摘要：以hoerbicer微型电机为研究对象，建立了电机单自由度动力学模型，列出碳刷一扭簧系统的运动微分方程，采用谐响应分析方法求解系统的幅频响应特性。通过有限元软件计算获得在简谐激振下碳刷一扭簧系统的幅频响应特性曲线。分析结果表明，电机转速对电机振动幅度影响较大。根据所获得的电机转速与振动规律，合理地选择电机转速，可以避开系统可能出现的共振及跳跃等不稳定现象，从而有效地避免电机的振动失效对电机寿命试验的影响，为合理确定电机寿命提供理论分析依据。

  关键词：微型电机；碳刷扭簧；振动失效；谐响应；寿命

  中图分类号：tm38  文献标识码：a  文章编号：1004-7018(2010)07-0015-04

    微型电机指直径小于160 mm或额定功率小于750 w或具有特殊性能、特殊用途的电机。微型电机品种多达5 000余种，已广泛应用于太空和军事裁具、汽车、机器人等领域。为了满足不同领域的应用要求，微型电机应具有更高的可靠性和更长的寿命。在微型电机型式试验和可靠性试验中，电机寿命试验最为耗时耗力。无论电机寿命试验还是电机实际应用中，选择合理的转速，都可以避开电机共振区，避免电机因振动失效而缩短寿命。

目前关于电机振动特性的研究主要集中在大中型电机上，其中大部分研究集中在电机定子结构振动特性上，也有部分学者研究电机的转子振动特性取得了大量的研究成果[2-3]。但是由于微型电机结构、尺寸与大中型电机存在较大差异，导致大中型电机的振动特性的研究成果不适用于微型电机振动特性研究。当今对微型电机的研究主要集中在超微电机、超声波电动机等特种电机领域，对于常规微型电机的研究也主要关于噪声控制，针对结构动力学特性研究较少，而电机动力学特性研究对降低电l机振动失效，延长电机寿命至关重要。我国微型电机技术主要依靠国外引进，近十年来，微型电机行业吸引了大批外商投资。许多新品交货时，常常因为振动对寿命测试影响的标准不同而有争议，因此研究微型电机振动失效问题，力电机寿命测试制定标准，具有极其重要的工程意义。

    本文以宝马汽车专用车载hoerbicer微型电机为研究对象，针对该型寿命测试试验中振动失效；对电机寿命影响存在争议的问题，提出采用谐响应分析方法来分析电机动力响应特性。在分析ho-erbiger型电机结构的基础上，建立了电机碳刷扭簧系统的三维cad模型，采用hypermesh建立有限元模型；将该模型导人ansys中进行谐响应分析，得出电机的谐振幅频响应特性曲线，从而确定电机的固有频率及共振区。该分析结果为在满足宝马公司对车载电机的转速、运行条件及可靠性要求的前提下，合理选择电机拖动负载进行周期性变速命测试试验中的转速提供了理论依据；为最终解决供需双方在振动失效对电机寿命影响的争议问题提供帮助。

    图l为hoerbicer微型电机的端面视图。该电机由定子和转子两部分组成，碳刷经扭簧压紧在换向器上，电机转子通过碳刷和换向器从外部获得电能。

    碳刷只能在如图1所示的水平方向移动。碳刷一扭簧系统阻尼很小，可略去阻尼，简化为单自由度无阻尼振动系统，如图2所示。系统运动方程为：

   式中：m为碳刷质量；k为扭簧水平方向等效刚度；x(t)为碳刷位移；f(t)为换向器对碳刷一扭簧系统的激励。

    电机工作时，转子匀速转动。电机换向器外圆每一点在沿碳刷移动方向做简谐运动。如图3所示，换向器外圆均匀分布7个沟槽，电机转动时换向器外圆不光滑导致碳刷在水平方向移动，即碳刷水平方向受到简谐激励。因此电机转动时换向器给碳刷以7倍电机转速