Композиционный материал для коллекторов электрических машин

 

, (72) Авторы изобретения

/.

P. Ф. Бекишев, С. И. Качни, Г. Г. Кьфтвнтйнов,и В.- A;

r : :-/ т

Томский ордена Октябрьской Револняши и-оРдена." " :? . Трудового Красного Знамени политехнический.институт им. С. М. Кирова (21} Заявитель (54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОЛЛЕКТОРОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электротехническим материалам, а именно к композиционным материалам на основе углеродных волокнистых материалов, используемым для коллекторов электрических машин;

Наиболее близким- к изобретению являет- 5

cs композиционньш материап для коллекторов электрических. машин на основе углеродных волокнистых материалов и изоляции, скрепленных полимерным связующим. М.

Недостатком данного материала, также как ранее рассмотренных композиционщях материалов, является его невысокая коммутирующая способность.,В приведенных . аналогах чередование слоев углеродной ткани с изоляционной повышает электрическое сопротивление материала лишь в направлении, перпендикулярном плоскости указанных слоев, что незначительно повышает его коммутирующую способность. Для дальнейшего улучшения коммутирующих свойств необходиZ0 мо, чтобы в направлении одной из осей прямоугольной системы координат материал имел низкое электрическое сопротивление, а: . в двух других направлениях не проводил, электрический .ток.. При этом контактное сопротивление у элементов токосъема, sb>полненных из такого материала, изменяется обратно нропорцнонально площади контакта, что существенно улучшает протекание процесса коммутации в электрической машине.

Цель изобретения — повышение коммутирующих свойств материала.

Цель достигается тем, чтр композиционный материал содержит параллельно уложенные углеродные волокна, каждое из которых покрыто изолирующим составом при следую щем соотношении компонентов, вес.%:

Углеродное волокно 70 — 80

Изолирующий состав 20 — 30

Покрьпие- каждого волокна изолирующим составом обеспечивает ярко выраженную- анизотропию электрических свойств, т.е. высокую,, электропроводность материала в одном направлении (вдоль волокон) и относительно низкую электропроводность в двух других направлениях декартовой системы координат (поперек волокон), определяемую сопротив997153

Прочность íà растяжение, кгс/см

Удельное опротив-. ление поМатериал примера

Прочность на сжатие, кгс/см

Удельное

Плотнос г/см

Ударная вязкость, кгс/см сопротивление вдол волокон

Ом мм перек волокон г

Ом.мм м 1,6-1,9

2 — 7

5,3 — 6,4

2500-2600

2500 †26

2400 — 2500

2500-2700

2300 — 2500

2400 †26

2400-2700

2400 — 2600

1 — 5

6,6 — 7,2

2 — 4

1,5-1,8

1,4-1,7

7,0-7,6

4,2-5,0

1 — 3

0,2-0,6

2-5

1 — 5

Прототип 1,5-1,8 лением изоляции между соседними волокнами. Положительное влияние высокой анизотропии электрических свойств данного композиционного материала заключается в том, что сопротивление контакта щетки с ламелью изменяется в.:обратно пропорциональной зависимости от площади контактирования. При этом разность сопротивлений под сбегающим и набегающим краями щетки в конце периода коммутации возрастает (в идеальном, 10 случае до бесконечно большой величины). А это означает, что в момент размыкания (замыкания) секций якорной обмотки ток разрыва имеет незначительную величину, тем самым обеспечивается уменьшение количества 15 энергии, выделяющейся в скользящем контакте на завершающем этапе коммутации. Таким образом, достигаетея безыскровая работа щеточного контакта в электрической машине, благодаря чему уменьшается электро- 20 эрроэионный износ контактирующих элементов, снижается уровень радиопомех.

Для получения композиционного материа, ла углеродные волокна типа ПАН покрыты термостойким изолирующим составом — 25 лаком типа ПЭ вЂ” 943. Для нанесения изолирующего покрытия углеродные волокна окунаются в ванну с жидкой фазой указанного изолирующего состава и сушатся при температуре 160 — 180 С. Затем углеродные волокна с нанесенной изоляцией пропитываются полимерным связующим Т-l, подвергаются вторичной сушке при 60 С, укладываются параллельно друг другу в пресс-фор. му и оппрессовываются при 180 — 200 С и

35 давлении 150 — 200 ат.:. При необходимости уве-. личения толщины изоляционного покрытия процесс нанесения изоляции повторялся несколько раэ.

