【汽車電機失效分析】什么！汽車電機冒煙了，我只想吹個空調

隨我國汽車普及與保有量的增加，以及汽車向電器化、自動化、智能化的發展，汽車非交通引發的事故發生量呈持續上升趨勢。汽車火災除外來火源導致外，其中最主要是汽車電氣系統原因所導致，占事故相當大的比例。

背景介紹

某重汽卡車行駛4000公里，開啟空調散熱器風扇一段時間后，電機部位出現濃煙，拆解后發現電機燒毀。本文主要通過金相法以及宏微觀形貌分析法等多種手段與方法，確認電機銅線燒毀模式，并找到引起燒毀主要原因，最后利用模擬手段對燒毀現象進行復現以找到電機失效的根本原因，為消防火災鑒定以及保險理賠提供科學依據分析。

（圖源于網絡）

檢驗與結果

1 檢驗與結果

將電機轉子從殼體拆解下發現，電機轉子與板上導線均發生燒損，燒損發黑面積幾乎覆蓋殼體內部全部表面以及零件。定子底部電刷所在板接入線外部包裹的絕緣塑料已呈硬脆多孔的碳化狀態。轉子鐵芯外包裹的原黑色塑料卡箍已完全被燒毀，銅繞線的外漆已呈脆化發黑狀態，易脫落。在轉子最外層繞線上發現一根外露斷裂的銅導線（下文簡稱銅線A），其端部尖銳，疑似損傷。

2 低倍形貌

轉子銅繞線內部發現兩處不同匝線圈斷裂現象，斷裂處線匝附近未見其它線匝異常,記其中一斷裂銅導線為B。

圖1 為銅線燒毀低倍圖，斷裂銅線A一端斷口尖銳且被硬脆的碳化物質包裹，不易脫落，與鐵芯處的燒熔的黑色塑料卡箍形貌基本一致。清洗后發現銅線尖銳端在呈扁平狀，疑似被擠壓。另一端位于銅繞線組內，其端部呈熔球狀，且附近可見一較大孔洞以及大量氣孔。斷裂銅線B一端存在熔珠，熔珠表面可見數量較少的細小孔洞。燒損未斷銅線C超聲清洗后可見局部存在燒熔點坑，光澤度較強。

圖1 銅線燒毀低倍圖

3 銅線微觀形貌

圖2為熔痕SEM形貌，斷裂銅線A尖銳端斷口附近可見明顯劃傷痕跡，在遠離斷口位置局部可見裂紋分布。另一端可見呈拋物線型卵型花樣，附近存在較大的內壁光滑氣孔，以及不均勻孔洞。斷裂銅線B端部可見短路熔珠，熔珠表面可見較小氣孔。燒損未斷銅線C局部可見裂紋分布。

圖2 熔痕SEM形貌

4 金相組織

圖3為銅導線金相組織圖，斷裂銅線A斷口尖端位置可見胞狀晶，氣孔較少，晶界粗大，熔痕與導線的過渡區界限明顯。斷裂銅線B端部氣孔小且較少，熔痕與導線的過渡區界限不明顯。附近熔珠內可見多處較大的規則氣孔，熔痕與導線的過渡區界限明顯。燒損未斷銅線C可見粗大的再結晶組織，無明顯氣孔，具有明顯的過負荷特征。未使用電機銅線D金相組織為退火完全的細小等軸晶。

圖3 銅導線金相組織圖形貌

5 模擬驗證

失效電機整體燒黑嚴重，燒損面積幾乎覆蓋殼體內部全部零件，表明線圈表現為整體發熱，具有過負荷特征。銅線A斷口一端呈明顯壓扁損傷的尖銳狀且被燒熔碳化的黑色塑料卡箍包裹，而其它斷裂未見此現象，表明該銅線的壓扁損傷在熔斷之前，推斷此匝銅線圈斷裂后，銅線的一端由于在線匝的最外沿而無約束，隨電機轉動引起端頭損傷，而壓扁損傷與電機卡死應存在較高的相關性。

為復現過負荷，首先模擬風扇葉片無法轉動導致的電機燒毀。將葉片固定，加載額定電壓，過程中發現電機內部溫度上升，并散發刺激性氣味的煙霧。拆解后，電機內部整體燒黑嚴重，與失效電機基本一致。

為驗證壓扁銅線與電機卡死的相關性，首先將電機某最外沿線匝剪斷一根，加載額定電壓，電機轉動3分鐘停機，觀察發現斷裂銅線可見劃傷。重新開機后發現電機運轉正常，并進行多次關、開機操作，最后一次開機時發現電機無法轉動，若干分鐘后可見煙霧從電機冒出。關機后拆解外殼發現，人為剪斷的銅線一端嵌入鐵芯與磁鐵縫隙將電機卡死，銅線端部出現壓扁損傷，也從側面說明電機卡死后由于啟動扭矩較小而無法轉動。

結論

結合熔痕金相以及宏觀、微觀SEM觀察分析，并利用模擬試驗復現燒毀過程，得出以下結論：

（1）銅線斷裂模式為瞬時一次熔斷。

（2）引起電機銅線瞬時一次熔斷的根本原因為銅線表面存在裂紋，裂紋不平直，具有應力擴展特征。電機高速運轉時裂紋疲勞擴展導致銅線截面積減小，啟動時瞬間電流過大引起銅線熔斷。

（3）銅線瞬時一次熔斷后，熔斷一端在停機后卡在電機轉子與定子之間，再次啟動時，由于啟動扭矩過低使電機無法轉動而過負荷，最終燒毀。

（4）銅線兼具一次與二次短路熔痕特征可能是由于瞬時一次熔斷后，后續電機無法轉動而過負荷產生高溫，銅線包漆被高溫碳化后，導致斷裂位置后續可能發生二次燒熔。

文章來源

《重型汽車空調散熱器燒毀原因分析與驗證》

作者：吳冰冰，鄧番林，曾志衛，王君兆

作者單位：深圳市美信檢測技術股份有限公司、深圳市美信咨詢有限公司

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