电动工具之碳刷技术
带碳刷的电锤工作原理
带碳刷的电锤工作原理
带碳刷的电锤是一种使用电力驱动的工具，其工作原理如下：
1. 电动机：电锤内部装有一个电动机，电动机是电锤的动力来源。
在工作时，电动机通过电流传递到碳刷上，激活碳刷的运动。
2. 碳刷：碳刷是电锤内部的关键组件，它起到传递电流的作用。
当电流通过碳刷时，碳刷与旋转的电动机构件（如转子）之间发生接触，并通过产生摩擦将电流传递给电动机。
3. 驱动机构：电锤内部还配备了驱动机构，它通过转子和传动齿轮将电动机的旋转运动转化为线性运动。
当电动机转动时，它会带动驱动机构上的撞击部件（如活塞）来回运动，产生冲击力。
4. 冲击力传递：冲击力通过电锤底部的锤头传递给工作材料。
当撞击部件运动到最大位置时，由于撞击部件与锤头之间有一定的间隙，冲击力会使锤头产生高速冲击，从而将冲击力传递到工作材料上。
总结：带碳刷的电锤通过驱动机构将电动机的旋转运动转化为线性运动，并通过碳刷传递电流，最终产生冲击力，用于钻孔、撞击等工作。
碳刷的原理
碳刷的原理
碳刷是一种常见的电机零部件，它在电机运转过程中起着非常重要的作用。
碳
刷的原理主要是利用碳材料的导电性能，将电流从电源传递到旋转的电机转子上。
碳刷由碳块和碳刷架组成，碳块是碳刷的主体部分，它具有良好的导电性能和
耐磨性。
在电机运转过程中，电流从电源通过碳刷架传递到碳块上，然后再通过碳块传递到电机转子上，从而驱动电机正常运转。
碳刷的原理可以简单理解为利用碳材料的导电性能来传递电流。
由于碳材料具
有良好的导电性能和耐磨性，因此碳刷在电机中得到了广泛的应用。
同时，碳刷还可以根据电机的不同工作环境和要求进行选择，以确保电机的正常运转。
除了在电机中的应用，碳刷还广泛用于发电机、电动工具、电动车、电动机车
等设备中。
由于碳刷的原理简单、可靠，因此在各种电动设备中都有着重要的作用。
总的来说，碳刷的原理是利用碳材料的导电性能来传递电流，从而驱动电机正
常运转。
碳刷在电机和各种电动设备中都有着重要的作用，它的应用范围非常广泛。
希望通过这篇文章，能让大家对碳刷的原理有一个更加深入的了解。
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.。
电刷的原理结构
电刷的原理结构
电刷在电动工具中常称为“碳刷”，它在单相串激电机中除了沟通转子与外电路外，还起电流换向作用。
电刷固定在刷握中。
刷握固定在机壳或端盖上，有的固定在机壳内专设的搭子上。
刷握的形式很多，大致可划分为三种，管式、内装式和盘簧式，其结构见图1-12。
其中1-12（a）为管式结构，外部呈圆管状，由塑料压成，内衬金属导管，往往作为嵌件，压塑料时就固定在内。
旋松塑料外壁的压紧螺母，就可调换电刷，因此使用维护很方便。
完整的电机，大多采用这种刷握。
内装式刷握的结构与管式刷握相似，但外部呈长方形，刷握（盒）顶部可以是封住的，也可以是开启的，内衬的金属导管可用铜板冲制，见图1-12（b）。
外部往往有凸出处，有的在顶部及侧面有凸圆，便于嵌入机壳内的凹槽及圆孔中进行定位，这种刷握在电动工具中的使用己逐渐增多。
这种结构在机壳外表看不到刷握部分，外观较简洁，但在换电刷时，须拆开手柄才能取出电刷。
盘簧结构的刷握，结构较简单，两个电刷的固定框及相连的盘簧架都固定在一块塑料板上，塑料板则固定在机壳的搭子上。
塑料板上的固定孔一般为长孔，所以可移动塑料板，
图1-12 刷握结构
来改变电刷的位置。
因此能采用移动电刷位置的办法来改善换向火花，这种刷握也有缺点，盘簧作用在电刷上的压力不是纯径向力，而是有侧向的分力，采用图1-12（d）所示盘簧比图1-12（c）有改善，其次是电刷的框架(即刷盆)刚性差，在高转速大功率的电机上不宜采用。
