一、前言

溫州電機換向器產(chǎn)業(yè)是全國的半壁江山，其市場份額占全國的一半以上，現(xiàn)有企業(yè)100來家，年銷售額在50億元以上。企業(yè)輻射深圳、蘇州、南京、福建等全國各地。近年來產(chǎn)品的科技含量逐步提高，獲得國家創(chuàng)新基金項目、列入國家火炬計劃項目并與國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機換向器產(chǎn)品模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料研發(fā)、工藝的改進等。

從產(chǎn)業(yè)鏈上看，換向器產(chǎn)品的下游行業(yè)為各大電機整機制造業(yè)，而電機的下游行業(yè)包含了幾乎全部國民經(jīng)濟基礎(chǔ)行業(yè)，而其中汽車行業(yè)、家用電器、電動工具、OA辦公設(shè)備等是其典型及最主要的應(yīng)用行業(yè)，通過對這四大應(yīng)用領(lǐng)域需求的分析，可以看出未來市場對換向器的需求量是十分龐大且持續(xù)的?？傮w來看，電機換向器全球需求規(guī)模上來看，在全球換向器行業(yè)中，中國必將扮演著越來越重要的角色。二、電機換向器產(chǎn)品設(shè)計方案探討

電機換向器產(chǎn)品進行模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料研發(fā)（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優(yōu)選應(yīng)用）、工藝的改進等。創(chuàng)造條件與國內(nèi)大型電機企業(yè)及國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，這是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。

1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）在換向片與云母片接觸部分采用平面式直線結(jié)構(gòu)，中心線部分開焊線槽焊線。此結(jié)構(gòu)換向片材料在槽底部和槽頂部剩余厚度在槽深尺寸較大時相差較大，造成銅材料的不必要的浪費，增加了成本。

（2）項目擬在換向片頂部部分采用與中心線平行的結(jié)構(gòu)，從而達到節(jié)省銅材投料，減輕換向片重量的目的。

（3）為保證換向器在高溫、高速運轉(zhuǎn)下的強度和穩(wěn)定性，項目產(chǎn)品采用的是對內(nèi)孔加普通08F號鋼的襯套和對換向片加固的工藝。加固圈采用玻璃鋼制成，絕緣性能良好。內(nèi)孔采用了“碗”形襯套，其襯套與電木粉良好的粘結(jié)，故而在轉(zhuǎn)子壓軸時其內(nèi)孔過盈量可增加到0.08mm，從而杜絕了轉(zhuǎn)子與換向器打滑現(xiàn)象，再加上模塑料是通過預(yù)熱，在高溫、高壓的施加下迅速流入到換向片之間，使之固化成型后牢固的連為一體，保證了換向器整體的抗沖擊能力。

2、絕緣材料進行優(yōu)化

材料優(yōu)選PM6432，其為無氨絕緣材料，特點是韌性好，抗沖擊，流動性好，易成型，尤其是在產(chǎn)品初步成型后的烘烤過程中，因是無氨材料，產(chǎn)品在烘烤中內(nèi)應(yīng)力極易消除，內(nèi)部組織相對細密、穩(wěn)定，能承受2000V/mm的電壓負載，絕緣性能極佳，特別適合起動機的換向器使用。其價格比同類絕緣材料低15-20%。

3、汽車電機換向器本體成型工藝及模具設(shè)計

本部分對電機換向器本體壓注成型工藝進行設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及局部優(yōu)化。項目分析了模具結(jié)構(gòu)對換向器成型的影響進行了分析，通過理論分析與試驗對電機換向器壓注工藝參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。

三、電機換向器關(guān)鍵工序智能化制造設(shè)備的探討

1、電機換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機研發(fā)

（1）優(yōu)化設(shè)計了換向器送料裝置，通過電磁振動盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實現(xiàn)了多類型電機換向器的準(zhǔn)確送料。

（2）巧妙設(shè)計了換向器的輸送、限位、裝夾等裝置裝置，采用擋板與光電傳感器結(jié)合實現(xiàn)電機換向器的定位，通過液壓剪式機械手加持裝置與對應(yīng)夾具結(jié)合，實現(xiàn)了產(chǎn)品的夾取、裝夾及卸料。在限位座內(nèi)設(shè)有出料滑道，輸料塊整體呈“S”型并與主軸箱相對應(yīng)。主軸箱內(nèi)設(shè)有可伸縮的轉(zhuǎn)軸，其靠近收送料機構(gòu)一端設(shè)有環(huán)形凹槽，并使“C”型夾塊的開口對準(zhǔn)環(huán)形凹槽。

（3）采用伺服電機實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計。伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進行了精確的控制技術(shù)和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等，增加了運行的穩(wěn)定性。

2、換向器雙機頭銑槽銑鉤專用機研發(fā)

（1）通過電磁振動盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實現(xiàn)了多類型電機換向器的準(zhǔn)確送料。采用擋板與光電傳感器結(jié)合實現(xiàn)電機換向器的定位，通過液壓剪式加持裝置與對應(yīng)夾具結(jié)合，實現(xiàn)了產(chǎn)品的夾取、裝夾及卸料。

（2）創(chuàng)新設(shè)計了刀軸和刀頭組成的銑槽裝置，刀軸由電機驅(qū)動且刀軸可在機架上上下移動，刀頭切割方向與夾料裝置平行，把原機改成為立式、一對機變革為一機、兩道工序在一機內(nèi)完成。

（3）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品使用機器代替人工作業(yè)，自動化程度高，降低勞動成本，增加安全系數(shù)，使生產(chǎn)效率更高。

