一、前言
温州电机换向器产业是全国的半壁江山，其市场份额占全国的一半以上，现有企业100来家，年销售额在50亿元以上。企业辐射深圳、苏州、南京、福建等全国各地。近年来产品的科技含量逐步提高，获得国家创新基金项目、列入国家火炬计划项目并与国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等在中国设立的生产基地合作，参与电机换向器产品模块化设计，包括结构设计、材料研发、工艺的改进等。
从产业链上看，换向器产品的下游行业为各大电机整机制造业，而电机的下游行业包含了几乎全部国民经济基础行业，而其中汽车行业、家用电器、电动工具、OA办公设备等是其典型及最主要的应用行业，通过对这四大应用领域需求的分析，可以看出未来市场对换向器的需求量是十分庞大且持续的。总体来看，电机换向器全球需求规模上来看，在全球换向器行业中，中国必将扮演着越来越重要的角色。二、电机换向器产品设计方案探讨
电机换向器产品进行模块化设计，包括结构设计、材料研发（如银铜合金、纳米材料、膜塑料的优选应用）、工艺的改进等。创造条件与国内大型电机企业及国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等在中国设立的生产基地合作，参与电机换向器产品设计开发，这是换向器创名牌产品的技术前提。
1、优化结构设计
（1）在换向片与云母片接触部分采用平面式直线结构，中心线部分开焊线槽焊线。此结构换向片材料在槽底部和槽顶部剩余厚度在槽深尺寸较大时相差较大，造成铜材料的不必要的浪费，增加了成本。
（2）项目拟在换向片顶部部分采用与中心线平行的结构，从而达到节省铜材投料，减轻换向片重量的目的。
（3）为保证换向器在高温、高速运转下的强度和稳定性，项目产品采用的是对内孔加普通08F号钢的衬套和对换向片加固的工艺。加固圈采用玻璃钢制成，绝缘性能良好。内孔采用了“碗”形衬套，其衬套与电木粉良好的粘结，故而在转子压轴时其内孔过盈量可增加到0.08mm，从而杜绝了转子与换向器打滑现象，再加上模塑料是通过预热，在高温、高压的施加下迅速流入到换向片之间，使之固化成型后牢固的连为一体，保证了换向器整体的抗冲击能力。
2、绝缘材料进行优化
材料优选PM6432，其为无氨绝缘材料，特点是韧性好，抗冲击，流动性好，易成型，尤其是在产品初步成型后的烘烤过程中，因是无氨材料，产品在烘烤中内应力极易消除，内部组织相对细密、稳定，能承受2000V/mm的电压负载，绝缘性能极佳，特别适合起动机的换向器使用。其价格比同类绝缘材料低15-20%。
3、汽车电机换向器本体成型工艺及模具设计
本部分对电机换向器本体压注成型工艺进行设计和模具结构设计及局部优化。项目分析了模具结构对换向器成型的影响进行了分析，通过理论分析与试验对电机换向器压注工艺参数进行优化设计。
三、电机换向器关键工序智能化制造设备的探讨
1、电机换向器内孔、外圆加工专用机研发
（1）优化设计了换向器送料装置，通过电磁振动盘、可调式变轨等结构与光电等传感器实现了多类型电机换向器的准确送料。
（2）巧妙设计了换向器的输送、限位、装夹等装置装置，采用挡板与光电传感器结合实现电机换向器的定位，通过液压剪式机械手加持装置与对应夹具结合，实现了产品的夹取、装夹及卸料。在限位座内设有出料滑道，输料块整体呈“S”型并与主轴箱相对应。主轴箱内设有可伸缩的转轴，其靠近收送料机构一端设有环形凹槽，并使“C”型夹块的开口对准环形凹槽。
（3）采用伺服电机实现精确的位置控制和严格的速度同步运动控制设计。伺服驱动器通过在驱动器内部的电流环，速度环和位置环都进行了精确的控制技术和算法运算，在功能上可以进行精确的位置控制、扭矩控制、转速控制等，增加了运行的稳定性。
2、换向器双机头铣槽铣钩专用机研发
（1）通过电磁振动盘、可调式变轨等结构与光电等传感器实现了多类型电机换向器的准确送料。采用挡板与光电传感器结合实现电机换向器的定位，通过液压剪式加持装置与对应夹具结合，实现了产品的夹取、装夹及卸料。
（2）创新设计了刀轴和刀头组成的铣槽装置，刀轴由电机驱动且刀轴可在机架上上下移动，刀头切割方向与夹料装置平行，把原机改成为立式、一对机变革为一机、两道工序在一机内完成。
（3）采用PLC智能化触摸屏控制，产品使用机器代替人工作业，自动化程度高，降低劳动成本，增加安全系数，使生产效率更高。
3、换向器两位移动式砂光研磨专用机研发
（1）采用砂磨机和毛刷机组成砂光研磨装置提高了换向器的加工精度。研磨机构可在工作台上前后移动，两组毛刷机分别对应两组上、下夹头，两组毛刷机的毛刷轮形成夹角，具有自动控制装卸料、夹紧松开、能将产品无间隙加工好，通过机械手将换向器自动运送到上、下夹头，使研磨机构能对换向器的外圆进行研磨，减小了劳动强度，提高了产品质量和加工效率。
（2）工作台内设有研磨机构和多组上、下夹头及设有进料道、出料道和机械手架。机械手架两侧机械手在行程最大处分别与进料道、出料道相对应。
（3）设计自动控制装卸料、夹紧松开、加工能将产品无间隙加工好，通过机械手将换向器自动运送到上、下夹头，使得研磨机构能对换向器的外圆进行研磨，无需工人的手工操作，减小了工人的劳动强度也提高了工作效率，并且由于消除了人工带来的误差，使得加工出来的换向器精度更高。
