怎样选用电机电刷
电刷电机和碳刷电机
电刷电机和碳刷电机电刷电机和碳刷电机是两种常见的直流电机，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
本文将从工作原理、结构特点和应用领域等方面介绍这两种电机。
一、电刷电机1. 工作原理：电刷电机是利用电磁感应原理工作的。
当通电时，电刷电机的电流通过电刷和电刷环，产生磁场。
磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使转子产生旋转运动。
2. 结构特点：电刷电机的主要部件包括定子、转子、电刷和电刷环等。
其中，定子是电机的静态部分，转子则是电机的旋转部分。
电刷和电刷环负责传递电流和磁场，在电机运行中不断与转子接触，因此容易磨损。
3. 应用领域：电刷电机因其结构简单、成本低廉、启动性能好等特点，广泛应用于家用电器、车辆驱动系统、工业自动化设备等领域。
例如，电动工具、洗衣机、吸尘器等家电产品中常使用电刷电机作为动力源。
二、碳刷电机1. 工作原理：碳刷电机与电刷电机原理相似，也是利用电磁感应原理工作。
当通电时，碳刷电机的电流通过碳刷和旋转的转子，产生磁场。
磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使转子产生旋转运动。
2. 结构特点：碳刷电机的结构与电刷电机类似，主要由定子、转子、碳刷和碳刷座等组成。
不同之处在于，碳刷电机使用碳刷来传递电流和磁场，碳刷比传统的铜质电刷更耐磨损，寿命更长。
3. 应用领域：碳刷电机由于碳刷的特性，具有更好的耐磨性能，因此在高速运转和长时间运行的设备中应用更广泛。
例如，电动车、船舶、飞机等交通工具中常使用碳刷电机作为驱动力源。
总结：电刷电机和碳刷电机都是直流电机的一种，它们的工作原理类似，都是通过电流和磁场的相互作用产生转子的旋转运动。
不同之处在于电刷电机使用铜质电刷，而碳刷电机使用碳刷。
电刷电机结构简单、成本低廉，适用于家用电器等领域；碳刷电机由于碳刷的特性，更适用于高速运转和长时间运行的设备。
虽然电刷电机和碳刷电机在结构和应用上有所差异，但它们都是直流电机的重要类型，对于推动工业和日常生活的发展都具有重要意义。
直流电机电刷下的正常火花
直流电机电刷下的正常火花1. 简介直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
在直流电机的运行过程中，电刷是一个重要的组件，负责与旋转的集电环接触，将电源提供给转子。
然而，在一些情况下，我们可能会观察到电刷下出现火花现象。
本文将详细介绍直流电机电刷下的正常火花现象。
2. 火花现象的原因当直流电机运行时，由于旋转部件与固定部件之间存在摩擦力和接触阻力，会产生一定程度的摩擦和磨损。
这就导致了火花现象的产生。
具体来说，主要有以下几个原因：2.1 电刷材料选择通常情况下，直流电机的电刷由碳材料制成。
碳材料具有良好的导电性能和耐磨损性能。
然而，在高速运行或负载较大情况下，碳材料容易产生摩擦和磨损，从而引发火花现象。
2.2 旋转部件与固定部件之间的摩擦直流电机中，旋转部件（如转子）与固定部件（如集电环）之间存在一定的摩擦力。
当摩擦力超过一定程度时，会引起电刷下的火花现象。
这是因为摩擦力会产生高温，使电刷表面温度升高，进而引发火花。
2.3 电刷磨损随着直流电机的使用时间增加，电刷会逐渐磨损。
磨损过程中，电刷表面会出现不平整、毛刺等情况，增加了火花产生的可能性。
3. 火花现象的特征直流电机电刷下的正常火花具有以下特征：3.1 火花颜色正常火花通常呈蓝色或白色。
这是由于高温引起气体分子激发和离子化产生的。
3.2 火花形状正常火花呈细小且均匀分布的点状或线状。
如果火花呈现较大且不均匀分布的形状，则可能表示存在异常情况。
3.3 火花频率正常火花的频率通常在一定范围内变化，与电机负载和转速有关。
频率过低或过高可能表示电刷或其他部件存在问题。
4. 火花现象的影响直流电机电刷下的正常火花现象对电机运行有一定的影响：4.1 能量损耗火花现象会产生额外的能量损耗，降低了电机的效率。
这是因为火花会导致能量转化为热能，从而增加了电机的工作温度。
4.2 磨损加剧火花现象会加剧电刷和集电环等部件的磨损，缩短其使用寿命。
特别是当火花较大、频次较高时，磨损加速。
电动自行车电机的选用
童 主
电动 自行 车 电机 的选 用
口 周长 进
摘要 ：从 电机 类型、功率 、效率 、爬坡 能力、过载 能力、加速 性及 电机结 构型式 等方面 ，分析 对 比了 电动 自行车 电机 的选择 原则和方法 ，认为 电动 自行车 电机 的选用应遵 循适 用、 可靠、 少 维护 易维修和 相互匹配 的原则 ，应优先选用 一家 公司生产 的低速 无刷 电机 和控制 器 ，应根据 实
