4、短路
分两种情况:一是绕组的线圈短路;二是换向器的铜片之间短路。绕组短路与换向片间短路不同电是:绕组短路表现为电流大,运行时火花较大。如何查找短路点,有三种方法:
(1)对线圈圈数少、阻值小的绕组,用mV表测量换向片间的电阻,给电机接6V交变电源,以产生感应电势,表笔测相邻两个铜片间的电压,沿一个方向逐步移动。当测到相邻两铜片间电压异常的变低,与所有其它不同,与表笔连接的线圈就是短路点。
(2)当绕组使用细线且匝数较多、电阻值大的可用万用表测量,也分两种情况:
a.绕组为波形绕法时,可以不打开电机,将表笔接在电刷引线上,慢慢转动电枢,正常情况下,所测电阻值应当一致。若发现某点异常,电刷接触的两个换向片就是短(断)路点。
b.当为叠绕时,一般节距=1。这时,万用表的两支笔应测相邻两换向片间电阻,发现异常确定为短(断)路点。
(3)用开口变压器测定短路点:开口变压器又称短路测定器。应当根据要测定的电枢尺寸和外径确定其形状和尺寸,根据电枢绕组确定变压器线圈数。柱式电机的内转子电枢,有刷无齿轮转动轮毂电机的外转子电枢和无刷电机内定子电枢都可用这种方法测定短路点。测定的方法如图4-14所示。
开口变压器适用于低电压小型电机短路检测,中大型电机变压器制作和选材难度较大些,但测定又比小型电机容易。
测定电枢时,应先将电枢放在变压器开口部位,使变压器形成闭合磁路,然后才能通以适当的交流电压。交变电流在铁芯中形成的磁通便在电枢中产生感应电势,在短路点感应出电流,又在电枢槽口处出现交变磁场。此时若将一段钢锯条放在铁芯槽口,会微微震动。如果此处短路,则感应磁场加强,则锯条的震动加剧;如果此处不是短路,可转动电枢,一个槽口一个槽口的检测,直至检查出短路点。
短路点在绕组外围容易找到也容易修复,若在绕组内部则应视情况而定,或重绕该组线圈,或放弃修理,换新电枢。如果电机过于破旧,故障率太高,换一个新电机更合适些。
换向片短路,主要是由于换向片之间绝缘槽内积存磨损下来的炭粉铜屑,经反复运转压实,形成密实的导电体,将相邻换向片短路。这种问题比较容易解决。先用毛刷将换向器表面周围的炭粉清理干净,用一片与换向片间隔宽度相同的刮刀或钢锯条,仔细将槽内积存的炭粉积块刮除。一边刮一边用毛刷清理,对短路部分刮除后,再进行测试,直至所有短路部分解除为止。应当注意的是换向片与绕组的线圈是相连的,不焊开该点线圈,无法用万用表得出准确结果,看起来简单,做起来比较麻烦。无论是预先检测还是修理之后的检测,都应在与线圈断开状态下进行。处理完之后,还要将断开点的原来换向片重新焊接起来,恢复原状。
5、换向片接地
换向片应当与轴是绝缘的,绕组线圈与电枢铁芯是绝缘的,偶然也发生异常,造成接地,使电机不能正常运转。检查方法是:将万用表的一只笔固定在轴(轮毂电机则固定在外壳上)上;另一支笔轮流测试每个换向片,电阻最小的一个就是短路点。
6、电刷磨损
这是有刷电机经常遇到的问题,有时电刷过软,有时进入硬杂物都会造成两者磨损。磨损后发生火花,消耗电能,功率降低,有时甚至运行不稳。
电刷磨损严重的应当更换。电刷磨损后长度变短,弹簧的压力不足,影响电刷的接触力。电机运转速度快的,电刷会跳动,时而接触,时而分离,形成拉弧火花和再接触火花,造成两大危害:一是增加了接触电阻,降低了工作电流,影响电机功率发挥;二是加速电刷和换向片的磨损和烧蚀。电刷磨损达到原设计长度的一半、接触面积小于总面积的75%,就应当修理或更换。更换时不仅要注意电刷尺寸,还要选好硬度,否则换向片会很快被磨损,而换向片更换是比较麻烦的。电刷在更换前应当预磨一下,使电刷与换向片接触比较吻合,减少电耗和换向片磨损。磨合的方法是把一块尺寸相当的细砂纸的砂面朝外,围裹在换向器周围,电刷进入刷握并放开弹簧,把电刷压在换向片外裹住的砂纸上面,用手慢慢转动 电枢,使砂纸将电刷面磨成与换向器相同的圆弧形,注意磨合时不应让炭粉落入绕组内。
7、换向片磨损
换向器有两种形式,即布成平面的圆盘形和布在轴周围的圆柱形。形式不同,处理方法也有区别。
换向片磨损与电刷磨损的后果相同,但换向片修复比电刷磨合难度大,磨损不严重的仍用粗细砂纸磨平砂光。不管是圆柱形换向器还是平面形换向器,磨合要正规合格,达到平、光、圆的要求。磨损严重的则应换用新的电枢,而换新片则相当麻烦,且换后还得上车床找准中心进行精车,一般修理门店没有这种条件。