（4）采用PLC智能化触摸屏控制，产品控制自动装料卸料，提高装夹的效率和精度，也减小了工人使用时的劳动强度，增加了运行的稳定性。
4、换向器液压三道模式弯钩专用机研发
全自动电机换向器液压三道模式弯钩专用机产品的弯钩冲压过程分三步完成，有效防止弯钩部折断，使生产效率更高。采用PLC智能化触摸屏控制，生产全过程由程序控制系统执行、自动控制装卸料、夹紧松开、加工，能将产品无间隙加工好。实行无人操作、杜绝操作人员的安全事故。
（1）优化设计了液压移位式三道模压弯钩机构，首个冲压装置的底座弯钩模腔为斜面，第二个冲压装置的底座为冲压装置的底座弯钩模腔为平面，第三个冲压装置的底座弯钩模腔为成型锥面，提高了产品加工的安全性，保证了产品质量。
（2）采用自动送料、夹紧松开的装卸料、加工，通过PLC智能化触摸屏控制，提高装夹的效率和精度，减小了劳动强度。
5、换向器绝缘耐压检测专用机研发
（1）通过多组夹头、机械手架和检测机构，实现了换向器的内圆面与外圆面的耐压性进行检测，解决了换向器内圆面难检测的问题，提高了检测的全面性，有效的防止不合格产品的产生。
（2）采用PLC智能化触摸屏控制，提高了装夹的效率和精度，产品控制自动装料卸料，提高装夹的效率和精度，减小了工人使用时的劳动强度，增加了运行的稳定性。
四、温州电机换向器产业创新发展的建议
为了适应国际主流创新发展的方法，从产品设计、技术研发、品牌建立、规模扩张作为产学研的核心工作，培育企业具备较强竞争能力。近年来国外电机企业纷纷进入中国国内市场，国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等大都在中国设立生产基地。为此，建议建立科技事实型数据库建设的建议
四、电机换向器产业集群创新发展的建议
为了适应国际主流创新发展的方法，从产品设计、技术研发、品牌建立、规模扩张作为产学研的核心工作，培育企业具备较强竞争能力。近年来国外电机企业纷纷进入中国国内市场，国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等大都在中国设立生产基地。他们立足与其合作。目前，从以下三方面作进行技术创新发展。
1、《智能数控电机换向器生产设备》提高无故障时间的研究
（1）生产设备系统模式优化设计。优选合理的匹配参数，达到最佳的工作效果。
（2）生产设备系统自动化控制设计，采用伺服电机实现精确的位置控制和严格的速度同步运动控制设计，伺服驱动器通过在驱动器内部的电流环，速度环和位置环都进行了精确的控制技术和算法运算，在功能上可以进行精确的位置控制、扭矩控制、转速控制等。
（3）提高生产设备的可靠性研究。包含有由六台机器组成，分别是电机换向器内孔、外圆加工专用机；电机换向器双机头铣槽铣钩专用机；电机换向器三道模式油压弯钩专用机；电机换向器两位移动式砂光、研磨专用机；电机换向器绝缘检测专用机
为了适应国际主流创新发展的方法，我们从产品设计、技术研发、品牌建立、规模扩张作为产学研的核心工作，培育企业具备较强竞争能力。近年来国外电机企业纷纷进入中国国内市场，国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等大都在中国设立生产基地。他们立足与其合作。目前，作为起步工作，从以下三方面作进行技术创新。
（4） 进行电机换向器产品设计。对产品进行模块化设计，包括结构设计、材料研发（如银铜合金、纳米材料、膜塑料的优选应用）、工艺的改进等。创造条件与国内大型电机企业及国际知名电机企业如博世、大陆、博泽、德昌、日本电装及万宝至等在中国设立的生产基地合作，参与电机换向器产品设计开发，这是换向器创名牌产品的技术前提。
2、《智能数控电机换向器生产线》提高无故障时间的研究
（1）整条生产线系统模式优化设计。优选合理的匹配参数，达到最佳的工作效果。
（2）整条生产线系统自动化控制设计，采用伺服电机实现精确的位置控制和严格的速度同步运动控制设计，伺服驱动器通过在驱动器内部的电流环，速度环和位置环都进行了精确的控制技术和算法运算，在功能上可以进行精确的位置控制、扭矩控制、转速控制等。
（3）提高整条生产线设备的可靠性研究。包含有由六台机器组成，分别是电机换向器内孔、外圆加工专用机；电机换向器双机头铣槽铣钩专用机；电机换向器三道模式油压弯钩专用机；电机换向器两位移动式砂光、研磨专用机；电机换向器绝缘检测专用机。
（4）对国内外电机换向器的现状及发展方向进行较深入的调研，为电机换向器的整体发展提供基础资料，掌握竞争情报。
参考文献
1.丁水寿，国外中型直流电机换向器的发展[J]。电机技术，2003.5:46
2. 孙林华，新型微电机换向器的研制《机电工程技术》20132003.3:42
3.于朝清、王丽琼，微电机用新型换向器材料 [J], 10.3969/j.issn.1671-8887.2002.04
4. 刘军，科技计划项目事实型数据库建设研究［J］.中国科技资源导刊，2013（3）：97-99
温州市机械工程学会
2023.12.06