電動自行車用直流電機(jī)換向問題

1、電動自行車用直流電機(jī)換向問題摘要：換向問題是影響直流電機(jī)質(zhì)量的主要問題之一。本文介紹了如何評價換向合格的指標(biāo)；論述了影響換向的原因包括電磁、機(jī)械、電化學(xué)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(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)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

2、動機(jī)（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(jī)（一般2000rmin以上），通過齒輪減速來滿足電動自行車所需要的行駛速度。前者的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是體積小、重量輕。無論是哪種驅(qū)動方式的輪轂電機(jī)都分為有刷直流電動機(jī)和無刷直流電動機(jī)兩種。采用有刷直流電動機(jī)，優(yōu)點(diǎn)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(jī)內(nèi)有換向器和電刷（又稱碳刷）的存在，便產(chǎn)生換向

3、問題，它是有刷直流電動機(jī)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(jī)（以下簡稱直流電機(jī)）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(jī)的換向問題。1、換向合格的評價直流電機(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)根據(jù)電機(jī)換向時火花大小將其分成幾個等級（1

4、，54，32，2，3）。對連續(xù)工作的直流電機(jī)，其換向火花不應(yīng)超過32級。電動自行車用直流電機(jī)屬于連續(xù)工作的電機(jī)，應(yīng)滿足不大于32級火花的要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：32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(jī)連續(xù)正常運(yùn)行。2、影響換向的原因直流電機(jī)換向過程中為什么會產(chǎn)生火花呢？根據(jù)理論和實(shí)踐分析，影響換向的原因很多，有電磁的、機(jī)械的、電化

5、學(xué)的等等，并且它們之間又相互影響，十分復(fù)雜。這里不準(zhǔn)備在理論上作過多的分析，只針對電動自行車用直流電機(jī)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(dǎo)作用。2.1電磁原因在換向時，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(dāng)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，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(jī)，圓周速度不大，一般

6、都能滿足要求。對這種直流電機(jī)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(yùn)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

7、起火花，電機(jī)甚至不能正常運(yùn)行。（4）換向器的磨損應(yīng)在允許范圍內(nèi)，運(yùn)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(jī)宜采用金屬石墨電刷，因為它的一對電刷接觸壓降?。ㄒ话阍?.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(jī)。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(jī)分別做額定負(fù)載下的壽命試驗。一種是用金屬石墨電刷，運(yùn)行700h，電刷磨損量為允許磨損量的45

8、%。照此推算，這種電機(jī)可以運(yùn)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(yùn)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。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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時電刷可能在換向器表面產(chǎn)生傾下發(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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時始終有良好

9、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(jī)運(yùn)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1.52.5ncm2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