Щетка для электрических машин

ОБ ИСААКИЕ КЗОБРЕТЕИ 147; Союз Советских СОцкдпйсткческнх Республик. 39/2 0 11 нениеч заявки ис Госуд рствеииыи коиитСССРелам изобретенийи открытийитет -по д 53) УДК 621.313. .047.43(088,8) оллетень М 1 ликовано 30.0 Дата Опубликования Описания 30047 2) АВтОрц В. А. Глускин, Т. Н. Жуйкова, С. Г. Зайчиков, 10, Н. Новиков,М. Е, Вольпин, Е. С. Резников, Н. Н. Коркина, В.Л.Прядкини А. С. Фиалкон ител(54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ не нашли ши" к как обеспеери в контаке обладают изммутирующей же изнашивают коростью. нако такие щеткт о применения, та минимальные по ни практически стойчиностью, ко бностью и к том ктор с ВысОкой роко чина те НОСО спосо колле о" яе- ек- Ж тся сла ы щетки для электричеснове Волокон 1)ы также щетки на осно ап н на звес 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 граФит- ными или сажеными щетками контактные свойства, поэтому применение волокнистых материалов в этих целях с точки зрения требований, предъявл мых к щеткам, имеет хорошие персп тины.Известн ских Известны также электрощетки на основе углеграФитовых нолокон, а также щетки, н которые волокна частично или полностью металлизиронаны, благодаря чему электросопротивлениесмежными Волокнами снижаеся, чтО познОляет пОлучить ДОВОльнО рав 1 мерное распределение тока в теле щетки 31 и 4) .Недостатками известных электро- щеток являются наличие металлической пленки на каждом (в отдельности) волокне приводит к тому, что Фактически весь процесс снятия тока с коллектора (кольца) осуществляе помощью металла, так как )сметал значительно ниже, чем р волокна. При этом ухудшаются коммутирующие свойства электрощеток и их износоустойчивость, хотя и снижаются электак и между щетками осуществляется более равномерно; наличие металлической пленки не на каждом в отдельности волокне, а лишь на некоторых (в пределах от 10 до 50) приводит к тому, чта боль 5 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 коммутируют -3 О щая способность и износоустойчивость несколько повышаются; полное отсутствие металлической пленки (металлического покрытия) на отдельных волокнах обеспечивает щетке 15 высокую коммутирующую способность и износоустойчивость, однако при этом резко возрастают электрические потери в контакте и ухудшается такораспределение как внутри самой 20 щетки,так и между щетками.Известны электрашетки на основе углеродных нитей с антифрикционными и токопроводящими добавками, выполненными также в виде нитей 51. 25Щетки, изготовленные из указанного выше материала, обладают теми же недостатками, чта и перечисленные вьюе, на в несколько меньшеи степени.Известны также электрощетки, сос таящие из слоев углеродной или графитазой ткани, соединенных между собой фенольными, фуранавыми или эпоксидными смолами, образующими в результате полимеризации слоистый материал, причем з случае необходимости такие щетки пропитывают расплав- ленным металлом или сплавом металлов ,путем погружения графитовых изделий в ванну с расплавленным сплавом (количество пропитки по весу может достигать 60) (б.Однако наличие значительного количества связующего, обладающего слабо выраженными электрическими свойствами, в электращетке на основе угле 45 родистой или графитавай ткани, необходимого для формавания компактного электращетачного материала, значительно увеличивает электрасопротивление и приводит к росту электричес ких потерь в контакте, ухудшению фрикционных характеристик, а также снижению коммутирующей способности.Введение металлов или их сплавов, хотя и приводит к снижению переход ного сопротивления в контакте, но при этом резко ухудшаются коммутирующиесвойства за счет контактиразания посредством металлического компонента, неравномерного распределения пра- б 0питки по объему щетки, а также возрастает износ щеток.Целью изобретения является улучление контактных свойств щеток, аимиио чпщис ии Фоикпионных хаааксвойств при обеспечении минимальновозможных электрических потерь.