Щетка для электрических машин

 

(и) ба0т 31 .) ОИ ИСАЙКЕ

КЗОБРЕТEИ!47

Союз Советским

Соцкаписткческнм

Республик ((ЛВТОРС((ОМУ СВИДЕТЕЛЬС 1 ВУ (61) Дополнительное к авт. спид-Ву— (22) Заявлено 050477 (21 2474716/24-07 (Я) М. Кл. с присоед11нениеч заявки га

Н 01 R 39/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий.,(23) Приоритет— (И) УЛК621. 313..047.43(088.8) Опубликовано 300479. Бюллетень %16

Дата опубликования описания 300479

pg) з то ь, B. А. Глускин, Т. Н. Жуйкова, С. Г. Зайчиков, 10. Н. Новиков, М. Е. Вольпин, Е. С. Резников, Н. Н. Коркина, В.Л.Прядкин и A. С. Фиалков

{7Ц Заявитель (54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Однако такие щетки не нашли ши" рокого применения, так как обеспечивая минимальные потери в контакте, они практически не обладают износаустойчивостью, коммутирующей способностью и к тому же изнашивают коллектор с высокой скоростью.

Изобретение относится к электротехнике и касается элементов скользящего контакта для электрических машин, в частности, щеток для электрических машин, преимущественно на основе углеродистых волокон (нитей), тканей.

Основными требованиями, предъявляемыми к щеткам для электрических машин являются высокая коммутирующая способность, обеспечение минимальных электрических потерь в контакте, высокая износоустойчивость.

Щетки на основе волокнистых материалов в силу особенностей своей структуры и свойств (из-за наличия большого количества отдельных волокон, нитей) могут обеспечить лучшие по сравнению с обычными гранитными или сажевыми щетками контактные свойства, поэтому применение волокнистых материалов в этих целях с точки зрения требований, предъявляемых к щеткам, имеет хорошие перспективы.

Известны щетки для электрических машин на основе волокон (1).

Известны также щетки на основе

Известны также электрощетки на основе углегра4итовых волокон, а также щетки, в которые волокна частично или голностью металлизированы, благодаря чему электросопротивление межд смежными волокнами снижаетсяg что позволяет получить довольно равномерное распределение тока в теле щетки (31 и (4) .

Недостатками известных электрощеток являются наличие металлической пленки на каждом (в отдельности) воло1<не приводит к тому, что фактически весь процесс снятия тока с коллектора (кольца) осуществляется с помощью металла, так как )эметалла значительно ниже, чем р волокна.

При этом ухудшаются коммутирую ие свойства электрощеток и их износоустойчивость, хотя и снижаются элекбб0131 так и между щетками осуществляется более рааномерноу наличие металлической пленки не на каждом в отдельности -волокне, а лишь на некоторых (в пределах от 10 до

50Ъ) приводит к тому, что боль5 шая часть тока проходит через покрытие металлическои пленки волокна, при этом возрастают электрические потери, ухудшается токораспределение как внутри самой щетки, так и между щетками, хотя коммутирую-30 щая способность и износоустойчивость несколько повышаются; полное отсутствие металлической пленки (мет аллич еского покрыти я ) на отдельных волокнах обеспечивает щетке 15 высокую коммутирующую способност ь и износоустойчивость, однако при этом резко возрастают электрические потери а контакте и ухудшается токораспределение как внутри самой 20 щетки,так и между щетками.

Известны электрошетки на основе углеродных нитей с антифрикционными и токопроводящими добавками, выполненными также в виде нитей (5). 25

Щетки, изготовленные из указанного выше материала, обладают теми же недостатками, что и перечисленные аде, но а несколько меньшеи степени.

Известны также электрощетки, ссс- 0 тоящие из слоев углеродной или графитоаой ткани, соединенных между со-. бой фенольными, фураноаыми или эпоксидными смолами, образующими в результате полимеризации слоистый материал, причем а случае необходимости такие щетки пропитывают расплавленныМ металлом или сплавом металлов .путем погружения графитовых изделий в ванну с расплавленным сплавом (количество пропитки по весу может дос тигать 60%) (6)

Однако наличие значительного количества связующего, обладающего слабо выраженными электрическими свойствами, в электрощетке на основе угле45 родистой или графитоаой ткани, необходимого для формоаания компактного электрощеточного материала, значительно увеличивает электросопротивление и приводит к росту электричес- 50 ких потерь а контакте, ухудшению фрикционных характеристик, а также снижению коммутирующей способности.

Введение металлов или их сплавов, хотя и приводит к снижению переход- 55 ного сопротивления в контакте, но при этом резко ухудшаются коммутирующие свойства за счет контактироаания посредством металлического компонента, неравномерного распределения про- б0 питки по объему щетки, а также возрастает износ щеток.

Целью изобретения является улучшение контактных свойств щеток, а

uvcu n vttvvttttИИ ФРИКПИОННЫХ ХаРаКсвойств при обеспечении минимально возможных электрических потерь.

Для этого а известной щетке, содержащеи углеродное волокно, связующее и металлический компонент, металлический компонент расположен в межслоеаых пространствах элемен-. тарных волокон, причем в качестве металлического компонента применяются переходные металлы или их соли

Расположение металлического компонента между углеродными слоями элементарных волокон позволяет снизить величину удельного сопротивления материала в 5-б раз (например, полиакрилонитрильное волокно имеет 4 удельное электросопротивление 5 10 Ом.см, а то же самое волокно после внедрения между углеродньми слоями солей меди 10-4 Ом см) .

При этом другие физико-механические свойства остаются без изменения. Аналогичный эффект наблюдается и на других типах волокон.

