電機(jī)的壽命和可靠性修訂稿

1、電機(jī)的壽命和可靠性WEIHUA system office rgom WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8QS-七勺 bDjvr uu zru日 eih絕緣一響壽命和可靠丁生的尖鍵因素在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活領(lǐng)域里，電機(jī)已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，電機(jī)的壽命及 使用可靠性也越來越被人們所尖注。在正常使用的條件下，電機(jī)的壽命一般定 義為1015 年。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，影響電機(jī)壽命的主要因素是絕緣的老化，因此絕緣結(jié)構(gòu)的確定、絕 緣材料的選用，就成為電機(jī)設(shè)計(jì)制造的首要任務(wù)之一。絕緣系統(tǒng)的選擇主要取決于電機(jī)的電壓等級和耐溫要求，而同一等級使用哪一種絕 緣材料，則要綜合考慮其耐溫要求，機(jī)械性能，

2、電氣性能及使用工藝性能等因素后最終選 定。電機(jī)對地絕緣(亦稱主絕緣)的等級決定了電機(jī)的絕緣等級，一臺(tái)電機(jī)上可以按不同 部位的發(fā)熱狀況和使用要求，來選用不同等級的絕緣材料，而不必規(guī)定一臺(tái)電機(jī)上所有的 部位必須選用同一等級的絕緣材料。微電機(jī)常用電氣絕緣材料的耐熱等級和允許的極限使用溫度見下表：表1耐熱等級極限使用溫度C。1電機(jī)允許溫升K常用絕緣材料A10560浸漬的棉麻絲綢E12075聚酯薄膜，聚酯薄膜粘帶 !I 1 1 -/ L ，一 一八- / f L、B130左母帶(B) DMD纖維紙(B)f 己己803240環(huán)氧布板1132環(huán)氧漆F155100 1 c LDMD (F)占母帶(F)fcd

3、7TTL,rHJ、077CC .4 O、:H180125聚酰亞月女薄膜，0840浸漬漆電機(jī)各導(dǎo)電部件由于電位不同，因此須用絕緣材 料將其分隔開。按使用部位及功能的不同，常分為以下幾種:對地絕緣：指電機(jī)帶電部位與接地部位(如鐵芯、機(jī)殼、軸等)之間隔開所用的絕緣，為環(huán) 氧粉沫涂敷，DMD纖維紙，聚酯薄膜紙，尼龍一體成型槽絕緣等。2、匝間絕緣：指一個(gè)多匝繞成的線圈，電位不同相鄰匝間的絕緣，微電機(jī)中一般是 漆包線本身的外包漆作為匝間絕緣。3、層間絕緣：指電樞線圈在槽內(nèi)或端部上下層之間分隔開所用的絕緣，微電機(jī)中常 用漆包線本身的外包漆作為層間絕緣。4、相間絕緣：指放置于同一部位的電位不等的幾種線圈之間隔

4、離所用的絕交流電機(jī)不同相（A、B、C相）之間，不同激磁方式直流電機(jī)的激磁繞組（串激、復(fù)激、 他激）及不同轉(zhuǎn)速檔（高速、中速、低速）各激磁線圈之間所用的絕緣。Cx合理設(shè)計(jì)一電機(jī)春命和可靠生的先天保證電機(jī)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量鏈中的第一環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)不合理，甚至不正確，那么后道再 完善的H藝及再精心的制作都將變成無效，最終不可能做出適用性好的、客戶滿意的產(chǎn) 品。我們常聽說這電機(jī)先天不足，意即設(shè)計(jì)不好造成的。電機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是按客戶對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)輸入要求，外形安裝要求，電機(jī)使用場 合，負(fù)荷大小，工作環(huán)境條件，工作制長短等，通過電路、磁路計(jì)算選取合理的發(fā)熱和磁 路參數(shù)，決定電機(jī)各主要零部件的尖鍵尺寸，并通過這

