家用風扇異步電機質量異常分析及對策

賀 雷 焦 鵬 寧寶勝 李 雪

（1.珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000；2.石家莊格力電器小家電有限公司 石家莊 050035）

引言

電風扇是一種采用電機驅動風葉旋轉，加速局部空氣流動，產生風動效應的家用電器，由于其具有耗電低、操作簡單、便于移動、價格低廉等特點，深受廣大消費者的青睞，在家用場景中普及率很高。電機是電風扇的核心動力，主要由定子、轉子、繞組、熱保護器、轉軸、罩殼等組成。通常電機售后批質量問題均為電機設計和生產制造過程中的缺陷和不足導致，本文結合實際售后故障電機的失效模式進行分析，研究電機失效的原因并針對失效點制定優化措施。

1 電機常見質量問題

電風扇異步電機常見質量問題有噪音（電磁噪音、摩擦噪音、軸承音等）、耐壓不良、斷路不通電、功率異常、軸銷變形、啟動異常等[1,2]。作者對2021年銷售的某款電風扇售后質量反饋進行復核，統計電機故障導致的風扇使用異常，此異步電機重點質量問題有熔斷體保護熔斷、PCB 板與接線柱位置抽頭斷開、電機繞組斷路及短路、尾牙箱卡死、PCB 板焊點打火、電機支承軸歪斜、電機低壓不啟動。

2 電機常見質量問題優化建議

2.1 電機低壓不啟動

電機低電壓不啟動，主要有電機端蓋偏心和電機啟動力矩不足兩方面原因。電機端蓋偏心會引起電機軸偏位卡緊存在死點，低壓情況下啟動力矩不足無法啟動，嚴重的偏心用手轉動電機軸可感受到明顯的卡滯感，屬電機過程制造異常。電機啟動力矩不足為結構設計缺陷，設計階段可靠性驗證不充分。

優化建議：針對電機端蓋偏心問題制造過程可制作同軸度套檢工裝，100 %全檢端蓋同軸度進行控制。針對電機設計啟動力矩不足，可通過適當增加定子鐵芯疊厚和減少轉子鋁環厚度來提高啟動力矩，結合負載需求保證啟動力矩裕量，風扇生產過程在線檢驗使用低電壓187 V 全檢啟動性能，保證在售后電網波動情況下的使用可靠性。

2.2 電機支承軸歪斜

電機支承軸歪斜，為電機及整機運輸過程導致，裝整機后導致機頭傾斜；經對過程排查，發現電機生產過程中固定端蓋與支撐軸鉚壓異常、電機周轉運輸碰撞，以及風扇整機出現暴力運輸時會導致承軸歪斜，如圖2所示。

圖1 某款風扇異步電機售后故障統計分類

圖2 電機承軸歪斜圖及全檢工裝

優化建議：電機生產過程中制作限位槽工裝對端蓋進行全檢，保證端蓋尺寸及外形合格，加強電機過程檢驗控制；改善整機包裝設計，確保意外暴力運輸時風扇機頭部分的充分防護。

2.3 PCB 板焊點打火

PCB 板焊點打火，主要為焊點脫焊、虛焊導致。根據故障件脫焊現象和電機生產過程排查，發現PCB 板引線焊接后引腳偏長，處理偏長引腳時使用了切刀，在剪切過程中引腳焊點受力過大導致引腳焊點損傷脫裂，此時焊接處于虛焊的似接非接的狀態，當電機通電運行時出現打火損壞，如圖3所示。

圖3 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開圖

優化建議：電機PCB 板引線焊接前，確定好引腳長度，對引腳進行預處理，保證焊接后一次到位，不允許焊接后使用切刀切割引腳或斜口鉗剪切引腳。預處理引腳長度同時可避免切下引腳成為機內異物的風險。

2.4 尾牙箱卡死

電機尾牙箱卡死，為電機裝配過程異物進入齒輪箱導致；對尾牙箱結構進行分析，發現尾牙箱過線扣孔（模具方便脫模）過大，裝配電機尾牙箱時掉入螺釘，如圖4所示；螺釘卡死尾牙箱齒輪導致風扇開機無法轉動。