图1-13所示是几种类型的电刷。
图1-13 电刷。
碳刷的知识及试验
电刷知识及试验一．电刷是用于换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体。
它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。
几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷，它是电机的重要组成部件。
广泛适用于各种交直流发电机，同步电动机，电瓶直流电动机，吊车电机集电环，各型电焊机等等。
随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越来越多样化，因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要求，故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。
人们为了使用和管理上的方便，对众多的电刷进行了分类。
目前国内外流行的主要分类方法有：1，按材质的软硬可分为软质电刷，中硬质电刷和硬质电刷。
2，按电刷的使用对象可分为汽轮发电机用电刷，轧钢电机用电刷，牵引电机用电刷，汽车拖拉机用电刷，电动工具用电刷，飞机电机用电等。
3，按电刷的颜色分为黑色电刷(用纯碳石墨材料制成)和有色电刷(用铜等金属材料和石墨制成 ) 。
二．碳刷与换向器表面摩擦之薄膜图碳刷硬，铜变色，三．试验3.1记录电刷的制造厂名称、电刷型号、规格、级别。
以及其它电刷的情况。
3.2问清电刷使用在什么机器上。
与技术文件对照，看电刷是否符合要求，重点查看电刷尺寸、外观形状、电刷刷辫粗细、弹簧等。
3.3把电刷安装在机器上进行空载试验，试验10分钟查看火花情况。
换向器磨损情况。
和上面的图进行比较。
进行记录，如果没有上图的情况，立即与主管取得联系，进行拍摄留底。
3.4安装在测功机上进行测功。
查看空载、负载及额定负载时火花情况并记录。
并查看换向器磨损情况，与上图比较找出对应的图，没有的进行拍摄。
3.5测温升。
查看空载、负载及额定负载时火花情况并记录。
并查看换向器磨损情况，与上图比较找出对应的图，没有的进行拍摄。
3.6做耐久。
查看火花情况并记录，查看换向器磨损情况，与上图比较找出对应的图，没有的进行拍摄。
附电刷测试表。
5。
碳刷电机原理
碳刷电机原理
碳刷电机原理是指利用碳刷与电刷（也称为碳刷）之间的摩擦与接触，通过电刷与电铜圈之间线圈的电流磁场作用，实现电能转化为机械能的过程。
碳刷电机主要由转子和定子组成。
转子通常由铁芯和线圈组成，而定子由永磁体组成。
转子绕组通电后产生电磁场，与定子的磁场相互作用，导致转子扭转。
转子内的线圈通过碳刷与电刷的接触，不断地与电源接通或断开，使线圈中产生交流电流。
这个交流电流通过线圈内部的磁场作用，将电能转换为机械能，推动转子旋转。
在碳刷电机中，碳刷起到了关键的作用。
碳刷与电刷之间通过弹簧或其他结构保持压力接触，以确保电流能够正常传递。
当电刷与碳刷之间的接触断开时，电流停止流动，线圈中的磁场也随之消失，转子停止转动。
而当接触恢复时，电流重新流动，磁场再次产生，转子继续旋转。
碳刷电机的原理可以简单地概括为“电流-磁场-力-转动”。
通过不断地切换电流传导与中断，碳刷电机能够实现连续的旋转运动。
它广泛应用于各种家用电器、电动工具和工业设备中，是一种常见且经济有效的电机类型。
碳刷到底是什么东西，它有什么作用？