换向片磨损后,换向片与换向片之间的云母绝缘会突出来,鼓出并高于换向片,运行起来会引起一系列严重后果,如造成电刷跳动,加速电刷和换向片的磨损,产生大量火花等。按规定,片间绝缘层应比换向片低0.5~1.0mm为止。
(二)无刷电机故障
1、通电后没反应,不转动
肯定是电机问题。确定无刷电机是否有问题,最简单的办法是将无刷电机3根电源线并在一起短路,之后用手转动电机。很费劲或转不动,说明电机完好;若是3根线短路后能够转动或轻松自如,最大问题在绕组,要经过测定查明。
2、无刷电机不存在换向器故障
除霍耳传感器外,其它故障与有刷电机基本相同。霍耳传感器又称位置传感器,其故障主要是传感器脱落、霍耳集成电路失效、引线断开等。
传感器脱落一般不容易发生,即使发生也容易处理。传感器一般都固定在电枢有引出线一端靠近磁钢的地方,用树脂将霍耳集成电路再次牢固粘贴在原来的地方即可。引线断开,重新焊接;如果引线是在集成电路齐根处断开,只有更换。霍耳集成电路失效要分清是电路内部还是工作源问题,都应当通过测定引脚电压来断定。传感器有3只引脚:一个是电源正极,一个是共用地,第三个是状态输出脚,只要确定正极和地,剩下一个就是输出脚。控制器打开电源,使传感器能处于工作状态,找一块场强较高的磁钢,反复用N、S极接近传感器,用mA表或信号测定仪测定输出极与地间信号变化。它的信号简单,只有“有”和“无”两种,即1和0。S极时有信号1(+),对锁存型霍耳,可以一直保存固定信号状态,直至用N极接近后信号才变为0(-),这是正常的。若用S极或N极接近都没有任何信号,可确定霍耳集成电路失效,应当换新的。有信号实际是高电平有电压输出,输出电压5~6V以上。无信号输出低电平,无电压输出。还有一个可能是无电源,测电源和地间应有4.5V以上电压,否则是电源问题。注意新传感器要和原传感器类型一致、型号一致、反正面方向也应当一致,以防引脚顺序搞错。
霍耳集成电路是矩形小方片,其中有一个角是缺角,焊开前只要认清缺角方向即可,另外,它的3根引线的颜色有别,预先将颜色的顺序记清,再焊接时就不会发生错误。
3、磁钢脱落
这是有刷无刷电机都可能发生、但又很难发生的故障。磁钢脱落后,不影响运行,只是速度减慢,耗电增大。修复步骤如下:
(1)准备工作:首先将相关线路拆开,车轮卸下,放在架起的木板上,使电机和轴悬空并且稳固不动,电机电源引线和传感器引线固定在车轮辐条上,防止电机线和传感器信号传输线路扎断或损坏。之后将车轮翻转,让有引线的一面朝下,先拆没有引线一面的壳盖。
(2)使用的工具:有旋具、手锤、铝合金或铜质扁铲(只要是材质较软的即可)、抹布、砂纸、毛刷和强度高、聚合快的树脂胶等。
(3)电机的拆卸
A拆卸前第一步是作标记,防止回装时搞错,主要是电枢轴的方位不要错,以免车轮倒转(对前轮来说,正倒转当然无所谓,后轮则绝对不行)。
B先用十字旋具轮番拧松壳盖的螺钉,注意为什么要轮番拧松,按机械维修操作规定,凡是多个螺钉固定的部件,不允许拧一个卸一个,必须一个个逐步均匀地拧松,在安装时也必须一个个装好,之后才能逐个均匀地拧紧,防止部件变形甚至破裂和结合面密封不严。
C螺钉全部卸掉后,再仔细检查有无其他影响开盖的地方,盖子和机壳间是否用了密封胶等,以便采取措施应对。一切无误后就可以用软质扁铲和手锤,对准接缝均匀的轻轻楔开接缝。和拆卸螺钉一样,在电机周边接缝均匀用力,不准企图固定在一处楔开盖子。
D打开并不等于能立即拿掉盖子,因为盖子上安装有轴承。轴承和轴之间是间隙很小的“过渡配合”,要慢慢地从轴上退出带轴承的盖子,配合过紧时可使用拔轴器,拿掉盖子,磁钢和绕组就展现在眼前。结果不出所料,一块磁钢在电枢和外壳间浮放着,由于气隙很小,脱落的磁钢没有较大的活动余地,不能移动到其它地方,只在原来相邻两块磁钢和两侧壳盖之间活动,但却摩擦电枢,幸好没有损及绕组。磁钢暂时不会自行掉出电机外面,这是相邻磁钢和电枢形成闭合磁路的原因。
