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你會發(fā)現(xiàn)當你買了電動工具后，有的產(chǎn)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(xiàn)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(qū)別，很多人只知道區(qū)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(qū)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(fā)電機的固定部分與旋轉(zhuǎn)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(nèi)，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(zhuǎn)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(zhì)卻有很大的區(qū)別，這是由于碳原子的排列結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(chǎn)品，現(xiàn)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(jīng)成為全世界最炙手可熱的新技術材料，現(xiàn)在的很多高科技產(chǎn)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(diào)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(qū)別。所有電機都由定子和轉(zhuǎn)子組成，在直流電機中，為了讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，需要不斷改變電流方向，否則轉(zhuǎn)子只能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)生吸引力和排斥力，讓電機轉(zhuǎn)起來。換向器由兩個半圓段構(gòu)成，連接處由絕緣材料隔開，兩段換向器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子，多極繞組定子和位置傳感器等組成，位置傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置磁極，給向鄰的定子線圈通電，讓定子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子向吸的磁極，就能吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這樣重復就能推動電機轉(zhuǎn)動。有刷電機是采用機械換向，外部磁極不動內(nèi)部線圈動，電機工作時，換向器和線圈一起旋轉(zhuǎn)，碳刷與磁鋼都不動，于是換向器和碳刷產(chǎn)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(huán)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(zhuǎn)動到碳刷下面就能給這組線圈通電。
隨著電機轉(zhuǎn)動，給不同線圈或同一線圈不同兩級通電，使線圈產(chǎn)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(chǎn)生力量，推動電機轉(zhuǎn)動。
有刷電機與無刷電機的區(qū)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(jīng)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(tǒng)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?qū)㈦娏鲝墓潭ǘ藗鬟f到發(fā)電機或電動機的旋轉(zhuǎn)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(zhì)是一樣的，交流電機中是繞線轉(zhuǎn)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(yōu)點，特別是一些電動工具及電動自行車等，現(xiàn)在市場上用無刷電機的產(chǎn)品越來越多，都在討論碳刷的時代就要結(jié)束了，有刷電機也將被淘汰掉，對此觀點你怎么看？
文中Gif截取自Youtube《Engineer_It_Understanding_basic_sensored_BLDC_motor_operation》《Why_Only_Carbon_Brush_is_Used_in_Motors,_Why_not_metal》《電動機換向器工作原理_騰訊視頻》《Porter_Cable_Router_Repai_Replacing_the_Carbon_Brushes_(Porter_Cable_Part_》
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