大家有时间可以讨论一下串激电机寿命的影响因素

lvwei1020

一直以来有刷电机的寿命就是个大问题，但是很少有人对这个问题做过总结，因为影响的因素太多了，我想在此开个帖子，希望大家踊跃发言。就有刷串激电机的寿命多讨论一下。
我们从以下几个方向来讨论：
1、材料，主要是碳刷和换向器的材料对寿命的影响。
2、工艺，主要考虑平衡、车削、点焊、烤漆等问题产生的震动、火花大、跳动大等问题对寿命的影响。
3、设计，设计中碳刷与换向器的接触、弹簧弹力、各部分的间隙配合等问题对寿命的影响。
4、测试方法，测试过程中负载类型、负载变化方式、散热条件等问题对寿命的影响。

lvwei1020

自己先占个沙发。
先说第一个问题：
关于材料，先看看碳刷吧，碳刷从材质上来说，有天然石墨、人造树脂、电化石墨还有就是金属石墨类，不过金属石墨一般不适合高压的（60V以上基本不适用），天然石墨因为太软，一般也不用于串激电机。所以我们只讲人造树脂碳刷和电化石墨碳刷。
接着说碳刷的工艺（虽然有点废话，可是对选取碳刷很重要），第一类就是模压碳刷，用模具压制成型，然后去烧结，一般在压制过程中就种好刷辫，因铜刷辫的氧化温度比较低，所以这种碳刷在有保护气体的环境下一般也就是300度左右的样子进行烘烤。第二类就是电化石墨碳刷，这类碳刷，必须在高温炉里经1000多度的温度烘烤，有时可能要烤几天，过程中通直流电，最后成型都是要通过机械加工的方式成型，最后种刷辫。（所以别指望模压的碳刷是电化石墨的了，我经常见到有供应商拿着模压的料充当电化石墨。为啥要分清这个，后面再说）
其次，说说两种东西的区别。碳刷的基本成分是：碳粉、灰分、磨料、润滑剂、粘结剂。说到两种碳刷的区别的时候必须得知道碳刷的成分，工艺的区别里最大的是温度，模压的碳刷因为烘烤温度才300度左右，所以会造成碳刷里的部分粘结剂无法碳化。粘结剂是什么，都是些有机物。曾有个做碳刷的问我高温的绝缘漆哪里有，说是用来做碳刷用，用来做粘结剂。粘结剂的碳化温度一般最大在380度左右，原因就是c=c键要断开的温度基本就在这里。正因为如此，模压碳刷必然有残留的未完全碳化的粘结剂。在某些情况下，这样的残留对电机的寿命有好处，这里粘结剂会有润滑的作用、提高电阻率的作用。但是在某些情况下，由于有机物有较高的吸水性，会造成碳粉粘结在换向器槽里，造成短路，降低碳刷的寿命。所以电机在干燥环境中工作可以采用模压碳刷，若是在潮湿环境下工作，最好采用电化石墨类的碳刷或其他方式的切割碳刷（也有些碳刷烘烤温度一般都在500~900度以内，但是标准里对这类碳刷好像没有专门的归类，所以我也不知道怎么叫它们了）

