CN101001819A - 碳刷及旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种为直流马达的旋转电机，其包括碳刷。各碳刷含有以分散状态烧结的石墨团、金属颗粒及固体润滑剂。各个石墨团以原生石墨颗粒组成的团状物质形成，并且这些石墨团的粒径在60至280μm的范围内。该团状物质的表面包有由有机粘结剂的碳化物构成的无定形碳。各个碳刷中形成有多个孔。这些孔的尺寸(最大尺寸)小于该原生石墨颗粒的平均粒径的一半。

Description

碳刷及旋转电机
技术领域
本发明涉及一种供电碳刷，该供电碳刷压靠着旋转电机的换向器，并且涉及一种装配有该碳刷的旋转电机。
技术背景
现有技术中，旋转电机及类似物中用于供电的碳刷是通过对原生石墨颗粒、金属颗粒、固体润滑剂(如二硫化钼，MoS2)的颗粒及有机粘结剂进行压模，并且煅烧该模制品而制成。如图9所示意的，现有碳刷90的结构中的原生石墨颗粒91、金属颗粒92以及固体润滑剂的颗粒93是分散的。例如可以通过先将可石墨化材料经高温处理得到石墨化材料，然后将该石墨化材料研磨成粉末而制成原生石墨颗粒91，或者先将可石墨化材料研磨成粉末然后经高温处理得到石墨化材料而制成原生石墨颗粒91。根据研磨等级可制成各种粒径的原料石墨颗粒91。性能可靠的碳刷90使用平均粒径约为30μm的原生石墨颗粒91作为原料。由于铜颗粒的高导电性，以适当的方式使用铜颗粒作为金属颗粒92。
现有碳刷90中，该有机粘结剂的碳化物94包在各原生石墨颗粒91的表面。此外，许多原料石墨颗粒91互相粘结以形成石墨团95。图中，以包在所有原生石墨颗粒91的外圆周的粗黑线来表示该有机粘结剂的碳化物94。各石墨团95由许多位于图中虚线所包围区域中的原生石墨颗粒91形成。此外，根据该碳刷90，各石墨团95的外表面上涂有粘结剂(未显示)，藉此使得石墨团95通过该粘结剂互相粘附。再者，金属颗粒92及固体润滑剂的颗粒93分散于这些石墨团95间的空隙中。
例如在第5-144534号日本特许公开中揭露了被认为是此类碳刷90的一种金属石墨刷。通过将按预定配比混合的石墨粉末与金属粉末压模成预定形状并且煅烧该模制品而形成该金属石墨刷。该金属中的铜包括微粒粉末及大颗粒粉末，该大颗粒粉末的粒径为该微粒粉末粒径的20至150倍。该微粒粉末与该大颗粒粉末的配比为4∶6至6∶4。由于作为刷子材料之一的金属粉末是由至少两种粉末-微粒粉末与大颗粒粉末-混合而成，该金属石墨刷消除了由该金属刷与该金属刷沿着滑动的部件之间的摩擦滑动产生的滑动噪声(slidingnoise)以及自激振动噪声(self-excited vibration noise)。该金属石墨刷亦具有较高的比电阻(specific resistance)及较长的寿命(耐磨)。
然而，根据现有碳刷90，如图9B所示，该石墨团95的粒径是在一个较宽范围内变化。如图9B所示的状态中，图9A的示意图中的金属颗粒92及固体润滑剂颗粒93被去除，使石墨团95及原生石墨颗粒91的分散状态更为突出。该石墨团95的粒径变化使得大孔96a与小孔96b同时存在，例如如图3B的电子显微图片所示。孔96a、96b是其中不存在任何原生石墨颗粒91、金属颗粒92、固体润滑剂颗粒93、粘结剂的碳化物94及石墨团95的空间。
孔96a、96b的尺寸及分布有较大变化以及容易形成大孔96a的这一事实导致向碳刷90施加较大负载时会产生例如图3D的电子显微图片所示的裂纹97。这降低了碳刷90的强度。此外，金属颗粒92的分散倾向于变得不均匀，其容易导致各种问题的发生，如电压降增大及摩擦噪声增大。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种碳刷，该碳刷很容易减少电压降且消除摩擦噪声同时使用寿命较长，以及提供一种旋转电机。
