賀 雷 焦 鵬 寧寶勝 李 雪

（1.珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000；2.石家莊格力電器小家電有限公司 石家莊 050035）

引言

電風(fēng)扇是一種采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，加速局部空氣流動(dòng)，產(chǎn)生風(fēng)動(dòng)效應(yīng)的家用電器，由于其具有耗電低、操作簡單、便于移動(dòng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的青睞，在家用場景中普及率很高。電機(jī)是電風(fēng)扇的核心動(dòng)力，主要由定子、轉(zhuǎn)子、繞組、熱保護(hù)器、轉(zhuǎn)軸、罩殼等組成。通常電機(jī)售后批質(zhì)量問題均為電機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過程中的缺陷和不足導(dǎo)致，本文結(jié)合實(shí)際售后故障電機(jī)的失效模式進(jìn)行分析，研究電機(jī)失效的原因并針對失效點(diǎn)制定優(yōu)化措施。

1 電機(jī)常見質(zhì)量問題

電風(fēng)扇異步電機(jī)常見質(zhì)量問題有噪音（電磁噪音、摩擦噪音、軸承音等）、耐壓不良、斷路不通電、功率異常、軸銷變形、啟動(dòng)異常等[1,2]。作者對2021年銷售的某款電風(fēng)扇售后質(zhì)量反饋進(jìn)行復(fù)核，統(tǒng)計(jì)電機(jī)故障導(dǎo)致的風(fēng)扇使用異常，此異步電機(jī)重點(diǎn)質(zhì)量問題有熔斷體保護(hù)熔斷、PCB 板與接線柱位置抽頭斷開、電機(jī)繞組斷路及短路、尾牙箱卡死、PCB 板焊點(diǎn)打火、電機(jī)支承軸歪斜、電機(jī)低壓不啟動(dòng)。

2 電機(jī)常見質(zhì)量問題優(yōu)化建議

2.1 電機(jī)低壓不啟動(dòng)

電機(jī)低電壓不啟動(dòng)，主要有電機(jī)端蓋偏心和電機(jī)啟動(dòng)力矩不足兩方面原因。電機(jī)端蓋偏心會(huì)引起電機(jī)軸偏位卡緊存在死點(diǎn)，低壓情況下啟動(dòng)力矩不足無法啟動(dòng)，嚴(yán)重的偏心用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸可感受到明顯的卡滯感，屬電機(jī)過程制造異常。電機(jī)啟動(dòng)力矩不足為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)計(jì)階段可靠性驗(yàn)證不充分。

優(yōu)化建議：針對電機(jī)端蓋偏心問題制造過程可制作同軸度套檢工裝，100 %全檢端蓋同軸度進(jìn)行控制。針對電機(jī)設(shè)計(jì)啟動(dòng)力矩不足，可通過適當(dāng)增加定子鐵芯疊厚和減少轉(zhuǎn)子鋁環(huán)厚度來提高啟動(dòng)力矩，結(jié)合負(fù)載需求保證啟動(dòng)力矩裕量，風(fēng)扇生產(chǎn)過程在線檢驗(yàn)使用低電壓187 V 全檢啟動(dòng)性能，保證在售后電網(wǎng)波動(dòng)情況下的使用可靠性。

2.2 電機(jī)支承軸歪斜

電機(jī)支承軸歪斜，為電機(jī)及整機(jī)運(yùn)輸過程導(dǎo)致，裝整機(jī)后導(dǎo)致機(jī)頭傾斜；經(jīng)對過程排查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)生產(chǎn)過程中固定端蓋與支撐軸鉚壓異常、電機(jī)周轉(zhuǎn)運(yùn)輸碰撞，以及風(fēng)扇整機(jī)出現(xiàn)暴力運(yùn)輸時(shí)會(huì)導(dǎo)致承軸歪斜，如圖2所示。

圖1 某款風(fēng)扇異步電機(jī)售后故障統(tǒng)計(jì)分類

圖2 電機(jī)承軸歪斜圖及全檢工裝

優(yōu)化建議：電機(jī)生產(chǎn)過程中制作限位槽工裝對端蓋進(jìn)行全檢，保證端蓋尺寸及外形合格，加強(qiáng)電機(jī)過程檢驗(yàn)控制；改善整機(jī)包裝設(shè)計(jì)，確保意外暴力運(yùn)輸時(shí)風(fēng)扇機(jī)頭部分的充分防護(hù)。

