家用风扇异步电机质量异常分析及对策

贺 雷 焦 鹏 宁宝胜 李 雪

（1.珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000；2.石家庄格力电器小家电有限公司 石家庄 050035）

引言

电风扇是一种采用电机驱动风叶旋转，加速局部空气流动，产生风动效应的家用电器，由于其具有耗电低、操作简单、便于移动、价格低廉等特点，深受广大消费者的青睐，在家用场景中普及率很高。电机是电风扇的核心动力，主要由定子、转子、绕组、热保护器、转轴、罩壳等组成。通常电机售后批质量问题均为电机设计和生产制造过程中的缺陷和不足导致，本文结合实际售后故障电机的失效模式进行分析，研究电机失效的原因并针对失效点制定优化措施。

1 电机常见质量问题

电风扇异步电机常见质量问题有噪音（电磁噪音、摩擦噪音、轴承音等）、耐压不良、断路不通电、功率异常、轴销变形、启动异常等[1,2]。作者对2021年销售的某款电风扇售后质量反馈进行复核，统计电机故障导致的风扇使用异常，此异步电机重点质量问题有熔断体保护熔断、PCB 板与接线柱位置抽头断开、电机绕组断路及短路、尾牙箱卡死、PCB 板焊点打火、电机支承轴歪斜、电机低压不启动。

2 电机常见质量问题优化建议

2.1 电机低压不启动

电机低电压不启动，主要有电机端盖偏心和电机启动力矩不足两方面原因。电机端盖偏心会引起电机轴偏位卡紧存在死点，低压情况下启动力矩不足无法启动，严重的偏心用手转动电机轴可感受到明显的卡滞感，属电机过程制造异常。电机启动力矩不足为结构设计缺陷，设计阶段可靠性验证不充分。

优化建议：针对电机端盖偏心问题制造过程可制作同轴度套检工装，100 %全检端盖同轴度进行控制。针对电机设计启动力矩不足，可通过适当增加定子铁芯叠厚和减少转子铝环厚度来提高启动力矩，结合负载需求保证启动力矩裕量，风扇生产过程在线检验使用低电压187 V 全检启动性能，保证在售后电网波动情况下的使用可靠性。

2.2 电机支承轴歪斜

电机支承轴歪斜，为电机及整机运输过程导致，装整机后导致机头倾斜；经对过程排查，发现电机生产过程中固定端盖与支撑轴铆压异常、电机周转运输碰撞，以及风扇整机出现暴力运输时会导致承轴歪斜，如图2所示。

图1 某款风扇异步电机售后故障统计分类

图2 电机承轴歪斜图及全检工装

优化建议：电机生产过程中制作限位槽工装对端盖进行全检，保证端盖尺寸及外形合格，加强电机过程检验控制；改善整机包装设计，确保意外暴力运输时风扇机头部分的充分防护。

2.3 PCB 板焊点打火

PCB 板焊点打火，主要为焊点脱焊、虚焊导致。根据故障件脱焊现象和电机生产过程排查，发现PCB 板引线焊接后引脚偏长，处理偏长引脚时使用了切刀，在剪切过程中引脚焊点受力过大导致引脚焊点损伤脱裂，此时焊接处于虚焊的似接非接的状态，当电机通电运行时出现打火损坏，如图3所示。

图3 PCB 板与接线柱位置抽头断开图

优化建议：电机PCB 板引线焊接前，确定好引脚长度，对引脚进行预处理，保证焊接后一次到位，不允许焊接后使用切刀切割引脚或斜口钳剪切引脚。预处理引脚长度同时可避免切下引脚成为机内异物的风险。

2.4 尾牙箱卡死

电机尾牙箱卡死，为电机装配过程异物进入齿轮箱导致；对尾牙箱结构进行分析，发现尾牙箱过线扣孔（模具方便脱模）过大，装配电机尾牙箱时掉入螺钉，如图4所示；螺钉卡死尾牙箱齿轮导致风扇开机无法转动。

