伺服电机的塑封技术

殷贤康

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000

塑封电机是指采用塑料封装技术将电机的定子铁芯、绕组等用工程塑料进行整体封装，可以取消传统的电机定子绝缘处理工艺甚至取代普通电机的金属外壳。塑封电机与普通电机相比，有外形美观、体积小、噪音低、振动小、绝缘性能好、耐腐蚀、耐潮湿、耐高温等优点。

在伺服电机领域，塑封材料主要有环氧树脂和BMC（不饱和聚酯团状模塑料），使用的注塑工艺主要有注射成型、转移成型等。本文，主要对环氧树脂和BMC在伺服电机上的应用分别进行介绍。

1 环氧树脂

1.1 环氧树脂的特点

固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘结强度，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好。在伺服电机上，通过往定子内部进行浇注，使得环氧树脂充分填充绕组内部，不仅提高的电机的导热性能，而且提高了电机耐腐蚀耐冲击能力，还能降低电机的噪音和振动。目前，松下伺服电机从A6系列开始，全面使用环氧树脂塑封工艺。

环氧树脂的导热系数常见的有0.2-1.0W/m.K左右，不仅导热系数，流动性也是重要的参数。通常情况下，导热系数高，流动性会变差，导致树脂料无法渗入到绕组内部细小缝隙，反而影响最终的导热效果。所以需要结合制品的特点选择合适的环氧树脂，不仅要保证一定的导热系数，还需要保证流动性。

1.2 环氧树脂的固化成型

由于环氧树脂固化前呈液态，所以浇注和固化时不需要加压，只要保证流动性，也可以达到充分填充的目的。通常热固型环氧树脂都为双组份，分主剂和固化剂。两者混合前需要先搅拌均匀，在搅拌过程中，会形成大量的气泡，气泡会导致内部气孔等不良，通常可借助真空设备，在抽真空的状态下进行搅拌和去气泡，改善浇注效果。为了提高浇注时的流动性和预先排除定子内部的空气，可以对定子预热，要根据材料的固化温度选择合适的预热温度，且树脂材料在适当的温度下流动性会增加。目前通常的酸酐类树脂材料，固化温度为130℃左右，预热温度选择60-80℃比较合适；而部分胺类环氧树脂，80℃下就开始加速固化，预热温度选择40℃左右比较合适。常见的环氧树脂的固化曲线如下图所示，具体的数值根据材料特性不同会有区别。

加长固化时间也有好处。环氧树脂内部产生的气泡，通过长时间的放置，会从内部上升到表面，产生自排气的效果。

所以，选择环氧树脂材料时需要考虑导热系数、流动性等，在固化时，需要明确固化温度、固化时间，并尽量减少气泡产生，必要时采取真空浇注，保证浇注效果。

2 BMC

2.1 BMC的特点

BMC材料是Bulk Molding Compounds的缩写，即不饱和聚酯团状模塑料，是一种热固性塑料，固化前呈胶粘“棉絮状”。跟环氧树脂的液态不同，BMC成型需要具有压力的情况下进行注塑，在使用模具成型的条件下，能够精确控制尺寸，阻燃性和绝缘性性良好，机械性能卓越，所以，BMC固化后能够直接充当电机外壳或者止口，并且可以后续机加工。常见的BMC的导热系数通常为0.8-1.8W/m.K左右，相对于环氧树脂，具有更好的导热效率和成型效果，所以目前大部分塑封电机使用的都是BMC塑封工艺。目前伺服业界上使用BMC成型的代表厂商有安川电机、三菱电机等。

2.2 BMC的固化成型

BMC材料成型工艺主要有：压制、压注（传递）和注射三种成型方式。压制是最古老的方法，也是最简单的方法。压制成型所用的设备、模具的投资最少，但由于成型时需用人工称量，放料，生产效率低，而且产品质量稳定性要低于压注和注射成型方式。本文主要对比压注成型和注射成型。

由于压注和注射成型克服了加料困难及加料费工费时的问题，生产效率大大提高，劳动成本也下降，并易于实现生产自动化。但压注和注射成型，特别是注射成型，前期投资大，如果产量不大则经济性较差。压注成型通常使用预制的料块，再压入模具的方式，优点是压力小，通常为1-6Mpa就可以达到理想的填充效果，且不会损坏内部元器件。通常为一模一穴的方式，效率比不上注射成型。

注射成型的优点是快速高效，可以达到一模多穴，大大提高生产效率。但是注射成型需要较大的压力，注射的冲击力有可能会损坏电子元器件。在伺服电机上，一般具有PCB板等相对脆弱的电子元器件的电机多使用压注成型的方式；而可承受冲击力较大的大型电机，可以使用注射成型。

常见的BMC材料固化温度为120℃-180℃之间，固化成型时间60s-180s，不同的材料会有不同的条件。除去注入需要设备和模具的因素，在产量大的情况下，BMC成型的效率和精度等都要优于环氧树脂成型。

3 结语

本文介绍了伺服电机主要使用的注塑材料环氧树脂和BMC，并且介绍了对应的常用的成型方法。对应材料和成型工艺的优缺点，环氧树脂成型方法简单，前期投入少，成型条件也灵活，但是浇注时成型精度没法保证，浇注时间和固化时间也较长，效率较低。而BMC在产量大时具有效率高的优势，并且成型精度较高，但是需要注意保护电机内部的零器件，避免损伤。