CN1988290A - 电刷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电刷，其包括：一个导电基体；形成在该导电基体表面的多个碳纳米管。本发明提供的电刷整体耐磨耗性好，使用寿命长。另外，本发明还提供上述电刷的制备方法。

Description

电刷及其制备方法

【技术领域】

本发明是关于一种电机设备，尤其是关于一种电刷及其制备方法。

【背景技术】

电刷用于电机的换向器或集电环等带电体上，特别是用于与一旋转体电导通，作为导出或导入电流的滑动接触体。随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越来越多样化，因而需要有各种不同结构的电刷来满足这些要求，故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。

与大多数金属或非金属材料相比较，石墨材料的热稳定性很高，具有较高的导热系数，热膨胀系数又比较低，与大多数酸碱及盐类溶液都为惰性反应。另外，石墨材料还有自润滑性能，与金属部件磨擦时，在没有润滑剂的条件下仍可正常运转。所以，石墨、定型碳被广泛应用于电刷制备中。有的电刷是以无定型碳为原料，向该原料中添加粘合剂混合后在高压下烧结，通入电流使其石墨化，再加载导线而成。

但是，上述电刷的制备需经过坯料提纯、混合、高压烧结、通电石墨化、切割等一系列步骤，制程复杂。并且，完成所述制程大概需7～8周时间，耗时较长，工业作业效率低。

另外，由于石墨材料自己的缺点，如质脆和不抗冲击，且因其层状结构而使其耐磨性不佳，故其使用寿命短，在具体使用时常需更换而造成不便。

有鉴于此，提供一种使用寿命长且易于制备的电刷及其制备方法实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种使用寿命长且易于制备的电刷及其制备方法。

一种电刷，其包括：一个导电基体；及形成在该导电基体表面的多个碳纳米管。

以及，一种电刷制备方法，其包括：提供一个导电基体；在所述导电基体表面上形成多个碳纳米管。

与现有技术相比较，所述电刷选用碳纳米管与带电体直接接触，由于碳纳米管形成一个遇到外力可弯曲的柔性部件，避免与所述带电体表面的正面摩擦，且可削减该摩擦作用力，延长电刷的使用寿命；同时，碳纳米管自身具有极强的机械强度和耐磨耗性，不易磨损及破碎，从而电刷整体耐磨耗性大大增强，进一步延长其使用寿命。

所述电刷制备方法工艺简单，易于制备，并且在时间方面，2～3天即可制成，耗时较短，可提高工业生产效率。

【附图说明】

图1是本发明较佳实施例的电刷的示意图。

图2是本发明较佳实施例中电刷制备方法流程图。

图3(a)是本发明较佳实施例中形成催化剂层的示意图。

图3(b)是本发明较佳实施例中形成催化剂颗粒的示意图。

图3(c)是本发明较佳实施例中生长碳纳米管的示意图。

图4是本发明较佳实施例中使用电刷导电的示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明较佳实施例的电刷1包括：一个导电基体2，具有一个接触端面21及一个传导端面22；及多个碳纳米管3，位于接触端面21上。

所述电刷1还包括：一条导线4，该导线4与传导端面22电导通；及一个弹簧5，该弹簧5一端固接在传导端面22上，所述导线4被收容在该弹簧5内部，优选的，该弹簧5与导电基体2及导线4电绝缘。弹簧5也可使用其它弹性体代替，如各种树脂空心圈、树脂板等。

所述导电基体2可为圆柱形、棱柱形、圆台形、棱台形、正方体、长方体、多面体等形状。本实施例中，将导电基体4制作成正方体。

所述接触端面21形状和所述传导端面22形状可为平面、内凹弧形、外凸弧形等，本实施例中，接触端面21和传导端面22均为平面。

所述导电基体2由导电性材质制成，如铜、铁、铝、铂、铅、锌及其合金等，考虑该电刷1在使用时，会与旋转体摩擦而产生大量热，选用导电导热性能均优良的材料，如铜、铝等制备导电基体2较为适宜。

所述多个碳纳米管3可随机生长在接触端面21上，优选的，所述多个碳纳米管3相互平行，如碳纳米管阵列，其与接触端面21垂直或成一锐角。

如图2所示，上述电刷1可通过下述制备方法获得：

步骤100，提供一个导电基体2，具有一个接触端面21和一个传导端面22。本实施例中，导电基体2整体为正方体。

步骤200，如图3所示，在所述导电基体2的接触端面21上形成多个碳纳米管3。所述多个碳纳米管3可采用化学气相沉积法、激光烧蚀法、等离子辅助化学气相沉积法、电弧放电法等方法形成，本实施例中以化学气相沉积法为例，其制备过程具体包括下述步骤。

首先，如图3(a)所示，在接触表面21上沉积一个催化剂层23。可用电子束蒸镀、溅射或涂敷等方法将催化剂沉积在接触表面21上，使其形成4～10纳米(nm)厚的催化剂层23，催化剂为选自铁、钴、镍及其氧化物的一种或多种物质。