Для этого в известной щетке,содержащеи углеродное волокно, связующее и металлический компонент,металлический компонент расположенв межслоевых пространствах элементарных волокон, причем в качествеметаллического компонента применяются переходные металлы или их солиРасположение металлического компонента между углеродными слоями элементарных волокон позволяет снизить величину удельного сопротивления материала в 5-б раз (например, палиакрилонитрильное волокно имеет 4 удельное электросопративление 5 10 Ом см, а то же самое волокно после внедрения между углерадньми слоями солей меди 10-4 Ом см) .При этом другие физика-механические свойства остаются без изменения. Аналогичный эффект наблюдается и на других типах волокон.Применение в щетке углеродистых волокон материалов с внедренными между углерадными слоями углеродных волокон переходными металлами или их салями 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 па 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 з контакте за счет повышенных электроправодящих свойств самого волокнистого материала. Отсутствие фактического контакта металла па металлу обуславливает повышение коммутирующих свойств щеток.Технологический процесс получения углеродных материалов (графит, угле- родные волокна и др.), модифицированных 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. ; СцСРв волок660131 20 30 Формула изобретения ЦНИИПИ Заказ 2132/7 Тираж 922 Подписное до 20 вес. Ъ - прн 450 ОС, время обработки З-б 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 растворе калий нафталина. Б тетраГид рофуране. При этом содержание металла в соединении может составлять 1-17.П р и м е р 1. Процесс изготовле- (5 ния щеток состоит из двух стадий.11, Получение волокнистого материала с внедренными в межслоевое пространство элементарных волокон металлами или их солями.1 .2.Изготовление полуфабриката и щеток.1.1. Для получения слоистых соединений с хлоридами и др. смесь 5 г волокна и 30 г металлического порош 15 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 ОС.КоличеСТВО ВНЕДРИВШЕЙСЯ СОЛИ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО привесу.,цля восстановления хлоридов металлов до чистых металлов слоистое соединение с солью (3 г) помещают в Г М 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 всоединении определяют весовьгм методом.1.2.углеродистый волокнистый материал, полученный по технологии и. 1.1 покрывают связующим в количестве 30- 50 556 от веса волокна, выбранным из группы Фенолформальдегидных или эпоксидных смол. Избыток растворителя удаляется высушиванием в течение 5 часой при температуре 25 + 5 С Пропитанный 55волокнистый материал пакетируетсяи прессуется на гидравлическом 63-тонном прессе в глухую обогреваемую прессФорму при температуре 160-200 С иудельном давлении прессования 600 -с ма 60в блоки размером 25 хбЗх 80. Для увелиЧЕНИ 51 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПОЛУЧЕННОГО КОГ 1 пс 1 КТНОГО 11 атСРИал ф ЕГО ДОПСЛНИТЕЛЬ но термообрабатывают Для более полной полимеризации связующего при температуре, не превышающей температуру разложения внедренных солеи металла (в зависимости от необходимого процента содержания так как в диапазоне 450- 550 С для соединечия меди, 600-700 С для никеля и кобальта) .Из полученных блоков нарезают загстовки размером 8 х 12, 5 х 25, 12,5 х 20 х 28 и т. д которые затем армируют проВсдом. ПО описанной технологии были изготовлены щетки, содержащие 2, 5, 15, 17 вес. 9 переходного металла (например, меди, кобальта, никеля или его сОли) и испытаны на скОрОстнОМ коллекторе и электрической машине мощностью 30 кВт, скоростью вращения 6000 об/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 паоаметров 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, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью улучшения коммутирующих и контактных свойств, металлический компонент выполнен в видепереходных металлов или их солейи расположен в межслоевом пространстве углеродных волокон.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент Германии Р 87795,кл. 21 Й 5 62, 1896.2. Патент США Р 3668451,кл. 310-248, 1970.3. Патент Франции Р 1557274,кл. Н 01 В,1968.4. Патент ВеликобританииР 1191234, кл. Н 2 А, 1968.5. 1,вторское свидетельство СССРР 386464, кл, Н 0139/20, 1972.б. Патент Франции Р 1406554,кл. 8 08 Н 1/02, 1964.