电动自行车用直流电机换向问题（一）
摘 要：换向问题是影响直流电机质量的主要问题之一。本文介绍了如何评价换向合格的指标；论述了影响换向的原因包括电磁、机械、电化学等方面；提出了改善换向的方法和措施：一是调节电刷位置，二是要重视换向器的质量，三是重视电刷的选择，四是优化刷盒尺寸和弹簧压力，五是电刷的磨合非常重要，最后要进行严格准确的寿命测试。目前，电动自行车的驱动方式大多是轮毂式的，有直接驱动的，也有齿轮减速驱动的。其中，直接驱动方式采用低速直流电动机（每分钟转几百转），而齿轮减速驱动方式则采用转速较高的直流电动机（一般2000r/min以上），通过齿轮减速来满足电动自行车所需要的行驶速度。前者的优点是不需要齿轮减速，因而简化了结构，提高了可靠性，降低了噪声；后者的优点是体积小、重量轻。无论是哪种驱动方式的轮毂电机都分为有刷直流电动机和无刷直流电动机两种。采用有刷直流电动机，优点是控制简单，因而控制器结构简单、可靠性好、故障率低。但因为电机内有换向器和电刷（又称碳刷）的存在，便产生换向问题，它是有刷直流电动机易出故障的根源之一。因此，如何改善换向是保证有刷直流电动机（以下简称直流电机）质量和减少返修率的重要问题。下面就来谈谈直流电机的换向问题。1、换向合格的评价直流电机的换向是指旋转着的电枢绕组元件，从一个支路经过电刷进入另一个支路时元件中电流方向的变换过程（简称换向）。在电流方向变换的过程中，一般在电刷与换向器之间要产生火花，它是换向困难和产生故障的主要原因。所以，国家标准根据电机换向时火花大小将其分成几个等级（1，5/4，3/2，2，3）。对连续工作的直流电机，其换向火花不应超过3/2级。电动自行车用直流电机属于连续工作的电机，应满足不大于3/2级火花的要求。标准规定：3/2级火花时，电刷边缘大部分或全部有微弱的火花，因此换向器上有黑痕出现，但不会继续发展，用汽油擦其表面即能除去，同时在电刷上有轻微的灼痕，这些都不会影响电机连续正常运行。2、影响换向的原因直流电机换向过程中为什么会产生火花呢？根据理论和实践分析，影响换向的原因很多，有电磁的、机械的、电化学的等等，并且它们之间又相互影响，十分复杂。这里不准备在理论上作过多的分析，只针对电动自行车用直流电机为改善换向在生产中应注意的问题做一些分析，或许会对生产起到一定的指导作用。2.1电磁原因在换向时，换向元件中会产生电抗电势和换向电势，这些电势之和一般大于零，称延迟换向。当换向时，后刷边离开一个换向片转向另一个相邻换向片时，换向电流不为零，有电磁能量储存在换向元件内，在前个换向片离开电刷时，换向回路被突然切断，换向元件中的电磁能量就只有击穿空气而释放，从而产生火花。2.2机械原因对生产而言，由于机械原因而导致换向不良是一个重要方面。机械方面的原因很多，例如：平面换向器表面的平整度、粗糙度及装配时换向器表面与电机轴线的垂直度；换向器片间绝缘突出或换向片突出；电刷接触面研磨不好，电刷与换向器表面只有局部接触；电刷上弹簧压力大小不合适；电刷在刷盒里太松或太紧；各个刷杆之间距离不相等，致使有些电刷所短路的换向元件不在几何中心线上；换向器表面不洁等。2.3电化学原因正常运行的电机，换向器表面会产生很薄的一层褐色氧化亚铜薄膜。实践表明，氧化亚铜薄膜的存在，是电机良好换向的必要条件。这是因为氧化亚铜薄膜本身不仅具有较高的电阻，且其表面还常吸附着薄层水份、氧气和石墨粉末，具有良好的润滑作用，有利于减少电刷和换向器的磨损。
