空调用步进电机的故障模式归类分析

空调用步进电机的故障模式 归类分析

蒋雪 苏琪婷 刘秀清 余锡坤

珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519000

摘要：步进电机作为执行元件，搭配运动机构已广泛用于空调作为导风装置，以驱动控制导风板实现上下或左右扫风功能。根据步进电机的结构特性，并结合售后真实情况，分析步进电机的主要故障模式，将其进行问题归类，提出了原因分析及质量控制手段。

关键词：步进电机；故障模式；问题归类

引言

步进电机作为一种特殊的电动机，负载的变化不会影响它停止及旋转的位置，转速仅与预置脉冲信号的频率及数量有关。具有控制精度高、无漂移、成本低等优点。近年来，步进电机在空调器上的应用越来越广泛，其制造工艺流程繁多，内部装配结构复杂，涉及售后投诉空调导风板无法正常运转及噪音问题，其售后失效分析研究也越发备受关注。

1、步进电机的结构特性及主要失效模式分类

步进电机结构复杂，主要由加有永磁体的转子、定子、减速齿轮、极板、三脚爪、机座和面盖等主要部件组成。工艺流程繁多，主要包括焊板线、线球组件、机壳组件、齿轮组件、输出轴连接等重要加工组成部份。其主要失效模式可归为电机噪音类、电机短断路类、电机齿轮异常类、铆压工艺异常类、焊点异常类等。

2、电机噪音类

2.1极板与外壳配合松动引起的噪音

失效分析：由于配合松动引起转子转动时与极板碰撞发出与转速频率相同的“哒哒”的异响，电机拆分后转子磁钢上部有较明显擦痕。

控制手段：通过重新装配或压紧后可消除。

2.2由于配合安装材料选择不当引起噪音

失效分析：部分空调机型需要加泡沫。泡沫的厚度、密度（硬度）选择不当会导致电机的面盖变形，从而使电机内的齿轮配合出现异响，最终声音通过其他部件放大形成噪音。

控制手段：将泡沫的厚度、密度（硬度）进行强制性的整改控制，同时电机面盖上的“安装耳”也加大尺寸来增加其强度防止其形变。

2.3齿轮传动不平稳引起的噪音

失效分析：电机运转时间过长导致内部齿轮破损，引起齿轮啮合不平稳，运转时齿轮碰撞声音经整机放大产生，表现出的声音特色为“咯哒”。

控制手段：该噪音主要是由于齿轮磨损造成的，所以因从提高齿轮使用寿命，减小齿轮磨损处着手。可通过添加足够润滑油及控制齿轮主要精度解决。

2.4中轴干枯起来的摩擦噪音

失效分析：该类噪音主要是由中轴漏油或电机本身失油引起中轴干枯，导致电机运转时齿轮与轴之间摩擦较大，表现的声音特色为“喀哧”异响。

控制手段：此类噪音添加润滑油后可消除。

2.5整机结构、设计不良引起的噪音

失效分析：整机在关机或突然停用后来电复位过程，由于导风板位置不同往往电机转到定位筋处被堵住时，整机主板还有多余脉冲电源通电，此时电机因堵住而产生正常失步引起导风板碰击定位筋并共振产生异响。

