ES2299017T3 - BRUSHES FOR ELECTRIC MOTORS THAT OPERATE AT HIGH TEMPERATURE. - Google Patents
BRUSHES FOR ELECTRIC MOTORS THAT OPERATE AT HIGH TEMPERATURE. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2299017T3 ES2299017T3 ES05717532T ES05717532T ES2299017T3 ES 2299017 T3 ES2299017 T3 ES 2299017T3 ES 05717532 T ES05717532 T ES 05717532T ES 05717532 T ES05717532 T ES 05717532T ES 2299017 T3 ES2299017 T3 ES 2299017T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- particles
- mixture
- copper
- typically
- sliding contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
- H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
- H01R39/22—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof incorporating lubricating or polishing ingredient
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
- H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
Landscapes
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
- Plural Heterocyclic Compounds (AREA)
- Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Abstract
Description
Escobillas para motores eléctricos que funcionan a alta temperatura.Brushes for electric motors that work at high temperature
La invención se refiere a escobillas para motores eléctricos, más particularmente aquéllas que se utilizan para hacer funcionar los equipos montados a bordo de automóviles (motoventiladores (ventiladores autónomos fijados directamente en el radiador) y otros ventiladores, alternadores, motores auxiliares, etc.), para los cuales se pretende conseguir un rendimiento elevado.The invention relates to brushes for electric motors, more particularly those that are used to operate the equipment mounted on board cars (motor fans (autonomous fans fixed directly on the radiator) and other fans, alternators, auxiliary engines, etc.), for which it is intended to achieve performance high.
Los motores eléctricos de este tipo funcionan a baja tensión con una corriente elevada. Debido a esta corriente elevada, las escobillas que equipan estos motores deben asegurar un contacto eléctrico de fricción a temperatura elevada, típicamente superior a los 100ºC, hasta incluso superior a los 200ºC, con una densidad de corriente superior a los 15 A/cm^{2}. Las condiciones de funcionamiento de los motores eléctricos a los que se refiere la invención son totalmente diferentes de las de los arrancadores.Electric motors of this type work at Low voltage with high current. Due to this current high, the brushes that equip these motors must ensure a high temperature electrical friction contact, typically higher than 100ºC, even higher than 200ºC, with a current density greater than 15 A / cm2. The conditions of operation of the electric motors referred to in the Inventions are totally different from those of starters.
Los arrancadores, que no son objeto de esta invención, están destinados a funcionar unas cien mil veces durante unos cuantos milisegundos con unas densidades de corriente superiores a los 500 A/cm^{2}. La solicitud US2003/0135993 describe unas escobillas adaptadas para unas condiciones de funcionamiento de este tipo. Ciertamente están sometidas a unas solicitaciones violentas pero trabajan muy poco en tiempo acumulado y debido a ello se calientan poco durante el corto período en que trabajan.The starters, which are not subject to this invention, are intended to work about a hundred thousand times during a few milliseconds with current densities greater than 500 A / cm2. The application US2003 / 0135993 describes brushes adapted for conditions of operation of this type. They are certainly subject to some violent solicitations but they work very little in accumulated time and because of this they get very hot during the short period in which they work.
Por el contrario, los motores como pueden ser los motoventiladores, colocados debajo de las cubiertas de motor de los vehículos, sometidos a unas temperaturas cada vez más elevadas, trabajan de forma continua, es decir mientras sigue funcionando el motor térmico. Trabajan con unas densidades de corriente más bajas, típicamente inferiores a los 50 A/cm^{2}, pero están sometidos a un calentamiento por efecto Joule y deben funcionar a unas temperaturas elevadas, superiores a los 100ºC, hasta incluso superiores a los 200ºC durante el tiempo de funcionamiento de un vehículo automóvil, esto es unos cuantos miles de horas, típicamente más de 2.000 horas.On the contrary, engines such as can be the motor fans, placed under the engine covers of the vehicles, subjected to increasingly high temperatures, they work continuously, that is, while the thermal engine They work with lower current densities, typically below 50 A / cm2, but are subject to a warming by Joule effect and should work at about high temperatures, above 100ºC, even higher than 200ºC during the operating time of a motor vehicle, this is a few thousand hours, typically more than 2,000 hours
Las condiciones de funcionamiento cada vez más severas impuestas a estas escobillas exigen una adaptación de estas últimas no solamente para resistir a las nuevas solicitaciones sino también para aumentar su tiempo de vida.The operating conditions more and more severe imposed on these brushes require an adaptation of these latest not only to resist new solicitations but also to increase their life time.
Las escobillas para motores eléctricos de equipamientos montados a bordo de los automóviles (motoventiladores, alternadores, ventiladores, etc.) están constituidas por lo general por una mezcla de partículas de cobre y de partículas de grafoides.Brushes for electric motors from equipment mounted on board cars (motor fans, alternators, fans, etc.) are usually constituted by a mixture of copper particles and particles of graphoid
Las partículas de cobre pueden provenir de orígenes diversos: cobre electrolítico (cobre obtenido mediante depósito electrolítico en un cátodo, siendo el ánodo de cobre puro, siendo el electrolito típicamente una mezcla de sulfato de cobre, de ácido sulfúrico y de aditivos), cobre atomizado (cobre fundido dispersado en forma de unas finas gotas bajo el efecto de un chorro violento gaseoso o líquido) o cobre machacado (cobre atomizado triturado que se presenta en forma de láminas finas).Copper particles can come from diverse origins: electrolytic copper (copper obtained by electrolytic deposit in a cathode, the anode being pure copper, the electrolyte being typically a mixture of copper sulfate, of sulfuric acid and additives), atomized copper (molten copper dispersed in the form of fine drops under the effect of a jet violent gaseous or liquid) or crushed copper (atomized copper crushed which comes in the form of thin sheets).