为存 在 着减 速 机 构 ，这种 减 速 机 构 可 以 是 圆柱 齿 轮 、
圆锥齿 轮 、谐 波齿 轮 、链 条 ，也 可 以是 行 星齿 轮 和柔
不可 能 定量 考 虑这 些 因素 ，仅 只 在 考 虑主 要 因素 的前
提下 适 当 留有 一定 余量 。
性磙 子减 速 器 。 因机 构 内部 存在 着机 械 摩 擦 ，有 能量 损耗 ，所 以效 率有 所 降低 ，有振 动 和 噪声 。 而且 使用
效平 台。
电动 自行 车 在标 准 载重 下 所 需功 率 和车 速 关 系见
表 １ ．
（ １）高 速 有 刷 电机 加 减 速 器 ，该 电 动 轮 毂 存 在
“ ”和 ‘ 速 器 ”２个 薄 弱环 节 ， 目前 仅有 个 别厂 有刷 减
家采 用 ，主要 力。 实际 上 ，这 也 是通 过 大 电流 消耗 较 多能 量获 得 的。 （ 低 速 有刷 电机 。该 型 电机 存在 “ ２） 有刷 ”一 个 薄 弱环 节 ，但 因 转速 较 低 ，相 对 于 高 速 有 刷 电机 而
一
电动 自行 车 所 需功率 主要 由载 重 和 车速 决 定 ，在
标 准载 重 下 ，基 本上 由车 速确 定 。至 于 爬坡 和 过载 能
电机碳刷知识点总结
电机碳刷知识点总结一、电机碳刷的概念电机碳刷是一种用于直流电机中的零部件，也称为电刷或碳刷。
它是一种导电性能很好的碳制品，通常由碳和其他材料混合而成。
碳刷是直流电机中传统的电刷结构，它通过摩擦电刷与电机旋转子上的集电环之间的摩擦产生电接触，从而使电流传导到旋转子上，驱动电机工作。
碳刷通常由电刷体和电刷簧组成。
二、电机碳刷的分类1. 按照用途分类根据碳刷的用途不同，可以分为电动工具用碳刷、电动汽车用碳刷、通信设备用碳刷、航空航天设备用碳刷等。
2. 按照形状分类根据碳刷的形状不同，可以分为平刷、圆刷、笔刷等。
3. 按照材料分类根据碳刷的材料不同，可以分为纯碳刷、合金碳刷、纳米碳刷等。
三、电机碳刷的特点1. 导电性好：电机碳刷由碳制成，导电性能极好，能够有效地将电流传导到旋转子上。
2. 耐磨性好：碳刷具有很好的耐磨性，可以在摩擦磨损的情况下保持稳定的电刷效果。
3. 热稳定性好：电机工作时会产生一定的热量，碳刷能够良好的耐受这种热量，不易变形、熔化。
4. 自润滑性好：碳刷具有一定的自润滑性，能够减少摩擦带来的磨损，延长碳刷的使用寿命。
5. 轻量化：碳刷由碳制成，重量较轻，在电机高速旋转时不会造成额外的负荷。
四、电机碳刷的应用领域1. 电动工具电动工具中的电机碳刷用于传导电流，驱动电机工作，常见于电钻、磨削机、切割机等工具中。
2. 电动汽车电动汽车中的电机碳刷用于传导电流，驱动电机工作，是电动汽车关键的零部件之一。
3. 通信设备通信设备中的电机碳刷用于传导电流，驱动设备中的电机运转，如风扇、印刷机等。
4. 航空航天设备航空航天设备中的电机碳刷用于驱动各种飞行器的电动机，如导弹、卫星等。
五、电机碳刷的维护与保养1. 定期检查：定期检查电机碳刷的磨损情况，及时更换磨损严重的电机碳刷。
2. 清洁保养：定期清洁电机碳刷及其周围的灰尘和杂质，保持碳刷的良好导电性能。
3. 合理使用：避免长时间超负荷使用电机，以减少碳刷的磨损。
电机碳刷
四. 電機用碳刷4.1. 對碳刷的基本要求: (Technical request of carbon brush)碳刷是通過與換向器表面的動態摩擦接觸給電機轉子提供電能的傳導元件. 因此, 我們對碳刷有以下基本要求:a). 在換向器的表面能形成適宜的氧化亞銅,石墨和水份等組成的表面薄膜.b). 使用壽命長、對換向器的磨損要小.c). 電功率損耗和機械損耗要小.d). 碳刷下不出現對馬達有害的火花.e). 噪聲小.f). 不易破碎.g). 在一些應用器件中,要求馬達具備低的電磁干扰水准.當然, 能否滿足上述要求, 除碳刷本身外, 還與馬達的結構, 碳刷裝置的安裝以及運行條件等有關.4.2.碳刷的材料: (Material of carbon brush)1.石墨、樹脂粘結的碳刷: (Resin-bonded graphite)這種碳刷含有天然石墨或人造石墨和少量礦物質, 礦物質含量的不同, 使得碳刷在運行時對換向器表面有不同程度的磨蝕. 這種碳刷因含有天然石墨或人造石墨, 硬度較低, 但其阻尼性和潤滑性較好, 表現出明顯的抗磨性, 可以在較小的電負荷下工作. 這種碳刷材料有較高的比電阻, 而且橫向電阻與縱向電阻的比值較大, 在具有相同碳刷接觸壓降下, 碳刷與換向片間的短路電流較小.2. 硬碳碳刷: (Hard carbon brush)這種碳刷混料時, 加入了適量的摩擦物質, 因而對換向器表面有較強的研磨作用, 特別適用于具有云母絕緣片的換向器, 即使換向片遭到電火花嚴重燒蚀或磨损, 也能保证碳刷与换向器保持良好接触, 但较强的研磨作用也加速了换向器的磨损. 