ITMI962417A1 - Spazzola di carbone per motori elettrici - Google Patents
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Description
TESTO DELLA DESCRIZIONE
L'invenzione ha per oggetto una spazzola di carbone per motori elettrici, in particolare per motori a corrente continua, secondo le caratteristiche nel preambolo della rivendicazione 1.
Nel caso di motori commutati elettricamente, in particolare nel caso di motori a corrente continua, a causa dei processi elettrochimici, elettrici e meccanici, si verifica l'usura delle spazzole di carbone e del commutatore, il ch? pu? provocare l'arresto del motore a corrente continua commutato elettricamente. In particolare nel caso di macchine funzionanti in ambiente umido, a causa di una maggiore presenza di processi elettrochimici, si possono verificare degli ingenti fenomeni di usura sulle spazzole di carbone e sul commutatore.
A causa delle esigenze sempre maggiori richieste ai motori elettrici per quanto riguarda la durata utile ed il rendimento del motore ed il dato di fatto che le spazzole di carbone ed il commutatore rappresentano delle parti costruttive rilevanti per un arresto dello stesso, per queste esigenze si devono realizzare delle spazzole di carbone che possono resistere a queste sollecitazioni.
Dal documento JP-218178/88 ? diventata nota una spazzola di carbone per motori elettrici, la quale, per l'aumento della resistenza contro l'abrasione fra la spazzola di carbone ed il commutatore, ? realizzata di grafite naturale con un contenuto di cenere minore del 0,5 % in peso e presenta una percentuale di 0,3 % in peso di fibre di carbonio. Mediante l'elevato grado di purezza della grafite naturale e l'impiego di fibre di carbonio, le quali sono realizzate, per esempio, da un materiale fibroso come il poliacrilnitrile o il catrame, pu? essere ridotta la resistenza all'abrasione.
Per la realizzazione di spazzole di carbone, la grafite naturale, con un contenuto di cenere minore del 0,5 %, viene mescolata con un materiale composto, trattato per esempio con resina fenolica, con fibre di carbonio o con polvere di metallo, con polvere di rame, biossido di molibdeno o con nitrito di boro. Questa miscela viene formata con una pressa e cotta sotto forma delle spazzole di carbone.
Mediante l'impiego di grafite naturale con un elevato grado di purezza a parit? di un contenuto di cenere minore del 0,5 %, pu? essere migliorata la resistenza all'abrasione fra le spazzole di carbone ed i commutatori rispetto a miscele non pure, ma tali spazzole di carbone non soddisfano le elevate esigenze e sicurezze di qualit? richieste dai motori elettrici.
Vantaggi dell'invenzione
La spazzola di carbone secondo l'invenzione per motori elettrici con le caratteristiche caratterizzanti della rivendicazione principale presenta rispetto a ci? il vantaggio che le fibre di carbonio presentano un maggiore modulo di elasticit?, una buona conduttivit? elettrica ed anche una buona resistenza all'usura rispetto alla grafite. Nel contempo, le fibre di carbonio rivestite metallicamente proteggono il commutatore da attacchi elettrochimici, meccanici ed elettrici, per cui, grazie a questa riduzione dell'usura del commutatore, vengono corrispondentemente risparmiate anche le spazzole di carbone per quanto riguarda l?usura. Per mezzo di ci? viene ridotto in modo decisivo l'usura delle spazzole di carbone ed il commutatore.
Inoltre, la spazzola di carbone con fibre di carbonio rivestite presenta il vantaggio di un aumento della potenza del motore a corrente continua maggiore di quello dei motori con spazzole di carbone senza fibre rivestite.
Durante il funzionamento del motore a corrente continua, a seguito di un errore di oscillazione assiale di un commutatore a superficie piana o di un errore di oscillazione radiale di un commutatore a tamburo o simili, si pu? verificare un sollevamento delle spazzole di carbone dalla superficie del commutatore, per cui si possono verificare degli archi voltaici fra la spazzola di carbone e la superficie del commutatore. Inoltre si verificano degli archi voltaici di commutazione in corrispondenza del bordo d'uscita. Grazie alla resistenza all'usura delle fibre di carbonio vincolate nella matrice di grafite viene migliorato il comportamento all'usura delle spazzole di carbone e del commutatore, poich? le fibre di carbonio agiscono in modo ammortizzante sulla formazione di archi voltaici.