为了完成上述的以及其它目的，以及根据本发明的意图，提供了一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷。该石墨团及金属颗粒以分散状态烧结。各个该石墨团是由原生石墨颗粒的团状物质形成的。各个石墨团的粒径在60至280μm的范围内。
还提供了另一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷。该石墨团及金属颗粒以分散状态烧结。各个该石墨团是由原生石墨颗粒的团状物质形成的。各个石墨团的粒径小于或等于该原料石墨颗粒平均粒径的10倍。
此外，本发明提供了另一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷。该石墨团及金属颗粒以分散状态烧结。各个石墨团是由原生石墨颗粒的团状物质形成的。各个该石墨团的平均粒径小于或等于该原料石墨颗粒平均粒径的5倍。
此外，本发明提供了另一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷。该石墨团及金属颗粒以分散状态烧结。各个石墨团是通过原生石墨颗粒粘结在一起的团状物质形成的。该粒状物质的表面包有无定形碳。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有上述碳刷的旋转电机。
结合附图参见下文之说明，可更清楚地了解本发明的其它方面及优点，这些说明以及附图以示例的方式阐明了本发明的主旨。
附图说明
通过参考下文之目前较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目的与优点，其中：
图1为阐示根据一实施例的直流马达的示意图；
图2A为阐示该较佳实施例的碳刷剖面细部结构的示意图；
图2B为重点阐示图2A中的石墨团的示意图；
图3A为一碳刷实施例的剖面电子显微图；
图3B为一碳刷对照例的剖面电子显微图；
图3C为显示该碳刷实施例与碳刷对照例中孔尺寸的测量结果图；
图3D为该碳刷对照例的剖面形成有裂纹这一状态的电子显微图；
图4A为显示该碳刷实施例的石墨团的粒径分布图；
图4B为显示该碳刷对照例的石墨团的粒径分布图；
图5A为显示该碳刷实施例与碳刷对照例抗弯强度的测量结果图；
图5B为显示该碳刷实施例中粘结剂添加量以及碳刷对照例中粘结剂添加量与抗弯强度之间关系的图；
图6为显示该碳刷实施例以及碳刷对照例中含铜量与摩擦系数μ之间关系的图；
图7为显示该碳刷实施例与碳刷对照例的材料评价结果的说明图；
图8A为显示该碳刷实施例中该粘结剂粘结面积比与该碳刷的振动之间关系的图；
图8B为阐示测量该碳刷振动的测量设备的一部分的示意图；
图8C为显示该碳刷实施例中碳刷振动与火花量之间的关系图；
图9A为阐示现有碳刷剖面细部结构的示意图；
图9B为着重显示图9A中石墨团的示意图。
具体实施方式
现结合图示描述根据本发明一实施例的电力转向马达(steering motor)及该马达中的碳刷。
如图1所示，在此实施例中为直流马达21的旋转电机包括基本为杯形的轭架(yoke housing)22、端框23、固定在轭架22内圆周面的磁体24、电枢25以及一对电刷装置26，该电刷装置容纳于由轭架22与端框23构成的空间中。通过径向向外延伸的凸缘部22a将轭架22的开口部固定在端框23的周面部。端框23大致为盘状且其中心处形成有中心孔23a。
