电动工具用电刷的选择

电动工具用电刷的选择
电刷是电动工具的关键部件，它直接影响电动工具的寿命，EMC，换向火花等性能和安全指标。

电刷由刷体，弹簧，电刷的软接线和铜联接片组成。

一.刷体材料的技术要求
1.刷体材料:AC电动工具用的刷体材料是用碳,焦,石墨质材料, DC 电动工具用的刷体材料是铜,银,锡,石墨质材料.粘结剂是沥青,焦油和树脂的混合物.
2. 刷体材料切割:除了整体模压外,大部份刷体是用大块压制材料切割的, 刷体材料切割时，应使和换向器的接触面和刷体的压制方向垂直，不允许套截（图1示）.否则会影响其电气性能和加快磨损速度. 刷体的切向方向电阻率应为最大,可压抑换向电流(切向电流),径向方向电阻率应为最小,可降低主电流的损耗,降低电刷的温度.
3. 刷体的物理性能指标
(1)体积密度大,耐磨性好；空载《0.1mm/h。

负载《0.2mm/h。

(2)接触压降大，火花小：空载火花，负载火花，反向火花，冲击火
花，起动火花,过载火花都小。

EMC好,吸收谐波能力强。

(3)硬度适中，摩擦系数小，对换向器的损伤小.
(4)电阻率：小于500μΩＭ。

电刷和刷握的温升低，对换向器和机壳
的损伤小。

(5)电流密度：220—240V: 10-15A/cm*cm.
100—120V: 15-20A/cm*cm.
(6)膨胀系数小：防止电刷在刷盒内胀死.
(7)抗折强度: 20—30N/ mm* mm.保证电刷在高速和振动剧烈的情
况下不开裂和损坏.
但是,各项指标往往是相互制约的,如电阻率是和密度,抗折强度,电流密度相互排斥的.
4. 电刷和换向器的配对：重要的标志是在换向器的表面引成光泽的，黑色的氧化膜。

在换向的过程中,电刷,水汽和铜发生了物理和化学反应,产生了一层光滑的耐磨的保护层(氧化亚铜和碳水复合层),使换向器的表面电阻率提高,可有效压制火花,而电刷与换向器的接触面也十分光亮和耐磨.
(1)电刷和换向器的配对越好,氧化膜的形成的时间越短.
(2)氧化膜的形成的速度应跟上氧化膜的破坏和磨损,也就是说在
电动工具的寿命范围内,换向器上都应有氧化膜的存在.
(3)对于专业电动工具用的电刷,应根据电压,电流,转速,换向器的
铜排材料和产品由专业电刷厂专门配置.配置完成后,参数和相
关的材料就不允许变化.
(4)为了有利氧化膜的快速形成,新电刷与换向器接触的端面应为
圆弧形, 圆弧的大小应和换向器的外径相吻合,圆弧上面应有
齿形样的条纹,有利于空气和水汽的进入.
5. 电刷的尺寸
(1)电刷的切向宽度是电机学的公式决定的
1) 220V～240V 铁芯一槽对二片换向器
T=(3.14*D/N)*1.67
2) 110V～120V 铁芯一槽对一片换向器
T=(3.14*D/N)*（1.33-1.5）
铁芯一槽对二片换向器
T=(3.14*D/N)*1.67*1.2
式中: T--电刷的切向宽度, D---换向器的外径, N--换向器的片数把计算的结果加以圆整.双向运行或有刹车的电机向下圆整,单向运行的电机向上圆整.电刷的切向宽度不能跨三片,以防止过多的线圈的短路。

电刷的切向宽度也不能小于换向片的宽度. 同时电刷的切向宽度不能和换向片节距的整数倍相等.
项目工程师在项目设计前要全面考虑产品的额定电压的变化,应事先考虑刷盒的通用性.
(2)电刷的轴向长度是由刷体的电流密度决定的.
A=I/δ/T
式中A--电刷的轴向长度, I—额定输入功率,δ—电刷允许电流密度对于专业的电动工具,要求寿命长的电动工具,对于不是通过直接渠道供应的品牌电刷材料,都应留有佘量.
(3)电刷的径向高度是由寿命决定的。

R=(H*K)+3.5
式中 R-电刷的径向高度, H—寿命(小时),
K—常数(0.15—0.18) 刷体材质好的取小值, 刷体材质差的取大值, 上述公式已确定了电刷的尺寸范围,根据经验可以微调.
二．电刷的弹簧
电刷的弹簧有圆柱形，盘簧（省空间），扭簧。

