电机的寿命和可靠性

电机的寿命和可靠性

影响寿命和可靠性的关键因素

在国民经济和社会生活领域里，电机已经得到了越来越广泛的应用，电机的寿命及使用可靠性也越来越被人们所关注。在正常使用的条件下，电机的寿命一般定义为10―― 15年。传统的观念认为，影响电机寿命的主要因素是绝缘的老化，因此绝缘结构的确定、绝缘材料的选用，就成为电机设计制造的首要任务之一。

绝缘系统的选择主要取决于电机的电压等级和耐温要求，而同一等级使用哪一种绝缘材料，则要综合考虑其耐温要求，机械性能，电气性能及使用工艺性能等因素后最终选定。

电机对地绝缘（亦称主绝缘）的等级决定了电机的绝缘等级, 台电机上可以按不同部位的发热状况和使用要求，来选用不同等级的绝缘材料，而不必规定一台电机上所有的部位必须选用同一等级的绝缘材料。

微电机常用电气绝缘材料的耐热等级和允许的极限使用温度见

表1

电机各导电部件由于电位不同，因此须用绝缘材料将其分隔开。

按使用部位及功能的不同，常分为以下几种:

1、

对地绝缘：指电机带电部位与接地部位（如铁芯、机壳、轴等）之间隔开所用的绝缘，为环氧粉沫涂敷，DM［纤维纸，聚酯薄膜纸, 尼龙一体成型槽绝缘等。

2、匝间绝缘：指一个多匝绕成的线圈，电位不同相邻匝间的绝缘，微电机中一般是漆包线本身的外包漆作为匝间绝缘。

3、层间绝缘：指电枢线圈在槽内或端部上下层之间分隔开所用的绝缘，微电机中常用漆包线本身的外包漆作为层间绝缘。

4、相间绝缘：指放置于同一部位的电位不等的几种线圈之间隔离所用的绝缘，如交流电机不同相（A、B、C相）之间，不同激磁方式直流电机的激磁绕组（串激、复激、他激）及不同转速档（高速、中速、低速）各激磁线圈之间所用的绝缘。

二、合理设计一一电机寿命和可靠性的先天保证

电机设计是产品质量链中的第一环节，如果设计不合理，甚至不

正确，那么后道再完善的工艺及再精心的制作都将变成无效， 最终不 可能做出适用性好的、客户满意的产品。我们常听说这电机先天不足, 意即设计不好造成的。

电机设计的主要任务是按客户对产品的设计输入要求， 外形安装 要求，电机使用场合，负荷大小，工作环境条件，工作制长短等，通 过电路、磁路计算选取合理的发热和磁路参数， 决定电机各主要零部 件的关键尺寸，并通过这些主要条件进行机械强度计算， 最终绘制电 机主要零部件的工作图及总装图，设计时必须同时考虑到制作时良好 的工艺性及制造成本的经济合理性。

F 面列出一些直流微电机中常用的电磁计算公式及应控制的电磁

设计参数。

1、 P N =

其中：P N ――额定功率（瓦）

T N ---- 额定转矩（牛•米） n ——额定转速（转/分）

60aE N 108

N -----------------

P N n N

E N ――额定功况下的反电势（伏） p ——磁极对数

——电枢总导体数

I N N Da

其中:

N 每极额定磁通（高斯）

3、 A

其中：A ——电枢的线负荷（安/厘米）

I N ——电枢额定支路电流（安） Da ——电枢直径（厘米） . U N |N 3 4、T N 975 ------ 10 3

n N

其中：T N ---- 额定转矩（公斤•米）

电机额定效率

U N ――额定电压（伏）

5、R 二UI N

其中：P ――电机输入功率（瓦）

P

1 ——

P i

其中： P ――电机总损耗（瓦）

电机的主要发热和磁路参数有定子电流密度， 转子电流密度，电 电枢发热因素，每极磁通量，气隙磁通密度，电枢齿部磁

通密度等。

B ――气隙磁通密度（高斯） l a ——电枢铁心长度（厘米）

D 2l a ——电机有效体积，表征电机体积的大小

由上式可见，当选取较高的电磁发热参数（i 、A 、B ）时，电 机的额定转矩也相应增大，或可缩小电机的体积来达到相同的转矩, 但电机的制造难度及要求也相应提高。 另外由上式也可见，电机体积 的大小与其额定转矩成正比，而

枢线负载, 7、T N

0.16 i AB D ；l a 10 3

其中

i ——电机计算极弧系数

与其功率没有直接的关系。

三、精心制作—电机寿命和可靠性的主要保证

各种电机使用实践表明，电机损坏大多不是由于绝缘材料的自然老化，而是由于电机零部件制作过程中工艺不当，制造粗陋，留下隐患，而电机在运用过程中，绕组等部件受发热、磁场、机械外力、潮湿、化学、油污等各种因素的侵蚀，使其丧失使用功能而提前夭折的。

因此精心制作，减少隐患，是提高电机寿命和使用可靠性的主要保证。

对微型直流电动机，关键工序有换向器精车、电枢线与换向器之间的点压焊接、电枢动平衡，环氧粉末涂敷，绝缘处理，定子与转子的绕线等。

1、换向器精车：换向器是一个高速运转的部件，其工作面与电刷滑动接触并传送电能，因此要求其工作面必须是一个稳定的圆柱体，径向跳动小于等于，不得有凹片和凸片，表面光洁度要达到以下(相当于原7 ~ 8 )

换向器精车必须使用高精度的车床，床身和传动机构牢固、可靠、且应避免默默振动的影响。切屑量、切屑速度和走刀量要选取合理。

金刚石车刀由于硬度高、耐热性好，可以提高切削效率且避免粘刀现象，从而减小切削毛刺。提高了换向器表面的光洁度。

控制圆度是对换向器工作面检测评价的一项先进和实用的手段，比用百分表测径向跳动的宏观手段更精确，更深透，向微观检测迈出了关键的一步。

2、电枢导体与换向器钩之间的点压焊接（FUSING）

这是目前微型直流电机中最关键，最不稳定也是最难以控制的工序，它直接影响着电机的寿命和可靠性。

点压焊较锡铅合金钎焊及钨极惰性气体TIG 保护焊有着明显的优点，非常适合带钩的微型电机换向器与电枢导体的焊接，它是通过电阻焊时产生的高温高热，加热铜导体和钩子，熔化掉漆膜排挤掉接触面处的空气，推压并将它们粘附在一起。因此我们认为，通过点压焊接应使铜导体与换向片钩部之间有适度的粘附和熔焊，是本工序的关键要害所在，如果只达到熔化掉漆包线的漆膜，铜线与钩公有表面的接触，没有粘熔的状态，则该处的焊接电阻将是不稳定的，一旦该连接处的状态有所变化（如外力移位及漆液渗入），焊接电阻将逐步变大，发热加剧，直到该连接点脱开而不能正常使用。

目前公司所有电机电枢的焊接电阻控制值均为0.3m Q，如果点压焊良