汽车起动机里的电枢检测的难点在那里？

amnic

电枢通常出现的电气故障有线圈抽头至换向片间的焊接不良（严重的焊接不良俗称虚焊）、线圈短路、匝间绝缘不良、断线、脱钩、挂钩错误、线圈反嵌、圈数差、片间短路，以及线圈绕组对铁芯（轴）的漏电、漆包线搭铁等。尽管电机制造商的企业规模、生产设备、人员素质、管理水平差异极大，此类质量问题不同程度均有发生，只不过发生问题的故障类型及概率有所不同罢了。为了准确检测出电枢的各种故障，特别是检测出褚如焊接不良或虚焊、线圈匝间绝缘不良等隐形故障必须依靠精良的测试仪器并采用正确的检验手段，才能最大限度地避免造成产品的误检、漏检。
...若测试仪器的各项技术指标均很高并具有各项针对性的特殊功能，电枢的绝大多数故障是可以被发现的。但是，设计高度精密并真正实用的测试仪器，从技术层面来说，必须解决好以下难题：
1、 建立正确的电枢数学模型
...由于电枢的电气结构是网状的，生产过程中的各种测试只允许接触换向器，片间电阻、特别是焊接电阻的精确测试只能通过建立正确的数学模型并求解获得。对于3片电枢而言，世界上至今仍无人能建立求解焊接电阻的数学模型。由此可见建立正确数学模型的难度。
2、 精确区分焊接电阻与片间电阻巨大差值
...越来越多的行业人士已知晓良品电枢的焊接电阻仅为几十微欧（μΩ），而常见电枢的片间电阻值通常为欧姆（Ω）级，后者是前者的几千倍乃至百万倍。就算我们可简单理解为焊接电阻是串联在片间电阻上并可分辨的，但是对焊接电阻加以准确的区分并将分辨率提高至1μΩ，难度是极大的。
3、 测试焊接电阻所需的信号极为微弱
...众所周知，精确测量电阻的基本方法是4线制测试法，即向被测电阻加载电流并在电阻而端提取信号。电枢焊接电阻的基本测试原理也不例外。问题是实际情况不允许对电枢加载很大的测试电流，测试电流通常为安培级数甚至更小。因此，准确测量良品电枢焊接电阻的测试信号往往是微伏级别的。
4、 克服对测试系统干扰极大的各种噪音
...由于测试点（包括插头）的接触电势、热电势、电化学电势，自然界客观存在的大地工频（包括n倍的高次谐波）及RF噪声、静电噪声，以及褚如温度漂移、时间漂移环境因素、以及测试导线等因素对测试仪器引发的各种干扰累积，往往淹没了焊接电阻的测试信号，测试信号的正确及精确提取难度极高。
5、 测试过程必须快速
...由于电枢是由线圈绕成的，呈电感性。对电枢加载电流时，由于电感的存在，测试信号将产生极大的波动。测试电路乃至整个测试系统为了应付此类波动，往往需要较长的等待时间。研究电流加载方式抵御波动并尽可能缩短等待时间以提高测试速度，使精密的仪器真正实用，也是一个难题。
由于采用传统方法设计制造的电枢综合测试设备没能解决好以上难题，此类设备要做到精确测量并确保检测数据的重复性及再现性是不大可能的，对于大量存在的电枢隐性故障检测往往无能为力。要彻底解决上述的技术难题，必须采取非常规的手段及技术方案，充分发挥人类的智慧，才能设计制造出全新一代的精密实用仪器，确保电枢检测质量。
...虽然属于电枢电气绝缘性能检测的绝缘电阻、工频耐压等的检测技术相对成熟，但深究下去还是有一定难度的。传统的测试设备普遍采用工频调压变压器手动调压或利用继电器阵列对变压器抽头进行切换的方式产生工频高压甚至匝间高压，调压精度不高且调节较麻烦，产生的高压通常随外界电网电压变化，此类设备在电网电压波动较大的现场使用往往还需配置高档的交流稳压器，而高性能检测设备的各项测试电压均由仪器内部电子电路自动产生，不仅测试精度高、可免除以往设备使用的不便，性能优异的仪器在工频耐压测试时通常还带有电弧侦测功能，可检验出线圈对铁芯/轴之间的闪烙。但做到并做好这一点，对仪器的设计是有一定难度的。
