電刷

　　基本定義

　　我國(guó)行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)《JB/T4003-2001電機(jī)用電刷》中把電刷分為四大類(lèi)：

　　1.石墨電刷。

　　2.電化石墨電刷。

　　3.樹(shù)脂粘合石墨電刷。

　　4.金屬石墨電刷。

　　電刷廣泛適用于各種交直流發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電瓶直流電動(dòng)機(jī)、吊車(chē)電機(jī)集電環(huán)、各型電焊機(jī)等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的種類(lèi)和使用的工況條件越來(lái)越多樣化，因而需要有各種不同品級(jí)的電刷來(lái)滿足這些要求，故電刷的種類(lèi)也隨著電機(jī)工業(yè)的發(fā)展而越來(lái)越多。人們?yōu)榱耸褂煤凸芾砩系姆奖?，?duì)眾多的電刷進(jìn)行了分類(lèi)。

　　分類(lèi)方法

　　1，按材質(zhì)的軟硬可分為軟質(zhì)電刷，中硬質(zhì)電刷和硬質(zhì)電刷。

　　2，按電刷的使用對(duì)象可分為汽輪發(fā)電機(jī)用電刷，軋鋼電機(jī)用電刷，牽引電機(jī)用電刷，汽車(chē)拖拉機(jī)用電刷，電動(dòng)工具用電刷，飛機(jī)電機(jī)用電等。

　　3，按 電刷的顏色分為黑色電刷(用純碳石墨材料制成)和有 色電刷(用銅等金屬材料和石墨制成 ) 。

　　4，按電刷材料的不同，可分為：（1）石墨電刷。（2）電化石墨電刷。（3）金屬石墨電刷。

　　（1）石墨電刷

　　它是在天然石墨中加入瀝青、煤焦油等粘合劑混合壓制而成。它質(zhì)地軟，潤(rùn)滑性能較好，摩擦系數(shù)低，但因含雜質(zhì)較多而易使整流器受損。一般適用于整流條件正常、負(fù)載均勻的電機(jī)。

　?。?）電化石墨電刷

　　它是由石墨、焦炭等作原料，近2500℃以上高溫處理而制成。其性能優(yōu)良，故使用范圍廣，可用于各類(lèi)型的電機(jī)及整流條件較困難的電機(jī)上。

　　（3）金屬石墨碳刷

　　它是在石墨中滲入銅及少量錫、鉛等金屬粉末混合而制成，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，載流量大，特別適合交流繞線失異步電動(dòng)機(jī)和電電流直流電機(jī)。

　　(4) 純金屬電刷

　　它是用薄的金屬片制成。有時(shí)為了改善性能，會(huì)的金屬片表面鍍一層其它貴金屬。比如銀鈀合金。這種電刷的導(dǎo)電性極好。電刷上損耗不大，但耐磨性差，導(dǎo)致電機(jī)壽命低。由于刷片薄，也不能承受大電流。常用于微型小電機(jī)。

　　電刷選用

　　1、從直觀來(lái)看，電刷應(yīng)當(dāng)?shù)菇堑皿w、規(guī)格適當(dāng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、導(dǎo)線的截面和長(zhǎng)度符合要求，沒(méi)有松動(dòng)、脫落、破損、掉邊、掉角、卡箍等現(xiàn)象。