5、些主要條件進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算，最 終繪制電機(jī)主要零部件的工作圖及總裝圖，設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮到制作時(shí)良好的工藝性及 制造成本的經(jīng)濟(jì)合理性。下面列出一些直流微電機(jī)中常用的電磁計(jì)算公式及應(yīng)控制的電磁設(shè)計(jì)參數(shù)。1、PN=其中：Pn額定功率（瓦）Tn額定轉(zhuǎn)矩（牛米）I1N-額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）2、oy皺空二P N n其中：4每極額定磁通（高斯）EN額定功況下的反電勢（伏）P磁極對數(shù)N電樞總導(dǎo)體數(shù)3、7tDa其中：A一電樞的線負(fù)荷（安/厘米）IN電樞額定支路電流（安）Da電樞直徑偃米）4、Tn 二 975 巴巴 xEHA其中：Tn額定轉(zhuǎn)矩（公斤米）T1 電機(jī)額定效率次一額定電壓（伏）5、Pi 二 UnIn其中

6、：pi一電機(jī)輸入功率（瓦）61譽(yù)其中:工電機(jī)總損耗（瓦）電機(jī)的主要發(fā)熱和磁路參數(shù)有定子電流密度，轉(zhuǎn)子電流密度，電樞線負(fù)載，電樞發(fā) 熱因素，每極磁通量，氣隙磁通密度，電樞齒部磁通密度等。7、Tv =0.16a45a xlO-3其中j 電機(jī)計(jì)算極弧系數(shù)B$氣隙磁通密度（高斯）la -電樞鐵心長度偃米）D,凡一一電機(jī)有效體積，表征電機(jī)體積的大小由上式可見，當(dāng)選取較高的電磁發(fā)熱參數(shù)（久、A、時(shí)，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增 大，或可縮小電機(jī)的體積來達(dá)到相同的轉(zhuǎn)矩，但電機(jī)的制造難度及要求也相應(yīng)提高o另夕卜 由上式也可見，電機(jī)體積的大小與其額定轉(zhuǎn)矩成正比，而與其功率沒有 直接的尖系。三、精心制作一電機(jī)壽命和可靠

7、性的主要保證各種電機(jī)使用實(shí)踐表明，電機(jī)損壞大多不是由于絕緣材料的自然老化，而是由于 電機(jī) 零部件制作過程中工藝不當(dāng)，制造粗陋，留下隱患，而電機(jī)在運(yùn)用過程中，繞組等部件受 發(fā)熱、磁場、機(jī)械外力、潮濕、化學(xué)、油污等各種因素的侵蝕，使其喪失使用功能而提前 夭折的。因此精心制作，減少隱患，是提高電機(jī)壽命和使用可靠性的主要保證。對微型直 流電動(dòng)機(jī)，矢鍵工序有換向器精車、電樞線與換向器之間的點(diǎn)壓焊接、電樞動(dòng)平衡，環(huán)氧 粉末涂敷,絕緣處理，定子與轉(zhuǎn)子的繞線等。I、換向器精車：換向器是一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，其工作面與電刷滑動(dòng)接觸并傳送電能，因此要求其工作面必須是一個(gè)穩(wěn)定的圓柱體，徑向跳動(dòng)小于等于，不得有 凹片和

8、凸片，表面光潔度要達(dá)到以下（相當(dāng)于原V7換向器精牛必須使用高精度的車床，床身和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)牢回、可靠、且應(yīng)避免默默振動(dòng)的影響。切屑量、切屑速度和走刀量要選取合理。金剛石車刀由于硬度高、耐熱性 好，可以提高切削效率且避免粘刀現(xiàn)象，從而減小切削毛刺。提高了換向器表面的光潔 度?？刂茍A度是對換向器工作面檢測評價(jià)的一項(xiàng)先進(jìn)和實(shí)用的手段，比用百分表測徑向跳 動(dòng)的宏觀手段更精確，更深透，向微觀檢測邁出了矢鍵的一步。2、電樞導(dǎo)體與換向器鉤之間的點(diǎn)壓焊接（FUSING）這是目前微型直流電機(jī)中最矢鍵，最不穩(wěn)定也是最難以控制的工序，它直接彪響著電機(jī)的壽 命和可靠性。點(diǎn)壓焊較錫鉛合金釬焊及鶴極惰性氣體TIG保護(hù)焊有著明

