碳刷架（碳 brush holder）是用于支撐碳刷的支架，也叫碳刷握。碳刷架一般通過施壓結構將壓力加在碳刷上，從而使碳刷與換向器或集電環(huán)表面滑動接觸，使其在固定體與旋轉體之間穩(wěn)定地傳導電流。其加工精度和剛性強度直接影響碳刷和電機的使用壽命。
20世紀60年代之前，電機行業(yè)處于萌芽期，全球碳刷架的專利年申請量非常少。1960至1980年，電機技術不斷發(fā)展，關于碳刷架的專利申請數量不斷攀升，專利集中于碳刷架基本結構的設計，如碳刷的固定方式，施壓結構的類型等。1980至2000年，電機技術發(fā)展成熟，關于碳刷架的專利申請數量陡然減少，維持在每年50件左右。2000年以后，由于中國關于碳刷架的專利申請數量逐年上升，使得全球碳刷架專利申請數量平穩(wěn)上升，而其它國家相關的專利申請數量實際上是降低趨勢。
根據施壓結構的不同，碳刷架可分為彈臂式和刷盒式等。彈臂式碳刷架結構相對簡單，常用在電錘、電鎬等產品上。不過，彈臂式驅動結構卻會隨著碳刷的磨損，使得碳刷與換向器或集電環(huán)的接觸角產生偏差，并導致接觸不穩(wěn)定。而刷盒式的驅動結構，則是即便碳刷磨損也能保證與換向器 / 集電環(huán)的始終垂直接觸，可有效解決碳刷磨損后，與換向器等接觸不穩(wěn)定的問題。
簡史
全球碳刷架專利申請量趨勢可以分為四個階段。20世紀60年代之前為第一階段，該階段整個電機行業(yè)處于萌芽期，年申請量非常少。1960—1980年是第二階段，電機技術不斷發(fā)展，關于碳刷架的專利申請數量不斷攀升，1980年達到峰值。該階段的專利申請關注于碳刷架基本結構的設計，如碳刷的固定方式，施壓結構的類型等。1980—2000年是第三階段，電機技術發(fā)展成熟，關于碳刷架的專利申請數量陡然減少，維持在每年50件左右。2000年以后是第四階段，該階段專利申請數量平穩(wěn)上升，這主要是由于中國關于碳刷架的專利申請數量逐年上升，而其他國家相關的專利申請數量實際上是降低趨勢。
中國的碳刷架專利技術起步晚，2000年之前是技術發(fā)展的萌芽期，此期間內，碳刷架的專利申請數量很少，甚至出現了個別年份的專利申請量為0的情況，這與當時中國的電機技術的發(fā)展及工業(yè)發(fā)展水平有關。2000年之后電機技術不斷發(fā)展，中國對專利申請及保護越來越重視，鼓勵技術創(chuàng)新，更多的企業(yè)和個人開始對碳刷架進行研究，專利申請數量逐年攀升，至今仍保持上升趨勢。至于2023年專利申請數量的下降，主要原因可能在于部分專利申請尚未公開，因此2023年的專利申請數據不能代表實際申請數量。
工作原理
碳刷是電機中用于在固定體和轉動體之間傳遞能量或信號的裝置。用于支撐碳刷的支架即為碳刷架，也叫碳刷握，一般通過施壓結構將壓力加在碳刷上，從而使碳刷與換向器或集電環(huán)表面滑動接觸，使其在固定體與旋轉體之間穩(wěn)定地傳導電流。不管碳刷的特性多么好，若刷架不合適或出現問題，碳刷不僅不能充分發(fā)揮它的優(yōu)良特性，而且會給電機本身的性能和壽命帶來很大的影響。
主要材質
由于要求碳刷架本身材料具有良好的機械強度，加工性能，耐蝕性能，散熱性能和導電性能等，所以，碳刷架主要采用青銅鑄件，鋁鑄件及其它合成材料。
主要分類
碳刷架根據施壓結構的不同，可分為彈臂式碳刷架和刷盒式碳刷架等。
彈臂式
彈臂式碳刷架結構相對簡單。如下圖，兩只碳刷的固定框(a)即相連的盤簧(b)被固定在環(huán)氧樹脂板(b)上，環(huán)氧樹脂板固定于機殼。早期的碳刷架結構較難保證兩碳刷中心線一致，也無法保證電機中心線重合，因此了造成火花異常不均衡，碳刷磨損程度產生較大差異等現象。經過對碳刷架結構以及對碳刷架固定方式的改進，逐步使之適用于現代電動工具設計理念，并在電動工具上使用碳刷架的機型越快越多，尤其是在將使用碳刷架視為禁區(qū)的電錘、電鎬等產品上獲得了合理應用，取得較好效果。
刷盒式
