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1、XXX型永磁直流力矩电机可靠性预计报告一、XXX型永磁直流力矩电机的功能及组成：XXX型永磁直流力矩电机由定子、电枢、刷架组件共三个部件组成，三 大部件协同工作，实现电机输出力矩、旋转指定角度、改变方向的动作，以配 合系统完成最终的功能。三大部件的具体构成及作用分别为：1、定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支架。它由磁钢、机壳组成。磁 钢的作用是产生固定磁场，通过粘接固定在机壳上。2、电枢的作用是产生感应电势和电磁转矩，实现能量的转换。它由电枢铁心、 电枢绕组、换向器等部分组成。换向器的作用是将电刷之间的直流电压和电流 转换成线圈内部的交流电势和电流。3、刷架组件由刷架、电刷、弹簧、刷握等零
2、件构成。电刷放在刷握内，用压 紧弹簧以一定的压力压在换向器的表面上，以实现传导电流的功能。从以上分析可知，XXX型电机的功能可靠性方框图如下：二、XXX型电机故障模式、影响及危害性（FMECA）分析设计时为了找出薄弱环节，以采取措施，预防和降低危害性，进行了故 障模式、影响及危害性（FMECA）分析，见下表：设计FMECA （故障模式与影响分析表）初始约定层次：电机整机产品型号：XXX主要任务：产约定层次：部件部件 或功 能标 志功能故障模式故障原因故障影响故障 检测 方法严酷度类 别高_层 影响最终影响电机产生力矩电机过热电机温升高烧坏电机测试严重损坏提环境温度高烧坏电机温度表系统失效提定子
3、、电 枢摩擦安装同轴度不好工作不可靠或电机不转测试中等程度 损坏图电火花大片间电压高工作不可靠测试严重损坏提换向区太窄工作不可靠测试中等程度 损坏进极电刷不在中性位置上工作不可靠测试轻度损坏调部件 或功 能标志功能故障模式故障原因故障影响故障 检测 方法严酷度类 别高_层 影响最终影响电枢短路换向片间短接烧坏电机测片间电阻严重损坏清换向片外 圆变形换向片材料硬度不足工作不可靠或电机不转目测或百分表严重损坏换高铁心位移配片间隙过大 或未压紧性能下降工作不可靠测试轻度损坏采定子产生固定磁场磁钢性能 下降温度过高转速过高力矩变小性能下降测试中等程度 损坏磁强的刷架组装传导电流电刷无法接触换向 片电刷
4、长度不足工作不可靠或电机不转目测或百分表轻度损坏调根据以上分析，确定了薄弱环节，从电气设计、结构、原材料选用及工艺 等方面进行考虑，以采取措施，预防和降低危害性。1、电机过热当电机温升和环境温度叠加，超过电机耐热等级温度时，会造成电机绝缘 损坏，使电机失效，现电枢线圈选用符合GB/T6109.5的温度指数180的聚酯 亚胺漆包圆铜线；电机槽绝缘选用符合JB/T2726的聚酰亚胺薄膜和QB/T3627 的聚四氟乙烯薄膜材料。按XXX型永磁直流力矩电机技术协议，电机使用 环境温度为-40C+60，储存环境温度为-45C+65T，电机温升不大于 97 K,温度指数180的聚酯亚胺漆包圆铜线最小击穿电
5、压为3500 V，200C时 测试寿命不少于5000 h，180C时测试寿命不少于20000 h；聚酰亚胺薄膜和 聚四氟乙烯薄膜均为H级绝缘材料，能在220C以上长期使用，完全满足电机 温度要求。实测电机温升为82.66 K，电机最高工作温度为142.66C，远小于所选材 料的耐受温度。2、定子和电枢摩擦电机图纸规定气隙为0.8 mm，定子与电枢安装同轴度要求不大于0.05 mm， 按此要求制作，定、转子不会发生摩擦。3、火花大电机采用极对数P=12、冲片齿数2=241.极弧系数a =0.712、电刷宽度 bb=4mm，使每对极下元件数达到20，换向区宽度bK=11mm的设计方案以达到减 小火
6、花的目的。另外，为了保证电刷处于中性线位置，刷架与定子安装孔采用 可调节设计，可在一定范围内调整电刷的位置，以达最优状态。实测火花等级最大为14级，表明所采取的措施能有效降低电机火花。4、电枢短路图纸规定换向片间刻槽，并保证电枢换向片的片间电阻。当片间有碳粉堆 积的时候，按安装维护使用说明书清理碳粉。5、换向片外圆变形设计时采用硬度高于电刷的银铜镍材料，使得磨损主要发生在便于更换的 电刷上。6、电枢铁心位移设计时在电枢铁心上使用防转销和弧键。防转销能有效防止铁心相对于衬 套旋转，弧键可压紧压圈防止铁心相对于衬套产生横向位移。7、定子磁钢性能下降电机磁体选用磁性能较强、环境适应性良好的钐钻永磁材
7、料。钐钻永磁材 料最高工作温度为300C，剩磁温度系数为-0.05-0.03%/C。实测电机温升 为82.66 K，电机最高工作温度为142.66C，远小于所选材料的耐受温度，不 会造成电机失磁。8、刷架组装电刷无法接触换向片设计时保证电刷有足够长度。当电刷出现磨损，按安装维护使用说明书 更换刷架组装。三、可靠性预计结果在采取相应的设计改进措施后，对失效模式进行评估，影响电机寿命的主 要零件为电机换向元件（电刷与换向器）。其主要机理是：工作时，电刷与换 向器表面接触摩擦，在一定时限后，因摩擦引起的电刷磨损会使刷架组装丧 失掉传导电流的功能而导致电机失效；因电刷磨损后形成的碳粉累积使电枢 换向片
8、间短接而导致电机失效；因摩擦在换向片形成局部磨损，使换向片丧 失掉传导电流的功能而导致电机失效。根据XXX型永磁直流力矩电机技术协议，在允许更换电刷或清理碳粉 的情况下，要求电机寿命不小于2500个小时（此处“寿命”的含义为产品最低 限度无故障持续工作期限），所以，、种失效模式可有效避免。该产品采用的是槽楔式换向片结构，针对第种失效模式，采用了硬度高 于电刷的银铜镍材料，在其磨损时主要是对电刷进行磨损。我厂永磁式直流力 矩电机XXX、XXX，与本型号电机采用相同的换向片材料及电刷材料，根据XXX、 XXX永磁直流力矩电机寿命试验报告，在电机运行2650小时后，换向片仍无 磨损情况，因此判定XXX型电机能满足技术协议中寿命不小于2500小时要求。XXX厂XX年X月XX日