　　2、從使用來(lái)看，電刷使用性能良好的標(biāo)志主要有以下幾種情況：

　　（1）使用壽命長(zhǎng)并且不磨損換向器或集電環(huán)，不使換向器出現(xiàn)劃痕、不平、燒蝕、拉絲等。

　?。?）具有良好的換向和集流性能，且能量損耗小。

　　（3）電刷運(yùn)行時(shí)，不過(guò)熱，噪音小，不破損，刷辮不變色，不燒蝕。

　?。?）運(yùn)行過(guò)程中，能夠在換向器或集電環(huán)表面較快地形成一層均勻。

　　3、通過(guò)儀器對(duì)電刷進(jìn)行檢測(cè)。從技術(shù)層面看，電刷應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家部頒標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)儀器可對(duì)電刷按照《電刷技術(shù)性能表》所要求的性能進(jìn)行檢測(cè)。如電刷的電阻率、洛氏硬度、體積密度、電流密度、接觸電壓降、摩擦系數(shù)、50小時(shí)磨損、允許圓周速度、單位壓力，甚至金屬含量的大小等等。不知這些參數(shù)都是怎么測(cè)得的。有會(huì)的專(zhuān)家給指點(diǎn)一下。并且這些參數(shù)是否為一般電機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)，而對(duì)于電動(dòng)工具電機(jī)電刷來(lái)說(shuō)，又是怎么測(cè)呢？

　　4、在同一電機(jī)上，應(yīng)選擇使用同一型號(hào)、同一制造廠的電刷。由于不同制造廠生產(chǎn)的電刷性能差別很大，甚至同一制造廠在不同時(shí)間生產(chǎn)的電刷性能也有所差別。因而，針對(duì)同一電機(jī)來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量選擇同一型號(hào)同一制造廠，最好是同一時(shí)間生產(chǎn)的電刷，以防止由于電刷性能上的差異造成并聯(lián)電刷電流分布的不平衡，影響電機(jī)的正常運(yùn)行。

　　5、對(duì)于個(gè)別換向特別困難的大中型電機(jī)，可選擇采用分辮電刷。目的是以增加電刷內(nèi)短路電流的方式來(lái)改善換向性能。對(duì)于單向旋轉(zhuǎn)換向困難的電機(jī)，可選擇采用組合電刷。即滑入邊選擇使用潤(rùn)滑性能好、成膜能力強(qiáng)的低電阻值石墨基電化石墨電刷，滑出邊選擇使用換向性能好的高電阻率的炭黑基電化石墨電刷。這樣既易形成氧化膜，又對(duì)換向性能起到極大的改善作用。在滑出邊也可采用碳纖維復(fù)合電刷，突出利用其滅弧能力強(qiáng)的特點(diǎn)，從而使電機(jī)的運(yùn)行取得最佳效果。

　　設(shè)計(jì)選用

　　電刷的選擇對(duì)電動(dòng)機(jī)換向時(shí)抑制火花有重要的作用，應(yīng)按功率、電壓、負(fù)載特性及換向器圓周速度等條件選用。一般常用電化石墨電刷，因其電阻系數(shù)和接觸電壓較高，對(duì)抑制火花有利。但對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)而言，過(guò)大的接觸電壓使它在總電壓降落中所占比例太大，因此采用金屬石墨電刷。

　　電刷的寬度

　　電刷所覆蓋的換向片數(shù)至少應(yīng)保證能與m重繞組的支路相聯(lián)，即電刷寬度bb應(yīng)滿足下式：

　　bb>mt 0 m----繞組的重?cái)?shù)。

　　電刷的長(zhǎng)度

　　電刷的電流密度可查相應(yīng)的電刷規(guī)范。電刷長(zhǎng)度lb.

　　Lb=2I/pbbJb

　　式中Jb----電刷電流密度，一般取12A/cm2.

　　如果電流很大，且lb. >>bb，則應(yīng)增加刷桿上的電刷并聯(lián)數(shù)，使每只電刷的面積不致太大，使接觸更為可靠。

　　電刷與刷架的配合

　　電刷裝入刷架后，應(yīng)以電刷能夠上下自由移動(dòng)為宜，只有這樣，才能確保電刷在彈簧的壓力下隨著不斷的磨損，而與整流子或集電環(huán)持續(xù)保持緊密接觸。因此，電刷的四個(gè)側(cè)面與刷架內(nèi)壁之間必須留有一定的間隙。實(shí)踐證明，這個(gè)間隙一般在0.1~0.3毫米之間。既不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小。間隙過(guò)小，可能造成電刷卡在刷架中，彈簧無(wú)法壓緊電刷，電機(jī)工作失去意義；間隙過(guò)大，電刷則會(huì)在架內(nèi)產(chǎn)生擺動(dòng)，不僅出現(xiàn)噪音，更重要的是出現(xiàn)火花，對(duì)整流子或集電環(huán)產(chǎn)生破壞性影響。[1]