这种碳刷材料也具有较高的比电阻.3.碳−石墨碳刷: (Carbon graphite)这种碳刷硬度较低, 对换向器表面的研磨较轻, 使用这种碳刷应力求避免换向器表面因机械加工造成的斑痕. 通过树脂浸渍的碳−石墨材料可以明显降低摩擦系数, 減小電火花的影響, 适用于串励电机. 这种碳刷材料的比电阻值高. 可以获得较好的换向状态和降低电磁干扰.4.金属−石墨碳刷: (Metal graphite)这种碳刷中混有不同含量的金属粉未, 主要是铜粉, 有時也用銀粉. 这种碳刷材料体电阻很小, 碳刷与换向片的接触电阻也很小, 接触电压降亦小, 可以承载较大的电负荷. 220V交流电压下工作的串励电机不宜采用此种碳刷.4.3. 各種影響因素: (Some affect element)4.3.1. 电刷的损耗: (Loss of brush)1. 电刷接触损耗: (Contact loss of brush)电刷与换向器接触压降与电流无关, 而与电刷的材料及种类有关. 因此,每极电刷接触损耗:I U P b cb ∆=式中: b U ∆ − 电刷的接触电压降(国标 GB755-81 规定, 每一极性电刷的接触电压为:碳 − 石墨, 石墨电刷 1V; 金属石墨电刷 0.3V)2. 电刷的摩擦损耗: (Friction loss of brush)对电刷的摩擦损耗, 可按下式计算:b b b fb A P P μ= 式中: fb P − 电刷的摩擦损耗 (W) b μ − 摩擦系数. (对换向器取 3.02.0-.)b P − 电刷压力, Pa P b 31020⨯≈. b A − 电刷总工作面积 (2m )V − 换向器的圆周速度 (s m /)4.3.2. 无线电干扰: (Radio interfere)无线电干扰是指无用的高频信号对接收有用的信号造成的扰乱, 所涉及的 频率范围为 150KHz - 300MHz. 连续干扰由脉冲或杂乱的噪声或两者的重叠噪 声产生. 一般持续时间在 200ms 以上. 有换向器的电动机产生的干扰是这个 类型.电动机驱动的电动工具, 家用电器和类似器具无线电干扰的大小, 用干扰 电压和干扰功率来度量.- 干扰电压单位为 V μ(微伏), 用分贝表示时, 1 V μ 为 0dB .- 干扰功率单位为 )(1012pW W -, 用分贝表示时, 1pW 为 0dB .即: 0lg 20)(U U V dB =μ 或 0lg 20)(P P pW dB = 換向器極距. 式中, U 和 P 分别为干扰电压和干扰功率, V U μ10=, pW P 10=.4.3.3. 电气性能对碳刷的要求: (Electric request of carbon brush)串励电机所使用的碳刷应能承受较高的电负荷.下述几种因素对碳刷的使用有明显的影响.1. 换向状况. (Reversing)由线圈绕制匝数的不对称和磁极几何位置的不对称造成的磁场不对称, 会使碳刷受到一个附加的电负荷. 为了克服它的影响, 就要使换向器与电枢绕组 有一个合适的接法, 其主要内容是换向器相对电枢绕组的角度 − 接觸角的选 择. 然而串励电机经常在不同负载下工作, 为了有个较好的换向状态, 只能通 过试验寻找一个合适的接觸角, 使其在这种情况下换向状况最理想. 为了改善换向, 对可以移动电刷位置的电动机, 可将碳刷位置从磁极间几何中心轴线逆 转方向移动一个角度. 在小功率的单相串励电动机. 多数己将碳刷位置固定, 因此常见到的措施是将换向元件与换向片的接线位置顺电机旋转方向作了移 动. 其道理与逆转向移动碳刷位置一样. 应注意的是, 这种移动换向元件与换 向片的接线位置的方法, 仅适用于单一方向运转的单相串励电动机, 对于作正 反转运行的这类电机一般是不采用的. 移动电刷位置或移动换向元件与换向片 的接线位置, 还应注意移动的距离必须恰当, 过大或不足都会增大换向火花.2. 换向時變壓器電動勢的影响 (Affect of reversing transformer voltage)被電刷短路的換向元件中, 存在著三種電動勢, 即自感電動勢 r e , 電樞反 應電動勢 a e 和變壓器電動勢 t e (在 DC 馬達中不存在變壓器電動勢) r e , a e 均正比于 n 和 I , 可用逆轉向移電刷或順轉向移銲點抑制, 但 t e 與 n 和 I 無關, 只能在設計中加以控制, 通常取 V e t 8<, 为了限制变压器电 势的偏大以改善换向, 在设计上绕组总匝数不变时, 还可以减少电枢绕组每 个元件的匝数, 采用较多的换向片数. 这对于电枢槽数较少的情况是适宜的. 在产品中, 常见的换向片数是电枢槽数的 2 或 3 倍. 近來的經驗告訴我們, 既使是有 10-12V 的換向電壓, 如果正確的選擇了碳刷, 一樣可以達到令人 滿意的運行效果.3. 