电刷直流电动机已经有150年的历史了。它有各种各样的配置，但两种类型，缠绕磁场和永磁体，仍然是最常见的今天。2009年，它在美国的应用中使用了超过2.75亿台电机。今天，汽车和电器应用引领了发展的道路。虽然新的电机技术，如无刷永磁同步电机(PMSM)和开关磁阻(SR)电机已经取代了古老的刷直流电机在许多办公室，医疗，工厂和国防应用，刷直流电机仍然是一个可行的电机技术。

绕线励磁直流电机
有刷直流电机主要有两种类型;绕组磁场和永磁直流电动机。

绕线励磁直流电动机采用与旋转电枢串联的绕线励磁线圈，可由直流或交流输入电压驱动。它有一个非常描述性的名字;通用汽车。在任何输入电源下，这些电机都可以在吸尘器中以10,000 rpm以上的转速运行。它们也可以用于电池驱动的电动工具。

永磁直流电动机是最近的发展(20世纪50年代)，在许多电动工具的应用中已经取代了通用电机。汽车辅助应用包括窗户升降，风挡雨刷和汽车座椅调整是PM刷直流电机在今天大量使用的例子。永磁电机在广泛的应用负载下具有线性的转矩、速度和电流性能曲线。

整流系统
刷直流电机的核心是换向过程。

机械开关系统，称为换向系统，需要通过电枢绕组切换电流极性，以允许电枢继续平稳旋转。这种机械接触系统将电刷直流电动机与所有其他类型的电动机分开。直流电机的换向系统由4个主要部分组成:

1.换向器(机械开关组件)

2.电刷组件(电刷、分流器和弹簧)

3.刷架(刷位系统及互连)

4.换向器的电影

墨盒式刷架总成是许多刷子和刷架总成类型的代表。

一个典型的刷直流电机的剖面图，就像这张来自dymagnetic Systems的图片，显示了转子和定子以及换向器(黄色)和电刷组件。

到目前为止，换向器表面的膜是换向系统中最脆弱的部分。它作为铜换向器与金属、碳、石墨或组合电刷之间的界面。这层膜是由铜和刷屑，铜氧化物，水分和周围空气中的其他化合物组成。换向器上的典型薄膜有许多必要的功能。它充当换向器的金属表面和电刷本身之间的部分屏障。当换向器旋转时，电机的牵引电流通过薄膜打出多个销孔。接触和断开接触的动作构成将动力从电刷组件传递到旋转换向器的滑动过程。换向器薄膜的厚度、一致性和颜色是这种非常重要的超薄膜功能的正确或不正确的标志。没有数学模型可以用来预测成功的换向器和电刷磨损运行。历史和经验是可行解决方案的指南。

该图显示了典型的转矩-速度曲线适用于各种普通的直流电动机。

画笔
电刷材料对直流电动机的寿命起着至关重要的作用。它必须具备以下属性:

•跟随换向器的不均匀度
•在不损坏电刷或换向器的情况下，吸收电流逆转过程中产生的电流脉冲
•当外部环境，如大电流过载，不同的操作条件和不寻常的环境条件发生时，返回稳定运行
•拥有适当的电气和机械尺寸和位置相对于换向中性区
•使用针对换向器表面的适当选择的弹簧来保持所需的刷压

电刷材料的选择过程是高度具体的应用，取决于所需的寿命和操作条件的应用。

碳的多种形式构成了所有直流电机电刷的大部分。石墨是碳的一种形式，因为它本身是一种干润滑剂，所以在大多数应用中都使用它。石墨的添加剂如铜和银有助于电刷携带更高的电流。这些刷子被指定为金属石墨。其他电刷组合物包括电石墨、树脂粘结石墨、碳石墨和碳。电石墨电刷是一种特殊的石墨结晶形式，是通过高温烘烤电刷而产生的。它们更柔软，不含杂质，在高压(100v以上)应用中工作良好。每种刷料都有其应用的“甜点”(见下表)。

刷磨损
这款刷子设计成可以磨损，但不会太快。电刷磨损可以追溯到引起机械磨损和电气磨损的条件。

机械磨损是在特定的基本速度下以英尺/秒为单位行走的总距离的函数。刷压应在3psi到10psi之间变化，取决于刷的等级。随着刷子的磨损，刷子的压力会随着时间的推移而下降，所以将开始的压力设置在可接受的压力范围的高端是一个好主意。幸运的是，在很大的PSI值范围内，磨损率模式是可以接受的。每个直流电机换向系统都有一个最大转速。在大多数情况下，机械磨损率接近线性。圆形同心换向器(在0.001 TIR或总指示器读数范围内)将消除因可能发生的大电弧而加速电刷磨损的情况。

电磨损是导致电刷过早失效的非线性条件。严重的电弧和火花发生，破坏换向器膜和烧伤换向器表面。过低的电刷压力，过高的电流密度(对于所选的电刷材料)，过快的电机转速(对于所选的电刷材料)，过干和过热的操作环境将导致电弧和火花和过度的电刷磨损。磨损率可增加4或5倍。

刷子等级选择过程
如何选择使用寿命最长的最佳刷级?您不能建模，因此必须使用您自己的知识和经验，所以您必须根据早期的应用程序解决方案来回顾以前成功的画笔选择。大多数经验丰富的电机设计都有一批成功的电刷等级。电刷供应商应用工程师也可以在选择过程中帮助您。电刷供应商不断细化各种等级的电刷，更有效地控制制造过程，更完整地收集电刷的运行情况。

为什么使用电刷直流电动机?
如果电刷的选择过程如此复杂和主观，为什么不换一种不同类型的电机呢?电刷直流电动机是一种成本较低的选择，具有线性转矩/速度性能。它开发了更高的峰值扭矩，并由最简单的变速控制器驱动。虽然它可能不适合心脏不好的人，但它可以用于大范围的高容量应用程序。

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