电枢25包括旋转轴28、固定在旋转轴28的芯部29、绕芯部29缠绕的线圈30，以及固定在旋转轴28靠近端框23部分的换向器31。旋转轴28的上端由位于轭架22的闭合端中心处的轴承32来支撑，而旋转轴28的下端由轴承33可旋转地支撑，该轴承33固定在端框23的中心孔23a的内圆周。在被轴承33可旋转地支撑着的同时，该旋转轴28的下端通过中心孔23a向外突出。装配件34固定在该突出的旋转轴28的下端部。装配件34具有装配孔34a用于与未示出的外部旋转轴(本实施例中为转向轴(steering shaft))在旋转方向连接。换向器31大致为圆柱形且包括位于其外圆周面上的换向器片31a。各换向器片31a与线圈30电连接。
电刷装置26位于端框23的靠近换向器31处。该电刷装置26沿换向器31的圆周方向以180度的间隔设置。各电刷装置26包括刷架35、碳刷36及螺旋弹簧37。各刷架为杯形且截面形状大致为矩形。各刷架35固定在端框23，而该刷架35的开口部对着换向器31。各刷架35的上表面形成有沿刷架35纵向方向(沿刷架35的换向器31的径向方向)延伸的长槽(draw out groove)35a。
碳刷36为大致矩形的实心体。各碳刷36容纳于刷架35中的一个之中，并处于该刷架35的侧壁之间，与侧壁留有一定的间隙。设置这些间隙是顾及到碳刷36在长时间驱动直流马达21时碳刷36与换向器31之间的接触电阻会引起热膨胀接触电阻。推动装置，即螺旋弹簧37，在压缩状态下置于各碳刷36的后端面与相应刷架的底部之间。各螺旋弹簧37朝换向器31方向推动相应的碳刷36以使该碳刷36的远端贴合换向器31(换向器片31a)的外圆周面。
供电导线，在本实施例中为铜辫38(pigtail)，连接至各碳刷36的上表面且从刷架35中形成的长槽35a突出相应的刷架35。铜辫38通过馈送终端与直流电源(未显示)电连接。直流马达21中，通过铜辫38与碳刷36向换向器31供给直流电流，藉此向前及向后旋转电枢25。
碳刷36为与换向器31摩擦的导电体，并且用于形成滑动接触。当各碳刷36的远端面压靠着换向器31的换向器片31a中的一个时，电流通过该换向器片31a供给至线圈30。换向器31产生整流作用将该直流电源供给的直流电流转换为交流电流。具体地，碳刷36与换向器片31a之间的受压接触期间，线圈30中的电流是短路的，然后其在短路形成至短路消除间极短的时间内电角度被反转了180度。该电流的重复反向产生了整流作用。根据电枢25的旋转碳刷36与换向器片31a之间间歇地发生受压接触，其导致在短周期内重复形成及消除该短路。
当碳刷36压靠着换向器片31a时，流经线圈30的电流在贴合后产生的电压低于其贴合前的电压(电压降)。该电压降是由于碳刷36与换向器片31a之间的接触电阻造成的，其产生热量从而引起能量损失。增加具高导电性的金属颗粒42的含量可减少该电压降。
当碳刷36压靠着换向器片31a时，碳刷36与换向器片31a之间有滑动摩擦。随着碳刷36与片31a之间滑动摩擦(即滑动摩擦系数μ)增加，碳刷36的振动以及直流马达21的噪声或异常声音亦增加。该滑动摩擦系数μ与该碳刷36的金属颗粒42的含量成比例。
碳刷36包括碳化物，该碳化物藉由制造过程(压模)中所添加的有机粘结剂的碳化而产生。当碳刷36压靠着换向器片31a时，该碳化物粘附在该换向器片31a的表面，从而成为造成碳刷振动或产生火花的原因之一。换言之，通过减少该有机粘结剂的含量即可容易地消除振动及火花。
