多孔電刷的製作方法

2023-05-21 18:48:31 1

專利名稱：多孔電刷的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電刷體上設有貫穿孔的金屬石墨電刷或碳石墨電刷。
背景技術：
目前電刷在使用過程中，噪聲、溫升、使用壽命與電性能的技術指標之間有著相互 制約和矛盾的關係，保證好的電性能，就要犧牲其它的技術指標。電刷與換向器、滑環之間的高速相對旋轉運動，產生摩擦噪聲和摩擦熱，另外大電 流的換向火花加速電刷和換向器、滑環的電蝕磨耗，降低使用壽命。為了提高使用壽命，需 要適當增加電刷的電阻，降低電刷摩擦係數，而電阻的增加，又導致電刷發熱量的增加，這 樣溫升指標將得不到保證，溫度升高後反過來又導致電刷、換向器、滑環發熱，超過允許溫 度後的結果是降低整機的使用壽命，同時要犧牲部分電刷的電性能。要保證電刷的電性能， 就要增加電刷的導電性，這將導致摩擦係數的提高，降低了換向器、滑環的使用壽命。高速相對旋轉運動，產生摩擦噪聲也是高端電刷產品所不允許的，要想通過浸漬 潤滑劑和提高材料的氣孔率達到降噪，效果也是有限的。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種在保證電性能綜合技術指標前提下， 具有降噪、降低溫升功能且耐磨性能好的多孔電刷。本實用新型採用如下技術方案本實用新型包括電刷體以及和電刷體固定連接的導線，其特徵在於在電刷體上設 置有貫穿孔，所述的貫穿孔為貫通電刷體的弧底面及其對立面的連通孔。本實用新型在電刷體上設置有1-20個貫穿孔。本實用新型所述的貫穿孔的橫截面形狀為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、五邊形、 六邊形。本實用新型所述的貫穿孔的橫截面面積為0. 5-1. 5mm2。本實用新型的積極效果如下本實用新型通過在電刷體內設有多個截面形狀各異貫穿孔，這些連通電刷使用面 (即弧底面)和其對立面的貫穿孔，達到分散噪聲傳播方向，增加噪聲傳播方向通道(有如 槍械消聲器的原理)，從而達到降低噪聲的目的。由於電刷與換向器、滑環相對高速旋轉運動產生的摩擦熱和電刷電阻產生的熱量 通過其表面輻射、傳導散熱外，這些設置的貫穿孔等於在電刷內部增加氣流散熱通道，電刷 內部的熱量通過氣流運動帶走內部熱量，從而達到額外散熱的目的。本實用新型貫穿孔的設置，相對的提高電刷的氣孔率，而氣孔率的提高是抑制放 電火花增大、減少燒蝕的有效方法，從而提高電刷的使用壽命。通常電機電刷在使用中都會遇到諸如壽命、溫升、噪音、汙染等諸多方面的問題。 有些電機綜合要求較高，但是，在實際應用中，若要對電刷的壽命、噪音、溫升等性能要做到全面兼顧和保障，難度非常高。因為電刷材料必須具有一定的強度，方能保證產品的可加工 性和耐機械磨損性能，同時電刷材料必須有適當的阻抗，能夠有效地抑制電刷使用中的放 電火花，以減少材料的電蝕磨損。然而，相應產生的矛盾是由於電刷材質強度的提高，同時 也使得電刷在工作過程中因摩擦和振動產生噪音汙染；又因電刷自身電阻引起使用溫度的 升高(嚴重的甚至損毀電機)。在實踐中，人們採用各種方法來改進電刷的性能。如採用新材料或通過浸漬潤滑 劑來降低摩擦係數，以及通過提高材料的氣孔率等方法來達到減磨、降噪的目的，但是效果 有限。例如，採用高純度石墨原料，在降低電刷摩擦係數的同時，由於石墨特有的層狀晶 格結構，必然導致電刷的整體強度降低，使得電刷抗磨性能降低；添加各種潤滑劑又會增大 電刷與電機換向器之間的接觸電阻，影響電機整體性能；而通過提高電刷材料自身的開口 氣孔率，能夠在一定程度上可以提升電刷的降噪、降溫性能，但也有很大的局限性，因為過 度的氣孔率必然會導致材料強度降低，影響電刷的使用壽命。針對上述問題，本實用新型在 碳刷的使用面(即弧底面)上添加貫穿性的細孔即貫穿孔，以達到分散噪音傳播方向從而 降低噪音的目的，並取得較好的效果。在試驗中，相同材質的電刷，本實用新型在添加了縱向貫穿通孔後，相比於未添加 貫穿通孔的電刷，在運行中不僅噪音情況有明顯改善，同時電刷在使用中產生的溫升也有 明顯的降低，而且電刷的磨損量也相應地減少了。採用本實用新型噪音改善的機理我們知道槍彈射出槍口時，因燃爆的空氣劇烈膨脹，對槍口的空氣產生巨大的衝 擊而形成噪音，如附圖7、8所示，如果在槍口前端附加上一個消音裝置(即側壁帶有若干貫 穿性小孔的筒狀物體)，那麼由於火藥爆炸產生的衝擊能量在槍彈衝出槍口過程當中由消 音器上的若干小孔被提前釋放掉一部分，因此在槍口所形成的能量釋放被大幅減少，所形 成的噪音也相應地降低了。