淺析電動工具用串勵電機轉(zhuǎn)子繞組絕緣處理

徐阿蘭，徐良達

（ 康平科技（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215131 ）

淺析電動工具用串勵電機轉(zhuǎn)子繞組絕緣處理

徐阿蘭，徐良達

（ 康平科技（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215131 ）

以轉(zhuǎn)子繞組為例，對絕緣漆的選用和技術(shù)指標、滴漆工藝過程和工藝處理及滴漆質(zhì)量檢查作介紹，通過細致的抽樣方案，分析常見的滴漆問題并提出解決方法。

電機；電動工具；繞組；絕緣處理；滴漆

0 引言

在電動工具相關(guān)產(chǎn)品中，常見的電機失效現(xiàn)象表現(xiàn)為：碳刷或換向器磨損過度、換向器短路、軸（齒）磨損嚴重、匝間不良、繞組燒毀等。其中，匝間不良、繞組燒毀較大程度與繞組的絕緣性能相關(guān)。對于繞組的絕緣處理方式通常采用滴漆式（轉(zhuǎn)子）和浸漆式（定子）。本文以轉(zhuǎn)子為例，對滴漆過程進行簡單分析，文中所述繞組均為轉(zhuǎn)子繞組。

1 概述

繞組經(jīng)滴漆處理后，繞組間填充的絕緣漆絕緣強度遠高于空氣的絕緣強度，從而提高繞組的電氣強度；繞組之間及繞組線圈與線圈間的間隙被絕緣漆填充滿，使得繞組粘結(jié)成一個整體，提高了繞組的機械強度；固體導(dǎo)熱比空氣導(dǎo)熱快，形成一個整體后的繞組熱量更易散發(fā)，提高了繞組的導(dǎo)熱性能及耐熱性能；繞組及絕緣材料孔隙間填滿絕緣漆后可提高耐潮性。此外，經(jīng)滴漆處理后的漆膜還能防止絕緣材料直接與有害的化學(xué)物質(zhì)接觸而破壞絕緣性能。

2 絕緣處理

在轉(zhuǎn)子制造過程中，繞組經(jīng)嚴格的滴漆絕緣處理，使絕緣漆將繞組間隙填滿、烘干、粘牢形成整體，并在繞組表面形成堅固有彈性的漆膜。

2.1 絕緣漆分類

絕緣漆有多種，耐溫等級各不相同，可分為A級（105℃）、E級（120℃）、B級（130℃）、F級（155℃）和H級（180℃），各生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)具體產(chǎn)品的要求來選擇不同特性的絕緣漆。

1）按溶劑組成分類

有溶劑漆，含有惰性溶劑，在漆的成膜過程中逐漸揮發(fā)，不參與漆基的化學(xué)反應(yīng)，固化劑參與漆基的反應(yīng)形成漆膜；無溶劑漆，沒有惰性溶劑，固化劑參與漆基的反應(yīng)形成漆膜。

2）按干燥方式分類

氣干漆：能在室溫條件下形成漆膜的漆；烘干漆：需要在一定溫度下烘焙才能形成漆膜的漆，俗稱烤漆。轉(zhuǎn)子用絕緣漆多為烘干漆。

3）按組成分分類

環(huán)氧型樹脂和不飽和聚酯型樹脂。環(huán)氧型樹脂：有環(huán)氧基的高分子化合物。常溫下粘度低，滲透性好，可低溫迅速固化，粘結(jié)力強，防潮性能好，電性能優(yōu)越，且有鐵芯防銹性及表面罩光效果。固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，機械性能高，介電性能良好、耐表面漏電、耐電弧優(yōu)良，收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好等特點；不飽和聚酯型樹脂：常溫下滲透性好，與漆包線相容性好，固化物熱變形溫度高，電氣、機械性能好。該樹脂不可與環(huán)氧一酸酐樹脂相混，也不可混有甲苯類惰性溶劑。