Следовательно, указанное весовое соотношение компонентов материала является оп4

Пример 1. ПАН вЂ” волокна- по. крываются термостойким изолирующим составом — лаком типа ПЭ вЂ” 943, окунаются в изолировочную ванну с последующей сушкой в вытяжном шкафу при 160 С. В результате получают углеродные волокна, nowpbmae 1 изолирующим составом, при следуннцем соотношении компонентов, вес.%: ПАН вЂ” волокна 70; лак типа ПЭ вЂ” 94330.

Затем изолированные углеродные волокна пропитываются кремннйорганическим связующим Т-1, сушатся при 60 С, укладываются в пресс-форму и производится прессование под давлением 200 ат и температуре 180 С до полимериэацни связующего.

Пример 2. Операции выполняются по примеру 1, причем углеродные волокна покрыты изолирующим составом при следуюющем соотношении компонентов, вес.%:

ПАН вЂ” волокна 75

Лак типа ПЭ вЂ” 943 25

Пример. 3. Операции выполняются по примеру 1, причем углеродные волокна покрыты изолирующим составом при следующем соотношении компонентов, вес.%:

IIAH волокна 80

Лак типа ПЭ вЂ” 943 20

Основные физико-механические свойства предлагаемого композиционного материала и прототипа сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, композиционный материал по примеру 2,изготовленный на основе ПАН вЂ” волокна и термостойкого изолирующего состава — лака типа ПЭ вЂ” 943 в весовом соотношении 75 — 25 соответственно, обладает лучшими свойствами по сравнению с другими материалами, приведенными в таблице. тимальным. Отклонения в весовых соотношениях компонентов предлагаемого компо997153

Составитель В. полков

Техред Ж.Кастелевнч Корректор О. Билак

Редактор М. Дылын

Тираж 588 Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 949/73

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 зиционного материала негативно сказываются на его свойствах. Например, увеличение содермания изолирующего состава в композиционном материале более 25% приводит к увеличению его удельного электрического. сопротивления, а следовательно, возрастают электрические потери в скользящем контакте. щетка — коллектор. При этом возможен перегрев элементов токосъема, обуславливающий повышенный износ контактирующих 10 элементов и способствующий искрообразованию. Уменьшение же содержания изолирующего состава менее 25% существенно снижает надежность изоляционного покрытия углеродных волокон, тем самым не обеспечивается 15 необходимая анизотропия и снижаются коммутирующие свойства данного композиционного материала.

Таким образом, композиционный материал на основе углеродных волокон с предварительно нанесенной изоляцией в весовом соотношении 75:25 соответственно обладает наилучшими механическими характеристиками и коммутирующими свойствами.

Удельное электрическое сопротивление данного композиционного материала сравнитель. но невелико, поэтому он может быть применен для изготовления коллекторов электрических машин.

Его низкая плотность и высокие прочностные свойства позволяют изготовлять коллекторы, которые могут применяться при окружных скоростях свыше 100 м/с.

Высокая коммутирующая способность предлагаемого материала обусловлена тем, что его контактное сопротивление в процессе коммутации изменяется обратно пропорционально площади контактирования. Это в свою очередь обеспечивает безыскровую ра боту щеточного контакта, уменьшение изно,са контактируемых элементов, снижение радиопомех и повышение срока службы электрической машины.

Применение указанного композиционного материала при производстве коллекторов позволяет значительно повысить качество и ресурс работы коллекторых электрических машин.

Формула изобретения

Композиционный материал для коллекторов электрических машин на основе углеродных волокнистых материалов и изоляции, скрепленных полимерным связующим, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коммутирующих свойств. материала, он выполнен в виде параллельно уложенных углеродных волокон, каждое из которых покрыто изолирующим составом при следующем соотношении компонентов, вес,%:

Углеродное волокно 70 — 80

Изолирующий состав . 20 — 30.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 670993, кл. Н 01 R 39/04, 1979.