摘要：我公司生产的直流电动机是驱动元件，输出额定力矩的同时，具有电磁制动功能。该电磁制动器是典型的拍合式电磁制动器，与电机的激磁绕组、电枢绕组串联，优点是结构简单、体积小，缺点是参数互相关联，可靠性差。电机的电磁制动器在产品研制初期，出现过间歇制动、延迟制动等典型故障。此后又大范围的出现间歇制动故障。
关键词：直流电动机；串联；电磁制动器；间歇制动；延迟制动
1绪论
直流电动机从开始研制至今，作为驱动元件，已累积生产数百台。电机输出功率35W，输出额定力矩的同时，具有电磁制动功能。
电机的电磁制动器在产品研制初期，出现过间歇制动、延迟制动等典型故障，2016年又大范围的出现间歇制动故障。
该电磁制动器是典型的拍合式电磁制动器，与电机的激磁绕组、电枢绕组串联，优点是结构简单、体积小，缺点是参数互相关联，影响范围广，可靠性差。
当进行D状态电机的生产时，出现空载工作时制动器间歇制动故障（突然释放、刹车，电流升高）。
2 制动原理
该电机为串励直流电动机，励磁线圈与电枢绕组、制动器线圈串联工作。电机的制动器工作原理：电机通电 电流通过制动器线圈后产生磁场 磁场通过制动间隙作用于制动盘，克服弹簧弹力 拉动制动盘吸合到磁轭上 制动盘与摩擦盘分离，同时电枢内电流产生足够大转矩，使电机旋转并逐步达到稳定。
直流电机的空载电流理论上越小越好，但对于串联制动器的特种电机来说，电流与制动功能相关：工作电流与释放电流临界时，将导致制动器工作过程中释放。
本次制动器间歇释放故障发生在电机较小的空载状态、半载状态下。
间歇制动定义：是指电机正常工作状态下，制动器突然释放 制动盘与止动盘摩擦 对电机进行制动 工作电流上升 制动盘吸合 工作正常 又突然释放。这样一个循环制动过程称为间歇制动。
3故障分析
电机是串联电路，制动器工作电流与电机工作电流相同，当空载时工作电流低至0.6A，而制动器的释放电流达到0.5A，在电机换向瞬间，极易出现间歇制动问题。
因此从导致工作电流、释放电流变化角度出发，将导致电机间歇制动工作的主要因素如下。
3.1制动气隙增大
3.1.1理论分析
根据电磁吸力公式，在所有设计参数不变的情况下，气隙长度lg0与线圈电流成正比，即制动气隙决定着线圈电流的大小。而气隙长度lg0由磁轭镀镍层、制动盘镀铬层、中间气隙组成。
3.1.2气隙长度的变化
曾经因图纸未详细规定磁轭吸合面是否需镀镍，为防止锈蚀，制造过程中增加了镀镍层，因镀镍层的不平整，导致吸合气隙变大，释放电流值整体上浮，大部分已达到临界值0.45A。
同时为保证制动盘的镀铬层厚度（塑压后不再补充加工），需在塑压前镀铬，导致制动盘塑压过程中受热变形，导致吸合气隙变大，释放电流值增大。
此后生产的两批电机大量出现了空载电流与释放电流差值低、间歇制动故障。
由此可见，气隙长度中，镀镍层、制动盘平面度的变化导致了制动器释放电流的增大，与空载电流临近后出现间歇制动故障。
3.2电刷宽度小
由蜗牛弹簧压住的电刷与换向器构成了电机的换向装置，二者间的滑动摩擦，是直流变交流的一个转换过程。
电刷宽度是指电刷在换向器上滑动时的实际接触宽度，关系到电机的换向性能。
电刷是与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电部件，是用于换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体。它的导电，导热以及润滑性能良好， 并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷，它是电机的重要组成部件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆我国行业把电刷分为石墨电刷、电化石墨电刷、树脂粘合石墨电刷、金属石墨电刷四大类。本电机中使用的就是金属石墨电刷，一直在多个型号中稳定应用多年。
3.2.1尺寸复测
对故障反复出现的故障机的相关尺寸进行了复测：
1）电刷尺寸符合设计图纸要求。
2）换向器外径符合设计图纸要求，换向片距也符合图纸要求（具体见换向片计量记录）。换向器跳动量全部小于0.01mm，符合设计图纸要求。
3）蜗牛弹簧弹力符合设计图纸要求，同台电机蜗牛弹簧弹力相差不大：0.9N、1N。
3.2.2电刷的安装原则及换向瞬间绕组电路
电机设计时要求正、负电刷之间得到最大的感应电动势，或被电刷所短路的元件中感应电动势最小。
短路的绕组越多，则电路电流越大，但参与工作的绕组越少，需通过电、磁的共同合理选择才能更好地保证电机参数。
电机实际运行时，电刷是静止不动的，随着电枢的旋转，永远有被短路的元件，这些元件始终处于两个主磁极之间的位置，因此感应电动势为零。保证了电机主磁极下所有绕组通过最大电流，产生最大电磁转矩。
3.2.3电机的电刷、换向器尺寸
通过电机的电刷、换向器图纸标的尺寸复核电刷与换向器安装，复合要求。
电刷的选择对电动机换向时抑制火花有重要的作用，本电机按功率、电压、负载特性及换向器圆周速度等条件选用，使用金属石墨电刷。因其电阻系数和接触电压较高，对抑制火花有利。
因此该项可能性排除。
3.3提高空载电流方法论证
提高空载电流的方法有很多，具体如下：
1）减小轴向间隙、增大蜗牛弹力等方法来增大摩擦损耗试验失败。
2）减小释放电流需考虑是否会再次引发制动延迟。
3）电机参数经过试制可以提高空载电流，但工作电流超出协议要求。
4）增加气隙提高空载电流效果不明显。
设计电机时将气隙变大或变小对电机性的影响是：旋转磁场对转子的作用力减小，导致输出扭矩减小。 转子对线圈的反电动势减小，导致电流增大，耗电增加，电机发热。
气隙是电机定转子之间的空隙。定子不转，转子需要转动，所以气隙是必须的，根据电机不同，气隙大小也不同。一般来讲，气隙加大将带来漏磁场加大；气隙减小，由于轴承的磨损，转子铁心很快就会与定子铁心产生摩擦，一旦产生摩擦，就会破坏铁心的绝缘，产生涡流，电机发热，使电机寿命降低。因此不采用改变气隙提高电流参数改进。
综上所述，造成电机间歇制动故障的原因是：磁轭增加镀镍层、制动盘塑压过程导致平面度超差。
3试验验证
针对磁轭增加镀镍层、制动盘塑压过程导致平面度超差这两个故障原因，分别制造样机进行了验证工作。
1）制动盘镀镍层由不均匀，返修为均匀，厚度由0.18减小至0.011um，制动盘平面度由0.028mm提高至0.02mm（上述数值全部为图纸规定值的极限值）。装在故障机中，经过性能、磨合等测试，间歇故障消失。
2）采用制动盘塑压后补充加工平面，刷镀镀铬层的方法制造的制动盘，装电机后间歇故障消失。
4结论
通过对电机电磁制动器间歇制动故障的分析论述及工程实验，可以得出间歇制动故障的原因是：通过严格控制制动盘平面度及镀层厚度，降低释放电流，解决间歇故障。
参考文献
[1]汤蕴璆、史乃《电动机学》机械工业出版社，1999年5月第1版，6～59页.
[2]龚新民《电动机工程手册》第25篇机械工业出版社，1984年2月第2版，25-1～25-84页.
论文作者:于晓慧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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