变频柜机空调电源线插头应用失效分析与可靠性研究

0   引言

耦合器（电源线一部分）是变频空调柜机电源专用插座，用于旋钮锁紧及解锁按钮操作，安全性高。耦合器电源线配合耦合器插头使用插头旋入插座锁死电源接通，插头旋进插座锁死后才能通电，除非解锁插头无法移动。按下插头解锁结构旋出插座电源断开。耦合器不同于常见的插拔式插座，可以避免用户频繁带电插拔，导致插头接触不良打火烧毁，严重的可能引起火灾隐患，安全性较高。

1   事件背景

电源线出现解锁钮断失效问题：耦合器电源线插头有解锁钮结构，插头与插座对接后旋转到位可以正常锁死，如要解锁需要按下解锁按钮。解锁扣解锁结构为两个蓝色钮扣一体化设计，解锁时需要用户用手按压解锁扣，方可旋转拿掉插头。部分用户在实际使用过程中不清楚具体操作方法，直接插入用力旋转插头导致橙色钮扣被钮断，插头无法锁紧到位，插头失效无法继续使用，影响产品信誉。需要从产品自身可靠性方面优化设计，更改解锁钮扣结构，提高钮扣抗外力冲击受力值及抗外力剪切失效能力。

2020 年售后频繁反馈耦合器插头电源线失效，此款耦合器插头电源线主要使用在单项220 V 交流电源供电50-72 机型。经回访维修工及查看失效数据信息，售后失效使用时间不一致，用户均使用一段时间，证明非装机就失效。查看售后上传故障品图片，发现主要故障为耦合器插头电源线插头解锁钮断，如图1 所示，故障耦合器插头电源线无法使用导致售后投诉报单。

图1 故障件失效图片

由于解锁钮断后无法有效与耦合器插座配合使用，导致旋转到位后，解锁钮卡不住上盖的锁孔。插头旋转到位后受制于插座弹簧的弹力又弹出，空调无法有效通电，导致空调整机不能使用，见图2。

图2 解锁钮断无法锁紧

2   原因分析

2.1 故障件检测分析

对售后失效故障件分析，测试电源线各线芯导通正常，只有插头解锁钮断，查看断口面不平整，分析为受力断开，断口周围无其他破损痕迹。

测试故障件解锁钮材质合格，为POM 材料，符合要求。模拟将插头旋入耦合器插座后在不按压解锁钮的情况下直接用力将插头强制旋出，插头解锁钮断，与售后返回故障品一致，如图3 所示。

图3 试验模拟故障件失效图片

图3 左为售后故障件，右为模拟样品。通过模拟试验得出，此故障为用户使用过程操作不规范，未按下解锁钮直接强制将插头旋出插座所致。该物料插座上已经有使用方法，但是由于用户情况多样，此类问题无法避免，需要从物料结构上有效整改以解决此类问题。

3   电源线插头可靠性提升方案

电源线出现电源线解锁钮断的问题，部分用户在实际使用过程中不清楚耦合器具体操作方法，直接插入用力旋转插头导致钮扣被钮断，插头无法锁紧到位，插头失效无法继续使用。插座失效现象为解锁钮断裂，插头无法旋转到位并锁死，产品无法正常使用。解决方案思路是提高解锁钮抗插头旋转剪切强度，通过增加接触受力面积，并在内部注塑嵌入不锈钢钢针来解决用户操作不当导致产品钮扣失效。

通过对器件失效机理分析及试验模拟，用户操作不当是导致锁扣失效的主要原因，需要提高锁扣的抗外力冲击能力，具体是将锁扣按钮解锁结构改为方形，并在锁扣内部增加不锈钢刚性针。

耦合器插座和插头在厂内不涉及装配，全部放入整机附件袋中，分析该异常为售后安装使用过程操作不当导致，模拟可以人为拧断。此故障需要推进厂家从结构上更改，目前已经整改完毕，整改前后制品如图4、5所示。主要是更改物料结构和材料，增加解锁钮韧性，同时更改解锁钮结构，由圆形改为方形，内置嵌入金属刚钉，增加接触受力面积及抗外力冲击强度。

图4 整改前

图5 整改后

对耦合器电源线解锁钮结构的优化整改提升了解锁钮强度，从源头上避免了售后投诉。针对北京格力耦合器插头解锁钮由于用户强扭断裂的问题，从外观标识和解锁钮材料、结构三方面进行整改，通过抗拉数据实测和寿命试验，最终确认如下方案可有效解决售后问题。具体可靠性提升方案如下。

3.1 重新设计解锁钮结构装置。将原始圆形结构改为方形结构，与注塑件的接触面积增大，增大受力面积提高解锁钮抗插头旋转剪切强度；解决锁扣失效问题。

图6 解锁钮结构整改点

3.2 解锁钮结构装置内部嵌入不锈钢刚性针。提高解锁钮抗插头旋转剪切强度，整改点如图7 所示。

图7 解锁钮结构内部嵌入钢针

3.3 解锁钮结构装置注塑POM材料添加玻纤与增韧剂。通过添加玻纤与增韧剂，以提升POM 材料的冲击强度与延伸率，同时提升材料的弯曲强度及弯曲模量，从而提高材料的整体性能。

解锁钮材料玻纤为25%±2%，增韧剂（牌号：MA-28）为3%±0.05%，玻纤含量为25%±2%，增韧剂MA-28 含量25%±2%。产品性能提升30%。3.4 警示标识：简化插座本体上的警示标识，更好地指导客户操作。

图8 整改前

图9 整改后

4   电源线插头新品整改效果验证

4.1 解锁钮推断力测试对比分析

经过整改前后对比验证，整改后制品解锁钮推断力从200 N 增加到250 N，同时由于有嵌入不锈钢刚性针支撑，整改后制品未出现解锁钮断裂。整改后制品解锁钮推断力明显优于整改前制品，具体整改前后制品对比如表1 所示。

表1 整改前后样品对比

4.2 电源线解锁将原始圆形结构改为方形结构及增加嵌入不锈钢刚性针前后样品抗击强度对比圆形解锁钮测试数据如表2 所示。

表2 圆形解锁钮测试数据

方形形解锁钮测试数据如表3 所示。

表3 圆形解锁钮测试数据

数据测试对比分析结果：方形形解锁钮抗冲击力强度明显好于圆形解锁钮。

5   整改总结及意义

解锁扣解锁结构为两个蓝色钮扣一体化设计，解锁时，需要用户用手按压解锁扣方可旋转拿掉插头。部分用户实际使用过程中不清楚具体操作方法，直接插入用力旋转插头导致橙色钮扣被钮断，插头无法锁紧到位，插头失效无法继续使用，影响产品信用度。解决方案从产品自身可靠性方面进行优化设计，更改解锁钮扣结构，重新设计解锁钮结构装置，将原始圆形结构改为方形结构，内部嵌入不锈钢刚性针；解锁钮结构装置注塑POM 材料添加玻纤与增韧剂，提高钮扣抗外力冲击受力值及抗外力剪切失效能力。通过大量故障件分析找出产品使用中最主要失效点，深入分析产生原因，并从设计源头优化改善产品结构，提高产品可靠性和安全性。

参考文献：

[1] 戴银燕,张乐,崔斌,等.可靠性技术在耦合器插座中的应用[J].电子产品世界,2018(9):63-66?????.

[2] 谢耀华.电器和插座用带插头电源线产品质量安全问题分析[J].轻工标准与质量,2020(3):120-123.

[3] 苏彩虹.基于有限元分析的两极旋转插头可靠性设计[J].日用电器,2019(12): 31-35.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年11月期）