圖4 電機尾牙箱掉入螺釘圖

優化建議：結構設計盡量避免尾牙箱開孔，杜絕異物進入隱患；必須開孔時可采用膠紙封孔或根據電機裝配各崗位涉及螺釘尺寸對尾牙箱開孔尺寸進行管控，確保開孔尺寸小于螺釘。

2.5 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開

PCB 板與接線柱位置抽頭斷開，主要有抽頭在繞線柱上繞線過高和抽頭存在繃緊兩方面原因。抽頭繞線過高會導致電機PCB 板自動焊接時，自動焊錫設備下沉壓傷漆包線，由于漆包線浸漆處理過，引線未完全脫離繞線柱，還能正常工作，廠內不易檢出，而在售后長時間運轉后受熱導致斷線[3,4]。抽頭過于繃緊拉直，電機生產檢測不易發現，但在使用過程中受電機振動及應力影響下會被崩斷，如圖5所示。

圖5 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開圖

優化建議：針對抽頭在繞線柱上繞線過高問題，電機骨架結構應優化增加支撐柱，同時引線收線時繞在繞線柱根部，可杜絕焊接PCB 板過程壓傷漆包線。針對抽頭過于繃緊問題，電機生產制造過程應嚴格執行搪錫留2 圈以上預留圈，不允許單點焊接，預留圈纏繞后不能出現漆包線繃緊拉直情況，保證抽頭適當放松，避免出現漆包線繃緊。以上兩點需納入電機生產工藝規范和檢驗規范嚴格管控。

2.6 電機繞組斷路及短路

電機繞組斷路及短路，主要為電機端蓋裝配及電風扇機頭裝配時批頭誤碰繞組導致漆膜及銅線損傷。根據故障電機繞組斷裂位置、狀態和電機、電風扇裝配過程排查，發現員工在裝配電機端蓋螺釘、機頭電機固定螺釘時，批頭打滑順著電機散熱孔戳入電機內部，將繞組戳傷、戳斷，如圖6所示。漆包線若直接斷線通電檢測時可以檢出，但戳傷無法識別，在經運輸及長期運行后完全斷裂，導致電機不轉。

圖6 電機繞組斷路圖

優化建議：在電機設計階段保證電機溫升符合要求及受控的條件下，對電機罩殼上的腰型散熱孔尺寸進行優化孔型設計，杜絕批頭戳入隱患；或在生產時根據腰型散熱孔尺寸對批頭進行改良增加擋塊，確保批頭戳入長度碰不到繞組。

2.7 一次性熔斷體熔斷

熔斷體作為電機熱保護器，當電機內部溫度超過其設計溫度且保持一定時間時，合金絲便會熔斷切斷電路，實現對系統電路的保護[5]。因價格優勢在電機上代替可復位溫控器普遍使用。售后熔斷體熔斷電機合金絲熔斷存在蘑菇頭狀圖7（a）和紡錘體狀圖7（b）兩種形貌。經實驗驗證蘑菇頭狀和紡錘體狀分別對應的失效原因為整機電流過載和負載過載。電流過載主要是漆包線在電機生產過程中防護不當受損，長期運行后受熱加速絕緣層損傷出現短路現象，產生短時過載大電流，導致熔斷體合金自身迅速升溫熔斷。負載過載主要是風葉卡死堵轉異常時，電機運行溫升達到合金絲的熔點，導致熔斷體合金熔斷。

圖7 熔斷體電流過載熔斷及環溫過高熔斷狀態

優化建議：針對電流過載，電機生產過程應當保證電機裝配、擺放、運輸等過程中漆包線重點防護，防止漆包線損傷。同時需充分驗證繞組類感性器件工作時對熔斷體合金絲感應電流的影響，合理選型熔斷體；針對電機負載過載，在風扇結構設計上避免產品出現堵轉等電機負載過載情況，同時考慮選用可復位限溫器。

4 結論

通過對電風扇異步電機售后故障的統計分析，確認故障率較高的電機質量異常主要由零部件結構尺寸設計不合理、電機生產過程工藝操作不規范、使用場景引起的電機過流過載、周轉運輸防護不到位等導致。針對具體失效點本文結合實際產品設計、制造過程提出切實可行的整改優化方案。異步電機開發階段除進行標準實驗外，還應結合實際負載匹配、終端用戶使用場景充分驗證電機負載可靠性，在制造階段對各工序進行PFMEA分析，識別工藝方案的隱患點逐項改進，發揮工裝檢具的重要作用控制不良品。本文異步電機常見質量異常的分析有助于電機制造商有效降低電機售后故障率，提高產品整體質量及可靠性。