胡小輝，潘 磊，劉小兵

（深圳南方德爾汽車電子有限公司，廣東深圳 518109）

0 引言

目前變速箱行業(yè)趨勢(shì)是希望將變速箱油泵集成裝配在變速箱內(nèi)部，使變速箱模塊化，節(jié)省整車裝配時(shí)間和裝配空間?，F(xiàn)有的變速箱油泵基本裝配在變速箱外部，油泵用控制器一般由塑膠殼體加密封圈進(jìn)行防護(hù)密封，能夠滿足IP6k9k的防護(hù)等級(jí)，其偶爾接觸油液可能不會(huì)有影響，但是其很難在高溫和油液中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間工作，高溫和油液會(huì)將密封圈及控制器上的電子元器件腐蝕失效，這類控制器不能夠使油泵集成裝配在變速箱內(nèi)部。

通過結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、材料選型到最后產(chǎn)品驗(yàn)證等經(jīng)過幾個(gè)階段，確認(rèn)了該種防護(hù)方式能夠長(zhǎng)時(shí)間在高溫變速箱內(nèi)部工作的控制器；控制器防護(hù)用的外殼采用耐油、耐高溫的PPA（聚肽酰胺樹脂）材料，灌封膠采用耐高溫、耐油性的環(huán)氧樹脂，兩者有很好的粘接性，兩者組合后將控制器包裹，對(duì)其起到防護(hù)作用。其能夠承受變速箱內(nèi)部的高溫、油液（140 ℃）的長(zhǎng)期浸泡而不影響其功能，使變速箱油泵能夠裝配到變速箱內(nèi)部，使變速箱產(chǎn)品模塊化，節(jié)省整車裝配時(shí)間和整車布置空間，是今后變速箱零部件集成化的一種趨勢(shì)。

1 油泵控制器技術(shù)要求

變速箱內(nèi)部充滿高溫油液，溫度達(dá)到140 ℃以上，這就要求變速箱內(nèi)的產(chǎn)品能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間高溫耐油的性能，且不影響控制器各電子元器件性能以及連接器的電氣性能［1］。

1.1 溫度沖擊試驗(yàn)

變速箱內(nèi)部環(huán)境溫度從-40 ～140 ℃不斷地變化，這就要求油泵控制器以及控制器的防護(hù)結(jié)構(gòu)能夠滿足-40 ～140 ℃的溫度沖擊試驗(yàn)，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間10 s，進(jìn)行230 個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)過后檢測(cè)控制器外觀、性能以及連接器的絕緣耐壓性能是否符合要求。

1.2 油液兼容性能

變速箱內(nèi)部環(huán)境充滿齒輪油，齒輪油具有一定的腐蝕性、滲透性等特點(diǎn)，一般的外殼防護(hù)材料長(zhǎng)時(shí)間在油液中容易腐蝕。采用耐溫性、耐油性好的工程塑料和灌封膠水來解決控制器油液兼容性問題，需要進(jìn)行1 000 h以上，溫度140 ℃的油液兼容性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程后檢測(cè)產(chǎn)品外觀，并測(cè)試控制器性能、防護(hù)材料性能。

2 控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

油泵電機(jī)控制器需要與外部進(jìn)行通信，眾所周知需要采用塑膠的連接器，以滿足連接器絕緣性的要求，因此將連接器和裝配控制器PCB 的殼體集成一體，都采用塑膠進(jìn)行注塑，將連接器的pin針和裝配PCB 部分注塑一體，這樣節(jié)省整個(gè)控制器的空間，該結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。連接器的pin針直接連通PCB 的焊接引腳，用耐壓絕緣性強(qiáng)的工程塑膠進(jìn)行注塑，通過將控制器的PCB板放置于塑膠殼體上的容納槽內(nèi)后，再用耐溫、耐油性的環(huán)氧灌封膠包覆住PCB及其元器件進(jìn)行密封，具有良好的密封性，且利用塑膠和環(huán)氧灌封膠具有耐油、耐高溫、高導(dǎo)熱系數(shù)的特性，可確保該角度傳感器能長(zhǎng)時(shí)間在高溫和油液中工作，且該控制器由于全部浸泡在變速箱油液中，控制器的熱量可以通過灌封膠的導(dǎo)熱性傳遞到油液，潤(rùn)滑油將熱量帶走，這樣整個(gè)控制器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)完成［2］。

圖1 控制器結(jié)構(gòu)圖

3 控制器防護(hù)材料選擇與驗(yàn)證

該電機(jī)控制器需要承受長(zhǎng)期的耐高溫、耐油液浸泡的性能要求，因此在外殼防護(hù)材料以及灌封膠材料的選擇上尤為重要。

3.1 外殼材料的選擇與驗(yàn)證

該電機(jī)控制器，是為了適應(yīng)高溫、長(zhǎng)期浸泡油液的變速箱環(huán)境而開發(fā)的，因此對(duì)于控制器的外殼防護(hù)材料的選擇非常關(guān)鍵；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知，常用的汽車行業(yè)工程塑膠材料有：PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）、PA66（聚酰胺66）、PPS（聚苯硫醚）、PPA（改性聚對(duì)苯二酰對(duì)苯二胺）等。PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）材料的電氣性能優(yōu)良，常作為產(chǎn)品端連接器材料，但是其耐溫性能欠佳，且易水解，不宜使用在潮濕的環(huán)境中；PA66 為尼龍66 材料，有優(yōu)良的電氣性能和耐溫性能，韌性高，因此常作為帶卡扣類連接器材料，其缺點(diǎn)是易吸水及高溫變形，尺寸穩(wěn)定性較差；PPS 材質(zhì)被稱為塑料鋼，有很強(qiáng)的機(jī)械性能、耐溫、耐水性能優(yōu)越，常作為水泵葉輪、電機(jī)殼等泵類殼體材料，其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，且韌性差，作為產(chǎn)品外殼容易碰撞開裂；PPA 材料有優(yōu)良的耐候性、耐水性能，具有PA66的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了其缺點(diǎn)。

