[發(fā)明專利]一種柔性導電材料的電刷

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510905058.5
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105390898A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 李春洲;李珂
• 申請（專利權）人: 上海洲躍生物科技有限公司
• 主分類號: H01R39/20
• 分類號: H01R39/20;H01R39/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬電機碳刷技術領域，具體涉及一種柔性導電材料的電刷。

背景技術

電刷是一種與運動件滑動接觸而形成電連接的導電部件,幾乎所有的直流電機以及換向式電機都使用電刷，如汽輪發(fā)電機，軋鋼電機，牽引電機，汽車、起重機電機、飛機電機、電動工具電機等,電刷是電機的重要組成部件.按電刷材料的不同，可分為：石墨電刷、電化石墨電刷、金屬石墨電刷及純金屬電刷。（1）石墨電刷是在天然石墨中加入瀝青、煤焦油等粘合劑混合壓制而成。它質地軟，潤滑性能較好，摩擦系數(shù)低，一般適用于整流條件正常、負載均勻的電機。（2）電化石墨電刷是由石墨、焦炭等作原料，近2500℃以上高溫處理而制成。其性能優(yōu)良，故使用范圍廣，可用于各類型的電機及整流條件較困難的電機上。（3）金屬石墨電刷是在石墨中滲入銅及少量錫、鉛等金屬粉末混合而制成，具有優(yōu)良的導電性，載流量大，特別適合交流繞線型異步電動機和大電流直流電機。(4)純金屬電刷是用薄的金屬片制成。有時為了改善性能，在金屬片表面鍍一層其它貴金屬如銀鈀合金。這種電刷的導電性極好，電刷上損耗不大，但耐磨性差，導致電機壽命低。由于刷片薄，也不能承受大電流，常用于微型小電機。

電刷的成本在整個用電設備上不是很大，但其作用卻不容忽視，如果使用維護不當，會造成嚴重的后果，如國內發(fā)電廠在運行中，曾發(fā)生過多起因電刷導致的停車事故，造成了很大的經(jīng)濟損失。

電刷運行中存在的異常現(xiàn)象主要有：一，滑環(huán)及電刷磨損嚴重。其中的原因很多，如電刷材質選擇不當、電刷在刷握中安裝不到位、刷架位置不對、滑環(huán)表面不光滑、發(fā)電機振動較大、轉子軸向竄動大、偏心大等；磨損有兩種：一種是機械磨損，是由于電刷和滑環(huán)表面相接觸，電刷在彈簧壓力作用和材料彈性變形下，使直接接觸部分互相嵌入，發(fā)生相對滑動時，會因摩擦作用形成磨損，如果電刷顆粒細軟，碳粉易被粘在滑環(huán)表面，使后者成為具有亮滑的石墨鏡面，電刷的磨面也很光滑，兩者的機械磨損都較小；但如果電刷質量不好，顆粒粗硬，甚至含有少數(shù)如金剛砂之類的硬質顆粒，則會對滑環(huán)表面進行刮割，使后者出現(xiàn)金屬光澤或紋路，電刷本身磨面也會出現(xiàn)硬粒脫落后而劃出的紋道，就會使機械磨損大大增加。另一種磨損是電氣磨損，是因電刷與滑環(huán)之間產(chǎn)生的電弧高溫和放電等因素的作用，使極面材料受到氧化、燒蝕而損壞的現(xiàn)象，電氣磨損導致的接觸面惡化會進一步加劇機械磨損，形成惡性循環(huán)。二，電刷間電流分配不均，電流偏差大。電刷在高轉速、大電流的環(huán)境下長時間運行，由于電刷與滑環(huán)接觸的不穩(wěn)定，必然導致電刷電流分布的不平衡，常常發(fā)生勵磁電流幾乎全部集中在幾個有限的電刷上，致使電刷溫度高而引起滑環(huán)溫度高并相互作用形成惡性循環(huán)，結果是過高的溫度使滑環(huán)工作表面無光澤，電刷過熱、跳動、碎裂，有的甚至使刷辨和刷握發(fā)熱變形、刷辨熔斷、彈簧失去彈性。引起電刷電流偏差大的主要原因有：一是因滑環(huán)不圓、偏心、竄軸、刷架松動振動，電刷在刷握中間隙不合適引起晃動、卡澀、碳刷磨損情況不一致、彈簧壓力不一樣，造成電刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定，使并聯(lián)的碳刷接觸狀況不一致而引起電流分配不均；二是電刷磨面上導電硬粒的數(shù)量、大小、分布不一樣，使滑環(huán)表面的氧化膜導電性不均出現(xiàn)電流偏差大。

可見，電刷及滑環(huán)的不斷磨損，導致接觸面不斷惡化，產(chǎn)生越來越明顯的應力集中及越來越大的接觸電阻，最終導致電流嚴重分配不均等惡果，進而使電刷發(fā)熱、冒火花，甚至使電刷與滑環(huán)間放弧，長此下去會嚴重地燒灼滑環(huán)表面，進而損壞滑環(huán)，又因滑環(huán)與電刷接觸電阻大會引起過熱，當積累到一定程度后就會著火、停機，嚴重威脅機組的安全運行。

由于目前的電刷無論哪種材質均是剛性的，與滑環(huán)的滑動接觸是剛性接觸，電刷與滑環(huán)之間的接觸不充分，兩者之間的實際接觸面積僅為電刷表面的很小一部分，由于滑環(huán)的偏心、熱膨脹、振動等原因以及電刷磨面受到電流的破壞作用和機械磨損等原因，不能達到電刷和滑環(huán)表面的完全吻合。因此，電刷和滑環(huán)表面很小的實際接觸面，承受了彈簧的全部壓力，電刷存在很大的應力集中，容易產(chǎn)生掉塊甚至碎裂；另外，由于接觸面小，接觸電阻大，很高的電流密度通過接觸面時會產(chǎn)生大量的熱量，使電刷一直在較高的溫度下運行，尤其在電刷因晃動、卡澀等不正常接觸時，這種發(fā)熱效應更加明顯，導致電刷升溫太高甚至失控；更嚴重的是由于電刷在長期的高溫下運行導致恒壓彈簧彈性變差，電刷與滑環(huán)之間的接觸壓力過低，再加上電機的振動，引起電刷和滑環(huán)表面短暫的分離，則產(chǎn)生電弧，導致地環(huán)火乃至短路，從而給電機運行帶來災難性的后果。