摘 要：換向問題是影響直流電機質(zhì)量的主要問題之一。本文介紹了如何評價TB系列垂直斗式提升機換向合格的指標；論述了影響換向的原因包括電磁、機械、電化學等方面；提出了改善換向的方法和措施：一是調(diào)節(jié)電刷位置，二是要重視換向器的質(zhì)量，三是重視電刷的選擇，四是優(yōu)化刷盒尺寸和彈簧壓力，五是電刷的磨合非常重要，最后要進行嚴格準確的壽命測試。

目前，電動自行車的驅(qū)動方式大多是輪轂式的，有直接驅(qū)動的，也有齒輪減速驅(qū)動的。其中，直接驅(qū)動方式采用低速直流電動機（每分鐘轉(zhuǎn)幾百轉(zhuǎn)），而齒輪減速驅(qū)動方式則采用轉(zhuǎn)速較高的直流電動機（一般2000r/min以上），通過齒輪減速來滿足電動自行車所需要的懸掛輸送機行駛速度。前者的優(yōu)點是不需要齒輪減速，因而簡化了結(jié)構(gòu)，提高了可*性，降低了噪聲；后者的優(yōu)點是體積小、重量輕。

無論是哪種驅(qū)動方式的輪轂電機都分為有刷直流電動機和無給料機刷直流電動機兩種。采用有刷直流電動機，優(yōu)點是控制簡單，因而控制器結(jié)構(gòu)簡單、可*性好、故障率低。但因為電機內(nèi)有換向器和電刷（又稱碳刷）的存在，便產(chǎn)生換向問題，它是有刷直流電動機易出故障的根源之一。因此，如何改善換向是保證有刷直流電動機（以下簡稱直流電機）質(zhì)量和減少返修率的重要問題。下面就來談?wù)勚绷麟姍C的換向問題。

1、換向落砂機合格的評價

直流電機的換向是指旋轉(zhuǎn)著的電樞繞組元件，從一個支路經(jīng)過電刷進入另一個支路時元件中電流方向的變換過程（簡稱換向）。在電流方向變換的過程中，一般在電刷與換向器之間要產(chǎn)生火花，它是換向困難和產(chǎn)生故障的主要原因。所以，國家標準根據(jù)電機換向時火花大小將其分成幾個等級（1，5/4，3/2，2，3）。對連續(xù)工作的直流電機，其換向火花不應(yīng)超過3/2級。電動錳鋼雙輥破碎機自行車用直流電機屬于連續(xù)工作的電機，應(yīng)滿足不大于3/2級火花的要求。標準規(guī)定：3/2級火花時，電刷邊緣大部分或全部有微弱的火花，因此換向器上有黑痕出現(xiàn)，但不會繼續(xù)發(fā)展，用汽油擦其表面即能除去，同時在電刷上有輕微的灼痕，這些都不會影響電機連續(xù)正常運行。

移動式皮帶機2、影響換向的原因

直流電機換向過程中為什么會產(chǎn)生火花呢？根據(jù)理論和實踐分析，影響換向的原因很多，有電磁的、機械的、電化學的等等，并且它們之間又相互影響，十分復雜。這里不準備在理論上作分離機過多的分析，只針對電動自行車用直流電機為改善換向在生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題做一些分析，或許會對生產(chǎn)起到一定的指導作用。

2.1電自動輸送系統(tǒng)磁原因

在換向時，換向元件中會產(chǎn)生電抗電勢和換向電勢，這些電勢之和一般大于零，稱延遲換向。當換向時，后刷邊離開一個換向片轉(zhuǎn)向另一個相鄰換向片時，換向電流不為零，有電磁能量儲存在換向元件內(nèi)，在前個換向片離開電刷時，換向回路被突然切斷，換向元件中的電磁能量就只有擊穿空氣而釋放，從而產(chǎn)生火花化工振動篩。

2.2機械原電機振動給料機因

對生產(chǎn)而言，由于機械原因而導致?lián)Q向不良是一個重要方面。機械方面的原因很多，例如：平面換向器表面的平整度、粗糙度及裝配時換向器表面與電機軸線的垂直度；換向器片間絕緣突出或換向片突出；電刷接觸面研磨不好，電刷與換向器表面只有局部接觸；電刷上彈簧壓力大小不合石子粉碎機適；電刷在刷盒里太松或太緊；各個刷桿之間距離不相等，致使有些電刷所短路的換向元件不在幾何中心線上；換向器表面不潔等。

