特殊环境条件下微特电机的绝缘与粘结

1前言

由于世界经济与科技的飞速发展,微特电机的应用领域发生了重大变迁。从家用电器及普通环境条件下的工业驱动逐步涉足宇航、军事工程、石油化工、矿山、海洋工程生物工程及其它高科技领域。

长期以来，环境条件试验标准主要依据是GB2421、GB2422 GB2423、BC2424以及CJB4. 1、13。其中规定了高温试验低温试验低温贮存试验恒定湿热试验交变湿热试验振动试验颠書试验、冲击试验、霉菌试验盐雾试验、日光辐射试验及外壳防水试验等项目。

但是在实际使用场合还远远不止这些,其环境条件的难度也远远超过上述项目的规定，往往要制订若干补充标准或与用户具体商定技术条件。下面列举些比较严酷的环境条件及绝缘粘结条件与工艺技术对策。

2环境条件下工艺技术对策

2.1高温

2.1.1环境条件指标

环境温度的绝缘材料和胶精剂老化的重要因素之一，环境温度与电机本身的温升(绕组温升、机电损耗温升、摩擦温升等总和)加起来形成电机的工作温度。国际电工委员会(EC)规定的绝缘等级如表1所示。

2.1.2工艺对策

多年来我所已经实现了B级、F级、H级的绝缘配套,行业中也有不少科研单位和企业形成了批量生产，但对C级配套及某些特殊产业应用的电机仍是难题，举例如下：

(1)油井测试用仪表电机 由于油井内部温度高达200-250℃，电机在密封环境中散热困难，所采用主绝缘为聚铣亚胺配套材料，换向器为可溶性亚胺模塑料，绝缘处理材料采用聚二苯醚绝缘漆。

(2)高转速大电流盘形 盘形绕组是70年代在国内市场出现的特种电机之一。由于生产工艺难以自自动化，一直没有形成工业化生产，尤其是较高绝缘等级的产品更难做。我所开发的H级盘式绕组采用耐热酚醛模塑料和特制耐高温自粘性漆包线形成盘式绕组。为了防止在较大温度变化下，盘绕组的变形超差，我们采用了整形定型工艺措施。

(3)工作温度400℃的异步电机 虽然异步电机比直流电机的选材容易，但在400℃的异步机定子绝缘及引出线都是相当难以解决的。研究人员采用氧化膜铝线做绕组，用瓷浆灌封绕组，接线板采用陶瓷材料，槽绝缘采用架空结构。

2.1.3实际应用效果

油井电机试制成功，并形成小批量生产。成功的用华北、中原、大庆等油田。火炮电机已制成样机，技术指标达标，用户基本满意。400异步电动机样机试验成功，运转满意。

2.2高真空

2.2.1环境条件指标

按ASTME -59航天材料低放气性试验方法规定，试验条件为:

真空度:7×10^-3-Pa;试验温度:125℃(可凝挥发物吸附板25℃);试验时间:24h试验后材料性能:质量损失TML:不大于1% ;可凝挥发物含量CVCM不大于0.1%;水份回吸量WVR:不大于1%。

2.2.2工艺对策

经国内很多大专院校及科研机构多年试验筛选，达标材料品种非常有限,可供选用的绝缘封装料及胶粘剂品种更是奇缺。世界上也只有美俄等少数航天大国有这方面的技术，但这种材料的进口受到种种限制，必须自行研制。九五期间我所开展了较为有针对性的研究，主导思想如下:

(1)采用高交联密度的最终产物,使低分子逃逸物最大限度地减少;

(2)采用韧性大分子化合物作增韧剂,增加位阻效应，减少放气量;

(3)采取表面处理措施,使胶粘剂或封装料与金属界面形化学键结合，减少低分子物进出的缝隙与通道,有效地控制了可凝挥发物及水份回吸量

采用上述手段研制出合格的胶粘剂和封装料之后,加工完毕的电机尚须进行电机整体真空后处理，以保证放气量进-一步降低。必须指出，对不达标的高分子材料，电机整体后处理是无效的。随着真空露置时间的增加，质损不断上升，当质损高达5%~10%时，材料的机电性能将下降到不能工作的程度。