Los grafoides incluyen diversos grafitos, por lo general grafitos naturales, y aglomerantes orgánicos. La mezcla así constituida está tratada en caliente y luego triturada para obtener las partículas de grafoides.Graphoids include various graphites, so general natural graphites, and organic binders. Mix like this constituted is hot treated and then crushed to obtain grafoid particles.
A estas bases (partículas de cobre + grafoides), se añaden unos abrasivos por lo general conductores, típicamente carburos -por ejemplo carburo de silicio, o coques, y lubricantes sólidos, típicamente bisulfuro de molibdeno (MoS_{2}). La naturaleza y el contenido en peso de cada uno de estos constituyentes se ajustan en función de la aplicación perseguida. El material resultante de la mezcla tiene por lo general una resistividad eléctrica que no debe degradarse con el tiempo con el fin de que no se pierda el rendimiento esperado de los motores eléctricos de este tipo (véase el documento US-A-2003/0135993).To these bases (copper particles + graphoid), abrasive conductors are usually added, typically carbides - for example silicon carbide, or cokes, and lubricants solids, typically molybdenum bisulfide (MoS2). The nature and weight content of each of these constituents are adjusted based on the application pursued. The material resulting from the mixture generally has a electrical resistivity that should not degrade over time with the so that the expected performance of the engines is not lost electrical devices of this type (see document US-A-2003/0135993).
Ahora bien, cuando el motor funciona a
temperaturas elevadas, por ejemplo en los motoventiladores, en los
cuales la temperatura ambiente es a menudo superior a los 100ºC en
el transcurso de su funcionamiento, se lleva la escobilla a unas
temperaturas que pueden alcanzar, hasta incluso sobrepasar los
200ºC, y se observa un aumento fuerte de la resistividad del
material y una oxidación pronunciada del cobre. Estos fenómenos
probablemente interdependientes pueden provocar un desgaste
acelerado de la escobilla y unas pérdidas de rendimiento o de
velocidad del
motor.However, when the engine is running at high temperatures, for example in motor fans, in which the ambient temperature is often higher than 100 ° C in the course of its operation, the brush is brought to temperatures that can reach, even exceed 200 ° C, and there is a strong increase in the resistivity of the material and a pronounced oxidation of copper. These probably interdependent phenomena can cause accelerated brush wear and loss of performance or speed of the brush.
engine.
Por lo tanto la solicitante ha desarrollado un
método que permita obtener un material de escobilla para motor
eléctrico que presente una resistencia al desgaste mejorada cuando
el motor funciona a una temperatura superior a los 100ºC,
típicamente próxima a los 150ºC, a la vez que permita que la
prestación de dicho motor sea sensiblemente constante a lo largo de
su tiempo de vida. El tiempo de funcionamiento acumulado de los
motores implicados puede oscilar entre unas cuantas horas
(levanta-cristales, limpiaparabrisas) y más de 2.000
horas (motoventila-
dores).Therefore, the applicant has developed a method to obtain an electric motor brush material that has improved wear resistance when the motor runs at a temperature above 100ºC, typically close to 150ºC, while allowing the provision of said engine is substantially constant throughout its lifetime. The accumulated operating time of the motors involved can range from a few hours (window lifters, windshield wipers) and more than 2,000 hours (motoventila-
dores).
Un primer objeto de la invención es una pieza de contacto deslizante que transmite una corriente eléctrica de densidad elevada, típicamente superior a los 15 A/cm^{2} e inferior a los 50 A/cm^{2}, que comprende partículas de cobre, partículas de grafoides, procedentes de la trituración de una mezcla de partículas de grafito, preferentemente de grafito natural, y de aglomerantes orgánicos, caracterizada porque, para transmitir dicha corriente durante por lo menos 2.000 horas a una temperatura superior a los 100ºC, típicamente próxima a los 150ºC, dicha pieza de contacto incluye unas partículas de cobre cuyo porcentaje en peso está comprendido entre un 20% y un 60% y asimismo unas partículas que comprenden, en forma de metal o de compuesto de dicho metal, un metal adicional que pertenece al grupo constituido por los elementos siguientes: cinc, manganeso y estaño.A first object of the invention is a piece of sliding contact that transmits an electric current of high density, typically greater than 15 A / cm2 e less than 50 A / cm2, which comprises copper particles, graphoid particles, coming from the crushing of a mixture of graphite particles, preferably natural graphite, and of organic binders, characterized in that, to transmit said current for at least 2,000 hours at a temperature above 100 ° C, typically close to 150 ° C, said part of contact includes copper particles whose percentage by weight it is between 20% and 60% and also some particles comprising, in the form of metal or compound of said metal, a additional metal belonging to the group consisting of the elements following: zinc, manganese and tin.