Применение а щетке углеродистых волокон материалов с внедренными между углеродными слоями углеродных волокон переходными металлами или их солями позволяет улучшить фрикционные характеристики, коммутирующие свойства и снизить электрические потери в контакте за счет того, что в процессе работы предложенной щетки контактирование и процесс коммутации осуществляются отдельными волокнами, расположенными по асей контактной поверхности фактически без контакта металла по металлу, Получаемое при этом равномерное переходное сопротивление позволяет обеспечить как равномерное токораспределение внутри одной щетки, так и между различными щетками одной полярности. Равномерность контактного сопротивления затрудняет электрическую эрозию материалов контактной пары и при этом снижаются суммарные электрические потери а контакте за счет повышенных электропроводящих свойств самого волокнистого материала. Отсутствие фактического контакта металла по металлу обуславливает повышение коммутирующих свойств щеток.

Технологический процесс получения углеродных материалов (графит, углеродные волокна и др.), модифицированных солями переходных металлов, не представляет боль гх трудностей.

Например, слоистые соединения углеродного волокна с солями переходных металлов могут быть получены путем нагрева порошка или соли и углеродного волокна а токе хлора при нормальном давлении до температуры, необходимой для получения соединения определенной концентрации (слоистые соединения с 25-35 аес. СцСР в волок660131

30

Формула изобретения

ЦНИИПИ Заказ 2132/7 Тираж 922 Подписное дo 20 вес. Ъ вЂ” прн 450 С, время обработки 3-6 ч) .

Можно получать модифицированные соединения с различным содержанием металла в зависимости от свойств волокон и особенностей технологического процесса, но для углеродных волокон невозможно достичь более 35 вес. Ъ внедрения соли, что объясняется структурой волокна. Восстановление солей до металлов производится растворами анион-радикалов, например, в 10

РдСТВОРЕ КаЛИЙ НафТаЛИНа Б ТЕТРаГИД рофуране. При этом содержание металла в соединении может составлять

1-17Ъ.

Пример 1. Процесс изготовле- 15 ния щеток состоит из двух стадий.

1 ° 1. Получение волокнистого материала с внедренными в межслоевое пространство элементарных волокон металлами или их солями.

1 . 2. Изготовление полуфабриката и щеток.

Т.I. Для получения слоистых соединений с хлоридами и др. смесь 5 г волокна и 30 г металлического порош25 ка помещают в трубчатую печь и нагревают в токе хлора в течение 3-6 ч при различных температурах, что позволяет регулировать содержание соли в волокне.

По окончании реакции избыток соли отмывают концентрированной соляной .кислотой, дистиллированной водой и сушат на воздухе при 100 С. Количество внедрившейся сОли Определяют по привесу.

Для восстановления хлоридов металлов до чистых металлов слоистое соединение с солью (3 г) помещают в I M раствор натрий-нафталина в тетрагидрофуране (400 мл) и выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре. Затем осадок отфильтровывают, промывают в тетрагидрофуране и сушат при комнатной температуре в течение 8 ч. Содержание металла в соединении определяют весовым методом.

I.2.Углеродистый волокнистый материал, полученный по технологии и. I.1 покрывают связующим в количестве 30- 50

55Ъ от веса волокна, выбранным из группы фенолформальдегидных или эпоксидных смол. Избыток растворителя удаляется высушиванием в течение 5 часой при температуре 25 + 5 C. Пропитанный 55 волокнистый материал пакетируется и прессуется на гидравлическом 63-тонном прессе в глухую обогреваемую прессформу при температуре 160-200 С и удельном давлении прессования 600— см 60 в блоки размером 25х63х80. Для увеличения электропроводности полученного

КОГЯ1аК iНОГО I ii С«РИа11» ЕГО ДОПС11НИТЕЛЬ

Но ТЕРМООбРабаTl.ñ",эаЮТ ДЛЯ бОЛPЕ ПОЛНОЙ полимеризации связующего при температуре, не превышающей температуру разложения внедренных солей металла (в зависимости от "åîáõîäèìî-о процен а содержания так как s диапазоне 450550 С для соединечия меди, 600-700 С для никеля и кобальта) .

Из полученных блоков нарезают загстовки размером 8х12, 5х25, 12,5х20х28 и т. д., которые затем армируют IIpoведом. ПО описанной технолс1ии были изготовлены щетки, содержащие 2, 5, 15, 17 вес. -o переходного металла (например, меди, кобальта, никеля или его сОли) и испытаны на скорОстнОМ коллекторе и электрической машине мощностью

30 кВт, скоростью вращения 6000об/мин и напряжением 55 В.

Таким образом, регулируя процентное содержание солей металлов и металлов в межслоевом пространстве элементарных волокон, получают оптимальное сочетание контактных характеристик щеток в зависимости от условий работы и параметров электрической машины.

Технический эффект от использования предложенн х еток заключается в улучшении контактных свойств щеток, что приведет к увеличению срока службы щеточно-коллекторного узла электрических машин и самих машин.

Щетка для электрических машин, состоящая из углеродных волокон, связующего, металлического компонента, отличающаяся тем, что, с целью улучшения коммутирующих и контактных свойств, металлический компонент выполнен в виде переходных металлов или их солей и расположен в межслоевом пространстве углеродных волокон.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Германии Р 87795, кл. 21 о 62, 1896.

2. Патент США Р 3668451, кл. 310-248, 1970.

3. Патент Франции Р 1557274, кл. Н 01 R1968.

4. Патент Великобритании

Р 1191234, кл. Н 2 А, 1968.

5. Авторское свидетельство СССР

Р 386464к кл, Н 01 R 39/20, 1972.

6. Патент Франции Р 1406554 кл. G 08 Н 1/02, 1964.