2.2.3实际应用效果

在九五期间经过深人研究和多次配方筛选，确定了FW -2胶粘剂系列配方和FW-3封装料系列配方,并在中期评估后对材料的外观和工艺性能做了改进。

用FW-2胶粘剂和FW-3封装料加工的航天用步进电机与旋转变压器得到用户、专家与上级领导的好评，为国际先进水平。某航天用旋变经5年来多批供货,用户表示满意。

2.3冲击振动

2.3.1环境条件指标

冲击振动环境条件指标差异很大，普通家电、办公设备等小型工业驱动装置，只有轻微振动,而交通工具如汽车、轮船、飞机,其冲击强度和振动强度相对较高。最为严酷的是航天器在发射时所受到的冲击应力高达50个g(g-重力加速度 ,9.8m/s2),试验强度为70g。

2.3.2工艺对策

对绝缘材料而言，难度不大,而对结构粘结材料要求很高。多年来我们不断研究不断改进，具体思路如下:

(1)设计合理的接头结构，以嵌接代替平接;

(2)选用高剪切强度同时具备高剥离强度的胶粘剂，如选用酚醛丁腈类 ,环氧一聚砜类等配方;
(3)深人研究表面处理技术,对电机中常用的铝镍钴五类及八类磁钢、LY-12硬铝、H62黄铜、1Cr18N9Ti，不锈得，无碱破璃布等均确定了最佳处理工艺:

(4)采用合适的偶联剂:

5）设计合适的后加工夹具，确保精结组件在后加工中避免冲市应力的威协。

2.3.3实际应用效果水防结构成功地应用于航天 直流电机、火炮电机及多种军用电机，长期以来-直受别的好评。

2.4水下

2.4.1环境条件指标

随着生物工程海洋工程和军事工程发展的需要，水下用的电机电器、电缆应用越来越多，缘与粘结方面的难度，绝缘封装的难度最高。水的深度与压力成正比。当电机在地面上’处压力为0个大气压，用上工作时习惯上说是一个大气压，测试其绝缘电阻值为> 500M0。而在深水300m试其绝缘电阻值几乎为0M

2.4.2工艺对策

水份在高压力下便人绕组，主要是绝像封装料在交联反应中产生收缩应力,在固化产物形成后，绝嫌体内部有微观裂缝,在绝象体与金属(如铁心)界面有局部脱离，这种很小的裂缝和限做地常压下并不足以使水份进入到绕组内部。而在较高的外部压力作用下则形成了水份的通道，从而绝缘电阻急剧下降,甚至为0。

为消除微观裂缝和局部脱离,在工艺上采取如下措施:(1)采用无收缩应力配方;

a.填加膨胀剂,使收缩率为0或略有膨胀;

b.选用大分子链环氧树脂;

C.选用韧性固化剂;

d.族的不见所以保道周地均 ，减小图分布不均。提神工艺不当、此重不同造成的淀等原因形成的内应力

(2)不同材质的表面处理，在界面形成化学键结合,最大限度的消除局部脱离。

2.4.3实际应用效果

采取上述技术措施的试样经原电子工业部二十三研究所水压测试能承受深水300m的压力，并且有一组试样可耐500m的深水压力(即50个大气压) ,3小时深水试验后,测定试样在水中高压下的绝缘电阻> 100MQ。而不采取上述措施的试样常态下浸水24小时，绝缘电阻> 500MQ,浸水深度200m时,浸水时间几分钟，绝缘电阻几乎为0。

应用该技术加工的两种军用电机，性能受到用户好评，原电子部二十三所的试验人员认为我们的试验数据是国内送样单位当中最好的。

3结   语

我们所开展的研究工作，环境条件多种多样，所列项目针对性强，面比较广，能对各种严酷恶劣的环境条件作出应答，多数成果已用于军品生产，多年来得到广大用户和行业专家的高度评价。