電動自行車用直流電機換向問題（二）

m.jxmhotel.com.cn 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-12-24

3、改善換向的方法和措施為改善換向應該針對影響換向的原因在生產中采取一些必要的方法和措施。下面介紹一些生產中應注意的問題。 3.1調節電刷位置根據產生火花的電磁原因，為了減小換向元件中的電勢，應將電刷位置調節到物理中心線，但因為物理中心線是隨著負載大小而移動的，所以，一般要求將電刷位置調節到幾何中心線處。確定幾何中心線的方法是：對繞組端部連接到換向器對稱的電機，電刷位置應對準磁極中心線；而對繞組端部不對稱的電機，視不對稱程度而定。總的原則是：被電刷短路的繞組元件的兩條邊應位于幾何中心線或很接近幾何中心線處。理論和生產實踐都證明，電刷位置調節的好壞，對電機的空載電流和性能影響很大，應引起足夠的重視。 3.2重視換向器的質量換向器的質量應包括材質和加工質量兩方面。換向器的材料是銅合金，如鎘銅、銀銅等，材質不同，它的硬度、耐磨度，與電刷的接觸電阻及導電性能等都會有差別，當然還要考慮價格因素。從加工質量方面，應檢測換向器的尺寸、形位公差和表面粗糙度。換向片分布應均勻，換向片間絕緣應下刻，對平面換向器表面平面度要好，與電刷接觸的表面其粗糙度應不低于0.80。允許用玻璃砂紙研磨換向器表面（不要用金鋼砂紙）。對平面換向器，安裝時要注意其與電機軸線的垂直度。 3.3電刷的選擇電刷是與換向器的滑動接觸件，電刷的成份和接觸特性好壞，直接影響到電機運行時換向的好壞和它的磨損程度。電刷的接觸特性主要指一對電刷接觸壓降（因正、負級電刷下接觸壓降不相等，故用一對電刷接觸壓降來評價）和摩擦系數，這些因素影響到電機運轉時電刷與換身器之間的接觸損耗（包括電損耗和磨擦損耗）和磨損度。影響電刷接觸特性的主要因素有圓周速度(Tempo)、電流密度和施于電刷的單位壓力等。對電動自行車用直流電機，圓周速度(Tempo)不大，一般都能滿足要求。對這種直流電機的電刷一般提出以下要求：（1）因為電動自行車采用低壓電源，因此一對電刷接觸壓降不能大，一般應在1V以下，這樣功率損耗較小。（2）若按照用戶使用2年不用更換電刷，按每天騎行2h計算，電刷壽命應在1500h左右。電刷壽命是由它允許磨損的高度決定的，而允許磨損高度則由允許彈簧的最小壓力和電刷磨短后在刷盒中運行的穩定性決定。（3）電刷截面積的大小應符合電刷允許電流密度。電流密度過大，引起發熱過高，摩擦系數增大，極易引起火花，電機甚至不能正常運行。（4）換向器的磨損應在允許范圍內，運行噪聲小等。關于施于電刷的壓力問題將在后面討論。電刷分石墨電刷、電化石墨電刷和金屬石墨電刷3大類。對低壓直流電機宜采用金屬石墨電刷，因為它的一對電刷接觸壓降小（一般在1.5V以下），耐磨性較好，使用壽命長，并適合于圓周速度(Tempo)低的電機。我們曾經用兩種不同成份的電刷對電動自行車用直流電機分別做額定負載下的壽命試驗。一種是用金屬石墨電刷，運行700h，電刷磨損量為允許磨損量的45%。照此推算，這種電機可以運行1500h才需要更換電刷，可以滿足用戶使用2年不換電刷的要求。另一種是用石墨電刷，運行600h，電刷已經磨損到不能再用而需要更換了，也就是說用戶最多使用1年就要送維修站了。 3.4刷盒尺寸和彈簧壓力刷盒的作用是將電刷固定在應有位置，但又要保證電刷在刷盒中能自由活動，配合間隙既不能太大，又不能太小。太大了電機運轉時電刷可能在換向器表面產生傾斜和跳動，從而影響換向。太小了，當電刷在負載下發熱膨脹時可能卡死。而彈簧的作用是施于電刷一定的壓力，以保證電刷與換向器在電機運轉時始終有良好的接觸。施于電刷的單位壓力增大，電刷與換向器的接觸電阻就減小，則電損耗減小，但摩擦系數增加，使摩擦損耗增加。