接着，将对照现有碳刷90来进一步描述该较佳实施例的碳刷36。
图2A示意性地显示了该较佳实施例的碳刷36某个截面的微细结构。图3A示出了该较佳实施例的碳刷36的该截面的电子显微图，该显微图是利用扫描电子显微镜(SEM)获得的。
如图2A所示，碳刷36通过以分散状态烧结石墨团41与金属颗粒42而形成。此外，除了该石墨团41及该金属颗粒42外，最好通过将固体润滑剂的颗粒(下文称为固体润滑剂颗粒43)以分散状态烧结在内而形成碳刷36以减少碳刷36与换向器31之间的滑动摩擦阻。通过将石墨团41、金属颗粒42及该有机粘结剂进行压模并且煅烧该模制品而制成碳刷36。此时，碳刷36最好与所添加的固体润滑剂颗粒43一起压模。在上文描述中，烧结是指煅烧期间通过热处理将颗粒互相结合，以及将颗粒固化为压模时所制成形状的这一过程。即，短语“通过烧结形成”是指通过煅烧固化颗粒的全过程。
导电金属细粉可用作金属颗粒42以提供碳刷36的高导电性，最好使用铜细粉。对于固体润滑剂颗粒43，例如可使用如二硫化钼(MoS2)细粉。本实施例实例中，使用了平均粒径约为30μm的铜细粉以及平均粒径约为1μm的二硫化钼细粉。添加该有机粘结剂以增加压模时的成型性。通过煅烧，该有机粘结剂以碳化的状态留于碳刷36中。
图2B示出了从图2A的示意图中去除金属颗粒42及固体润滑剂颗粒43后的状态，着重显示了石墨团41的分散状态。
如图2A及2B所示，各石墨团由原生石墨颗粒44的团状物质(granulatedsubstance)形成。例如可将可石墨化材料经高温处理得到石墨化材料，并且将该石墨化材料磨成粉末而制成原生石墨颗粒44，或者先将可石墨化材料磨成粉末然后经高温处理得到石墨化材料而制成原生石墨颗粒44。
各石墨团41中的原生石墨颗粒44与相邻的原生石墨颗粒44紧密接触，并且以相对较弱的粘结力互相结合。该相对弱的粘结力是在相邻的原生石墨颗粒44在烧结过程中以紧密接触状态排列并且在这种状态下固化而形成的。
各石墨团41(团状物质)的表面包有该有机粘结剂的碳化物45(无定形碳)，如图2A及2B中粗黑线所示。该有机粘结剂的碳化物45用于加强这些原料石墨颗粒44间形成各石墨团41的较弱粘结力。此外，该有机粘结剂的碳化物45在各石墨团41表面上施加强粘结力以增加整个石墨团41的强度。该强粘结力是指一种大于原料石墨颗粒44间的相对较弱粘结力的力。
金属颗粒42及固体润滑剂颗粒43位于该有机粘结剂的碳化物45的表面，即，在石墨团41的表面。金属颗粒42及固体润滑剂颗粒43以弱粘结力与该有机粘结剂的碳化物45结合。该弱粘结力是指弱于由各石墨团41表面的有机粘结剂的碳化物45施加的强粘结力的力，并且或许弱于原生石墨颗粒44的相对较弱粘结力。
如图2A及3A所示，碳刷36中的石墨团41、金属颗粒42及固体润滑剂颗粒43之间形成有多个孔46。该些孔46是其中不存在任何石墨团41、金属颗粒42、固体润滑剂颗粒43、原生石墨颗粒44及该粘结剂的碳化物45的空间。
如图9A、9B及图3B、3D所示，该现有碳刷90(对照例)与该较佳实施例的碳刷36的不同之处在于，该粘结剂(碳化物94)包在各原生石墨颗粒91的表面。结果，包含于碳刷90各石墨团95中的原生石墨颗粒91的数量有显著的变化，其导致了该粒径有显著的变化。此外，在碳刷90中，石墨团95、金属颗粒92及固体润滑剂颗粒93之间形成的孔96a、96b的尺寸也有显著的变化。该对照例的碳刷90包括平均粒径为30μm的原生石墨颗粒91、平均粒径约为30μm的铜细粉及平均粒径约为1μm的二硫化钼细粉，与本较佳实施例相同。
