微型電機生產(chǎn)過程的常見不良分析及檢測方法探討

趙 倩，劉仁武

（1.深圳清研裝備科技有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市菲森科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

近年來，隨著電子、計算機以及控制技術(shù)的迅速發(fā)展，微型電機行業(yè)取得了迅猛發(fā)展，長三角和珠三角地區(qū)誕生了諸多電機制造企業(yè)。電機廠每天生產(chǎn)成千上萬個甚至幾十萬個電機，如何保證質(zhì)量與如何檢測是一個不容忽視的問題。傳統(tǒng)的檢測方法是通過聽和看的方法，然后采用萬用表或示波器的波形圖顯示，由專業(yè)的人員觀看與判斷電機的好壞。這種測試方法不僅麻煩，而且效率極其低下，再加上專業(yè)的測試人員需要多年的檢測經(jīng)驗積累，才能從細微的波形變化中識別出電機的好壞。隨著電機產(chǎn)量的增大也造成了檢測人員的工作量增大，對于人力成本也是一種負擔。如若出現(xiàn)節(jié)假日或者工人離職等不可抗的因素，會造成產(chǎn)線的大面積停滯，給工廠的造成的損失相當巨大[1]。因此自動化檢測對于實現(xiàn)電機的自動化生產(chǎn)、減低人工成本以及提高生產(chǎn)良率具有十分重要的意義。

本文根據(jù)微型電機的組成及生產(chǎn)工序特點，分析電機生產(chǎn)過程中的不良因素，并根據(jù)不良因素產(chǎn)生的常見現(xiàn)象來探討相應的檢測方法，結(jié)合自動化產(chǎn)線特點，為保證微型電機的大批量和合格生產(chǎn)提供一些指導性意見和思路。

1 幾種常見的不良現(xiàn)象

微型電機在生產(chǎn)過程中存在不良現(xiàn)象，但不良現(xiàn)象對應的誘因不盡相同。電機產(chǎn)生的不良因素很多，根據(jù)生產(chǎn)過程分析，不良的因素包括但不限于換向器不同心、繞線斷線、換向片焊腳焊接不良（虛焊）、絕緣線破損、定位圈不同心、轉(zhuǎn)子不平衡以及組裝不達標等[2]。幾種常見的不良現(xiàn)象如下。

1.1 空載電流過大

電動機啟動是指電動機從接入電源開始響應至額定轉(zhuǎn)速為止的過程。啟動電流過大將帶來以下不良后果，使驅(qū)動電路電壓產(chǎn)生波動，從而造成信號干擾或者旁路擾動，繞組發(fā)熱老化，加劇電動機使用壽命的衰減等。但是如果啟動轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩則電動機也將無法啟動。因此，為了減小電動機啟動電流，應當采用適當?shù)膯臃椒ā?/p>

電動機空載電流過大的原因有組裝和返工不當或空隙過大、鐵芯性能不良、硅鋼片沖模、磨損飛邊明顯以及絕緣噴涂不良等，造成片間絕緣損壞，誘發(fā)空載電流大。

1.2 軸向竄動量不良

電機軸向竄動的主要原因有定轉(zhuǎn)子磁場中心超差明顯、風冷系統(tǒng)軸向分力、外力作用以及裝配異常等，也可以是以上因素的任意組合。電機定轉(zhuǎn)子磁力中心線自對正調(diào)節(jié)工序加劇竄動量的顯性，即在反復調(diào)節(jié)的過程中，可能造成部分配合失準或失效而造成竄動量明顯。因配合問題出現(xiàn)軸與轉(zhuǎn)子間有相對運動或整體位移都是竄動的一種表現(xiàn)。鐵芯與軸安裝采用過盈配合實現(xiàn)，一般軸的加工尺寸超差影響與鐵芯軸孔的配合時會顯性轉(zhuǎn)子鐵芯與軸之間的相對位置變化（軸向與徑向），竄動量過大時會出現(xiàn)端蓋與轉(zhuǎn)子端部磨損擠壓變形和繞組變形磨損絕緣失效等。同時軸承室配合異常造成軸承失效竄動，這一現(xiàn)象一般采用孔用止動擋圈和增加波形彈墊的方式來改善。風冷系統(tǒng)軸向分力的波動也會造成竄動量顯性，如風扇轉(zhuǎn)動特性波動明顯、扇葉損傷以及靜平衡不佳等。

