Was ist eine Kohlebürste im Motor?

Die Kohlebürste ist eine Schlüsselkomponente des Motors, die hauptsächlich aus Graphit, Metallpulver und Bindemittel besteht und eine blockartige Struktur aufweist. Sie spielt eine unverzichtbare Rolle im Betrieb des Motors, durch engen Kontakt mit dem Kommutator oder Schleifring. Um die Stromleitung und die Kommutierungsfunktion zu erreichen, um den stabilen Betrieb des Motors zu gewährleisten.

Aussehen und grundlegende Zusammensetzung der Kohlebürste

Erscheinungsbild und Form

Die Kohlebürste hat in der Regel die Form eines Quaders oder Würfels. Ihre Größe variiert je nach Art und Leistung des Motors. Im Allgemeinen kann die Kohlebürste eines kleinen Motors nur einige Zentimeter lang sein. Die Kohlebürste großer Motoren ist relativ groß, ihre Länge kann bis zu zehn Zentimeter oder mehr betragen. Außerdem ist sie breiter und dicker. Die beiden Enden der Kohlebürste sind normalerweise flach. Dies dient dem besseren Kontakt mit dem Kommutator oder dem Schleifring im Motor, um eine stabile Stromleitung zu gewährleisten. Einige Kohlebürsten sind im Eckbereich rund. Dies kann den Verschleiß anderer Teile während des Betriebs des Motors verringern.

Materialzusammensetzung der Kohlebürste

Die Kohlebürste besteht hauptsächlich aus Graphit, Metallpulver und Bindemittel. Graphit ist der Hauptbestandteil der Kohlebürste, die eine gute elektrische Leitfähigkeit und Selbstschmierung aufweist. Diese Selbstschmierung ermöglicht es der Kohlebürste, Reibung und Verschleiß zu verringern, wenn sie mit den rotierenden Teilen im Motor in Berührung kommt. Es fügt Metallpulver hinzu, um die elektrische Leitfähigkeit und die Verschleißfestigkeit der Kohlebürste zu verbessern. Die Aufgabe des Bindemittels besteht darin, das Graphit- und Metallpulver fest miteinander zu verbinden. Dadurch wird verhindert, dass sich die Kohlebürste während des Betriebs des Motors durch äußere Kräfte wie Zentrifugalkraft und Reibung zersetzt. Außerdem wird die strukturelle Integrität der Kohlebürste gewährleistet.

 Position und Funktion der Kohlebürste im Motor

Einbaulage

Die Kohlebürste ist auf dem Bürstenhalter des Motors installiert. Der Bürstenhalter ist im Allgemeinen im Statorteil des Motors befestigt. In dieser Position befindet sich die Kohlebürste in der Nähe des Kommutators des Motors (bei Gleichstrommotoren) oder des Schleifrings (bei Wechselstrommotoren). Außerdem kann die Kohlebürste durch die Federvorrichtung des Bürstenhalters mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden. So kann sie fest mit der Oberfläche des Kommutators oder des Schleifrings verbunden werden. Dieser feste Sitz ist der Schlüssel zur Gewährleistung des normalen Betriebs des Motors.

Stromleiteffekt

Die grundlegendste Aufgabe von Kohlebürsten besteht darin, Strom zu leiten. Wenn der Motor läuft, wird der Strom von der externen Stromversorgung durch den Draht auf die Kohlebürste übertragen. Diese leitet den Strom dann an die Ankerwicklung des Motors (bei Gleichstrommotoren) oder die Rotorwicklung (bei Wechselstrommotoren) weiter.

Kohlebürstenfunktion

Neben der Stromführung haben Kohlebürsten weitere wichtige Funktionen im Motor. Im Gleichstrommotor, Kohlebürste und Kommutator arbeiten zusammen, um die Kommutierungsfunktion zu erreichen. Die Kohlebürste ändert die Richtung des Stroms in der Ankerwicklung. So bleibt die Richtung der elektromagnetischen Kraft, die von der Ankerwicklung aufgenommen wird, unverändert. So wird sichergestellt, dass sich der Motor stabil weiterdrehen kann.

Im Wechselstrommotor besteht die Funktion der Kohlebürste hauptsächlich darin, sicherzustellen, dass der Strom stabil in die Rotorwicklung eingespeist werden kann und die effektive Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Rotor aufrechterhalten wird. Und den normalen Betrieb des Motors zu gewährleisten.

Arten von Kohlebürsten

Kohlebürsten können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden.

