关于电机电刷的的理解

一、电刷

电机电刷就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。它的作用主要是对金属磨擦的同时导电，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。

早期机械所使用的电刷一般由多股铜线制成。铜线硬度高，所做成的电刷会划伤光滑的换向器片并在其上开槽，因此，需要经常对换向器表面进行处理。而且随着铜刷磨损，刷子的灰尘和碎片可能会楔入换向器片之间，使它们短路并降低设备的效率。因此使用铜刷，是金属和金属摩擦，损耗大，且维护成本高。而碳刷，一般是纯碳加凝固剂制成，润滑性能和集流性能好，且碳刷和金属摩擦，有损耗的是碳刷，比铜刷磨损更均匀，而且软碳对换向器片的损坏要小得多，产生的火花也更少，在使用过程中，更换碳刷即可，金属不需要维护，维护成本低且方便。

因此，发展到现在，带有换向器的现代旋转电机几乎只使用碳刷，部分其中可能会混入铜粉以提高导电性。而金属铜刷在玩具或非常小的电机中还有使用，以及一些仅间歇性运行的电机上有使用，例如汽车启动电机。

电动机和发电机会遭受一种称为“电枢反应”的现象，其影响之一是随着负载的变化而改变通过绕组的电流反向发生的理想位置。早期的机器将刷子安装在带有手柄的环上。在运行过程中，需要调整电刷环的位置来调整换向，以尽量减少电刷产生的火花。这个过程被称为“摇动画笔”。

随着科技的发展，发明了“高电阻刷”， 即由铜粉和碳的混合物制成的刷子。可以自动化调整换向过程并****限度地减少电刷产生的火花。这种电刷虽然被描述为高电阻刷，但这种刷的电阻确切值取决于机器的尺寸和功能。此外，高电阻电刷的构造不像电刷，而是采用碳块的形式，带有曲面以匹配换向器的形状。

高电阻碳刷的大小，比它跨越的绝缘段要宽得多（并且在大型机器上通常可能跨越两个绝缘段）。因此当换向器段从电刷下方通过时，流向它的电流比纯铜电刷接触突然断开的情况更平稳。类似地，与电刷接触的部分具有类似的电流斜升。因此，尽管通过电刷的电流或多或少是恒定的，但通过两个换向器片的瞬时电流与与电刷接触的相对面积成正比。

铜与碳的比率可以为特定目的而改变。含铜量较高的电刷在极低电压和高电流下表现更好，而含碳量较高的电刷在高电压和低电流下表现更好。

弹簧通常与电刷一起使用，以保持与换向器的持续接触。随着电刷和换向器磨损，弹簧稳定地将电刷向下推向换向器。最终，电刷磨损得足够小和足够薄，不再可能稳定接触或不再牢固地固定在电刷架中，这时就需要更换电刷。

柔性电源线经常是直接连接到电刷上，但是因为流过支撑弹簧的电流会引起发热，这可能会导致金属回火和弹簧张力损失。

当换向电动机或发电机使用的功率超过单个电刷能够传导的功率时，多个电刷架的组件平行安装在非常大的换向器的表面上。这种平行支架将电流均匀地分布在所有电刷上，即使机器在全功率和负载下继续旋转，也允许移除坏电刷并更换新的电刷。

高功率、高电流换向设备现在并不常见，因为交流发电机的设计不太复杂，允许低电流、高电压旋转磁场线圈为高电流固定位置定子线圈供电。这允许在交流发电机设计中使用非常小的单个电刷。在这种情况下，旋转触点是连续环，称为滑环，不会发生切换。

使用碳刷的现代设备通常采用免维护设计，在设备的整个生命周期内无需调整，使用固定位置的刷架插槽和适合插槽的组合刷弹簧电缆组件。拉出磨损的刷子并插入新刷子。

二、电刷接触角

电刷接触角就是电刷与换向器的接触方式。不同的电刷类型以不同的方式与换向器接触。由于铜刷的硬度与换向片的硬度相同，因此转子不能靠着铜刷的端部向后旋转，而铜不会深入到换向片中并造成严重损坏。因此，带状/叠层铜刷仅与换向器进行切向接触，而铜网刷和线刷使用倾斜的接触角接触它们的边缘，穿过只能在一个方向旋转的换向器片断。

碳刷的柔软性允许它与换向器直接径向端接触而不会损坏扇片，允许轻松反转转子方向，而无需重新定向电刷架以在相反方向运行。尽管从未反转，但使用绕线转子、换向器和电刷的普通电器电机具有径向接触电刷。在反应式碳刷架的情况下，碳刷可能会与换向器反向倾斜，从而使换向器趋向于推压碳以实现牢固接触。

三、换向平面

换向平面面就是电刷接触换向器的接触点。为了向换向器或从换向器传导足够的电流，电刷接触区域不是一条细线，而是跨段的矩形贴片。通常，电刷的宽度足以跨越 2.5 个换向器段。这意味着两个相邻段在电刷接触两者时通过电刷电连接。