北京永光高特微電機有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
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特殊環境條件下微特電機的絕緣與粘結

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1前言

由于世界經濟與科技的飛速發展,微特電機的應用領域發生了重大變遷。從家用電器及普通環境條件下的工業驅動逐步涉足宇航、軍事工程、石油化工、礦山、海洋工程生物工程及其它高科技領域。

長期以來,環境條件試驗標準主要依據是GB2421、GB2422 GB2423、BC2424以及CJB4. 1、13。其中規定了高溫試驗低溫試驗低溫貯存試驗恒定濕熱試驗交變濕熱試驗振動試驗顛書試驗、沖擊試驗、霉菌試驗鹽霧試驗、日光輻射試驗及外殼防水試驗等項目。

但是在實際使用場合還遠遠不止這些,其環境條件的難度也遠遠超過上述項目的規定,往往要制訂若干補充標準或與用戶具體商定技術條件。下面列舉些比較嚴酷的環境條件及絕緣粘結條件與工藝技術對策。

2環境條件下工藝技術對策

2.1高溫

2.1.1環境條件指標

環境溫度的絕緣材料和膠精劑老化的重要因素之一,環境溫度與電機本身的溫升(繞組溫升、機電損耗溫升、摩擦溫升等總和)加起來形成電機的工作溫度。國際電工委員會(EC)規定的絕緣等級如表1所示。

2.1.2工藝對策

多年來我所已經實現了B級、F級、H級的絕緣配套,行業中也有不少科研單位和企業形成了批量生產,但對C級配套及某些特殊產業應用的電機仍是難題,舉例如下:

(1)油井測試用儀表電機 由于油井內部溫度高達200-250℃,電機在密封環境中散熱困難,所采用主絕緣為聚銑亞胺配套材料,換向器為可溶性亞胺模塑料,絕緣處理材料采用聚二苯醚絕緣漆。

(2)高轉速大電流盤形 盤形繞組是70年代在國內市場出現的特種電機之一。由于生產工藝難以自自動化,一直沒有形成工業化生產,尤其是較高絕緣等級的產品更難做。我所開發的H級盤式繞組采用耐熱酚醛模塑料和特制耐高溫自粘性漆包線形成盤式繞組。為了防止在較大溫度變化下,盤繞組的變形超差,我們采用了整形定型工藝措施。

(3)工作溫度400℃的異步電機 雖然異步電機比直流電機的選材容易,但在400℃的異步機定子絕緣及引出線都是相當難以解決的。研究人員采用氧化膜鋁線做繞組,用瓷漿灌封繞組,接線板采用陶瓷材料,槽絕緣采用架空結構。

2.1.3實際應用效果

油井電機試制成功,并形成小批量生產。成功的用華北、中原、大慶等油田?;鹋陔姍C已制成樣機,技術指標達標,用戶基本滿意。400異步電動機樣機試驗成功,運轉滿意。

2.2高真空

2.2.1環境條件指標

ASTME -59航天材料低放氣性試驗方法規定,試驗條件為:

真空度:7×10-3-Pa;試驗溫度:125(可凝揮發物吸附板25);試驗時間:24h試驗后材料性能:質量損失TML:不大于1% ;可凝揮發物含量CVCM不大于0.1%;水份回吸量WVR:不大于1%。

2.2.2工藝對策

經國內很多大專院校及科研機構多年試驗篩選,達標材料品種非常有限,可供選用的絕緣封裝料及膠粘劑品種更是奇缺。世界上也只有美俄等少數航天大國有這方面的技術,但這種材料的進口受到種種限制,必須自行研制。九五期間我所開展了較為有針對性的研究,主導思想如下:

(1)采用高交聯密度的最終產物,使低分子逃逸物最大限度地減少;

(2)采用韌性大分子化合物作增韌劑,增加位阻效應,減少放氣量;

(3)采取表面處理措施,使膠粘劑或封裝料與金屬界面形化學鍵結合,減少低分子物進出的縫隙與通道,有效地控制了可凝揮發物及水份回吸量

采用上述手段研制出合格的膠粘劑和封裝料之后,加工完畢的電機尚須進行電機整體真空后處理,以保證放氣量進-一步降低。必須指出,對不達標的高分子材料,電機整體后處理是無效的。隨著真空露置時間的增加,質損不斷上升,當質損高達5%~10%時,材料的機電性能將下降到不能工作的程度。


