手机用扁平振动马达寿命的提高

hdf751 · 发表于 2011-7-13 23:58:25

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0 引言
手机用扁平振动马达国内发展很快，已有多家企业形成规模性生产。随着手机性能的发展，厂家对其寿命由最初的4．5万次(即开2秒，停2秒为一周期)提高到10万次，有的厂家要求15万次或更高。其寿命的高低已成为进入高要求手机企业的重要门槛。
该电机属换向器式永磁直流电动机。其电刷与换向器决定着电机的寿命，文中介绍了提高手机用扁平振动马达寿命的有效方法。
1 设计
1)换向器片间并联电阻是依据换向理论改善换向减少火花的重要措施。目前主要做法是在PCB板上印刷碳膜电阻或在PCB板上贴片碳膜电阻，其值在O．6～1．2KΩ之间。也有并联电容减少换向回路的感抗。如采用相应的压敏电阻效果将会更好。
2)绕组型式与连接。电机绕组不管采用三线圈还是两线圈，都应平面排列，不要重叠排列，以减少互感电势，利于换向。绕组与整流子的联接，须通过计算，要逆向移一个角度，目的是削弱电枢反应对换向的影响。
3)电刷设计。电刷两点间为9 O°。希望两点间的距离越小越好。在电机高速旋转的情况下，其间距为电机的线速度，相差零点几毫米，整个寿命跑下来就会差十公里，电刷、换向器磨损程度应与其成正比。
4)降低电负荷。降低电负荷是提高电机寿命的有效方法。该电机的额定电流由初期的80mA，减少至45mA。
5)减少电磁干扰的影响。其目标有两方面，即减少外部电磁干扰对电机的影响，也减少电机换向器引起的电磁干扰对手机电路的影响。设计上采用极间电容进行吸收，做法是在引出线用柔性线路板FPC上贴片电容或设计上增加极间电容来达到。
6)注意尺寸链的计算。保证轴向尺寸间隙及电刷与换向器压人值是该电机尺寸链计算的主要部分，也是保证电机正常运行的关键。
2 材料的选择
电刷表面通过一定接触力在换向器表面滑动，并保证接触电阻的稳定性，换向器受到电刷(硬度较高)的刮削力而产生划痕，同样伴有机械磨损、电蚀、环境电化学腐蚀等复杂的损坏过程，因此合理选择其材料，是提高电机寿命的又一关键。
1)换向器材料。该零件是以PCB线路板通过镀金来达到的。在镀金技术上目前有两种做法：一种先在基板上镀一层镍(要求在3um～5um之间)，然后镀金；另一种直接在基板上镀金。同意前种观点的认为镀金可靠，反对的人认为镀镍后，镍对磁路有干扰，会形成一个轴向磁拉力。笔者认为控制好磁钢内径及换向片尺寸减少磁拉力的影响，镀镍后再镀金会更好一些。现有选用贵金属复合材料冲出换向片，再复合一层电路板，这种设计使电机寿命更长。
2)电刷材料。目前多选用日本代号为SP一1的复合材料，国内也有相应的产品产出。对其“贵／廉金属复合材料”及其多项研究予以关注。主要是：
(1)换向器、电刷材料配对选择与接触电阻的变化规律。
(2)合金晶体结构对工作性能的影响，纳米晶技术。
(3)表面硬度分布状态与磨损。
(4)表面残余压力与接触电阻的稳定性。
(5)复合界面结构对导电导热性能影响。
(6)电接触表面温升与工作状态变化。
(7)电侵蚀处理。
(8)表面膜结构。
(9)表面光洁度与环境条件。
3)非金属材料的选用。对电机内部结构和外部安装所采用的非金属材料，如塑料、脱模剂、润滑剂、粘接剂、胶水和贴片等制品中要求不含有硅和硫元素。硅、硫在常温或高温状态下，挥发出的低分子硅、硫化合物有机气体会吸附在接触表面上，使换向元件产生腐蚀，寿命降低。
3 制作环境
该电机属劳动密集型产品，许多工序是通过工人手工操作来完成的，对制作过程的严格要求，保护环境及零部件的清洁，对提高产品品质是至关重要的。
1)严格遵守操作规程，保持环境清洁，工人操作需戴指套。
2)注意零部件的清洁。
3)电刷与换向器进人装配前应检查，表面上无任何污物才能进入装配。
4 电刷调整
电刷与换向器之间的接触是通过调节电刷的高度来实现的，其接触的压力大小直接影响电机的运行与寿命。对于这一点各企业都是通过多次试验确定调整值来进行保证的，但是由于受电刷材料、加工精度、环境等因素的影响，也应随时予以关注。目前电刷调整有两种方法：一是用CCD摄像头，反映到显示器的高度来调整；二是采用将电刷压到预计高度所需的压力大小来调整。前者使用大于后者。
文章关键词：马达寿命

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