控制手段：要求确保摩擦力矩寿命前提下实际运行牵入转矩大于摩擦转矩，通过电机被堵住时末级齿轮滑动消除共振。

2.6中轴定位轴不垂直引起的噪音

失效分析：转子偏向一边，中间定位轴上部有明显刮痕，盖板中间定位孔边沿有挤压的痕迹。轴身不垂直，没有完全进入端盖定位孔内，轴芯偏，轴与塑料轴套摩擦产生噪音。

控制手段：控制定位轴精度及建立企业管控指标。

2.7极爪有毛刺导致电机噪音问题

失效分析：电机转子表面底部有刮痕，电机厂注塑不良导致极爪有毛刺刮伤转子。

控制手段：通过加强现场管理、员工操作设备铆压技术从源头提升质量。

3、电机短、断路类

3.1 电机绕组匝间短路“烧机”引起绕组断路

失效分析：厂家绕线工艺控制不严格，有部分出现绕组飞线，直接与电机外壳接触，出现电机通电时打火烧断绕组。

控制手段：通过绝缘耐压试验测试可直接控制不良品流出。

3.2 线圈根部拉力强度低导致断路

失效分析：电机线圈接线柱根部的漆包线预留线缠绕圈数少且全部被搪锡覆盖，造成电机抗外拉力强度下降，形成断路不良。

控制手段：更改电机漆包线预留圈数要求并严格控制搪锡深度。

3.3线圈根部接线柱过于锋利导致断路

失效分析：接线柱有四条直角凌边，漆包线在凌边处容易刮伤或受力折断。

控制手段：增加接线柱倒角结构，避免漆包线在该处刮伤或受力崩断。

3.4内部漆包线搭连造成电机短路

失效分析：绕组间引线过长互相搭连，导致短路。

控制手段：要求电机厂改善漆包线在接线柱上的绕线和焊接工艺要求，线头剪切要求，丛源头解决此类问题。

4、电机断齿、开裂、齿轮异常类

4.1齿轮开裂导致电机不转

失效分析：通电测试电机卡死，解剖发现电机未端齿轮开裂。

控制手段：要求厂家对铆压工装定期进行检查，加强生产过程的质量监控。

4.2电机因齿轮用错断齿导致摩擦力矩失效

失效原因：断齿主要是由于自定位转矩偏大，特别当转轴被快速扭转时，内部齿轮被“卡住”，当滑动摩擦力矩控制不当时，如用错输出轴组件，使用了摩擦力矩更大的输出轴，导致当电机在生产装配过程中，导风板被碰击或人快速拔动时，摩擦力矩起不到保护作用，内部齿轮受冲击出现断齿。

控制手段：在设计时控制电机自定位力矩值，且保护电机导风板不受外力损坏。

5、内部铆压结构出现松脱

5.1 铆压不良导致摩擦片失效（齿轮与轴配合机构）

失效原因：铆压端盖设备故障，产品粘模，导致产品报废；此时输出轴已经遭到损坏，但外观无法观察出来；粘模产品报废后，拆除各零部件，其中输出轴被循坏使用；被循环使用的输出轴安装之后，短时间内力矩正常，运行一段时间后，开始出现严重的力矩衰减。

控制手段：整改铆压端盖设备，增加感应装置，监测是否粘膜，防止产品被二次叠压的情况出现；

5.2定位柱脱出导致电机故障

失效原因：电机都是因齿轮定位柱铆接不良松动，从盖板孔中脱出，齿轮无法有效固定，造成电机转动异常。

控制手段：加强对电机厂家对铆接定位柱的设备工装及其工艺进行排查，建立电机定位柱铆接情况的检验方法，完善检验标准。

5.3 电机端盖从铆扣松脱导致故障

失效分析：电机内部出线盒两边塑料支撑部位在受引线拉力时受力引起电机外壳的缺口张大，靠出线盒部位的两个铆扣先松脱，最后导致整个端盖脱出。

控制手段：调整生产工序，避免先装好电机经下一道工序时拉扯电机线引起松脱。完善企业管理标准中电机端盖与机壳铆压要求。

6、焊点异常故障

6.1焊点起铜皮导致电机不转

失效分析：厂家在焊接时，焊锡连接板受力过大，接线柱顶起整个焊点，造成焊盘起铜皮，导致电机其中一相绕组无输出。

控制手段：要求电机厂对焊接工艺进行整改，增加焊接后视觉的检测设备，加强半成品的外观检验。

6.2焊点虚焊、连锡等导致电机故障

失效分析：厂家焊接员工焊接操作不当，现场管理缺失等造成电机焊点虚焊，焊点连锡等问题导致电机故障。

控制手段：外管要求各扫风电机厂家对焊接工艺进行排查，并加强半成品的检验，确保产品合格出厂。

7、其他类型故障

其他故障常见为厂家模具管控失效引起的电机内部尺寸精度偏差、端子松脱、转子受力磁瓦开裂、内部漆包线生锈卡死电机等等，较多为电机厂管控失效引起，可加强内部员工培训、实操、完善作业指导书及调整管控计划控制。

8、结束语

以上基本对售后不同故障模式进行分类分析。针对不同失效模式的问题制定有效的管控措施、检验方法和评判标准，目前对步进电机综合质量提升具有重大意义。

参考文献：

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[2]苗旭. 空调用步进电机力矩可靠性研究[J]. 日用电器, 2015(7):3.

[3]杜立. 驱动电机失效原因及解决办法[J]. 印刷杂志, 2017(1):43-45.