一、前言

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

從產業鏈上看，換向器產品的下游行業為各大電機整機制造業，而電機的下游行業包含了幾乎全部國民經濟基礎行業，而其中汽車行業、家用電器、電動工具、OA辦公設備等是其典型及最主要的應用行業，通過對這四大應用領域需求的分析，可以看出未來市場對換向器的需求量是十分龐大且持續的。總體來看，電機換向器全球需求規模上來看，在全球換向器行業中，中國必將扮演著越來越重要的角色。二、電機換向器產品設計方案探討

電機換向器產品進行模塊化設計，包括結構設計、材料研發（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優選應用）、工藝的改進等。創造條件與國內大型電機企業及國際知名電機企業如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設立的生產基地合作，參與電機換向器產品設計開發，這是換向器創名牌產品的技術前提。

1、優化結構設計

（1）在換向片與云母片接觸部分采用平面式直線結構，中心線部分開焊線槽焊線。此結構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構，從而達到節省銅材投料，減輕換向片重量的目的。

（3）為保證換向器在高溫、高速運轉下的強度和穩定性，項目產品采用的是對內孔加普通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。內孔采用了“碗”形襯套，其襯套與電木粉良好的粘結，故而在轉子壓軸時其內孔過盈量可增加到0.08mm，從而杜絕了轉子與換向器打滑現象，再加上模塑料是通過預熱，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、絕緣材料進行優化

材料優選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，尤其是在產品初步成型后的烘烤過程中，因是無氨材料，產品在烘烤中內應力極易消除，內部組織相對細密、穩定，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計

本部分對電機換向器本體壓注成型工藝進行設計和模具結構設計及局部優化。項目分析了模具結構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進行優化設計。

三、電機換向器關鍵工序智能化制造設備的探討

1、電機換向器內孔、外圓加工專用機研發

（1）優化設計了換向器送料裝置，通過電磁振動盤、可調式變軌等結構與光電等傳感器實現了多類型電機換向器的準確送料。

（2）巧妙設計了換向器的輸送、限位、裝夾等裝置裝置，采用擋板與光電傳感器結合實現電機換向器的定位，通過液壓剪式機械手加持裝置與對應夾具結合，實現了產品的夾取、裝夾及卸料。在限位座內設有出料滑道，輸料塊整體呈“S”型并與主軸箱相對應。主軸箱內設有可伸縮的轉軸，其靠近收送料機構一端設有環形凹槽，并使“C”型夾塊的開口對準環形凹槽。

（3）采用伺服電機實現精確的位置控制和嚴格的速度同步運動控制設計。伺服驅動器通過在驅動器內部的電流環，速度環和位置環都進行了精確的控制技術和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉速控制等，增加了運行的穩定性。

2、換向器雙機頭銑槽銑鉤專用機研發

（1）通過電磁振動盤、可調式變軌等結構與光電等傳感器實現了多類型電機換向器的準確送料。采用擋板與光電傳感器結合實現電機換向器的定位，通過液壓剪式加持裝置與對應夾具結合，實現了產品的夾取、裝夾及卸料。

（2）創新設計了刀軸和刀頭組成的銑槽裝置，刀軸由電機驅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、兩道工序在一機內完成。

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

3、換向器兩位移動式砂光研磨專用機研發

（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。研磨機構可在工作臺上前后移動，兩組毛刷機分別對應兩組上、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，使研磨機構能對換向器的外圓進行研磨，減小了勞動強度，提高了產品質量和加工效率。

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

（3）設計自動控制裝卸料、夾緊松開、加工能將產品無間隙加工好，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，增加了運行的穩定性。

4、換向器液壓三道模式彎鉤專用機研發

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

（1）優化設計了液壓移位式三道模壓彎鉤機構，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，提高了產品加工的安全性，保證了產品質量。

（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

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

（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，增加了運行的穩定性。

四、溫州電機換向器產業創新發展的建議

為了適應國際主流創新發展的方法，從產品設計、技術研發、品牌建立、規模擴張作為產學研的核心工作，培育企業具備較強競爭能力。近年來國外電機企業紛紛進入中國國內市場，國際知名電機企業如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設立生產基地。為此，建議建立科技事實型數據庫建設的建議

四、電機換向器產業集群創新發展的建議

為了適應國際主流創新發展的方法，從產品設計、技術研發、品牌建立、規模擴張作為產學研的核心工作，培育企業具備較強競爭能力。近年來國外電機企業紛紛進入中國國內市場，國際知名電機企業如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設立生產基地。他們立足與其合作。目前，從以下三方面作進行技術創新發展。

1、《智能數控電機換向器生產設備》提高無故障時間的研究

（1）生產設備系統模式優化設計。優選合理的匹配參數，達到最佳的工作效果。

（2）生產設備系統自動化控制設計，采用伺服電機實現精確的位置控制和嚴格的速度同步運動控制設計，伺服驅動器通過在驅動器內部的電流環，速度環和位置環都進行了精確的控制技術和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉速控制等。

（3）提高生產設備的可靠性研究。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

為了適應國際主流創新發展的方法，我們從產品設計、技術研發、品牌建立、規模擴張作為產學研的核心工作，培育企業具備較強競爭能力。近年來國外電機企業紛紛進入中國國內市場，國際知名電機企業如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設立生產基地。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創新。

（4） 進行電機換向器產品設計。對產品進行模塊化設計，包括結構設計、材料研發（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優選應用）、工藝的改進等。創造條件與國內大型電機企業及國際知名電機企業如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設立的生產基地合作，參與電機換向器產品設計開發，這是換向器創名牌產品的技術前提。

2、《智能數控電機換向器生產線》提高無故障時間的研究

（1）整條生產線系統模式優化設計。優選合理的匹配參數，達到最佳的工作效果。

（2）整條生產線系統自動化控制設計，采用伺服電機實現精確的位置控制和嚴格的速度同步運動控制設計，伺服驅動器通過在驅動器內部的電流環，速度環和位置環都進行了精確的控制技術和算法運算，在功能上可以進行精確的位置控制、扭矩控制、轉速控制等。

（3）提高整條生產線設備的可靠性研究。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）對國內外電機換向器的現狀及發展方向進行較深入的調研，為電機換向器的整體發展提供基礎資料，掌握競爭情報。

參考文獻

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4. 劉軍，科技計劃項目事實型數據庫建設研究［J］.中國科技資源導刊，2013（3）：97-99

溫州市機械工程學會

2023.12.06