　　刷架的下端邊緣

　　距整流子或集電環(huán)表面的距離應(yīng)保持在2~4毫米范圍內(nèi)。其距離過(guò)小，刷架易擦損整流子或集電環(huán)；過(guò)大，電刷易顛動(dòng)而造成損壞。

　　電刷是電機(jī)（除鼠籠式電動(dòng)機(jī)外）傳導(dǎo)電流的滑動(dòng)接觸體。在直流電機(jī)中，它還擔(dān)負(fù)著對(duì)電樞繞組中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)行換向（整流）的任務(wù)。實(shí)踐證明：電機(jī)運(yùn)行的可靠性，在很大程度上決定于電刷的性能。

　　根據(jù)電刷的生產(chǎn)方法，分為兩類(lèi)。一類(lèi)是有色電刷，即金屬石墨電刷。一類(lèi)是黑色電刷。有色電刷中，含有色金屬，主要是銅粉、銀粉、其次是鉛粉、錫粉、氧化鉛粉等，余量為鱗片石墨粉。各種金屬粉末含量多少隨電刷的技術(shù)要求而定。當(dāng)金屬含量達(dá)到！“#以上時(shí)，可不加粘結(jié)劑，將粉末混勻后直接壓制成型。否則要加入粘結(jié)劑（煤瀝青、煤焦油或樹(shù)脂等）。黑色電刷選用石油焦、瀝青焦、炭黑、木炭以及天然石墨粉等，加入部分粘結(jié)劑（如煤瀝青、煤焦油和人造樹(shù)脂等）制造的。采用樹(shù)脂粘結(jié)劑經(jīng)固化制造的電刷為高電阻電刷，而焙燒后的產(chǎn)品稱(chēng)炭刷和石墨刷（以天然石墨為主要原料）經(jīng)石墨化后的產(chǎn)品稱(chēng)電化石墨刷

　　制造電刷所使用的原料分三類(lèi)，一是金屬粉末；二是炭和石墨粉末；三是粘結(jié)劑。由于電機(jī)的使用工況條件不同，所以電刷的種類(lèi)繁多。不同牌號(hào)的電刷，其技術(shù)性能上有較大的差異。所以需要在配方和工藝中進(jìn)行調(diào)整。配方組成包括：！）選用不同的原料和所占比例；”）干粉的粒度組成；#）粘結(jié)劑的種類(lèi)、性質(zhì)和所占比例。制造電刷所使用的原料較多，它們具有不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能，將這些不同性質(zhì)的原料按一定比例配合混勻，則得到與單一原始原料性能完全不同的綜合效果。干粉粒度組成，影響它的堆積密度，由于顆粒間的相互搭接的差異，產(chǎn)生不同程度的孔隙（氣孔）。顆粒越細(xì)，表面積也越大，需粘結(jié)劑多。顆粒的長(zhǎng)寬比不同，成型后電刷具有各向異性。煤瀝青、煤焦油粘結(jié)劑的組成十分復(fù)雜，它的生產(chǎn)方法、技術(shù)指標(biāo)以及加入量的多少，均直接影響產(chǎn)品的最終性能。到目前為止，還不能根據(jù)電刷性能要求，采用理論計(jì)算的方法，設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方。一般是根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定。當(dāng)生產(chǎn)工藝和原料質(zhì)量改變時(shí)，原來(lái)的配方便不一定適用，此時(shí)應(yīng)修改工藝與配方，才能達(dá)到原定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。對(duì)于使用信譽(yù)較高的產(chǎn)品，應(yīng)盡量維持配方和工藝的穩(wěn)定。