La pieza de contacto deslizante apta para transmitir una corriente eléctrica es un elemento de fricción conductor de corriente, como puede ser una escobilla para motor eléctrico. La densidad de corriente transmitida a través del contacto puede ser superior a los 15 A/cm^{2}. La aplicación contemplada corresponde a motores eléctricos pequeños montados en un automóvil como pueden ser motoventiladores, ventiladores, alternadores, etc. que funcionan con una corriente cuya intensidad, típicamente inferior a los 50 A/cm^{2}, es inferior a la que es necesaria para hacer funcionar un arrancador, típicamente superior a los 100 A/cm^{2}. Sin embargo, el valor medio de la densidad de la corriente que alimenta estos motores aumenta constantemente para satisfacer las exigencias crecientes de potencia, habiendo sido ésta inferior al kilovatio hasta ahora. Los motores de este tipo deben ser alimentados sin interrupción, lo cual se traduce por una temperatura de funcionamiento cada vez más elevada.The sliding contact piece suitable for transmitting an electric current is a friction element current conductor, such as a motor brush electric. The current density transmitted through the contact may be greater than 15 A / cm2. The application contemplated corresponds to small electric motors mounted on a car such as motor fans, fans, alternators, etc. that work with a current whose intensity, typically less than 50 A / cm2, it is less than it is necessary to operate a starter, typically superior at 100 A / cm2. However, the average density value of the current that feeds these motors constantly increases to meet the increasing demands of power, having been this less than the kilowatt so far. Motors of this type they must be fed without interruption, which is translated by a increasingly high operating temperature.
Típicamente, las condiciones utilizadas para poner a prueba la capacidad de resistencia de los materiales constitutivos de las escobillas para motores eléctricos son las siguientes: la escobilla debe transmitir durante 2.000 horas una densidad de corriente de 25 A/cm^{2}, siendo la temperatura ambiente en el motor próxima a los 150ºC.Typically, the conditions used for test the strength capacity of materials constitutive of the brushes for electric motors are the following: the brush must transmit for 2,000 hours a current density of 25 A / cm2, the temperature being engine environment close to 150ºC.
Según la invención, se elige preferentemente un contenido de peso de cobre bastante elevado, típicamente del orden de un 30%, comprendido entre un 20% y un 60%, preferentemente entre un 20% y un 30%. El material resultante de la mezcla tiene por lo general una resistividad eléctrica baja (resistividad AG o "against grain", es decir en la dirección perpendicular a la mayor dimensión de los granos), superior a 200 \mu\Omegacm (2 10^{-6} \Omegam) pero que debe ser típicamente inferior a 10.000 \mu\Omegacm (10^{-4} \Omegam), preferentemente inferior a 5.000 \mu\Omegacm (5 10^{-5} \Omegam), después de 2.000 horas de utilización a 150ºC.According to the invention, preferably a quite high copper weight content, typically of the order 30%, between 20% and 60%, preferably between 20% and 30%. The resulting material of the mixture has therefore general low electrical resistivity (AG resistivity or "against grain", that is in the direction perpendicular to the larger grain size), greater than 200 µm \ Omegacm (2 10-6 \ Omegam) but that should typically be less than 10,000 Ome \ Omegacm (10-4 \ Omegam), preferably less than 5,000 µm \ Omegacm (5 10-5 \ Omegam), after 2,000 hours of use at 150ºC.
Las partículas de cobre pueden obtenerse mediante la mezcla de unas partículas de diversas procedencias (cobre electrolítico, cobre atomizado, cobre machacado) y que presentan una densidad aparente típicamente comprendida entre 0,3 g/cm^{3} y 4 g/cm^{3}. Preferentemente, se emplea cobre electrolítico, de una densidad aparente comprendida entre 0,6 y 0,9 g/cm^{3} o una mezcla de partículas de cobre electrolítico (del 65% al 100% de peso) y de cobre machacado (densidad aparente comprendida entre 0,9 y 1,2 g/cm^{3}) (del 0% al 35% de peso).Copper particles can be obtained by mixing particles of various origins (electrolytic copper, atomized copper, crushed copper) and that have an apparent density typically between 0.3 g / cm 3 and 4 g / cm 3. Preferably, copper is used electrolytic, with an apparent density between 0.6 and 0.9 g / cm3 or a mixture of electrolytic copper particles (from 65% to 100% weight) and crushed copper (bulk density) between 0.9 and 1.2 g / cm3) (from 0% to 35% by weight).
Los grafoides incluyen preferentemente grafitos naturales y aglomerantes orgánicos, preferentemente de tipo fenólico o a base de poliamidas o también de polietileno tereftalato. Se puede incluir el lubricante sólido, típicamente bisulfuro de molibdeno en la composición del grafoide.The graphoids preferably include graphites natural and organic binders, preferably of type phenolic or based on polyamides or polyethylene Terephthalate Solid lubricant can be included, typically molybdenum bisulfide in the composition of the graphoid.
Se añade a la mezcla cobre + grafoide un abrasivo conductor, preferentemente una mezcla de coque y de carburo de silicio y un metal adicional que pertenece al grupo constituido por los metales y las aleaciones a base de cinc, manganeso o estaño.A copper + grafoid mixture is added to the conductive abrasive, preferably a mixture of coke and carbide of silicon and an additional metal belonging to the group constituted by metals and alloys based on zinc, manganese or tin.