Secondo una realizzazione vantaggiosa dell'invenzione si prevede che il rivestimento metallico presenti uno spessore di strato minore di 10 ???. Le fibre di carbonio, considerando una media aritmetica, presentano un diametro di 14 ?m ? 20 %. Per non mettere in secondo piano 1'influenza vantaggiosa delle fibre di carbonio, si prevede un rivestimento almeno pi? piccolo del diametro delle fibre di carbonio, laddove, nel caso di un diametro di, per esempio, 14 ?m delle fibre di carbonio, si pu? vantaggiosamente prevedere un rivestimento di almeno 10 ???. dello strato metallico.
Secondo un'ulteriore realizzazione vantaggiosa dell'invenzione, per il rivestimento metallico si prevede 1'impiego di un metallo con una maggiore conduttivit? rispetto alle fibre di carbonio rivestite. Inoltre, si pu? prevedere in modo vantaggioso che, per il rivestimento metallico venga utilizzato un metallo che, rispetto alle fibre di carbonio rivestite, presenti una minore rigidit?. Grazie alle caratteristiche vengono impiegati dei metalli per il rivestimento di fibre di carbonio che presentano una maggiore conduttivit? elettrica ed una minore rigidit? delle fibre rivestite. Un tale rivestimento provoca una riduzione della resistenza elettrica specifica delle spazzole di carbone e, di conseguenza, il riscaldamento delle spazzole di carbone causato dalla sollecitazione della corrente durante il funzionamento del motore a corrente continua rimane ad un basso livello, rispetto ad una spazzola di carbone senza fibre di carbonio rivestite, riducendo cos? l'abrasione termica. Inoltre, la corrente pu? scorrere sopra il rivestimento. In questo modo si pu? verificare una riduzione della resistenza interna, per cui pu? essere ottenuto un maggiore rendimento del materiale composito.
Secondo un?ulteriore realizzazione dell'invenzione, si prevede che le spazzole di carbone siano fabbricabili singolarmente in un procedimento di stampaggio e le fibre di carbonio siano disponibili nella direzione di stampaggio, assialmente, radialmente ovvero tangenzialmente all'albero od all'asse di un motore elettrico. Mediante il procedimento di stampaggio, le fibre di carbonio sono orientate nelle spazzole di carbone, vale a dire che esse si trovano in un piano comune che, a seconda della direzione di stampaggio, sono orientate corrispondentemente a questa direzione. In un piano che si forma in modo dipendente dalla direzione di stampaggio, le fibre di carbonio possono essere distribuite ed orientate in qualsivoglia maniera. Per mezzo di ci?, ? possibile creare una maggiore superficie di contatto fra le spazzole di carbone ed il commutatore, per cui ? possibile aumentare la conduttivit? elettrica, vale a dire che viene ridotta la resistenza elettrica delle spazzole di carbone, per cui a sua volta ? possibile aumentare la potenza del motore a corrente continua.
L'orientamento delle fibre di carbonio in un piano tangenziale all'albero del motore elettrico, presenta inoltre il vantaggio che grazie ad una supplementare miscelazione di componenti e leganti pu? verificarsi una distribuzione omogenea delle fibre di carbonio nella matrice di grafite, per cui si pu? creare un'adatta superficie di contatto verso il commutatore che pu? rappresentare una grandezza elettrica costante fra la spazzola di carbone ed il commutatore -Secondo un'ulteriore realizzazione vantaggiosa dell?invenzione si prevede che le fibre di carbonio siano rivestite mediante un procedimento di impianto. A tale scopo si pu? prevedere un procedimento elettrochimico e, preferibilmente, un processo di fluidizzazione. Nel caso di un tale processo di fluidizzazione, la polvere metallica si pu? depositare sulle fibre di carbonio che, fondendo, rivestono con un sottile strato metallico le dette spazzole.
Secondo un'ulteriore realizzazione vantaggiosa dell'invenzione si prevede che per il rivestimento vengano impiegati dei metalli come, per esempio, il rame, l'argento, il cromo, il nichel, il volframio, l'oro od il zirconio.
Disegni
Nel disegno ? illustrato un esempio esecutivo dell ' invenz ione che verr? descritto pi? dettagliatamente nella seguente descrizione. Nei disegni:
- la fig. 1 illustra una sezione parziale illustrata schematicamente di un motore a corrente continua commutato elettricamente e
- la fig. 2 illustra una rappresentazione schematica di una forma esecutiva alternativa alla fig.
1.
Descrizione dell'esempio esecutivo Nella fig. 1 ? illustrato un albero 11 di un motore a corrente continua non illustrato, sul quale ? disposto un commutatore 12. Per esempio, radialmente al commutatore 12 sono illustrate due spazzole di carbone 13 che contattano il commutatore.
