直流电机的电刷和电刷架：用途、材料、类型和装置

在电动机和发电机中，通常需要在设备的固定部件和旋转部件之间建立电气连接。

在电机的定子（即静止）主绕组的情况下，很容易从它布置分支以连接外部固定电气系统，但在转子（即旋转）主绕组的情况下，它变成必须安排滑动电触点，否则转子绕组不可用。

电气滑动触点可以以两种方式实现：作为环形滑动触点或作为集电器滑动触点。在这两种情况下，电机的运行都需要特殊的设备——电刷。

在第一台电机中，电刷是一个由铜板或细线组装而成的组件，它们的名字也由此而来。

现代机器的电刷是由煤粉、石墨粉或铜粉压制而成的立方体，因此名不副实，但仍保留了下来。

铜、铁和青铜电刷在 19 世纪末的第一台直流电机中表现出色，但在摩擦方面并不是很好的材料。它们很快就会磨损，在新的机器设计中它们被煤和石墨所取代。

现在用于直流电机几乎完全使用 碳刷与石墨混合物，轴承，根据石墨的百分比和刷子的制造方式，碳石墨，石墨或电图的名称。仅适用于高达 30 V 的低压机器，使用金属碳刷，在接触（过渡）层中提供较低的电压降在收集器上.

碳刷由纯石墨、蒸煮炭和炭黑按不同比例制成。煤是一种自润滑材料，不会损坏它所摩擦的表面，也不会很快磨损。

石墨刷 由纯天然石墨制成。石墨被粉碎成细粉，然后在非常高的压力下被压成所需尺寸的棒。煤和石墨是极好的电导体。

静电石墨刷 它们本质上是碳刷，但暴露在电炉中的高温下并因此转化为石墨。这些刷子具有非常好的研磨性能。

碳刷由煤和铜粉碎成细粉制成，有时还添加另一种粉碎金属（最常见的是锡）。

这些电刷的生产方式使得电刷在机器工作电流通过的轴向方向上具有最佳导电性，而在横向方向上具有较差的导电性（高电阻），其中所包含部分的附加电流在换向期间关闭。

电机刷是标准化的。它们的特征在于硬度、触点中的瞬态电压降和允许的电流密度。

这种已有一百多年历史的能量传输技术，至今仍在广泛使用。许多电动机中仍然可以找到碳刷。从玩具、厨房电器、电动窗、剃须刀、洗衣机、吹风机、吸尘器或电动工具（电钻、角磨机、刳刨机、圆锯等）中的小型电机开始，

电刷还用于电力机车、潜艇和电站发电机以及风力涡轮机中的大型直流电机。相应地，碳刷的几何和电气特性也不同。

收集器上电刷组件的区域数（形成收集器的圆柱面）通常等于机器的极数。每个区域的电刷数量取决于给定类型电刷允许的电流值和电刷下的电流密度，但每个区域少于两个电刷只能在非常小的机器中找到，因为每个区域只有一个电刷区很难保证电刷接触的可靠性。

留在同一区域的刷子称为区域刷子集，给定机器的所有区域集的集合称为完整刷子集。

电刷与集电体接触一侧的端面通常镀铜，有时镀锡。在电刷汲取小电流的情况下，电刷与电刷支架和压缩弹簧的接触面为电流消耗提供了足够令人满意的条件。

大电刷配有由铜片制成的盖子，紧紧地固定在盖子上，并附有电线，电线由适当截面的软电缆制成，带有用于在螺钉下固定到刷架或用于排水的部件的尖端刷电流。绳刷帽称为刷臂。

刷子相对于收集器固定在固定位置刷架，其设计非常多样化。

如果电机设计用于两个方向的旋转，则使用径向刷架，以确保电刷沿收集器半径的位置。在具有一个特定旋转方向的机器上，刷架通常与刷子的半径有一定的倾斜度。

中小功率直流电机用刷架

直流电机大刷架

单区刷架连接到圆形或方形刷指或刷夹… 来自不同刷子区域的刷子手指或夹子得到加强 刷子支架或刷子枕木从他们必须可靠地隔离。

反过来，枕木要么连接到轴承，要么连接到端盖，要么连接到轭架，或者最后独立连接到机器的底板（对于长收集器）。

电刷支架或电刷十字头必须满足的重要条件是绝对没有振动、检查和调整电刷的可及性、易于拆卸单个电刷架进行维修以及能够同时旋转整个电刷系统以精确安装在正确的换向位置，同时保持刷架和收集器的完全同心。

电刷、电刷架、指状物（或夹具）和横梁（或支架）构成所谓的直流电机集电器。它还包括相同极性的区域刷组之间的连接。

为了排出电流，同名（即同极性，正或负）的电刷指和线夹用相应截面的绝缘线相互电连接。

这样，就获得了两个完整的或部分的收集环，然后通过合适横截面的柔性电缆将其连接到机器的外部端子。后者固定在一个特殊的夹板上，或者固定在轭架上，或者固定在机器的主板上。接线板盖有保护盖，形成接线盒。

正确应用和选择刷子，再加上适当的维护，可以提高机器性能并减少停机成本。