2.3 PCB 板焊點(diǎn)打火

PCB 板焊點(diǎn)打火，主要為焊點(diǎn)脫焊、虛焊導(dǎo)致。根據(jù)故障件脫焊現(xiàn)象和電機(jī)生產(chǎn)過程排查，發(fā)現(xiàn)PCB 板引線焊接后引腳偏長，處理偏長引腳時(shí)使用了切刀，在剪切過程中引腳焊點(diǎn)受力過大導(dǎo)致引腳焊點(diǎn)損傷脫裂，此時(shí)焊接處于虛焊的似接非接的狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)通電運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)打火損壞，如圖3所示。

圖3 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開圖

優(yōu)化建議：電機(jī)PCB 板引線焊接前，確定好引腳長度，對引腳進(jìn)行預(yù)處理，保證焊接后一次到位，不允許焊接后使用切刀切割引腳或斜口鉗剪切引腳。預(yù)處理引腳長度同時(shí)可避免切下引腳成為機(jī)內(nèi)異物的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 尾牙箱卡死

電機(jī)尾牙箱卡死，為電機(jī)裝配過程異物進(jìn)入齒輪箱導(dǎo)致；對尾牙箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)尾牙箱過線扣孔（模具方便脫模）過大，裝配電機(jī)尾牙箱時(shí)掉入螺釘，如圖4所示；螺釘卡死尾牙箱齒輪導(dǎo)致風(fēng)扇開機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 電機(jī)尾牙箱掉入螺釘圖

優(yōu)化建議：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量避免尾牙箱開孔，杜絕異物進(jìn)入隱患；必須開孔時(shí)可采用膠紙封孔或根據(jù)電機(jī)裝配各崗位涉及螺釘尺寸對尾牙箱開孔尺寸進(jìn)行管控，確保開孔尺寸小于螺釘。

2.5 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開

PCB 板與接線柱位置抽頭斷開，主要有抽頭在繞線柱上繞線過高和抽頭存在繃緊兩方面原因。抽頭繞線過高會(huì)導(dǎo)致電機(jī)PCB 板自動(dòng)焊接時(shí)，自動(dòng)焊錫設(shè)備下沉壓傷漆包線，由于漆包線浸漆處理過，引線未完全脫離繞線柱，還能正常工作，廠內(nèi)不易檢出，而在售后長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后受熱導(dǎo)致斷線[3,4]。抽頭過于繃緊拉直，電機(jī)生產(chǎn)檢測不易發(fā)現(xiàn)，但在使用過程中受電機(jī)振動(dòng)及應(yīng)力影響下會(huì)被崩斷，如圖5所示。

圖5 PCB 板與接線柱位置抽頭斷開圖

優(yōu)化建議：針對抽頭在繞線柱上繞線過高問題，電機(jī)骨架結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)化增加支撐柱，同時(shí)引線收線時(shí)繞在繞線柱根部，可杜絕焊接PCB 板過程壓傷漆包線。針對抽頭過于繃緊問題，電機(jī)生產(chǎn)制造過程應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行搪錫留2 圈以上預(yù)留圈，不允許單點(diǎn)焊接，預(yù)留圈纏繞后不能出現(xiàn)漆包線繃緊拉直情況，保證抽頭適當(dāng)放松，避免出現(xiàn)漆包線繃緊。以上兩點(diǎn)需納入電機(jī)生產(chǎn)工藝規(guī)范和檢驗(yàn)規(guī)范嚴(yán)格管控。

