电机制造业：越来越先进的电刷直流电动机

所有的永磁直流电动机都是通过两个磁场的相互作用，把电能转换成机械能来工作的，一个磁场是由永磁组件产生的；另一个磁场是由流过电机绕组的电流产生的，这两个磁场之间的关系产生一个能旋转转子的扭矩。当转子转动时，绕组中的电流被交换，以产生连续的转矩输出。除了这些基础之外，电刷换相直流电动机继续朝着高度先进的方向发展。

创新来自市场需求和客户的定制

创新进一步受到市场整体需求的推动，为了跟上小型化的步伐，电机制造商不得不在更小的包装中提供更多的动力。电机设计以新的方式融入了新的部件，以帮助延长电机寿命，新的或改进的材料已经被开发出来，目的是提高电机的质量和产量。

每一个电动机的应用境况都带有特殊的设计和性能标准，电机设计通常倾向于一个全新的设计。现在汽车制造商通常定制带有部件的产品来满足这些要求，最终用户可以获得设计按要求运行的电机，在该过程中，如果自定义组件成为“标准”时，其他用户最终可能会受益，电机技术的许多创新都是作为特定客户挑战的特定解决方案而产生的。

电机的寿命的优化

随着时间的推移，电刷和换向器之间的接触界面导致电刷持续磨损，制造商一直试图通过电刷组件、电刷尺寸和电刷材料来减缓磨损过程。在直流电机组件中安装电刷的传统方法是将电刷焊接到标准悬臂弹簧上，以实现所需的与换向器的恒定接触。传统的弹簧设计显示出固有的缺陷，随着时间的推移，推力水平降低，往往导致过早的电机故障。

这个问题可以通过在一个特别设计的碳刷盒内安装碳刷和使用扭转弹簧来解决，以确保在电机的使用寿命内达到所需的均匀力。碳刷组件安装在电机底座中，由一个两件式高温塑料卡扣组件组成，其中两个碳刷中的每一个都牢固地固定在其特殊构造的槽内。这种碳刷盒的设计限制了碳刷以所需的直线运动在轨道上移动，该设计还可以为电刷提供一个理想的压力区域，以承受机械磨损的影响。

“超级电刷”（皮特曼电刷换相直流电机）的引入为延长电刷寿命铺平了道路，“超级电刷“包含60%以上的电刷材料，并提供了相关的潜力，相比传统电刷，延长了电机寿命。越来越多的替代电刷材料可以作为另一种手段，帮助延长有效的刷子寿命。除了标准的铜-石墨电刷外，电刷是制造商现在提供的许多相对较新（且耐用）的电刷材料之一，以抑制与电刷磨损相关的问题。材料的组合可以设计成最佳的寿命和电气特性，为每个特定应用去选择合适的电刷材料优化电机的整体寿命。

大小和性能的问题

随着最终产品越来越小，电机的体积也越来越小，小电刷直流电机提供最小的室内组件空间，大电机相关的功率输出需求越来越大。增加电机长度的其他好处是能够以比短电机更快的速度散发更多的热量（这反过来又降低了不希望的热量积聚的可能性）以及扩大组件空间的可用性。

对于使用较小电机线的电机设计师来说，一个挑战是如何集成线路板和绕组、抑制射频干扰的电容器、电刷组件和其他组件，无论是标准的还是自定义的。用于表面安装内部组件的内部PC板已成为一种可行和实用的解决方案。这些PCB板作为一个平台，在不影响电机尺寸和重量的情况下，将所需的各种部件结合在一起，它们可以设计成圆形，便于安装在电机框架内，也可以配置成安装在编码器外壳内。无论采用哪种方式，电路板都可以最大限度地利用可用空间，并提供可靠和安全的方法来定位各种电机部件。

材料的进步进一步使设计者能够在更小的电机封装中保持高的电机性能水平，一个例子是开发中的薄型粘结钕磁体，将在选定的电刷换相直流电动机系列中引入，它可以提供较高的设计和性能优势。电机中的两极永磁定子通常由灰瓦磁体（密封在大直径的钢制回环中）构成，新的更薄的粘结钕磁体比传统的灰瓦磁体更强大，但占用的空间更小。

以上技术对特殊电枢的发展产生了积极的影响，更小、更薄的磁铁材料的可用性，允许将更大的电机电枢设计成更小的电机框架，使一台小型电动机具有产生更多连续转矩的能力，从而产生更多功率。

结论

最终用户比以往任何时候都能享受更多的电刷直流电机选项，即使更严格的规格会影响电机的尺寸和性能。从最终产品设计阶段一开始就与合格的汽车制造商合作，在一开始就可以减小（甚至消除）高昂的设计错误，提高最终产品的设计和性能。