电子调速电路的影响. (Affect of electric control circuit)当采用可控硅调速电路来调节电机转速时, 畸变的电压波形造成主磁场波形畸变和不对称, 这往往使两个碳刷的磨损不一致. 为了克服这一问题. 可以 采用 “混合配置” 碳刷的方法来弥补.4. 碳刷材料的影响 (Affect of carbon brush)碳刷的电阻率可以是 0.01 - 2000 μΩm, 其值差达 105 倍. 含金属材料的金属碳刷电阻率最低, 而碳 − 石墨材料可高达 2000 μΩm. 碳刷与换向器间 的接触电压降比刷体压降大的多, 这主要是因为碳刷与换向器表面的接触点较 少, 碳刷有效横截面积缩小, 导致电阻值增大. 另外, 换向器表面形成的氧化 膜增大了接触电阻. 对于 110/220V 电压下工作的电机多采用碳 − 石墨树脂 浸渍碳刷或树脂粘结石墨碳刷. 这样, 可以保证换向电流较小.5. 额定电负荷的取值. (The value of specified electric load)碳刷的各種情況決定了其所承受的電負荷. 對于用可控硅調速的電機, 畸變的電流峰值可達額定值的 500%, 所以碳刷的電流密度應選擇偏低一些. 一 般來說, 較高的電負荷會破壞換向器表面的氧化膜, 導致換向器磨損; 而太低 的電負荷, 也會導致摩擦的不穩定.4.3.4. 機械因素對碳刷的影響. (Mechanical affect of carbon brush)近年來, 為了提高電機的經濟性, 電機的重量/功率比不斷減小, 電機的轉速 不斷提高, 機械性能不斷的改善. 但由於機械負載過大, 影響了碳刷的使用壽命. 其主要影響因素如下:1.碳刷在刷握內的運動. (The movement of the carbon brush in the brushholder)處于額定工作狀態下工作的電機, 換向器的轉動會使碳刷在刷握內不停地擺動和滑動, 必須把擺動的振幅控制在最小的範圍內. 一般間隙應在 0.065-0.213 mm 之內. 除非碳刷是按照 IEC 標准 136/1, 或者 DIN 標准 43000 和43008 制作而成的. 這種方法制成的碳刷主要按標準的規格. 同樣的道理可以運用在碳刷座的生產中, 當然, 按照 IEC 和DIN 標準生產的碳刷座, 可以保證一定程度的碳刷與碳刷座之間的間隙. 這種按標準的生產適用于普通管狀的碳刷座. 也適用于用精密工具生產出來的壓力碳刷座, 但不適用于等級較差的產品. 平滑的碳刷運動, 相對的可以達到較長的碳刷壽命, 但在可以反轉的情況下, 必須特別注意切向尺寸, 碳刷與碳刷座之間的間隙越小越好.為了在碳刷磨損情況下, 也不會有過大的搖擺, 刷握邊緣距換向器表面的距離不应超過 2mm, 一般應取 1mm 左右. 碳刷與碳刷座之間的間隙必須小于0.8 mm, 以免因碳刷粉塵和高離子空間引起電弧放電. 為了提高電機運轉的平穩性, 可以在碳刷端部采用一種傾斜角的安裝方式, 作用在碳刷的彈簧壓緊力在垂直碳刷滑動方向上產生一個分力, 以便使碳刷始終保持在一個確定的位置上, 碳刷的擺動產生一個阻滯效應.2.碳刷對的換向器的壓強. (The pressure of carbon brush to commutator)碳刷對換向器表面的壓強很重要, 因為這個壓強是用來保證碳刷與旋轉的換向器始終處于良好的接觸狀態. 如果壓強過小, 會引起碳刷的振動加劇, 特別是當換向器工作面的圓柱度值較大時, 碳刷的往复運動跟不上其徑向變化量的變化, 造成碳刷脫離換向器表面, 此時, 碳刷與換向器只能以電弧形式傳遞電流, 造成換向片和碳刷嚴重燒蝕. 如果碳刷對換向器表面的壓強過大, 機械摩擦損耗就會明顯增大, 換向器表面溫升增高, 銅氧化膜電阻減小, 造成換向惡化. 因此, 碳刷彈力是一個非常重要的因素, 碳刷彈力正確值是在碳刷與換向器接觸的機械損耗和電損耗最小的情況下獲得的. 如果碳刷彈力不正確, 則會導致機械損耗與電損耗其中之一過大.3.碳刷的工作面. (Touch surface of carbon brush)為了提高工作效率, 縮短初始磨合週期, 使電機盡快地進入額定工作狀態和穩定的電磁干擾水平(此時電機方可出廠), 應力求碳刷與換向器的实际接觸80以上. 為此, 我們可以把碳刷工作面預先制成各種面積達到整個刷面的%形狀圓柱弧面和斜面, 圓柱弧面的半徑 R 應比換向器工作面半徑 r 值大 1mm 左右. 帶有鋸齒波紋狀槽的工作面是預先將工作面和換向器切線速度方向開有固定形狀的槽, 磨合時接觸處由點至線至面的增大, 直至達到理想狀態. 此時 , 即使碳刷與換向器的接觸面積還沒有達到期望值, 電機也已能進入額定工作狀態. 而且這些溝槽還有利于排出換向火花, 減少對刷面和換向器的燒蝕. 