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    你知道碳刷是干什么的嗎?

    你會發現當你買了電動工具后,有的產品包裝盒里會送2個小配件,有人知道它是碳刷,有人既不知道叫什么也不知道怎么用。

    而現在不管是海報宣傳還是銷售介紹,都將電動工具是無刷電機作為一大賣點,你要是問有什么區別,很多人只知道區別就是有無碳刷,那么碳刷到底是什么,它有什么作用,有刷電機與無刷電機之間有什么區別嘞?


    碳刷人們也將它叫做電刷,主要在電氣設備上廣泛使用,是在一些電動機或者發電機的固定部分與旋轉部分做信號或能量的傳遞,外形為長方形,還有金屬線安裝在彈簧內,碳刷是一種滑動接觸件,所以容易磨損需要定期更換和清理磨損掉的積碳。


    碳刷的主要成分是碳,工作時通過彈簧施壓就像刷子一樣在旋轉件上工作,所以叫做碳刷,主要材料是石墨。

    先了解一下碳刷的主要材料石墨,石墨屬于自然元素,其主要成分是碳,顏色為黑色,不透明,具有半金屬光澤,硬度不高,用指甲都能摳動,石墨與鉆石的成分都是碳,但性質卻有很大的區別,這是由于碳原子的排列結構不同造成的。

    石墨雖然成分為碳,但它是一種耐高溫的材料,它的熔點到達3652℃,利用這種耐高溫的特性,可以將石墨加工成耐高溫的化學器具坩堝。

    石墨的導電性能非常好,超過很多金屬,是非金屬的上百倍,所以制造成電極,碳刷等導電零部件;石墨的內部結構決定了其有很好的潤滑性,我們常在生銹的門鎖里放入鉛筆灰或石墨,這樣開門就容易多了,這應該就是石墨起到的潤滑作用吧。

    不要以為石墨只能做鉛筆芯這些基礎的產品,現在從石墨中提煉出來的新材料石墨烯,你一定聽說過吧,它已經成為全世界最炙手可熱的新技術材料,現在的很多高科技產品都要用到它。

    碳刷一般在直流電器上使用,像我們家中使用的冰箱,洗衣機及空調等都沒有電刷,這是因為交流電機不需要恒磁場,所以就不需要換向器,也就無需碳刷。

    要了解碳刷的作用和意義,就要先了解有刷電機與無刷電機工作原理和區別。

    有刷電機

    所有電機都由定子和轉子組成,在直流電機中,為了讓轉子轉起來,需要不斷改變電流方向,否則轉子只能轉半圈,這就好像用腳蹬自行車踏板,單腳只能蹬半圈,所以直流電機就需要改變轉子中的電流,也就是把通電導體的方向在需要換向的時候換向。

    換向器的換向是,當在電磁場中放入一個通電導體切斷磁場,導體會被力推出靜止的磁場,這是因為磁場的磁力線被導體周圍的電磁場壓變形了,磁力線試圖反彈回直線的形狀,這就相當于會產生吸引力和排斥力,讓電機轉起來。

    換向器由兩個半圓段構成,連接處由絕緣材料隔開,兩段換向器轉動分別與碳刷連接,碳刷會重復連接到符合推動力的那段換向器,這樣重復電機就轉動起來了。

    無刷電機

    無刷直流電機是采用電子換向,沒有換向器和碳刷,而是使用的位置傳感器,主要由永磁體轉子,多極繞組定子和位置傳感器等組成,位置傳感器根據轉子的位置磁極,給向鄰的定子線圈通電,讓定子產生與轉子向吸的磁極,就能吸引轉子轉動,這樣重復就能推動電機轉動。

    有刷電機是采用機械換向,外部磁極不動內部線圈動,電機工作時,換向器和線圈一起旋轉,碳刷與磁鋼都不動,于是換向器和碳刷產生摩擦,完成電流方向切換。

    在有刷電機中,將各組線圈排成一個圓環形,相互之間又用絕緣材料隔開,形成一個圓柱形與電機軸連成一體,電源通過兩個碳刷,在彈簧的壓力下壓在線圈上,每組線圈轉動到碳刷下面就能給這組線圈通電。

    隨著電機轉動,給不同線圈或同一線圈不同兩級通電,使線圈產生磁場兩極與靠近永磁鐵定子的兩極有一個角度,通過同極相斥和異極相吸產生力量,推動電機轉動。

    有刷電機與無刷電機的區別除了碳刷外,有刷電機是利用齒輪來進行控制,這就會讓電機的返修率增加了;而無刷電機就不需要用齒輪,不會經常維修,使用壽命就會高一些,可靠性也比較高,不過無刷電機的控制系統成本也會相對有刷電機高;此外有刷電機的噪音比較大,而無刷電機聲音小得多,工作效率也會高一些。

    碳刷在直流電機中起到了非常重要的作用,碳刷在電機的運動部件之間傳導電流,這種傳導是一種滑動傳導,能夠將電流從固定端傳遞到發電機或電動機的旋轉部分,由幾個碳刷組成一個碳架,所以這種傳導方式也就造成了碳刷容易磨損,碳刷還有改變電流方向,也就是換向的作用。

    碳刷在交流電設備上也有使用,交流電機碳刷與直流電機碳刷形狀和材質是一樣的,交流電機中是繞線轉子而且需要變速的,才需要碳刷,如我們常用的手電鉆,拋光機也需要常換碳刷,它的作用也非常重要。

    由于無刷電機有著諸多的優點,特別是一些電動工具及電動自行車等,現在市場上用無刷電機的產品越來越多,都在討論碳刷的時代就要結束了,有刷電機也將被淘汰掉,對此觀點你怎么看?

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