电动机碳刷设计
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直流工业电机 电动工具、厨房用小家电 吸尘器、小家电 直流电机
用
途
弹簧压力的设计，及所需要的炭刷材料需要经过试验验证，方可实施。 上表中所列数值仅作参考。 由于炭刷材料的特殊性——相对弹簧、刷架和换向器而言比较脆弱，弹 簧对炭刷的压力最好应为面接触（涡簧），次之为线接触（压簧），尽量避 免点接触（扭簧），否则炭刷易发生开裂。若电机结构的局限性必须为扭 簧，应在与炭刷接触部位增加直线段，如下页所示。
电刷的基本知识
弹簧弹力与电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、电刷对换向器的要求 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。
29 29 21 21 18 18
256 254 249 255 256 250
119 118 145 131 122 127
A，38-20KPa； B，38-19KPa。
C，39-18KPa；
更换定子、弹簧、转子案例
电机编号 定 子 转 子 刷 架 弹 簧 碳刷材料 (6.5*10*30) C001A
电刷的基本知识
密度——密度对电刷性能的影响最小。定性地讲，密度越高，电刷 越耐磨。 综合来讲，电阻率和抗折强度对电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、电刷与弹簧和换向器的关系 电刷、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、电刷对弹簧的要求 电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。
电刷的基本知识
1、电刷的发展史 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、电刷的作用 电刷的作用是在电机的固定部件（定子）与旋转部件（转子——换向器 （整流子）或集电环）之间传导电流。在直流电机和交流电机中，被电刷短路 的线圈的电流方向在接触过程中改变180°。
更换定子、弹簧、转子案例
表—1 整流子参数对照表
顾客名称 整流子 外 径 (φmm) 巴 数 (片) 高 度 (mm) 铜套前端 与整流子 间 距 (mm)
A
23.3 25.4 23.1
22 22 22
12.4 14.3 14.4
1.30 2.00 1.25
C
B
更换定子、弹簧、转子案例
表—2 弹簧参数对照表 顾客
2002051602
264.0
34,289
1,196
1 ½-2
谢 谢
电刷的基本知识
涡
簧
压
簧
扭
簧
扭
簧
电刷的基本知识
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
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。
换向器热处理：200 ℃-12小时。
真圆度： 在高温（200℃ ）、高速（50m/s ）、连续运行一段时
电刷的基本知识
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
电刷的基本知识
3、炭的性质 a）、轻； b）、良好的电传导性； c）、良好的热传导性； d）、自润滑性。 4、电刷的主要物理参数对性能的影响 电阻率——电阻率越高，对火花压制越有利；电压降会增加，电机 的效率会下降；同时，电刷的温升会增加，有可能会导致电刷胀死在刷 架中。 抗折强度——抗折强度越高，电刷越耐磨。 硬度——硬度越高，电刷越耐磨，噪音会增大；同时对换向器的磨 损也会增加。
20
40
Electrical
60
Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtal
80
Spring Pressure KPa
电刷的基本知识
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，银的含量应≥0.1%（0.1~0.3%） 构：具有环状耐高温加固条结构。 间（ 100小时）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。
电刷的主要制造过程
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
吸尘器电机用主要炭刷材料物理参数一览表
材 料 密 度 (g/cm3) X-72 X-78 X-91 X-94 X-93 X-05 1.45 1.50 1.35 1.35 1.50 1.50 肖氏硬度 —— 20 19 15 15 20 16 电阻率 (μΩ·m) 360 360 1000 1000 650 450 抗折强度 (MPa) 15 21 16 16 25 20 膨胀率 (10-6/℃) 60 /12 37 / 8 38 / 13 38 / 13 53 / 12 30 / 5
C1 C2 A1 A2 B1 B2
弹簧压力：
线径
0.412 0.411 0.445 0.447 0.463 0.411
外径 6.10 6.15 7.56 7.49 8.20 8.06
自由长 63.31 63.02 67.44 68.33 70.34 70.50
总圈数
有效圈
18mm
42mm
31 31 25 25 18 18
2002051601
A
B
A
A
2002051602
A
A
A
A
C001A
2002051603
A
A
A
C
C001A
2002051604
C
C
A
A
C001A
更换定子、弹簧、转子案例
电机编号 2002051601 实验时间 (h) 451.5 推算寿命 (h) 597 703 423 316 339 2002051603 154.8 432 2002051604 47.4 —— 32,516 1,204 1 1/2 34,638 1,181 1 ½-2 转 速 (rpm) 39,318 输入功率 (w) 1,191 火花级别 (中国) 1 1/2
用
途
