碳刷架
碳刷架（碳 brush holder）是用于支撑碳刷的支架，也叫碳刷握。碳刷架一般通过施压结构将压力加在碳刷上，从而使碳刷与换向器或集电环表面滑动接触，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。其加工精度和刚性强度直接影响碳刷和电机的使用寿命。
20世纪60年代之前，电机行业处于萌芽期，全球碳刷架的专利年申请量非常少。1960至1980年，电机技术不断发展，关于碳刷架的专利申请数量不断攀升，专利集中于碳刷架基本结构的设计，如碳刷的固定方式，施压结构的类型等。1980至2000年，电机技术发展成熟，关于碳刷架的专利申请数量陡然减少，维持在每年50件左右。2000年以后，由于中国关于碳刷架的专利申请数量逐年上升，使得全球碳刷架专利申请数量平稳上升，而其它国家相关的专利申请数量实际上是降低趋势。
根据施压结构的不同，碳刷架可分为弹臂式和刷盒式等。弹臂式碳刷架结构相对简单，常用在电锤、电镐等产品上。不过，弹臂式驱动结构却会随着碳刷的磨损，使得碳刷与换向器或集电环的接触角产生偏差，并导致接触不稳定。而刷盒式的驱动结构，则是即便碳刷磨损也能保证与换向器 / 集电环的始终垂直接触，可有效解决碳刷磨损后，与换向器等接触不稳定的问题。
简史
全球碳刷架专利申请量趋势可以分为四个阶段。20世纪60年代之前为第一阶段，该阶段整个电机行业处于萌芽期，年申请量非常少。1960—1980年是第二阶段，电机技术不断发展，关于碳刷架的专利申请数量不断攀升，1980年达到峰值。该阶段的专利申请关注于碳刷架基本结构的设计，如碳刷的固定方式，施压结构的类型等。1980—2000年是第三阶段，电机技术发展成熟，关于碳刷架的专利申请数量陡然减少，维持在每年50件左右。2000年以后是第四阶段，该阶段专利申请数量平稳上升，这主要是由于中国关于碳刷架的专利申请数量逐年上升，而其他国家相关的专利申请数量实际上是降低趋势。
中国的碳刷架专利技术起步晚，2000年之前是技术发展的萌芽期，此期间内，碳刷架的专利申请数量很少，甚至出现了个别年份的专利申请量为0的情况，这与当时中国的电机技术的发展及工业发展水平有关。2000年之后电机技术不断发展，中国对专利申请及保护越来越重视，鼓励技术创新，更多的企业和个人开始对碳刷架进行研究，专利申请数量逐年攀升，至今仍保持上升趋势。至于2023年专利申请数量的下降，主要原因可能在于部分专利申请尚未公开，因此2023年的专利申请数据不能代表实际申请数量。
工作原理
碳刷是电机中用于在固定体和转动体之间传递能量或信号的装置。用于支撑碳刷的支架即为碳刷架，也叫碳刷握，一般通过施压结构将压力加在碳刷上，从而使碳刷与换向器或集电环表面滑动接触，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。不管碳刷的特性多么好，若刷架不合适或出现问题，碳刷不仅不能充分发挥它的优良特性，而且会给电机本身的性能和寿命带来很大的影响。
主要材质
由于要求碳刷架本身材料具有良好的机械强度，加工性能，耐蚀性能，散热性能和导电性能等，所以，碳刷架主要采用青铜铸件，铝铸件及其它合成材料。
主要分类
碳刷架根据施压结构的不同，可分为弹臂式碳刷架和刷盒式碳刷架等。
弹臂式
弹臂式碳刷架结构相对简单。如下图，两只碳刷的固定框(a)即相连的盘簧(b)被固定在环氧树脂板(b)上，环氧树脂板固定于机壳。早期的碳刷架结构较难保证两碳刷中心线一致，也无法保证电机中心线重合，因此了造成火花异常不均衡，碳刷磨损程度产生较大差异等现象。经过对碳刷架结构以及对碳刷架固定方式的改进，逐步使之适用于现代电动工具设计理念，并在电动工具上使用碳刷架的机型越快越多，尤其是在将使用碳刷架视为禁区的电锤、电镐等产品上获得了合理应用，取得较好效果。