采用上述處理的碳刷極大地縮短了磨合周期, 有明顯的效益.4.對換向器表面的要求. (Requirement to commutator)(1) 正確的表面粗糙度. (Surface roughness)為了盡快使碳刷與換向器磨合, 換向器表面必須具有合適的粗糙度 (峰谷高值).(2) 換向器的不圓度. (The T.I.R. of commutator)不圓度是指換向器的外圓柱表面相對幾何圓柱相關的各種偏離. 這種偏離可能是局部的小平面, 也可能是成組的或單個的換向片的突起, 也可能是由于 強度低在運行時產生的相關變形, 或精密切削時由于各種因素所造成的表面不 規則變化. 換向器的不圓度嚴重地降低了碳刷的使用壽命. 甚至有可能在極短 時間內造成工作故障. 為了克服不圓度的影響, 應在生產中對下列環節着重加 以控制:a. 換向片的材料不能太軟, 或碰銲接時對換向片的壓力要合適, 以免換向片翹起或銲接不牢. 一般硬度應為 10595HB HB -.b. 改善精車加工工藝. 對帶絕緣槽的換向器 應使用金剛石車刀切削其工作面, 切削速度為 300m/min, 最大速度不超過 350m/min, 走刀量應為 r m /6030μ-, 最後一刀進刀深度為 0.05 - 0.1mm.c. 嚴格控制不圓度, 兩相鄰換向片高度差, 圓周變化量.(3) 換向器的擺振. (Vibrate come from concentric of commutator)當換向器軸線與其回轉軸線不重合時, 就會產生換向器的擺振 (偏擺),由于換向器的擺振, 碳刷往复運動振幅增大, 碳刷與換向器表面接觸狀態呈週 期性變化. 為了保證碳刷的使用壽命和換向良好, 應嚴格控制擺振值.(4) 換向片片間絕緣. (Insulation between commutator bar to bar)換向片間絕緣的方式, 一般可分為兩種: 絕緣槽式和無槽平整式. 對高速串勵電機而言, 由于轉速較高, 線速度較大, 或采用電子調速系統, 必須使用 絕緣槽式的換向器. 為了提高工作的平穩性, 槽寬一般不應超過 0.7mm.4.3.5. 碳刷的噪聲: (Noise of carbon brush)碳刷的噪声是电机主要噪声原因之一, 主要包括有: (a) 碳刷振动噪声,由碳 刷的径向跳动和切向摆动产生, 噪声的频率 mkn f k = Hz, 其中, m 为任意正整 数, K 为换向片数, n 为电动机的转速 (r/s). (b) 碳刷的摩擦噪声. 由换向器表 面与碳刷接触表面的摩擦作用而产生. 特点是分布在一个较宽的频带上, 频率较高 且不稳定, 声级有波动. (c) 火花噪声, 由换向火花产生.降低碳刷噪声的措施可着手于: 换向器沟槽的宽度, 表面光洁度和硬度. 碳刷 与刷盒配合间隙, 碳刷与换向器硬度的匹配, 碳刷的倾斜角度等因素的调整. 限制 火花, 对转子应进行精密动平衡.4.3.6. 銅綠的形成: (Patina formation)磨合後的換向器表面被一層黑色的薄膜所覆蓋, 這層黑色的薄膜是一層薄的氧 化亞銅上定向的排布了一層微小的碳的薄片而形成的, 碳刷不是運行在換向器材料的表面上, 而是運行在這層薄膜上. 這層在碳刷和換向器之間的薄膜的厚度可達到 1000 , 但不能超過 100 . 當這個薄層形成之後, 磨損就只有換向器表面和碳刷 表面的不規則和換向器表面的氧化, 燒結的變化. 另外, 溫度, 濕气, 浮塵雜物和 電流在碳刷和換向器之間的傳遞會影響到銅氧化薄膜的形成, 如果銅氧化薄膜不穩 定就會出現換向惡劣, 火花, 碳刷的快速磨損, 鉅齒形換向器表面, 硬的碳刷材料 刮換向器表面的現象.4.4. 設計攷慮及注意事項: (Notice in design)4.4.1. 尺寸方面: (Dimension)1. 橫截面: (c S ) (Section)橫截面的大小主要取決于最大工作電流,按照碳刷所能承受的最大電流密度, 可計算出碳刷的最小橫截面面積. 以避免碳刷承受過大的電流密度. Ds I S c = 式中: Ds : 碳刷的電流密度.2. 切向寬度: (c W ) (Tangential dimension)一般直流電機是按換向片的寬度來決定碳刷的寬度的.而小容量的直流微電機,換向器的片數較少, 我們不妨擬定出一個換向器的極距.p D a c πτ= 式中: c τ: 換向器極距.a D : 換向器直徑.p : 極數.由于碳刷的寬度與換向區的寬度直接有關, 為了適當地限制換向區的寬度, 碳刷的寬度應限制在: c c W τ3.0≈ 左右.3. 軸向長度: (a L ) (Axis dimension)軸向長度的決定, 主要根據橫截面的大小和切向寬度. cc a W S L = 4. 徑向長度. (Radial dimension)徑向長度主要攷慮在馬達的壽命要求和內部空間的大小, 在條件充許的情況下, 越長越好.5. 