CN100533875C - 金属石墨电刷及具有金属石墨电刷的马达 - Google Patents

Abstract

一种金属石墨电刷以及具有该金属石墨电刷的马达，作为对于绕在设置在马达(10)的转子(2)上的铁芯(9)上的线圈(17)进行供电的金属石墨电刷(1)，金属石墨电刷(1)由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。根据本发明，提供能够降低机械损失和电力损失的金属石墨电刷。

Description

金属石墨电刷及具有金属石墨电刷的马达

技术领域

本发明涉及一种对马达的转子供电的金属石墨电刷、特别是降低了机械损失及电气损失的金属石墨电刷、及具有金属石墨电刷的马达。

背景技术

具有电刷的马达中，电刷与整流子摩擦接触，进行供电。设置在转子上并绕在铁芯上的线圈与整流子连接，当对线圈通电时，由于与在容器内部与转子相向设置的永久磁铁之间产生的吸引/排斥作用，转子进行旋转。

在具有上述结构的具有电刷的马达中，电刷和整流子互相均为固体，随着各自表面的粗糙度进行摩擦接触。摩擦接触在微观上为3点接触，接触点随着摩擦接触不断发生变化。因此，具有电刷的马达中，由于电刷与整流子的摩擦接触而产生磨损等机械损失、由于接触电压下降而产生大量的电力损失，这已为众所周知。

另一方面，在车辆上使用具有电刷的马达时，作为马达的电刷，广为人知的是，利用粘接溶剂将石墨颗粒与铜颗粒混合后再烧结得到的金属石墨电刷(例如，参照专利文献1)。

众所周知的作为金属石墨电刷的制造方法的一个例子，以天然的石墨颗粒为基体，以溶解酚醛树脂溶液为粘合剂进行捏合，加入作为润滑剂的二硫化钼，在氮气气氛下700-800℃下进行烧结。此时，在石墨颗粒的表面形成的作为覆膜的溶解酚醛树脂通过还原烧结，被碳化成非晶碳，非晶碳成为粘合剂，将石墨颗粒结合在一起。通过该烧结，溶解酚醛树脂溶液的有机物质作为二氧化碳和水蒸气进行升华，因此在烧结体的表面及内部形成许多气孔。利用上述制备方法制备的金属石墨电刷可以通过形成电刷的石墨颗粒的吸湿性，将大气中存在的水分吸入气孔内。

该金属石墨电刷安装在马达上时，金属石墨电刷动作后，金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面的温度上升，从靠近金属石墨电刷的摩擦接触面的内部气孔出现水分蒸发。所蒸发的水蒸气存在金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面上，使得滑动摩擦系数降低，即出现所谓的气体润滑作用，从而能够降低金属石墨电刷的磨损量。

但是，将具有上述金属石墨电刷的马达用于车辆上时，在车辆的发动机室，由于受到发动机的发热等的影响，金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面会达到100℃以上的高温。此时，由于吸入在金属石墨电刷的气孔内的水分与常温相比会很快地蒸发，因此马达将会在金属石墨电刷与整流子之间的摩擦接触面不存在水蒸气的状态下进行动作，摩擦接触面的滑动摩擦系数增大。因此，特别是在100℃以上的高温下使用时，存在金属石墨电刷容易发生磨损、具有电刷的马达的寿命缩短的问题。

针对上述问题，提出了在金属石墨电刷的烧结体的表面和内部的气孔内浸泡沸点高于水的沸点的液体的技术(例如参照专利文献2)。根据该技术，即使马达的使用温度在100℃以上，金属石墨电刷的气孔内的液体也不会完全蒸发，金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面上的液体的蒸汽不会完全消失，因此可以减小摩擦接触面的滑动摩擦系数，减少磨损量。

还有，关于具有电刷的马达的电力损失，特别是采用金属石墨电刷作为电刷时，与过去的金属电刷相比，存在接触电压降大的问题。例如，即使是铜粉比例为60重量％以上的电流密度比较高的金属石墨电刷，电刷的接触电阻约为50mΩ，在与整流子之间会产生0.4-0.5V的接触电压降。

针对上述问题，提出了取代铜粉，而使用导电性金属短纤维、或在碳纤维的长度方向的表面设置导电性金属膜的复合短纤维、导电性金属短纤维与在碳纤维的长度方向的表面设置导电性金属膜的复合短纤维，从而减小电刷的接触电阻(例如参照专利文献3)。