Dicho metal adicional se añade en el material en forma de partículas metálicas o en forma de un compuesto de dicho metal, preferentemente inestable a la temperatura de cocción de la mezcla. Así se elegirá preferentemente para el cinc un óxido, un carbonato o un sulfato. El contenido de peso de dicho metal adicional está comprendido ventajosamente entre un 0,1% y un 20%, preferentemente entre un 0,5 y un 10%. La solicitante ha podido observar en efecto que, por su presencia, dicho metal adicional permitía, mediante limitación de la oxidación del cobre, retrasar la degradación de la escobilla.Said additional metal is added in the material in form of metallic particles or in the form of a compound of said metal, preferably unstable at the cooking temperature of the mixture. Thus, an oxide, an carbonate or sulfate. The weight content of said metal additionally it is advantageously between 0.1% and 20%, preferably between 0.5 and 10%. The applicant has been able to observe in effect that, by its presence, said additional metal allowed, by limiting the oxidation of copper, to delay the degradation of the brush.
Otro objeto de la invención es un procedimiento de fabricación de una pieza de contacto deslizante apta para transmitir una corriente eléctrica de una densidad elevada, típicamente superior a 15 A/cm^{2} e inferior a 50 A/cm^{2}, que comprende partículas de cobre y partículas de grafoide, procedentes de la trituración de una mezcla de partículas de grafitos y de aglomerantes orgánicos, caracterizado porque:Another object of the invention is a process. of manufacturing a sliding contact piece suitable for transmit an electric current of a high density, typically greater than 15 A / cm2 and less than 50 A / cm2, comprising copper particles and graphoid particles, coming from the crushing of a mixture of particles of graphites and organic binders, characterized in that:
a) se efectúa una mezcla de partículas de cobre, de partículas de grafoide y de partículas que comprenden, en forma de metal o de compuesto de dicho metal, un metal adicional que pertenece al grupo constituido por los elementos siguientes: cinc, manganeso y estaño, estando el porcentaje de peso de las partículas de cobre comprendido entre un 20% y un 60%, estando el porcentaje de peso de las partículas de grafoide comprendido entre un 45% y un 75%, y estando el porcentaje de peso del metal adicional o de su compuesto comprendido entre un 0,5% y un 20%.a) a mixture of copper particles is made, of graphoid particles and particles comprising, in the form of metal or compound of said metal, an additional metal that belongs to the group consisting of the following elements: zinc, manganese and tin, the percentage of particle weight being of copper between 20% and 60%, the percentage being weight of grafoid particles between 45% and a 75%, and the percentage of weight of the additional metal or its compound between 0.5% and 20%.
b) las partículas así mezcladas se llevan a una temperatura de cocción comprendida entre 250ºC y 700ºC, preferentemente entre 250ºC y 450ºC, típicamente a una temperatura próxima a 400ºC, durante un tiempo comprendido entre 0,5 y 10 horas, típicamente próximo a 4 horas, en una atmósfera gaseosa reductora, que comprende entre un 5% y un 50% de hidrógeno, siendo el complemento nitrógeno o un gas neutro, típicamente una mezcla que comprende un 40% de hidrógeno y un 60% de nitrógeno.b) the particles thus mixed are brought to a cooking temperature between 250ºC and 700ºC, preferably between 250 ° C and 450 ° C, typically at a temperature close to 400 ° C, for a time between 0.5 and 10 hours, typically close to 4 hours, in a gaseous atmosphere reducing, which comprises between 5% and 50% hydrogen, being the nitrogen complement or a neutral gas, typically a mixture that It comprises 40% hydrogen and 60% nitrogen.
El grafoide resulta a su vez de la mezcla de grafito, preferentemente natural, de aglomerante orgánico, preferentemente fenólico, típicamente una resina baquelita, y de lubricante sólido, típicamente bisulfuro de molibdeno, habiéndose mezclado el conjunto preferentemente mediante un amasado en medio húmedo, estando después evaporado el disolvente y triturado y tamizado el polvo para obtener una granulometría que corresponde a un cernido inferior a 630 \mum, preferentemente comprendido entre 90 y 355 \mum.The graphoid results in turn from the mixture of graphite, preferably natural, of organic binder, preferably phenolic, typically a bakelite resin, and of solid lubricant, typically molybdenum bisulfide, having mixing the assembly preferably by kneading in the middle wet, then the solvent evaporated and crushed and sifting the powder to obtain a particle size corresponding to a sieve less than 630 µm, preferably between 90 and 355 µm.
Asimismo se puede añadir a la mezcla antes de la cocción un abrasivo conductor como puede ser una mezcla de carburo de silicio y de coque, en una proporción de peso comprendida típicamente entre un 0,05% y un 1%.It can also be added to the mixture before firing a conductive abrasive such as a carbide mixture of silicon and coke, in a proportion of weight included typically between 0.05% and 1%.
La mezcla así obtenida se lleva a una temperatura de cocción comprendida entre 250ºC y 700ºC, preferentemente entre 250ºC y 450ºC, típicamente, con un margen de una decena de grados en más o en menos, a una temperatura próxima a 400ºC, durante un tiempo comprendido entre 0,5 y 10 horas, típicamente próximo a 4 horas, en una atmósfera gaseosa reductora, que comprende entre un 5% y un 50% de hidrógeno y como complemento nitrógeno o gas neutro, típicamente una mezcla de un 40% de hidrógeno y de un 60% de nitrógeno.The mixture thus obtained is brought to a cooking temperature between 250ºC and 700ºC, preferably between 250 ° C and 450 ° C, typically, with a range of a dozen degrees in more or less, at a temperature close to 400 ° C, for a time between 0.5 and 10 hours, typically close to 4 hours, in a gaseous reducing atmosphere, comprising between 5% and 50% hydrogen and as a complement nitrogen or neutral gas, typically a mixture of 40% of hydrogen and 60% nitrogen.
