電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在電機(jī)向高能效發(fā)展的當(dāng)下，有刷電機(jī)正在向無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)變。無(wú)刷和有刷的區(qū)別就在于無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷和換向器。電刷，是有刷電機(jī)極具特點(diǎn)也常常受詬病的裝置。

電機(jī)電刷在電機(jī)或發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間，用于電機(jī)的換向器或滑環(huán)上作為導(dǎo)出導(dǎo)入電流的滑動(dòng)接觸體，是有刷電機(jī)的核心部件。

電機(jī)電刷種類(lèi)與優(yōu)缺點(diǎn)

在漫長(zhǎng)的有刷電機(jī)發(fā)展歷程中，電刷經(jīng)歷了長(zhǎng)久的更迭，在長(zhǎng)期的市場(chǎng)驗(yàn)證和技術(shù)驗(yàn)證下，現(xiàn)在絕大多數(shù)有刷電機(jī)里使用的都是碳刷，以石墨類(lèi)制品為主要材料，其中混入不同配比的金屬粉料提高性能。

早期的有刷電機(jī)，會(huì)采用由銅線(xiàn)制成的電刷，這種電刷硬度高，長(zhǎng)期使用會(huì)在電刷和換向器上產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，久而久之會(huì)讓電機(jī)的效率降低，甚至產(chǎn)生火花等其他隱患。而且這個(gè)損耗過(guò)程很快，維護(hù)起來(lái)成本也不低，純金屬電刷因此被淘汰。

碳刷雖然也會(huì)磨損，但是磨損只發(fā)生在電刷上，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)磨損程度更低，更不會(huì)損壞換向器。而且現(xiàn)在的電機(jī)設(shè)計(jì)通常會(huì)使用固定位置的刷架插槽和適合插槽的組合刷彈簧電纜組件，磨損的刷子可以很方便地更換。

目前碳刷主要有天然石墨碳刷、電化學(xué)石墨碳刷以及金屬石墨碳刷這幾類(lèi)。天然石墨電刷硬度偏低，但潤(rùn)滑性較好，集流性能優(yōu)秀。多數(shù)用于運(yùn)行平穩(wěn)速度適中的中小型直流電機(jī)，有些可以用于高速汽輪發(fā)電機(jī)集電環(huán)，以S3、S6系列居多。

電化學(xué)石墨電刷性能和天然石墨電刷更接近，相對(duì)來(lái)說(shuō)硬度比天然石墨電刷更高一些，同時(shí)具有優(yōu)異的換向性和自潤(rùn)滑性能。普遍電刷電阻系數(shù)和電刷壓降較大，在使用中磨損表現(xiàn)很出色，對(duì)換向器的磨損非常小。

因其極為出色的換向性能，以D374、D479為代表的電化學(xué)石墨電刷在換向困難的高速直流電機(jī)上有著大量應(yīng)用。

金屬石墨碳刷，有別于上面兩種電刷，它的金屬特性更突出，所以在導(dǎo)電性上性能更好，雖然兼顧了一部分石墨的摩擦特性，但是在耐磨性能上不及上面兩種石墨電刷，當(dāng)然，選擇用金屬石墨碳刷自然是為了其導(dǎo)電特性。

金屬石墨碳刷在含銅量上的差異，決定了其電阻系數(shù)和允許的電流密度大小。高金屬含量的J102等金屬石墨碳刷電阻系數(shù)極小，允許通過(guò)的電流密度非常大，這意味著這類(lèi)電刷的過(guò)載能力很強(qiáng)。

總的來(lái)說(shuō)，金屬石墨碳刷適用于高負(fù)荷和換向要求不高的低電壓大電流電機(jī)。

有刷電機(jī)對(duì)電刷的考量

相對(duì)于無(wú)刷電機(jī)，有刷電機(jī)制造工藝相對(duì)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制起來(lái)相對(duì)更容易實(shí)現(xiàn)，尤其是它成本也更低，不少場(chǎng)景里還是會(huì)選擇有刷電機(jī)來(lái)做。另一個(gè)很重要的原因是，有刷電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)具有較大的啟動(dòng)力矩，可以快速啟動(dòng)和達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，很契合要在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大的力矩的應(yīng)用場(chǎng)景。

那對(duì)于這部分場(chǎng)景，電刷上的選擇對(duì)電機(jī)非常重要?，F(xiàn)在電機(jī)首先就要求電刷的噪音小，而且不能出現(xiàn)火花這種隱患。尤其是某些溫度較高的場(chǎng)景，換向表面接觸電壓降過(guò)大容易產(chǎn)生火花。這種情況下要采用硬質(zhì)電刷或特制的磨料電刷降低隱患。

再者，是電機(jī)對(duì)磨損的要求，雖然磨損不可避免，但是要盡可能電刷用得更久一些，對(duì)換向器或集電環(huán)的磨損小。

此外雖然不可能讓有刷電機(jī)達(dá)到很高的能效，現(xiàn)在的應(yīng)用也需要電刷的電功率損耗和機(jī)械損耗盡可能的小，畢竟電機(jī)要向高能效發(fā)展。

小結(jié)

在電機(jī)向高能效發(fā)展的當(dāng)下，很多有刷電機(jī)的應(yīng)用正在加速向無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)變，如電扳手類(lèi)應(yīng)用已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，電鉆類(lèi)、高壓類(lèi)以及園林類(lèi)電機(jī)應(yīng)用也在加速轉(zhuǎn)換過(guò)程。在向無(wú)刷發(fā)展的現(xiàn)在，有刷電機(jī)在一些應(yīng)用還保留著它固有的一些優(yōu)勢(shì)，這些應(yīng)用上對(duì)電刷的選擇是至關(guān)重要的。