1.3 動平衡不良

由靜不平衡導致的離心力在兩個支座上產(chǎn)生大小相等和相位相同的振動，由動不平衡導致的離心力的力偶在兩個支座上產(chǎn)生大小相等和相位相反的振動。實際中最常碰到的還是混合不平衡，這是殘余靜不平衡離心力和動不平衡離心力偶合共同作用在兩個支座上產(chǎn)生大小不等與相位不同的振動。轉(zhuǎn)子的機械不平衡可以通過校平衡來加以消除。

1.4 電機異響

異響產(chǎn)生的可能原因有磨擦、撞擊、對流、放電以及共振等。摩擦有電刷與換向器軸和軸承、軸與小殼、軸承與介子、電刷和換向器以及其他異常摩擦情景，撞擊有轉(zhuǎn)子的竄動，裝配游隙不合理等，對流現(xiàn)象受有機體類擾動氣流的影響，放電一般在環(huán)境濕度大的情景下且電磁聲更明顯，共振多發(fā)生在機體跨越其共振頻率時。振動與噪聲在電機運行過程較為常見，誘發(fā)因素很多。多數(shù)情況下，在轉(zhuǎn)子動平衡檢測工段綜合分析振動和由振動導致的噪聲來源，常見的異響（機械振動和噪聲）有動平衡不良產(chǎn)生的振動和噪聲、軸承類的噪聲（自身振動和激振）等。

2 微型電機生產(chǎn)過程中的自動化檢測探討

電機自動化檢測包含兩類，一類是依托工序，在特定工序后設(shè)置一道檢測工序。另一類檢測是根據(jù)表征量，電機裝配完畢至出廠前，檢測電機的綜合性能是否達到出廠標準。

2.1 依托工序自動化檢測

永磁直流微型電機的主要由定子、轉(zhuǎn)子以及端蓋3大基本結(jié)構(gòu)組件組成。根據(jù)永磁直流微型電機的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程分為四段式生產(chǎn)，即轉(zhuǎn)子段、定子段、端蓋段以及電機組裝段。

2.1.1 轉(zhuǎn)子段

一般測量電機繞組絕緣電阻時分為繞組間絕緣電阻和對機殼絕緣電阻兩大類。當中性點不易分離時，應測量所有連在一起的繞組對機殼的絕緣電阻，有條件的可在繞線階段對個繞組進行阻值篩查分選，以提高繞組集成良率。測試過程中，不參加測試部分應與機殼連接并接地，測量結(jié)束后繞組放電處置。繞組絕緣電阻的自動檢測策略如下，在繞線至中性點連接前可追加各繞組電阻值自動測定以及工裝基準絕緣電阻的測定，以便進一步篩選出繞組不良的定位，如繞線斷絲、絕緣層不良以及其他繞線機導入干擾等。試走電測電阻工序可以防止圈仔焊接不良等問題。轉(zhuǎn)子段很關(guān)鍵的一道檢測工序為動平衡測試，電機在旋轉(zhuǎn)過程中，若轉(zhuǎn)子質(zhì)心與軸心不重合且轉(zhuǎn)動慣量過大時，那么會造成電機出現(xiàn)異響，嚴重影響電機的壽命。

動平衡測試就是為了檢測質(zhì)心，確定不平衡量的位置和大小，然后根據(jù)測量結(jié)果進行校正，包括去重和加重兩種方式，關(guān)鍵技術(shù)是如何測試轉(zhuǎn)子不平衡量。文獻[3]提出了對不平衡的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中的振動量和波形監(jiān)測，根據(jù)算法找出不平衡量及不平衡相位。文獻[4]采用永久標定法，通過測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速信號和振動信號，經(jīng)公式計算確定不平衡量的位置和大小。