碳刷到底是什么东西，它有什么作用？你会发现当你买了电动工具后，有的产品包装盒里会送2个小配件，有人知道它是碳刷，有人既不知道叫什么也不知道怎么用。
而现在不管是海报宣传还是销售介绍，都将电动工具是无刷电机作为一大卖点，你要是问有什么区别，很多人只知道区别就是有无碳刷，那么碳刷到底是什么，它有什么作用，有刷电机与无刷电机之间有什么区别嘞？碳刷人们也将它叫做电刷，主要在电气设备上广泛使用，是在一些电动机或者发电机的固定部分与旋转部分做信号或能量的传递，外形为长方形，还有金属线安装在弹簧内，碳刷是一种滑动接触件，所以容易磨损需要定期更换和清理磨损掉的积碳。
图片来源：pixabay 碳刷的主要成分是碳，工作时通过弹簧施压就像刷子一样在旋转件上工作，所以叫做碳刷，主要材料是石墨。
先了解一下碳刷的主要材料石墨，石墨属于自然元素，其主要成分是碳，颜色为黑色，不透明，具有半金属光泽，硬度不高，用指甲都能抠动，石墨与钻石的成分都是碳，但性质却有很大的区别，这是由于碳原子的排列结构不同造成的。
石墨虽然成分为碳，但它是一种耐高温的材料，它的熔点到达3652℃，利用这种耐高温的特性，可以将石墨加工成耐高温的化学器具坩埚。
石墨的导电性能非常好，超过很多金属，是非金属的上百倍，所以制造成电极，碳刷等导电零部件；石墨的内部结构决定了其有很好的润滑性，我们常在生锈的门锁里放入铅笔灰或石墨，这样开门就容易多了，这应该就是石墨起到的润滑作用吧。
图片来源：pixabay不要以为石墨只能做铅笔芯这些基础的产品，现在从石墨中提炼出来的新材料石墨烯，你一定听说过吧，它已经成为全世界最炙手可热的新技术材料，现在的很多高科技产品都要用到它。
图片来源：pixabay碳刷一般在直流电器上使用，像我们家中使用的冰箱，洗衣机及空调等都没有电刷，这是因为交流电机不需要恒磁场，所以就不需要换向器，也就无需碳刷。
要了解碳刷的作用和意义，就要先了解有刷电机与无刷电机工作原理和区别。
碳刷的用途
碳刷的用途碳刷是一种常用的电机零部件，广泛应用于各行各业的电动机和发电机中。
它具有导电性好、摩擦系数小、耐磨性强等特点，因此在电机的工作中起着重要的作用。
碳刷在电机中起着导电的作用。
电机通过电流的输入，产生磁场，从而实现转动。
而碳刷则是将电源与电机转子连接的重要部件，它通过与转子之间的摩擦，实现电流的导通。
由于碳刷具有良好的导电性，能够在高速转动的电机中稳定地传递电流，从而保证电机的正常工作。
碳刷还起着传递能量的作用。
在电机工作时，转子高速旋转，碳刷与转子之间的摩擦会产生摩擦热。
这些摩擦热需要及时散发，以避免引起电机过热。
碳刷通过与转子的摩擦接触，将摩擦热传递到外部，起到散热的作用，保证电机能够正常工作。
碳刷还具有调节电机性能的作用。
由于碳刷与转子之间的摩擦，会产生一定的磨损。
这种磨损会导致碳刷的长度逐渐缩短，使得与转子的接触面积减小。
而接触面积的大小会影响电机的性能，尤其是转矩和效率。
因此，在电机的运行过程中，需要及时更换磨损严重的碳刷，以保证电机的性能稳定。
在一些特殊的环境中，碳刷还可以用作电刷。
电刷是一种将电能转化为机械能的装置，常见于电动工具和电动车等设备中。
碳刷通过与旋转的电机转子摩擦接触，将电能传递到机械部件，从而实现机械运动。
例如，电动工具中的电动锤、电动钻等，都需要碳刷来传递电能，驱动工具的工作。
总的来说，碳刷作为电机中的重要零部件，具有导电、传递能量和调节性能的作用。
它的应用范围广泛，不仅存在于家用电器中，还广泛应用于工业生产中的各种电机设备。
随着科技的发展，碳刷的材质和制造工艺也在不断改进，以满足不同领域对电机性能的要求。
美尔森碳刷技术参数