Otro objeto de la invención es la utilización de una pieza de contacto deslizante que comprende partículas de cobre, partículas de grafoides, estando el porcentaje de peso de las partículas de cobre comprendido entre un 20% y un 60%, incluyendo asimismo dicha pieza de contacto partículas que comprenden, en forma de metal o de compuesto de dicho metal, un metal adicional que pertenece al grupo constituido por los elementos siguientes: cinc, manganeso y estaño, caracterizada porque dicha pieza se utiliza como escobilla de un motor eléctrico de corriente continua para equipar un vehículo automóvil -como puede ser un motoventilador, un motor de levanta-cristales, un motor de limpiaparabrisas o un alternador- y que funciona a una tensión eléctrica inferior o igual a 60 voltios, transmitiendo dicha pieza una corriente eléctrica de densidad superior a 15 A/cm^{2} e inferior a 50 A/cm^{2} y estando adaptada para transmitir dicha corriente durante 2.000 horas a una temperatura ambiente superior a los 100ºC, típicamente próxima a los 150ºC.Another object of the invention is the use of a sliding contact piece comprising copper particles, graphoid particles, the weight percentage of the copper particles between 20% and 60%, including also said contact piece particles comprising, in the form of metal or compound of said metal, an additional metal that belongs to the group consisting of the following elements: zinc, manganese and tin, characterized in that said piece is used as brush of a direct current electric motor to equip a motor vehicle - such as a motor fan, a motor window lifter, a windshield wiper motor or an alternator- and that operates at a lower electrical voltage or equal to 60 volts, said piece transmitting a current electrical density greater than 15 A / cm2 and less than 50 A / cm2 and being adapted to transmit said current for 2,000 hours at an ambient temperature exceeding 100 ° C, typically close to 150 ° C.
Otro objeto de la invención es un procedimiento de fabricación de un motor eléctrico de colector, típicamente un motor de corriente continua, que incluyeAnother object of the invention is a process. of manufacturing a collector electric motor, typically a DC motor, which includes
a) la realización de una carcasa en la cual está fijado un inductor,a) the realization of a housing in which it is fixed an inductor,
b) la realización de un inducido acoplado a un colector que gira alrededor de un eje, incluyendo el inducido unos hilos conductores unidos a las delgas de dicho colectorb) the realization of an armature coupled to a collector that rotates around an axis, including the induced ones conductive wires attached to the thinner of said collector
c) el ensamblaje del inductor y del inducido yc) the inductor and armature assembly Y
d) la fijación en un elemento acoplado a la carcasa de unos contactos eléctricos deslizantes, aptos para estar conectados a una fuente de alimentación eléctrica a una tensión inferior o igual a 60 voltios, estando los contactos eléctricos deslizantes, para conectar eléctricamente los bobinados del inducido, aplicados contra la superficie del colector, de modo que, durante la rotación del rotor, se ponen en contacto sucesivamente con cada una de las delgas del colector,d) fixing on an element coupled to the housing of sliding electrical contacts, suitable for being connected to a power supply at a voltage less than or equal to 60 volts, the electrical contacts being sliders, to electrically connect the windings of the induced, applied against the surface of the collector, so that, during rotor rotation, they are successively contacted with each of the collector's thinner,
caracterizado porque, para que dicho motor
funcione durante por lo menos 2.000 horas con una temperatura
ambiente superior a los 100ºC, típicamente próxima a los 150ºC, y
con una densidad de corriente comprendida entre 15 A/cm^{2} y 50
A/cm^{2}, se utilizan contactos eléctricos deslizantes que
comprenden partículas de cobre, cuya proporción de peso está
comprendida entre un 20% y un 60%, partículas de grafoides,
procedentes de la trituración de una mezcla de partículas de
grafitos y de aglomerantes orgánicos, y partículas que comprenden,
en forma de metal o de compuesto de dicho metal, un metal que
pertenece al grupo constituido por los elementos siguientes: cinc,
manganeso y
estaño.characterized in that, for said engine to run for at least 2,000 hours with an ambient temperature exceeding 100 ° C, typically close to 150 ° C, and with a current density between 15 A / cm 2 and 50 A / cm 2, sliding electrical contacts comprising copper particles are used, whose weight ratio is between 20% and 60%, graphoid particles, coming from the crushing of a mixture of graphite particles and organic binders , and particles comprising, in the form of metal or compound of said metal, a metal belonging to the group consisting of the following elements: zinc, manganese and
tin.
Los ejemplos facilitados a continuación presentan algunos matices elaborados en el marco de la invención e ilustran la aptitud de las escobillas obtenidas a partir de estos matices para resistir mejor al desgaste y a la oxidación.The examples provided below they present some nuances elaborated within the framework of the invention and illustrate the suitability of brushes obtained from these nuances to better resist wear and oxidation.
