Early machines used brushes made from strands of copper wire to contact the surface of the commutator. No entanto, estas escovas de metal duro tendiam a riscar e ranhurar os segmentos lisos do comutador, exigindo eventualmente uma nova superfície do comutador. À medida que as escovas de cobre se desgastavam, o pó e os pedaços da escova podiam cravar-se entre os segmentos do comutador, encurtando-os e reduzindo a eficiência do dispositivo. As escovas de fio de cobre fino ou gaze proporcionavam um melhor contacto superficial com menos desgaste dos segmentos, mas as escovas de gaze eram mais caras do que as escovas de fita ou de fio de cobre.
Máquinas rotativas modernas com comutadores usam quase exclusivamente escovas de carbono, que podem ter pó de cobre misturado para melhorar a condutividade. As escovas de cobre metálicas podem ser encontradas em brinquedos ou motores muito pequenos, como o ilustrado acima, e alguns motores que só funcionam de forma muito intermitente, como os motores de arranque de automóveis.
Motores e geradores sofrem de um fenómeno conhecido como “reacção de armadura”, um dos efeitos do qual é alterar a posição em que a inversão da corrente através dos enrolamentos deve ocorrer de forma ideal, uma vez que a carga varia. As primeiras máquinas tinham as escovas montadas sobre um anel que era fornecido com uma pega. Durante o funcionamento, era necessário ajustar a posição do anel da escova para ajustar a comutação a fim de minimizar a faísca nas escovas. Este processo era conhecido como ‘abanar as escovas’.
Vários desenvolvimentos tiveram lugar para automatizar o processo de ajuste da comutação e minimizar a faísca nas escovas. Um destes desenvolvimentos foi o desenvolvimento de ‘escovas de alta resistência’, ou escovas feitas de uma mistura de pó de cobre e carbono. Embora descritas como escovas de alta resistência, a resistência de uma tal escova era da ordem de miliohms, o valor exacto depende do tamanho e função da máquina. Além disso, a escova de alta resistência não foi construída como uma escova, mas sob a forma de um bloco de carbono com uma face curva para corresponder à forma do comutador.
A escova de alta resistência ou de carbono é suficientemente grande para ser significativamente mais larga do que o segmento isolante que abrange (e em máquinas grandes pode muitas vezes abranger dois segmentos isolantes). O resultado disto é que à medida que o segmento de comutador passa de debaixo da escova, a corrente que passa para ele desce mais suavemente do que tinha acontecido com escovas de cobre puro onde o contacto se partiu subitamente. Do mesmo modo, o segmento que entra em contacto com a escova tem uma rampa semelhante da corrente. Assim, embora a corrente que passa através do pincel fosse mais ou menos constante, a corrente instantânea que passa para os dois segmentos de comutadores era proporcional à área relativa em contacto com o pincel.
A introdução do pincel de carbono teve efeitos secundários convenientes. As escovas de carbono tendem a desgastar-se mais uniformemente do que as escovas de cobre, e o carbono macio causa muito menos danos aos segmentos de comutador. Há menos faíscas de carbono em comparação com o cobre, e à medida que o carbono se desgasta, a maior resistência do carbono resulta em menos problemas com a recolha de poeira nos segmentos de comutadores.
A relação entre o cobre e o carbono pode ser alterada para um determinado fim. As escovas com maior teor de cobre têm melhor desempenho com voltagens muito baixas e corrente elevada, enquanto as escovas com maior teor de carbono são melhores para alta voltagem e corrente baixa. As escovas com elevado teor de cobre transportam normalmente 150 a 200 amperes por polegada quadrada de superfície de contacto, enquanto que as escovas com maior teor de carbono transportam apenas 40 a 70 amperes por polegada quadrada. A maior resistência do carbono também resulta numa maior queda de tensão de 0,8 a 1,0 volts por contacto, ou 1,6 a 2,0 volts através do comutador.
Porta escovasEdit
Uma mola é tipicamente utilizada com a escova, para manter um contacto constante com o comutador. À medida que a escova e o comutador se desgastam, a mola empurra a escova para baixo em direcção ao comutador. Eventualmente, a escova veste-se suficientemente pequena e fina para que o contacto constante deixe de ser possível ou não seja mais segura no suporte da escova, pelo que a escova deve ser substituída.
É comum que um cabo de alimentação flexível seja directamente ligado à escova, porque a corrente que flui através da mola de suporte causaria aquecimento, o que pode levar a uma perda da têmpera metálica e a uma perda da tensão da mola.
Quando um motor ou gerador comutado utiliza mais energia do que uma única escova é capaz de conduzir, um conjunto de vários suportes de escovas é montado em paralelo ao longo da superfície do comutador muito grande. Este suporte paralelo distribui a corrente uniformemente por todas as escovas, e permite a um operador cuidadoso remover uma escova defeituosa e substituí-la por uma nova, mesmo quando a máquina continua a girar totalmente alimentada e sob carga.
Equipamento comutado de alta potência e corrente elevada é agora invulgar, devido ao desenho menos complexo dos geradores de corrente alternada que permite uma bobina de campo giratório de baixa corrente e alta tensão para energizar bobinas de estator de posição fixa de alta corrente. Isto permite a utilização de escovas singulares muito pequenas no desenho do alternador. Neste caso, os contactos rotativos são anéis contínuos, chamados anéis deslizantes, e não acontece qualquer comutação.
Os dispositivos modernos que utilizam escovas de carbono têm normalmente um desenho livre de manutenção que não requer qualquer ajuste durante toda a vida útil do dispositivo, utilizando uma ranhura porta-escovas de posição fixa e um conjunto combinado escova-mola que cabe na ranhura. A escova gasta é puxada para fora e uma nova escova é inserida.
Ângulo de contacto da escovaEdit
Os diferentes tipos de escovas fazem contacto com o comutador de diferentes maneiras. Como as escovas de cobre têm a mesma dureza que os segmentos do comutador, o rotor não pode ser rodado para trás contra as extremidades das escovas de cobre sem que o cobre penetre nos segmentos e cause graves danos. Consequentemente, as escovas de cobre em tiras/laminadas só fazem contacto tangencial com o comutador, enquanto as escovas de rede e de fio de cobre utilizam um ângulo de contacto inclinado que toca a sua extremidade através dos segmentos de um comutador que pode girar apenas numa direcção.
A suavidade das escovas de carbono permite o contacto directo radial com o comutador sem danificar os segmentos, permitindo uma fácil inversão da direcção do rotor, sem necessidade de reorientar os suportes das escovas para operação na direcção oposta. Embora nunca invertidos, os motores de aparelhos comuns que utilizam rotores enrolados, comutadores e escovas têm escovas de contacto radial. No caso de um porta-escovas de carbono tipo reacção, as escovas de carbono podem ter uma inclinação inversa com o comutador, de modo que o comutador tende a empurrar contra o carbono para um contacto firme.