2.2 技術(shù)指標

1) 環(huán)氧型樹脂（以1146雙組分為例），見表1。

2）不飽和聚酯型樹脂(以0840雙組分為例)技術(shù)指標，見表2。

表1 環(huán)氧型樹脂

表2 不飽和聚酯型樹脂

3）改性不飽和聚酯型樹脂(以R-510雙組分為例)技術(shù)指標，見表3。

4）上述幾種類型漆的配比（重量比），見表4。

表3 改性不飽和聚酯型樹脂

表4 各類絕緣漆配比

2.3 滴漆機選擇

滴漆機應(yīng)選用熱風(fēng)循環(huán)型烘箱。熱風(fēng)循環(huán)烘箱一般采用加熱管，利用風(fēng)機循環(huán)送風(fēng)，風(fēng)向為垂直。加熱器安裝位置可在底部、頂部或兩側(cè)，采用數(shù)顯智能儀表控制不同區(qū)域的溫度，見圖1。

圖1 熱風(fēng)循環(huán)烘箱（滴漆機）結(jié)構(gòu)

2.4 滴漆過程

滴漆由預(yù)烘（預(yù)熱）、滴漆、凝膠、固化（烘干）數(shù)個過程組成。

1)預(yù)烘（預(yù)熱）

預(yù)烘（預(yù)熱）的目的是將繞組、槽絕緣、鐵芯中的潮氣去除，從而提高繞組的滴漆質(zhì)量并在滴漆時保證繞組的必要溫度。轉(zhuǎn)子由裝卸位置進入預(yù)烘位置，烘道預(yù)烘溫度為110℃～150℃，預(yù)烘時間為20 min～40 min，也可依據(jù)轉(zhuǎn)子大小進行工藝驗證，確認預(yù)烘溫度及預(yù)烘時間，通過設(shè)定滴漆機的溫度參數(shù)、程序時間等來保證。

如預(yù)烘（預(yù)熱）時間過短、烘道溫度不夠，潮氣未排盡可能引起氣泡，使后續(xù)滴漆時絕緣漆受潮氣阻礙，無法完全滲透至繞組。

2）滴漆

將漆逐滴滴落至已加熱的轉(zhuǎn)子繞組上，滲透至繞組間，從而將繞組間隙填充布滿。轉(zhuǎn)子從預(yù)烘烘道進入滴漆的位置并開始旋轉(zhuǎn)。滴漆時，漆從繞組端部滴入，滴漆時間一般為40 s～120 s，以保證轉(zhuǎn)子的掛漆量，避免因掛漆過多滴漏或殘留于轉(zhuǎn)子鐵芯外表面。

滴漆時的工件溫度為80℃～100℃，如工件溫度過高，則絕緣漆在工件表面迅速形成漆膜，從而堵住了絕緣漆滲入的路徑，造成滲透不完全的后果；內(nèi)部的空氣在排氣過程中將漆膜鼓起，甚至破裂，在繞組表面形成數(shù)個小孔，影響滴漆質(zhì)量；如工件溫度過低，潮濕空氣進入到繞組內(nèi)部，使絕緣漆滲透至繞組間隙時受阻，導(dǎo)致滲透不完全。溫度過高和過低都可引起氣泡。

雙組分絕緣漆混合時，必須按比例要求將各組分充份混合均勻，以避免可能會發(fā)生的氣泡、固化不充分、漆膜表面發(fā)粘或漆膜易剝離等現(xiàn)象。

3)凝膠

點狀實體通常作為一個實體獨立存在，可分為無高度的點狀實體（如控制點、各種井蓋等）和帶有高度的點狀實體（如電桿、路燈等）。對于無高度的點狀實體，通常由點狀符號表示，它的位置也就是其特征點的位置，只要用一個三維點即可確定其空間位置，即用一個地表點予以精確定位。對于帶有高度的點狀實體，則由體狀符號表示，需要用一個三維點確定空間位置，一個數(shù)字確定高度，即用高度點予以描述。

凝膠過程是使絕緣漆在繞組間及繞組表面由液態(tài)漸變到固體狀態(tài)的過程。滴漆工序完成后，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，進入凝膠區(qū)域，一般保證轉(zhuǎn)子溫度處于110℃～125℃。