彈臂式驅動結構相對簡單，但始終存在一個問題，就是隨著碳刷的磨損，碳刷與換向器或集電環(huán)的接觸角會產生偏差導致接觸的不穩(wěn)定。而刷盒式的驅動結構，即便碳刷磨損也能保證與換向器或集電環(huán)的始終垂直接觸，有效解決了這一技術問題。
CN1402384A（清華大學，2002年）提出的一種電機碳刷恒壓力壓緊裝置，刷握中設置能夠提供恒定壓力的撐簧，撐簧含有螺旋狀的簧圈本體，簧圈本體的兩端各伸出一條的轉臂，兩條轉臂的長度相等，兩轉臂的端部具有定位結構，并分別支撐在碳刷尾部和電機機體上。隨著碳刷的磨損，撐簧的兩臂可隨之逐漸撐開，其對碳刷產生的壓力在較大的工作范圍內僅發(fā)生微小的變化，直至碳刷磨損到最后，壓力仍保持基本不變。
CN203967472U（江蘇微特利電機制造有限公司，2014年）提出一種具有良好接觸性能的碳刷，碳刷內筒的側壁上設有螺旋槽，刷體位于內筒內部，且刷體的圓周表面上一體成型有和螺旋槽相配的凸塊，凸塊沿著螺旋槽滑動，在壓簧的作用下，刷體變短后向下位移，而凸塊受到螺旋槽的限制，使刷體在向下位移的同時會旋轉，使該刷體的下端始終較為圓滑，進而能夠和定子和轉子始終保持良好接觸。
主要特點
優(yōu)點
（1）價格低廉。碳刷架結構簡單，用銅量較少，采用沖壓制作工藝，制作成本相對較低。
（2）適用于碳刷體較長的碳刷。碳刷架使用的碳刷沒有碳刷彈簧，滿足一副碳刷更長壽命的要求，負載下使用時間可達150h～200h。
（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，相對于刷握，換向器火花更好。
（5）碳刷架內置于機殼或被后罩及其他塑料件遮蓋，整機外觀簡潔、美觀協(xié)調。
缺點
（1）裝配繁瑣。老式碳刷架必須固定在機殼上，搭配擰緊3～4枚螺釘，新式碳刷架裝配時必須對準機殼相應位置壓入并擰緊螺釘，同時須另裝配盤簧。
（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。完全內置式碳刷架更換碳刷時須拆下后罩。
（5）耐久測試時內置式碳刷架不可更換碳刷。
性能要求
為了保證電機的正常運行，對碳刷架提出性能要求如下：保持碳刷穩(wěn)定；檢查或更換碳刷時，易于在刷盒內裝卸碳刷；能調整碳刷的位置以始終與換向器或集電環(huán)接觸，防止磨壞換向器或集電環(huán)；碳刷壓力的變化、加壓方向和加壓位置等對碳刷磨損的影響要小，且結構牢固；刷架本身材料具有良好的機械強度，加工性能，耐蝕性能，散熱性能和導電性能等。
應用
發(fā)電機能不能正常發(fā)電，勵磁電流是關鍵要素之一，而勵磁電流的產生，是勵磁電源通過碳刷和發(fā)電機定子和轉子集電環(huán)相連來實現的。而碳刷架可以使碳刷與換向器或集電環(huán)表面滑動接觸，使其在固定體與旋轉體之間穩(wěn)定地傳導電流。
由于碳刷與集電環(huán)是在高速旋轉過程中建立起來的電氣回路，碳刷的磨損情況較為突出，若要發(fā)電機長周期、穩(wěn)定運行，就必須定期對碳刷進行檢查、維護，發(fā)現不符合運行要求的及時更換。所以選擇安全型的碳刷架結構，可以實現維護方便，延長碳刷運行時間，減少碳刷更換頻次。選用碳刷架時，機殼、刷握蓋板以及后罩設計應在碳刷架、碳刷裝配完成后兩者帶電體在最不利的位置上保持8mm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位置。
隨著中國企業(yè)的創(chuàng)新意識不斷增強，對于碳刷架專利申請呈快速上升的趨勢，且專利質量不斷提高。隨著電機領域技術的不斷發(fā)展，對碳刷、碳刷架的結構及性能會提出更高的要求，碳刷架的專利技術也會隨之不斷發(fā)展。截至2020年，在電動工具上使用碳刷架的機型越快越多，尤其是在將使用碳刷架視為禁區(qū)的電錘、電鎬等產品上獲得了合理應用，取得較好效果。
參考資料 >
碳刷架的性能要求.南通摩鑫電碳有限公司 .2024-05-26