永磁直流電動機(PMDC)憑借高效、節(jié)能、結構緊湊等優(yōu)勢，廣泛應用于汽車電子、工業(yè)控制、消費電子等領域。電磁兼容性(EMC)作為電機可靠性的核心指標，直接影響周邊電子設備的正常運行。換向偏轉角是PMDC設計與調試中的關鍵參數(shù)，其取值直接決定換向過程的平穩(wěn)性，進而對電機電磁干擾(EMI)輻射與傳導特性產(chǎn)生顯著影響。本文從PMDC換向原理出發(fā)，分析換向偏轉角對換向火花與電磁干擾的作用機制，結合實驗數(shù)據(jù)探討不同偏轉角下電機EMC性能的變化規(guī)律，提出基于EMC優(yōu)化的換向偏轉角設計策略，為PMDC的低干擾設計提供理論與實踐參考。

隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，各類電子設備對電磁環(huán)境的敏感性不斷提升，電機作為電磁干擾的主要發(fā)射源之一，其EMC性能成為制約設備整體可靠性的關鍵因素。永磁直流電動機通過永磁體提供勵磁磁場，轉子繞組通過換向器與電刷的配合實現(xiàn)電流換向，進而獲得持續(xù)的轉矩輸出。在換向過程中，電刷與換向片之間不可避免地會產(chǎn)生火花，該火花是電機電磁干擾的主要來源，其強度與換向偏轉角密切相關。

換向偏轉角指電機換向器相對于磁極中心線的偏移角度，合理的偏轉角設計可優(yōu)化換向過程，減少火花產(chǎn)生;反之，偏轉角過大或過小都會導致?lián)Q向惡化，加劇電磁干擾。目前，關于PMDC的研究多集中于效率提升、轉矩優(yōu)化等方面，對換向偏轉角與EMC性能關聯(lián)性的系統(tǒng)研究相對不足。因此，深入分析兩者之間的影響規(guī)律，對提升永磁直流電動機的電磁兼容性具有重要的工程意義。

永磁直流電動機的換向過程是通過電刷與換向片的滑動接觸，實現(xiàn)轉子繞組中電流方向的周期性變化，確保電磁轉矩方向恒定。當電機運轉時，轉子繞組線圈隨轉子旋轉，當線圈從一個磁極下進入另一個磁極下時，線圈中的電流需要迅速反向，這一過程即為換向。理想換向狀態(tài)下，線圈電流在換向期間平穩(wěn)過渡，電刷與換向片之間無火花產(chǎn)生，此時電磁干擾最小。

換向偏轉角的設置直接影響換向瞬間線圈的電磁環(huán)境。當設置正向偏轉角時，換向片在進入電刷接觸區(qū)域前，線圈提前處于反向磁場中，可加速電流反向;反向偏轉角則會延遲電流反向。合理的偏轉角可使線圈在換向時的感應電動勢相互抵消，實現(xiàn)無火花換向;若偏轉角設置不當，會導致線圈中產(chǎn)生較大的感應電動勢，引發(fā)電刷與換向片之間的電弧放電，即換向火花。

永磁直流電動機產(chǎn)生的電磁干擾主要包括傳導干擾和輻射干擾，其核心來源是換向火花。換向火花本質上是一種高頻脈沖放電現(xiàn)象，放電過程中會產(chǎn)生包含豐富高頻諧波的電流和電壓脈沖，這些脈沖通過電機電源線傳導至電網(wǎng)，形成傳導干擾;同時，火花放電會激發(fā)周圍電磁場的劇烈變化，向空間輻射高頻電磁波，形成輻射干擾。

此外，轉子繞組的電流變化、永磁體磁場的脈動等也會產(chǎn)生一定的電磁干擾，但相較于換向火花的影響可忽略不計。換向火花的強度與持續(xù)時間直接決定了EMI的嚴重程度，而換向偏轉角通過影響換向火花的產(chǎn)生條件，間接決定了電機的EMC性能。

當換向偏轉角過小時，線圈進入換向區(qū)域時，反向磁場的作用不足，無法及時加速電流反向。此時，線圈中的電流無法在電刷與換向片脫離接觸前完成反向，導致電刷與換向片之間出現(xiàn)“拉弧”現(xiàn)象，火花持續(xù)時間延長、強度增大。持續(xù)的強火花會產(chǎn)生大量高頻諧波，不僅加劇傳導干擾，還會增強輻射干擾的強度，導致電機EMC測試中傳導發(fā)射和輻射發(fā)射指標超標。

同時，過小的偏轉角會導致電刷與換向片之間的接觸壓力不穩(wěn)定，進一步惡化換向過程，形成惡性循環(huán)。實驗數(shù)據(jù)表明，當偏轉角小于最優(yōu)值5°時，電機在10MHz-1GHz頻段的輻射發(fā)射強度可提升10-15dBμV/m，遠超GB/T 18488-2015標準限值。

換向偏轉角過大時，線圈提前進入反向磁場區(qū)域，電流反向速度過快，會在線圈中產(chǎn)生較大的自感電動勢。該電動勢會導致電刷與換向片之間出現(xiàn)瞬時高壓，引發(fā)擊穿放電，產(chǎn)生強烈的脈沖火花。與偏轉角過小的情況相比，過大偏轉角產(chǎn)生的火花強度更大、頻率更高，對高頻頻段的電磁干擾更為顯著。

此外，過大的偏轉角還會增加電刷與換向片之間的磨損，導致接觸電阻增大，進一步加劇火花放電現(xiàn)象。實驗結果顯示，當偏轉角超過最優(yōu)值8°時，電機在500MHz-2GHz頻段的輻射干擾強度顯著提升，同時電源線中的傳導干擾在1-10MHz頻段也出現(xiàn)明顯超標。

通過合理設計換向偏轉角，可實現(xiàn)電機的無火花換向或微火花換向，從而最大限度降低電磁干擾。最優(yōu)換向偏轉角的確定與電機的轉速、負載、繞組參數(shù)等因素相關，通常需要通過實驗調試獲得。在最優(yōu)偏轉角下，線圈換向時的感應電動勢相互抵消，電流平穩(wěn)過渡，電刷與換向片之間無明顯火花產(chǎn)生，電機的傳導發(fā)射和輻射發(fā)射指標均能滿足EMC標準要求。

實驗驗證表明，當永磁直流電動機的換向偏轉角調整至最優(yōu)值(某型號電機最優(yōu)偏轉角為3°)時，其在10MHz-1GHz頻段的輻射發(fā)射強度可降低20-30dBμV/m，電源線傳導發(fā)射強度降低15-25dBμV，完全符合GB/T 18488-2015《電動汽車用驅動電機系統(tǒng)》的EMC要求。

永磁直流電動機的換向偏轉角對其EMC性能具有顯著影響，偏轉角過小或過大都會導致?lián)Q向火花加劇，進而增強電磁干擾，使傳導發(fā)射和輻射發(fā)射指標超標。合理設置換向偏轉角，可實現(xiàn)無火花換向，有效降低電磁干擾，確保電機滿足EMC標準要求。

基于EMC優(yōu)化的換向偏轉角設計，需結合電機參數(shù)進行理論計算，通過實驗調試精準確定最優(yōu)值，并協(xié)同優(yōu)化電刷材料、換向片精度等其他影響因素。未來，隨著電機控制技術的發(fā)展，自適應偏轉角調節(jié)技術將成為提升永磁直流電動機EMC性能的重要方向，為電機在高電磁敏感領域的應用提供更可靠的保障。