刷握和碳刷架在電動(dòng)工具產(chǎn)品中的應(yīng)用特性

姜肖軍，陸金永

（ 浙江精力工具有限公司，浙江 武義 321200；永康市金帝工貿(mào)有限公司，浙江 永康 321300 ）

0 引言

刷握或碳刷架是電動(dòng)工具(僅指有刷電機(jī)，下文提及的電動(dòng)工具均為有刷電機(jī))上必不可少的零部件，其加工精度和剛性強(qiáng)度直接影響碳刷和電機(jī)的使用壽命。相關(guān)的內(nèi)部尺寸及技術(shù)要求必須符合JB/T 5779-2007《電機(jī)用刷握尺寸》條款規(guī)定。

1 刷握應(yīng)用

1.1 管式刷握

管式結(jié)構(gòu)刷握其外部呈圓管狀，由塑料或電木粉壓制，內(nèi)襯金屬導(dǎo)管，一般采用銅管。作為嵌入件，壓制時(shí)即固定在內(nèi)，擰開塑料或電木粉內(nèi)壁的刷握蓋，即可更換碳刷。管式刷握刷握應(yīng)用較為普遍，除小規(guī)格手電鉆、沖擊電鉆及小電摩等體積小、功率小的電動(dòng)工具產(chǎn)品之外，早期的電動(dòng)工具基本采用管式刷握定位碳刷，并一致認(rèn)為刷握結(jié)構(gòu)合理、剛性好、控制火花效果好，對(duì)電動(dòng)工具整機(jī)外形影響不大。見圖1。

1.2 內(nèi)裝式刷握

內(nèi)裝式刷握又稱刷盒，其結(jié)構(gòu)與管式刷握相似，但外部結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)方形。內(nèi)裝式刷握頂部可封閉也可開啟，內(nèi)襯的金屬導(dǎo)管采用銅板沖制。外部往往有凸起，部分產(chǎn)品頂部及側(cè)面有凸圓，便于嵌入機(jī)殼內(nèi)的凹槽及圓孔中進(jìn)行定位。與管式結(jié)構(gòu)刷握相反，內(nèi)裝式刷握適用于小規(guī)格手電鉆、沖擊電鉆及小電摩等體積小、功率小的電動(dòng)工具產(chǎn)品。更換碳刷時(shí)，必須拆下手柄、手柄蓋甚至機(jī)殼后取出刷盒，較為繁瑣。見圖2。

2 碳刷架應(yīng)用

碳刷架即盤簧式結(jié)構(gòu)刷握，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，見圖3。兩只碳刷的固定框(圖3a)即相連的盤簧（圖3b）被固定在環(huán)氧樹脂板(圖3b)上，環(huán)氧樹脂板固定于機(jī)殼。

早期的碳刷架結(jié)構(gòu)較難保證兩碳刷中心線一致，也無(wú)法保證電機(jī)中心線重合，因此了造成火花異常不均衡，碳刷磨損程度產(chǎn)生較大差異等現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)碳刷架結(jié)構(gòu)以及對(duì)碳刷架固定方式的改進(jìn)，逐步使之適用于現(xiàn)代電動(dòng)工具設(shè)計(jì)理念，目前在電動(dòng)工具上使用碳刷架的機(jī)型越快越多，尤其是在將使用碳刷架視為禁區(qū)的電錘、電鎬等產(chǎn)品上獲得了合理應(yīng)用，取得較好效果。

一種改進(jìn)型碳刷架，見圖4。銅件固定于塑料板或環(huán)氧板，安裝時(shí)塑料板或環(huán)氧板連同銅件一起裝入機(jī)殼。雖然制作成本較高，但是由于塑料板或環(huán)氧板要嵌入機(jī)殼內(nèi)并實(shí)現(xiàn)緊配，加入定位螺釘可有效固定在機(jī)殼上，基本保證了與碳刷架中心線一致，且與電機(jī)中心線也基本重合。

3 特性分析

3.1 刷握

優(yōu)點(diǎn):

1）裝配相對(duì)簡(jiǎn)單。只需一個(gè)簡(jiǎn)單夾具就能裝配到機(jī)殼中，能夠保證兩只刷握的中心在同一條線上并與電機(jī)的中心線一致；