La spazzola di carbone 13 ? di grafite naturale con un grado di purezza di 99,5 % in peso, laddove ? presente il 0,5 % in peso di impurit? sotto forma di cenere. Inoltre, sono mescolate anche delle parti come un lubrificante solido, per esempio, solfuro di molibdeno o nitruro di boro. Inoltre si possono impiegare dei detergenti, come per esempio, il Sic ovvero il Si02. Possono essere presenti anche dei leganti, come le resine fenoliche o simili che tengono insieme la miscela compressa in uno stampo, formando una spazzola di carbone 13, prima che venga cotta.
Nella spazzola di carbone 13 ? contenuto inoltre una parte di fibra di carbonio 14 grafitata ad elevate temperature in un gas inerte, la quale ? fabbricabile sulla base della pece ovvero del nitrito di poliacrile. In un successivo procedimento di impianto, le fibre di carbonio 14, le quali presentano preferibilmente un diametro di 14 ?m e la cui lunghezza ? preferibilmente pi? piccola di 3,5 mm, vengono rivestite con un metallo. Nel contempo, la durata del procedimento ? dipendente dall'applicazione di uno spessore di strato minore di 10 ?m sulle fibre di carbonio 14. Preferibilmente viene impiegato un procedimento di fluidizzazione per il rivestimento metallico delle fibre di carbonio 14. Le fibre di carbonio 14 applicate nella spazzola di carbone 13 vengono orientate durante il processo di stampaggio. A tale scopo ? necessario prevedere la direzione di stampaggio che ? orientata assialmente, radialmente ovvero tangenzialmente rispetto all'asse ovvero all?albero 11 di un motore a corrente continua, per cui le fibre di carbone 14 si trovano in un piano comune che, a seconda della direzione di compressione, si orientano in un piano. Mediante l'orientamento delle fibre di carbonio 14, si pu? creare una superficie di contatto definita rispetto al commutatore, per cui si pu? ottenere una grandezza elettrica costante.
Una fibra di carbonio rivestita in questo modo presenta il vantaggio che la spazzola di carbonio 13, mediante le fibre di carbonio stesse, sia pi? resistente agli effetti di archi voltaici, alla formazione di scintille, ad agenti chimici liquidi, in particolare durante il funzionamento del motore elettrico, come la benzina o simili, ed anche ad attacchi elettrochimici e presenti un maggiore rendimento grazie a questo rivestimento.
Mediante il rivestimento delle fibre di carbonio grafitate ad elevate temperature, viene ridotto il calo di tensione fra la spazzola di carbone ed il commutatore rispetto ad una spazzola di carbone senza fibre rivestite. Un ulteriore vantaggio ? costituito dal fatto che il calo della tensione risulta costante per la durata utile del sistema di commutazione.
Nella fig. 2 ? illustrata una forma esecutiva alternativa rispetto alla fig. 1 di un motore a corrente continua. Sull'albero 11 ? disposto un commutatore 12 a superficie piana a forma di piatto, sul quale s'impegnano coassialmente all'albero 11 due spazzole di carbone 12 secondo l'invenzione. Per quanto concerne il resto si fa riferimento alle esposizioni riferite alla fig. 1.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Spazzola di carbone per motori elettrici, in particolare per motori a corrente continua, la quale ? in sostanza costituita da grafite naturale, con una percentuale minore di 0,5 % in peso di cenere, e da ulteriori parti di lubrificanti e detergenti e da una percentuale di fibre di carbonio (14) che sono fabbricabili sulla base del poliacrilnitrile o della pece, caratterizzata dal fatto che le fibre di carbonio (14) presentano un rivestimento metallico.
- 2 . Spazzola di carbone secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le fibre di carbonio (14) presentano un rivestimento metallico con uno spessore di strato minore di 10 ?m.
- 3. Spazzola di carbone secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che, per il rivestimento metallico, ? previsto un metallo che presenta un'elevata conduttivit? rispetto alle fibre di carbonio (14).
- 4. Spazzola di carbone secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che per il rivestimento metallico si prevede un metallo che presenta una limitata rigidit? rispetto alle fibre di carbonio rivestite (14).
- 5. Spazzola di carbone secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che la spazzola di carbone (13) ? realizzabile in un procedimento di stampaggio e le fibre di carbone {14) sono orientabili nella direzione di stampaggio, assialmente, radialmente ovvero tangenzialmente all'albero (11) di un motore elettrico.
- 6. Spazzola di carbone secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che ? previsto procedimento d'impianto per il rivestimento metallico delle fibre di carbonio (14).
- 7. Spazzola di carbone secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il procedimento d'impianto ? un procedimento di fluidizzazione.
- 8. Spazzola di carbone secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il metallo impiegato per il rivestimento ? il rame, l?argento, il molibdeno, il cromo, il nichel, il volframio, l'oro od il zirconio.
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