欧阳庆

说的非常好，赞一个！

lvwei1020

直接打击我的积极性啊，没人理啊。

lvwei1020

说说换向器吧
还是先说说换向器的材质问题。一般我们用的比较多的换向器材料都是紫铜和银铜。通常换向器厂家都是用银铜合金（实际来说很多厂家都是在铜材厂自己定制铜杆）。所以至于你用的换向器铜材是否真是标准铜，那就不知道了（特别是前几年铜材价格猛涨的时候，冒出N多铜材厂家，许多都是回收废铜熔融后成型在出售的）。不管那么多，还是按标准来说吧。紫铜也就是常说的无氧铜、纯铜，细致来说还有点区别。导电用铜，一般按纯铜，无氧铜，银铜（还有个事磷脱氧铜咱们就不说了，具体细节的成分区别，大家自己翻书吧）。纯铜一般T3杂质含量高点，占0.3%。T1》99.95%，T2》99.9%。银铜，一般按含银量的万分之几来叫，比如3银铜，5银铜，8银铜，10银铜，（8银铜），（20银铜），28银铜，（30银铜），50银铜，55银铜（括号里的是我印象中的含银量，括号外的是标准里规定的，实际上来说，30以上的我就没见过了）。还有一些其他的材质，比如锆铜、铬铜、镉铜甚至一些贵金属合金比如金、钯、铑等等合金（这些基本我没用过，不知道是否航空电机才用）。这些材质都是用在一些特殊场合，一般电机很少用到。本身这些材质有自身的优点和缺点（这个就不说了，有时间大家可以自己翻书去）。
还是主要说说紫铜和银铜吧。
第一为什么用银铜？作为导电的换向器，不仅仅是导电就行，还要保持一定的寿命。无可厚非，纯铜导电性很好，但是纯铜的灭弧性能很差，容易被电腐蚀。这时候就需要银来了，目前我所知道的金属里，银和镉是比较好的灭弧材料（所以rosh里某些地方对镉做了豁免，主要就是一些触头材料有用镉做灭弧用）。同时银也增加了换向器的硬度，增加了耐磨性。同时银还有提高换向器使用温度的作用。举个例子：20银铜的换向器与紫铜的比，紫铜的能用的温度基本上就是120度为极限了，但是银铜的可以到140度左右，硬度紫铜估计就在80度（肖氏硬度），银铜的能做到90~120（肖氏硬度，具体硬度值和厂家采用的工艺有关---最大的问题就是挤压拉拔工艺）。银铜还能提高电机的寿命，具体能提高多少，这个得看实际情况了，反正是能提高。
第二银铜那么好干吗还用紫铜？银铜也有自己的缺点，第一贵（这个好理解，毕竟银贵）；第二加工不好做，拉拔的时候是否好做我就不知道了，正常理解，拉拔的时候由于冷作硬化的作用，银铜的表面硬度是增大了很多，按说拉拔模具、设备都应该有所提高（这是纯瞎猜）。但是车削难度增大这是个头大的问题。通常我们车削的时候会说紫铜的好车，材质“硬”，银铜的“软”，铜须不容易断（虽然这是反话，但是实际感受是这样），所以一些要求噪音高的电机我们还是采用紫铜来做，比如按摩器的电机一般我们用紫铜多。

CHENCH0570

学习了，谢谢，串激电机的寿命主要取决于碳刷吗？总感觉电机都是碳刷磨光后，停止工作的

cne53102

应该对碳刷做个限位,碳刷耗尽后后面的弹簧绞入换向器会报废的

过热烧毁的多是质量不太好的或者疑似设计不合理的串激电机,很多优秀产品的温度其实很低

换向器车削后应磨一下表面,车削的刀痕是螺旋形的(无论车的多好都会有这个问题),像螺杆一样会刮碳刷表面,这对碳刷的寿命不利,磨的话没有轴向进给,加工痕迹全是圆圈(轴类零件上接触油封的地方就有这样的要求)

外行,仅供参考

friend-1

个人认为；影响电机寿命的因素还有外壳的风路

jy-motor

1、碳刷和换向器的匹配很重要，配合不好碳刷很快磨光，换向器磨穿。
2、碳刷弹簧压力有一定影响；
3、换向火花太大，烧蚀弹簧或塑料刷盒；
4、碳粉堆积短路，换向器片间短路也容易烧电机；
5、转子动平衡不好，通风散热不好，温升太高等；

小飞侠070707

串激电机失效的形式基本两种：1.烧机 （剖开碳刷换向器导致的）2.碳刷或者换向器磨完
1.烧机：
这个基本是设计时的温升设计要求与实际操作或者测试方法不匹配
2.碳刷和换向器的寿命：
这个跟碳刷和换向器的材料当然有很大的关系，除了这些还跟碳刷设计的电流密度、碳刷压力、电机转速、工作电流、电机安匝比设计等密切相关

zgbzzl

其实按要求设计的电机是符合设计寿命的，串励电机有它的特殊性空载转速高，容易堵转。如果丛整机上来解决的话反而方便一点，让它高不起来，堵转过流保护。寿命要长几倍吧。

lvwei1020

zgbzzl 发表于 2016-9-24 13:52
其实按要求设计的电机是符合设计寿命的，串励电机有它的特殊性空载转速高，容易堵转。如果丛整机上来解决的 ...

按说所有的电机都有可能在工作的时候遇到串激电机一样的“堵转”，其实这种所谓“堵转”被看做启动更合适，带载启动，需要经历0转速的阶段，这时候差不多就是堵转了，这时候是不能限流的，限流的意思是电机就没法顺利启动了。

zgbzzl

为什么不看一下启动是流呢（用指针式表比较直观），设计时堵转转矩倍数一般要求7-8倍，也有大得多的，我做过理论值达到10多倍的（要求快速响应，工作区特性比较硬，转子并接电阻），市场差的只有3倍不容易烧电机，但是电机也没什么用了，用户都想堵转转矩大=工作区间大。
按说所有的电机都有可能在工作的时候遇到串激电机一样的“堵转”，其实这种所谓“堵转”被看做启动更合适，带载启动，需要经历0转速的阶段，这时候差不多就是堵转了，这时候是不能限流的，限流的意思是电机就没法顺利启动了。串励电机的本意是低载时的高转速特性，过载能力强。带载启动以惯矩为主。

lvwei1020

zgbzzl 发表于 2016-10-7 13:31
为什么不看一下启动是流呢（用指针式表比较直观），设计时堵转转矩倍数一般要求7-8倍，也有大得多的，我做 ...