總損耗呈馬鞍形變化，而在總損耗最小時的單位壓力下，電刷的磨損率也最小。所以，選擇施于電刷的壓力時，應考慮電機運行中總損耗和電刷磨損最小時相應的單位壓力。對金屬石墨電刷這個壓力一般在1.5-2.5N/cm2之間。在確定初始壓力時，應考慮在電刷磨損過程中縮短時彈簧因伸長其壓力會減小的因素。施于電刷的單位壓力減小到低于某一極限時，電刷與換向器之間的接觸就開始不穩定，容易出現機械性火花，這時就應該更換電刷了。 3.5電刷的磨合電刷與換向器表面接觸的好壞、接觸面積的大小，直接影響直流電機換向的好壞、火花的大小和電刷磨損的速度(Tempo)。所以，電機裝配完成后應對其進行空載磨合。磨合的目的是增大電刷與換向器的接觸面積，一般應使接觸面積達到80%以上，這樣在負載時才能保證良好換向。為了縮短磨合時間，可以用提高電壓的方法使電機轉速提高，但要考慮電機的機械強度，不能高出額定轉速過多。未經磨合的電刷與換向器的接觸面不夠，即為局部接觸，使接觸處電流密度增大，造成換向不良，電機出廠后造成返修率增加。電刷的磨合為什么在這里單獨討論？因為現在大多數生產電動自行車用直流電機的廠家省去或忽略了電刷磨合這一重要工序，原因有二：①有刷磨合需要設備、場地和時間，在不了解它的重要性的情況下，就把它省掉了，特別是生產任務緊張的時候；②整車廠的誤區：整車廠由于無電機正規檢測設備，一般只檢測電機的空載電流和運行噪聲，并對這兩個指標提出過高要求。而未磨合的電機，由于電刷與換向器接觸面小，有時反映出空載電流和噪聲還低一些，整車廠反而覺得滿意。所以，勸告電機生產廠家，電刷磨合步驟不能省；還希望整車廠的技術人員，不要盲目追求小空載電流、低噪聲。這兩項指標只要符合標準就行。 3.6壽命試驗衡量電機換向好壞最簡便的方法是：當電機在額定負載下運行時，觀察電刷后刷邊產生火花的情況。為此，在電機刷架處應有能打開的窗口，以便觀察。但是，對電動自行車用直流電機，由于設計緊湊，不存在這樣的窗口，也就無法觀察電機換向的情況，也就無法回答換向好壞的問題。而換向好壞又是影響電機性能的重要指標。怎么辦？最好的辦法是根據標準（目前一般是企業標準）進行壽命試驗（又稱無故障運行試驗）。壽命試驗后，將電機解剖，檢查換向器表面和碳刷磨損情況。若壽命試驗合格，說明電機換向也應該是合格的。目前，因為壽命試驗需要設備和時間，有的企業也不清楚壽命試驗怎么做及其有什么樣的要求，因此很少有企業做此試驗的，雖然企業標準中有此要求。實際上，只有通過做壽命試驗，企業對自己的產品才能真正做到心中有數。 4、結束語綜上所述，換向問題是直流電機的一個重要問題，換向好壞直接影響直流電機無故障運行的時間。換向出現問題是電動自行車用直流電機的主要故障之一，應引起充分重視。如前所述，換向問題是一個復雜問題，但換向好壞最終體現在電機負載運行時后刷邊火花的大小上。要采取措施使火花大小符合要求，這樣就能使電機無故障運行時間延長。上面介紹了改善換向的方法和措施，企業在生產中應該加以注意。能否應用這些方法和措施，關鍵看企業的質量意識如何。為了使產品換向合格、質量穩定，應抓住三個方面：第一，把住進廠關，對進廠的零部件要進行嚴格的檢驗，不讓不合格零部件進入生產線；第二，把住生產工藝關，要有合理的工藝流程和操作規范，要有必要的保證產品質量的工裝夾具，要有熟練的按操作規程要求操作的工人；第三，把住出廠試驗關，產品出廠前應做必要的試驗，該做電刷磨合試驗應該堅持做，出廠試驗應按照符合試驗標準要求的試驗規范嚴格進行，使不合格產品出不了企業大門。當前，電動自行車市場(Rialto)競爭激烈，產品質量魚龍混雜，但最終必然是優勝劣汰。只要企業能重視質量，不斷提高自己產品的品質，就一定能在激烈競爭中勝出，并將企業做大做強。■