微型電機(jī)生產(chǎn)過程的常見不良分析及檢測(cè)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(jì)算機(jī)以及控制技術(shù)的迅速發(fā)展，微型電機(jī)行業(yè)取得了迅猛發(fā)展，長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)誕生了諸多電機(jī)制造企業(yè)。電機(jī)廠每天生產(chǎn)成千上萬(wàn)個(gè)甚至幾十萬(wàn)個(gè)電機(jī)，如何保證質(zhì)量與如何檢測(cè)是一個(gè)不容忽視的問題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是通過聽和看的方法，然后采用萬(wàn)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(jī)的好壞。這種測(cè)試方法不僅麻煩，而且效率極其低下，再加上專業(yè)的測(cè)試人員需要多年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)積累，才能從細(xì)微的波形變化中識(shí)別出電機(jī)的好壞。隨著電機(jī)產(chǎn)量的增大也造成了檢測(cè)人員的工作量增大，對(duì)于人力成本也是一種負(fù)擔(dān)。如若出現(xiàn)節(jié)假日或者工人離職等不可抗的因素，會(huì)造成產(chǎn)線的大面積停滯，給工廠的造成的損失相當(dāng)巨大[1]。因此自動(dòng)化檢測(cè)對(duì)于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)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(jī)的組成及生產(chǎn)工序特點(diǎn)，分析電機(jī)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(yīng)的檢測(cè)方法，結(jié)合自動(dòng)化產(chǎn)線特點(diǎn)，為保證微型電機(jī)的大批量和合格生產(chǎn)提供一些指導(dǎo)性意見和思路。

1 幾種常見的不良現(xiàn)象

微型電機(jī)在生產(chǎn)過程中存在不良現(xiàn)象，但不良現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的誘因不盡相同。電機(jī)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(dá)標(biāo)等[2]。幾種常見的不良現(xiàn)象如下。

1.1 空載電流過大

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從接入電源開始響應(yīng)至額定轉(zhuǎn)速為止的過程。啟動(dòng)電流過大將帶來以下不良后果，使驅(qū)動(dòng)電路電壓產(chǎn)生波動(dòng)，從而造成信號(hào)干擾或者旁路擾動(dòng)，繞組發(fā)熱老化，加劇電動(dòng)機(jī)使用壽命的衰減等。但是如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩則電動(dòng)機(jī)也將無(wú)法啟動(dòng)。因此，為了減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法。

電動(dòng)機(jī)空載電流過大的原因有組裝和返工不當(dāng)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(dòng)量不良

電機(jī)軸向竄動(dòng)的主要原因有定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心超差明顯、風(fēng)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(jī)定轉(zhuǎn)子磁力中心線自對(duì)正調(diào)節(jié)工序加劇竄動(dòng)量的顯性，即在反復(fù)調(diào)節(jié)的過程中，可能造成部分配合失準(zhǔn)或失效而造成竄動(dòng)量明顯。因配合問題出現(xiàn)軸與轉(zhuǎn)子間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或整體位移都是竄動(dòng)的一種表現(xiàn)。鐵芯與軸安裝采用過盈配合實(shí)現(xiàn)，一般軸的加工尺寸超差影響與鐵芯軸孔的配合時(shí)會(huì)顯性轉(zhuǎn)子鐵芯與軸之間的相對(duì)位置變化（軸向與徑向），竄動(dòng)量過大時(shí)會(huì)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(shí)軸承室配合異常造成軸承失效竄動(dòng)，這一現(xiàn)象一般采用孔用止動(dòng)擋圈和增加波形彈墊的方式來改善。風(fēng)冷系統(tǒng)軸向分力的波動(dòng)也會(huì)造成竄動(dòng)量顯性，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)特性波動(dòng)明顯、扇葉損傷以及靜平衡不佳等。

1.3 動(dòng)平衡不良

由靜不平衡導(dǎo)致的離心力在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小相等和相位相同的振動(dòng)，由動(dòng)不平衡導(dǎo)致的離心力的力偶在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小相等和相位相反的振動(dòng)。實(shí)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(dòng)不平衡離心力偶合共同作用在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小不等與相位不同的振動(dòng)。轉(zhuǎn)子的機(jī)械不平衡可以通過校平衡來加以消除。

1.4 電機(jī)異響

異響產(chǎn)生的可能原因有磨擦、撞擊、對(duì)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(dòng)，裝配游隙不合理等，對(duì)流現(xiàn)象受有機(jī)體類擾動(dòng)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(jī)體跨越其共振頻率時(shí)。振動(dòng)與噪聲在電機(jī)運(yùn)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(dòng)平衡檢測(cè)工段綜合分析振動(dòng)和由振動(dòng)導(dǎo)致的噪聲來源，常見的異響（機(jī)械振動(dòng)和噪聲）有動(dòng)平衡不良產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲、軸承類的噪聲（自身振動(dòng)和激振）等。

2 微型電機(jī)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化檢測(cè)探討

電機(jī)自動(dòng)化檢測(cè)包含兩類，一類是依托工序，在特定工序后設(shè)置一道檢測(cè)工序。另一類檢測(cè)是根據(jù)表征量，電機(jī)裝配完畢至出廠前，檢測(cè)電機(jī)的綜合性能是否達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 依托工序自動(dòng)化檢測(cè)

