伺服電機的塑封技術(shù)

殷賢康

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

塑封電機是指采用塑料封裝技術(shù)將電機的定子鐵芯、繞組等用工程塑料進行整體封裝，可以取消傳統(tǒng)的電機定子絕緣處理工藝甚至取代普通電機的金屬外殼。塑封電機與普通電機相比，有外形美觀、體積小、噪音低、振動小、絕緣性能好、耐腐蝕、耐潮濕、耐高溫等優(yōu)點。

在伺服電機領(lǐng)域，塑封材料主要有環(huán)氧樹脂和BMC（不飽和聚酯團狀模塑料），使用的注塑工藝主要有注射成型、轉(zhuǎn)移成型等。本文，主要對環(huán)氧樹脂和BMC在伺服電機上的應(yīng)用分別進行介紹。

1 環(huán)氧樹脂

1.1 環(huán)氧樹脂的特點

固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，對金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)異的粘結(jié)強度，變形收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好。在伺服電機上，通過往定子內(nèi)部進行澆注，使得環(huán)氧樹脂充分填充繞組內(nèi)部，不僅提高的電機的導(dǎo)熱性能，而且提高了電機耐腐蝕耐沖擊能力，還能降低電機的噪音和振動。目前，松下伺服電機從A6系列開始，全面使用環(huán)氧樹脂塑封工藝。

環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)常見的有0.2-1.0W/m.K左右，不僅導(dǎo)熱系數(shù)，流動性也是重要的參數(shù)。通常情況下，導(dǎo)熱系數(shù)高，流動性會變差，導(dǎo)致樹脂料無法滲入到繞組內(nèi)部細小縫隙，反而影響最終的導(dǎo)熱效果。所以需要結(jié)合制品的特點選擇合適的環(huán)氧樹脂，不僅要保證一定的導(dǎo)熱系數(shù)，還需要保證流動性。

1.2 環(huán)氧樹脂的固化成型

由于環(huán)氧樹脂固化前呈液態(tài)，所以澆注和固化時不需要加壓，只要保證流動性，也可以達到充分填充的目的。通常熱固型環(huán)氧樹脂都為雙組份，分主劑和固化劑。兩者混合前需要先攪拌均勻，在攪拌過程中，會形成大量的氣泡，氣泡會導(dǎo)致內(nèi)部氣孔等不良，通?？山柚婵赵O(shè)備，在抽真空的狀態(tài)下進行攪拌和去氣泡，改善澆注效果。為了提高澆注時的流動性和預(yù)先排除定子內(nèi)部的空氣，可以對定子預(yù)熱，要根據(jù)材料的固化溫度選擇合適的預(yù)熱溫度，且樹脂材料在適當(dāng)?shù)臏囟认铝鲃有詴黾?。目前通常的酸酐類樹脂材料，固化溫度?30℃左右，預(yù)熱溫度選擇60-80℃比較合適；而部分胺類環(huán)氧樹脂，80℃下就開始加速固化，預(yù)熱溫度選擇40℃左右比較合適。常見的環(huán)氧樹脂的固化曲線如下圖所示，具體的數(shù)值根據(jù)材料特性不同會有區(qū)別。

加長固化時間也有好處。環(huán)氧樹脂內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡，通過長時間的放置，會從內(nèi)部上升到表面，產(chǎn)生自排氣的效果。

所以，選擇環(huán)氧樹脂材料時需要考慮導(dǎo)熱系數(shù)、流動性等，在固化時，需要明確固化溫度、固化時間，并盡量減少氣泡產(chǎn)生，必要時采取真空澆注，保證澆注效果。

2 BMC

2.1 BMC的特點

BMC材料是Bulk Molding Compounds的縮寫，即不飽和聚酯團狀模塑料，是一種熱固性塑料，固化前呈膠粘“棉絮狀”。跟環(huán)氧樹脂的液態(tài)不同，BMC成型需要具有壓力的情況下進行注塑，在使用模具成型的條件下，能夠精確控制尺寸，阻燃性和絕緣性性良好，機械性能卓越，所以，BMC固化后能夠直接充當(dāng)電機外殼或者止口，并且可以后續(xù)機加工。常見的BMC的導(dǎo)熱系數(shù)通常為0.8-1.8W/m.K左右，相對于環(huán)氧樹脂，具有更好的導(dǎo)熱效率和成型效果，所以目前大部分塑封電機使用的都是BMC塑封工藝。目前伺服業(yè)界上使用BMC成型的代表廠商有安川電機、三菱電機等。

2.2 BMC的固化成型

BMC材料成型工藝主要有：壓制、壓注（傳遞）和注射三種成型方式。壓制是最古老的方法，也是最簡單的方法。壓制成型所用的設(shè)備、模具的投資最少，但由于成型時需用人工稱量，放料，生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性要低于壓注和注射成型方式。本文主要對比壓注成型和注射成型。

由于壓注和注射成型克服了加料困難及加料費工費時的問題，生產(chǎn)效率大大提高，勞動成本也下降，并易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。但壓注和注射成型，特別是注射成型，前期投資大，如果產(chǎn)量不大則經(jīng)濟性較差。壓注成型通常使用預(yù)制的料塊，再壓入模具的方式，優(yōu)點是壓力小，通常為1-6Mpa就可以達到理想的填充效果，且不會損壞內(nèi)部元器件。通常為一模一穴的方式，效率比不上注射成型。

注射成型的優(yōu)點是快速高效，可以達到一模多穴，大大提高生產(chǎn)效率。但是注射成型需要較大的壓力，注射的沖擊力有可能會損壞電子元器件。在伺服電機上，一般具有PCB板等相對脆弱的電子元器件的電機多使用壓注成型的方式；而可承受沖擊力較大的大型電機，可以使用注射成型。

常見的BMC材料固化溫度為120℃-180℃之間，固化成型時間60s-180s，不同的材料會有不同的條件。除去注入需要設(shè)備和模具的因素，在產(chǎn)量大的情況下，BMC成型的效率和精度等都要優(yōu)于環(huán)氧樹脂成型。

3 結(jié)語

本文介紹了伺服電機主要使用的注塑材料環(huán)氧樹脂和BMC，并且介紹了對應(yīng)的常用的成型方法。對應(yīng)材料和成型工藝的優(yōu)缺點，環(huán)氧樹脂成型方法簡單，前期投入少，成型條件也靈活，但是澆注時成型精度沒法保證，澆注時間和固化時間也較長，效率較低。而BMC在產(chǎn)量大時具有效率高的優(yōu)勢，并且成型精度較高，但是需要注意保護電機內(nèi)部的零器件，避免損傷。