电动自行车用直流电机的换向问题

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

*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。