弹簧压力的设计，及所需要的炭刷材料需要经过试验验证，方可实施。 上表中所列数值仅作参考。 由于炭刷材料的特殊性——相对弹簧、刷架和换向器而言比较脆弱，弹 簧对炭刷的压力最好应为面接触（涡簧），次之为线接触（压簧），尽量避 免点接触（扭簧），否则炭刷易发生开裂。若电机结构的局限性必须为扭 簧，应在与炭刷接触部位增加直线段，如下页所示。
电刷的基本知识
弹簧弹力与电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、电刷对换向器的要求 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。
29 29 21 21 18 18
256 254 249 255 256 250
119 118 145 131 122 127
A，38-20KPa； B，38-19KPa。
C，39-18KPa；
更换定子、弹簧、转子案例
电机编号 定 子 转 子 刷 架 弹 簧 碳刷材料 (6.5*10*30) C001A
电刷的基本知识
密度——密度对电刷性能的影响最小。定性地讲，密度越高，电刷 越耐磨。 综合来讲，电阻率和抗折强度对电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、电刷与弹簧和换向器的关系 电刷、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、电刷对弹簧的要求 电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。
电刷的基本知识
1、电刷的发展史 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、电刷的作用 电刷的作用是在电机的固定部件（定子）与旋转部件（转子——换向器 （整流子）或集电环）之间传导电流。在直流电机和交流电机中，被电刷短路 的线圈的电流方向在接触过程中改变180°。
更换定子、弹簧、转子案例
表—1 整流子参数对照表
顾客名称 整流子 外 径 (φmm) 巴 数 (片) 高 度 (mm) 铜套前端 与整流子 间 距 (mm)
A
23.3 25.4 23.1
22 22 22
12.4 14.3 14.4
1.30 2.00 1.25
C
B
更换定子、弹簧、转子案例
表—2 弹簧参数对照表 顾客
2002051602
264.0
34,289
1,196
1 ½-2
谢 谢
电刷的基本知识
涡
簧
压
簧
扭
簧
扭
簧
电刷的基本知识
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
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。
换向器热处理：200 ℃-12小时。
真圆度： 在高温（200℃ ）、高速（50m/s ）、连续运行一段时
电刷的基本知识
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
电刷的基本知识
3、炭的性质 a）、轻； b）、良好的电传导性； c）、良好的热传导性； d）、自润滑性。 4、电刷的主要物理参数对性能的影响 电阻率——电阻率越高，对火花压制越有利；电压降会增加，电机 的效率会下降；同时，电刷的温升会增加，有可能会导致电刷胀死在刷 架中。 抗折强度——抗折强度越高，电刷越耐磨。 硬度——硬度越高，电刷越耐磨，噪音会增大；同时对换向器的磨 损也会增加。
20
40
Electrical
60
Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtal
80
Spring Pressure KPa
电刷的基本知识
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，银的含量应≥0.1%（0.1~0.3%） 构：具有环状耐高温加固条结构。 间（ 100小时）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。
电刷的主要制造过程
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
吸尘器电机用主要炭刷材料物理参数一览表
材 料 密 度 (g/cm3) X-72 X-78 X-91 X-94 X-93 X-05 1.45 1.50 1.35 1.35 1.50 1.50 肖氏硬度 —— 20 19 15 15 20 16 电阻率 (μΩ·m) 360 360 1000 1000 650 450 抗折强度 (MPa) 15 21 16 16 25 20 膨胀率 (10-6/℃) 60 /12 37 / 8 38 / 13 38 / 13 53 / 12 30 / 5
C1 C2 A1 A2 B1 B2
弹簧压力：
线径
0.412 0.411 0.445 0.447 0.463 0.411
外径 6.10 6.15 7.56 7.49 8.20 8.06
自由长 63.31 63.02 67.44 68.33 70.34 70.50
总圈数
有效圈
18mm
42mm
31 31 25 25 18 18
2002051601
A
B
A
A
2002051602
A
A
A
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C001A
2002051603
A
A
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C
C001A
2002051604
C
C
A
A
C001A
更换定子、弹簧、转子案例
电机编号 2002051601 实验时间 (h) 451.5 推算寿命 (h) 597 703 423 316 339 2002051603 154.8 432 2002051604 47.4 —— 32,516 1,204 1 1/2 34,638 1,181 1 ½-2 转 速 (rpm) 39,318 输入功率 (w) 1,191 火花级别 (中国) 1 1/2