓋ベアリング室が同軸でない。
● ベアリング室の直径が小さく、ベアリング外輪が圧力で変形し、ベアリング摩擦損失が増加。ベアリング過熱損傷の原因にもなる。
● ベアリング室の潤滑グリースが多すぎる、または潤滑グリースの品質が悪い。高圧モーターで顕著で、沈氏によるテストでは、ベアリング蓋の最高温度点が最低温度点より10K高かった。検査の結果、潤滑グリースが過剰に堆積していた。
● 固定子と回転子が摩擦（掃気）。モーターが停止するわけではないが、損失が著しく増加する。
● 回転子の軸方向寸法が不正確で、両端が詰まり、回転がスムーズでなくなる。
● オイルシールやウォーターシールなどの部品の取り付け不良または変形により、大きな摩擦抵抗が発生する。
● ファン付きモーターで、ファンと関連部品の摩擦により回転が悪くなる。
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