Nach der Materialzusammensetzung unterscheidet man Graphitkohlebürsten, Metallgraphitkohlebürsten und elektrochemische Graphitkohlebürsten. Graphitkohlebürste mit Naturgraphit als Hauptrohstoff, seine Selbstschmierung ist gut. Es ist geeignet für einige aktuelle Anforderungen sind nicht hoch, niedrige Geschwindigkeit Motor, wie kleine Lüftermotor. Metall-Graphit-Kohlebürste enthält mehr Metallkomponenten, starke Stromtragfähigkeit. Sie können sie oft für Motoren mit hoher Stromstärke und niedriger Drehzahl verwenden, z. B. für große industrielle Gleichstrommotoren. Elektrochemische Graphitkohlebürsten sind synthetisch, ihre umfassende Leistung ist besser. Sie können sie in allgemeinen Industriemotoren weithin verwenden.

Nach der Art der Anwendung Motor, gibt es DC-Motor Kohlebürste und AC-Motor Kohlebürste. Gleichstrommotor Kohlebürste muss eine gute Kommutierungsleistung aufweisen. Bei den Kohlebürsten für Wechselstrommotoren wird mehr Wert auf eine stabile Stromübertragung und einen guten Kontakt mit dem Schleifring gelegt.

Darüber hinaus kann sie je nach Arbeitsumgebung auch in hochtemperaturbeständige Kohlebürsten, feuchtigkeitsbeständige Kohlebürsten und staubdichte Kohlebürsten unterteilt werden. Die hochtemperaturbeständige Kohlebürste kann normal in einer Umgebung mit hohen Temperaturen arbeiten. Die feuchtigkeitsbeständige Kohlebürste ist für eine Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit geeignet. Und die staubdichte Kohlebürste kann den normalen Betrieb des Motors in einer staubigeren Umgebung gewährleisten.

Funktionsprinzip der Kohlebürste

Kommutierungsprinzip

Bei Gleichstrommotoren ist das Kommutierungsprinzip ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit der Kohlebürste. Wenn sich der Motoranker dreht, muss die Richtung des Stroms in der Ankerwicklung ständig geändert werden, um die kontinuierliche Drehung des Motors zu gewährleisten. Dieser Vorgang wird durch die Kombination von Kohlebürste und Kommutator erreicht. Der Kommutator besteht aus einer Vielzahl von isolierten Kommutatoren. Wenn sich der Anker dreht, berührt die Kohlebürste abwechselnd die verschiedenen Kommutatoren. Wenn die Kohlebürste von einem Kommutator zu einem anderen Kommutator gleitet, ändert sie die Stromrichtung in der Ankerwicklung.

Elektromagnetische Induktion und Energieumwandlung

Wenn der Strom durch die Kohlebürste in die Ankerwicklung (oder Rotorwicklung) fließt, wird die elektromagnetische Kraft in der Wicklung unter der Wirkung des Magnetfeldes erzeugt. Und diese elektromagnetische Kraft treibt den Rotor des Motors an. So wird die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie erreicht. Gleichzeitig schneidet die Ankerwicklung (oder Rotorwicklung) während der Motordrehung die Magnetfeldlinie. Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion wird die induzierte elektromotorische Kraft erzeugt. Die Richtung dieser induzierten elektromotorischen Kraft ist entgegengesetzt zur Richtung der angelegten Versorgungsspannung. Sie wird als gegenelektromotorische Kraft bezeichnet. Die gegenelektromotorische Kraft wird über die Kohlebürste in die Stromversorgung zurückgeführt, um einen vollständigen Energieumwandlungs- und -übertragungsprozess durchzuführen.

Spezifikation der Kohlebürste

Kohlebürsten weisen mehrere wichtige Leistungsindikatoren auf, darunter Kontaktdruckverlust, Reibungskoeffizient, Verschleißrate und Stromdichte.

Der Kontaktspannungsabfall spiegelt den Kontaktwiderstand zwischen der Kohlebürste und dem Kommutator (oder Schleifring) wider. Und je kleiner der Kontaktspannungsabfall ist. desto geringer ist der Energieverlust bei der Stromübertragung und desto höher ist der Wirkungsgrad des Motors.

Der Reibungskoeffizient wirkt sich direkt auf den Verschleiß der Kohlebürste und den Betriebswiderstand des Motors aus. Je niedriger der Reibungskoeffizient ist, desto geringer ist der Verschleiß der Kohlebürste und desto länger ist ihre Lebensdauer. Außerdem wird der Energieverbrauch und die Erwärmung des Motors reduziert.