因此該電機(jī)控制器首先計(jì)劃采用PPA材料作為防護(hù)外殼，并同時(shí)對(duì)這幾款常用材料進(jìn)行冷熱沖擊、油液兼容性、絕緣耐壓等的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)完成后通過檢測(cè)材料的強(qiáng)度來判定材料性能是否下降，如圖2和表1所示；幾種不同工程塑料在經(jīng)過冷熱沖擊（-40 ～140 ℃）、高溫（140 ℃）、變速箱油1 000 h 的浸泡后，測(cè)試控制器殼體上連接器卡扣的斷裂強(qiáng)度以及連接器的絕緣耐壓性能，實(shí)驗(yàn)后得出PPA材料的強(qiáng)度最高，絕緣耐壓性能都合格，且其和實(shí)驗(yàn)前對(duì)比幾乎沒有變化，因此最終采用PPA加玻纖的材料作為該控制器塑膠外殼［3-4］。

圖2 測(cè)試外殼卡扣斷裂強(qiáng)度

表1 不同工程塑料測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 灌封膠的選型與驗(yàn)證

該油泵電機(jī)控制器，為了適應(yīng)高溫、長(zhǎng)期浸泡油液的變速箱環(huán)境，采用灌封膠對(duì)PCBA 進(jìn)行密封，在選擇灌封膠的時(shí)候，需要考慮膠水的耐高溫性、耐油性能。選擇幾款行業(yè)類常用的灌封膠水進(jìn)行冷熱沖擊（-40 ～140 ℃）、高溫（140 ℃）、油液1 000 h的浸泡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)完成后觀察產(chǎn)品外觀，并且測(cè)試控制器的電氣性能是否符合要求，來判斷哪款膠水滿足該控制器要求。

行業(yè)常用灌封膠水有有機(jī)硅膠和環(huán)氧膠。有機(jī)硅膠常作為各種需要防水密封灌膠產(chǎn)品，其耐溫性能好，市場(chǎng)應(yīng)用廣泛，但是耐介質(zhì)腐蝕性能較差；環(huán)氧膠也常作為密封灌膠產(chǎn)品出現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)，其膠水固化后硬度較大，耐介質(zhì)腐蝕性能好，但是能夠滿足140 ℃長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境的環(huán)氧膠并不多，且由于其硬度較大，可能在灌封的時(shí)候會(huì)有內(nèi)應(yīng)力存在，對(duì)控制器的元器件具有破壞作用。因此在膠水的選型上，需要特別注意膠水的這些性能，并進(jìn)行測(cè)試。

首先準(zhǔn)備好幾款待實(shí)驗(yàn)?zāi)z水，將其分布對(duì)控制器進(jìn)行灌封，然后分組分別進(jìn)行-40 ～140 ℃的冷熱沖擊、140 ℃、1 000 h 的油液兼容性測(cè)試的耐久實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后對(duì)控制器進(jìn)行電氣性能測(cè)試，檢驗(yàn)控制器元器件是否有被膠水內(nèi)應(yīng)力損傷，最終判斷哪款膠水最適合該控制器。實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅膠在冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)良好，但是在油液兼容性實(shí)驗(yàn)后，膠水有腐蝕、滲透、膨脹現(xiàn)象，如圖3 所示，顯然不符合實(shí)驗(yàn)要求；環(huán)氧膠在進(jìn)行冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)后，有幾款膠水都出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，如圖4 所示，最終只有2款環(huán)氧膠實(shí)驗(yàn)合格。最后采用2款實(shí)驗(yàn)合格的膠水，對(duì)控制器的傳感器芯片進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試、檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試、絕緣耐壓等的測(cè)試，所有測(cè)試都符合要求，再對(duì)其進(jìn)行工藝性驗(yàn)證，再結(jié)合成本，選擇一款雙組份環(huán)氧膠作為最終的灌封膠水，如圖5、表2所示［5-7］。

圖3 有機(jī)硅膠膨脹

圖4 個(gè)別環(huán)氧膠開裂

圖5 個(gè)別環(huán)氧膠驗(yàn)證合格

表2 實(shí)驗(yàn)后測(cè)試控制器性能

4 結(jié)束語

經(jīng)過從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的選型、灌封膠的選型、產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等階段，要使電機(jī)控制器能夠在變速箱內(nèi)部環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，且要滿足耐溫、耐油等的性能，需要選擇耐溫、耐腐蝕性強(qiáng)的工程塑膠及灌封膠水，在膠水的選型上，需要重點(diǎn)關(guān)注膠水在高溫下是否會(huì)對(duì)控制器元器件產(chǎn)品損傷，膠水的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度盡量選低一點(diǎn)的，且膠水推薦采用雙組份環(huán)氧膠，雙組份環(huán)氧膠的點(diǎn)膠工藝性比單組份膠水更容易得到實(shí)現(xiàn)，且雙組份膠水成本一般較低。

本文通過對(duì)該油泵電機(jī)控制器的防護(hù)設(shè)計(jì)與研究，為行業(yè)內(nèi)提供了參考價(jià)值，使更多的油泵電機(jī)控制器和其他傳感器能夠裝配到變速箱內(nèi)部，使變速箱產(chǎn)品模塊化，節(jié)省整車裝配時(shí)間和整車布置空間，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。