3、換向器兩位移動式砂光研磨專用機研發(fā)

（1）采用砂磨機和毛刷機組成砂光研磨裝置提高了換向器的加工精度。研磨機構(gòu)可在工作臺上前后移動，兩組毛刷機分別對應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機的毛刷輪形成夾角，具有自動控制裝卸料、夾緊松開、能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使研磨機構(gòu)能對換向器的外圓進行研磨，減小了勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

（2）工作臺內(nèi)設(shè)有研磨機構(gòu)和多組上、下夾頭及設(shè)有進料道、出料道和機械手架。機械手架兩側(cè)機械手在行程最大處分別與進料道、出料道相對應(yīng)。

（3）設(shè)計自動控制裝卸料、夾緊松開、加工能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使得研磨機構(gòu)能對換向器的外圓進行研磨，無需工人的手工操作，減小了工人的勞動強度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來的誤差，使得加工出來的換向器精度更高。

（4）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時的勞動強度，增加了運行的穩(wěn)定性。

4、換向器液壓三道模式彎鉤專用機研發(fā)

全自動電機換向器液壓三道模式彎鉤專用機產(chǎn)品的彎鉤沖壓過程分三步完成，有效防止彎鉤部折斷，使生產(chǎn)效率更高。采用PLC智能化觸摸屏控制，生產(chǎn)全過程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動控制裝卸料、夾緊松開、加工，能將產(chǎn)品無間隙加工好。實行無人操作、杜絕操作人員的安全事故。

（1）優(yōu)化設(shè)計了液壓移位式三道模壓彎鉤機構(gòu)，首個沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個沖壓裝置的底座為沖壓裝置的底座彎鉤模腔為平面，第三個沖壓裝置的底座彎鉤模腔為成型錐面，提高了產(chǎn)品加工的安全性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）采用自動送料、夾緊松開的裝卸料、加工，通過PLC智能化觸摸屏控制，提高裝夾的效率和精度，減小了勞動強度。

5、換向器絕緣耐壓檢測專用機研發(fā)

（1）通過多組夾頭、機械手架和檢測機構(gòu)，實現(xiàn)了換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進行檢測，解決了換向器內(nèi)圓面難檢測的問題，提高了檢測的全面性，有效的防止不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。

（2）采用PLC智能化觸摸屏控制，提高了裝夾的效率和精度，產(chǎn)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時的勞動強度，增加了運行的穩(wěn)定性。

四、溫州電機換向器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的建議

為了適應(yīng)國際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強競爭能力。近年來國外電機企業(yè)紛紛進入中國國內(nèi)市場，國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設(shè)立生產(chǎn)基地。為此，建議建立科技事實型數(shù)據(jù)庫建設(shè)的建議

四、電機換向器產(chǎn)業(yè)集群創(chuàng)新發(fā)展的建議

為了適應(yīng)國際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強競爭能力。近年來國外電機企業(yè)紛紛進入中國國內(nèi)市場，國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設(shè)立生產(chǎn)基地。他們立足與其合作。目前，從以下三方面作進行技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

1、《智能數(shù)控電機換向器生產(chǎn)設(shè)備》提高無故障時間的研究

（1）生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)選合理的匹配參數(shù)，達到最佳的工作效果。

（2）生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)自動化控制設(shè)計，采用伺服電機實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計，伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進行了精確的控制技術(shù)和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等。

（3）提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性研究。包含有由六臺機器組成，分別是電機換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機；電機換向器雙機頭銑槽銑鉤專用機；電機換向器三道模式油壓彎鉤專用機；電機換向器兩位移動式砂光、研磨專用機；電機換向器絕緣檢測專用機

為了適應(yīng)國際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，我們從產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強競爭能力。近年來國外電機企業(yè)紛紛進入中國國內(nèi)市場，國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設(shè)立生產(chǎn)基地。他們立足與其合作。目前，作為起步工作，從以下三方面作進行技術(shù)創(chuàng)新。

（4） 進行電機換向器產(chǎn)品設(shè)計。對產(chǎn)品進行模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料研發(fā)（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優(yōu)選應(yīng)用）、工藝的改進等。創(chuàng)造條件與國內(nèi)大型電機企業(yè)及國際知名電機企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，這是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。

2、《智能數(shù)控電機換向器生產(chǎn)線》提高無故障時間的研究

（1）整條生產(chǎn)線系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)選合理的匹配參數(shù)，達到最佳的工作效果。

（2）整條生產(chǎn)線系統(tǒng)自動化控制設(shè)計，采用伺服電機實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計，伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進行了精確的控制技術(shù)和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等。

（3）提高整條生產(chǎn)線設(shè)備的可靠性研究。包含有由六臺機器組成，分別是電機換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機；電機換向器雙機頭銑槽銑鉤專用機；電機換向器三道模式油壓彎鉤專用機；電機換向器兩位移動式砂光、研磨專用機；電機換向器絕緣檢測專用機。

（4）對國內(nèi)外電機換向器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向進行較深入的調(diào)研，為電機換向器的整體發(fā)展提供基礎(chǔ)資料，掌握競爭情報。

參考文獻

1.丁水壽，國外中型直流電機換向器的發(fā)展[J]。電機技術(shù)，2003.5:46

2. 孫林華，新型微電機換向器的研制《機電工程技術(shù)》20132003.3:42

3.于朝清、王麗瓊，微電機用新型換向器材料 [J], 10.3969/j.issn.1671-8887.2002.04

4. 劉軍，科技計劃項目事實型數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究［J］.中國科技資源導(dǎo)刊，2013（3）：97-99

溫州市機械工程學(xué)會

2023.12.06