图4 电机尾牙箱掉入螺钉图

优化建议：结构设计尽量避免尾牙箱开孔，杜绝异物进入隐患；必须开孔时可采用胶纸封孔或根据电机装配各岗位涉及螺钉尺寸对尾牙箱开孔尺寸进行管控，确保开孔尺寸小于螺钉。

2.5 PCB 板与接线柱位置抽头断开

PCB 板与接线柱位置抽头断开，主要有抽头在绕线柱上绕线过高和抽头存在绷紧两方面原因。抽头绕线过高会导致电机PCB 板自动焊接时，自动焊锡设备下沉压伤漆包线，由于漆包线浸漆处理过，引线未完全脱离绕线柱，还能正常工作，厂内不易检出，而在售后长时间运转后受热导致断线[3,4]。抽头过于绷紧拉直，电机生产检测不易发现，但在使用过程中受电机振动及应力影响下会被崩断，如图5所示。

图5 PCB 板与接线柱位置抽头断开图

优化建议：针对抽头在绕线柱上绕线过高问题，电机骨架结构应优化增加支撑柱，同时引线收线时绕在绕线柱根部，可杜绝焊接PCB 板过程压伤漆包线。针对抽头过于绷紧问题，电机生产制造过程应严格执行搪锡留2 圈以上预留圈，不允许单点焊接，预留圈缠绕后不能出现漆包线绷紧拉直情况，保证抽头适当放松，避免出现漆包线绷紧。以上两点需纳入电机生产工艺规范和检验规范严格管控。

2.6 电机绕组断路及短路

电机绕组断路及短路，主要为电机端盖装配及电风扇机头装配时批头误碰绕组导致漆膜及铜线损伤。根据故障电机绕组断裂位置、状态和电机、电风扇装配过程排查，发现员工在装配电机端盖螺钉、机头电机固定螺钉时，批头打滑顺着电机散热孔戳入电机内部，将绕组戳伤、戳断，如图6所示。漆包线若直接断线通电检测时可以检出，但戳伤无法识别，在经运输及长期运行后完全断裂，导致电机不转。

图6 电机绕组断路图

优化建议：在电机设计阶段保证电机温升符合要求及受控的条件下，对电机罩壳上的腰型散热孔尺寸进行优化孔型设计，杜绝批头戳入隐患；或在生产时根据腰型散热孔尺寸对批头进行改良增加挡块，确保批头戳入长度碰不到绕组。

2.7 一次性熔断体熔断

熔断体作为电机热保护器，当电机内部温度超过其设计温度且保持一定时间时，合金丝便会熔断切断电路，实现对系统电路的保护[5]。因价格优势在电机上代替可复位温控器普遍使用。售后熔断体熔断电机合金丝熔断存在蘑菇头状图7（a）和纺锤体状图7（b）两种形貌。经实验验证蘑菇头状和纺锤体状分别对应的失效原因为整机电流过载和负载过载。电流过载主要是漆包线在电机生产过程中防护不当受损，长期运行后受热加速绝缘层损伤出现短路现象，产生短时过载大电流，导致熔断体合金自身迅速升温熔断。负载过载主要是风叶卡死堵转异常时，电机运行温升达到合金丝的熔点，导致熔断体合金熔断。

图7 熔断体电流过载熔断及环温过高熔断状态

优化建议：针对电流过载，电机生产过程应当保证电机装配、摆放、运输等过程中漆包线重点防护，防止漆包线损伤。同时需充分验证绕组类感性器件工作时对熔断体合金丝感应电流的影响，合理选型熔断体；针对电机负载过载，在风扇结构设计上避免产品出现堵转等电机负载过载情况，同时考虑选用可复位限温器。

4 结论

通过对电风扇异步电机售后故障的统计分析，确认故障率较高的电机质量异常主要由零部件结构尺寸设计不合理、电机生产过程工艺操作不规范、使用场景引起的电机过流过载、周转运输防护不到位等导致。针对具体失效点本文结合实际产品设计、制造过程提出切实可行的整改优化方案。异步电机开发阶段除进行标准实验外，还应结合实际负载匹配、终端用户使用场景充分验证电机负载可靠性，在制造阶段对各工序进行PFMEA分析，识别工艺方案的隐患点逐项改进，发挥工装检具的重要作用控制不良品。本文异步电机常见质量异常的分析有助于电机制造商有效降低电机售后故障率，提高产品整体质量及可靠性。