2.2.3實際應用效果

在九五期間經過深人研究和多次配方篩選,確定了FW -2膠粘劑系列配方和FW-3封裝料系列配方,并在中期評估后對材料的外觀和工藝性能做了改進。

FW-2膠粘劑和FW-3封裝料加工的航天用步進電機與旋轉變壓器得到用戶、專家與上級領導的好評,為國際先進水平。某航天用旋變經5年來多批供貨,用戶表示滿意。

2.3沖擊振動

2.3.1環境條件指標

沖擊振動環境條件指標差異很大,普通家電、辦公設備等小型工業驅動裝置,只有輕微振動,而交通工具如汽車、輪船、飛機,其沖擊強度和振動強度相對較高。最為嚴酷的是航天器在發射時所受到的沖擊應力高達50g(g-重力加速度 ,9.8m/s2),試驗強度為70g。

2.3.2工藝對策

對絕緣材料而言,難度不大,而對結構粘結材料要求很高。多年來我們不斷研究不斷改進,具體思路如下:

(1)設計合理的接頭結構,以嵌接代替平接;

(2)選用高剪切強度同時具備高剝離強度的膠粘劑,如選用酚醛丁腈類 ,環氧一聚砜類等配方;
(3)深人研究表面處理技術,對電機中常用的鋁鎳鈷五類及八類磁鋼、LY-12硬鋁、H62黃銅、1Cr18N9Ti,不銹得,無堿破璃布等均確定了最佳處理工藝:

(4)采用合適的偶聯劑:

5)設計合適的后加工夾具,確保精結組件在后加工中避免沖市應力的威協。

2.3.3實際應用效果水防結構成功地應用于航天 直流電機、火炮電機及多種軍用電機,長期以來-直受別的好評。

2.4水下

2.4.1環境條件指標

隨著生物工程海洋工程和軍事工程發展的需要,水下用的電機電器、電纜應用越來越多,緣與粘結方面的難度,絕緣封裝的難度最高。水的深度與壓力成正比。當電機在地面上’處壓力為0個大氣壓,用上工作時習慣上說是一個大氣壓,測試其絕緣電阻值為> 500M0。而在深水300m試其絕緣電阻值幾乎為0M

2.4.2工藝對策

水份在高壓力下便人繞組,主要是絕像封裝料在交聯反應中產生收縮應力,在固化產物形成后,絕嫌體內部有微觀裂縫,在絕象體與金屬(如鐵心)界面有局部脫離,這種很小的裂縫和限做地常壓下并不足以使水份進入到繞組內部。而在較高的外部壓力作用下則形成了水份的通道,從而絕緣電阻急劇下降,甚至為0。

為消除微觀裂縫和局部脫離,在工藝上采取如下措施:(1)采用無收縮應力配方;

a.填加膨脹劑,使收縮率為0或略有膨脹;

b.選用大分子鏈環氧樹脂;

C.選用韌性固化劑;

d.族的不見所以保道周地均 ,減小圖分布不均。提神工藝不當、此重不同造成的淀等原因形成的內應力

(2)不同材質的表面處理,在界面形成化學鍵結合,最大限度的消除局部脫離。

2.4.3實際應用效果

采取上述技術措施的試樣經原電子工業部二十三研究所水壓測試能承受深水300m的壓力,并且有一組試樣可耐500m的深水壓力(50個大氣壓) ,3小時深水試驗后,測定試樣在水中高壓下的絕緣電阻> 100MQ。而不采取上述措施的試樣常態下浸水24小時,絕緣電阻> 500MQ,浸水深度200m,浸水時間幾分鐘,絕緣電阻幾乎為0。

應用該技術加工的兩種軍用電機,性能受到用戶好評,原電子部二十三所的試驗人員認為我們的試驗數據是國內送樣單位當中最好的。

3  

我們所開展的研究工作,環境條件多種多樣,所列項目針對性強,面比較廣,能對各種嚴酷惡劣的環境條件作出應答,多數成果已用于軍品生產,多年來得到廣大用戶和行業專家的高度評價。

除了上述列舉的環境條件之外,我們還對低溫環境、輻照環境、變頻電壓環境、三防(防潮、防霉、防鹽霧)環境、易燃易爆氣體介質環境等應用的電機絕緣與粘結采取有效的工藝對策,形成了- -整套的具有實際應用價值的應用技術。




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