張永平（南通友星機電工業有限公司226001）

1引言       

     印制繞組電動機（下稱印刷電機）于50年代發源于法國，我國自60年代開始研制。它是一種具有優良伺服性能的新穎電機。與傳統伺服電機相比，印刷電機具有輸出轉矩均勻、力矩波動小、調速范圍寬、無級調速方便、慣量小、快速響應性能好、電機體積小、重量輕，軸向尺寸短、安裝配合方便等特點。因此，在世界各工業發達國家的機器人、數控機床、磁帶復錄機及雷達導航等自動控制領域中得到廣泛的應用，是一種用途寬廣的優良伺服電機。

在世界先進工業發達國家中，印刷電機的正常工作壽命早已超過了傳統帶換向器的伺服電機的壽命，達到了經濟實用性階段，已達數千小時（一副電刷）。而我國由于基礎材料工業跟不上，雖然許多單位為尋求延長印刷電機的使用壽命，作了大量的分析研究工作，也取得了一定的成績，但與國際先進水平相比，差距仍很大。我國印刷電機專業標準(1991年頒布)規定印刷電機壽命不少于500h，雖然這是一個相當保守的數字，但從中也可看出目前國內印刷電機的壽命水平。為趕超世界先進水平，為使印刷電機在工業、國防、辦公室和生活設旖的自動化方面友揮更大的作用，有必要對提高印刷電機壽命機理進行分析試驗。

    印刷電機結構簡單，它的定子一般由高性能****磁體組成，建立軸向磁場；轉子無鐵心，是由多層按一定規律均勻分布的導體（一般為銅材）經特殊加工工藝制成的電樞繞組；沒有傳統的換向器，而是利用電樞繞組的一個特定表面兼作換向器；電源經特制的按規定位置軸向放置的電刷施加于電樞繞組，電刷與“換向器”間呈平面滑動接觸。

    用鐵氧體永磁作定子的印刷電機結構如附圖所示。

  

    通過對印刷電機結構特點及傳統伺服電機壽命的分析，可以得出影響印刷電機壽命的因素有：

    a．電刷的磨損。

    b．兼作換向器層的導條的磨損。

    c．軸承的磨損。

    d．電樞繞組焊接質量水平。

    e．裝配質量水平等。

    從多次對不同規格、型號印刷電機所作壽命試驗結果可知，軸承只要選型合理，其磨損時間是相當長的，超過電機其它零件的磨損壽命；電樞繞組的焊接和裝配等因素則可通過合理的設計及加強工藝檢測手段解決，但電刷與兼作換向器的導條的磨損則很難控制，而正是這二者的磨損與電機壽命密切相關，它決定了印刷電機使用壽命的長短，是影響印刷電機壽命的主要因素。因此，在正確分析其磨損機理基礎上進行合理選擇材料，應是延長電機使用壽命的關鍵所在。

    在正常運行的印刷電機的電樞繞組“換向器”上，除存在通常認為的氧化銅、氧化亞銅等金屬氧化物薄膜外，還有由碳石墨和各種氧化物組成的一層薄膜，這種碳石墨氧化物換向薄膜常為人們所不注意。這層換向薄膜具有良好的導電、減磨特性，使導條與電刷處于純平面的滑動接觸狀態，保護電刷下面的導條免被直接磨損。在電機正常運行過程中，只要這層換向薄膜一直得以產生、保護，那么電樞繞組的導條就得以長期被保護，電機的壽命就延長。這種換向薄膜在電機嚴重過載、電刷磨損過度及有火花換向時板易被破壞。

    實踐證明，為了確保這種碳石墨氧化物換向薄膜的長期存在，除了在設計、制造過程中保證電機具有良好的換向條件，使導條在“零磁密”處實現無火花換向（這點對于電機設計是容易實現的），最主要的因素決定于電樞繞組導體的材質與電刷材料的選用。選用優質銅材與合適材料制成的電刷，對提高印刷電機壽命是至關重要的。對于一個特定品種的印刷電機，其電樞繞組用銅材與電刷間應有一個****的組合，這種組合應是機械性能、電氣性能綜合研究的結果，使得電機不管在滿載或輕載都能在“換向器”表面產生、保持有良好的碳石墨氧化物換向薄膜。

    材料的選擇，首先是電刷材料的選擇。電刷材料的選擇是一個十分復雜的過程。電刷的磨損主要取決于其電氣性能方面的因素，因此選電刷材料時應著重考慮其換向性能、允許電流負荷、電阻系數、潤滑性能等指標。合理的選擇途徑應是：

    a．根據電機的額定電壓等級選擇電刷材料。