碳石墨電刷

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B

1998年，經(jīng)全國科學技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

石墨電刷常用的有三種，即天然石墨電刷（簡稱石墨電刷）、電化石墨電刷和金屬石墨電刷。

國產(chǎn)常用的石墨電刷牌號和主要性能如圖1所示。

從圖1中可以看到，天然石墨電刷和電化石墨電刷電阻系數(shù)和電刷壓降較大，比較耐磨，允許使用的線速度較高（可達50～70米/秒）。金屬石墨電刷電阻系數(shù)和電刷壓降較小，耐磨性能較差，允許使用的線速度較低，約15～35米/秒。

這些電刷都有系列生產(chǎn)，其尺寸和公差都有標準。

標準尺寸按 t（厚）× a（寬）× r（高）順序書寫，如圖2所示。

電刷牌號的確定碰根據(jù)電機種類、容量、電壓、轉(zhuǎn)速和環(huán)境條件，以及圖1所示比的表格所列的各項性能進行選擇。

電刷的材料大多由石墨制成，為了增加導電性，還有用含銅石墨制成，石墨有良好的導電性，質(zhì)地軟而且耐磨。電刷不僅存在于直流電機，也在交流電機有采用。直流電機中是用來和換向器配合來實現(xiàn)機械換向的，即保證輸入到直流電動機或直流發(fā)電機輸出的電為直流電。交流電機中主要是電刷、滑環(huán)間傳遞電流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，利用電子器件換向的無刷直流機也開始廣為出現(xiàn)，并發(fā)展成熟。

石墨電刷是純用片狀天然石墨制成。無定型石墨雜質(zhì)太多，除黑鉛一種外，很少采用。品形石墨磨損性太高，不合制刷之用。

片狀石墨以錫蘭產(chǎn)的為最佳，比重為1.8.線膨脹系數(shù)不高。導熱及導電性能高于無定型碳，為制造電刷的優(yōu)良原料。

純粹石墨電刷的制造方法與碳-石墨電刷相同，是經(jīng)過高溫燒結(jié)而成，制成的電刷，有各級不同的密度，密度越高，體質(zhì)越硬，而額定電流密度也越高但是密度較低的石墨電刷在整流子運行時比較穩(wěn)定，接觸也緊密，不致跳動。

石墨電刷的一般特性為能夠忍受電流沖擊及機械性震動。質(zhì)地較軟而有韌性。壽命比較碳制電刷為長。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無聲，不致跳動。由于具有天然的潤滑性能，摩擦系數(shù)不高，用在轉(zhuǎn)速較高的電機上，優(yōu)于碳及碳-石墨電刷。惟對于整流子或滑環(huán)的磨損性，雖然比較碳-石墨電刷為優(yōu)，但是仍舊較差于電化石墨電刷，額定電流密度為11至13安/平方厘米。

黑鉛亦是制造電刷材料之一。在實際上，黑鉛是無定型石墨的一種，惟兩種材料的性能并不完全相同。英國產(chǎn)黑鉛頗豐。故被用作制刷材料。經(jīng)提煉后，甚為干燥，雜質(zhì)亦少。煤粉砂礫，清除凈盡。含有石墨在60%以上。在制作過程中不用高溫以保存其潤滑性能，導電及導熱性能頗高。制成電刷，用在高轉(zhuǎn)速電機上，由于潤滑性能優(yōu)異，無摩擦雜聲，又無火花。惟受熱后，膨脹性比較碳制電刷為大，故刷握與電刷間的空隙，應(yīng)留的稍微大些。額定電流密度約為7至8安/平方厘米。

石墨電刷裝置按電刷在換向器或集電環(huán)上的安裝方向分為：徑向式、后傾式和前傾式三種，如圖3中（a）、（b）、（c）所示。

徑向式電刷對單向和雙向旋轉(zhuǎn)的電機都適用。對要求能兩個方向旋轉(zhuǎn)的電機，則必須采用徑向安裝結(jié)構(gòu)。單方向旋轉(zhuǎn)的電機采用徑向電刷時，還可以采用上端面傾斜式。

電刷對刷盒前壁有一個適當?shù)目烤o分力，可以提高電刷工作的穩(wěn)定性。

對只允許一個方向旋轉(zhuǎn)的電機，如電源電機、電機擴大機及部分轉(zhuǎn)速較高的直流電動機等，常采用后傾式結(jié)構(gòu)， 如圖3中（b）所示。后傾角度

前傾式電刷在工作中被緊壓在刷盒側(cè)壁上，減振效果好，電刷工作穩(wěn)定性好，有利于減小火花。因壓力

在較大功率的同步發(fā)電機集電環(huán)上，前傾與后傾式電刷可成對使用，形成爪式刷握結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)在直流力矩電機中也被采用，只是其彈簧一般采用金屬片。這種結(jié)構(gòu)也適用于要求兩個方向旋轉(zhuǎn)的情況。

在常用的徑向式結(jié)構(gòu)中，彈簧加壓方式也有不同。如圖4所示，（a）為蝸線彈簧，（b）為螺旋彈簧，（c）為拉簧。這三種彈簧加壓方式都是使彈簧壓力直接作用在電刷上。（d）為杠桿壓板式，其結(jié)構(gòu)特點是彈簧壓力不直接壓到電刷上。

直接加壓的電刷裝置中，隨著電刷的磨損，彈簧壓力將隨之減小。而間接作用的電刷裝置中（如圖4中（d）所示），彈簧壓力在電刷上的分量可基本保持不變，因為彈簧拉力

式中

電刷磨損后，

如圖5所示為蝸線彈簧電刷裝置結(jié)構(gòu)。（a）為徑向式，（b）為后傾式。用兩個專用的螺栓，由專用工具定位，把刷盒固定在塑料壓制的電刷架上。蝸線彈簧可以用鈹青銅或彈簧鋼片制成。刷盒可用黃銅、也可用鋁合金精密鑄造。

盒式螺旋彈簧電刷裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示，（a）為徑向式，（b）為傾斜式。徑向式結(jié)構(gòu)也可用在端面換向器上，這時他成為軸向式。

這種電刷裝置結(jié)構(gòu)多用于小功率直流電機，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，它一般由銅刷盒1和擰在刷盒上的刷蓋8組成。彈簧2通過刷蓋8給電刷加壓，刷盒材料多為黃銅。端蓋與刷盒之間為塑壓的絕緣襯套7。電刷引線焊在銅刷盒一端。

拉簧式電刷裝置用于小機座號直流電機。特點是結(jié)構(gòu)比較簡單，便于安裝刷盒。刷盒可用黃銅或紫銅板沖壓而成，彈簧用不銹鋼絲或琴弦鋼絲卷制。