2.3破碎篩分電化學原因

正常運行的電機，換向器表面會產(chǎn)生很薄的一層褐色氧化亞銅薄膜。實踐表明，氧化亞銅薄膜的存在，是電機良好換向的必要條件。這是因為氧化亞銅薄膜本身不僅具有較高的電阻，且其表螺旋分料器面還常吸附著薄層水份、氧氣和石墨粉末，具有良好的潤滑作用，有利于減少電刷和換向器的磨損。

輕型皮帶輸送機3、改善換向的方法和措施

為改善換向應(yīng)該針對影響換向的原因在生產(chǎn)中采取一些必要的方法和措施。下面介紹一些生產(chǎn)中應(yīng)注意的問旋回破碎機題。

3.1調(diào)節(jié)電刷位置

根據(jù)產(chǎn)生火花的電磁原因，為了減小換向元件中的電勢，應(yīng)將電刷位置調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)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?？偟脑瓌t是：被電刷短路的繞組元件的兩條邊應(yīng)位于幾何中心線或很接近幾何中心線處。

理論和生產(chǎn)實踐都證明，電刷位置調(diào)節(jié)的好壞，對電機的空載電流和性能影響很大，應(yīng)引起足夠的重視。

3.2重視換向器的質(zhì)量

換向器的質(zhì)量應(yīng)包括材質(zhì)和加工質(zhì)量兩方面。

換向器的材料是銅合金，如鎘銅、銀銅等，材質(zhì)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(zhì)量方面，應(yīng)檢測換向器的尺寸、形位公差和表面粗糙度。換向片分布應(yīng)均勻，換向片間絕緣應(yīng)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(yīng)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(shù)，這些因素影響到電機運轉(zhuǎn)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、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(yīng)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(yīng)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(wěn)定性決定。

（3）電刷截面積的大小應(yīng)符合電刷允許電流密度。電流密度過大，引起發(fā)熱過高，摩擦系數(shù)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(yīng)在允許范圍內(nèi)，運行噪聲小等。

關(guān)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，并適合于圓周速度低的電機。

我們曾經(jīng)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(jīng)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(yīng)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(zhuǎn)時電刷可能在換向器表面產(chǎn)生傾斜和跳動，從而影響換向。太小了，當電刷在負載下發(fā)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(zhuǎn)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(shù)增加，使摩擦損耗增加?？倱p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(yīng)考慮電機運行中總損耗和電刷磨損最小時相應(yīng)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(yīng)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(wěn)定，容易出現(xiàn)機械性火花，這時就應(yīng)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。所以，電機裝配完成后應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)速提高，但要考慮電機的機械強度，不能高出額定轉(zhuǎn)速過多。未經(jīng)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(xiàn)在大多數(shù)生產(chǎn)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(shè)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(chǎn)任務(wù)緊張的時候；②整車廠的誤區(qū)：整車廠由于無電機正規(guī)檢測設(shè)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(chǎn)廠家，電刷磨合步驟不能省；還希望整車廠的技術(shù)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(chǎn)生火花的情況。為此，在電機刷架處應(yīng)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(shè)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(jù)標準（目前一般是企業(yè)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(yīng)該是合格的。

目前，因為壽命試驗需要設(shè)備和時間，有的企業(yè)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(yè)做此試驗的，雖然企業(yè)標準中有此要求。實際上，只有通過做壽命試驗，企業(yè)對自己的產(chǎn)品才能真正做到心中有數(shù)。

4、結(jié)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(xiàn)問題是電動自行車用直流電機的主要故障之一，應(yīng)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(xiàn)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(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)該加以注意。能否應(yīng)用這些方法和措施，關(guān)鍵看企業(yè)的質(zhì)量意識如何。為了使產(chǎn)品換向合格、質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)抓住三個方面：第一，把住進廠關(guān)，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(chǎn)線；第二，把住生產(chǎn)工藝關(guān)，要有合理的工藝流程和操作規(guī)范，要有必要的保證產(chǎn)品質(zhì)量的工裝夾具，要有熟練的按操作規(guī)程要求操作的工人；第三，把住出廠試驗關(guān)，產(chǎn)品出廠前應(yīng)做必要的試驗，該做電刷磨合試驗應(yīng)該堅持做，出廠試驗應(yīng)按照符合試驗標準要求的試驗規(guī)范嚴格進行，使不合格產(chǎn)品出不了企業(yè)大門。

當前，電動自行車市場競爭激烈，產(chǎn)品質(zhì)量魚龍混雜，但最終必然是優(yōu)勝劣汰。只要企業(yè)能重視質(zhì)量，不斷提高自己產(chǎn)品的品質(zhì)，就一定能在激烈競爭中勝出，并將企業(yè)做大做強?！?/P>