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-電機(jī)的壽命和可靠性絕緣一響壽命和可靠T生的尖鍵因素在國民經(jīng)濟(jì)和社會生活領(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10-15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，電氣性能及使用工藝性

2、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Co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B13080左母帶（B） DMD纖維紙（B）3240環(huán)氧布板1132環(huán)氧漆F155100DMD (F)占母帶(F)H180125聚酰亞胺薄膜，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

3、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

4、圈之間所用的絕緣。x合理設(shè)計一電機(jī)春命和可靠 T生的先天保證電機(jī)設(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量鏈中的第一環(huán)節(jié)，如果設(shè)計不合理，甚至不正確，那么后 道再 完善的工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)計不好造成的。電機(jī)設(shè)計的主要任務(wù)是按客戶對產(chǎn)品的設(shè)計輸入要求，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，并通過這些主要條件進(jìn)行 機(jī)械強(qiáng)度計算，最終繪制電機(jī)主要零部件的工作圖及總裝圖，設(shè)計時必須同時考慮到制作時良好的工藝性及制造成本的經(jīng)濟(jì)合理性。下

5、面列出一些直流微電機(jī)中常用的電磁計算公式及應(yīng)控制的電磁設(shè)計參數(shù)。1、PN =其中：Pn一額定功率（瓦）TN額定轉(zhuǎn)矩（牛？米）I1N-額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）2、oy皺空竺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電樞的線負(fù)荷（安/厘米）IN電樞額定支路電流（安）Dl電樞直徑俯米）4、Tn 二 975 巴巴 xEHA其中：Tn 一 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：PI 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

6、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)計算極弧系數(shù)B$n隙磁通密度（高斯）la -電樞鐵心長度俯米）DM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，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另外由上式也可見，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。工精心制作一電機(jī)壽命和可靠性的主要保證各種電機(jī)使用實踐表明，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

7、下隱患，而電機(jī)在運用過程中，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。對微型直流電動機(jī)，矢鍵工序有換向器精 車、電樞線與換向器之間 的點壓焊接、電樞動平衡，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：換向器是一個高速運轉(zhuǎn)的部件，其工作面與電刷滑動接觸并傳送電能，因此要求其工作面必須是一個穩(wěn)定的圓柱體，徑向跳動小于等于，不得有 凹片和凸片，表面光潔度要達(dá)到以下（相當(dāng)于原 V7換向器精車必須使用高精度的車床，床身和傳動機(jī)構(gòu)牢固、可靠、且應(yīng)避免默默振動的影響。切

8、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的一項先進(jìn)和實用的手段，比用百分表測徑向跳動的宏觀手段更精確，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，它直接膨響著電機(jī)的壽命和可靠性。點壓焊較錫鉛合金釬焊及鶴極惰性氣體 TIG保護(hù)焊有著明顯的優(yōu)點，非常適合 帶鉤的微型電機(jī)換向器與電樞導(dǎo)體的焊接，它是通過電阻焊時產(chǎn)生的高溫高熱，力 1熱銅導(dǎo)體和鉤子，熔化掉漆膜排

9、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（如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 0? 3mQ,如果點壓焊良好，則達(dá)到 0.3mQ以下不是問題 但各電機(jī)的情況是不平衡的。以 BZY17為最差，首次檢的不合 格率 為1/3，經(jīng)三次點焊后仍不過尖而報廢的還有 10%,還有一些電機(jī)較差如BZ

10、R14、 16及 BZR01,而以BZR11、13為最好。在點壓焊機(jī)中，現(xiàn)用的DNH焊機(jī)具有一系列的優(yōu)點，如溫度監(jiān)控器控制焊點的溫度，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壓焊時選用。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)變動的試驗，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)， 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的壽命試驗時要求那

11、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

12、工作時間的長短，分連續(xù)工作制（S1）、短時工作制（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，對電 機(jī)的設(shè)計和制造帶來很高的要求。預(yù)期效果采取的措施加大電刷載面積加長電刷長度3、選用電阻系數(shù)高、磨擦系數(shù)小的刷4、提高換向器的硬度，嗇其耐磨性5、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，電 刷燒 損嚴(yán) 重、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

13、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)生跳動及換向 器積 灰發(fā)黑。彩銀銅換向器銅片及降 低點壓 焊時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

14、安全使 用的可靠f生選用綜合性能高適應(yīng)性好的絕緣材料必要時選用高級別材料降級使過流保護(hù)器裝配操作工藝提高冷壓連接及錫焊連接頭的可 靠性采用合適的刷握彈簧結(jié)構(gòu)及材質(zhì)采用渦卷彈簧結(jié)構(gòu)選用合適的電刷與刷盒之間的間隙值按電機(jī)防護(hù)要求，做到壽命期內(nèi)密封性能不降低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 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 絕不能有所變動，在裝配到位時，決不可壓到金屬片，一旦弧度變小，斷開時間會變短，這種故障失效在 BZR02A中 已發(fā)牛四次。8、BZR02有一臺返回電機(jī)，拆檢發(fā)現(xiàn)是 黑 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。 因此各冷壓接點處應(yīng)加強(qiáng)首末檢及巡 檢，錫焊連接處應(yīng)防止虛焊。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行 及減小噪音。刷握彈簧應(yīng)選用熱退火溫度高，彈性穩(wěn) 定的材質(zhì)制造。10、微電機(jī)中用渦卷彈簧的徑向尺寸，加長電刷有效長度，以延長電刷磨 損