根据该较佳实施例的碳刷36，由于各石墨团41包括许多原生石墨颗粒44，各石墨团41的粒径须大于各原生石墨颗粒44的粒径。石墨团41的粒径在60至 280μm范围内。例如，如图4A所示，利用半均粒径为30μm的石墨颗粒44制成的碳刷36中，石墨团41的粒径分布基本为一个粒径范围在40至300μm之间的正态分布，其中粒径在60至280μm范围内的占总数的99.7％，粒径在70至180μm范围内的占总数的60％。具体地，石墨团41的最大粒径小于或等于原料石墨颗粒44的平均粒径(30μm)的10倍。此外，如图4A所示，石墨团41的平均粒径为140μm，其小于或等于原料石墨颗粒44的平均粒径(30μm)的5倍。通过在SEM图上检测其中一些石墨团41并且假定各石墨团41的外形是圆形或椭圆形来测量石墨团41的粒径。不在该SEM图上检测对应原生石墨颗粒44的物质。
如图4B所示，对于该对照例的碳刷90(现有技术)，各石墨团95的粒径大于或等于70μm，且包括许多粒径大于400μm的石墨团95。此外，该分布不属于正态分布。粒径在80至400μm的范围内的石墨团95占总数的99.7％。此外，平均粒径为170μm，其超过了原生石墨颗粒91的平均粒径(30μm)的5倍。
在SEM图上各检测该实施例及该对照例碳刷的10个最大的孔。图3C为显示孔尺寸的平均值、最大值及最小值的图，这些值通过获取这些孔的最大尺寸而测得。因此，该孔尺寸代表该孔尺寸的最大值。如图3C所示，该实施例的碳刷36的孔尺寸分布在4至14μm范围内且平均尺寸为9μm，而该对照例的碳刷90的孔尺寸分布在6至20μm范围内且平均尺寸为9μm。即，根据该实施例的碳刷36，孔46的最大尺寸(14μm)小于或等于原生石墨颗粒44的平均粒径(30μm)的一半。此外，与该对照例的碳刷90相比，孔46的尺寸变化小。因此，该实例的碳刷36抑制了裂纹97的形成，因而轻松地延长了寿命。
图5A为显示了碳刷抗弯强度的平均值、最大值及最小值的图，该抗弯强度为根据图4A及3C的该实施例(图中标为粘结剂量未减少)、该对照例以及另一有机粘结剂添加量比该实施例减少30％质量百分比的实施例(图中标为粘结剂量减少30％)的抗弯强度。使用已知的三点弯曲试验(three-point bendingtest)来评估该抗弯强度。如图5A所示，与该对照例的碳刷90相比，该实施例的碳刷36(粘结剂量未减少)具有较大的抗弯强度。该抗弯强度的增加使得该碳刷的弹性系数增加。因此，该实施例实例同时具有利弊，即，减少了该碳刷的机械磨损，增加了噪声及异常声音。
重要的是，该另一实施例的碳刷36的抗弯强度(粘结剂量减少30％)相当于该对照例的现有碳刷90的抗弯强度。即，在通过添加该有机粘结剂制造的碳刷中，该有机粘结剂的碳化物粘附至换向器31的换向器片31a上而导致振动与火花。因此，减少粘结剂的量对于提供高质量的碳刷尤为重要。就此而言，该另一实施例(粘结剂量减少30％)的碳刷36明显优于该对照例的碳刷90。
图5B的图表显示了该实施例及该对照例中各碳刷的该粘结剂量与该抗弯强度之间关系的观察结果。如图5B所示，与该对照例的碳刷90相比，该实施例的碳刷36曲线图的倾角小。因此，该粘结剂量的变化对于该抗弯强度的影响不大。特别地，众所周知的是，该抗弯强度小于8MPa时，在生产碳刷的过程中容易产生裂纹及碎片。该对照例的碳刷90中，若该粘结剂量减少30％，该弯曲强度变为8.1MPa。然而，该实施例的碳刷36中，即使该粘结剂量减少至小于或等于50％，该弯曲强度仍足以超过8MPa。