专利文献1：特开2001-298913号公报(第1页)

专利文献2：特开2004-173486号公报(第2-4页)

专利文献3：特开平5-236708号公报(第2-3页)

但是，上述在金属石墨电刷的气孔内浸泡沸点高于水的沸点的液体的技术，虽然具有通过气体润滑作用、在即使100℃以上的高温状态下也能够降低电刷的机械磨损的优点，但存在没有考虑电力损失的问题。特别是作为气孔内含有的液体，当使用乙二醇类或乙二醇醚类时，由于具有绝缘性，这些气体留在摩擦接触面上反而会增大电力损失。

还有，由于在摩擦接触面上存在绝缘体而增大电阻，金属石墨电刷容易产生电火花，而电火花也可能增大机械磨损。

另一方面，对于取代铜粉而采用导电性短纤维等的金属石墨电刷，与过去的金属石墨电刷相比，机械损失和电力损失的改善还是不够理想。

发明内容

本发明考虑到上述问题，目的在于提供能够降低机械损失和电力损失的金属石墨电刷以及具有金属石墨电刷的马达。

本发明的金属石墨电刷的第1特征在于：作为对于绕在设置在马达的转子上的铁芯上的线圈进行供电的金属石墨电刷，该金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的液体。

即，根据该结构，通过在表面和内部具有气孔的烧结体的气孔内浸泡沸点高于水的沸点的液体，即使金属石墨电刷和整流子的摩擦接触面处于100℃以上的高温状态，金属石墨电刷的气孔内的液体也不会完全蒸发，金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面上的液体的蒸汽不会完全消失。因此通过气体润滑作用、可以减小摩擦接触面的滑动摩擦系数，减少磨损引起的机械损失。还有，此时在烧结体形成的气孔内浸泡液体可以采用低压浸泡方法。

另外，通过将沸点高于水的沸点的液体选用导电性液体，随着摩擦接触面的升温，从气孔内渗出的液体留在摩擦接触面上，能够通过其导电性降低金属石墨电刷与整流子之间的接触电阻。因此也可以降低电力损失。还有，通过降低金属石墨电刷与整流子之间的接触电阻，使电火花难以产生，从而能够降低由于电火花造成的机械损失。

因此，能够降低金属石墨电刷的机械损失和电力损失。

本发明的金属石墨电刷的第2特征在于：上述导电性液体以沸点高于水的沸点的液体为溶剂，以电解质为溶质。

即，根据该结构，即使是绝缘性的或导电性差的液体，由于能够将电解质作为溶质溶解形成导电性液体，从而可以选择任意的液体为溶剂。这样，作为溶剂，即使没有导电性，由于可以采用具有优良的气体润滑作用的液体，从而能够降低电力损失，并且能够进一步降低机械损失。

本发明的金属石墨电刷的第3特征在于：上述电解质具有金属盐。

即，根据该结构，由于金属盐相对于溶剂的溶解度高，可以提高溶解后的溶液的电导率，因此能够进一步降低电力损失。

本发明的金属石墨电刷的第4特征在于：上述电解质含有金属皂和阴离子性表面活性剂中的至少一种。

即，根据该结构，与上述第3特征的效果一样，能够进一步降低电力损失。

本发明的金属石墨电刷的第5特征在于：上述溶剂为分别具有不同沸点的多种液体的混合物。

即，根据该结构，由于金属石墨电刷的气孔内的溶剂在不同的温度进行蒸发，即使马达的使用温度范围宽，也能够使金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面上总是存在液体的蒸汽，从而能够降低由于磨损引起的机械损失。

本发明的金属石墨电刷的第6特征在于：上述溶剂为从具有吸湿性的水溶性的乙二醇类、及具有吸湿性的水溶性的乙二醇醚类中选出的至少一种。

即，根据该结构，由于热稳定性好，马达的使用温度即使为高温，也不会出现热分解，能够在规定的温度进行蒸发。还有，由于具有水溶性，作为在低于80℃的低温领域蒸发的液体，可以采用水。另外，采用多种液体的混合物时，由于分别具有相溶性，所以可以均匀混合。还有，由于具有吸湿性，从而可以在金属石墨电刷的气孔内吸入大气中的水分。因此，能够在更宽的温度范围内，降低由于磨损引起的机械损失。

