刷握和碳刷架在电动工具产品中的应用特性

姜肖军，陆金永

（ 浙江精力工具有限公司，浙江 武义 321200；永康市金帝工贸有限公司，浙江 永康 321300 ）

0 引言

刷握或碳刷架是电动工具(仅指有刷电机，下文提及的电动工具均为有刷电机)上必不可少的零部件，其加工精度和刚性强度直接影响碳刷和电机的使用寿命。相关的内部尺寸及技术要求必须符合JB/T 5779-2007《电机用刷握尺寸》条款规定。

1 刷握应用

1.1 管式刷握

管式结构刷握其外部呈圆管状，由塑料或电木粉压制，内衬金属导管，一般采用铜管。作为嵌入件，压制时即固定在内，拧开塑料或电木粉内壁的刷握盖，即可更换碳刷。管式刷握刷握应用较为普遍，除小规格手电钻、冲击电钻及小电摩等体积小、功率小的电动工具产品之外，早期的电动工具基本采用管式刷握定位碳刷，并一致认为刷握结构合理、刚性好、控制火花效果好，对电动工具整机外形影响不大。见图1。

1.2 内装式刷握

内装式刷握又称刷盒，其结构与管式刷握相似，但外部结构呈长方形。内装式刷握顶部可封闭也可开启，内衬的金属导管采用铜板冲制。外部往往有凸起，部分产品顶部及侧面有凸圆，便于嵌入机壳内的凹槽及圆孔中进行定位。与管式结构刷握相反，内装式刷握适用于小规格手电钻、冲击电钻及小电摩等体积小、功率小的电动工具产品。更换碳刷时，必须拆下手柄、手柄盖甚至机壳后取出刷盒，较为繁琐。见图2。

2 碳刷架应用

碳刷架即盘簧式结构刷握，结构相对简单，见图3。两只碳刷的固定框(图3a)即相连的盘簧（图3b）被固定在环氧树脂板(图3b)上，环氧树脂板固定于机壳。

早期的碳刷架结构较难保证两碳刷中心线一致，也无法保证电机中心线重合，因此了造成火花异常不均衡，碳刷磨损程度产生较大差异等现象。经过对碳刷架结构以及对碳刷架固定方式的改进，逐步使之适用于现代电动工具设计理念，目前在电动工具上使用碳刷架的机型越快越多，尤其是在将使用碳刷架视为禁区的电锤、电镐等产品上获得了合理应用，取得较好效果。

一种改进型碳刷架，见图4。铜件固定于塑料板或环氧板，安装时塑料板或环氧板连同铜件一起装入机壳。虽然制作成本较高，但是由于塑料板或环氧板要嵌入机壳内并实现紧配，加入定位螺钉可有效固定在机壳上，基本保证了与碳刷架中心线一致，且与电机中心线也基本重合。

3 特性分析

3.1 刷握

优点:

1）装配相对简单。只需一个简单夹具就能装配到机壳中，能够保证两只刷握的中心在同一条线上并与电机的中心线一致；

2）刚性好，不易变形。虽然要求与机壳紧配且不能松脱，也不会导致刷握内孔变形将碳刷卡死；

3）更换碳刷简便快捷。由于刷握是外露式，只要旋出刷握盖取出旧碳刷，替换新碳刷后重新拧紧刷握盖即可，另外在做耐久测试时还允许更换一副碳刷；

4）保证电机火花。电机火花不因振动而产生变化，相对比较稳定。

缺点:

1）制作成本高。由于刷握用铜量较多，加工工序也较多，价格相对较贵；

2）内置式刷握更换碳刷繁琐。做测试时仅能使用一副碳刷；

3）碳刷体有效长度短。受结构限制，刷握内有效长度除碳刷体外，必须预留碳刷弹簧压缩长度，导致碳刷体有效长度较短，碳刷寿命较短；

4）由于碳刷顶在换向器上依赖于碳刷压缩弹簧，随着碳刷的不断磨损，压缩弹簧逐渐伸长，压力也随之减小，火花逐渐加大，发热现象产生或可导致碳刷弹簧褪火，失去对碳刷体的压力，加剧火花或不通电；

5）碳刷易损伤换向器。碳刷磨损将近与换向器接触时，火花加大，特别是当刷握为碳刷自停设计的功能失效时，碳刷弹簧直接与换向器接触，对换向器造成的损伤更大。替换为第二副碳刷后其使用寿命急剧缩短；

6）刷握和刷握盖必须通过冲击测试及扭力测试，对材质要求高，制造成本相应上升。

3.2 碳刷架

优点：

1）价格低廉。碳刷架结构简单，用铜量较少，采用冲压制作工艺，制作成本相对较低；

2）适用于碳刷体较长的碳刷。碳刷架使用的碳刷没有碳刷弹簧，满足一副碳刷更长寿命的要求，负载下使用时间可达150 h ～200 h;

3）作用于碳刷上体的压力基本稳定。换向器上的火花基本不变;

4）碳刷散热效果好。如碳刷架刚性好且定位可靠，相对于刷握，换向器火花更好;

5）碳刷架内置于机壳或被后罩及其他塑料件遮盖，整机外观简洁、美观协调。

缺点：

1）装配繁琐。老式碳刷架必须固定在机壳上，搭配拧紧3 ～4 枚螺钉，新式碳刷架装配时必须对准机壳相应位置压入并拧紧螺钉，同时须另装配盘簧；

2）碳刷架刚性较差易变形。碳刷卡死以及火花增大、不通电；

3）替换碳刷繁琐。完全内置式碳刷架更换碳刷时须拆下后罩；

4）在电锤、电镐等强振工具上使用对固定和刚性要求更高；

5）耐久测试时内置式碳刷架不可更换碳刷。

5 结语

传统刷握及碳刷架的选用应针对制造企业的产品特点有针对性选择。由于传统刷握生产技术相对比较成熟，结构上只要刷握盖具备足够厚度，装配完成后刷握不高于机壳表面、刷握盖不高于刷握表面及定子引线与刷握的连接一般都能满足安规要求。选用碳刷架时，机壳、刷握盖板以及后罩设计应在碳刷架、碳刷装配完成后两者带电体在最不利的位置上保持8 mm 以上的安全距离。此外，必须在刷辫上接上插扣连接至碳刷架相应位置。