電刷

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:

1.石墨電刷。

2.電化石墨電刷。

3.樹脂粘合石墨電刷。

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。

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)。

(2)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)。

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。

(2)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。

(4)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。

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。

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。一類是有色電刷，即金屬石墨電刷。一類是黑色電刷。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、煤焦油和人造樹脂等)制造的。采用樹脂粘結(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)品稱電化石墨刷

制造電刷所使用的原料分三類，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、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。

1 據(jù)我所知，如銀石墨、銅石墨、電化石墨等;也有直接用金屬片作電刷的，比如說(shuō)手機(jī)震動(dòng)電機(jī)中的圓柱震動(dòng)馬達(dá)的刷片大多用金屬材料，好像是鈹鎘銅(不一定記得準(zhǔn)確了哈)!

2 電刷型號(hào)、技術(shù)性能、及試驗(yàn)條件符合JB4003-85標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 型號(hào)電阻率μΩm洛氏硬度體積密度 短路換向器試驗(yàn)推薦工作條件基本值載荷Vg/cm3一般電刷的接觸電壓降

樹脂粘合石墨類

電化石墨類

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，利用電子器件換向的無(wú)刷直流機(jī)也開始廣為出現(xiàn)，并發(fā)展成熟。其它的電機(jī)，(異步電機(jī)和同步電機(jī))均為交流電機(jī)，沒(méi)有電刷結(jié)構(gòu)。

電刷的形狀各異，在電機(jī)上使用的多為長(zhǎng)方形，安置在電刷架上。電刷和換向器或滑環(huán)之間有一定的壓力，大型的電刷結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，小型電刷就比較簡(jiǎn)單。

電刷的電流導(dǎo)出也不一樣，大型電刷上有導(dǎo)線，小型的經(jīng)常由彈性導(dǎo)電片引出。

起重天車的和地鐵，城鐵用的集電靴，也可以歸于電刷，但是材料和結(jié)構(gòu)和石墨電刷就很不一樣。

1.為保障電機(jī)的正常運(yùn)行，正確選擇電刷型號(hào)是十分重要的，由于制造電刷時(shí)所選用的原材料和工藝不同，其技術(shù)性能也有差異。因此在選擇電刷時(shí)，應(yīng)該綜合考慮電刷的性能和電機(jī)對(duì)電刷的要求。電刷使用性能良好標(biāo)志應(yīng)該為:

a 在換向器或集電環(huán)表面能較快形成一層均勻、適度和穩(wěn)定的氧化薄膜。

b 電刷的使用壽命長(zhǎng)，并不磨損換向器或集電環(huán)

c 電刷具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的范圍內(nèi)，并且能量損耗小。

d 電刷運(yùn)行時(shí)，不過(guò)熱，噪音小，裝配可靠，不破損。

2.電刷裝入刷握內(nèi)要保證能夠上下自由移動(dòng)，電刷與刷握內(nèi)壁的間隙在0.1-0.3毫米之間，以避免電刷和刷握之中因間隙過(guò)大產(chǎn)生擺動(dòng)。刷握下邊緣距整流子表面的距離應(yīng)該保持在2毫米左右。如距離過(guò)小，刷握容易觸傷換向器，距離過(guò)大，電刷易顫動(dòng)而導(dǎo)致破損。

3.在同一臺(tái)電機(jī)上，原則上應(yīng)該使用同一種型號(hào)的電刷，但對(duì)于個(gè)別換向特別困難的大中型電機(jī)，可采用雙子電刷，其滑入邊采用潤(rùn)滑性能好，滑出邊采用抑止火花能力強(qiáng)的電刷，從而使電刷的運(yùn)行得到改善。

4.電刷磨損到一定程度要更換新的電刷，電刷最好一次全部更換，如果新舊混用，可能會(huì)出現(xiàn)電流分布不均勻的現(xiàn)象。對(duì)于大型機(jī)組，停機(jī)更換電刷，勢(shì)必影響生產(chǎn)，可以選擇不停機(jī)，我們通常建議客戶的做法是每次更換20%的電刷(即每臺(tái)電機(jī)的每個(gè)刷桿的20%)，每次間隔時(shí)間為1-2周，待磨合再逐步更換其余電刷，以保證機(jī)組的正常連續(xù)運(yùn)行。

5. 為了使電刷與換向器接觸良好，新電刷應(yīng)該進(jìn)行磨弧度，磨弧度一般在電機(jī)上進(jìn)行。在電刷與換向器之間放置一件細(xì)玻璃砂紙，在正常的彈簧壓力下，沿電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向研磨電刷，砂紙應(yīng)該盡量粘緊換向器，直至電刷弧面吻合，然后取下砂紙，用壓縮空氣吹凈粉塵，再用軟布擦拭干凈。研磨電刷不宜采用金剛砂紙，以防金剛砂顆粒嵌入換向器槽內(nèi)，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，擦傷電刷和換向器表面。磨弧后，電機(jī)先20-30%以負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)，使電刷和換向器磨合，并建立均勻的氧化薄膜。再逐步提高電流至額定負(fù)荷。