本发明的金属石墨电刷的第7特征在于：上述导电性液体的pH值在7-11之间。

即，根据该结构，由于能够减小腐蚀等对整流子的化学影响，因此能够延长具有金属石墨电刷的马达的寿命。此时，pH值为9左右的弱碱溶液时，能够进一步能够减小腐蚀等化学影响，因此能够进一步延长金属石墨电刷的寿命。

具有本发明的金属石墨电刷的马达作为具有外壳，和设置在外壳内的磁铁，和与该磁铁相向配置、具有绕在铁芯上的线圈、且在外壳内自由旋转的转子，和相对上述外壳支持该转子的轴，和设置在上述转子上、对上述线圈进行供电的整流子，和与该整流子摩擦接触的金属石墨电刷的马达，其特征在于：上述金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。

即，根据该结构，由于具有机械损失和电力损失低的金属石墨电刷，因此能够延长马达的寿命，增大其输出效率。

附图说明

图1为表示采用本发明的一个实施形态的金属石墨电刷的马达的结构的截面图。

图2为表示金属石墨电刷的组成的模拟图。

图3为表示金属石墨电刷的制造工序的工序图。

图4为将金属石墨电刷浸泡在乙醇中的工序图。

图5为铜的腐蚀图。

图6为表示铜的氧化物和氢氧化物的溶解度随pH值变化的图。

图中：1—金属石墨电刷，2—转子，4—轴，7、13—外壳，8—整流子，9—铁芯，10—马达，17—线圈，19—气孔，21—液体，22—烧结体

具体实施方式

与本发明有关的金属石墨电刷作为对于绕在设置在马达的转子上的铁芯上的线圈进行供电的金属石墨电刷，该金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。因此，不仅能够降低机械损失，而且能够降低电力损失。

即，通过在表面和内部的气孔内浸泡沸点高于水的沸点的液体，即使金属石墨电刷和整流子的摩擦接触面处于100℃以上的高温状态，金属石墨电刷的气孔内的液体也不会完全蒸发，金属石墨电刷与整流子的摩擦接触面上的液体的蒸汽不会完全消失。因此通过气体润滑作用，可以减小摩擦接触面的滑动摩擦系数，减少磨损引起的机械损失。另外，通过将沸点高于水的沸点的液体作为导电性液体，随着摩擦接触面的升温，从气孔内渗出的液体留在摩擦接触面上，能够通过其导电性降低金属石墨电刷与整流子之间的接触电阻。因此也可以降低电力损失。还有，通过降低金属石墨电刷与整流子之间的接触电阻，使电火花难以产生，从而能够降低由于电火花造成的机械损失。

另外，与过去的金属石墨电刷与整流子的接触为上述的3点接触相对应，通过液体留在摩擦接触面并进入摩擦接触面的表面的凹凸，能够增加接触点，除了利用液体增加润滑性，也能够降低磨损引起的机械损失。

具有本发明的金属石墨电刷的马达作为具有外壳，和设置在外壳内的磁铁，和与该磁铁相向配置、具有绕在铁芯上的线圈、且在外壳内自由旋转的转子，和相对上述外壳支持该转子的轴，和设置在上述转子上、对上述线圈进行供电的整流子，和与该整流子摩擦接触的金属石墨电刷的马达，上述金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。由此，由于能够降低金属石墨电刷的机械损失和电力损失，因此能够延长具有石墨电刷的马达的寿命，增大其输出效率。

下面，参照附图说明本发明的一个实施例。图1为表示使用对于转子2进行供电的金属石墨电刷(以下也简称为“电刷”)1的马达10的结构的截面图。参照该图1，简单说明马达10的结构。

图1所示的马达10的结构中，转子2在壳体7的里面进行旋转。转子2能够在圆筒状的金属制的壳体7里面自由旋转，壳体7通过螺栓等固定部件固定在壳体13上，与壳体13成为一体。转子2被轴4支持，在轴4的一个端部(图1所示的右侧)设置有2个相互平行的2面宽度。被驱动装置的被驱动轴16从轴方向插入嵌合在该2面宽度上，从而能够将马达10的旋转从被驱动轴16输出到外部。

构成铁芯9的多片铁板沿轴方向叠放在转子2上，轴4压入铁芯9的中央，并与之一体化，转子2和轴4一体化旋转。轴4的另一端压入到压入在壳体7的里面的轴承(第1轴承)12的内圈，受到轴承12的支撑，并可相对于壳体7自由旋转。另一方面，利用粘接剂等，将多个呈圆弧状的磁铁11沿轴方向粘接在圆筒状的壳体7的内面。

