谈谈电刷与碳刷增补版

电刷的基本知识
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↓ 3、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。
电刷的基本知识
3.1、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。 弹簧弹力与炭刷的机械磨损和电气 磨损关系如下： 弹簧弹力↑→机械磨损↑→电气磨损↓ 弹簧弹力↓→机械磨损↓→电气磨损↑
电刷的基本知识
关系图如右图所示。
电刷的基本知识
问题一： 抑制噪音的方法 ➢ 电刷和换向器的相互摩擦产生噪音
抑制方法：
• 选择多孔或低密度、低弹性模量的材料、来抑 制换向器和电刷振动的倾向；
• 设计矮胖形状的电刷与换向器接触稳定，比瘦 长形状的电刷噪音小；
• 电刷圆弧的半径最好比换向器圆弧的半径小 0.4mm
• 电刷圆弧呈锯齿形快速磨合电刷弧面；
主要问题分析
➢ 刷架的结构和材料的使用对换向系统的噪音和影响 抑制方法： • 刷架的端部尽可能在公差允许范围内靠近换向 • 刷架总成的强度应足够支撑电刷，并有弹性的 安装 • 在考虑热胀冷缩的前提下，尽量缩小电刷和刷 架的间隙 • 刷架安装设计22º提前角或7.5º的滞后角 • 一对电刷和换向器的接触相距180º并且处于换 向器的几何中心线
谈谈电刷与碳刷
电刷分为四大类
1.石墨电刷； 2.电化石墨电刷； 3.树脂粘合石墨电刷； 4.金属石墨电刷。
电刷的组成
碳刷只能是由碳粒组成或含有碳的成份。 而电刷就不一样了，电刷可能根本不含有 碳的成分。比如小型的剃须刀就有用两片 铜片当电刷的。而大部分电刷是由碳或含 有碳的成分组成。
电刷的叫法
国家正规文件的叫法也是叫电刷，而不是 叫碳刷。叫碳刷比较多的行业是电动工具 行业。电动工具用电刷基本上都是碳刷。 因为电动工具的功率都比较小，所以都是 选碳刷。
电刷的作用
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。
电刷的基本知识
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） 换向器热处理：200℃-12小时。
电刷的选用
电刷的选用
1、从直观来看，电刷应当倒角得体、规格 适当、结构规范、导线的截面和长度符合 要求，没有松动、脱落、破损、掉边、掉 角、卡箍等现象。
弹簧压强的配合
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。
炭刷和刷架的配合间隙
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。
换向皮膜
电刷制造概貌
工艺过程和控制
电刷相关工艺
电刷相关工艺
电刷相关工艺
主要问题分析
主要问题分析
• 采用弹性系数低的电刷牌号 • 采用高电阻率电刷 • 采用浸渍电刷的技术，降低摩擦，提高接触压降。 • 提高弹簧压力（保证寿命的情况下） • 降低换向器的换向片的片间高度差 • 采用适合的电刷牌号 • 增加电容电感元器件 • 采用软导线
• 刷架与电刷的间隙配合 • 电流密度太大（对电刷） • 电刷跨距太大或太小（涡流损耗） • 电刷材质不匹配电机 • 刷架位置反动型安装 • 环境污染（氧化膜）
主要问题分析
• 环境污染（氧化膜） • 换向器问题（高低换向片，云母突出及换向器偏心） • 轴承，转子，气隙均匀度 • 电机使用异常（过载或者振动大等）
电刷的选用
3、通过仪器对电刷进行检测。从技术层 面看，电刷应当符合国家部颁标准。通过 仪器可对电刷按照《电刷技术性能表》所 要求的性能进行检测。如电刷的电阻率、 洛氏硬度、体积密度、电流密度、接触电 压降、摩擦系数、50小时磨损、允许圆周 速度、单位压力，甚至金属含量的大小等 等。
电刷的选用
4、在同一电机上，应选择使用同一型号、 同一制造厂的电刷。由于不同制造厂生产 的电刷性能差别很大，甚至同一制造厂在 不同时间生产的电刷性能也有所差别。因 而，针对同一电机来说，应尽量选择同一 型号同一制造厂，最好是同一时间生产的 电刷，以防止由于电刷性能上的差异造成 并联电刷电流分布的不平衡，影响电机的 正常运行。