通常，電刷的噪音產生於刷體與電機換向器的接觸面的摩擦，尤其接觸面向其周 邊釋放聲波能量而引起空氣振動，向外傳遞的。本實用新型在此接觸面上增加若干個分散 噪音傳播方向的通道即貫穿孔，如附圖5、6所示，那麼由電刷與電機換向器接觸面所導出 的聲波能量自然也會相應的降低，從而達到了降低噪音的目的。根據電刷體結構及使用要求，恰當地設置貫通孔的數量最好為2個或2個以上。本實用新型根據電刷體結構及使用要求，恰當地設置貫通孔的數量、孔徑(截面 積)和分布位置、截面形狀，則可以實現不同的降噪效果，而目前一些高檔電機用電刷，往 往1-2個分貝數的噪音改善就意味著產品性能檔次的大幅提升。採用本實用新型溫升改善的機理電刷在使用過程中，需要通過一定的電流。由於電刷自身具有一定的電阻值(電 阻率從0.01 上千Ω ·πι不等)，必然會產生不同程度的發熱(即溫升)現象。一般材料的熱量傳遞分為輻射、傳導和對流三種形式，而電刷在工作狀態下所產 生的熱量主要以傳導的形式向外擴散，同時由於及高速旋轉帶動的氣流在一定程度上以對 流的形式分散掉部分熱量。但是對於體積較大以及電阻率較高的電刷來說，以這兩種方式 分散掉的熱量往往小於刷體內部產生的熱量，何況電刷與換向器因電流交換和機械摩擦也要產生很高的熱量。如果這些熱量得不到有效的擴散和消除，過高的溫度必定會對電刷以 及電機造成傷害，甚至損毀電機。本實用新型設置有貫通孔，如附圖5、6所示，等於在電刷內部增加了一個空氣對 流的通道，使電刷體內部及與換向器接觸面產生的一部分熱量，隨著因電機旋轉而產生的 氣流，根據高速氣流壓力降低的原理，電機旋轉而產生的氣流沿著這個通道被導出，從而實 現了降低溫升的效果。採用本實用新型壽命延長的機理一般來說電刷在使用中影響壽命的主要因素，一個是刷體和換向器之間「放電」所 產生的燒蝕磨損，另一個是兩者之間因摩擦而產生的機械磨損。而其中因燒蝕而造成的磨 損通常佔全部磨損的70%以上。為了改善電刷壽命，一般採取的手段，一個是提高電刷體的電阻率，一個是增加產 品的氣孔率，通過以上手段達到抑制放電產生的火花，從而減少燒蝕磨損，延長電刷的使用 壽命。但是隨之而來的矛盾是過高的電阻率會相應的增大電機的功率損耗，同時電刷本身 又會產生過高的熱量，溫升加劇。而過度增加材質本身的氣孔率將導致電刷體強度的降低， 從而增大了材料的機械磨損，縮短電刷的使用壽命。根據電機電刷「氣穴換向，，的原理，在保證電刷材料具有一定強度的基礎上，本實 用新型設置貫通孔，如附圖5、6所示，可以有效的抑制電刷使用中產生的放電電弧(即通常 說的火花)，從而減少電刷的電蝕損耗，延長使用壽命。下面是不同種類電刷組在相同條件下實際測試結果第一組採用不加貫通孔電刷第二組採用本實用新型加一個貫通孔電刷第三組採用本實用新型加4個貫通孔電刷(一 )噪聲測試測試條件使用威靈電機公司HXG45B02型電機轉速15000RPM/MIN滿負荷。環境噪聲42dB
組別最大 dB2#最大dB3#最大dB4#最大dB平均值dB第一組83.582.581.983.582.92第二組(本實 用新型)82.382.182.082.582.22第三組(本實 用新型)80.881.280.580.880.82 第一組和第三組比較明顯降低噪聲2. 10dB，第一組和第二組比較明顯降低噪聲0. 70dB(二)溫升試驗測試條件使用威靈電機公司HXG45B02型電機滿負荷。環境溫度25 °C，運行時間2. 38H
組別1#最高溫度°02#最高溫度。C3#最高溫度。C平均值°C第一組110115112112.2第二組(本實 用新型)108104103105第三組(本實 用新型)102989999.7第一組和第三組比較降低溫度12. 5°C，第一組和第二組比較降低溫度7. 2V(三)磨耗測試測試條件使用威靈電機公司HXG45B02型電機滿負荷200個工作循環。組別最高磨2#最高磨3#最高磨耗4#最高磨耗平均值mm耗量mm耗量mm裡 mm裡 mm第 一左1.38/右左1.45 /右左1.35 /右左 1.40/右左1.395 /右組1.001.181.081211.118笛 一左1.22 /右左1.2 8/右左1.22 /右左 1.18/右左1.225 /右組(本1.001.000.991.021.002實用新型)笛 二左1.10 /右左1.12 /右左1.08 /右左 1.15/右左1.112 /右組(本0.920.980.950.980.957實用新型)第一組和第三組比較提高使用壽命左20%右14. 4%結論本實用新型的電刷通過實際測量，各項技術指標均有較大的提高。