还有，在安装有壳体7的壳体13的安装转子2的马达安装面上，形成有凹部13a。通过压入，在该凹部13a中安装轴承5的外圈5a，并通过轴承5a轴支撑轴4。这样，轴支撑转子2的轴4通过2个轴承5、12，两端受到支撑并可自由旋转。此时，在与压入轴承12的方向相反的一侧的轴4的另一端上，轴4压入到轴承5的内圈5b。该轴承5的外圈5a被压入到在壳体13上形成的凹部13a的内径。还有，壳体13内中，在马达10的壳体13与轴承5之间设置有弹簧3。

弹簧3由具有高弹簧性(弹簧常数)的平板上的圆盘形状的金属组成，在中央形成有贯通轴4的孔3d。弹簧3在离开中央120°的位置上，从外径向内径，沿周方向形成3个狭缝，并形成相对于轴方向沿3维弯曲的从支撑部3a连续的加压部3b。弹簧3通过支撑部3a与凹部13a的台阶部沿周向接触并被结合固定，通过加压部3b与轴承5的外圈5a的侧面接触，使轴承5向轴方向(图1所示左方向)加压。

另一方面，在轴承5的转子侧上设置有支撑物6。支撑物6由树脂制成，与壳体7同轴设置。还有，支撑物6具有与整流子8接触的2个电刷1(图1中只表示了1个)，通过该整流子8对于绕在设置在转子侧的铁芯9上的线圈17进行供电。还有，支撑物6上一体化形成有从外部经过电刷1向转子侧供电的连接器15。通过与图中未表示的外部连接器连接，可以经过电刷13对于绕在转子2的铁芯9上的线圈17进行供电。对线圈17进行供电后，在转子2与磁铁11之间产生电磁吸引/排斥，转子2进行旋转。

下面对形成这种结构和动作的马达10中的电刷1进行详细说明。该实施形态的电刷1如图2的模式图所示，由以天然石墨颗粒18为基体的烧结体22组成，采用的烧结体22的表面和其内部有许多气孔19。下面参照图3，说明作为电刷1的烧结体22的制造工序的一个例子。

制造电刷1时，准备好天然的石墨颗粒(粒径：5-150μm)，对于石墨颗粒按照体积比率2-3重量％准备粒状的酚醛结构(或者是甲阶酚醛结构)的酚醛树脂(S1)。然后，利用酮类溶解酚醛结构(或者是甲阶酚醛结构)的酚醛树脂，制备溶解酚醛树脂溶液(S2)。这里所使用的酮类可以使用丙酮。此时，溶解上述酚醛树脂时也可以不使用酮类，而使用醇类(例如甲醇等)。即，在S2利用丙酮进行溶解时，由加入到石墨颗粒18的溶解酚醛树脂的粘度确定在石墨颗粒表面形成的酚醛树脂膜的厚度。然后，对于天然石墨颗粒18，喷雾涂覆用丙酮溶解酚醛树脂的溶解树脂(S3)。在S3喷雾涂覆时，要在石墨颗粒18的表面形成均匀的溶解树脂膜。

然后，将在表面涂覆了溶解树脂的石墨颗粒进行捏合(S4)。这里所说的捏合，是利用混练装置将石墨颗粒18进行规定时间(例如3-5小时)的均匀混练。然后，在大气中进行30分钟左右的自然干燥后，挤压成规定的形状、例如直径为0.5mm、长度为2mm左右(S5)。

对于挤压成形得到的石墨颗粒(造粒颗粒)，按照流过电刷1的电流量，添加铜粉，以将驱动马达时流过电刷1的电流量控制在规定的电流密度。还有，这里为了改善与整流子8的滑动，也可以一起添加二硫化钼。利用这种工序，分别均匀混合铜粉和二硫化钼(S7)。然后，利用冲压装置进行加压成形(例如冲压成形)(S8)，以制备所希望形状的电刷1。然后，将冲压成形得到的成形品在氮气气氛、700-800℃的温度、2-3小时的条件下进行还原烧结(S9)，酚醛树脂被烧结还原，所生成的非晶碳使石墨颗粒结合在一起，从而得到电刷形状的烧结体22。这样得到的烧结体22的表面和内部如图2的模式图所示，在相邻的石墨颗粒18之间形成许多气孔19。