2.6 電機(jī)繞組斷路及短路

電機(jī)繞組斷路及短路，主要為電機(jī)端蓋裝配及電風(fēng)扇機(jī)頭裝配時(shí)批頭誤碰繞組導(dǎo)致漆膜及銅線損傷。根據(jù)故障電機(jī)繞組斷裂位置、狀態(tài)和電機(jī)、電風(fēng)扇裝配過程排查，發(fā)現(xiàn)員工在裝配電機(jī)端蓋螺釘、機(jī)頭電機(jī)固定螺釘時(shí)，批頭打滑順著電機(jī)散熱孔戳入電機(jī)內(nèi)部，將繞組戳傷、戳斷，如圖6所示。漆包線若直接斷線通電檢測時(shí)可以檢出，但戳傷無法識別，在經(jīng)運(yùn)輸及長期運(yùn)行后完全斷裂，導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖6 電機(jī)繞組斷路圖

優(yōu)化建議：在電機(jī)設(shè)計(jì)階段保證電機(jī)溫升符合要求及受控的條件下，對電機(jī)罩殼上的腰型散熱孔尺寸進(jìn)行優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)，杜絕批頭戳入隱患；或在生產(chǎn)時(shí)根據(jù)腰型散熱孔尺寸對批頭進(jìn)行改良增加擋塊，確保批頭戳入長度碰不到繞組。

2.7 一次性熔斷體熔斷

熔斷體作為電機(jī)熱保護(hù)器，當(dāng)電機(jī)內(nèi)部溫度超過其設(shè)計(jì)溫度且保持一定時(shí)間時(shí)，合金絲便會(huì)熔斷切斷電路，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電路的保護(hù)[5]。因價(jià)格優(yōu)勢在電機(jī)上代替可復(fù)位溫控器普遍使用。售后熔斷體熔斷電機(jī)合金絲熔斷存在蘑菇頭狀圖7（a）和紡錘體狀圖7（b）兩種形貌。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證蘑菇頭狀和紡錘體狀分別對應(yīng)的失效原因?yàn)檎麢C(jī)電流過載和負(fù)載過載。電流過載主要是漆包線在電機(jī)生產(chǎn)過程中防護(hù)不當(dāng)受損，長期運(yùn)行后受熱加速絕緣層損傷出現(xiàn)短路現(xiàn)象，產(chǎn)生短時(shí)過載大電流，導(dǎo)致熔斷體合金自身迅速升溫熔斷。負(fù)載過載主要是風(fēng)葉卡死堵轉(zhuǎn)異常時(shí)，電機(jī)運(yùn)行溫升達(dá)到合金絲的熔點(diǎn)，導(dǎo)致熔斷體合金熔斷。

圖7 熔斷體電流過載熔斷及環(huán)溫過高熔斷狀態(tài)

優(yōu)化建議：針對電流過載，電機(jī)生產(chǎn)過程應(yīng)當(dāng)保證電機(jī)裝配、擺放、運(yùn)輸?shù)冗^程中漆包線重點(diǎn)防護(hù)，防止漆包線損傷。同時(shí)需充分驗(yàn)證繞組類感性器件工作時(shí)對熔斷體合金絲感應(yīng)電流的影響，合理選型熔斷體；針對電機(jī)負(fù)載過載，在風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免產(chǎn)品出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)等電機(jī)負(fù)載過載情況，同時(shí)考慮選用可復(fù)位限溫器。

4 結(jié)論

通過對電風(fēng)扇異步電機(jī)售后故障的統(tǒng)計(jì)分析，確認(rèn)故障率較高的電機(jī)質(zhì)量異常主要由零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)不合理、電機(jī)生產(chǎn)過程工藝操作不規(guī)范、使用場景引起的電機(jī)過流過載、周轉(zhuǎn)運(yùn)輸防護(hù)不到位等導(dǎo)致。針對具體失效點(diǎn)本文結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程提出切實(shí)可行的整改優(yōu)化方案。異步電機(jī)開發(fā)階段除進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際負(fù)載匹配、終端用戶使用場景充分驗(yàn)證電機(jī)負(fù)載可靠性，在制造階段對各工序進(jìn)行PFMEA分析，識別工藝方案的隱患點(diǎn)逐項(xiàng)改進(jìn)，發(fā)揮工裝檢具的重要作用控制不良品。本文異步電機(jī)常見質(zhì)量異常的分析有助于電機(jī)制造商有效降低電機(jī)售后故障率，提高產(chǎn)品整體質(zhì)量及可靠性。