有效接觸面積. (Efficiency contact area)碳刷在整個馬達的運行過程中, 碳刷的有效接觸面積會隨著碳刷的磨損不斷的變化, 有效接觸圓弧的位置也會不斷的變化,因此, 設計時要攷慮到碳刷在整個變化過程中不要引起短路.4.4.2. 碳刷導線: (Brush shunt)碳刷導線給碳刷和碳刷座之間提供了一個低電阻的電流通路(外部環路). 另 外, 它也給碳刷提供了個外部傳導熱和散熱的路徑. 碳刷導線由細的導線分幾股 扭合而成, 通常, 導線的材料是冷拔後退火的銅絲,如果電刷用在惡劣空氣環境中,通常選擇給導線鍍錫. 如果運行在高振動的條件下, 可以加幾根不銹鋼絲來提高尋線的性能, 以奐導線僵硬. 導線不可太長, 以奐新碳刷的導線碰到機器的旋轉部分或接地部分等潛在的危險性. 導線也不可太短, 以奐碳刷在快要磨完時被導線的長度限制而不能接觸到碳刷.導線截面的選擇以碳刷中通過的電流密度為基礎, 還必須注意導線的拉出力, 它確保導線不會在馬達高速運轉中碳刷因高頻振動疲勞破碎而掉出.4.4.3. 碳刷與換向器的接觸: (Carbon brush contact with commutator)1. 接觸表面的半徑: (Radii of contact surface)原則上說, 碳刷與換向器接觸面的圓弧半徑應該相吻合于換向器的接觸面圓弧半徑, 才能有好的運行特性. 但這要保證碳刷的中心線與換向器的中心完全吻合, 在實際生產中不可能做到. 因為碳刷座和碳刷之間, 一定要有某種程度的間隙. 這樣, 碳刷與換向器接觸時, 就會有輕微的偏擺.同時, 碳刷的中心線與換向器的中心也存在差異.為了確保碳刷與換向器的較好接觸, 碳刷的接觸半徑必須大于換向器的半徑. 以避免碳刷的尖角嵌入換向器槽中, 在實際設計一個新的碳刷時,最好取接觸面半徑大于換向器半徑 10-20% (經驗法則取1 mm)在上述情況下, 由於碳刷的接觸半徑大, 而換向器的接觸半徑小, 因此, 初始的碳刷與換向器的接觸實際上是線性接觸 (或點接觸), 接觸面積很小, 同時初始的彈弓彈力會很大, 則通過接觸面的電流密度就很大,這就使得初始碳刷磨損很快, 達到我們所期望的碳刷與換向器的快速磨合.這樣, 雖然不能一下子就達到碳刷的最大傳導電負載的能力, 但可以很快的達到馬達正常運行的穩定的速度、性能、甚至電磁干擾水准.值得一提的是換向器的槽, 換向器的槽在初始的磨合中也有很大的作用. 它可以切削碳刷材料. 使碳刷更快的磨合.2. 初始接觸換向器的方式: (Initial contact way)(1) 底弧切式接觸. (Undercut contact)這種接觸方式多用于安裝在碳刷片上的碳刷, 由于碳刷片是彈性彎曲的, 很難將碳刷的中心線與換向器的中心線對齊. 因此即使碳刷弧面與換向器的弧面方向一致, 也不能保證裝配後兩弧面相吻合. 選擇這種方式可以減少初始接觸面積, 使初始接觸面的電流密度加大, 使初始磨損加快, 從而使碳刷更快地渡過初始磨損, 雖不能立即到達最大的承載能力, 但可以更快地進入正常的工作狀態.(2) 底斜切式接觸. (Slant angle contact)這種接觸方式多用于外形較小的碳刷座式直流微電機,由于內部空間較小, 碳刷本身和碳刷座的幾何尺寸都較小,而碳刷和碳刷座之間必須有一定的間隙, 同時由于制造公差的存在, 與底弧切式接觸一樣, 既使碳刷弧面與換向器的弧面方向一致. 也不能保證裝配後兩弧面相吻合, 選擇這種方式同樣可以減少初始接觸面積, 使初始接觸面的電流密度加大, 從而使碳刷更快地渡過初始磨損, 更快在進入正常的工作狀態.(3) 底齒面形接觸: (Alveolus contact)這種接觸方式同前面兩種方式一樣, 都可使碳刷更快地渡過初始磨損, 更快在進入正常的工作狀態. 其優點是與換向器的接觸點更多, 這種形狀的碳刷在交流和直流馬達中都有應用.(4) 圓弧面式接觸. (Cylinder surface contact)這種接觸方式多用于幾何尺寸較大, 材料比較耐磨的碳精, 由于幾何尺寸相對較大,則制造公差相對就比較小, 碳精的中心線與換向器的中心線相差就比較小, 采用這種方式對使用這種碳刷的馬達來說, 就可以較快地進入正常的工作狀態.4.4.3. 制造碳刷的壓力方向: (Press direction in manufacture process)在用粉未冶金的方法制作碳刷時, 我們對壓結的方向有要求, 壓結方向必須垂直于換向器的中心線與碳刷的中心線所形成的平面. 如下圖所示. 如果壓結面平行于與換向器的接觸面, 其一是導電性能不好, 其二是磨損快, 在馬達的運行中, 碳刷會出現掉渣等不良現象. 讓我們以石墨碳刷和銅-石墨碳刷為例來分別進行說明.1. 石墨碳刷: (Graphite)由于石墨晶體層面之間的距离 ( 3.35 ) 比層面上碳原子間的距离( 1.42 ) 大得多, 因此石墨有明顯的各向异性. 