接着，下面参照图4，说明在经过图3的工序得到的烧结体22中形成的气孔19内浸泡液体21的工序的例子。

在电刷1的气孔19内浸泡的液体21采用具有高于水的沸点(100℃)的沸点、且具有导电性的液体。液体21只要为沸点高于水的沸点的导电性液体，没有特别限制，可以是一种同时具有高于水的沸点的沸点和导电性的溶剂，也可以是以具有高于水的沸点的沸点的溶液为溶剂、以电解质为溶质的溶液。因此，即使是绝缘性的溶剂，由于通过在该溶剂中溶解电解质可以获得具有导电性的溶液，因此只要是可以溶解电解质的溶液，可以进行任意选择。还有，此时，溶剂也可以不限于一种，可以是多种的液体的混合物。当电刷1和整流子8的摩擦接触面为100℃以上时，最好具有其沸点高于电刷1的摩擦接触面附近的温度的液体。从此角度，作为液体21的一个所希望的例子，可以举出以具有优良的气体润滑作用的乙二醇醚类或乙二醇类为溶剂的导电性溶液。

下面说明在烧结体22的气孔19内浸泡液体21的工序中，浸泡乙二醇醚类导电性溶液的情况。该工序中，最初准备好乙二醇醚类(S11)。接着，在乙二醇醚类中溶解电解质(S12)。

接着，准备好利用还原烧结得到的作为电刷1的烧结体22(S13)，将其浸泡在S12调制好的乙二醇醚类导电性溶液中。在浸泡烧结体22的状态下，在133Pa左右的减压下放置规定时间(例如1-2分钟左右)，以将气孔19内的大气吸出排放到容器外后，用乙二醇醚类导电性溶液置换气孔19内的大气，在气孔19内浸泡乙二醇醚类导电性溶液(S15)。在将混入到烧结体22的气孔19的内部的含有水分的大气完全置换为乙二醇醚类导电性溶液后，再返回常压，从而完成在烧结体22的表面和内部的气孔19内浸泡了乙二醇醚类导电性溶液的本发明的金属石墨电刷(S16)。

如上述工序所述，通过在电刷1的烧结体22中形成的气孔19内浸泡液体21，在于烧结体22的内部中形成的气孔19内保持沸点高于水的沸点(100℃以上)且具有导电性的液体21，从而将沸点高于水的沸点的导电性的液体21置换烧结体的气孔19内的大气。上述工序中，说明了浸泡1种液体21的情况，但当液体21为多种液体的混合物时，也可以进行同样的浸泡工序。即，在S11，通过准备将多种液体按照规定比例配合的液体21，可以制备本发明的金属石墨电刷1。

通过使用本发明的金属石墨电刷1，在驱动马达时(即电刷1摩擦接触时)，由于在电刷1与整流子8的摩擦接触面上存在的液体21的蒸汽的气体润滑作用，能够降低摩擦接触面的滑动摩擦系数。此外，电刷1即使处于超过100℃的动作状态，由于在液体21的沸点以下，液体21不会完全蒸发，摩擦接触面上的液体21的蒸汽不会完全消失。因此，能够降低磨损引起的机械损失。

这里，一般来说，具有沸点的液体在接近沸点温度时，其液体的蒸汽压急剧上升，在沸点处的蒸汽压为1个大气压。因此，在电刷1的气孔19内低压浸泡的液体21在电刷1的摩擦接触面附近的气孔19的温度没有接近液体21的沸点时，不会蒸发大量的蒸汽。还有，如上所述，在接近沸点温度使用时，由于蒸汽压增大，液体21的消费量增多，因此不能长时间地向电刷1的摩擦接触面供给蒸汽。

还有，随着汽车的电动化，马达10也用于机械系部件或制动系部件，特别是水泵或油泵等机械系部件与电动窗系统等车体系部件相比，马达10的连续动作时间特别长，连续动作时间将达数小时。由于该马达10的连续动作时间的延长，电刷1的摩擦接触面的平均温度有可能上升到150℃～250℃附近。因此，希望马达10在任何温度下使用，在摩擦接触面上都能够存在液体21的蒸汽。

构成液体21的液体只要具有高于水的沸点的沸点即可，没有特别限制，可以任意选择。但为了在100℃以下的低温领域也能获得气体润滑作用，希望液体21与水一起浸泡，这样希望液体21具有水溶性。另外，更希望液体21具有吸湿性，这样电刷1能够将大气中的水分吸入到气孔19内，进行补充。还有，希望将多种液体混合在一起时，相互之间具有相溶性，在规定的温度范围内各个溶液进行蒸发，在马达10的使用温度范围内，不发生热分解。还有，希望作为气体润滑作用的溶剂的液体的分子量大一些，这样摩擦接触面的单位体积的气体分子所占的比例增多，气体润滑作用的效果增大。