图6为显示使用摩擦系数测量仪器测得的该另一实施例(粘结剂量减少30％)以及该对照例的铜添加量与摩擦系数μ之间的关系图。该试验通过在温度为30至35℃、湿度为1至3G/m3及1400rpm的旋转速度下驱动空载的7.5V离散马达(discrete motor)来进行。
如6所示，该实施例的碳刷36的摩擦系数μ明显地小于含铜量相等的该对照例的碳刷的摩擦系数μ，并且曲线图的倾角小。因此，可容易地抑制该摩擦系数μ的显著增加。图6中，该实施例的碳刷36的摩擦系数μ与该对照例的碳刷的摩擦系数μ基本相同，该碳刷36含有质量为36％的铜，而该对照例的碳刷含有质量为26％的铜。因此，该实施例的碳刷36的优点在于其导电率与该对照例的碳刷90相比增大了。一般认为该碳刷的含铜量上限约占质量的39％。然而，根据本实施例的碳刷36，即使碳刷36的含有占质量39％铜，该碳刷36的摩擦系数μ仍小于该对照例的含有占质量26％铜的碳刷。即，碳刷36在抑制该碳刷36与换向器31间的摩擦阻力的同时便于增大含铜量。这提高了该碳刷的导电率，是较佳的。
图7的表格显示了该另一实施例(粘结剂量减少30％)与该对照例的材料评价的结果。即，该表包括显示对另一实施例与对照例的抗弯强度及摩擦系数μ进行按比例增大测量(测量数n＝30)的测量结果值的分布图。此外，该表包括该另一实施例与该对照例的电压降等级的测量结果以及弹性系数的测量结果。
如该表所示，根据该另一实施例的碳刷36，该摩擦系数μ测量值的分布与该对照例的碳刷90相比是均匀的。因此，作用于换向器30的摩擦趋向恒定。类似地，该抗弯强度、该弹性系数及该电压降亦趋向恒定，因为该实施例的标准差σ小于该对照例的标准差σ。由此，该另一实施例的碳刷36优于该对照例的碳刷90，其原因是该另一实施例的碳刷36在该摩擦系数μ、该抗弯强度、该弹性系数及该电压降方面提供所需的恒定性能。此外，该另一实施例的碳刷36的电压降小于该对照例的碳刷的电压降，减少了能量的损失，是较佳的。
碳刷的物理特性中，弹性系数的增大一般会增大该直流马达21的噪声以及该碳刷与该换向器31之间的异常声音。此外，该抗弯强度的增大会降低该碳刷的机械磨损。该弹性系数及该抗弯强度相互矛盾，所以若该弹性系数增大，该抗弯强度减小。因此，很难在抑制噪声及异常声音的同时降低机械磨损。
图8A为显示该实施例的碳刷36及该对照例的碳刷90的粘结剂粘附面积比与刷振动之间关系的观察结果的图表，该碳刷36含占质量36％的铜，该碳刷90含占质量26％的铜。对于该实施例的碳刷36，以三种碳刷36来进行试验，即，该粘结剂量减少30％的碳刷36、该粘结剂量未减少的碳刷36及该粘结剂量增加30％的碳刷36。
使用配有负载转换器51(load converter)的测量设备(见图8B)来执行该试验，该负载转换器位于该直流马达21的刷架35其中一个的一侧。负载转换器是用于检测电枢25旋转时刷架35所产生的振动的设备。该振动以如图8A所示的波形来记录。从图8A所示的波形得到标示为最大振幅的振动，然后在图8A中标绘为该刷的振动。
当该直流马达21在温度为30至35℃、湿度为1至3g/m3环境下以1400rpm工作250小时后，通过使用拉曼光谱法(Raman spectroscopy)获得换向器31的换向器片31a表面上的碳成像(carbon mapping)，然后测量该无定形碳的分布面积，得到该粘结剂粘附面积比。该碳刷包括两种类型的碳，其为由石墨晶体构成的碳以及由该有机粘结剂的碳化物构成的无定形碳。该拉曼光谱法是一种检测该无定形碳的方法。
