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如何延长碳刷直流电机的寿命?
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  发布时间:2018/12/22   阅读:989次

  长期以来,永磁直流电机、无刷微电机、单相串激电机和小型三相交流发电机的国产电刷工作寿命较短,一直是困扰产品整体质量的老问题。以电动工具为例,常常用不了几十小时,电刷已经磨穿了。电刷寿命短,还会造成一些严重的后果。比如,磨损下来的碳粉大量堆积在电机内部,导致绝缘击穿而烧毁电机。
  为此,国内外的电机生产厂商在保证零部件制造与装配质量的同时,越来越注重选购优质电刷与之配套。
  一般认为,要想延长电刷寿命,就应当提高其耐磨性。而电刷以石墨为主要成份,质地十分松软,极易磨损。常规的做法是,用导电性能良好的金属粉末作为充填物,掺入电刷中,以增加电刷的硬度并相应提高其耐磨性。
  我们知道,无论是直流电机、单相串激电机,还是小型三相交流发电机,为了降低功耗,它们的换向器(滑环)几乎都是由纯铜或铜银合金制作。铜与铜银合金的材质较软,如果配置掺入大量金属颗粒的电刷,那么,电刷就会起到一种细粒砂轮的作用,在电机旋转过程中不停地对换向器(滑环)进行磨削。电刷内的金属颗粒含量越高,电刷的质地就越硬,当然耐磨性也越好,同时,对换向器(滑环)的磨削作用也就越显著。在这种情况下,电刷尚未消耗完,换向器(滑环)已被磨穿了,整台电机也就随之报废。
  还有人在提高换向器(滑环)表面硬度和耐磨性方面做了不少工作。比如,采用高硬度合金材料替代纯铜或银铜合金。然而在常温下没有一种合金材料的电导率能与纯铜相比,包括银铜合金也是如此。几乎所有的金属,随着其合金元素含量的增加,导电性能将会急剧变坏。换向器(滑环)无疑成了一个电热器,这对整机是极其有害的。
  另一种方法,对换向器(滑环)进行表面硬化处理,如冷作硬化或在换向器(滑环)表面电镀一层高硬度薄膜,但效果也不理想。首先,冷作硬化的作用十分有限。在高速运转摩擦条件下,换向器(滑环)表面的温度会迅速上升并稳定在较高的水平上,这就使得冷作硬化所产生的晶粒畸变与晶格歪扭现象,很快会由于再结晶而受到消除,从而导致表面硬度回复到原始状态。表面电镀的镀层必然是导体。如前所述,正因为该镀层坚硬,它的电导率肯定远逊于换向器(滑环)本体金属。由于存在着显著的电位差异,本体金属与这层镀膜形成了一个原电池组。在较高的界面温度下,电刷内的碳元素与大气中的微量水分生成碳酸气,加上悬浮在大气中的硫、磷等化合物,就成为极佳的电解质,在短时间内可使这层硬膜失效并且剥落。
  在长期的研究与实践中,我们认识到,要想有效地延长电刷寿命,必须抛弃常规做法,创出一条新的路子。
  在一般情况下,材料的耐磨性确实与其表面硬度有关,然而也取决于材料本身的摩擦系数。不同的材料,它们的摩擦系数也不同。如果这些材料的形状、表面粗糙度、摩擦速度及正压力全都一样,由于摩擦系数的差异,它们的摩擦力及材料磨损情况也会表现出明显的不同。毫无疑问,摩擦系数越小,摩擦力及材料磨损也越小。
  我们把换向器(滑环)与电刷看成是一对摩擦副,首先应该确保换向器(滑环)不受或少受磨损。在此前题下,要求电刷有较高的电导率。从现有技术与经济水平看,能做到这点,非石墨型电刷莫属。但石墨电刷的****缺点是,材质过于松软,摩擦系数也嫌大。无论是烧结型电刷还是压铸型电刷,都存在这类问题。

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