美尔森碳刷技术参数一、概述美尔森碳刷技术是一种用于电动机、发电机、风力发电机、电动工具等设备中的关键部件。
它通过与旋转部件摩擦来传递电流，实现电机的正常运转。
美尔森碳刷技术参数主要包括碳刷材料、碳刷尺寸、导电性能、寿命等方面。
二、碳刷材料1. 碳刷材料的种类美尔森碳刷技术采用多种材料制造碳刷，常见的材料有天然石墨、人造石墨、金属碳、金属碳化物等。
不同的材料具有不同的导电性能、耐磨性和热稳定性。
2. 碳刷材料的选择碳刷材料的选择需要根据具体应用场景来确定。
对于高速旋转设备，需要选择具有良好耐磨性和导电性能的材料；对于高温环境，需要选择具有良好热稳定性的材料。
此外，碳刷材料的选择还需要考虑成本和可靠性等因素。
三、碳刷尺寸1. 碳刷尺寸的设计原则美尔森碳刷技术参数中的碳刷尺寸是根据设备的需求来确定的。
一般来说，碳刷的尺寸应适合设备的电机结构和空间布局，确保碳刷与旋转部件之间的接触良好。
2. 碳刷尺寸的影响因素碳刷尺寸的选择会受到电机功率、电流密度、电刷磨损速度等因素的影响。
较大的尺寸可以承受更高的电流密度，但也会增加与旋转部件之间的接触阻力。
因此，在设计碳刷尺寸时需要综合考虑各种因素，以满足设备的要求。
四、导电性能1. 导电性能的要求美尔森碳刷技术参数中的导电性能是指碳刷的导电能力。
导电性能好的碳刷可以保证电机的正常运转，减小能量损耗，提高电机的效率。
2. 导电性能的影响因素碳刷的导电性能受到多种因素的影响，包括碳刷材料、碳刷接触电阻、碳刷与旋转部件之间的接触压力等。
碳刷材料的导电性能主要取决于其电阻率，导电性能好的材料通常具有较低的电阻率。
同时，碳刷与旋转部件之间的接触良好也是保证导电性能的重要因素。
五、寿命1. 寿命的定义美尔森碳刷技术参数中的寿命是指碳刷使用的时间或使用次数，也可以表示为碳刷的使用寿命。
寿命是评估碳刷性能的重要指标之一。
2. 寿命的影响因素碳刷的寿命受到多种因素的共同影响，包括碳刷材料的耐磨性、碳刷与旋转部件之间的接触压力、碳刷的磨损速度等。
电机用碳刷知识普及
■ 工业碳刷 ■ Biblioteka 动机碳刷 ■ 发电机碳刷
直流发电机、电动机，一些交流发电机都会用到碳刷。将电流在转动部件与固定部件联接传导。发电机碳刷与马达电机碳刷主要是金属石墨碳刷，其中发电机电刷比较黑，主要是碳多；启动马达碳刷铜含量高，颜色相比显黄色。
换向器由电刷和换向环组成，碳刷就是电刷的一种。由于转子的转动，电刷始终与换向环进行摩擦，且在换向的瞬间还会产生电火花灼蚀，所以电刷是直流电机里的易损件。
为了提高直流电机的使用寿命、运转稳定性以及降低直流电机的噪声和电磁干扰，无刷直流电机有逐步取代有刷电机的趋势。
一般交流电机不用恒磁场，所以用不着换向器，也就无须电刷；但交流电机的体积一般都比较大。家用电器使用的电机一般都是交流电机，如电扇、洗衣机、冰箱、空调等都没有碳刷，但也有使用直流电机的，如许多的电动剃须刀、厨房小电器、电动自行车等都有碳刷，就是直流电动机（不包括无刷的）都有。使用干电池的电机都是直流电机。
电机用碳刷的功能特点
碳刷它的作用主要是对金属磨擦的同时导电；它不象金属对金属磨擦导电时一样；金属对金属磨擦导电时；磨擦力可能会增大；同时交接的地方可能会烧结在一起；而碳刷则不会；因为碳和金属是两种不同的元素；它的用途多半都用在电动机上；型状是多种多样的；有方的有圆的等等……
碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机。具有较好的换向性能，使用寿命长。碳刷是用于电机的换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触体，它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷，它是电机的重要组成部件。广泛适用于各种交直流发电机，同步电动机，电瓶直流电动机，吊车电机集电环，各型电焊机等等。 随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越来越多样化，因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要求，故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。
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EMI检测设备
结 论
由于换向产生的放电火花属于高频电磁波，所以炭 刷主要影响EMI性能中的功率项目，对电压项目的影响相 对较小。 炭刷作为整个电机中很小的一个零件，其对EMI性能 的影响是相当小的。电机的设计理念及制造工艺才对EMI 性能起决定性的作用。当存在EMI要求时，我们不能也不 可能完全寄希望于炭刷来解决所有的EMI问题。
炭刷在电机中的EMI机理
火 花 炭 刷
整 流 子 片 整 流 子 片
如图所示：电机转动时，炭刷在换向器巴片上滑动。炭刷的作 用是：相邻的两个巴片被炭刷短路，与之相连的电动机绕组上流过 很大的短路电流。当炭刷脱离前一个巴片向后一个巴片滑动时，电 机绕组瞬时开路，产生很大的反电动势，从而触发炭刷与前一个巴 片之间的放电火花，这是同利用开关断开电感负载的情况是一样的 （日常经验：拔出插头时产生放电火花）。只是在电机中由于炭刷 不停地在换向器的巴片组上滑动，放电火花将连续地周期性发生。 在这个过程中产生的放电火花在电磁波中为尖峰瞬变噪声，这 些噪声会延着电机机壳，导线向周围空间进行辐射。 从电磁兼容的角度来看脉冲的频谱带太宽是我们不希望的，因 为高频成分比低频成分是更容易通过辐射或偶合途径传播的，这样 的话非常容易对其他设备产生影响（注：随着目前电动工具的智能 化，放电火花会对电动工具里的电子线路产生影响，从而影响工具 使用）。
铜 套
炭 刷
电气石墨质 炭素石墨质 树脂系 金属石墨
X系列 MF-401
间隙
上述内容仅作参考
换向皮膜
换向器皮膜 =导电性＋润滑性皮膜 换向器皮膜必须保持适当的厚度。
磨削作用过剩材质，或低 温、低湿度的状态下使用
皮膜太薄
增加换向器和炭刷的机械磨 损
换向器皮膜的厚度控制较 好。磨削作用和皮膜形成 作用的平衡。并且火花小。 炭刷材质的皮膜形成 作用强，缺乏研磨性。 或者温度高，火花 大。
炭刷的基本知识
密度——密度对炭刷性能的影响最小。定性地讲，密度越高，炭刷 越耐磨。 综合来讲，电阻率和抗折强度对炭刷的性能起着决定性作用。这四 个参数是相互作用的。它们的影响作用如下： 密度↑→硬度↑→电阻率↓→抗折强度↑ 密度↓→硬度↓→电阻率↑→抗折强度↓ 5、炭刷与弹簧和换向器的关系 炭刷、弹簧和换向器是电机整流（换向）系统的三大核心部件。它 们三者的配合对电机的性能起着至关重要的作用。 5.1、炭刷对弹簧的要求 炭刷与换向器的接触是靠弹簧的压力决定的。炭刷的磨损简单地分 为：机械磨损和电气磨损两种。
导 线
一轴式
压簧时使用
埋线铜粉 绝缘片 止动弹簧 止动安全子
由于安全炭刷的结构复杂，加工难度高，价格 较高，故一般与普通炭刷成对使用，且同时更 换。
二轴式
涡簧时使用
炭刷的主要制造过程
TOYO K
上 压
碳 刷 生 产 工 艺 流 程 图
下 压
TOYO K 上海东洋炭素工业有限公司
炭刷的主要生产设备