如图8A所示，根据该实施例的碳刷36，随着该粘结剂粘附面积比的减小，该刷振动亦减小了。此外，在8A中，根据该实施例的碳刷36，该粘结剂粘附面积比与该粘结剂量成比例地增加。因此，根据该实施例的碳刷36，该刷振动与该制造过程中的该粘结剂添加量成比例地增加。对于该对照例的碳刷90，由于铜的添加量低至只占质量的26％，该刷振动稍小于该实施例(粘结剂未减少)的刷振动。然而，若该金属颗粒92的含量增加至例如占质量的36％，该摩擦系数μ增加了，使得其刷振动大于该实施例(粘结剂未减少)的刷振动。
图8C是与获得如图8A所示结果的试验同时进行的试验结果图，并且显示了该刷振动与火花量之间的关系。如图8C所示，随着该刷振动的增加，该火花量亦增加了。即，由于该有机粘结剂的碳化物是无定形的且具有活性结构(activating structure)，因此该有机粘结剂的碳化物较石墨更容易粘附至换向器31。当该有机粘结剂的碳化物粘附至换向器31时，该刷振动增加且该火花量亦增加。该火花量的增加通常会导致该碳刷上的火花磨损且会缩短使用寿命。然而，根据本实施例的碳刷36，由于很容易减少该有机粘结剂的添加量，因此就很容易地抑制了刷振动以及火花的生成。
该较佳实施例具有如下有点。
(1)根据该较佳实施例的碳刷36，石墨团41的粒径与现有碳刷90的粒径相比是均匀的。这便于更均匀地分散金属颗粒42。结果，碳刷36的导电率增加了，且容易减少电压降。此外，由于石墨团41及金属颗粒42均匀地抵靠着换向器31滑动，因此该对于换向器31的滑动阻力减少了，且可容易地减少碳刷36及换向器片31a的局部磨损。
(2)根据该较佳实施例的碳刷36，孔46的尺寸与现有碳刷90的尺寸相比较小且是均匀的。因此，不容易形成裂纹且容易消除碳刷36的缺陷。此外，由于碳刷36中的颗粒互相紧密接触地排列，该结构变得致密，藉此很容易增加碳刷36的强度。该碳刷36强度的增加有利于减少该有机粘结剂的添加量。由于石墨团41的粒径是均匀的，因此孔46的大小亦是均匀的。
(3)根据该较佳实施例的碳刷36，各石墨团41由原生石墨颗粒44的团状物质形成，该石墨团上包有该有机粘结剂的碳化物45。与此相反，各现有石墨团95包括许多原生石墨颗粒91，且各原生石墨颗粒91的表面包有该有机粘结剂的碳化物94。因此，该较佳实施例的石墨团41的原生石墨颗粒的单位体积所必需的该有机粘结剂量小于现有石墨团95的该有机粘结剂量。此外，该较佳实施例的碳刷36中，制造后该有机粘结剂的碳化物45的残留量比现有碳刷90少。这便于解决诸如摩擦系数μ的增加、振动的增加以及火花的生成等问题。
(4)在本较佳实施例的碳刷36中，各石墨团41的粒径在60至280μm范围之内。所有石墨团41的粒径在60至280μm范围之内是较佳的。然而，显著性水平可小于5％，较佳地，小于1％，更佳地，小于等于0.3％。因此，碳刷36中，石墨团41的粒径变化极其小，且石墨团41及该金属颗粒确实均匀地分散。因此，碳刷36的电传输特性及滑动特性也得以改善。因此，防止了电压的降低，且减少了碳刷36与换向器之间的滑动摩擦阻力。此外，该滑动摩擦阻力的减少使得噪声减少，且消除碳刷36的缺陷及裂纹的产生，从而延长了碳刷36的使用寿命。
此外，该实施例的碳刷36中，由于石墨团41的最大粒径小于或等于原生石墨颗粒44平均粒径的10倍，因此各石墨团41的粒径小于等于原生石墨颗粒44平均粒径的10倍。最好所有石墨团41的粒径都等于或小于10倍的原生石墨颗粒44的平均粒径。然而，显著性水平可小于5％，较佳地，小于1，更佳地，小于0.3％。此外，石墨团41的平均粒径等于或小于原生石墨颗粒44的平均粒径的5倍。石墨团41的粒径在预设范围内的情况下，这些结构仍有相同的优点。