9、顯的優(yōu)點(diǎn)，非常適合帶鉤的 微型電機(jī)換向器與電樞導(dǎo)體的焊接，它是通過電阻焊時(shí)產(chǎn)生的高溫高熱，力1熱銅導(dǎo)體和 鉤子，熔化掉漆膜排擠掉接觸面處的空氣，推壓并將它們粘附在一起。因此我們認(rèn)為，通 過點(diǎn)壓焊接應(yīng)使銅導(dǎo)體與換向片鉤部之間有適度的粘附和熔焊，是本工序的矢鍵要害所 在，如果只達(dá)到熔化掉漆包線的漆膜，銅線與鉤公有表面的接觸，沒有粘熔的狀態(tài)，則該 處的焊接電阻將是不穩(wěn)定的，一旦該連接處的狀態(tài)有所變化仗口外力移位及漆液滲入）， 焊接電阻將逐步變大，發(fā)熱加劇，直到該連接點(diǎn)脫開而不能正常使用。目前公司所有電機(jī)電樞的焊接電阻控制值均為03mQ,如果點(diǎn)壓焊良好，則達(dá)到 0.3mQ以下不是問題但各電機(jī)的情況是不

10、平衡的。以BZY17為最差，首次檢的不合格率 為1/3，經(jīng)三次點(diǎn)焊后仍不過尖而報(bào)廢的還有10%,還有一些電機(jī)較差如BZR14、16及 BZR01,而以BZR11、13為最好。在點(diǎn)壓焊機(jī)中，現(xiàn)用的DNH焊機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如溫度監(jiān)控器控制焊點(diǎn)的溫 度，穩(wěn)定的恒流控制系統(tǒng)等。并且有寬廣的調(diào)節(jié)范圍，供我們不同大小電樞點(diǎn)壓焊時(shí)選用。對于目前焊接電阻不太穩(wěn)定的電樞，可以再做焊接參數(shù)變動(dòng)的試驗(yàn)，以尋求不 同大小電樞的各自最佳焊接參數(shù)，以達(dá)到穩(wěn)定的焊接電阻保證值。四、提高電機(jī)壽命和可靠性的途徑：1、影響電機(jī)安全作用的四個(gè)極限條件發(fā)熱強(qiáng)度極限：絕緣結(jié)構(gòu)的熱芯化,使其絕緣性能變壞而失去絕緣性能，對微型電機(jī)，

11、由于負(fù)荷電流較小。因此一般不必考慮和才日心電機(jī)發(fā)熱強(qiáng)度極限的影響，除非像 BZY20A, BZY21的壽命試驗(yàn)時(shí)要求那么嚴(yán)酷的發(fā)熱條件。電氣強(qiáng)度極限：對直流微電機(jī)而言電壓都非常低，均在100伏以下，除非電機(jī)制造 中存在大的缺陷和隱患(如果匝間和層間絕緣損傷)，電氣強(qiáng)極限也要不必考慮。換向強(qiáng)度極限對直流微電機(jī)設(shè)計(jì)的換向參數(shù)如電抗電勢最大片間電壓 等都非常 低，因此理論上講都應(yīng)有良好的換向，但往往由于使用環(huán)境條件的惡劣及劇烈的振動(dòng)等原 因，使換向器工作表面很難形成一層氧化膜，電刷及換向器上磨損很快，表面燒蝕及炭化 嚴(yán)重，使電刷與換向器表面無法正常良好接觸，導(dǎo)致電機(jī)失效。機(jī)械強(qiáng)度極限常見的是電樞線甩