从这些观点来看，希望液体21为上述乙二醇醚类、或乙二醇类，特别是希望具有水溶性和吸湿性。即使是使多种乙二醇醚类或乙二醇类混合的情况下，只要相互具有水溶性，由于具有相溶性，因此更为理想。

另一方面，本发明的金属石墨电刷1由于马达驱动(电刷1的摩擦)而使摩擦接触面升温，气孔19内浸泡的液体21发生体积膨胀，从电刷1的摩擦接触面渗出。由于液体21的导电性，可以降低与整流子8的接触电阻，降低电力损失。还有，随着接触电阻的降低，也可以抑制摩擦接触面上的电火花的产生，从而能够降低电火花引起的机械磨损。

当马达驱动(电刷1摩擦接触)时，由于电刷1的摩擦接触面上总是存在导电性液体21，因此希望液体21不仅浸泡在金属石墨电刷1的表面气孔19，而且也在低压下浸泡到内部的气孔19。即，在金属石墨电刷1与整流子8的摩擦接触面上，由于一般电刷1会发生磨损，因电刷1的摩擦接触面的磨损，内部的气孔19会出现在摩擦接触面上，从这些位置会渗出液体21。

另外，为了使液体21从摩擦接触面渗出来，希望液体21具有大的体积膨胀率。此外，在100℃以上的高温状态下具有优良的气体润滑作用的乙二醇醚类或乙二醇类的体积膨胀率如表1所示，为0.6～1.0×10^-3/℃左右，与石墨颗粒或铜粉的体积膨胀率相比，大3个数量级。因此，乙二醇醚类或乙二醇类的体积膨胀率比构成电刷1的摩擦接触面的固体的体积膨胀率要大，从而低压浸泡在内部气孔19内的液体21为乙二醇醚类或乙二醇类时，能够可靠地渗出来。另外，浸泡在石墨电刷1的内部气孔19的乙二醇类或乙二醇醚类在马达工作时，由于金属石墨电刷1与整流子8的接触点附近的部位温度升高，体积发生膨胀，浸泡的乙二醇类或乙二醇醚类渗透到摩擦接触面上。例如室温下低压浸泡的乙二醇醚类和乙二醇类在电刷的摩擦接触面的平均温度升到150℃时，会具有约10％的体积膨胀率。

表1

 

物质	体积膨胀率(×10<sup>-3</sup>/℃)
		乙二醇单甲醚	0.95
乙二醇单乙醚	0.97
		乙二醇异丙醚	0.93
二甘醇	0.64
		二甘醇单甲醚	0.86
二甘醇单乙醚	0.82
		二甘醇单丁醚	0.87
三甘醇	0.71

但是，乙二醇醚类和乙二醇类为绝缘性液体，因此担心这些存在摩擦接触面时，不仅不会降低电力损失，反而会增大电力损失。另外，由于摩擦接触面的电阻增大，金属石墨电刷1容易产生电火花，由于电火花而会增大机械磨损。因此，使用乙二醇醚类或乙二醇类作为液体21时，希望另外对液体21赋予导电性。

对乙二醇醚类或乙二醇类的绝缘性或导电性低的液体赋予导电性时，如上所述，可以溶解作为溶质的电解质。作为电解质，希望为容易溶解于溶剂中、且溶解后的溶液的电导率高。还有，希望溶解后的溶液的蒸汽压的温度特性与溶剂的蒸汽压的温度特性大致相同，不会损害气体润滑作用。作为电解质的一个例子，希望采用具有金属盐的物质。其中，希望为对水的溶解度高的金属盐。由于这样能够提高在水溶性的乙二醇醚类和乙二醇类等的溶剂的溶解度，从而可以提高溶解后的溶液的电导率。表2为水中的金属盐的溶解度的一个例子。这些金属盐中，相对来说，水中溶解高、能够高浓度析出金属离子的金属盐有醋酸钾和醋酸钠。

表2

 