La figura 1a ilustra una micrografía de una escobilla hecha con un material fuera del marco de la invención que ha funcionado a 150ºC durante 620 horas: las partículas de cobre aparecen considerablemente oxidadas. La figura 1b representa un esquema de las zonas observadas en la micrografía de la figura 1a.Figure 1a illustrates a micrograph of a brush made with a material outside the scope of the invention that It has operated at 150 ° C for 620 hours: the copper particles They appear considerably oxidized. Figure 1b represents a scheme of the areas observed in the micrograph of the figure 1st.
La figura 2a ilustra una micrografía de una escobilla hecha con un material similar al material de la figura 1 pero al cual se han añadido unas partículas de un metal adicional según la invención. La figura 2b representa un esquema de las zonas observadas en la micrografía de la figura 2a. La escobilla ha funcionado asimismo a 150ºC durante 620 horas: las partículas de cobre no aparecen particularmente oxidadas.Figure 2a illustrates a micrograph of a brush made with a material similar to the material of figure 1 but to which some additional metal particles have been added according to the invention. Figure 2b represents an outline of the zones observed in the micrograph of figure 2a. The brush has also operated at 150 ° C for 620 hours: the particles of Copper does not appear particularly oxidized.
La figura 3 ilustra, mediante la agrupación en un mismo gráfico de los resultados de las mediciones, la evolución en el transcurso del tiempo de la resistividad eléctrica AG de varios materiales de escobilla.Figure 3 illustrates, by grouping in the same graph of the measurement results, the evolution in the course of time of the electrical resistivity AG of Various brush materials.
Hemos producido un polvo (matiz X1) que contieneWe have produced a powder (hue X1) that contains
- \bullet?
- 34% de cobre de peso (mezcla de cobre electrolítico con baja densidad aparente y de cobre machacado),34% copper weight (mixture of electrolytic copper with low bulk density and copper crushed),
- \bullet?
- 2% de carbonato de cinc,2% carbonate zinc,
- \bullet?
- 2% de bisulfuro de molibdeno MoS2,2% molybdenum bisulfide MoS2,
- \bullet?
- 0,4% de abrasivo (mezcla de coque y de carburo de silicio)0.4% abrasive (mixture of coke and silicon carbide)
- \bullet?
- y 61,6% de grafoide.and 61.6% of graphoid.
El grafoide constituye un mezclado previo. Comprende un 86% de grafito natural, un 5% de MoS2 y un 9% de resina baquelita. Después del amasado en medio húmedo, el disolvente está evaporado y el polvo triturado y tamizado con el fin de tener una granulometría comprendida entre 90 y 355 \mum.The graphoid constitutes a pre-mixed. It comprises 86% natural graphite, 5% MoS2 and 9% of bakelite resin After kneading in wet medium, the solvent is evaporated and the powder crushed and sifted in order to have a particle size between 90 and 355 µm.
Para poder comparar con un matiz fuera del marco de la invención, hemos elaborado el matiz X2 con los mismos componentes que los citados anteriormente, presentes con las mismas cantidades en la mezcla, a excepción del carbonato de cinc. Este matiz X2 corresponde al matiz propuesto habitualmente por la solicitante para motores de motoventiladores antes de la presente invención.To be able to compare with a nuance outside the frame of the invention, we have developed the X2 hue with the same components as mentioned above, present with the same amounts in the mixture, except for zinc carbonate. This Hue X2 corresponds to the hue usually proposed by the Applicant for motor motors before this invention.
Se han realizado después unas escobillas con los dos matices X1 y X2, cocidas a 400ºC con un 40% de H2 y un 60% de N2.Afterwards, brushes were made with the two shades X1 and X2, cooked at 400 ° C with 40% H2 and 60% N2
Se ha realizado entonces una prueba de resistencia a 150ºC, con 25 A/cm^{2}, durante 620 horas con dos series de escobillas (matiz X1 y matiz X2). Dos micrografías representativas han sido extraídas en cada una de las partidas. Están ilustradas en las figuras 1a y 2a. Se pueden ver unas zonas 10 y 10' ocupadas por partículas de cobre más o menos oxidado y unas zonas 20 ocupadas por partículas de grafoides, que comprenden a su vez partículas de grafito y aglomerantes. Cuando no está oxidado, el cobre se presenta en forma de unas zonas 10' mucho más claras que las zonas 20 de grafoides, mientras que las zonas 10 de cobre oxidado presentan poco contraste con respecto a las zonas 20 de grafoides. Por lo tanto se ve claramente la diferencia entre el alto grado de oxidación del cobre del matiz X2 (zonas 10 - figura 1a) y el bajo grado de oxidación del cobre del matiz X1 (zonas 10' - figura 2a).A test of resistance at 150 ° C, with 25 A / cm 2, for 620 hours with two series of brushes (hue X1 and hue X2). Two micrographs Representatives have been extracted in each of the games. They are illustrated in Figures 1a and 2a. You can see some areas 10 and 10 'occupied by more or less oxidized copper particles and some zones 20 occupied by graphoid particles, which comprise their once graphite particles and binders. When it's not rusty, copper comes in the form of much lighter 10 'zones that zones 20 of graphoid, while zones 10 of copper oxidized have little contrast with respect to zones 20 of graphoid Therefore you can clearly see the difference between the high degree of oxidation of copper of hue X2 (zones 10 - figure 1a) and the low degree of oxidation of copper of hue X1 (zones 10 '- figure 2a).