然后，如图3(b)所示，在温度300℃～500℃，空气气氛下，对具有催化剂层23的导电基体2进行8～12小时的退火处理，使催化剂层23收缩成为相互分离的纳米级催化剂颗粒24。

最后，将形成有催化剂颗粒24的导电基体2放进反应炉(图未示)；通入保护气体，同时将反应炉加热至550～1000℃；再通入碳源气，大约15秒～40分钟后，高度一定的碳纳米管3就会形成在导电基体2的接触表面21上，如图3(c)所示。根据实际需要，可将多个碳纳米管3与旋转体7(参照图4)相接触的端面剪切成预定的形状，如平面，向内圆弧面，向外圆弧面等。本实施例中，将多个碳纳米管3的端面剪切成向内圆弧面，如图1所示。

所述保护气体可为氩气、氮气或氦气等，所述碳源气可为乙炔、甲烷或乙烯等。

步骤300，将导线4一端固接于导电基体2的传导端面22上，并保持该二者电导通。可采用粘接、卡扣、锁固或将导线4一端插设于导电基体2内部等方法将导线4一端固接于导电基体2的传导端面22上。

步骤400，将弹簧5套设在所述导线4外部，且一端固接于导电基体2的传导端面22上，并保持该弹簧5与导线4及导电基体2间电绝缘。可采用粘接、卡扣、锁固或将弹簧5一端插设于导电基体2内部等方法将弹簧5一端固接于导电基体2的传导端面22上。从而，可形成电刷1。

由上述步骤可以看出，通过本发明实施例提供的方法制备电刷1，只需经过制备导电基体2、生长碳纳米管3、固接导线4及弹簧5步骤，工艺简单，易于制备，且于时间方面，2～3天即可制成，耗时较短，可提高工业生产效率。

请参照图4，使用上述电刷1用于旋转体7和一个基台6间的电导通时，将弹簧5的另一端电绝缘固设于基台6上，将导线4的另一端电导通的固设在基台6上，碳纳米管3与旋转体7相接触。从而，旋转体7上的电流经过碳纳米管3、导电基体2及导线4传递到基台6上。

在上述结构中，具有优良的导电性能的碳纳米管3与旋转体7直接接触，当旋转体7以角速度ω高速旋转时，碳纳米管3受到相应的摩擦作用力而弯曲。碳纳米管3在上述弯曲过程中，可削减其与旋转体7间的摩擦作用，确保碳纳米管3与旋转体7间的接触面积，防止电流密度过大而导致过热、火花现象的产生。同时，由于碳纳米管自身的抗弯曲作用，产生与弯曲方向相反的作用力，并在此力作用下，使碳纳米管3与旋转体7表面紧密接触，形成良好的导电通路。

在上述导电过程中，由于碳纳米管3形成一个遇到外力可弯曲的柔性部件，避免与旋转体7表面的正面摩擦，且可削减该摩擦作用力，延长电刷1的使用寿命；同时，碳纳米管3自身具有极强的耐磨耗性，不易磨损及破碎，从而电刷1整体耐磨耗性大大增强，进一步延长电刷1的使用寿命。

另外，导电基体2通过弹簧5绝缘固接在基台6上，可缓冲导电基体2的震动，保护位于接触端面21上的碳纳米管3，进一步延长其使用寿命。

当然，上述电刷1的结构中，可以使导电基体2和基台6固接并保持电导通，因而可以不用导线4和弹簧5，即电刷1仅由导电基体2和碳纳米管3组成。

本发明所提供的电刷可广泛应用于各种电机，如汽车电机、直流电机、串激电机、微型电机，以及各种电动工具。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电刷，包括一个导电基体，其特征在于，该电刷还包括形成在该导电基体表面的多个碳纳米管。

2.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述电刷还包括一条导线，该导线与所述导电基体电导通。

3.如权利要求2所述的电刷，其特征在于，所述电刷还包括一个弹簧，该弹簧套设在所述导线外部，且其一端固接在导电基体上。

4.如权利要求3所述的电刷，其特征在于，所述弹簧与所述导电基体及导线电绝缘。

5.如权利要求1所述的电刷，其特征在于，所述多个碳纳米管相互平行，且与所述导电基体的形成碳纳米管的表面垂直或成一锐角。

6.一种电刷制备方法，其特征在于，包括：

提供一个导电基体；

在所述导电基体表面形成多个碳纳米管。

7.如权利要求6所述的电刷制备方法，其特征在于，还包括下述步骤：将一条导线一端固接在所述导电基体上，并使该导线与该导电基体电导通。

8.如权利要求7所述的电刷制备方法，其特征在于，还包括下述步骤：将一条弹簧套设在所述导线外部，使其一端固接在导电基体上。

9.如权利要求6所述的电刷制备方法，其特征在于，所述多个碳纳米管的形成方法选自化学气相沉积法、激光烧蚀法、等离子辅助化学气相沉积法、或电弧放电法。

10.如权利要求9所述的电刷制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法具体包括：在所述导电基体表面上形成一个催化剂层；对具有催化剂层的导电基体进行退火处理，使催化剂收缩成为相互分离的催化剂颗粒；导入碳源气，使碳纳米管生长在该导电基体表面上。

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