换向器热处理：200℃-12小时。
炭刷的基本知识
5.3、弹簧压强的配合
种 类 材质名 351A 105S X系列 MF-401 起始压强 KPa 电气石墨质 炭素石墨质 树脂系 金属石墨 40~50 50~70 50~60 50~60 终了压强 KPa 20~30 30~40 25~35 25~35
压 机
隧道炉
埋线机
刷架的主要生产设备
炭刷的主要检测设备
密 度 C型肖氏硬度计 电阻率测试仪
材料试验机
影像仪
弹簧试验机
EMC性能相关
EMC----Electromagnetic Compatibility(电磁兼容） 是一门新兴的综合性学科，主要研究电磁干扰（EMI）和电磁敏感（EMS） 的问题：即怎样使在同一电磁环境下工作的各种电子电气设备、器件或系统， 都能够正常工作。 随着社会的日益进步，人们使用各种电器的机会也越来越多，这些电子设 备在给我们带来生活便利的同时，也给我们带来了电磁污染。而这些电磁污染 则又反过来影响我们使用的电子设备，对我们的电子讯号产生影响，影响我们 对电子设备的使用。 总之，有电流通过就会存在EMC问题。 对于常规的电机来说仅存在EMI问题，如果有自动化控制系统的电机，则 可能还存在EMS问题。
目录
炭刷的种类及用途 炭刷的基本知识 换向皮膜 安全炭刷 炭刷的主要制造过程 主要生产、检测设备 炭刷与EMC 电动工具电机用主要炭刷材料物理参数一览表 电动工具试验结果
炭刷的种类及用途
一般产业用
炭
刷
电气石墨质
电装用
触点用
树脂系
吸尘器 其他家电产品
炭素石墨系
石墨质
银石墨质
铜石墨质
电动工具
金属石墨炭刷
由于火花过大，造成换向器的表面受损。 严重时，炭刷中的导线将换向器的表面破 坏，第二副炭刷的寿命变短。 有止动装置 当炭刷磨损至设定长度时，安全子会被 弹出，快速地将电流切断。不会伤及换 向器的表面。
由于换向器的表面未被磨损，可以确 保第二副炭刷及以后更换的炭刷也能 达到第一副炭刷同样的使用寿命。
安全炭刷的两种结构
EMI和炭刷后处理的关系
浸渍处理: 通常情况下我们可以通过对炭刷进行浸渍的方式来改善EMI性能；但 是，含浸受到基础材料的开口方式的影响会产生很大的偏差，同时，浸 渍油在实际使用过程中会有挥发的情况，会对实际使用过程产生影响。
双层炭刷： ①.炭刷中间加入绝缘的粘结胶带，可以提高炭刷的换向性能（如三 明治式炭刷）； ②.炭刷是由两部分组成，其中初期的接触部分使用天然石墨等光滑 的材料，剩余部分使用其他材质。现实意义不大。
电动工具试验结果——炭刷寿命实验
石材切割机：
电机参数：AC220v 1200w n0=12000rpm(输出) 试验方式：NL(5s) - 960w(20s) - NL(5s) - 1200w(10s) - OFF(15s) 炭刷尺寸：5*11*15 mm
140 120 100 80 60 40 20 0 原装 105S T-103 T-101 T-102 T-201 al
60
Total
80
Spring Pressure KPa
炭刷的基本知识
根据STI的经验，除了片间绝缘性能，换向器的性能还要包括以下 几个方面： 材 结 料：CuAg合金中，银的含量（P/T： 0.1%，V/C：0.3% ） 构：具有环状耐高温加固条结构。
真圆度： 在高温、高速、连续运行一段时间后的条件下检测 试验前： Max-Min ≤5μm；试验后：Max-Min ≤20μm； 相邻巴片间的高度差：≤0.5μm 表面粗糙度：Ra为0.8~1.2μm 硬 度：维氏105~115（HV）；布氏100~110（HB）
适当皮膜
炭刷的磨损小，效率高
皮膜过剩
温升过高，磨损过大.
