電動モータをテストする方法

電動モータは私たちの世界を動かします。冷蔵庫のコンプレッサーやスマートフォンのアクチュエータから電気自動車（EV）のパワートレインまで、私たちの身の回りのあらゆる場所で、電動モータは現代の生活を可能にします。実際、電動モータは非常に信頼されているため、動作しないときだけ気付くことがよくあります。これは、電動モータのテストのおかげで、非常に予防可能な問題です。

電動モータのテストの重要性

電動モータのテストは、私たちが依存している機械の信頼性、効率、安全性を確保するために不可欠です。これらのテストは、電動モータのライフサイクルの各段階で実施され、モータの全体的な健全性に関する重要な情報を提供し、設計者、メーカー、技術者、消費者に多くの利点を提供します。

電動モータのテストにより、次のことが向上します。

• 信頼性: テストにより潜在的な問題が特定され、故障を防ぎ、モータの寿命を延ばすための予防的なメンテナンスが可能になります。
• 効率: 技術者は、テストを通じて電気エネルギーの問題に対処し、損失を減らして、運用コストを削減することができます。
• 安全性: 電動モータを使用している人を保護するために、テストでは感電や火災などの潜在的な危険が露呈します。
• パフォーマンス: テストにより、速度やエネルギー消費などの特性を評価することで、パフォーマンスを向上させる機会が明らかになります。
• 研究開発: テストでは、より高度なモータ技術の開発に向けた取り組みを示すデータを収集します。
• 標準準拠: モータを使用するために導入する前に、テストによって該当するすべての業界標準を満たしていることが検証されます。

電動モータテストのタイプ

実施される具体的なテストは、モータの複雑さ、その用途、および評価されるパラメータによって異なりますが、電動モータのテストで使用される主なテストには次のものがあります。

• 極性チェックや電圧レベル測定などの電気的テスト。
• 不均衡またはアライメント不良を検出する振動テスト。
• 過熱を防ぐために、モータの温度を監視する熱テスト。
• モータが非定常状態でどのように動作するかを確認する動的テスト。
• サウンド標準に照らして音響特性を評価するためのノイズテスト。
• モータの絶縁材料が運転中に劣化しないことを確認するための絶縁テスト。たとえば、絶縁抵抗テスト、高電位（ハイポット）テスト、サージテストなどがあります。このテストでは、電気的故障につながる可能性がある、ターン間絶縁、コイル間絶縁、および位相間絶縁の弱点が見つかります。

電動モータテストの業界標準

産業用コンプレッサーから歯科用ドリルまで、電動モータを使用するあらゆる用途で、テストでは、メーカーが設定した仕様と、業界標準（エネルギー消費量やサウンドレベルなど）によって決定された品質および安全パラメータをモータが満たしていることを検証します 。

業界標準を満たすために、電動モータのテストは国際的および現地の両方の要件に対応する必要があります。国際レベルでは、相互運用性や安全性などの標準は国によって一貫していますが、現地の標準には、環境や文化など、国固有の優先事項を認識する要件が含まれている場合があります。これらの標準を作成して実施する組織には、次のようなものがあります。

• アメリカ電機工業会
• 国際電気標準会議
• 日本産業標準調査会
• 英国規格協会
• 中華人民共和国国家標準

電動モータテストツール

風力タービンまたは輸送システムをテストしていますか? 産業用ファンかエレベーターですか? 評価しているパラメータや特性に応じて、電動モータテストで使用されるツールにはさまざまな種類があります。以下のようなツールがあります。

• 電力アナライザ: 電圧や電流などの電気パラメータを測定して、電気接続を診断します。
• タコメータ: モータの回転速度を測定します。
• サーマルカメラ: 温度変化を捕捉して、ホットスポットと冷却の問題を特定します。
• メグオームメーター: モータ巻線の絶縁抵抗を測定し、絶縁劣化（メガーとも呼ばれる）を検出します。
• トルクトランスデューサ: 機械回転を電気信号に変換してトルクを測定します。

電動モータテストのシミュレーション

物理テストは、モータのパフォーマンスに関する洞察を得るために重要ですが、限界があります。シミュレーションにより、技術者は機械の内部を見て、（現在および将来の両方で）何が起こっているのかを正確に明らかにし、モータの最も深い内部の動作の健全性を示すことで、テストを拡張できます。

シミュレーションを使用すると、エンジニアはさまざまな運転シナリオに基づいてさまざまな設計オプションを検討し、生産前、生産中、さらにはモータを使用している間でも調整を行うことができます。特に、物理テストが可視性の欠如（テストのサイズや場所のため）によって制限されるシナリオでは、シミュレーションは正確な評価を行うために必要な計算を迅速に実行できます。シミュレーションを使用する必要がある一般的な電動モータテストには、次のものがあります。

電気テスト: ブラシのない永久磁石モータの逆起電力（EMF）を測定します。

• 熱テスト: 連続運転S1中の過熱の推定。

• 動的テスト: ブラシのない永久磁石モータの短絡故障の予測とAC誘導モータのロック済みロータパフォーマンスの測定。

電動モータテストにシミュレーションを使用することで、テストプロセス自体の速度と効率が向上するだけでなく、収集されたデータの品質、深さ、信頼性または確実性も向上します。Ansys MaxwellやAnsys Motor-CADのようなシミュレーションソフトウェアは、マルチフィジックス計算を組み合わせて実行できるため、技術者は、一度に1つのテストを達成することができない複雑なシステムの徹底的な評価を行うことができます。

シミュレーションを利用して仮想環境で物理テストを実行することで、エンジニアリングチームは時間とコストを節約できます。また、シミュレーションにより、設計の反復回数が削減され、ハードウェアを構築する前に問題が特定されます。これにより、さらに優れた堅牢な設計が可能になり、物理テストに関しても驚くことはなくなります。 

答えはテスト

現代の世界で最も重要な機能の多くは、電動モータの信頼性、安全性、効率に依存しています。テストを通じて、私たちは貴重な観察、学習、洞察を得ることができ、それが発電における次の技術的進歩につながり、私たち全員が前進し続けることができるのです。

Ansys Maxwellが電気および電子（E/E）システムのISO 26262に準拠した安全分析と設計をどのように実行するかについては、以下のウェビナーをご覧ください。「Achieving ISO 26262 Functional Safety Compliance with Ansys Maxwell」。