此過程中，溫度過高使得繞組表面漆膜過快形成，內(nèi)部空氣在排氣過程中同樣可致使漆表面產(chǎn)生氣泡。同時，繞組表面漆膜過快，導(dǎo)致后道工序需要花更長的時間才能固化內(nèi)部的絕緣漆。故適當?shù)臏囟扔欣谀z質(zhì)量。

4)固化

固化是可聚合的高分子化合物經(jīng)聚合和（或）交聯(lián)而轉(zhuǎn)變成比較穩(wěn)定的固體的過程。固化過程使繞組表面及繞組間的絕緣漆形成一個牢固的整體。表5為常見的滴漆工藝。

表5 常見的滴漆工藝

上述四個工序過程中的工藝參數(shù)：滴漆機程序節(jié)拍、滴漆流量（掛漆量）、溫度和時間等都應(yīng)根據(jù)實際的轉(zhuǎn)子來進行工藝驗證，記錄工藝參數(shù)并按此來指導(dǎo)生產(chǎn)。需注意的是：滴漆機在大修后及滴漆質(zhì)量有問題時必須重新進行工藝參數(shù)驗證。表6所示為滴漆常見不良現(xiàn)象及解決方法。為保護生活環(huán)境與生態(tài)環(huán)境，應(yīng)選用符合RoHS、REACH要求的無溶劑環(huán)保漆。

3 質(zhì)量檢查

3.1 抽樣方案：

開班后首件產(chǎn)品進行檢驗。

1）外觀及掛漆量檢查

繞組表面不得有影響質(zhì)量的氣泡、裂紋，漆膜應(yīng)光滑均勻，漆層不宜過厚；對掛漆量進行稱重確認。

2）剖切檢查

將繞組（鐵芯）剖切開確認，滴漆后的繞組間隙應(yīng)被絕緣漆填充滿，漆包線不可松散；完全固化后的絕緣漆應(yīng)呈透明狀堅固的固體。見圖2。

表6 滴漆不良現(xiàn)象分析

圖2 繞組剖面

3）絕緣電阻檢查

采用兆歐表進行檢驗，兆歐表電壓值按表7規(guī)定進行選擇。

表7 兆歐表電壓

進行絕緣電阻測量時應(yīng)要注意：

檢查前將兆歐表進行一次開路和短路試驗，確認兆歐表是否良好。在未接上被測轉(zhuǎn)子繞組前，搖動兆歐表的手柄使發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速120 r/min，觀察指針是否指在標尺“∞”位置。將接線柱短接，緩慢搖動手柄，觀察指針是否指在標尺的“0”位。如指針沒有指到目標位置，表明兆歐表有故障，應(yīng)檢修后再用。測量時，應(yīng)將絕緣電阻表平置放穩(wěn)，搖動手柄速度應(yīng)均勻。

常態(tài)下，繞組絕緣電阻≥50 MΩ；熱態(tài)下≥5 MΩ。

4）耐壓測試

耐壓測試又稱為介電強度測試,分為交流耐壓測試和直流耐壓測試兩種，一般電機進行交流耐壓測試，對于大型和某些中型電機還需進行直流耐壓測試。

絕緣應(yīng)能承受實際正弦波、頻率為50 Hz或60 Hz的電壓，歷時1 min，不發(fā)生閃絡(luò)或擊穿，根據(jù)絕緣種類施加的電壓值見表8。大批量連續(xù)生產(chǎn)時，可用試驗電壓按表8規(guī)定數(shù)值的120%，歷時1 s的試驗代替。

表8 試驗電壓

5）匝間沖擊測試

繞組匝間絕緣測試有多種方法，目前國際通用為浪涌電壓沖擊法，此方法為無損傷試驗。利用沖擊高壓發(fā)生源，通過高壓電子切換裝置交替施加于被測繞組，通過振蕩回路測試出繞組衰減波形，再將衰減波形與標準品的衰減波形進行比較。