6. 施于同一臺(tái)電機(jī)各電刷的單位壓力應(yīng)力求均勻，以免電流分配不均，導(dǎo)致個(gè)別電刷產(chǎn)生過(guò)熱和火花。電刷的單位壓力應(yīng)按"電刷技術(shù)性能表"來(lái)選擇，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)或在振動(dòng)條件下工作的電機(jī)，應(yīng)適當(dāng)提高單位壓力，一保證正常工作。打個(gè)比方:牽引機(jī)電機(jī)的電刷單位壓力為0.4-0.6kgf/cm2。

通常電刷單位壓力過(guò)高，是電刷的磨損加劇，單位壓力過(guò)小，接觸不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)機(jī)械火花。

導(dǎo)致原因 處理方法

a 附加極調(diào)整不良----------用分流或調(diào)整附加極氣隙，或改換電刷型號(hào)。

b 云母突出-------------下刻云母或使用磨蝕性較大的電刷

c 換向器升高片連接處斷開------ 重新焊接

d 電刷位置不正確---------- 調(diào)整刷握至正確位置

e 刷握的間距或排列不勻------- 糾正刷握的間距和排列

f 換向器或集電環(huán)偏心---------最好在額定轉(zhuǎn)速下車削或重新研磨

g 換向器松動(dòng)，換向片有高低------ 緊固一下，車削或重新研磨

h 換向片有油污------------ 清掃換向片和密封軸承

i 電刷粘附或滯留在刷握里--------檢查電刷尺寸是否正確，清掃電刷和刷握除去任何毛刺

j 電刷磨合不佳-------------磨合電刷

k 電刷型號(hào)不適合電機(jī)

原因 處理方法

a 換向片或云母突出-----------緊固換向器，下刻云母

b 刷握離開換向器或離集電環(huán)太遠(yuǎn)-----調(diào)整刷握至換向器的距離為2毫米

c 換向器或集電環(huán)橢圓----------車削或重新研磨換向器或集電環(huán)

d 刷握安裝松動(dòng)-------------安裝緊固片

e 電刷在刷握內(nèi)太松-----------如果刷握磨耗，需更換新的

f 電刷型號(hào)不合適

關(guān)于電刷磨損不均勻的問(wèn)題

故障 處理方法

a. 電機(jī)過(guò)載--------------- 降低和限制電機(jī)負(fù)荷

b. 換向器或集電環(huán)上有油污--------清掃換向器或集電環(huán)

c. 電刷和刷桿間的電阻不均等-------清掃和緊固連接處

e. 電刷接觸面有磨蝕粒子---------重新磨合和清掃電刷表面

f. 電流分配不均勻------------調(diào)整電刷壓力

g. 電刷型號(hào)混用-------------只可安裝一種型號(hào)的電刷

電刷因素

碳刷即電刷。運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組的碳刷如果維護(hù)和使用不當(dāng)將造成事故降負(fù)荷，甚至停機(jī)。

導(dǎo)致碳刷故障的因素

電磁因素:無(wú)功或勵(lì)磁電流調(diào)整時(shí)，碳刷的火花有明顯變化。在勵(lì)磁機(jī)換向時(shí)，碳刷與換向片接觸不良，接觸電阻過(guò)大;整流子或滑環(huán)的氧化膜薄厚不均勻，引起碳刷電流分布不平衡;或者負(fù)載突然變化，以及突發(fā)的短路導(dǎo)致?lián)Q向片間的電壓分布異常;機(jī)組過(guò)載和不平衡;碳刷選型不合理，碳刷間距不等;碳刷質(zhì)量問(wèn)題等等。

機(jī)械因素:換向器中心不正，轉(zhuǎn)子不平衡;機(jī)組振動(dòng)大;換向片間絕緣凸出或換向片凸出;碳刷接觸面研磨不光滑，或換向器表面粗糙而造成接觸不良;換向器表面不清潔;各個(gè)換向極下氣隙不等;碳刷上彈簧壓力不均勻或大小不適宜;碳刷在刷握里太松而發(fā)生跳動(dòng)，或太緊了碳刷在刷握里卡住了等。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低或震動(dòng)改善，火花將減少。

化學(xué)因素:機(jī)組運(yùn)行在有腐蝕性的氣體中，或機(jī)組運(yùn)行空間缺乏氧氣，換向器與碳刷接觸的表面上一層自然形成銅氧化物薄膜遭到破壞，本已形成的、近似線性電阻的換向不復(fù)存在，在接觸面重新形成氧化膜的過(guò)程中換向器火花加劇。換向器(或滑環(huán))被酸性氣體或油脂腐蝕。