刷盒式
弹臂式驱动结构相对简单，但始终存在一个问题，就是随着碳刷的磨损，碳刷与换向器或集电环的接触角会产生偏差导致接触的不稳定。而刷盒式的驱动结构，即便碳刷磨损也能保证与换向器或集电环的始终垂直接触，有效解决了这一技术问题。
CN1402384A（清华大学，2002年）提出的一种电机碳刷恒压力压紧装置，刷握中设置能够提供恒定压力的撑簧，撑簧含有螺旋状的簧圈本体，簧圈本体的两端各伸出一条的转臂，两条转臂的长度相等，两转臂的端部具有定位结构，并分别支撑在碳刷尾部和电机机体上。随着碳刷的磨损，撑簧的两臂可随之逐渐撑开，其对碳刷产生的压力在较大的工作范围内仅发生微小的变化，直至碳刷磨损到最后，压力仍保持基本不变。
CN203967472U（江苏微特利电机制造有限公司，2014年）提出一种具有良好接触性能的碳刷，碳刷内筒的侧壁上设有螺旋槽，刷体位于内筒内部，且刷体的圆周表面上一体成型有和螺旋槽相配的凸块，凸块沿着螺旋槽滑动，在压簧的作用下，刷体变短后向下位移，而凸块受到螺旋槽的限制，使刷体在向下位移的同时会旋转，使该刷体的下端始终较为圆滑，进而能够和定子和转子始终保持良好接触。
主要特点
优点
（1）价格低廉。碳刷架结构简单，用铜量较少，采用冲压制作工艺，制作成本相对较低。
（2）适用于碳刷体较长的碳刷。碳刷架使用的碳刷没有碳刷弹簧，满足一副碳刷更长寿命的要求，负载下使用时间可达150h～200h。
（3）作用于碳刷上体的压力基本稳定。换向器上的火花基本不变。
（4）碳刷散热效果好。如碳刷架刚性好且定位可靠，相对于刷握，换向器火花更好。
（5）碳刷架内置于机壳或被后罩及其他塑料件遮盖，整机外观简洁、美观协调。
缺点
（1）装配繁琐。老式碳刷架必须固定在机壳上，搭配拧紧3～4枚螺钉，新式碳刷架装配时必须对准机壳相应位置压入并拧紧螺钉，同时须另装配盘簧。
（2）碳刷架刚性较差易变形。碳刷卡死以及火花增大、不通电。
（3）替换碳刷繁琐。完全内置式碳刷架更换碳刷时须拆下后罩。
（5）耐久测试时内置式碳刷架不可更换碳刷。
性能要求
为了保证电机的正常运行，对碳刷架提出性能要求如下：保持碳刷稳定；检查或更换碳刷时，易于在刷盒内装卸碳刷；能调整碳刷的位置以始终与换向器或集电环接触，防止磨坏换向器或集电环；碳刷压力的变化、加压方向和加压位置等对碳刷磨损的影响要小，且结构牢固；刷架本身材料具有良好的机械强度，加工性能，耐蚀性能，散热性能和导电性能等。
应用
发电机能不能正常发电，励磁电流是关键要素之一，而励磁电流的产生，是励磁电源通过碳刷和发电机定子和转子集电环相连来实现的。而碳刷架可以使碳刷与换向器或集电环表面滑动接触，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。
由于碳刷与集电环是在高速旋转过程中建立起来的电气回路，碳刷的磨损情况较为突出，若要发电机长周期、稳定运行，就必须定期对碳刷进行检查、维护，发现不符合运行要求的及时更换。所以选择安全型的碳刷架结构，可以实现维护方便，延长碳刷运行时间，减少碳刷更换频次。选用碳刷架时，机壳、刷握盖板以及后罩设计应在碳刷架、碳刷装配完成后两者带电体在最不利的位置上保持8mm以上的安全距离。此外，必须在刷辫上接上插扣连接至碳刷架相应位置。
随着中国企业的创新意识不断增强，对于碳刷架专利申请呈快速上升的趋势，且专利质量不断提高。随着电机领域技术的不断发展，对碳刷、碳刷架的结构及性能会提出更高的要求，碳刷架的专利技术也会随之不断发展。截至2020年，在电动工具上使用碳刷架的机型越快越多，尤其是在将使用碳刷架视为禁区的电锤、电镐等产品上获得了合理应用，取得较好效果。
参考资料
碳刷架的性能要求.南通摩鑫电碳有限公司 .2024-05-26