金属盐	水(100g)中的溶解度
		碳酸氢钾KHCO<sub>3</sub>	25g(20℃)
碳酸氢钠NaHCO<sub>3</sub>	9.96g(30℃)
		醋酸钾0.5水合物CH<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>K·0.5H<sub>2</sub>O	4130g(30℃)
醋酸钾CH<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>K·1.5H<sub>2</sub>O	256g(20℃)
		无水醋酸钠CH<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>Na	4580g(40℃)
醋酸钠CH<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>Na·3H<sub>2</sub>O	46.2g(20℃)
		醋酸钙(CH<sub>3</sub>CO<sub>2</sub>)<sub>2</sub>Ca·2H<sub>2</sub>O	34.7g(20℃)

还有，希望液体21对于电刷1摩擦接触的整流子8没有化学影响。即，一般来说，由于整流子8采用无氧铜中加入极少量的银后形成的金属，因此希望液体21没有与无氧铜和银发生反应的物质。即，希望不含有卤离子、硫酸离子等腐蚀性离子，以及与铜形成氯化物、氯化水合物、氢氧化物等的物质。

这里，对铜的腐蚀进行说明。以氢极为基准，铜与Cu⁺²的平衡电位E为：E＝+0.337+0.0295log(Cu²⁺)。是一种比氢不活泼的金属。铜的腐蚀图如图5所示，如果没有氧化剂，铜不会发生腐蚀。

使用乙二醇醚类和乙二醇类作为溶剂时，作为氧化剂只有溶解氧。这些极微量的溶解氧侵蚀铜时，在从中性到pH13的弱碱性的领域，因为氧化膜或氢氧化膜而进行钝化，从而具有耐腐蚀性。另外，即使由于氧化剂而使铜发生氧化，铜的氧化物、氢氧化物随pH值的溶解度的变化如图6所示，在pH9-13的范围内，生成为HCuO^- ₂，由于其溶解度极小，因此可以认为不溶解。

还有，对于一般所说的肉眼难以发现的“铜管的蜂窝状腐蚀”的腐蚀孔的微小局部腐蚀，也希望从中性到弱碱性的溶液。

从上可知，考虑到铜的腐蚀性，希望液体21为pH7-11的溶液，尤其希望为pH9左右的弱碱性溶液。

作为水中溶解度高的金属盐，以表2所示的醋酸钠和醋酸钾为例，无水醋酸钠50g溶解于纯水200cc时的pH值为8.2-8.8，无水醋酸钾50g溶解于纯水500cc时的pH值为7.8-9.0。还有，即使改变溶解量，pH值的变化也很小。例如即使无水醋酸钠100g溶解于纯水500cc，pH值的上升只有0.1左右。

另外，表2所示的碳酸氢盐的水溶液也为弱碱性，例如碳酸氢钠的水溶液的pH值为8.2左右。

因此，上述金属盐对于水的溶解度高，且溶解后的水溶液的pH值为8左右，因此作为本发明所使用的电解质，是更为理想的例子。

在表3中，用当量电导率表示上述金属盐的水溶液的导电性。所谓当量电导率，是定义电解质的电导率的性质。与作为代表性的电解质溶液的氢氧化钾和盐酸相比，呈现出毫不逊色的当量电导率，证明确实具有良导电性。

表3

还有，除了上述金属盐外，作为水溶液的pH值为9左右的物质，还有金属皂和表面活性剂。表4表示其中的一个例子。其中，水中的溶解度相对较高、且水溶液的pH值小于10的的脂肪酸烷醇胺盐、脂肪酸铵盐、脂肪酸三乙醇胺盐等能够适用。这里，脂肪酸盐指的是主链碳元素为6以上的直链脂肪酸的钾或钠盐。

表4

 

物质	PH值
		脂肪酸钠皂	10.3-10.7
脂肪酸钾皂	10.0-10.6
		脂肪酸烷醇胺盐(胺皂)	9左右
脂肪酸铵盐(铵皂)	9左右
		脂肪酸三乙醇胺盐	8左右
多脂皂	8-9
		N-酰基-L-谷氨酸一钠(AGS)(由N-酰基氨基酸盐构成的氨基酸系合成洗剂)	8以下
N-酰基-L-谷氨酸三乙醇胺(由N-酰基氨基酸盐构成的氨基酸系合成洗剂)	8以下
		N-酰基-N-甲基牛磺酸钠(AMT)(由N-酰基氨基酸盐构成的氨基酸系合成洗剂)	8以下
N-酰基-N-甲基牛磺酸钠(AMT)(用甲基牛磺酸取代谷氨酸)	8以下
		一烷基磷酸钠(MAP)(烷基磷酸盐系合成洗剂)	8以下
聚氧乙烯烷基醚磷酸钠(对环氧乙烷(EO氧化乙烯)进行聚合)	8以下