則層面方向的電阻要比垂直于層面方向的電阻小得多, 因此理想的碳刷與換向器的接觸方向應該是碳刷的微觀石墨層面方向垂直于換向器的接觸面. 這就要求我們在設計時控制壓力的方向, 以有助于形成垂直于換向器的接觸面石墨層面.2. 銅-石墨碳刷: (Copper – graphite)由于銅-石墨混合料在高壓力作用下成形時, 銅粉的微粒會在垂直于壓力的方向上延伸成片狀, 使得延伸方向的電阻很小, 而壓力方向的電阻相對的很大. 這也就要求我們在設計時控制壓力的方向, 以便形成垂直于換向器的接觸面的銅粉微粒的延伸方向, 使這個方向的電阻小, 傳導電負荷的能力增強, 熱損耗也相對的減到最小.4.5. 换向火花的划分原则与判断标准(Commutation flash classification)直流电机的火花產生的原因有二:1.惡劣換向, 過大的電流密度, 電負載過大.2.芯振, 換向器圓度差, 碳刷彈力不足, 機械摩擦力過大.嚴重的火花會加大碳刷的磨損速度, 破壞換向器, 加大電磁干扰, 火花可分为有害火花与无害火花, 主要是根据对换向器和电刷有害, 无害来区分的. 有害火花将破坏换向器表面的氧化膜, 使之出现烧焦或损坏, 使电刷无法正常工作, 甚至因电弧飞越而导致环火事故, 造成电机的破坏. 无害火花是指不对换向器和电刷造成危害的火花. 尽管它们的表面也可能出现轻微的黑痕与灼痕, 但不发展, 且黑痕可以用汽油, 酒精等擦去, 不影响电机的正常工作. 因此, 直流电机并不要求无火花, 而允许存在无害火花.我国电机根据国标 GB755-81 的规定, 火花共分 5 级, 主要是根据火花特征及对12于 2 级.4.6. 電刷的磨蝕及磨合分析. (Wear loss and bed in of carbon brush)4.6.1. 電刷的磨蝕電刷的磨蝕由機械磨蝕和電磨蝕兩部分構成. 二者產生的機理不同, 但它們之間相互影響, 使磨蝕加劇. 在使用電刷的電機中, 電刷的磨損, 往往決定了該電機的使用壽命, 因而是一個重要的問題, 但是, 電刷的磨蝕受電的、機械的、化學的、環境的等諸多因素的影響, 又是一個非常複雜的問題.1.機械影響因素. (Mechanical affect)(1)換向器表面的粗糙度不合適, 磨擦系數加大.(2)換向器表面不能形成穩定而厚度適中的氧化膜, 使動態摩擦系數大.(3)電刷壓力不合適.(4)環境中塵埃過多, 散布在換向器表同, 形成研磨作用.(5)環境中存在氯氣、酸性氣體等, 破壞了換向器表面的氧化膜.2.電因素的影響. (Electric affect)(1) 換向火花引起−在後刷邊形成的換向火花, 使該處的溫度升高, 一些電刷的微粒燒灼後伴隨火花飛出, 造成後刷邊及其相應電刷表面的凹阬, 進一步促使火花加強. 當電流過小, 即電刷的電流密度過低時, 換向器表面不能形成氧化膜, 換向來化, 火花加大, 使電刷磨損加快; 反之, 電流密度過大, 所形成的氧化膜被火花燒掉, 同樣, 使換向惡化, 隨之, 火花更大, 電刷的電磨蝕更大了.(2) 環火的引起−此時, 電刷和換向器表面溫度更高, 後刷邊被燒紅, 電刷以小塊的形式迸出, 使整個電刷的接觸面更成了不整齊的犬牙狀, 以後的磨蝕就更嚴重了, 如果發生環火時不立即斷開電源, 電刷可能被燒焦直至報廢.。
电刷的类别、型号、特征及应用范围
标准化电力工程施工工艺电气专业
电刷的类别、型号、特征及应用范围
电机电刷按其材料和制作工艺不同可分为三个类别；
1.石磨类电刷（S型）
这种石磨类电刷以天然石墨为主要材料，采用沥青或树脂作粘结剂，经烘焙
或在约1000℃高温烧结而成。
这类电刷具有良好的润滑性能和集流性能，用于运行平稳的中小型直流电机
的高速汽轮发电机集电环。
2.电化石墨类电刷（D1、D2和D3型）
此类电刷由碳黑、焦碳和石墨等碳素粉末材料组成，经约2500℃高温处理转
化为人造石墨。
D1为石墨基电化石墨；D2为焦炭基电化是石墨；D3为碳黑基电
化石墨。
这类电刷具有优异的换向性能和自润滑性，广泛用于各类交直流电机。
具有
使用寿命长，对换向器磨损小等优点。
3.金属石墨类电刷（J1、J2和J3型）
此类系以电解铜料和石墨为主要材料，按使用需要也可采用银粉、铅粉等其
他金属粉末。
J1为不含粘结剂的铜石墨电刷；J2为含粘结剂的铜石墨电刷；J3
为银石墨电刷。
这类电刷既有石墨的润滑特性又有金属的高导电性，因此，适用于高负荷和
换向要求不高的低电压电机。
其线速度一般不超过30米/秒。
电刷的类别型号特征和主要应用范围
电刷的类别型号特征和主要应用范围电刷是一种利用电刷与旋转的电机之间的接触摩擦产生电流的装置。
根据其用途和特点的不同，电刷可以分为多个类别和型号，并且被广泛应用于许多不同的领域。