正常来说串激电机一般不做那么高的转矩倍数，3~5倍就行了，真有7/8倍或者10几倍的情况也不好说，比如额定设低点，那启动倍数也就高了。通常我个人认为串激电机的额定点设定在最大空载转速的0.6左右速度比较合适（一定要在最大效率点之前，最好在最大效率的0.8倍左右），当然实际使用并不一定遵循这个结论。你所说的转子并电阻的方式这还没见过，我怎么觉得这种方式会特性变软呢？

zgbzzl

转子并电阻在电力牵引上比较多见，电机功率比较大，不可在无载条件下运行，     励磁磁场加大，小负载区域转速下降，大负载区域转速升高。12年有做过两款电机（6.5KW和6.1KW）还在德国做台架寿命试验，4年了还在做。   3倍转矩无火花，设计制造试验要求是3倍转矩电压升高至电机转速等于额定转速保持15秒，电机 温升不得超过绝缘等级温升（105K F级）

zgbzzl

楼主你要讨论的串励电机是小功率交流串励电机吧，应用场合是针对电动工具或家用小电器这一类型的电机。

zgbzzl

设计方面：
      1  用高硅冷轧板---针对高频；     
      2 风叶尽量用内风叶有风罩；
      3 温升最高按B级材料可能会用F级，
      4 换向器用铜要有机械强度要求，太软的不用（无氧铜）；
      5 电刷材料牌号没什么特殊基本都差不多只几种
      6 气隙磁场偏高一点，齿磁场接近饱和点，偏心气隙，适当削角。
      7 滤波网络一定要加；
      8 轴承尽量用滚珠轴承，并且是接触型防尘盖；
      9 气隙同心度0.05;
     10 工作点最高效率点前1/1.2=0.83处，堵转转矩按客户要求1.2倍；
     11 轴向间隙   空载时风压产生的压力与工作时的轴向压相反不可相同；
      

zgbzzl

选材方面；我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要细
          强度要高      碳粉不易脱落
          硬度适中
          电阻率要根据工作区间选取
          灰份要小   做试验1个字烧
          要会用一种最简单的试验主法：标准80克A4纸 ，电刷棱边线45度/45度平划，直划，力道均匀稳定，根据划出的痕迹颜色的深浅变化，是否有粉沫等来判定电刷的好坏。
         要有少量石墨  ---润滑剂
         

lvwei1020

zgbzzl 发表于 2016-10-11 11:33
选材方面；我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要 ...

选材方面；我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要细
          强度要高      碳粉不易脱落
          硬度适中
          电阻率要根据工作区间选取
          灰份要小   做试验1个字烧
          要会用一种最简单的试验主法：标准80克A4纸 ，电刷棱边线45度/45度平划，直划，力道均匀稳定，根据划出的痕迹颜色的深浅变化，是否有粉沫等来判定电刷的好坏。
         要有少量石墨  ---润滑剂
         



方法很新颖，不过实际来说，你这种方法只能针对某个固定产品，不能对所有产品都采用同一种方法。碳刷本身有电阻率，抗折强度，硬度，孔隙度等等这些物理参数，这些物理参数之间又有相互联系，又相互制约，比如孔隙度，既影响硬度又影响抗折强度又起着给碳刷供氧的作用，有时候还会为浸渍剂提供空间，这一参数大好还是小好？不好说。另外配方里的碳粉、粘结剂、灰分等也都有各自的作用，不能单独说某个东西多了就好，而且不同牌号碳刷这些东西的配比也不一样（原材料不一样这更是不用说的）。这么多的因素叠加一下，碳刷就显得不可捉摸了。

机会不容错过

设计方面的话，在制品结构强度满足的前提下，
首先应该还是考虑转定子本身圈数的怎么去合理设计；
比如，安匝比的设定，进角度的大小，转子大小圈的设定等（会影响到换向火花大小的因素）。

另外，影响到换向火花大小的还有，
换向器的大小，碳刷的尺寸（决定换向周期）；
换向器的片数
铁芯冲片的槽数，槽形
等等