2.1.2 定子段

生產(chǎn)包含的過程為鐵殼上料、壓入銅杯士（軸承）、搽膠、磁鐵彈簧夾上料、壓入磁鐵和彈簧夾、焗干以及充磁。在充磁工序后面可增加一道檢測磁通的工序，以免出現(xiàn)磁極同性，或者由于機械損傷產(chǎn)生的磁碎而無法充磁，造成不穩(wěn)定的磁場，使電機性能不良。

2.1.3 端蓋段

生產(chǎn)包含的過程為插頭沖壓、電刷片沖壓、插頭組裝、炭精組裝、電刷片整形、電容組裝以及焊錫等。電刷片整形工序后可以增加電刷片角度檢測工序，以免因電刷片的整形不良造成電刷片與換向器接觸不良，無法穩(wěn)定換向，最終影響電機的性能。

2.1.4 組裝段

組裝段是組裝定子、轉(zhuǎn)子以及端蓋的過程，它包含的過程為測量膠蓋撥片、測磁底端面到定位圈、膠蓋撥片檢測、底端面到定位圈檢測、電樞入介子（墊片）、端蓋入電樞、預裝磁底和端蓋、電機封裝以及出廠前性能測試。工序比較多，關(guān)鍵組件的組裝工序后都有一個檢測到位工序。一些電機有裝配扭簧的工序，扭簧用于壓緊碳刷與換向器，裝配完成后需要用一個治具固定電機，使用直線位移傳感器接觸扭簧的裝配位，符合預定值范圍則為合格品。

軸突虛位對于電機是非常重要的參數(shù)，虛位過大，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動松動會產(chǎn)生噪音，虛位過小，電機轉(zhuǎn)動不良，在使用過程中會容易卡死，損壞電機，轉(zhuǎn)測測試時電機性能測試中最為常見的檢測手段之一。安裝完成后要測量軸突虛位，主要測試辦法為固定電機，測試夾具抱緊軸枝，并帶動軸枝分別向磁底方向和端蓋方向運動到極限位置，分別用直線位移傳感器測量其位移值，與初始值進行相應的運算，得到虛位值，符合預定值范圍則為合格品。而且電機軸枝上的齒輪裝配，裝配工序后也需要一個位移傳感器測量齒輪到軸端的距離的工序，以確保齒輪裝配合格。

異響測試可以用共鳴箱擴大聲音。轉(zhuǎn)速作為電機性能表征值之一時，其測試覆蓋面不限于空載測試、流速測試、風葉負載測試、測靜態(tài)扭矩、測空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、試圈仔、試電壓、試電流以及NI性能測試等。業(yè)界較為常見的有閃光測試儀和激光測速儀等。

2.2 根據(jù)表征量自動化檢測

隨著中小功率直流電機市場需求的大幅增加，相應的行業(yè)標準也跟著增加并日趨完善，因此也對電機的各項性能指標有了更高要求，對其出廠試驗要求也更加嚴格。電機出廠前的試驗包括電機噪聲、機械特性等參數(shù)測量和性能測量[5]。主要性能有NI性能、K特性、機械特性以及靜態(tài)扭矩等。測試電機負載下的機械特性方法主要有兩種，一種采用測功機，整個測試過程不需人工調(diào)節(jié)，機器自動完成所有測試，可以得到單負載點性能或電機機械特性曲線和效率曲線等，另一種采用單負載點加載負載的形式[6]。

3 結(jié) 論

隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，微型電機行業(yè)的市場需求量逐步擴大，在汽車、儀器設(shè)備、精密制造、智能制造領(lǐng)域以及小型化、智能化、微控等都得到廣泛應用。在市場經(jīng)濟環(huán)境下，在微型電機生產(chǎn)制造技術(shù)革新的同時，對其質(zhì)控的要求越發(fā)追求高標準，以確保電機質(zhì)量。依托不良因素的特征現(xiàn)象，分析及精準檢測定位，是電機生產(chǎn)制造體系中不可或缺的部分。