永磁直流微型電機(jī)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(jī)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(jī)組裝段。

2.1.1 轉(zhuǎn)子段

一般測(cè)量電機(jī)繞組絕緣電阻時(shí)分為繞組間絕緣電阻和對(duì)機(jī)殼絕緣電阻兩大類。當(dāng)中性點(diǎn)不易分離時(shí)，應(yīng)測(cè)量所有連在一起的繞組對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，有條件的可在繞線階段對(duì)個(gè)繞組進(jìn)行阻值篩查分選，以提高繞組集成良率。測(cè)試過程中，不參加測(cè)試部分應(yīng)與機(jī)殼連接并接地，測(cè)量結(jié)束后繞組放電處置。繞組絕緣電阻的自動(dòng)檢測(cè)策略如下，在繞線至中性點(diǎn)連接前可追加各繞組電阻值自動(dòng)測(cè)定以及工裝基準(zhǔn)絕緣電阻的測(cè)定，以便進(jìn)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(jī)導(dǎo)入干擾等。試走電測(cè)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(cè)工序?yàn)閯?dòng)平衡測(cè)試，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，若轉(zhuǎn)子質(zhì)心與軸心不重合且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大時(shí)，那么會(huì)造成電機(jī)出現(xiàn)異響，嚴(yán)重影響電機(jī)的壽命。

動(dòng)平衡測(cè)試就是為了檢測(cè)質(zhì)心，確定不平衡量的位置和大小，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，包括去重和加重兩種方式，關(guān)鍵技術(shù)是如何測(cè)試轉(zhuǎn)子不平衡量。文獻(xiàn)[3]提出了對(duì)不平衡的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的振動(dòng)量和波形監(jiān)測(cè)，根據(jù)算法找出不平衡量及不平衡相位。文獻(xiàn)[4]采用永久標(biāo)定法，通過測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)公式計(jì)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(cè)磁通的工序，以免出現(xiàn)磁極同性，或者由于機(jī)械損傷產(chǎn)生的磁碎而無(wú)法充磁，造成不穩(wěn)定的磁場(chǎng)，使電機(jī)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(cè)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(wú)法穩(wěn)定換向，最終影響電機(jī)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(cè)量膠蓋撥片、測(cè)磁底端面到定位圈、膠蓋撥片檢測(cè)、底端面到定位圈檢測(cè)、電樞入介子（墊片）、端蓋入電樞、預(yù)裝磁底和端蓋、電機(jī)封裝以及出廠前性能測(cè)試。工序比較多，關(guān)鍵組件的組裝工序后都有一個(gè)檢測(cè)到位工序。一些電機(jī)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(gè)治具固定電機(jī)，使用直線位移傳感器接觸扭簧的裝配位，符合預(yù)定值范圍則為合格品。

軸突虛位對(duì)于電機(jī)是非常重要的參數(shù)，虛位過大，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪音，虛位過小，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不良，在使用過程中會(huì)容易卡死，損壞電機(jī)，轉(zhuǎn)測(cè)測(cè)試時(shí)電機(jī)性能測(cè)試中最為常見的檢測(cè)手段之一。安裝完成后要測(cè)量軸突虛位，主要測(cè)試辦法為固定電機(jī)，測(cè)試夾具抱緊軸枝，并帶動(dòng)軸枝分別向磁底方向和端蓋方向運(yùn)動(dòng)到極限位置，分別用直線位移傳感器測(cè)量其位移值，與初始值進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，得到虛位值，符合預(yù)定值范圍則為合格品。而且電機(jī)軸枝上的齒輪裝配，裝配工序后也需要一個(gè)位移傳感器測(cè)量齒輪到軸端的距離的工序，以確保齒輪裝配合格。

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

2.2 根據(jù)表征量自動(dòng)化檢測(cè)

隨著中小功率直流電機(jī)市場(chǎng)需求的大幅增加，相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也跟著增加并日趨完善，因此也對(duì)電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)有了更高要求，對(duì)其出廠試驗(yàn)要求也更加嚴(yán)格。電機(jī)出廠前的試驗(yàn)包括電機(jī)噪聲、機(jī)械特性等參數(shù)測(cè)量和性能測(cè)量[5]。主要性能有NI性能、K特性、機(jī)械特性以及靜態(tài)扭矩等。測(cè)試電機(jī)負(fù)載下的機(jī)械特性方法主要有兩種，一種采用測(cè)功機(jī)，整個(gè)測(cè)試過程不需人工調(diào)節(jié)，機(jī)器自動(dòng)完成所有測(cè)試，可以得到單負(fù)載點(diǎn)性能或電機(jī)機(jī)械特性曲線和效率曲線等，另一種采用單負(fù)載點(diǎn)加載負(fù)載的形式[6]。

3 結(jié) 論

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，微型電機(jī)行業(yè)的市場(chǎng)需求量逐步擴(kuò)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(yīng)用。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，在微型電機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)革新的同時(shí)，對(duì)其質(zhì)控的要求越發(fā)追求高標(biāo)準(zhǔn)，以確保電機(jī)質(zhì)量。依托不良因素的特征現(xiàn)象，分析及精準(zhǔn)檢測(cè)定位，是電機(jī)生產(chǎn)制造體系中不可或缺的部分。