Композиционный материал для коллекторов электрических машин Советский патент 1983 года по МПК H01R39/04 

.Г

Изобретенне относится к электротехническим материалам, а именно к композишонным материалам на основе углеродаых волокнистых мат ерналов, используемым для коллекторов электрических машин.

Наиболее близким к изобретению является композиционный материал для коллекторов электрических машин на основе углеродных волокннстых материалов и изоляции, скрепленных полимерным связующимЛИ Недостатком данного матернала, также как ранее рассмотренных композиаконщ 1Х материалов, является его невысокая кр.к мутируюшая способность. ,В приведенных Аналогах чередование слоеъ углеродной ткани с изоляционной повышает электрическое сопротивление материала лишь в направлении, перпендикулярном плоскости указанных слоев, что незначительно повышает его коммутирующую способность. Для дальнейшего улучшення коммутирующих свойств необходимо, 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. Выполненных из такого материала, изм еняется обратно пропорционально площади контакта, что существенно улучциет протекание процесса коммут 1ции в электрической машине.

Цель изобретения - повышение коммутирующих свойств материала.

Цель достигается тем, чтр композиционный

10 материал содержит параллельно уложенные углеродные волокна, каждое из которых покрыто изолирующим составом при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углеродное волокно70-80

15

Изолируюцщй состав20-30

Покрытие- каждого волокна изолирующим составом обеспечивает ярко выраженную- amiзотропию электрических свойств, т.е. высокую электропроводность материала в одном направ20лении (вдоль волокон) и относительно низкую электропроводность в двух других направлениях декартовой системы координат , (поперек волокон), определяемую сопротнвпением изоляции между соседними волокнами. Положительное влияние высокой аиизотр ПИИ электрических свойств данного композиииоиного материала заключается в том, что сопротивление контакта щетки с ламелью из меняется вОбратно пропорциональной зависимости от площади контактирования. При этом разность сопротивлений под сбегающим и набегающим краями щетки в конце периода коммутации возрастает (в идеальном случае до бесконечно больщой величины). А это означает, что в момент размыкания (замыкания) секций якориой обмотки ток разрыва имеет незначительную величину, тем самым обеспечивается уменьшение количества эиерции, выделяющейся в скользящем контак те на заверщающем этапо коммутации. Таким образом, достигается безыскровая работа щеточиого контакта в электрической мащине, благодаря чему уменьшается электроэррозионный износ контактирующих элементов, снижается уровень радиопомех. Для получения композиционного материала углеродные волокна типа ПАН покрыты термостойким изолирующим составом - лаком типа ПЭ-943. Для нанесения изолирующего покрытия углеродные волокна окунаются в ванну с жидкой фазой указанного изолирующего состава и сушатся при температуре leO-lSO C. Затем углеродные волокиа с нанесенной изоляцией пропитываются полимерным связующим Т-1, подвергаются вторичной сушке при , укладываются параллельио друг другу в пресс-форму и оппрессовываются при 180-200 С и давлении 150-200 ат.:.При необходимости ув личеиия толщииы изоляционного покрытия процесс нанесения изоляции повторялся несколько раз. Пример 1. ПАН - волокна- покрываются термостойким изолирующим составом - лаком типа ПЭ-943, окунаются в изолировочную ванну с последующей сушкой в вытяжном щкафу при . В результате получают углеродные волокна, покрытые изолирующим составом, при следующем соотношении компонентов, вес.%: ПАН - волокна 70; лак типа ПЭ-943 30. Затем изолирова1шые углеродные волокна пропитываются кремнийорганическим связующим Т-1, сушатся при 60°С, укладываются в пресс-форму и производится прессование под давлением 200 ат и температуре 180 С до полимеризации связующего. Пример 2. Операции выполняются по примеру 1, причем углеродные волокна покрыты изолирующим составом при следуюющем соотношении компонентов, вес.%: ПАН - волокна75 Лак типа ПЭ-94325 Пример 3. Операции выполняются по примеру 1, причем углеродные волокна покрыты изолирующим составом при следующем соотношении компонентов, вес.%: ПАН - волокна80 Лак типа ПЭ-94320 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-волокна и термостойкого изолирующего состава - лака типа ПЭ-943 в весовом соотношении 75-25 соответственно, обладает лучшими свойствами по сравнению с другими материалами, приведенными в таблице.

Следовательно, указанное весовое соотношение компонентов материала является оптимальным. Отклонения в весовых соотношениях компонентов предлагаемого композиционного материала негативно сказываются на его свойствах. Например, увеличение содер яаатя изолирующего состава в композиююнном 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 повьпиенный износ контактируюиоис элемштов и способствующий искрообразоваМ1Ю. Уменьшение же содержания изолирующего состава менее 25% существенно снижает надежность изоляционного покрытия углеродных волокон, тем самь1М не обеспечивается необходимая анизотропия и снижаются коммутирующие свойства данного композиционного материала. Таким образом, композиционный материал на основе углеродных волокон с предварител но нанесенной изоляцией в весовом соотноше нии 75:25 соответственно обладает наилучшими механическими характеристиками и ком мутирующими свойствами. Удельное электрическое сопротивление данного композиционного материала сравнительно 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 окруж ных скоростях свыше 100 м/с. 9 36 Высокая коммутирующая йюсобность предлагаемого материала обусловлена тем, что его контактное сопротивление в процессе коммутации изменяется обратно пропорщгонально площади контактирования. Это в свою очередь обеспечивает безыскровую ра|боту щеточного контакта, уменьшение, изноica контактируемых элементов, снижение радиопомех и повыщение 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, скреп- . ленных полимерным связующим, отличающийся 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.%: Углеродаое волокно70-80 Изолирующий состав .20-30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе }. Авторское свидетельство СССР N 670993, кл. Н 01 R 39/04, 1979.