(5)本实施例的碳刷36中，各石墨团41的表面包有无定形碳。该无定形碳用于将多个原生石墨颗粒44粘结为石墨团41，藉此增加该石墨团41的强度。此外，在碳刷36的制造过程中，该有机粘结剂(无定形碳的原材料)使各石墨团41中的石墨颗粒数量一致，藉此来促使石墨团41的粒径变得均匀。
此外，该无定形碳仅存在于石墨团41的表面。这减少了各碳刷36中该无定形碳的比例。因此，可容易地增加与碳刷36的电传输特性及滑动特性相关的重要成分的含量。各石墨团41中，许多石墨颗粒44共同以该无定形碳包覆。由此，各石墨团41有足够高的强度。此外，碳刷36很容易地减少该无定形碳带来的负面影响，且抑制振动及火花的发生。
(6)本实施例的各碳刷36中，其中形成的各孔的尺寸等于或小于原生石墨颗粒44的平均粒径的一半。最好所有孔的尺寸都等于或小于原生石墨颗粒44的平均粒径的一半。然而，显著性水平可小于5％，较佳地，小于1，更佳地，小于0.3％。这减少了裂纹的发生且由此防止碳刷36的损坏。因此，延长了碳刷36的使用寿命。此外，由于各碳刷36中的颗粒互相紧密接触地排列，该结构变得致密藉此容易增加碳刷36的强度。
(7)  由于本实施例的直流马达21具有能在延长使用寿命的同时减少电压降且抑制摩擦噪声的碳刷36，因此在延长电机21的使用寿命的同时减少了电压降且抑制了摩擦噪声。
该较佳实施例可做如下修改。
可在煅烧过程中去除在压模过程中为了改善成型性而添加的有机粘结剂。同样在这种情况下，可容易地抑制碳刷36包含的石墨团41的粒径的变化。此外，由于在制造过程中各石墨团41的表面包有该有机粘结剂，并且由于在烧结过程中邻近原料石墨颗粒44相互紧密接触地排列，因此足以增加了该邻近原生石墨颗粒44的粘结力(该相对弱粘结力)。
除了直流马达21，碳刷36还可设置在旋转电机中。或者，除了旋转电机之外，碳刷36可应用于电机中使用的电极。

Claims (7)

1、一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷，所述石墨团及金属颗粒以分散状态烧结，
其中，各个所述石墨团由原生石墨颗粒的团状物质所形成，并且
其中，各个所述石墨团的粒径在60至280μm的范围内。
2、一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷，所述石墨团及金属颗粒以分散状态烧结，
其中，各个所述石墨团由原生石墨颗粒的团状物质所形成，并且
其中，各个所述石墨团的粒径小于或等于所述原生石墨颗粒的平均粒径的10倍。
3、一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷，所述石墨团及金属颗粒以分散状态烧结，
其中，各个所述石墨团由原生石墨颗粒的团状物质所形成，并且
其中，各个所述石墨团的平均粒径小于或等于所述原生石墨颗粒的平均粒径的5倍。
4、如权利要求1至3中任意一项所述的碳刷，其中，所述团状物质的表面包有无定形碳。
5、一种含有石墨团及金属颗粒的碳刷，所述石墨团及金属颗粒以分散状态烧结，
其中，各个所述石墨团由原生石墨颗粒的团状物质所形成，原生石墨颗粒在所述团状物质中粘结在一起，并且，
其中，所述团状物质的表面包有无定形碳。
6、如权利要求1至5中任意一项所述的碳刷，进一步包括多个孔，
其中，各个孔的尺寸小于或等于所述原生石墨颗粒的平均粒径的一半。
7、一种旋转电机，所述电机具有如权利要求1至6中任意一项所述的碳刷。
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