换向皮膜
火花较小，皮膜的厚度适当。 在换向器表面形成均匀的很薄的皮膜。
火花为中到大时，换向器表面发黑。 炭刷具有一定的磨削性，但不充分。
皮膜过厚。 由于火花过大，炭刷的炭粉黏附在换向器表面。 炭刷缺乏磨削性。
安全炭刷的工作机理
无止动装置
当炭刷过度磨损时，炭刷的弹簧压力下 降，产生大火花。
炭刷的基本知识
涡
簧
压
簧
扭
簧
扭
簧
炭刷的基本知识
5.4、炭刷和刷架的配合间隙
种 铜 类 套 材质名 黄 铜 351A
105S BX-388
厚度公差 0~+0.2 -0.05~-0.15 -0.05~-0.15 -0.10~-0.20 -0.10~-0.20
宽度公差 0~+0.1 -0.02~-0.07 -0.02~-0.07 -0.07~-0.12 -0.05~-0.15
炭刷的基本知识
弹簧弹力与炭刷的机械磨损和电气 磨损关系如下：
Brush Wear rate mm/100hour
5 4 3 2 1 0 0
Mecanical
弹簧弹力↑→机械磨损↑→电气磨损↓ 弹簧弹力↓→机械磨损↓→电气磨损↑ 关系图如右图所示。 5.2、炭刷对换向器的要求 在电机的整个运行过程中，炭刷始 终和换向器接触着，不停地对电流进行 换向。 在电机的高速运行过程中，对换向 器的硬度、片间高度差、真圆度和稳定 性有很高的要求。
炭刷的基本知识
1、炭刷的发展史 1836年，Pixii发明了带整流子（换向器）的直流电机，使用铜作 为电刷，电刷由此诞生。铜电刷缺乏弹性，接触很不稳定。到1883 年，Forbs首次使用炭素材料制成了电刷。当时的电刷是用粘结剂把无 定型炭固定住。它的研磨性较大，电流容量较小，缺乏均一性。直到 1896年，E.G.Acheson成功地生产出了人造石墨，具备了电刷要求的 特性，用炭做的电刷 ——“炭刷”随之诞生。 2、炭刷的作用 炭刷的作用是在电机的固定部件与旋转部件——整流子（换向器） 或集电环之间传导电流。在直流电机和交流电机中，被炭刷短路的线 圈的电流方向在接触过程中改变180°。
转子转动方向
图示：炭刷同换向 器巴片的放电火花
EMI和炭刷的关系
★ 炭刷的材质——炭刷的材质应该与电机的类型相匹配。一般而言，电阻率大的 炭刷的换向性能好，火花小，EMI性能好； ★ 炭刷的压制方式——相对而言，平压制品的片间阻抗大，对压制换向火花有 益，EMI性能好； ★ 炭刷同换向器的接触面的粗糙程度——如果过于粗糙，炭刷与换向器的接触会 不稳定，增大机械磨损；相反，如果过于细腻的话，换向器的表面也不容 易形成皮膜，EMI也会不好； ★ 炭刷同换向器巴片的覆盖程度——炭刷同巴片的宽度比例也会对EMI性能产生 影响。经验上讲，电动工具用炭刷的覆盖范围在1.3~1.7巴片之间； ★ 炭刷的硬度——相对而言，炭刷的硬度越小，炭刷同整流子的接触性能越好， 炭刷的跟随性越好，EMI性能越好； ★ 炭刷的弹性模量——一般认为，弹性模量小的炭刷换向性能好，整个换向系统 的运行也比较平稳，炭刷在运行过程中的弹跳能力也小，换向性能好。