某型直流电机电枢结构优化设计

2021-03-16雷雯

船电技术 2021年2期

关键词：换向器碳粉电枢

雷雯

应用研究

某型直流电机电枢结构优化设计

雷雯

（中国人民解放军海军装备部武汉地区军事代表局驻湘潭地区军事代表室，湖南湘潭 411101）

某型直流电机的电刷长时间磨损产生碳粉而导致电机绝缘电阻低，其相关的结构还存在优化空间。根据实际应用需求，分析直流电机的结构，并对电机加以优化设计。通过试验验证优化设计的电机性能优良，证明优化设计达到预期目标。

直流电机电枢绝缘电阻优化设计

0 引言

直流电机扩大机作为一型特种直流电机具有直流电机起动和调速性能好，调速范围广、平滑，过载能力强，受电磁干扰影响小等优点；同时因采用换向器、电刷等换向结构，也存在电刷磨损、换向火花、绝缘电阻容易下降等固有弊端。随着科技的进步和技术的发展，直流电机的材料和结构等技术也有着新的发展。根据多年直流轧钢电机和水下推进直流电机、发电机处理的经验，并结合使用情况经过统计和分析，针对某型电机在使用过程中出现的电枢绝缘电阻低的问题，提出了该电机优化改进方案。首先对原电机结构进行分析，然后设计可行方案，通过仿真分析优化设计参数，最后通过试验验证，以达到优化设计目标。

1 总体思路

根据前期调研，直流扩大机电机绝缘电阻降低主要原因是在环境湿度大的情况下电刷磨损产生的碳粉堆积在电机内部造成电机爬电距离过小而引起的。

根据电机的结构特点[1]，从电枢结构优化以减少碳粉进入电枢内部，以减少碳粉产生量方面对电机进行优化。

2 结构分析

该电机为典型直流电机结构[2]，电机内部风路如图1所示。

从图中可知，第一路风从电枢的换向器表面通过，经过定电枢气隙到达风扇；另一路风从换向器轴向通风孔，经电枢铁心通风槽到达风扇，由离心风扇将风抽出电机，达到散热冷却效果。其中第一路在风经过绕组表面时，通过绕组间隙，从换向器升高片尾部间隙经过，从电机铁心通风槽引出至离心风扇抽出电机。

这种换向器与铁心之间的绕组采用钢丝绑扎，绕组与升高片之间的锡焊（在上世纪九十年代末期之前，国内通用的成熟结构和工艺），既克服了绕组线圈外扩的离心力，又不影响风路的通风。

图1 通风示意图

电机长期运行后，电刷磨损产生的碳粉在图2中的①、②等处堆积，造成两升高片之间爬电距离缩短，导致电枢绕组的绝缘电阻降低。当绝缘电阻降低时，就需进行碳粉清理。若电机内部受潮时，堆积的碳粉湿润成泥，将加剧碳粉的堆积，增加了碳粉清理的难度，此种状态出现时，必须将电枢抽出并采用专用清洗剂清洗，否则很难将碳粉清理干净，进而很难将电机绝缘电阻维持在较为良好的水平。

图2 碳粉堆积示意图

3 优化措施

根据多年来对轧钢直流电动机和水下直流推进电机、发电机处理问题的经验，针对引起电枢绝缘[3, 4]下降的原因对电枢换向器的两处薄弱点采用密封的方式阻止碳粉进入。

将换向器套筒尾部与绕组支架形成一个止口配合，然后将升高片根部与绕组端部下部空间采用适形毡填充，并用无纬带将绕组与下部空间隔离开，阻止碳粉从通风道方向进入该空间。在换向器升高片的尾端加工一个4×2的缺口，电枢在嵌线完成后，在绕组表面绑扎无纬带，无纬带从铁心绑扎至缺口处，将绕组和升高片的结合部位全部封闭。无纬带经固化后，形成一个整体，碳粉不能在该表面存留，也不能渗透入升高片背部空间，有效提高了电枢的绝缘可靠性。如图3所示。