附圖1為本實用新型導線為豎向出線方向電刷體設有4個截面形狀各異貫穿孔的 碳石墨電刷結構示意圖；附圖2為附圖1的A-A剖視圖；附圖3為本實用新型導線為橫向出線方向電刷體設有5個截面形狀各異貫穿孔的 金屬石墨電刷結構示意圖；附圖4為附圖3的B-B剖視圖；附圖5為現有電刷工作狀態圖；附圖6為本實用新型電刷工作狀態圖；附圖7為手槍槍彈射出槍口示意圖；附圖8為手槍加裝消聲器後槍彈射出槍口示意圖。在附圖中，1導線、2電刷體、3貫穿孔、4弧底面、5換向器。
具體實施方式
如附圖1、2、3、4所示，本實用新型包括電刷體2以及和電刷體2固定連接的導線 1，其特徵在於在電刷體2上設置有貫穿孔3，所述的貫穿孔3為貫通電刷體2的弧底面4及 其對立面的連通孔。在電刷體2上設置有1-20個貫穿孔3。所述的貫穿孔3的橫截面形狀 為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形。所述的貫穿孔3的橫截面面積為0. 5-1. 5 平方毫米。如附圖1、2所示為本實用新型的第一個實施例，本實用新型是導線1為豎向出線 方向電刷體2設有4個分別為圓形、長方形、三角形和橢圓形的截面形狀各異貫穿孔3的碳 石墨電刷，為方便加工，一個電刷可設置同一形狀貫穿孔3 ；貫穿孔3的橫截面面積為0. 5、 1. 0或1. 5平方毫米。如附圖3、4所示為本實用新型的第二個實施例，其為金屬石墨電刷， 本實用新型是導線1為橫向出線方向電刷體2設有5個形狀為長方形、三角形、圓形、橢圓 形和正方形的截面形狀各異貫穿孔3的金屬石墨電刷，為加工方便，本實用新型同一個電 刷體2上可設置截面形狀相同(例如圓形)、截面積相同(其截面積為0.5、1.0或1.5平方 毫米)的貫穿孔3。如附圖5、6所示，在電刷與換向器、滑環接觸的摩擦面切線方向相垂直 的電刷體2內，設置N個截面不同形狀的貫通孔3，貫通孔3的個數、截面形狀，平面尺寸布 置，依據電刷要求的技術條件不同。本實用新型通過在電刷體內設有1-20個截面形狀相同 或各異的貫穿孔3，這些連通電刷使用面(即弧底面4)和其對立面的貫穿孔3，達到分散噪 聲傳播方向，增加噪聲傳播方向通道，如附圖7、8所示，有如槍械消聲器的原理，從而達到 降低噪聲的目的，如附圖5、6所示。由於電刷與換向器5、滑環相對高速旋轉運動產生的摩 擦熱和電刷電阻產生的熱量通過其表面輻射、傳導散熱外，這些設置的貫穿孔3等於在電 刷內部增加氣流散熱通道，電刷內部的熱量通過氣流運動帶走內部熱量，從而達到額外散 熱的目的。本實用新型貫穿孔3得設置，相對地提高電刷的氣孔率，而氣孔率的提高是抑制 放電火花增大、減少燒蝕的有效方法，從而提高電刷的使用壽命。
權利要求1.一種多孔電刷，其包括電刷體⑵以及和電刷體⑵固定連接的導線(1)，其特徵在 於在電刷體⑵上設置有貫穿孔(3)，所述的貫穿孔(3)為貫通電刷體(2)的弧底面⑷及 其對立面的連通孔。
2.根據權利要求1所述的一種多孔電刷，其特徵在於在電刷體(2)上設置有1-20個貫 穿孔⑶。
3.根據權利要求1或2所述的一種多孔電刷，其特徵在於所述的貫穿孔(3)的橫截面 形狀為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形。
4.根據權利要求1或2所述的一種多孔電刷，其特徵在於所述的貫穿孔(3)的橫截面 面積為 0. 5-1. 5mm2。
專利摘要本實用新型涉及一種電刷體上設有貫穿孔的金屬石墨電刷或碳石墨電刷，其包括電刷體以及和電刷體固定連接的導線，其特徵在於在電刷體上設置有貫穿孔，所述的貫穿孔為貫通電刷體的弧底面及其對立面的連通孔。本實用新型的優點是在保證電性能綜合技術指標前提下，具有降噪、降低溫升功能且耐磨性能好。
文檔編號H01R39/18GK201877666SQ20102065983
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者張小文, 張慶華, 王可心 申請人:任丘市雙樓電碳製品有限公司