...片间电阻测试的方法及其技术指标的高低、技术指标的真实性，以及对各片间电阻（绕线工艺决定了其每片间的电阻值通常是不一致的）自动正确排序并采用各片间均有对应不同的判别标准对其合格与否的正确评定，则反应了仪器能否在环境温度变化时精确测试出任一片间绕组圈数是否正确（甚至可分辨多绕或少绕一匝）、匝间（线与线）是否发生短路（甚至可分辨出短一匝）、线圈绕线挂钩方向错误，借助于分析测试数据还可知电枢的片间线圈绕组在绕线时张力是否正确、漆包线用型是否正确等。当然，优秀的仪器对于分析线圈断线、脱钩等故障更应该不在话下。
...对于采用单飞工艺绕制的电枢，由于其初始挂钩绕制的第一槽线圈与最外层/槽线圈电阻值差异很大，性能稍好的综合测试仪均能正确识别各片间电阻并正确将其自动排序。但采用双飞、特别是双钩双飞工艺绕制的二组（绕线开始至结束）或四组线圈环路的各片间电阻反映到总换向器片数的对应值均有二组很相似的排序，普通的仪器对此客观存在的现象是很难自动正确识别的，往往产生排序错位。为了弥补片间电阻排序错位的不足以避免正常测试时仪器频繁报警，尽管一些电机制造商制作电枢的工艺水平较高（例如批量生产的电枢对应片间电阻的工艺误差在±3％以下甚至更小），但往往还需将片间电阻的超限报警阀值定在±5～10％甚至更高，其直接引发的后果是很容易将每槽多绕/少绕一匝甚至多匝、匝间短路一匝甚至多匝的故障电枢漏检放行。虽然综合测试仪在片间电阻测试后的匝间绝缘测试项目可发现绝大多数的电枢匝间短路（包括绝缘不良）故障，但极难识别电枢轻微的匝数差异。因此，只有在对电枢进行片间电阻测试时进行精确而正确的自动排序，才有可能将片间电阻的合格判定阀值设定在一个合适的小范围内，从而发现电枢轻微的匝数差异，又避免了正常测试时频繁报警。要做到这一点，仪器必须具有模糊数学的运算能力，这是有相当难度的。
...电枢的直流电阻包括焊接电阻、片间电阻及跨间电阻。其中最难精确测量的是焊接电阻，由于使用常规方法极难对其进行精确测量，往往成了电枢检测的“无头案”。
...要想检测出电枢的“虚焊”，首先要讨论的是检测方法。由于电枢的虚焊借助肉眼几乎是无法判别的，我们只能借助于仪器对其焊点的焊接质量进行检测，通过测试焊接电阻的方法评估其焊接质量，以达到检测出虚焊的目的。
...对于电枢的焊接质量评估，国际上较流行并具有一定权威性的观点认为焊接电阻超过100μΩ可理解为焊接不良或虚焊。以往传统的综合测试仪对焊接电阻的实际测量分辨率仅为1mΩ左右，是谈不上对几十μΩ焊接电阻的确切测量的，尽管此类设备对焊接电阻的测试值表面上在毫欧以后有多位小数显示，事实上几乎毫无实际意义。使用此类设备时通常需将评定虚焊的阀值设定在2～6mΩ甚至更大，其直接引发的后果是电枢虽然通过了此类设备的测试，往往也只能发现较严重的虚焊，必然存在因焊接不良或虚焊造成大量的漏检，导致电枢在装配成成品电机出厂后烧毁现象仍经常发生，这是一个不争的事实。
