一種電動汽車電機定子檢測裝置的設(shè)計與研究

汪衛(wèi)剛，黃言態(tài),2,3，張祝良

（1.杭州富生電器有限公司，杭州 311401； 2.浙江科技學(xué)院，杭州 310023； 3.浙江工業(yè)大學(xué)，杭州 310014）

引言

隨著社會工業(yè)化和科技化的不斷發(fā)展，各種新型工業(yè)產(chǎn)品滲透進我們的生活，極大地豐富、便捷了我們地生活。而任何產(chǎn)品，隨著使用時間的增加或加工過程的疏忽都會面臨失效問題。

電動汽車作為新能源汽車的一種，其以車載電源為動力，依靠電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)，同時因其節(jié)能、環(huán)保而逐漸被大眾所接受和使用。電機作為電動汽車上的一個核心部件，為電動汽車的行駛提供充足的驅(qū)動力。同時，車窗雨刷、升降窗口、天窗、防抱死制動系統(tǒng)中也都離不開電機驅(qū)動。定子作為電機的關(guān)鍵部分，關(guān)系著整車的行駛安全和驅(qū)動效率。因此，工廠在電機定子[1]的生產(chǎn)過程中，應(yīng)該務(wù)必保證電機定子的合格率，為客戶和企業(yè)負(fù)責(zé)，以期設(shè)計制造出為民、利民的優(yōu)秀工業(yè)產(chǎn)品。

1 電機檢測裝置的研究進展

為保證電動汽車電機定子的安全穩(wěn)定性，檢測[2]環(huán)節(jié)是必不可少的一步。如今，在以綠色環(huán)保為主題的大背景下，融合多門學(xué)科，各種各樣的先進檢測技術(shù)應(yīng)運而生，如：視覺檢測技術(shù)，能夠?qū)庸み^程進行實時監(jiān)控，以直觀的方式展示加工工程，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化、遠端操縱；超聲波檢測技術(shù)，通過超聲波與試件的相互作用，對反射波進行研究，在保護試件的前提下，能夠?qū)υ嚰牧W(xué)特性、組織結(jié)構(gòu)等方面得出綜合評價估計，從而診斷出缺陷問題。

上述傳統(tǒng)意義上的檢測技術(shù)，主要針對大型或者結(jié)構(gòu)單一的機械部件。而電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除了要對軸承、外殼等機械部件進行檢測，還需要對復(fù)雜的電氣元件進行檢測。電機中的每一部分的性能優(yōu)良都會對電機整體的性能產(chǎn)生直接的影響。如今，隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷深入、融合，將計算機技術(shù)[3]與自動化技術(shù)相結(jié)合，提高了電機檢測的可靠性、安全性和可交互性。

2 電機定子的失效問題

電動汽車的電機中，定子由兩部分組成：定子鐵心和定子繞組[4]，其在電機的電能轉(zhuǎn)換為機械能的過程中起到重要作用。因此，電機定子在加工制作完成后需要進行檢測以保證其質(zhì)量以及使用時的安全性。電機定子在加工制作過程中可能會產(chǎn)生一系列失效問題。例如:一、定子內(nèi)部鐵芯產(chǎn)生裂縫、翹片。二、鐵芯和漆包線[5]之間產(chǎn)生移位、破損而導(dǎo)致其安全距離不足，漆包線與鐵芯接觸會造成壓縮區(qū)帶電。三、內(nèi)部絕緣材料產(chǎn)生移位、破損造成安全距離不足。四、漆包線漏綁而引起漆包線的下垂，漆包線下垂則很容易造成漆包線與鐵芯接觸而導(dǎo)致壓縮區(qū)帶電。五、轉(zhuǎn)子發(fā)生移位和破損。這些失效問題通常都需要去檢測，通常都是工作人員用眼睛觀察檢測，但是長時間的工作會引起視覺疲勞，對于一些有問題的工件會漏檢，從而造成問題件流出。定子在生產(chǎn)過程中容易使漆包線受損，發(fā)生短路[6]，損壞設(shè)備，從而在使用時會造成影響并且產(chǎn)生安全隱患，并且會使客戶不信任企業(yè)的產(chǎn)品，從而對公司的發(fā)展造成影響。為了解決現(xiàn)有存在的技術(shù)問題，本文設(shè)計并研究了一種電機定子的檢測裝置。