2）剛性好，不易變形。雖然要求與機(jī)殼緊配且不能松脫，也不會(huì)導(dǎo)致刷握內(nèi)孔變形將碳刷卡死；

3）更換碳刷簡(jiǎn)便快捷。由于刷握是外露式，只要旋出刷握蓋取出舊碳刷，替換新碳刷后重新擰緊刷握蓋即可，另外在做耐久測(cè)試時(shí)還允許更換一副碳刷；

4）保證電機(jī)火花。電機(jī)火花不因振動(dòng)而產(chǎn)生變化，相對(duì)比較穩(wěn)定。

缺點(diǎn):

1）制作成本高。由于刷握用銅量較多，加工工序也較多，價(jià)格相對(duì)較貴；

2）內(nèi)置式刷握更換碳刷繁瑣。做測(cè)試時(shí)僅能使用一副碳刷；

3）碳刷體有效長(zhǎng)度短。受結(jié)構(gòu)限制，刷握內(nèi)有效長(zhǎng)度除碳刷體外，必須預(yù)留碳刷彈簧壓縮長(zhǎng)度，導(dǎo)致碳刷體有效長(zhǎng)度較短，碳刷壽命較短；

4）由于碳刷頂在換向器上依賴于碳刷壓縮彈簧，隨著碳刷的不斷磨損，壓縮彈簧逐漸伸長(zhǎng)，壓力也隨之減小，火花逐漸加大，發(fā)熱現(xiàn)象產(chǎn)生或可導(dǎo)致碳刷彈簧褪火，失去對(duì)碳刷體的壓力，加劇火花或不通電；

5）碳刷易損傷換向器。碳刷磨損將近與換向器接觸時(shí)，火花加大，特別是當(dāng)刷握為碳刷自停設(shè)計(jì)的功能失效時(shí)，碳刷彈簧直接與換向器接觸，對(duì)換向器造成的損傷更大。替換為第二副碳刷后其使用壽命急劇縮短；

6）刷握和刷握蓋必須通過沖擊測(cè)試及扭力測(cè)試，對(duì)材質(zhì)要求高，制造成本相應(yīng)上升。

3.2 碳刷架

優(yōu)點(diǎn)：

1）價(jià)格低廉。碳刷架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用銅量較少，采用沖壓制作工藝，制作成本相對(duì)較低；

2）適用于碳刷體較長(zhǎng)的碳刷。碳刷架使用的碳刷沒有碳刷彈簧，滿足一副碳刷更長(zhǎng)壽命的要求，負(fù)載下使用時(shí)間可達(dá)150 h ～200 h;

3）作用于碳刷上體的壓力基本穩(wěn)定。換向器上的火花基本不變;

4）碳刷散熱效果好。如碳刷架剛性好且定位可靠，相對(duì)于刷握，換向器火花更好;

5）碳刷架內(nèi)置于機(jī)殼或被后罩及其他塑料件遮蓋，整機(jī)外觀簡(jiǎn)潔、美觀協(xié)調(diào)。

缺點(diǎn)：

1）裝配繁瑣。老式碳刷架必須固定在機(jī)殼上，搭配擰緊3 ～4 枚螺釘，新式碳刷架裝配時(shí)必須對(duì)準(zhǔn)機(jī)殼相應(yīng)位置壓入并擰緊螺釘，同時(shí)須另裝配盤簧；

2）碳刷架剛性較差易變形。碳刷卡死以及火花增大、不通電；

3）替換碳刷繁瑣。完全內(nèi)置式碳刷架更換碳刷時(shí)須拆下后罩；

4）在電錘、電鎬等強(qiáng)振工具上使用對(duì)固定和剛性要求更高；

5）耐久測(cè)試時(shí)內(nèi)置式碳刷架不可更換碳刷。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)刷握及碳刷架的選用應(yīng)針對(duì)制造企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)有針對(duì)性選擇。由于傳統(tǒng)刷握生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較成熟，結(jié)構(gòu)上只要刷握蓋具備足夠厚度，裝配完成后刷握不高于機(jī)殼表面、刷握蓋不高于刷握表面及定子引線與刷握的連接一般都能滿足安規(guī)要求。選用碳刷架時(shí)，機(jī)殼、刷握蓋板以及后罩設(shè)計(jì)應(yīng)在碳刷架、碳刷裝配完成后兩者帶電體在最不利的位置上保持8 mm 以上的安全距離。此外，必須在刷辮上接上插扣連接至碳刷架相應(yīng)位置。