SU660131A1

SU660131A1 - Brush for electric machines

Info

Publication number: SU660131A1
Application number: SU772474716A
Authority: SU
Inventors: Борис Абрамович Глускин; Татьяна Николаевна Жуйкова; Сергей Георгиевич Зайчиков; Юрий Николаевич Новиков; Марк Ефимович Вольпин; Евгений Сергеевич Резников; Наталия Николаевна Коркина; Вячеслав Леонидович Прядкин; Абрам Самуилович Фиалков
Original assignee: Предприятие П/Я А-1837; Ордена Ленина Институт Элементоорганических Соединений Ан Ссср
Priority date: 1977-04-05
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1979-04-30

Description

(54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 1-1АШИН(54) BRUSH FOR ELECTRICAL 1-1 CARS

1one

Изобретение относитс к электротехнике и касаетс элементов скольз щего контакта дл электрических машин, в частности, щеток дл электрических машин, преимущественно на основе углеродистых волокон (нитей), тканей.The invention relates to electrical engineering and relates to sliding contact elements for electric machines, in particular, brushes for electric machines, mainly based on carbon fibers (filaments), fabrics.

Основными требовани ми, предъ вл емыми к щеткам дл электрических машин вл ютс высока коммутирующа способность, обеспечение минимальных электрических потерь в контакте , высока износоустойчивость.The main requirements for brushes for electric machines are high switching capacity, ensuring minimal electrical losses in contact, and high wear resistance.

Щетки на основе волокнистых материалов в силу особенностей своей структуры и свойств (из-за наличи большого количества отдельных волокон , нитей) могут обеспечить лучшие по сравнению с обычными графитными или сажевьгми щетками контактные свойства, поэтому применение волокнистых материалов з этих цел х с точки зрени требований, предъ вл емых к щеткам, имеет хорошие перспективы .Due to the peculiarities of their structure and properties (due to the large number of individual fibers, threads), brushes based on fibrous materials can provide better contact properties compared to conventional graphite or soot brushes, therefore the use of fibrous materials for these purposes is in terms of requirements presented to the brushes has good prospects.

Известны щетки дл электрических машин на основе волокон 1.Known brushes for fiber-based electrical machines 1.

Известны также щетки на основеThere are also brushes based on

ИAND

Однако такие щетки не нашли широкого применени ,, так как обеспе-. чива минимальные потери в контакте , они практически не обладают износоустойчивостью , KOMiviy тирующей способностью и к тому же изнашивают коллектор с высокой скоростью.However, such brushes did not find wide application, as provided. Chiva has minimal contact losses, they practically do not have wear resistance, KOMiviy has the ability to wear down and, moreover, wear the collector at high speed.

Известны также электрощетки на основе углеграфитовых волокон, а также щетки, э которые волокна частично или полностью металлизированы, благодар чему электросопротивление мелэду cмeжны: lи волокнами снижаетс , Electrobrishes based on carbon-graphite fibers are also known, as well as brushes for which the fibers have been partially or fully metallized, whereby the electrical resistance of the mellad is mixed: l and the fibers are reduced,

S что позвол ет получить довольно равномерное распределение тока в теле щетки 3 и 4.S which makes it possible to obtain a fairly uniform current distribution in the body of the brush 3 and 4.

Недостатками известных электрощеток вл ютс наличие металличес ) кой пленки на каждом (в отдельности) волокне приводит к тому, что фактически весь процесс сн ти тока с коллектора (кольца) осуществл етс с помощью металла, так какр металла The disadvantages of the known electric brushes are the presence of a metallic film on each (separately) fiber, which leads to the fact that the entire process of removing the current from the collector (ring) is carried out with the help of metal, since