El matiz Y1 contiene un 48% de cobre y el 0% de cinc.Hue Y1 contains 48% copper and 0% of zinc.
El matiz Y2 contiene un 52% de cobre y un 3% de carbonato de cinc.Hue Y2 contains 52% copper and 3% of zinc carbonate
El matiz Y3 contiene un 48% de cobre y un 1% de carbonato de cinc.Hue Y3 contains 48% copper and 1% of zinc carbonate
Varias muestras relativas a cada matiz han sido objeto de unas mediciones de resistividad en el transcurso del tiempo.Several samples related to each nuance have been subject of resistivity measurements in the course of weather.
Se puede ver en la figura 3 la influencia de la adición de cinc en su forma de carbonato en el mantenimiento de una resistividad constante durante el tiempo de vida de la escobilla.You can see in figure 3 the influence of the addition of zinc in its carbonate form in the maintenance of a constant resistivity during the lifetime of the brush.
La resistividad AG del matiz Y1, que no contiene cinc, aumenta muy rápidamente con el tiempo: sobrepasa los 10.000 \mu\Omegacm después de 500 horas de funcionamiento a 155ºC.The resistivity AG of hue Y1, which does not contain zinc, increases very quickly over time: exceeds 10,000 µ \ Omegacm after 500 hours of operation at 155 ° C.
Según las muestras, la resistividad del matiz Y3, que contiene un 1% de carbonato de cinc, no evoluciona tan rápidamente. Nos encontramos en el límite de las características que se pretenden conseguir en el marco de la invención ya que la resistividad de algunas muestras (Y3.1 por ejemplo) resulta evolucionar demasiado rápidamente, de tal modo que no es posible garantizar que la resistividad de este matiz no vaya a sobrepasar los 10.000 \mu\Omegacm después de 2.000 horas a 150ºC.According to the samples, the resistivity of the hue Y3, which contains 1% zinc carbonate, does not evolve so quickly. We are at the limit of the characteristics that they are intended to be achieved within the framework of the invention since the resistivity of some samples (Y3.1 for example) results evolve too quickly, so that it is not possible ensure that the resistivity of this hue will not exceed 10,000 µm \ Omegacm after 2,000 hours at 150 ° C.
La resistividad del matiz Y2, que contiene un 3% de carbonato de cinc, es mucho más estable con el tiempo, lo cual le permite no sobrepasar los 10.000 \mu\Omegacm al cabo de 2.000 horas a 150ºC.The resistivity of hue Y2, which contains 3% of zinc carbonate, is much more stable over time, which allows you not to exceed 10,000 \ mu \ Omegacm after 2,000 hours at 150 ° C.
Hemos elaborado después un matiz Y4, que contiene un 50% de cobre y un 2% de carbonato de cinc y hemos hecho unas mediciones en unas escobillas realizadas con este matiz. Los resultados obtenidos de los ensayos han respondido a las expectativas.We have then developed a Y4 hue, which it contains 50% copper and 2% zinc carbonate and we have made Some measurements on brushes made with this hue. The results obtained from the trials have responded to the expectations.
Claims (13)
- a)to)
- se efectúa una mezcla de partículas de cobre, de partículas de grafoide y de partículas que comprenden manganeso, en forma de metal o de compuesto de dicho metal, estando el porcentaje de peso de las partículas de cobre comprendido entre un 20% y un 60%, estando el porcentaje de peso de las partículas de grafoide comprendido entre un 45% y un 75%, y estando el porcentaje de peso del manganeso o de su compuesto comprendido entre un 0,5% y un 20%.be effect a mixture of copper particles, grafoid particles and of particles comprising manganese, in the form of metal or compound of said metal, the weight percentage of the copper particles between 20% and 60%, the weight percentage of graphoid particles between 45% and 75%, and the weight percentage of manganese or its compound between 0.5% and 20%.
- b)b)
- las partículas así mezcladas se llevan a una temperatura de cocción comprendida entre 250ºC y 450ºC, típicamente próxima a 400ºC, durante un tiempo comprendido entre 0,5 y 10 horas, típicamente próximo a las 4 horas, en una atmósfera gaseosa reductora, que comprende entre un 5% y un 50% de hidrógeno, siendo el complemento nitrógeno o un gas neutro, típicamente una mezcla que comprende un 40% de hidrógeno y un 60% de nitrógeno.the particles so mixed are brought to a cooking temperature between 250 ° C and 450 ° C, typically close to 400 ° C, for a time between 0.5 and 10 hours, typically next to 4 hours, in a gaseous reducing atmosphere, which It comprises between 5% and 50% hydrogen, being the complement nitrogen or a neutral gas, typically a mixture comprising a 40% hydrogen and 60% nitrogen.