(4)再次翻转车轮,以便拆卸电机另一侧壳盖。翻转后应在车轮下用木板托住电枢,虽然因为有闭合磁路电枢不会自己掉落,但还是应防备万一。翻转后有引线的一面朝上,先把绑扎的引线解开,拧下轴端的螺母(这个螺母是固定车架叉口用的),然后顺引线将螺母慢慢退出,按先前的步骤和操作卸下壳盖。
(5)两侧壳盖都拿掉后,电枢仍然可以悬在磁场内,这时要压住车轮,用力取出电枢。操作时要注意防止引线受损,同时也要拿牢电枢,不然电枢自动缩回去,不小心还会挤破手指。另一种方法是,壳盖螺钉卸开后,不单独拿掉壳盖,而是将壳盖与电枢一起从外壳中拉出来。因为电枢的轴上套有轴承,而轴承又与壳盖连在一起,比单独取出电枢更方便些。
(6)电枢拿出后,脱落的磁钢轻轻地就可取出。在取出前,应当做的就是给脱落的磁钢作标记,记清它的朝向,防止粘贴时弄错方位。之后,首先检查壳内的锈蚀情况,电枢是否有脏杂物,用毛刷扫一遍,里外清理干净,用抹布擦拭浮锈,必要时用细砂纸砂出光面,脱落的磁钢也擦拭和砂光。尤其是要粘合的一面,更要仔细砂光备用。
磁钢不可随意摔打和磕碰,以防止意外退磁,也不应长时间使磁钢处于开放状态,应尽快处理并将电枢送回外壳内,使磁钢形成闭合回路。否则,也会造成磁钢退磁。外磁转子内的磁钢N、S极是交替分布的,并且它们一个个是弧形薄片,不用辨别反正,只需辨别方向,按照原来作好的标记,只要求粘贴后与其它磁钢平齐一致,不突出或错位,以保证电机的气隙和机械尺寸不受影响。
(7)调制树脂胶,尽量稀薄些,不要太粘稠,以便于涂布和均匀,胶层尽量的薄,趁涂布机会用力在粘合面上反复刮抹,尽量减少胶层和基体之间的隔离并使之均匀。外壳和脱落磁钢都涂抹一遍后,静止2min使其中溶剂自然挥发,到不粘手时,再涂布第二层。这次可不要用力刮抹,以免破坏第一次的胶层,应轻轻涂一薄层,待到挥发不粘手前,用双手将磁钢准确放入原位并用力压紧,使之与原有磁钢高低一致。24h后,检查粘贴情况,确实粘牢没有问题,工作即告完成。
注意:在磁钢粘贴好并等待彻底硬结之前,最好将电枢暂时装入外壳内。
(8)组装是拆卸的反序,按操作要求组装和拧紧螺钉。组装过程中有两件事应注意:一是仔细检查电机和传感器的引线,是否有松动或磨损,绕组两个端部外露部分有没有被磕碰损伤的,都要整理并处理完毕,引线压板和螺钉重新压紧。二是将用手摸过的内部部位用抹布擦拭一遍,防止湿气和酸碱性物质粘附。外壳结合面以及电枢各部位都应刷抹干净。然后用手牢牢拿住电枢送向壳中,注意尽量按原来的方位装回外壳内。后轮驱动装反绝对不行,因为有飞轮和后闸。
(9)组装中注意不要被磁场引力磕碰绕组和擦伤手指。上盖穿过引线后均匀用力将轴承压入轴的底部,对准螺孔并用螺钉暂时固定。轴端螺母,穿过引线拧在轴端;翻转车轮装另一面电机盖子,也用螺钉暂时固定后,电机大体初装完毕,用手转动电枢轴看是否灵活自如,有没有卡滞、阻力较大等现象。如果电枢外周的气隙不均,形成一边大一边小,那是不允许的,必须调整均匀。最后按操作要领均匀拧紧螺钉,车轮装回车架,架空车轮,接线试车。
电机有些故障与控制器有密切关系,分析故障时,不能只局限在电机本身上,有电源问题、线路问题等。建议修理者按先易后难的步骤进行,先从广的范围考虑,再从深的层次分析,一步步缩小范围。比如,调速手柄中的霍耳器件、磁钢也会脱落,霍耳器件线路断开等。
4、调速手柄
在电机不转原因中,有可能是调速手柄内的磁钢或霍耳器件脱落,霍耳器件线路开断。这种类型的故障比电机内部多,而且经常没有任何手感或声音异常,在电机控制异常情况下,应当考虑手柄。它不属于电机故障,但经常与电机故障查找联系在一起。手柄故障比较容易排除,方法是:
(1)首先将手柄与控制器间插接件拔开。
(2)将手柄固定螺钉拧松,手柄从车把上退下来。
(3)拧开手把自身螺钉卸下把套。卸时应记住把套内部各部件的位置,尤其是复位弹簧。
(4)检查磁钢和霍耳器件有否脱落和移位。
(5)如果没有任何变化,可原封装回。
(6)有变化的,若是脱落,则用树脂粘贴牢固。
(7)断线是容易发生的,哪根断,焊接哪根。注意线的长度不能影响与控制器相连接。
(8)如果线是从霍耳器件的根部断开,这种情况不好再焊接,必须换一个同型号的霍耳器件。在粘接新器件前,注意缺角方位应与原来一致,3根引线用套管套好后,线头按原来顺序焊接进插接件上。