...借助先进仪器或通过特殊手段检测可知电枢良好焊接点的焊接电阻通常只有几十微欧(μΩ)且所有焊点较均匀一致。普通常见电机的电枢片间电阻值通常为0.1～100欧(Ω)之间，焊接电阻与之二者相差几百倍乃至几百万倍，就算我们可简单理解为焊接电阻是串联在片间电阻上并可分辨的，但电枢的直流电阻测试必须借助于测试探针、测试线、连线插头、仪器，由于测试点（包括插头）的接触电势、热电势、电化学电势，自然界客观存在的大地工频（包括n倍的高次谐波）及RF噪声、静电噪声，以及褚如温度漂移、时间漂移环境因素、以及测试导线等因素对测试仪器引发的各种干扰或测试积累误差的影响，因此，一般的仪器由于技术原因极难自动抵消上述诸多因素的影响对焊接电阻进行精确到几十微欧(μΩ)并可重复一致的快速测量，这不仅是一个极大的技术难题，还可理解为是一个较难攻克的技术壁垒。
...除了提高电枢综合测试设备中测试仪器的各项技术性能指标有难度外，属于整个测试系统中一个很重要部分的测试夹具往往也会带来较大的测试误差，特别是其测试针出现较大磨损或故障后，轻者引发测试误差急剧上升，重者往往引发系统工作失常。另外，电枢换向器表面的清洁程度往往也会引发部分的测试误差。所有这些客观因素的存在，提高整个测试系统直流电阻测试的性能指标是很难的。
匝间绝缘测试作为电枢综合测试仪的最后一个检测项目，其电压峰值的正确设定、测试方法的正确选用、合格判定标准的科学制定是一个很深沉的话题。
...匝间绝缘测试虽然属于电气绝缘测试的范筹，却是电气绝缘性能测试的一个特例。其特殊性在于普通的电气绝缘性能测试（例如工频耐压）是检测本来无电流通路且应该绝缘良好的二导电体之间的绝缘程度，而匝间绝缘测试却发生在本来有直流通路的线圈绕组漆包线与漆包线之间。匝间绝缘的测试电压波形既非工频耐压测试时的正弦波，又非绝缘电阻测试时的直流电压，而是电压冲击波，相关技术标准对其电压峰值及波前时间均作了严格的规定。
...目前国内外广泛应用于电机电枢绕组匝间绝缘检查的方法普遍采用冲击波形比较法。此方法在电枢换向器的二片换向片（视产品具体要求可能是相邻二片、相隔若干片）之间施加高压脉冲，模拟电机在实际运行中承受的雷击波或操作波，使试验更接近实际运行情况。由于施加的高压脉冲时间短能量小，被普遍认为是一种无损试验。具体地说，此方法首先对一个被称之为标准线圈的试品电枢（假定为合格品）施加高压脉冲并取得其中形成的衰减振荡波形，再用一个相同的高压脉冲施加到被试电枢的对应线圈并取得其中形成的衰减振荡波形并将两者进行比较，若两者波形重叠一致或差异较小，则认为被试电枢线圈绝缘良好自动判为良品，反之为劣品。有关匝间绝缘试验的相关问题详见本技术论坛的线圈绕组匝间绝缘测试相关知识及问题探讨部分。
...要对电枢进行正确的匝间绝缘试验，判别标准及试验方法的制定是至关重要的。制定正确的判别标准，最基本的工作是需要获取正确标准波形及确定适宜的判别阀值。要做好此项工作，首先要考虑同一电枢不同片间线圈绕制工艺差及批量生产的电枢工艺差这一不可回避的现实问题。
我们首先讨论同一电枢不同片间线圈绕制工艺差对匝间绝缘试验的影响。由于电枢结构的特殊性，对于大多数的电枢而言虽然每槽线圈的匝数是相同的，但大多数的电枢均采用单飞或双飞工艺绕制，由于其初始挂钩绕制的第一槽线圈与最外层/槽线圈形状差异较大，因此造成每组线圈的电感量均存在差异，具体的体现是在电枢的任意相邻二片之间进行匝间绝缘冲击耐压测试，其对应的振荡的波形均有一定的差异；若规定好相隔的片数，在任意的等间隔的二片之间进行逐片或隔片递增的匝间绝缘冲击耐压测试，其对应的振荡的波形往往也有一定的差异。因此，对于同一电枢，一旦设定了片间的匝间绝缘试验方式（任意相邻二片或任意相隔若干片），其振荡波形几乎没有一对是完全一致的，由此带来的问题是，若我们将该电枢作为批量生产产品的波形取样标准，到底应该选用该电枢哪个波形作为判别参考的标准波形？
