2.2试验样本
在9项可靠性试验中,样本的选取和具体试验内容相关,可以分为3类。第1类是针对产品的每个阶段都要进行,如电气强度和绝缘电阻、匝间绝缘这两项试验,在产品DV、PV以及电机下线时都要进行检测。第2类是在DV阶段进行,但是需要在产品生产过程中进行监控,如联轴器的静态强度。第3类是DV和PV需要验证的,如超速、高温下退磁、振动耐久、高低温疲劳、施加径向力和轴向力的常温疲劳和静电放电。
根据可靠性理论,轴承和电子元器件符合威布尔分布(两参数);联轴器的静态强度是为了考核电机轴和联轴器之间的结合力,属于产品机械特性,符合正态分布;振动耐久是为了考核电机零部件的机械特性,符合正态分布;电机的高低温疲劳是为了考核电机的失效寿命,符合指数分布;超速是为了考核转子磁铁固定在转子铁心上的机械强度,如粘结强度,符合正态分布;高温下的退磁是为了考核转子磁铁在高温下抗不可逆去磁能力,属于产品的化学、物理特性,符合正态分布。
试验中样本数n的确定和置信度、可靠度的设定相关。以符合指数分布的电机高低温疲劳试验为例,假设在试验过程中没有产品失效,那么其单侧置信区间下限为
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与此对应的可靠度置信区间下限为
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式中:T----计试验时间,对于无失效、无替换试验而言,就是n个试验样本达到预定的试验时间t0的累计值,故有
T=nt0 (3)
由式(2)可得在一定可靠度下的目标寿命MG时,单侧置信区间下限为
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结合式(1)、式(3)、式(4),可得在一定置信度和可靠度下,试验样本数为
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表2是根据式5计算的不同置信度和可靠度下的试验样本数,在计算过程中,所有小数都向上归整,举例来说,1.1和1.9都规整为2。
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在试验过程中,通过提高试验样本到达预计试验时间t0的值,以达到降低试验样本数的目的。举例来说,如果将t0=2mG,那么表1中的所有试验样本数都将减半,依此类推。
2.3试验实施
表1已列出了每种试验的试验方法或者试验标准,这样所有试验均有章可循。但不管是ISO标准,还是GB标准,都是提出最基本的要求,不能涵盖所有电机的特殊应用工况,这就要求在试验过程中,结合EPS电机的应用特点及是否满足试验样本需求进行微调。仍以高低温疲劳试验为例来具体说明,IS016750---2010给出了具体的温度循环要求,如图6所示。对于EPS电机而言,由于它不是连续工作,故在试验过程中,电机在每个温度段都要有对应的工作时间和停止时间。举例来说,在Tmax时,电机在额定负载下连续工作10s,停止20s。标准规定是30个循环,那么需要计算30个循环内,电机工作的次数或者时间是否满足EPS系统规定的要求,是否满足计算试验样本所需的置信度和可靠度,如果没有,则需要提高循环次数。
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3 结论
根据电机故障树得出的可靠性试验,具有很强的实践价值。荣威E50纯电动车上的EPS电机(图7),以及由此派生的系列产品,采用的就是本文所述的可靠性试验。目前这个系列的电机市场保有量超过百万台,没有一台发生可靠性问题。这表明了本文所述的试验内容和方法的实用性、全面性,值得借鉴和推广。
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