一、前言

溫州電機(jī)換向器產(chǎn)業(yè)是全國(guó)的半壁江山，其市場(chǎng)份額占全國(guó)的一半以上，現(xiàn)有企業(yè)100來(lái)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(guó)各地。近年來(lái)產(chǎn)品的科技含量逐步提高，獲得國(guó)家創(chuàng)新基金項(xiàng)目、列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目并與國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料研發(fā)、工藝的改進(jìn)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(jī)整機(jī)制造業(yè)，而電機(jī)的下游行業(yè)包含了幾乎全部國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)行業(yè)，而其中汽車行業(yè)、家用電器、電動(dòng)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(guò)對(duì)這四大應(yīng)用領(lǐng)域需求的分析，可以看出未來(lái)市場(chǎng)對(duì)換向器的需求量是十分龐大且持續(xù)的?？傮w來(lái)看，電機(jī)換向器全球需求規(guī)模上來(lái)看，在全球換向器行業(yè)中，中國(guó)必將扮演著越來(lái)越重要的角色。二、電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案探討

電機(jī)換向器產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jìn)等。創(chuàng)造條件與國(guó)內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)

（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(shí)相差較大，造成銅材料的不必要的浪費(fèi)，增加了成本。

（2）項(xiàng)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(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，項(xiàng)目產(chǎn)品采用的是對(duì)內(nèi)孔加普通08F號(hào)鋼的襯套和對(duì)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(shí)其內(nèi)孔過(guò)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(guò)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(jìn)行優(yōu)化

材料優(yōu)選PM6432，其為無(wú)氨絕緣材料，特點(diǎn)是韌性好，抗沖擊，流動(dòng)性好，易成型，尤其是在產(chǎn)品初步成型后的烘烤過(guò)程中，因是無(wú)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(duì)細(xì)密、穩(wěn)定，能承受2000V/mm的電壓負(fù)載，絕緣性能極佳，特別適合起動(dòng)機(jī)的換向器使用。其價(jià)格比同類絕緣材料低15-20%。

3、汽車電機(jī)換向器本體成型工藝及模具設(shè)計(jì)

本部分對(duì)電機(jī)換向器本體壓注成型工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及局部?jī)?yōu)化。項(xiàng)目分析了模具結(jié)構(gòu)對(duì)換向器成型的影響進(jìn)行了分析，通過(guò)理論分析與試驗(yàn)對(duì)電機(jī)換向器壓注工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三、電機(jī)換向器關(guān)鍵工序智能化制造設(shè)備的探討

1、電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)研發(fā)

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)了換向器送料裝置，通過(guò)電磁振動(dòng)盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實(shí)現(xiàn)了多類型電機(jī)換向器的準(zhǔn)確送料。

（2）巧妙設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)電機(jī)換向器的定位，通過(guò)液壓剪式機(jī)械手加持裝置與對(duì)應(yīng)夾具結(jié)合，實(shí)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(duì)應(yīng)。主軸箱內(nèi)設(shè)有可伸縮的轉(zhuǎn)軸，其靠近收送料機(jī)構(gòu)一端設(shè)有環(huán)形凹槽，并使“C”型夾塊的開口對(duì)準(zhǔn)環(huán)形凹槽。

（3）采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2、換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)研發(fā)

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

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)了刀軸和刀頭組成的銑槽裝置，刀軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)且刀軸可在機(jī)架上上下移動(dòng)，刀頭切割方向與夾料裝置平行，把原機(jī)改成為立式、一對(duì)機(jī)變革為一機(jī)、兩道工序在一機(jī)內(nèi)完成。

（3）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品使用機(jī)器代替人工作業(yè)，自動(dòng)化程度高，降低勞動(dòng)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(dòng)式砂光研磨專用機(jī)研發(fā)

（1）采用砂磨機(jī)和毛刷機(jī)組成砂光研磨裝置提高了換向器的加工精度。研磨機(jī)構(gòu)可在工作臺(tái)上前后移動(dòng)，兩組毛刷機(jī)分別對(duì)應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角，具有自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開、能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

（2）工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有研磨機(jī)構(gòu)和多組上、下夾頭及設(shè)有進(jìn)料道、出料道和機(jī)械手架。機(jī)械手架兩側(cè)機(jī)械手在行程最大處分別與進(jìn)料道、出料道相對(duì)應(yīng)。

（3）設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開、加工能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使得研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，無(wú)需工人的手工操作，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來(lái)的誤差，使得加工出來(lái)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(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4、換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)研發(fā)

全自動(dòng)電機(jī)換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)產(chǎn)品的彎鉤沖壓過(guò)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(guò)程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開、加工，能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好。實(shí)行無(wú)人操作、杜絕操作人員的安全事故。

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)了液壓移位式三道模壓彎鉤機(jī)構(gòu)，首個(gè)沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個(gè)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(gè)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(dòng)送料、夾緊松開的裝卸料、加工，通過(guò)PLC智能化觸摸屏控制，提高裝夾的效率和精度，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度。

5、換向器絕緣耐壓檢測(cè)專用機(jī)研發(fā)

（1）通過(guò)多組夾頭、機(jī)械手架和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測(cè)，解決了換向器內(nèi)圓面難檢測(cè)的問(wèn)題，提高了檢測(cè)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(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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

為了適應(yīng)國(guó)際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴(kuò)張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)國(guó)外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等大都在中國(guó)設(shè)立生產(chǎn)基地。為此，建議建立科技事實(shí)型數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的建議

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

為了適應(yīng)國(guó)際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴(kuò)張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)國(guó)外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等大都在中國(guó)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(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

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

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

（2）生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)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(tái)機(jī)器組成，分別是電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器三道模式油壓彎鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測(cè)專用機(jī)

為了適應(yīng)國(guó)際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，我們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴(kuò)張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)國(guó)外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等大都在中國(guó)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(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

（4） 進(jìn)行電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jìn)等。創(chuàng)造條件與國(guó)內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)換向器生產(chǎn)線》提高無(wú)故障時(shí)間的研究

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

（2）整條生產(chǎn)線系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)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(tái)機(jī)器組成，分別是電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器三道模式油壓彎鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測(cè)專用機(jī)。

（4）對(duì)國(guó)內(nèi)外電機(jī)換向器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向進(jìn)行較深入的調(diào)研，為電機(jī)換向器的整體發(fā)展提供基礎(chǔ)資料，掌握競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)。

參考文獻(xiàn)

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

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

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

4. 劉軍，科技計(jì)劃項(xiàng)目事實(shí)型數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究［J］.中國(guó)科技資源導(dǎo)刊，2013（3）：97-99

溫州市機(jī)械工程學(xué)會(huì)

2023.12.06