电刷的选用
2、从使用来看，电刷使用性能良好的标志主要有 以下几种情况： （1）使用寿命长并且不磨损换向器或集电环， 不使换向器出现划痕、不平、烧蚀、拉丝等。 （2）具有良好的换向和集流性能，使火花抑 制在允许的范围内，并且能量损耗小。 （3）电刷运行时，不过热，噪音小，不破损， 刷辫不变色，不烧蚀。 （4）运行过程中，能够在换向器或集电环表 面较快地形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄 膜。
3.2、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。
电刷的基本知识
除了片间绝缘性能，换向器的性能还要包括 以下几个方面： 材料：CuAg合金中，银的含量（P/T： 0.1%，V/C：0.3% ） 结构：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；
电刷的基本知识
1、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。 2、炭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；
电刷的基本知识
同时，炭刷的温升会增加，有可能会导致炭 刷胀死在刷架中。 抗折强度——抗折强度越高，炭刷越耐磨。 硬度——硬度越高，炭刷越耐磨，噪音会增 大；同时对换向器的磨 损也会增加。 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。
电刷的选用
电刷的选择对电动机换向时抑制火花有重 要的作用，应按功率、电压、负载特性及 换向器圆周速度等条件选用。一般常用电 化石墨电刷，因其电阻系数和接触电压较 高，对抑制火花有利。但对于低压电动机 而言，过大的接触电压使它在总电压降落 中所占比例太大，因此采用金属石墨电刷。
电刷与刷架的配合
电刷装入刷架后，应以电刷能够上下自由 移动为宜，只有这样，才能确保电刷在弹 簧的压力下随着不断的磨损，而与整流子 或集电环持续保持紧密接触。因此，电刷 的四个侧面与刷架内壁之间必须留有一定 的间隙。
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 。
电刷的分类
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 ) 。
主要问题分析
问题三：电刷磨损快，寿命短
• 火花大
• 温度太高或者太低 • 压力太大 • 电刷材质不适合电机 • 电刷表面有摩擦性粉粒 • 环境污染（油污物） • 轴承，换向器，转子，气隙均匀度 • 电机使用异常（过载或者振动大等） • 氧化膜
主பைடு நூலகம்问题分析
问题四：电刷边缘破碎或电刷破损 • 外部振动
主要问题分析
➢ 刷簧和噪音 抑制方法：
• 压簧在行程内其作用会发生很大的变化，要得到 安静的运行，压簧作用力应该受到限制。
➢ 当换向器和各种零件组合在一起发生相互作用会产 生噪音
抑制方法： • 具有最小的槽宽，表面光洁度为0.76-1.65μm • 绕几何中心线旋转保持完美的圆度
主要问题分析
问题二：火花大 • 弹簧设计（材质，力值低和不平均）
• 云母突出 • 换向器松散 • 电刷材质不匹配 • 电刷伸出电刷架的长度过大 • 刷盒太大或者电刷太小 • 低负载长期运转 • 换向器槽宽过大
主要问题分析
问题五：怎样抑制EMI
（电枢线圈之间的快速切换以及线圈端部通过电刷 下面时，每一个线圈中对感应电压的抑制。这种切 换形成的脉冲电流，进而导致电磁干扰。另外换向 器不断发生接触点的离散变化导致导电率的变化。） • 增加电枢槽的线圈匝数 • 采用斜槽（减弱脉冲电流，但成本高）
电刷与刷架的配合
实践证明，这个间隙一般在0.1~0.3毫米 之间。既不宜过大，也不宜过小。间隙过 小，可能造成电刷卡在刷架中，弹簧无法 压紧电刷，电机工作失去意义；间隙过大， 电刷则会在架内产生摆动，不仅出现噪音， 更重要的是出现火花，对整流子或集电环 产生破坏性影响。
电刷与刷架的配合
刷架的下端边缘距整流子或集电环表面的 距离应保持在2~4毫米范围内。其距离过 小，刷架易擦损整流子或集电环；过大， 电刷易颠动而造成损坏。