利用稀土銀合金開發高性能車用微電機
匡綱要1，徐永紅2,3，王勇2,3，章應3
(1深圳市唯真電機有限公司，廣東深圳518129；2重慶大學，重慶400045；3重慶川儀金屬功能材料分公司，重慶400702)
摘要：利用稀土銀合金制作車載DVD主軸電機換同器，在70℃和常溫下進行負載壽命試驗。結果發現，該電機的使用壽命超過規定值的80以上，表現出高度的可靠性和穩定性；換向器的磨損機制以磨料磨損為主，70℃下連續運行3 600 h后，其船層厚度剩余2／3以上。
關鍵詞：稀土銀合金；車用微電機；換向器；壽命
中圖分類號：TM381 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2010)04—0008—03
0引言
進入21世紀以來，微電機的市場需求不斷增加，預計到2010年，其產量可達100億臺以上[1]。因此，高性能換向器和電刷片用電接觸材料的相關研究得到廣泛重視[2-7]。
換向器和刷片在工作過程中主要承受載電磨損和電弧侵蝕的作用。微電機換向器與電刷的磨損機制以粘著磨損為主，并伴有電燒蝕作用。早期短路死機的主要原因是換向器表面產生的磨屑在溝槽中堆積[8]；而磨屑堆積的根本原因則電流換向期間產生電弧導致的熔焊作用[6]。在此基礎上開發出含稀土的新型銀基換向器材料[9]，提高了微電機換向器的抗電弧能力，使其主要磨損機制由粘著磨損轉變為磨粒磨損，消除了溝槽中磨屑聚集的現象，顯著提高了微電機的可靠性和使用壽命[10]。本文將這種新型換向器材料用于車載DVD主軸電機，通過壽命試驗證明其性能得到大幅度提高。
1試驗方法
1．1材料與壽命試驗
接同器和刷片所用貴金屬均由重慶川儀金屬功能材料分公司自行生產，基帶材料外購。換向器材料為AuAg40／AgCu4NiRE／Cu三層帶材，刷片材料為AgPd50／MX215兩層帶材。將復合帶材交元器件廠家加工成換向器和電刷片元件后，裝配成車載DVD主軸直流電動機。
電機壽命試驗分為常溫和高溫(70℃)兩組，各10臺電機，其工作條件為：電壓3 0 V(Dc)、負載q512 CITI光盤、順時針連續旋轉，該試驗條件下的壽命要求為常溫不少于2 000 h，高溫不少于1 500 h。試驗過程中，分別在1 000 h、I 500 h、2 000 h、2 800 h和3 600 h拆取電機進行測試和分析，其余電機繼續運行。
1 2測試和分析
電機的主要性能指標為：空載電流≤45 mA、空載轉速3 500~350 r／rain、負載電流≤105 IliA、負載轉速2 900±290 r／min、起動電壓≤0.6 V、起動力矩≥1．8x10 N·m，其負載條件為電壓3．0 V(Dc)、負荷4．8x10～N·m。穩定性判定指標為電流變化率不超過30，轉速變化率不超過20。各性能指標的變化率按下式計算：
式中：RM為指標M的變化率；Mt為指標M在運行時間t以后的測試值；M0為壽命試驗前的測試值。
測試完成后，對電機進行了解剖，利用體視顯微鏡和掃描電鏡觀察換向器和刷片的工作區形貌。將換向器片取下，沿軸向鑲嵌成金相試樣，磨制拋光后，利用光學顯微鏡觀察了工作部位的磨損減薄特征。
2結果與分析
2．1電機性能
表l顯示了電機運行不同時間后的性能測試結果。可見，電機在常溫和高溫下進行壽命試驗l 000～3 600 h后，各性能數據仍然滿足表l所示的技術要求，說明電機的使用壽命可達3 600 h以上，其常溫壽命比規定值提高80，高溫壽命提高l.4倍。
圖l顯示，電機試驗運行后的空載與負載電流均增大，但變化率未超過30，達到電機穩定性的相關要求。高溫運行導致的電流變化大于常溫運行，尤其是負載測試條件下，高溫組所有電機的電流變化率均高于常溫組，顯示高溫運行條件下電機的穩定性較差。高溫組電機的負載電流變化率與運行時間沒有明顯相關性，而空載電流變化率大致與運行時間成正相關；常溫組電機的負載電流變化率與運行時間成負相關，其空載電流變化率與運行時間在1 500 h以前正相關，超過1 500 h以后則成負相關。運行時間超過2 800 h以后，所有電機的電流變化率均顯示增加趨勢。
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