...其次，我们讨论批量生产的电枢工艺差引发的对匝间绝缘测试的影响。批量生产过程中，我们假设所有电枢的线圈匝数均是准确无误且绝缘良好的，但每个电枢及各线圈绕制后的松紧程度、几何形状或多或少存在一定的差异；铁芯的磁感应特性及叠厚、压片的松紧程度、硅钢片的冲片毛边分布也会存在一定的差异。这些线圈及铁芯因素客观存在的差异最终反应到各电枢在进行匝间绝缘试验时的波形存在不同程度的差异。
...对于电机制造商而言，若需要对电枢进行正确的匝间绝缘试验，需要根据生产的实际情况充分考虑及兼顾单个电枢的各槽线圈的结构差异及批量生产中每个电枢的个体差异程度制定正确的冲击方式、选定最适宜的标准波形及框定波形区域边界、波形比较方式、评定良品与否的判别阀值。真正做到并做好这项工作，需要耐心认真的摸索。匝间绝缘试电压峰值的选定、试验方法及标准制定不当，直接引发的后果就是误判或漏判、对良品电枢造成绝缘隐患甚至永久性损坏。简而言之，采用正确的匝间绝缘试验方法及制定合适的评定标准是电机制造商面临的难点。
对于检测设备制造商而言，若要满足用户的真正实用要求，在仪器设计阶段就必须要充分考虑电枢在线进行匝间绝缘试验的各种复杂情况，使仪器具有对各片间线圈绕组进行自动识别及排序功能并提供对应多波形比较（对应相邻二片之间、对应任意二片之间等）模式从而进行精确快速的自动判别，最大限度地杜绝误判或漏判。基于电枢匝间绝缘测试机理的特殊性，相对于褚如片间电阻测试项目的直观及明确性，匝间绝缘测试的波形比较概念相对而言是比较模糊的。由于匝间试验的冲击电压峰值较高，冲击波的上升沿极陡，将仪器内置的匝间冲击波发生器产生的冲击波正确地加载到电枢的各测试点往往需要经过高压继电器阵列转换并通过大量的测试导线传输，这些客观因素的存在使得检测设备在进行匝间绝缘测试项目时处在高压高频状态，对仪器及系统设计必须充分考虑分布参数的影响，同时还必须最大限度地提高各项技术指标，这一切都对设备制造商提出了严酷的要求。若提出对于褚如汽车启动电机电枢的极低电感量线圈的有效匝间耐压测试，或检测出褚如电动工具串激电机电枢匝间绝缘缺陷引发的局部放电，对于检测设备制造商而言，这些均是难题。
...众所周知，电枢检验必须使用精密的仪器并采用科学的方法。对于电机制造商而言，更多地了解检测仪器的工作原理、测试机理，以达到正确使用仪器设备、正确理解执行相关技术标准并制定相关的电枢检验标准（规程）从而提高电枢检测质量水平是有一定难度的。对于检测设备制造商而言，需充分认识到由于设备本身的技术指标不高或重复测试一致性较差给实际的电枢检测工作可能带来的负面影响，尽量避免可能将由于正常制造工艺引发的正常误差良品电枢误判为劣品，或即使用同一台仪器对同一个电枢的重复测试或转动电枢改变位置放在夹具（实际工作中电枢的放置位置是任意的）测试会出现合格或不合格二种完全截然不同的评定结果。设计并提供更精确更实用的检测设备，对检测设备制造商而言无疑是一种严峻的挑战。为了提高整个电机制造行业的技术水平及产品质量，需要众多有识之士共同为之拼搏。

曾经的军人

强，看不懂，先顶了。

天心▲★▲

不懂

车迷1980