集電環(huán)的材質(zhì)要求機(jī)械強(qiáng)度大

集電環(huán)的材質(zhì)要求機(jī)械強(qiáng)度大，并是電的良導(dǎo)體，還要具有耐腐蝕性，在與電刷滑動接觸時，必須具備耐磨性和穩(wěn)定的滑動接觸特性。一般，鋼質(zhì)集電環(huán)的耐磨性好，機(jī)械強(qiáng)度大，因此大多用于因極性引起集電環(huán)磨損差較大的同步電機(jī)上。

       集電環(huán)系列同步電機(jī)和異步電動機(jī)等采用集電環(huán)的電機(jī)，比較廣泛地用于產(chǎn)業(yè)部門，而且，多數(shù)是在各種苛刻條件下運行的。這些電機(jī)雖然沒有直流電機(jī)那樣的換向作用，但與換向器一樣，也出現(xiàn)集電環(huán)或電刷的異常磨損，電刷振動以及產(chǎn)生火花等弊病。特別從電刷材質(zhì)來看，集電環(huán)用電刷不僅使用石墨電刷，而且為了提高電刷的電流密度，有時也使用金屬石墨電刷，所以，還必須考慮異常殘余膨脹等因素。即使對于汽輪發(fā)電機(jī)那樣的高速電機(jī)或在全封閉氣體介質(zhì)和氫氣介質(zhì)中運行的電機(jī)，問題也不少。

  電刷在集電環(huán)上運行時，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩(wěn)定的氧化膜，這是電機(jī)運行良好的主要標(biāo)志之一。因為這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長使用壽命。氧化膜是一種復(fù)合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環(huán)的材料成分有關(guān)。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范圍內(nèi)，一般為25nm.用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電刷與集電環(huán)接觸面是由無數(shù)個點相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機(jī)的轉(zhuǎn)速、集電環(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來決定。

    有研究發(fā)現(xiàn)，外加電壓小時，氧化膜絕緣，當(dāng)電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當(dāng)擊穿后，不管電流如何增加，由于導(dǎo)電點的增加、導(dǎo)電面積的擴(kuò)大，則接觸電壓保持恒定。