1．弹簧的材料：65锰钢(耐温150℃)或不锈钢(NICR18TA,耐温可达400℃)淬火。

不用45钢和高碳钢。

2．弹簧的定位：弹簧应定位刷体的中间
3．弹簧的压力：电刷的压力600/700 g --300/350g/cm*cm。

电刷的压力过小，电刷的电气磨损坛加，电刷的压力过大，电刷的机械磨损坛加，电刷的压力适中，电刷的磨损最小（图2）。

如果电机的功率较大，电刷的压力取上限，如果电机的功率较小，电刷的压力取下限。

4. 圆柱弹簧的长度: 弹簧的长度应和刷盒的空间相配.把电刷放在刷盒内,以整个刷体全部刚弹出为准.
(1) 弹簧的自由长度
(2) 弹簧的第一压缩长度：装配铜联接片后弹簧的长度.
(3) 弹簧的第二压缩长度: 电刷快磨损完时的弹簧长度.
(4) 弹簧的第三压缩长度: 新电刷装入刷盒后弹簧的压缩长度.刷盒的弹簧空间长度应是弹簧直径和圈数之积的 1.2倍以上.也就是说弹簧不应压死.
THK=D*N/1.2
5. 圆柱弹簧的直径,圈数和外径
可依照经验,选用合适的弹簧的直径,圈数和外径, 应保证弹簧的第二压缩长度时, 电刷的压力为300--350g/cm*cm。

弹簧的第三压缩长度时电刷的压力600--700 g /cm*cm。

功率大的和冲击类的工具取上
限值,功率小的取下限值.
单相串激电机从200—2800W, 圆柱弹簧的直径从φ0.35—φ0.6,有效圈数从10—16,外径从φ5—φ10. 功率大的和冲击类的工具取上限值,功率小的取下限值.
根据产品的要求,也可制成塔形弹簧,大小端弹簧等.
三．电刷的软接线
1. 电刷的软接线的技术要求
注: 弹簧的实际脱出拉力应大于标准的规定,对于电锤,冲击电钻等振动较大的产品,尤其重要.
2. 电刷的软接线的材料：经过软化处理的多股电介铜绞线(线硬)或编织线(线软,价格高)。

3．电刷的软接线用铜粉(或铁粉,镀银铜粉)填充方法和刷体联为一体,连接电阻尽可能小(可用伏安法测量)，防止发热.脱离.铜粉的质量和针压工艺十分重要。

为了增加拉力,可填入少许粘结剂.
4. 电刷的软接线应全部和铜片焊接,不脱焊.
5. 电刷的多股软接线的扭转方向应和装配时帽盖的旋转方向一致.否则在装配的过程中铜辫会散,许多铜丝会碰到弹簧.
注意：如果电刷的软接线和刷体，铜片联接不好，铜片和刷握接触不好，电流通过电刷的弹簧，电刷的弹簧发热退火，失去弹性，这是常发生的现象。

所以，有时要把电刷的软接线和定子直接相联，能大大提高电刷的寿命，提升EMC的成功机会。

四．电刷的安全和保护
1．无论在工具上装上新电刷还是电刷磨完后，都不应引起电气安全距离的缩小.
2. 对于专业型的电动工具,工具的寿命很长,电刷磨完后可置换,为了不损坏换向器,电刷上应装备有限位,用一个小弹簧和一块塑料片,阻止换向器和电刷的导通.限位装置可和软接线是同轴的和不同轴的(省
空间).
3. 对于专业型的电动工具,在电刷磨完前2—3毫米时利用感应的原理,点亮LED指示灯,报警,可提示你尚可使用的时间.
五．电刷和刷盒
1. 电刷和刷握的间隔应为单面０.05-0.12MM。

金属刷握取小值，塑料刷握取大值。

树脂型电刷取大值(树脂型电刷的膨胀系数较大).
2. 圆柱形弹簧应能在刷盒内自由移动.
3. 电刷的联接片应保持和刷盒铜套的良好的电接触.
综上所述,电刷的质量不但决定本体的材料,而且还决定于软接线,铜粉,弹簧,联接片等质量和许多小工艺.
六. 电刷的供应商：
220-240V：崇德（L型）摩根（839，824，834）
100-120V：东洋（X79，105S）富士
对于国内电刷的供应商，向上述厂采购的坯料进行加工的,相应的技术指标应打折计算。