Щетка для электрических машин Советский патент 1979 года по МПК H01R39/20 

(54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 1-1АШИН

1

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 графитными или сажевьгми щетками контактные свойства, поэтому применение волокнистых материалов з 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

И

Однако такие щетки не нашли широкого применения,, так как обеспе-. чивая минимальные потери в контакте, они практически не обладают износоустойчивостью, KOMiviy тирующей способностью и к тому же изнашивают коллектор с высокой скоростью.

Известны также электрощетки на основе углеграфитовых волокон, а также щетки, э которые волокна частично или полностью металлизированы, благодаря чему электросопротивление мелэду cмeжны: lи волокнами снижается,

S что позволяет получить довольно равномерное распределение тока в теле щетки 3 и 4.

Недостатками известных электрощеток являются наличие металличес) кой пленки на каждом (в отдельности) волокне приводит к тому, что фактически весь процесс снятия тока с коллектора (кольца) осуществляется с помощью металла, так какр металла

5 значительно ниже, чем р волокна. При этом ухудшаются коммутирующие свойства электрощеток и их износоустойчивость, хотя и снижаются электак и меукду щетками осущестЕЛяется более равномерно; налич1 е металлической пленки не на каждом в от дельности волокне, а лишь на не;которых (в пределах от 10 до 50%) приводит к тому, что большая часть тока проходит через покрытие металлической пленки волокна, при этом возрастают электрические потери, ухудшается токорас-. пределение как внутри самой щетки, так и между щетками, хотя коммутирую щая способность и износоустойчивость несколько повышаются; полное отсутствие металлической пленки (ме таллического покрытия) на отдельных волокнах обеспечивает щетке высокую коммутирующую способность и износоустойчивость/ однако- при этом резко возрастают электрические потери Б контакте и ухудшается токораспределение как внутри самой щетки,так и между щетками. Известны электроцетки на основе углеродных нитей с антифрикционными и токопроводящими добавками, выполне ными также в виде нитей . 5. Щетки, изготовленные из указанного выше материала, обладают теми же недостатками, что и перечисленные выше, но в несколько меньшей степени Известны также электрощетки, сое тоящие из слоев углеродной или графитовой ткани, соединенных между со бой фенольными, фурановы1ли или эпоксидными смолами, образующими в результате полимеризации слоистый Мс1териал, причем в случае необходимос ти такие щетки пропитывают расплавленныМ металлом или сплавом металло .путем погружения графитовых изделий в ванну с расплавленным сплавом (ко личество пропитки по весу может дос тигать 60%) б . Однако наличие значительного количества связующего, обладающего сл бо выраженными электрическими свойс вами, в электрощетке на основе угле родистой или графитовой ткани, необ ходимого для формования коьшактнсго электрощеточного материала, значительно увеличивает электросопротивление и приводит к росту электричес ких потерь в контакте, ухудшению фрикционных характеристик, а также снижению коммутирующей способности. Введение металлов или их спланюв хотя и приводит к снижению переходкого сопротивления в контакте, но п этом резко ухудшаются коммутирующие свойства за счет контактирования посредством металлического компонен та, неравномерного распределения пр питки по объему щетки, а также возрастает износ .щеток. Целью изобретения является улучшение контактньрс свойств щеток, а нмоинп - /nvuitlPHWP (ТЮККПИОННЫХ ХаОВК войств при обеспечении минимально озможных электрических потерь. Для этого в известной jueTKS, одержащей углеродное волокно, свяующее и металлический компонент, еталлический компонент расположен межс.;юевых пространствах элемен- арных волокон, причем в качестве еталлического компонента применятся переходные металлы или их соли. Расположение металлического компонента между углеродными слоями элементарных волокон позволяет снизить величину удельного сопротивления материала в 5-6 раз (например, полиакрилонитрильное волокно имеет удельное электросопротивление 5-10 OM-CM, а то же самое волокно после внедрения между углеродными слоями солей меди 10 Ом-см). При этом другие физико-механические свойства остаются без изменения. Аналогичный эффект наблюдается и на других типах волокон. Применение в 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 всей 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 затрух няет электрическую эрозию материалов контактной пары и при этом снижаются суммарные электрические потери в 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.), модифициро.ванных солями переходных металлов, не представляет больших трудностей. Например, слоистые соединения углеродного волокна с солями переходных металлов могут быть получены путем нагрева порошка или соли и углеродного волокна в токе хлора при нормальном давлении до температуры, необходимой для получения соединения определенной концентрации (слоистые соединения с 25-35 вес. % волок