碳刷的工作原理是什么（碳刷到底是什么东西）
碳刷的工作原理是什么（碳刷到底是什么东西）图片来源：pixabay石墨的导电性能非常好，超过很多金属，是非金属的上百倍，所以制造成电极，碳刷等导电零部件；石墨的内部结构决定了其有很好的润滑性，我们常在生锈的门锁里放入铅笔灰或石墨，这样开门就容易多了，这应该就是石墨起到的润滑作用吧。碳刷的主要成分是碳，工作时通过弹簧施压就像刷子一样在旋转件上工作，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，石墨属于自然元素，其主要成分是碳，颜色为黑色，不透明，具有半金属光泽，硬度不高，用指甲都能抠动，石墨与钻石的成分都是碳，但性质却有很大的区别，这是由于碳原子的排列结构不同造成的。石墨虽然成分为碳，但它是一种耐高温的材料，它的熔点到达3652℃，利用这种耐高温的特性，可以将石墨加工成耐高温的化学器具坩埚。
你会发现当你买了电动工具后，有的产品包装盒里会送2个小配件，有人知道它是碳刷，有人既不知道叫什么也不知道怎么用。
而现在不管是海报宣传还是销售介绍，都将电动工具是无刷电机作为一大卖点，你要是问有什么区别，很多人只知道区别就是有无碳刷，那么碳刷到底是什么，它有什么作用，有刷电机与无刷电机之间有什么区别嘞？
碳刷人们也将它叫做电刷，主要在电气设备上广泛使用，是在一些电动机或者发电机的固定部分与旋转部分做信号或能量的传递，外形为长方形，还有金属线安装在弹簧内，碳刷是一种滑动接触件，所以容易磨损需要定期更换和清理磨损掉的积碳。
图片来源：pixabay
碳刷的主要成分是碳，工作时通过弹簧施压就像刷子一样在旋转件上工作，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，石墨属于自然元素，其主要成分是碳，颜色为黑色，不透明，具有半金属光泽，硬度不高，用指甲都能抠动，石墨与钻石的成分都是碳，但性质却有很大的区别，这是由于碳原子的排列结构不同造成的。
石墨虽然成分为碳，但它是一种耐高温的材料，它的熔点到达3652℃，利用这种耐高温的特性，可以将石墨加工成耐高温的化学器具坩埚。
石墨的导电性能非常好，超过很多金属，是非金属的上百倍，所以制造成电极，碳刷等导电零部件；石墨的内部结构决定了其有很好的润滑性，我们常在生锈的门锁里放入铅笔灰或石墨，这样开门就容易多了，这应该就是石墨起到的润滑作用吧。
图片来源：pixabay
不要以为石墨只能做铅笔芯这些基础的产品，现在从石墨中提炼出来的新材料石墨烯，你一定听说过吧，它已经成为全世界最炙手可热的新技术材料，现在的很多高科技产品都要用到它。
图片来源：pixabay
碳刷一般在直流电器上使用，像我们家中使用的冰箱，洗衣机及空调等都没有电刷，这是因为交流电机不需要恒磁场，所以就不需要换向器，也就无需碳刷。
要了解碳刷的作用和意义，就要先了解有刷电机与无刷电机工作原理和区别。
有刷电机所有电机都由定子和转子组成，在直流电机中，为了让转子转起来，需要不断改变电流方向，否则转子只能转半圈，这就好像用脚蹬自行车踏板，单脚只能蹬半圈，所以直流电机就需要改变转子中的电流，也就是把通电导体的方向在需要换向的时候换向。
换向器的换向是，当在电磁场中放入一个通电导体切断磁场，导体会被力推出静止的磁场，这是因为磁场的磁力线被导体周围的电磁场压变形了，磁力线试图反弹回直线的形状，这就相当于会产生吸引力和排斥力，让电机转起来。
换向器由两个半圆段构成，连接处由绝缘材料隔开，两段换向器转动分别与碳刷连接，碳刷会重复连接到符合推动力的那段换向器，这样重复电机就转动起来了。
无刷直流电机是采用电子换向，没有换向器和碳刷，而是使用的位置传感器，主要由永磁体转子，多极绕组定子和位置传感器等组成，位置传感器根据转子的位置磁极，给向邻的定子线圈通电，让定子产生与转子向吸的磁极，就能吸引转子转动，这样重复就能推动电机转动。
有刷电机是采用机械换向，外部磁极不动内部线圈动，电机工作时，换向器和线圈一起旋转，碳刷与磁钢都不动，于是换向器和碳刷产生摩擦，完成电流方向切换。
在有刷电机中，将各组线圈排成一个圆环形，相互之间又用绝缘材料隔开，形成一个圆柱形与电机轴连成一体，电源通过两个碳刷，在弹簧的压力下压在线圈上，每组线圈转动到碳刷下面就能给这组线圈通电。
随着电机转动，给不同线圈或同一线圈不同两级通电，使线圈产生磁场两极与靠近永磁铁定子的两极有一个角度，通过同极相斥和异极相吸产生力量，推动电机转动。
有刷电机与无刷电机的区别除了碳刷外，有刷电机是利用齿轮来进行控制，这就会让电机的返修率增加了；而无刷电机就不需要用齿轮，不会经常维修，使用寿命就会高一些，可靠性也比较高，不过无刷电机的控制系统成本也会相对有刷电机高；此外有刷电机的噪音比较大，而无刷电机声音小得多，工作效率也会高一些。
碳刷在直流电机中起到了非常重要的作用，碳刷在电机的运动部件之间传导电流，这种传导是一种滑动传导，能够将电流从固定端传递到发电机或电动机的旋转部分，由几个碳刷组成一个碳架，所以这种传导方式也就造成了碳刷容易磨损，碳刷还有改变电流方向，也就是换向的作用。
碳刷在交流电设备上也有使用，交流电机碳刷与直流电机碳刷形状和材质是一样的，交流电机中是绕线转子而且需要变速的，才需要碳刷，如我们常用的手电钻，抛光机也需要常换碳刷，它的作用也非常重要。
由于无刷电机有着诸多的优点，特别是一些电动工具及电动自行车等，现在市场上用无刷电机的产品越来越多，都在讨论碳刷的时代就要结束了，有刷电机也将被淘汰掉，对此观点你怎么看？
更多机械，制造，原理 干货类文章，请关注我们的微信公众号 制造原理
