扁平式碳基换向器大幅提升汽车燃油泵直流电机的寿命
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近年来,为了节省空间和提高产量,要求电动机体积小、速度快,换相会变得更加困难,从而需要改善电刷材料以获得良好的性能。在汽车燃油泵系统中,汽油箱内广泛采用小型直流电机驱动燃油泵装,电流在汽油中换向,电弧电压和持续时间与在空气中不同。小型直流电机因其体积小、性价比高而广泛应用于汽车燃油泵的驱动,换向是决定电机性能的重要因素之一。
换向器通常是铜和圆柱形的,铜换向器的换向电弧、电刷磨损以及电刷材料在汽油中换向阶段发生电弧放电,造成换向器表面严重的电刷磨损和损坏,因此,换向器和电刷材料需要耐受电弧放电。
为了实现这一点,在燃油泵电机上采用了扁平式碳换向器,电刷宽度是换向器段的一半,换向器和电刷都是由碳石墨制成的,碳刷及碳扁换向器取代圆柱形铜换向器。
在较小换向电流下,石墨扁平换向器的电弧持续时间短,滑动条件好,但在大换向电流下,电弧持续时间长,换向器会因电弧损坏的黑色部分迅速从分段边缘侵入。当黑色部分宽度达到刷子宽度时,会出现不稳定滑动或异常磨损然后,导致有效换相间隔变短,电弧持续时间和剩余电流迅速增加。
剩余电流和电弧持续时间 剩余电流和电弧对直流电机燃油泵是有害的,需要在设计阶段去消除。剩余电流即漏电电流,流过剩余电流动作保护装置主回路的瞬间电流为电流有效值,下图显示了换向时间的换向电流波形,这个换流电路有一个电感,所以换流电流的相位延迟(实线在换流结束时,一部分换流电流留在线圈中)。
当剩余电流大于最小电弧电流时,换向器段与电刷之间发生电弧,图5显示了电弧波形,起弧电压一般在15V以上。
铜和碳换向器的比较 由于电弧持续时间较短,换向器和电刷磨损较小,碳换向器在汽油中的性能优于铜换向器。如果电弧持续时间变长,换向器和电刷磨损,残余电流随着时间推移而变大。也就是说,由于磨损,有效换相间隔变短,剩余电流增大。
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