利用稀土银合金开发高性能车用微电机

    匡纲要¹，徐永红^2,3，王勇^2,3，章应³

(1深圳市唯真电机有限公司，广东深圳518129；2重庆大学，重庆400045；3重庆川仪金属功能材料分公司，重庆400702)

    摘要：利用稀土银合金制作车载DVD主轴电机换同器，在70℃和常温下进行负载寿命试验。结果发现，该电机的使用寿命超过规定值的80以上，表现出高度的可靠性和稳定性；换向器的磨损机制以磨料磨损为主，70℃下连续运行3 600 h后，其船层厚度剩余2／3以上。

    关键词：稀土银合金；车用微电机；换向器；寿命

    中图分类号：TM381  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2010)04—0008—03

0引言

    进入21世纪以来，微电机的市场需求不断增加，预计到2010年，其产量可达100亿台以上^[1]。因此，高性能换向器和电刷片用电接触材料的相关研究得到广泛重视^[2-7]。

    换向器和刷片在工作过程中主要承受载电磨损和电弧侵蚀的作用。微电机换向器与电刷的磨损机制以粘着磨损为主，并伴有电烧蚀作用。早期短路死机的主要原因是换向器表面产生的磨屑在沟槽中堆积^[8]；而磨屑堆积的根本原因则电流换向期间产生电弧导致的熔焊作用^[6]。在此基础上开发出含稀土的新型银基换向器材料^[9]，提高了微电机换向器的抗电弧能力，使其主要磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损，消除了沟槽中磨屑聚集的现象，显著提高了微电机的可靠性和使用寿命^[10]。本文将这种新型换向器材料用于车载DVD主轴电机，通过寿命试验证明其性能得到大幅度提高。

1试验方法

1．1材料与寿命试验

    接同器和刷片所用贵金属均由重庆川仪金属功能材料分公司自行生产，基带材料外购。换向器材料为AuAg40／AgCu4NiRE／Cu三层带材，刷片材料为AgPd50／MX215两层带材。将复合带材交元器件厂家加工成换向器和电刷片元件后，装配成车载DVD主轴直流电动机。

    电机寿命试验分为常温和高温(70℃)两组，各10台电机，其工作条件为：电压3 0 V(Dc)、负载q512 CITI光盘、顺时针连续旋转，该试验条件下的寿命要求为常温不少于2 000 h，高温不少于1 500 h。试验过程中，分别在1 000 h、I 500 h、2 000 h、2 800 h和3 600 h拆取电机进行测试和分析，其余电机继续运行。

1 2测试和分析

    电机的主要性能指标为：空载电流≤45 mA、空载转速3 500~350 r／rain、负载电流≤105 IliA、负载转速2 900±290 r／min、起动电压≤0.6 V、起动力矩≥1．8x10 N·m，其负载条件为电压3．0 V(Dc)、负荷4．8x10～N·m。稳定性判定指标为电流变化率不超过30，转速变化率不超过20。各性能指标的变化率按下式计算：

式中：RM为指标M的变化率；Mt为指标M在运行时间t以后的测试值；M0为寿命试验前的测试值。

    测试完成后，对电机进行了解剖，利用体视显微镜和扫描电镜观察换向器和刷片的工作区形貌。将换向器片取下，沿轴向镶嵌成金相试样，磨制抛光后，利用光学显微镜观察了工作部位的磨损减薄特征。

2结果与分析

2．1电机性能

    表l显示了电机运行不同时间后的性能测试结果。可见，电机在常温和高温下进行寿命试验l 000～3 600 h后，各性能数据仍然满足表l所示的技术要求，说明电机的使用寿命可达3 600 h以上，其常温寿命比规定值提高80，高温寿命提高l.4倍。

   图l显示，电机试验运行后的空载与负载电流均增大，但变化率未超过30，达到电机稳定性的相关要求。高温运行导致的电流变化大于常温运行，尤其是负载测试条件下，高温组所有电机的电流变化率均高于常温组，显示高温运行条件下电机的稳定性较差。高温组电机的负载电流变化率与运行时间没有明显相关性，而空载电流变化率大致与运行时间成正相关；常温组电机的负载电流变化率与运行时间成负相关，其空载电流变化率与运行时间在1 500 h以前正相关，超过1 500 h以后则成负相关。运行时间超过2 800 h以后，所有电机的电流变化率均显示增加趋势。