- a)to)
- la realización de una carcasa en la cual está fijado un inductor,the realization of a housing in which a inductor,
- b)b)
- la realización de un inducido acoplado a un colector que gira alrededor de un eje, incluyendo el inducido unos hilos conductores unidos a las delgas de dicho colectorthe realization of an armature coupled to a rotating manifold around an axis, including the induced some conductive wires attached to the delgas of said collector
- c)C)
- el ensamblaje del inductor y del inducido yhe inductor and armature assembly and
- d)d)
- la fijación, en un elemento acoplado a la carcasa, de unos contactos eléctricos deslizantes, adaptados para ser conectados a una fuente de alimentación eléctrica a una tensión inferior o igual a 60 voltios, manteniéndose los contactos eléctricos deslizantes aplicados sobre la superficie del colector, de modo que, durante la rotación del rotor, están puestos en contacto sucesivamente con cada una de las delgas del colector,the fixing, in an element coupled to the housing, of some contacts electric sliders, adapted to be connected to a source power supply at a voltage less than or equal to 60 volts, keeping the electrical contacts sliding applied on the surface of the collector, so that, during Rotation of the rotor, are successively contacted with each of the collector's delgas,
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0401060 | 2004-02-04 | ||
FR0401060A FR2865858B1 (en) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | BROOMS FOR ELECTRIC MOTORS OPERATING AT HIGH TEMPERATURE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2299017T3 true ES2299017T3 (en) | 2008-05-16 |
Family
ID=34746412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES05717532T Active ES2299017T3 (en) | 2004-02-04 | 2005-02-02 | BRUSHES FOR ELECTRIC MOTORS THAT OPERATE AT HIGH TEMPERATURE. |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1719217B1 (en) |
AT (1) | ATE381130T1 (en) |
DE (1) | DE602005003798T2 (en) |
ES (1) | ES2299017T3 (en) |
FR (1) | FR2865858B1 (en) |
WO (1) | WO2005086297A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109004481B (en) * | 2018-07-24 | 2019-12-17 | 美尔森哈碳电碳(哈尔滨)有限公司 | grounding electric brush and preparation method thereof |
CN112701549B (en) * | 2020-12-15 | 2022-05-10 | 美尔森哈碳电碳(哈尔滨)有限公司 | Wind power generation electric brush and preparation method thereof |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4204407A1 (en) * | 1992-02-14 | 1992-07-16 | Tech In Technologien Fuer Kuns | Low resistance commutator brushes - use an additive of micro encapsulated lubricant to allow a lower graphite content to be used |
FR2734669B1 (en) * | 1995-05-22 | 1997-06-20 | Le Carbonne Lorraine | RINGS OF ALTERNATORS AND CYLINDRICAL COLLECTORS IN FRIED CUPRO-GRAPHIC COMPOSITE MATERIAL |
DE10201923B4 (en) * | 2002-01-19 | 2006-05-24 | Deutsche Carbone Ag | Method for producing a sliding contact piece for medium to high current densities |
-
2004
- 2004-02-04 FR FR0401060A patent/FR2865858B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-02-02 WO PCT/FR2005/000220 patent/WO2005086297A1/en active IP Right Grant
- 2005-02-02 EP EP05717532A patent/EP1719217B1/en not_active Not-in-force
- 2005-02-02 AT AT05717532T patent/ATE381130T1/en not_active IP Right Cessation
- 2005-02-02 ES ES05717532T patent/ES2299017T3/en active Active
- 2005-02-02 DE DE602005003798T patent/DE602005003798T2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE602005003798D1 (en) | 2008-01-24 |
FR2865858B1 (en) | 2016-10-07 |
DE602005003798T2 (en) | 2008-12-24 |
ATE381130T1 (en) | 2007-12-15 |
EP1719217A1 (en) | 2006-11-08 |
FR2865858A1 (en) | 2005-08-05 |
WO2005086297A1 (en) | 2005-09-15 |
EP1719217B1 (en) | 2007-12-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0147816B1 (en) | Electric contact material and electric contact using said material | |
ES2299017T3 (en) | BRUSHES FOR ELECTRIC MOTORS THAT OPERATE AT HIGH TEMPERATURE. | |
JP4862192B2 (en) | Manufacturing method of composite plating material | |
RU2244037C2 (en) | Low-resistance material with improved wearing capacity for current transfer and method for production thereof | |
JP2007016250A (en) | Composite plated material and method for producing the same | |
JP2004242383A (en) | Laminated brush | |
JP3914804B2 (en) | Metallic graphite brush and method for producing the same | |
US20090029184A1 (en) | Process for manufacturing a sliding contact piece for medium to high current densities | |
CN101647179B (en) | Carbon commutator for fuel pump, carbon brush, and fuel pump with these carbon commutator and carbon brush incorporated therein | |
JP3770476B2 (en) | Metal graphite brush | |
JP2017118620A (en) | Slide member formation material and slide member | |
WO2005099048A1 (en) | Lead-free brush grade for high temperature applications | |
JP2000197315A (en) | Carbon brush for electric machine | |
KR100708030B1 (en) | Metal-Graphite Brush | |
JP2001327127A (en) | Copper-carbon brush and its manufacturing method | |
US10505328B2 (en) | Sliding member, rotary device, and method for manufacturing sliding member | |
CN1233010C (en) | Circuit breaker | |
US7094366B2 (en) | Resin-bonded graphite material, method for the production of a resin bonded graphite material and use thereof | |
Nazeri et al. | Polarization study of Sn-9Zn lead-free solder in KOH solutions | |
JP4058756B2 (en) | Outdoor electrical equipment contacts | |
US3841906A (en) | Method of treating a carbon current collection brush blank and brush resulting therefrom | |
JP2006187111A (en) | Electric brush | |
CN1897199A (en) | Gas insulated switch device | |
JP3661784B2 (en) | Metal graphite brush | |
WO2023086436A1 (en) | Carbon brush |