Die Verschleißrate ist ein wichtiger Indikator zur Messung der Lebensdauer der Kohlebürste. Eine Kohlebürste mit geringer Verschleißrate kann lange Zeit eine gute Leistung beibehalten. Dadurch werden die Wartungskosten und die Ausfallzeit des Motors reduziert.

Die Stromdichte gibt die Stromstärke an, der die Kohlebürste pro Flächeneinheit standhalten kann. Für Hochstrommotoren muss eine Kohlebürste mit einer höheren Stromdichte gewählt werden, damit sie stabil arbeiten kann.

Leistungsvorteile von Kohlebürsten

Kohlebürsten haben viele Leistungsvorteile. Erstens kann ihre gute elektrische Leitfähigkeit den Energieverlust des Motors wirksam verringern und die Betriebseffizienz des Motors verbessern. Zweitens kann die Selbstschmierung der Kohlebürste die Reibung und den Verschleiß zwischen ihr und dem Kommutator (oder Schleifring) verringern. Dadurch wird nicht nur die Lebensdauer der Kohlebürste verlängert, sondern auch die Beschädigung des Kommutators (oder des Schleifrings) verringert.

Außerdem hat die Kohlebürste eine hohe mechanische Festigkeit und Stabilität. Und kann sich der Zentrifugalkraft und den Vibrationen anpassen, die der Motor bei hoher Geschwindigkeit erzeugt. Sowie verschiedene Spannungen unter komplexen Bedingungen, um sicherzustellen, dass der Motor zuverlässig unter verschiedenen Arbeitsbedingungen arbeiten kann. Darüber hinaus hat die Kohlebürste eine starke Anpassungsfähigkeit an die Oberfläche des Kommutators (oder Schleifrings). Sie kann die Passung zwischen den Kontaktteilen bis zu einem gewissen Grad automatisch anpassen. Dadurch wird die Stabilität des elektrischen Kontakts gewährleistet. Und reduziert die durch schlechten Kontakt verursachten Ausfälle, wie Zündung und Erhitzung.

Häufige Fehler und Wartung von Kohlebürsten

Häufige Fehlertypen

Übermäßiger Verschleiß: Die Länge der Kohlebürste ist erheblich verkürzt, was zu einem schlechten Kontakt mit dem Kommutator (oder Schleifring) führt. Die Motorleistung sinkt, und in schwerwiegenden Fällen lässt sich der Betrieb nicht mehr starten oder unterbrechen.

Funkenbildung: Die Kontaktstelle zwischen Kohlebürste und Kommutator (oder Schleifring) funkelt. Dies beschleunigt den Verschleiß der Kohlebürste und beeinträchtigt die Stabilität und Effizienz des Motors. Und es kann sogar zu einem Kurzschluss führen.

Schlechter Kontakt: Aufgrund von unzureichendem Druck der Kohlebürstenfeder, lockerem Bürstengriff oder Öl und Oxidschicht auf der Oberfläche des Kommutators (oder des Schleifrings), wird die Stromübertragung blockiert. Die Motordrehzahl ist instabil und der Grad der Erwärmung steigt.

Instandhaltungsmaßnahmen

Überprüfen Sie regelmäßig die Abnutzung der Kohlebürste und tauschen Sie sie rechtzeitig aus, wenn sie auf die ursprüngliche Länge von 1/3-1/2 abgenutzt ist. Und wählen Sie das gleiche Modell und die gleichen Spezifikationen des Produkts, um eine korrekte Installation zu gewährleisten.

Halten Sie die Oberfläche von Kohlebürste und Kommutator (oder Schleifring) sauber. Entfernen Sie regelmäßig Öl, Staub und Verunreinigungen. Mit Schleifpapier oder Spezialwerkzeugen können Sie die Oxidschicht leicht polieren.

Überprüfen Sie den Druck und die Elastizität der Kohlebürstenfeder, passen Sie die Position an oder ersetzen Sie die Feder, wenn sie nicht ausreicht. Ziehen Sie den Bürstengriff fest, um zu verhindern, dass sich die Kohlebürste verschiebt und wackelt.

Schlussfolgerung

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Motorentechnologie werden die Leistungsanforderungen an Kohlebürsten immer höher werden. Die künftige Forschungsrichtung bei Kohlebürsten wird darin bestehen, die elektrische Leitfähigkeit weiter zu verbessern, die Verschleißrate zu verringern, die Kommutierungsleistung zu optimieren und die Umweltverträglichkeit zu verbessern. So können die Leistungsanforderungen des Motors besser erfüllt werden.