12、出卡定子(槽內(nèi)及兩端部)，平衡泥甩出，軸承 超速 損壞等。2、直流微型電機(jī)提高壽命及可靠性的措施：詳見下表電機(jī)按工作時(shí)間的長短，分連續(xù)工作制(S1)、短時(shí)工作制(S2)及斷續(xù)工作制(S3)三種， 以邊疆工作制對電機(jī)壽命的要求最高，特別是很多客戶要求壽命達(dá)5000 1000小時(shí)，對電 機(jī)的設(shè)計(jì)和制造帶來很高的要求。預(yù)期效果采取的措施1、2、3、4、5、加大電刷載面積加長電刷長度選用電阻系數(shù)高、磨擦系數(shù)小的電 刷提高換向器的硬度，嗇其耐磨性能盡量減少電刷炭粉的生成與堆積1、減小電刷電流密度，降低電刷，改善電機(jī) 換向。2、在正常換向條件下，電刷長度與使用 壽 命成正比，在換向不良時(shí)，電刷燒損嚴(yán) 重、

13、正常磨損比例減小。3、低壓微型直流電機(jī)均選用金屬電刷，以 減小電壓降，但含銅量越多磨損越快，磨 擦系數(shù)越大易增大噪首。因此在不影響 性能的刖提下，盡量選用電阻系數(shù)高一 些的電刷。4、換向器因磨損后形成凹槽，影響了電 刷 的正常接觸，電刷產(chǎn)生跳動(dòng)及換向器積 灰發(fā)黑。彩銀銅換向器銅片及降低點(diǎn)壓 焊時(shí)的退火溫度都是提高換向器硬度的 有效方法。5、從客戶返回電機(jī)情況看，最多的是電機(jī) 電流增大、轉(zhuǎn)速降低直至電機(jī)失效v拆 檢發(fā)現(xiàn)換向器上未形成氧化膜，溝槽上 大量堆積黑灰，使換向器接觸面電壓降 增大，導(dǎo)致電機(jī)性能下降，嚴(yán)懲時(shí)電刷不 能與換向器接觸血處機(jī)。改善的措施是 選用耐磨好，石墨含量略高些的電刷， 提高

14、換向器表面的圓度及光潔度，減小 機(jī)械磨損確保電機(jī)不因電氣強(qiáng)度極限、 發(fā)熱強(qiáng)度極限超過而損傷，提高安全使 用的可靠f生v6、選用綜合性能高適應(yīng)性好的絕 緣 材料必要時(shí)選用高級別材料降級使6、綜合性能系指耐溫指數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度、操作工藝性等，用增加材料成本來換取長7、用的壽命及可靠性。7、對雙金屬片型過流保護(hù)器，其弧形大小過流保護(hù)器裝配操作工藝絕不能有所變動(dòng)，在裝配到位時(shí)，決不 可壓到金屬片，一旦弧度變小，斷開時(shí) 間會(huì)變短，這種故障失效在BZR02A中8、已發(fā)牛四次。提高冷壓連接及錫焊連接頭的可8、BZR02有一臺(tái)返回電機(jī)，拆檢發(fā)現(xiàn)是黑9、靠性引出線內(nèi)形接頭壓接不良，接觸電阻逐 步變大發(fā)熱加劇而破壞了正常的連接。因此各冷壓接點(diǎn)處應(yīng)加強(qiáng)首末檢及巡檢，錫焊連接處應(yīng)防止虛焊。10、采用合適的刷握彈簧結(jié)構(gòu)及材質(zhì)9、目前彩的螺旋彈簧在刷盒內(nèi)被壓縮而對 電刷產(chǎn)生壓力的方法結(jié)構(gòu)簡單，裝配方 便，但隨著電刷磨損，壓力變小，變化 率達(dá)50%以上。恒壓刷握的結(jié)構(gòu)使壓力 變化率控制在10%以下，有利于電刷、 換向器部位的正常運(yùn)行及減小噪音。采用渦卷彈簧結(jié)構(gòu)刷握彈簧應(yīng)選用熱退火溫度高，彈性穩(wěn)11、定的材質(zhì)制造。選用合適的電刷與刷盒之間的間10、微電機(jī)中用渦卷彈簧的徑向尺寸，加隙值長電刷有效長度，以延長電刷磨 損時(shí) 間。11、電刷在刷盒孔內(nèi)應(yīng)滑致動(dòng)