浪涌電壓沖擊法波形形成原理見圖3，線圈示波器中主回路為圖中形式，Ue為高壓變壓器TP1次級電壓，其中TP1、D、Co組成沖擊電壓發(fā)生器。可控硅SRG起著高壓開關(guān)的作用，R為波頭電阻。L為被測件，CL、rL是它的分部電容和繞組電阻。因為被測件是直接接入主回路的兩端，故該種測量方法稱為直接浪涌電壓沖擊法。通過理論推導(dǎo)分析，沖擊電壓前沿與波頭電阻和Co有關(guān)。被測繞組參數(shù)rL、L、CL的變化都會引起衰減速振蕩的振幅、時間常數(shù)的倒數(shù)和頻率的變化。如有匝間短路、開路等問題出現(xiàn)時，繞組參數(shù)將會發(fā)生變化，通過觀察衰減振蕩波形的變化可檢測層間、匝間異常。一般情況SRG觸發(fā)和導(dǎo)通階段的電壓幅值較截止階段大，層間、匝間絕緣不良容易暴露，如電暈的產(chǎn)生、放電的產(chǎn)生等，而其它異?？蓮牟ㄐ蔚恼麄€過程加以比較和分析。

圖3 浪涌電壓沖擊法波形原理

匝間絕緣應(yīng)能承受如圖4所示脈沖試驗電壓。

圖4 脈沖試驗電壓波形

脈沖試驗電壓的空載波形波前時間T1為1.2×(1±30%)μs，半峰時間T2為50× (1±20%)μs，它由一個有效阻抗為12 Ω的脈沖發(fā)生器提供。

試驗時，脈沖試驗電壓以不小于1 s的間隔時間以電源端子輸入繞組，或線圈的相線與中線間，或相線間施加5次正脈沖、5次負脈沖，額定脈沖試驗電壓峰值為1 000 V。

試驗期間，不應(yīng)有閃絡(luò)出現(xiàn)。但是，當電氣間隙短路時，工具符合GB 3883.1第18章要求，則允許出現(xiàn)功能性絕緣的閃絡(luò)。

波前時間：T1=1.67×T=1.2×(1±30%)μs

3 結(jié)語

電機轉(zhuǎn)子繞組絕緣處理質(zhì)量的提高，除了從漆的選擇、配比，滴漆機的選擇以及整個滴漆過程中各工藝參數(shù)的設(shè)定控制外，更重要的是從漆的原材料源頭出發(fā)。因為完為按上述工藝操作，由于絕緣漆本身的原因，在固化過程中交聯(lián)劑揮發(fā)造成絕緣漆不能完全固化，導(dǎo)致成品轉(zhuǎn)子在使用過程中發(fā)生蠕動，使得轉(zhuǎn)子動平衡不良，增加了電機振動。

為解決此類問題，某些制造企業(yè)在固化后增加了后處理工序（放置在烘箱中繼續(xù)固化2 h～4 h），將滴漆后的轉(zhuǎn)子冷卻4 h后再做動平衡。在實際操作過程中，該方法收效甚微，動平衡二次復(fù)核數(shù)據(jù)仍有變化的現(xiàn)象。目前電機的設(shè)計轉(zhuǎn)速較高，導(dǎo)致振動的危害更大，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量及交貨及時性。

綜上，使用單組分絕緣漆已是未來必然趨勢。適用期長、單一組分的絕緣漆因不需要進行混合，可同時解決氣泡、固化不充分、漆膜表面發(fā)粘或漆膜易剝離、轉(zhuǎn)子動平衡復(fù)核一致性等。

[1]胡志強.電機制造工藝學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.

[2]孫克軍.編.常用電機繞組檢修手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3]孫東凱.匝間耐壓測試儀的波形形成機制和工作原理[J].中國儀器儀表.2000,(03).

Analysis of Rotor Winding Insulation Treatment of Series Motor for ElectricTools

Xu Alan, Xu Liangda

( Kangping Technology (Suzhou) Co., Ltd., Suzhou 215131, China )

Set the rotor as an example, this paper introduced the selection of insulating paint and technical index, drop painter process and the process processing and drip paint quality inspection. Through the careful sampling plan, the common paint drop problems were analyzed and the solution was proposed.

Motor, Electric tools,Winding, Insulation treatment,Paint dripping

TM303.4

A

1674-2796（2017）03-0010-06

2017-2-11

徐阿蘭（1976—），女，工程師，主要從事電動工具電機設(shè)計工作。