5 значительно ниже, чем р волокна. При этом ухудшаютс коммутирующие свойства электрощеток и их износоустойчивость , хот и снижаютс электак и меукду щетками осущестЕЛ етс более равномерно; налич1 е металлической пленки не на каждом в от дельности волокне, а лишь на не;которых (в пределах от 10 до 50%) приводит к тому, что больша часть тока проходит через покрытие металлической пленки волокна , при этом возрастают электрические потери, ухудшаетс токорас-. пределение как внутри самой щетки, так и между щетками, хот коммутирую ща способность и износоустойчивость несколько повышаютс ; полное отсутствие металлической пленки (ме таллического покрыти ) на отдельных волокнах обеспечивает щетке высокую коммутирующую способность и износоустойчивость/ однако- при этом резко возрастают электрические потери Б контакте и ухудшаетс токораспределение как внутри самой щетки,так и между щетками. Известны электроцетки на основе углеродных нитей с антифрикционными и токопровод щими добавками, выполне ными также в виде нитей . 5. Щетки, изготовленные из указанного выше материала, обладают теми же недостатками, что и перечисленные выше, но в несколько меньшей степени Известны также электрощетки, сое то щие из слоев углеродной или графитовой ткани, соединенных между со бой фенольными, фурановы1ли или эпоксидными смолами, образующими в результате полимеризации слоистый Мс1териал , причем в случае необходимос ти такие щетки пропитывают расплавленныМ металлом или сплавом металло . путем погружени графитовых изделий в ванну с расплавленным сплавом (ко личество пропитки по весу может дос тигать 60%) б . Однако наличие значительного количества св зующего, обладающего сл бо выраженными электрическими свойс вами, в электрощетке на основе угле родистой или графитовой ткани, необ ходимого дл формовани коьшактнсго электрощеточного материала, значительно увеличивает электросопротивление и приводит к росту электричес ких потерь в контакте, ухудшению фрикционных характеристик, а также снижению коммутирующей способности. Введение металлов или их спланюв хот и приводит к снижению переходкого сопротивлени в контакте, но п этом резко ухудшаютс коммутирующие свойства за счет контактировани посредством металлического компонен та, неравномерного распределени пр питки по объему щетки, а также возрастает износ .щеток. Целью изобретени вл етс улучшение контактньрс свойств щеток, а нмоинп - /nvuitlPHWP (ТЮККПИОННЫХ ХаОВК войств при обеспечении минимально озможных электрических потерь. Дл этого в известной jueTKS, одержащей углеродное волокно, св ующее и металлический компонент, еталлический компонент расположен межс.;юевых пространствах элемен- арных волокон, причем в качестве еталлического компонента примен тс переходные металлы или их соли. Расположение металлического компонента между углеродными сло ми элементарных волокон позвол ет снизить величину удельного сопротивлени материала в 5-6 раз (например, полиакрилонитрильное волокно имеет удельное электросопротивление 5-10 OM-CM, а то же самое волокно после внедрени между углеродными сло ми солей меди 10 Ом-см). При этом другие физико-механические свойства остаютс без изменени . Аналогичный эффект наблюдаетс и на других типах волокон. Применение в щетке углеродистых волокон материалов с внедренными между углеродными сло ми углеродных волокон переходными металлами или их сол ми позвол ет улучшить фрикционные характеристики, коммутирующие свойства и снизить электрические потери в -контакте за счет того, что в процессе работы предложенной щетки контактирование и процесс коммутации осуществл ютс отдельными волокнами, расположенными по всей контактной поверхности фактически без контакта металла по металлу-. Получаемое при этом равномерное переходное сопротивление позвол ет обеспечить как равномерное токораспределение внутри одной щетки, так и между различными щетками одной пол рности . Равномерность контактного сопротивлени затрух н ет электрическую эрозию материалов контактной пары и при этом снижаютс суммарные электрические потери в контакте за счет повышенных электропровод щих свойств самого волокнистого материала. Отсутствие фактического контакта металла по металлу обуславливает повышение коммутирующих свойств щеток. Технологический процесс получени углеродных материалов (графит, углеродные волокна и др.), модифициро .