電子發燒友網報道（文/李寧遠）在電機向高能效發展的當下，有刷電機正在向無刷電機轉變。無刷和有刷的區別就在于無刷電機沒有電刷和換向器。電刷，是有刷電機極具特點也常常受詬病的裝置。

電機電刷在電機或發電機等旋轉機械的固定部分和轉動部分之間，用于電機的換向器或滑環上作為導出導入電流的滑動接觸體，是有刷電機的核心部件。

電機電刷種類與優缺點

在漫長的有刷電機發展歷程中，電刷經歷了長久的更迭，在長期的市場驗證和技術驗證下，現在絕大多數有刷電機里使用的都是碳刷，以石墨類制品為主要材料，其中混入不同配比的金屬粉料提高性能。

早期的有刷電機，會采用由銅線制成的電刷，這種電刷硬度高，長期使用會在電刷和換向器上產生嚴重的磨損，久而久之會讓電機的效率降低，甚至產生火花等其他隱患。而且這個損耗過程很快，維護起來成本也不低，純金屬電刷因此被淘汰。

碳刷雖然也會磨損，但是磨損只發生在電刷上，而且相對來說磨損程度更低，更不會損壞換向器。而且現在的電機設計通常會使用固定位置的刷架插槽和適合插槽的組合刷彈簧電纜組件，磨損的刷子可以很方便地更換。

目前碳刷主要有天然石墨碳刷、電化學石墨碳刷以及金屬石墨碳刷這幾類。天然石墨電刷硬度偏低，但潤滑性較好，集流性能優秀。多數用于運行平穩速度適中的中小型直流電機，有些可以用于高速汽輪發電機集電環，以S3、S6系列居多。

電化學石墨電刷性能和天然石墨電刷更接近，相對來說硬度比天然石墨電刷更高一些，同時具有優異的換向性和自潤滑性能。普遍電刷電阻系數和電刷壓降較大，在使用中磨損表現很出色，對換向器的磨損非常小。

因其極為出色的換向性能，以D374、D479為代表的電化學石墨電刷在換向困難的高速直流電機上有著大量應用。

金屬石墨碳刷，有別于上面兩種電刷，它的金屬特性更突出，所以在導電性上性能更好，雖然兼顧了一部分石墨的摩擦特性，但是在耐磨性能上不及上面兩種石墨電刷，當然，選擇用金屬石墨碳刷自然是為了其導電特性。

金屬石墨碳刷在含銅量上的差異，決定了其電阻系數和允許的電流密度大小。高金屬含量的J102等金屬石墨碳刷電阻系數極小，允許通過的電流密度非常大，這意味著這類電刷的過載能力很強。

總的來說，金屬石墨碳刷適用于高負荷和換向要求不高的低電壓大電流電機。

有刷電機對電刷的考量

相對于無刷電機，有刷電機制造工藝相對成熟，結構簡單，控制起來相對更容易實現，尤其是它成本也更低，不少場景里還是會選擇有刷電機來做。另一個很重要的原因是，有刷電機在啟動時具有較大的啟動力矩，可以快速啟動和達到額定轉速，很契合要在短時間內產生大的力矩的應用場景。

那對于這部分場景，電刷上的選擇對電機非常重要。現在電機首先就要求電刷的噪音小，而且不能出現火花這種隱患。尤其是某些溫度較高的場景，換向表面接觸電壓降過大容易產生火花。這種情況下要采用硬質電刷或特制的磨料電刷降低隱患。

再者，是電機對磨損的要求，雖然磨損不可避免，但是要盡可能電刷用得更久一些，對換向器或集電環的磨損小。

此外雖然不可能讓有刷電機達到很高的能效，現在的應用也需要電刷的電功率損耗和機械損耗盡可能的小，畢竟電機要向高能效發展。

小結

在電機向高能效發展的當下，很多有刷電機的應用正在加速向無刷電機轉變，如電扳手類應用已經基本上實現了無刷化，電鉆類、高壓類以及園林類電機應用也在加速轉換過程。在向無刷發展的現在，有刷電機在一些應用還保留著它固有的一些優勢，這些應用上對電刷的選擇是至關重要的。