3 總體裝置的設(shè)計方案

本文所闡述的裝置，由視頻檢測裝置、花線檢測裝置、傳輸裝置這三部分組成。如圖1，主要實現(xiàn)的功能即在定子加工制作完成后，對試件細(xì)節(jié)進行分析、比較，來檢測不同類型定子有無缺陷。由于伺服電機能夠起到準(zhǔn)確定位，實現(xiàn)合理控制速度，力矩的閉環(huán)控制，同時，其運動控制精度遠高于同類型的步進電機，故本裝置中采用步進電機來滿足機器運作中對運動精度的要求。該裝置通過CCD相機對電機的定子進行全方位拍照，采樣，通過照片在電腦一體機中進行對比來檢測定子是否存在問題；通過耐壓測試儀、夾緊機構(gòu)、第一固緊機構(gòu)、絕緣頂塊、銅片的配合作用，來實現(xiàn)自動檢測定子的漆包線是否損壞，當(dāng)定子的漆包線損壞時發(fā)出提示，以剔除不合格的產(chǎn)品，大大減輕人工勞動，增加效率，增加檢測準(zhǔn)確率并且降低安全隱患。檢測裝置各部件機構(gòu)如圖1。

圖1 檢測裝置整體結(jié)構(gòu)圖

3.1 視頻裝置

隨著工業(yè)機器視覺技術(shù)的發(fā)展，相機產(chǎn)業(yè)逐步與工業(yè)生產(chǎn)相融合，因此本文所述檢測裝置中，相較于傳統(tǒng)的檢測設(shè)備，增加了視頻裝置，整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該裝置包含：電腦一體機、一體機支架、腳支撐架、安裝框架、蓋板、伺服電機、機械手、感應(yīng)器安裝棒、感應(yīng)塊、電機安裝塊和轉(zhuǎn)動機構(gòu)。電腦與支架、絲杠與轉(zhuǎn)動套，感應(yīng)塊導(dǎo)柱，通過螺栓連接完成裝配，安全可靠。機械手上下傳動套上設(shè)有傳動齒輪，通過同步帶與伺服電機相連接。

圖2 視頻裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置工作流程圖如圖3所示，質(zhì)檢員通過電腦檢查CCD相機拍攝的圖片，若定子質(zhì)量合格，伺服電機運行，工件進入下一環(huán)節(jié)；若定子質(zhì)量不合格，伺服電機暫停，通過操作視頻一體機來剔除不合格產(chǎn)品。

圖3 視頻裝置工作基本流程圖

3.2 花線檢測裝置

本裝置由底板、工作板、第一墻板、第二墻板組成，墻板之間裝有底板、臺板和頂板。所述臺板上安裝有夾緊機構(gòu)如圖4所示，其中包含2個傳動件，和夾具，用以將試件進行準(zhǔn)確的定位，同時夾具內(nèi)部填充有導(dǎo)電硅膠，其良好的電磁、水汽密封性和在一定壓力下的導(dǎo)電性能很好地起到機構(gòu)與機構(gòu)之間導(dǎo)通運行的作用。同時，花線檢測裝置頂板上安裝有耐壓測試儀，質(zhì)檢員可以通過操縱電腦一體機來改變試件所承受的環(huán)境壓力，來檢驗定子是否合格。

圖4 夾緊機構(gòu)

3.3 傳輸裝置

該裝置包含傳輸機構(gòu)、頂升機構(gòu)、傳輸導(dǎo)軌、電機支架和傳輸電機。傳輸機構(gòu)由縱向?qū)к壓蜋M向?qū)к壗M成，如圖5所示，縱向?qū)к壣习惭b有傳輸鏈條，橫向?qū)к壣习惭b有傳送帶，兩者充分滿足了試件傳輸路徑的多樣性和可選擇性。頂升機構(gòu)由頂升底座和頂升氣缸組成，所述頂升氣缸和底板固定連接，頂升氣缸輸出端穿過底板和頂升底座固定連接。所述頂升底座設(shè)置有豎直的限位導(dǎo)桿。限位導(dǎo)桿的頂端和頂升底座固定連接，限位導(dǎo)桿穿過底板且兩者滑動連接，此種連接方法安全簡便，易于拆裝。傳輸裝置貫穿整個電機定子檢測過程，起到承接的重要作用，所以其結(jié)構(gòu)必須滿足一定的可靠性與準(zhǔn)確性。

圖5 傳輸導(dǎo)軌

4 總結(jié)

電動汽車作為二十一世紀(jì)的一種節(jié)能環(huán)保的出行交通工具，應(yīng)用前景和市場前景都十分廣闊，因此電機的定子具有廣闊的使用空間。本文所述的電動汽車電機定子的檢測裝置，將機械、電氣、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域相結(jié)合，將各部分功能模塊化，完善人機交互功能，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單易操作，大大減少了人力成本，降低了操作風(fēng)險性，同時也提高了質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。