一种电机转子跳动检测装置的设计及应用

韦俊杰

（江门市维凯智能装备有限公司， 广东 江门 529000）

0 引言

电动机是一种能量转换装置， 根据电磁感应定律转换或传递电能和机械能。这主要是通过扭矩来实现的。各种机械设备的能源广泛应用于医药、制药、机械、运输、建筑等行业[1]。电机的运行原理是凭借电机核心转子控制开关组成碳刷转换开关， 将感应式交流电机力转化为直流电机力转化为转子线圈，接着将电势从碳刷端引出来，充当各式各样元器件的主要来源。 发动机的安全可靠启动在公司生产和生活中尤为重要。 特别是在一些典型的电机故障案例中， 电机转子绕组间断路频率是相对较高的范围，是危害企业安全生产的主要因素其中之一[2]。 电机转子是电机的关键构成部分，转子一般由励磁线圈、电磁线圈导线和阻尼器定子绕组所构成。 在电机高速运行过程中， 这些装置在较高的电流和较大的离心力作用下工作，当超过极限强度时，在其中一个或部分上会导致节点损坏。 特别是转子绕组是可能发生故障导致转子电路故障的部位。 转子坡道短路后，电路的短电流很容易形成，从而导致机械故障，例如局部过热，减少介导，电压形变形和单位振动； 如果转子绕组线圈的不对称短路导致转子与地面绝缘损坏，从而导致严重的接地故障，导致转子被大轴磁化，从而进一步加强轴颈和轴瓦的焙烧，严重威胁电机自身的安全运行， 能够及时有效地检测跨匝短路故障，阐明了短路故障的总体趋势，动态分析作出了最合理的防治和故障维修补救措施， 进而能够达到了故障预警的效果，对增强发动机整体运行、降低运行成本、提升操作系统发动机正常运行安全性能拥有重要的试验和综合效益[3]。

1 电机转子故障诊断方法的现状

常见的转子检测方法通常包括以下几种：

1.1 使用数字式万用表

这是过去一些小企业常用的方法。 具体操作包括用两个探针直接接触开关，测量片间线圈的相应电阻，或接触开关（线圈）和轴（铁芯）。 这种方法的优点是检测设备成本低，但缺点是操作麻烦且耗时[4]。 由于仪器的测试精度有限，无法自动补偿测试探针的引线电阻和接触电阻，测试结果通常只能发现转子线圈断开， 部分线圈绕组直流电阻大，线圈匝间短路严重，开关间短路、严重虚焊、线圈外壳严重损坏等[5]。

1.2 使用低电阻测试仪（毫欧计或微欧计）或精密电桥

这种方法也常用于一些中小企业。 尽管测量该仪器的四条线基本上可以补偿接触电缆的接触电阻和测试连接器电缆，并且测试精度也很高，但实际上，只有绕组测试范围低强度转子。 并未完全解决数字万用表的常见缺陷。由于测试过程中的拧紧非常麻烦且耗时，因此在快速生产过程中这种情况实际上很少见[6]。

1.3 在转子换向器片间加载电流测试

过去，在一些生产低强度转子的工厂中，也可以看到使用稳压直流或稳流电源测试转子的方法。 目的是发现虚假焊接，增加流过线圈绕组的电流。如果使用两条或四行测量， 则只能找到严重的转子焊接故障。 且测试速度慢，容易因大电流接触而导致开关局部损坏[7]。

1.4 使用工频交流耐压仪或摇表（兆欧计）

这类仪器用于工频变压下电机转子强度试验， 转子绕组和开关之间的测试隔离性能可以直接测试转子和土壤绕组隔热力。 共同的仪器只能检测到较差的伤口绕组状态，绝缘断裂或直接折断壳；在使用具有电压检测功能的技术性高频耐久仪器的情况下， 还可以检测到微弱的放电烧伤[8]。

1.5 使用匝间耐压测试仪

使用这类仪器的主要目的（通常与使用技术夹具结合使用） 是检查绕组和导线之间以及集电极板之间是否存在短路和绝缘不良现象。由于检测机制的特殊性，经常还可以检测到线圈断裂和部分抗嵌件， 但不能检测线圈绕组和集电极在芯（轴）之间的绝缘性能，更不能检测到焊接缺陷，甚至虚焊[9]。

2 一种电机转子跳动检测装置的设计及应用案例

2.1 案例背景

转子跳动检测是电机生产过程中为了保证电机在高速运转中保持低噪音低发热量的一项技术指标。 目前电机转子跳动检测大多为生产过程中由品质部门在大量产品中抽取一部分转子进行人工检测。 使得部分不合格转子流向后段生产流程。造成不良率提升，产品稳定性不高等影响。 而采取全检的话，将消耗大量时间和人力。 鉴于以上原因，在转子生产工序中，自动检测跳动，并剔除不良品成了亟待研发的项目[10]。

2.2 问题分析

（1）转子经过入轴铆压精车完成后，自动流向测试工位，由于现场在线测试需要稳定低震动环境，要将待检测转子暂时离开机台，由独立机构隔离机台台面。

（2）检测转子需要外力转动转子，使得转子360°旋转，以便位移检测仪器测得跳动峰值。

（3）测完成后，需要把跳动不合格转子从合格转子中剔除单独存放。

2.3 实现方式

（1）为降低现场震动影响测试结果，设计独立机构，把待检测转子用独立机构托举，离开机台进行检测。

（2）为了使转子测试时，模拟实际工况，360°旋转，在转子托举完成后， 在上方设计橡胶滚轮通过直流电机联轴器传动，使测试跳动时转子转动。

（3）为了精确测量跳动，选用基恩士GT-70A 位移传感器，测得峰值，即转子最高跳动值与最低跳动值。 通过两者差值判断实际跳动大小[11]。

（4）为了测试完成后，把不良品与合格品独立存放，设计剔除移栽机构，把不良品存放在独立料道上。

2.4 设备设计

（1）设备外观，见图1。

图1 设备外观图

（2）检测说明，见图2～图6。

图2 跳动检测剔除机构

图3 托举机构

图4 跳动测试探头

转子从精车工序完成流向上图检测机台后，被托举机构托举，脱离机台台面。此时转子触碰到测试探头，见图5。

图5 转子滚动机构

托举完成，转子滚动机构下压，压紧转子并开始转动。此时触发位置传感器开始测量峰峰值。 测量结束后，测试机构复位并流向下一工位，见图6。

图6 控制机构

通过跳动测试机构后，控制器记忆测试结果，剔除移栽机构把跳动过大的转子通过夹抓抓取，移栽到不良品存放料道。跳动测试合格转子流向合格品料道存放。

2.5 总结

通过实际使用，电机转子跳动检测装置能做到在线全部实时检测转子跳动不留隐患，及时剔除跳动过大不合格转子，并报警输出，使前段工序即时发现问题及时调整设备参数，使转子当前工序段品质稳定。

3 结束语

可靠的发动机操作在生产和使用中尤为重要。 由于在某些常见的发动机缺陷中， 升高电动机风的短故障发生率很高，也是影响生产安全性的因素之一[12]。 电机转子是电机的重要组成部分。 转子一般由励磁线圈、 引线线圈、阻尼绕组等组成。 在高速电机运行过程中，这些装置受到大电流和巨大离心力的影响。 当离心力支撑一个或几个组件超过极限时，它将导致组件损坏。这对发动机的安全操作构成了极大的威胁。因此，及时有效地检测电机转子跳动，可以指出短路故障的趋势，分析趋势，提出合理的预防和消除措施， 降低维护成本并提高系统发动机的操作可靠性。