一、类别：1.旋转电刷：旋转电刷是最常见的电刷类型，它的主要特点是旋转的电机与固定的电刷之间有接触摩擦，产生电流。
2.滑动电刷：滑动电刷是一种类似于旋转电刷的电刷类型，但是它主要是通过滑动而不是旋转来实现接触摩擦，产生电流。
3.换向电刷：换向电刷主要用于交流电机中，它的主要作用是实现电流的换向，将电流导入正确的线圈以产生正常的旋转。
4.接触电刷：接触电刷主要用于传输信号和数据，它的特点是接触面积较小，摩擦较轻，可以有效地传输信号而不产生过多的电流。
二、型号：1.电机用电刷：根据电机的不同类型和规格，电机用电刷有不同的型号和尺寸，常见的有碳刷、聚酯刷等。
2.发电机用电刷：发电机用电刷主要用于产生直流电，常见的型号有石墨电刷、钨电刷等。
3.电动工具用电刷：电动工具用电刷主要用于电动工具的电机中，以提供动力，常见型号有碳刷、铜箔电刷等。
4.滑动电刷：滑动电刷分为线圈式滑动电刷和刷电机滑动电刷两种型号，分别用于电动机和滑移环境。
三、特征：1.导电性好：电刷由导电材料制成，如碳、铜、银等，具有良好的导电性能，能够有效地传导电流。
2.耐磨性强：由于电刷常常与旋转的电机或滑动的设备接触摩擦，所以具有较强的耐磨性，能够长时间使用而不损坏。
3.热稳定性好：电刷能够快速散热，具有较好的热稳定性，不易因长时间使用而损坏。
4.寿命较长：由于电刷具有较好的导电性和耐磨性，所以能够长时间使用而不损坏，寿命较长。
四、主要应用范围：1.电动工具：电动工具中的电机常使用电刷作为关键部件，如电钻、电锯、电动摩托车等。
2.汽车和摩托车：汽车和摩托车中的发电机和起动机常使用电刷，如发电机的碳刷。
3.电动车和电动自行车：电动车和电动自行车中的电机使用电刷作为电源装置。
电刷的类别型号特征及应用范围
电刷的类别型号特征及应用范围电刷是一种通常由导电材料制成的器件，形状类似刷子，可以用于传输电能、信号或者计量物理量。
根据不同的分类标准，电刷可以分为多种类别，下面将介绍几种常见的电刷类别、型号、特征及应用范围。
1.发电机电刷发电机电刷是一种用于直流发电机的可移动电接点。
它通过刷子与转子上的电极接触，将电能传输到外部电路中。
常见的发电机电刷材料有石墨和金属碳化物等，具有良好的导电性和机械强度。
发电机电刷的特点是耐磨损、导电性能稳定，其应用范围包括各种电机、发电机、风力发电机等。
2.电动机电刷电动机电刷是用于直流电动机的可移动电接点。
它与电动机转子上的电刷环接触，将电能传输到转子上以驱动电动机运转。
电动机电刷通常由石墨和金属碳化物等导电材料制成。
电动机电刷的特点是导电性能稳定、抗高温性能好，其应用范围包括各类电动机、电动工具、电动车等。
3.滑环电刷滑环电刷是一种可旋转的导电器件，用于传输电能或信号。
滑环电刷由导电材料制成的圆环与转子上的金属触点接触，实现电能或信号的传输。
滑环电刷的特点是接触电阻小、耐磨损、传输信号稳定，其应用范围包括摄像机云台、工业机械、大型设备等。
4.剪刀电刷剪刀电刷是一种用于传输高电流的电连接器。
它由多个可以伸缩的金属片组成，通过剪切连接在一起。
剪刀电刷的特点是接触电阻小、导电能力强、可伸缩性好，其应用范围包括高电流连接器、电力设备、电焊设备等。
5.接地电刷接地电刷是一种用于接地或放电的设备。
它通常由金属丝或金属材料制成，用于将电荷导向地或释放电荷。
接地电刷的特点是导电性好、具有良好的接地效果，其应用范围包括防静电设备、电气设备的接地、触摸屏的放电等。
总结起来，电刷根据不同的功能和应用可以分为发电机电刷、电动机电刷、滑环电刷、剪刀电刷和接地电刷等。
不同类别的电刷具有不同的特点和应用范围，但它们都可以用于传输电能、信号或者计量物理量。
电刷在各个领域的应用非常广泛，涉及到电力、机械、电子、通信等多个行业。
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怎样选用电机电刷
按材质及生产工艺的不同，电刷可分为石墨电刷（S系列）、电化石墨电刷（D系列）、炭石墨电刷(T系列)、树脂石墨电刷（R系列）和金属石墨电刷（J系列）等。
选择电刷时要综合考虑电机对电刷的技术要求和电刷的技术特性。
常见电刷的选择方法是：先依据电刷的电流密度、集电环或整流子的圆周线速度在电刷技术表中找到所需的电刷种类，再结合电机的额定电压、电流和运行方式（连续、断续、短时）确定选用电刷的详细型号。
例如：(1)换向正常、负荷匀称、电压不高的直流电机，可选用润滑性好、硬度小、价格较低的石墨型电刷。
(2)电压高、换向较困难的电机，应选用接触压降较高的电化石墨电刷为宜。
(3)对高速电机，要求选摩擦因数小的电刷。
对换向困难的特别高速电机（70m／s以上）．必需选用特别的电化石墨电刷。
低速电机宜选用金属石墨电刷。
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