张永平（南通友星机电工业有限公司226001）

1引言       

     印制绕组电动机（下称印刷电机）于50年代发源于法国，我国自60年代开始研制。它是一种具有优良伺服性能的新颖电机。与传统伺服电机相比，印刷电机具有输出转矩均匀、力矩波动小、调速范围宽、无级调速方便、惯量小、快速响应性能好、电机体积小、重量轻，轴向尺寸短、安装配合方便等特点。因此，在世界各工业发达国家的机器人、数控机床、磁带复录机及雷达导航等自动控制领域中得到广泛的应用，是一种用途宽广的优良伺服电机。

在世界先进工业发达国家中，印刷电机的正常工作寿命早已超过了传统带换向器的伺服电机的寿命，达到了经济实用性阶段，已达数千小时（一副电刷）。而我国由于基础材料工业跟不上，虽然许多单位为寻求延长印刷电机的使用寿命，作了大量的分析研究工作，也取得了一定的成绩，但与国际先进水平相比，差距仍很大。我国印刷电机专业标准(1991年颁布)规定印刷电机寿命不少于500h，虽然这是一个相当保守的数字，但从中也可看出目前国内印刷电机的寿命水平。为赶超世界先进水平，为使印刷电机在工业、国防、办公室和生活设旖的自动化方面友挥更大的作用，有必要对提高印刷电机寿命机理进行分析试验。

    印刷电机结构简单，它的定子一般由高性能****磁体组成，建立轴向磁场；转子无铁心，是由多层按一定规律均匀分布的导体（一般为铜材）经特殊加工工艺制成的电枢绕组；没有传统的换向器，而是利用电枢绕组的一个特定表面兼作换向器；电源经特制的按规定位置轴向放置的电刷施加于电枢绕组，电刷与“换向器”间呈平面滑动接触。

    用铁氧体永磁作定子的印刷电机结构如附图所示。

  

    通过对印刷电机结构特点及传统伺服电机寿命的分析，可以得出影响印刷电机寿命的因素有：

    a．电刷的磨损。

    b．兼作换向器层的导条的磨损。

    c．轴承的磨损。

    d．电枢绕组焊接质量水平。

    e．装配质量水平等。

    从多次对不同规格、型号印刷电机所作寿命试验结果可知，轴承只要选型合理，其磨损时间是相当长的，超过电机其它零件的磨损寿命；电枢绕组的焊接和装配等因素则可通过合理的设计及加强工艺检测手段解决，但电刷与兼作换向器的导条的磨损则很难控制，而正是这二者的磨损与电机寿命密切相关，它决定了印刷电机使用寿命的长短，是影响印刷电机寿命的主要因素。因此，在正确分析其磨损机理基础上进行合理选择材料，应是延长电机使用寿命的关键所在。

    在正常运行的印刷电机的电枢绕组“换向器”上，除存在通常认为的氧化铜、氧化亚铜等金属氧化物薄膜外，还有由碳石墨和各种氧化物组成的一层薄膜，这种碳石墨氧化物换向薄膜常为人们所不注意。这层换向薄膜具有良好的导电、减磨特性，使导条与电刷处于纯平面的滑动接触状态，保护电刷下面的导条免被直接磨损。在电机正常运行过程中，只要这层换向薄膜一直得以产生、保护，那么电枢绕组的导条就得以长期被保护，电机的寿命就延长。这种换向薄膜在电机严重过载、电刷磨损过度及有火花换向时板易被破坏。

    实践证明，为了确保这种碳石墨氧化物换向薄膜的长期存在，除了在设计、制造过程中保证电机具有良好的换向条件，使导条在“零磁密”处实现无火花换向（这点对于电机设计是容易实现的），最主要的因素决定于电枢绕组导体的材质与电刷材料的选用。选用优质铜材与合适材料制成的电刷，对提高印刷电机寿命是至关重要的。对于一个特定品种的印刷电机，其电枢绕组用铜材与电刷间应有一个****的组合，这种组合应是机械性能、电气性能综合研究的结果，使得电机不管在满载或轻载都能在“换向器”表面产生、保持有良好的碳石墨氧化物换向薄膜。

    材料的选择，首先是电刷材料的选择。电刷材料的选择是一个十分复杂的过程。电刷的磨损主要取决于其电气性能方面的因素，因此选电刷材料时应着重考虑其换向性能、允许电流负荷、电阻系数、润滑性能等指标。合理的选择途径应是：

    a．根据电机的额定电压等级选择电刷材料。