ванных сол ми переходных металлов, не представл ет больших трудностей. Например, слоистые соединени углеродного волокна с сол ми переходных металлов могут быть получены путем нагрева порошка или соли и углеродного волокна в токе хлора при нормальном давлении до температуры, необходимой дл получени соединени определенной концентрации (слоистые соединени с 25-35 вес. % волок5 is significantly lower than p fiber. At the same time, the switching properties of the electrobrushes and their wear resistance are deteriorated, although the electric and meukdu brushes are reduced more evenly; the presence of a metal film is not on each fiber separately, but only on not; which (in the range of 10 to 50%) leads to the fact that most of the current passes through the coating of the metal film of the fiber, thus increasing the electrical losses, deteriorating the current -. Distribution both within the brush itself and between the brushes, although the switching capacity and wear resistance somewhat increase; the complete absence of a metal film (metallic coating) on individual fibers provides the brush with a high switching capacity and wear resistance / however, this dramatically increases the electrical losses of the contact and deteriorates the current distribution both inside the brush and between the brushes. Electric grids based on carbon filaments with antifriction and conductive additives, also made in the form of filaments, are known. 5. Brushes made of the above material have the same disadvantages as the ones listed above, but to a somewhat lesser extent. Electrical brushes are also known, consisting of layers of carbon or graphite cloth connected between themselves with phenolic, furanovol or epoxy resins, polymeric material forming as a result of polymerization, and, if necessary, such brushes impregnate with molten metal or metal alloy. by immersing graphite products in a molten alloy bath (the amount of impregnation by weight can reach 60%) b. However, the presence of a significant amount of binder, which has some pronounced electrical properties, in an electrobrush based on carbon or graphite fabric, necessary for forming a coherent electro brush material, significantly increases the electrical resistance and leads to an increase in electrical losses in contact, deterioration of friction characteristics, as well as reduced switching capacity. The introduction of metals or their flanges, although it leads to a decrease in the transient resistance in the contact, but in this case the switching properties are sharply deteriorated due to the contact through the metal component, the uneven distribution of the piercing over the brush volume, and the wear of the brushes increases. The aim of the invention is to improve the contact properties of the brushes, and the nanoin / nvuitlPHWP (TUKPYONNYH HAOVKY) properties while ensuring minimal possible electrical losses. For this, in the well-known jueTKS, containing carbon fiber, the binder and the metal component, the metallic component is located interconnected. - aryl fibers, with transition metals or their salts being used as the metallic component. The arrangement of the metal component between the carbon layers of the elementary fibers makes it possible to reduce the material resistivity factor is 5-6 times (for example, polyacrylonitrile fiber has a resistivity of 5-10 OM-CM, and the same fiber after insertion between carbon layers of copper salts of 10 ohm-cm). At the same time, other physicomechanical properties remain unchanged. A similar effect is observed on other types of fibers. The use of carbon fibers in a brush with materials with transition metals or their salts embedded between carbon layers of carbon fibers improves friction characteristics, mutating properties and reduce electrical losses in -contact due to the fact that during the operation of the proposed brush, the contacting and switching process are carried out by separate fibers located along the entire contact surface with virtually no metal-to-metal contact. The uniform transition resistance obtained in this case allows both a uniform current distribution within one brush and between different brushes of the same polarity. The evenness of the contact resistance will impair the electrical erosion of the materials of the contact pair, and the total electrical losses in the contact will be reduced due to the increased electrically conductive properties of the fibrous material itself. The absence of actual metal-to-metal contact causes an increase in the switching properties of brushes. The technological process of obtaining carbon materials (graphite, carbon fibers, etc.) modified with salts of transition metals does not pose great difficulties. For example, layered carbon fiber compounds with transition metal salts can be obtained by heating a powder or salt and carbon fiber in a stream of chlorine at normal pressure to the temperature required to obtain a compound of a certain concentration (layered compounds with 25-35 wt.%