如上所述，通过用具有气体润滑作用的溶剂和电解质组合得到的溶液浸泡金属石墨电刷的表面及内部的气孔19的整体，在金属石墨电刷的摩擦接触面上从内部气孔19渗出低压浸泡的导电性液体21，同时随着摩擦接触面的温度蒸发构成液体21的溶剂。从而对整流子8不会造成坏影响，并能够降低金属石墨电刷1的电力损失和磨损、以及电火花引起的机械损失。特别是由于改善了电力损失，从而能够增加具有金属石墨电刷1的马达10的输出效率。

[实施例]

以下根据实施例，说明利用液体21分别低压浸泡金属石墨电刷1的表面及内部的气孔19内，将该电刷1安装在马达10后，马达10的运转时的作用。另外，试验中采用4.5mm×9.0mm大小的金属石墨电刷1，在电刷1对整流子8的压力为78.5kPa、马达10的旋转速度为3.6m/s、电刷1与整流子之间的电流为10A的条件下，使马达10进行旋转。马达10在100℃的气氛温度下连续运转100小时。

液体21使用了以水溶液呈pH值10以下的弱碱性、当量导电率相对较大的物质作为溶质，将该溶质溶解在作为吸湿性高、水溶性的乙二醇醚的、沸点为248.4℃且升温到230℃附近仍难以热分解的三甘醇单甲醚(TM)中而得的液体。各实施例中使用的溶质的种类、溶解量如表5所示。

表5

其结果如表6所示，在任一实施例中，接触电阻小于现行品的50mΩ。还有，接触电阻与溶质的溶解度和当量电导率有关，尤其是当量电导率的影响大。还有，电刷的磨损量能够进一步降低。

表6

如上所述，通过使本发明的金属石墨电刷1的内部气孔19整体浸泡含有导电性的液体21，除了气体润滑作用外，还能获得抑制摩擦接触时的电火花和液体的润滑作用的叠加效果，能够降低金属石墨电刷1的磨损量。还有，由于能够降低电刷1与整流子8的接触电阻，从而能够增加马达10的输出。

[产业上利用的可能性]

具有本发明的金属石墨电刷的马达适用于驱动冷却车辆发动机的水泵的马达、转动冷却风扇的马达、驱动发动机油泵的马达等车辆用途，以及其他各种用途。

Claims (14)

1.一种金属石墨电刷，作为对于绕在设置在马达的转子上的铁芯上的线圈进行供电的金属石墨电刷，其特征在于：

该金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。

2.根据权利要求1所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体以沸点高于水的沸点的液体为溶剂，电解质为溶质。

3.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述电解质具有金属盐。

4.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述电解质含有金属皂和阴离子性表面活性剂中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述溶剂为分别具有不同沸点的多种液体的混合物。

6.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述溶剂包含从具有吸湿性的水溶性的乙二醇类或具有吸湿性的水溶性的乙二醇醚类中选出的至少一种。

7.根据权利要求1所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体的pH值在7-11之间。

8.一种马达，具有外壳；

设置在外壳内的磁铁；

与该磁铁相向配置、具有绕在铁芯上的线圈、且在外壳内自由旋转的转子；

相对上述外壳支持该转子的轴；

设置在上述转子上、对上述线圈进行供电的整流子；

与该整流子摩擦接触的金属石墨电刷，其特征在于：

上述金属石墨电刷由表面和内部具有气孔的烧结体组成，上述气孔内浸泡有沸点高于水的沸点的导电性液体。

9.根据权利要求1所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体具有水溶性。

10.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述溶剂为多种乙二醇醚类或乙二醇类的混合物。

11.根据权利要求3所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述金属盐为醋酸钾和醋酸钠中的任一种。

12.根据权利要求2所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体不含有卤离子，硫酸离子，以及与铜形成氯化物、氯化水合物或氢氧化物的物质。

13.根据权利要求7所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体为pH＝9的弱碱溶液。

14.根据权利要求7所述的金属石墨电刷，其特征在于：

上述导电性液体为pH＝10以下的脂肪酸烷醇胺盐、脂肪酸铵盐、脂肪酸三乙醇胺盐中的任一种。

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