延长电刷寿命的“刷宝”.doc

长期以来，直流电机、单相串激电机和小型三相交流发电机的国产电刷工作寿命较短，一直是困扰产品整体质量的老问题。以电动工具为例，常常用不了几十小时，电刷已经磨穿了。电刷寿命短，还会造成一些严重的后果。比如，磨损下来的碳粉大量堆积在电机内部，导致绝缘击穿而烧毁电机。. Y7 e6 l/ P# h5 ; J+ L9 e7 为此，国内外的电机生产厂商在保证零部件制造与装配质量的同时，越来越注重选购优质电刷与之配套。3 , E4 Z9 c8 + V2 x) q: 一般认为，要想延长电刷寿命，就应当提高其耐磨性。而电刷以石墨为主要成份，质地十分松软，极易磨损。常规的做法是，用导电性能良好的金属粉末作为充填物，掺入电刷中，以增加电刷的硬度并相应提高其耐磨性。( b4 Z8 z# k5 c我们知道，无论是直流电机、单相串激电机，还是小型三相交流发电机，为了降低功耗，它们的换向器(滑环)几乎都是由纯铜或铜银合金制作。铜与铜银合金的材质较软，如果配置掺入大量金属颗粒的电刷，那么，电刷就会起到一种细粒砂轮的作用，在电机旋转过程中不停地对换向器(滑环)进行磨削。电刷内的金属颗粒含量越高，电刷的质地就越硬，当然耐磨性也越好，同时，对换向器(滑环)的磨削作用也就越显著。在这种情况下，电刷尚未消耗完，换向器(滑环)已被磨穿了，整台电机也就随之报废。- c4 N* b, 2 i3 : k5 t还有人在提高换向器(滑环)表面硬度和耐磨性方面做了不少工作。比如，采用高硬度合金材料替代纯铜或银铜合金。然而在常温下没有一种合金材料的电导率能与纯铜相比，包括银铜合金也是如此。几乎所有的金属，随着其合金元素含量的增加，导电性能将会急剧变坏。换向器(滑环)无疑成了一个电热器，这对整机是极其有害的。; g1 V# A4 u) : : L另一种方法，对换向器(滑环)进行表面硬化处理，如冷作硬化或在换向器(滑环)表面电镀一层高硬度薄膜，但效果也不理想。首先，冷作硬化的作用十分有限。在高速运转摩擦条件下，换向器(滑环)表面的温度会迅速上升并稳定在较高的水平上，这就使得冷作硬化所产生的晶粒畸变与晶格歪扭现象，很快会由于再结晶而受到消除，从而导致表面硬度回复到原始状态。表面电镀的镀层必然是导体。如前所述，正因为该镀层坚硬，它的电导率肯定远逊于换向器(滑环)本体金属。由于存在着显著的电位差异，本体金属与这层镀膜形成了一个原电池组。在较高的界面温度下，电刷内的碳元素与大气中的微量水分生成碳酸气，加上悬浮在大气中的硫、磷等化合物，就成为极佳的电解质，在短时间内可使这层硬膜失效并且剥落。: fX* g 6 $ |1 在长期的研究与实践中，我们认识到，要想有效地延长电刷寿命，必须抛弃常规做法，创出一条新的路子。% w3 X+ X7 b0 C% ?在一般情况下，材料的耐磨性确实与其表面硬度有关，然而也取决于材料本身的摩擦系数。不同的材料，它们的摩擦系数也不同。如果这些材料的形状、表面粗糙度、摩擦速度及正压力全都一样，由于摩擦系数的差异，它们的摩擦力及材料磨损情况也会表现出明显的不同。毫无疑问，摩擦系数越小，摩擦力及材料磨损也越小。 ; F+ I8 M! T2 B我们把换向器(滑环)与电刷看成是一对摩擦副，首先应该确保换向器(滑环)不受或少受磨损。在此前题下，要求电刷有较高的电导率。从现有技术与经济水平看，能做到这点，非石墨型电刷莫属。但石墨电刷的最大缺点是，材质过于松软，摩擦系数也嫌大。无论是烧结型电刷还是压铸型电刷，都存在这类问题。d. N, O; 2 1 P国产电刷的主要原料石墨的纯度普遍不高，含有多种杂质，成品的密度也很不均匀，即使是同一批电刷，其密度也存在着明显的差异，总体质量与国外先进水平差距颇大。经过多年的努力，我们立足于国产电刷现有水平，开发成功了用于提高电刷综合性能的新型材料及其工艺“刷宝”。多种试验证明，它能大大延长电刷寿命，保护换向器(滑环)不被磨损，还能明显改善直流电机与单相串激电机的无线电干扰特性。0 a! ; c% U* 2 b6 e9 n由于“刷宝”可使电刷寿命延长近10倍，所以，若用于吸尘器或新型全自动滚筒式洗衣机等产品，可做到终身不需更换电刷。价格还不到普通进口货的一半。6 g r : % j) X, I( x* h“刷宝”究竟是如何延长电刷寿命的呢?我们知道，摩擦可分为干摩擦和润滑摩擦等几种情况。大家都有这样的经验，一辆从来没有加过油的自行车，骑起来必定十分费力。但是，如果你加上一点润滑油，这辆车立刻就会变得轻快了。能否在换向器(滑环)与电刷之间也加上一点润滑剂?不少人做过各种尝试。比如，在换向器与电刷的摩擦面上涂一层润滑脂，可是一通电，立即就会窜出火光和浓烟。换上二硫化钼或其它自润滑材料，效果也很糟，不是造成传导不良，就是产生机械故障。还有人使用磷酸溶液浸渍电刷。但是一受潮，电机就出现粘滞现象，轻者停止运转，重者机器烧毁。. 因此，人们所熟悉的常规材料与常规工艺根本无法满足要求。必须设计一种导电性能良好、强度较高，能够与石墨有效结合、并具备极高化学稳定性和极低摩擦系数的新型分子材料及配套工艺，将它与石墨形成一个有机的整体。1 n, F$ S V& w) y P“刷宝”就是这样一种具有高科技含量的新材料新工艺。它是一种导电性和化学稳定性俱佳的合成材料，具有很高的自润滑性能。其突出优点是，能与碳元素形成非常强劲的分子引力，而这种分子引力足以抵抗常规的外部机械作用力(例如摩擦力)的破坏。因此它能有效地提高电刷的强度，又不改变电刷的表面硬度，同时还在电刷与换向器(滑环)之间形成一层非常致密的薄膜。这层薄膜既能将电刷的磨损量降低到最小限度，又能使换向器(滑环)始终保持光滑鉴人。它的另一优点是，在电机正常运转所允许的任何条件下，即无论温度、湿度及电流如何变化，上述特性都不会有明显改变。此外，对直流电机与单相串激电机而言，在运转状态时，可使其换向器上的电火花变得非常细小而稀疏。至于电刷，即使经长期使用，其摩擦面仍光亮如镜，肉眼看不出电火花烧蚀的痕迹，而且磨损极小。“刷宝”使换向器电火花变细变少的直接功效是，电机对环境的电磁污染受到明显遏制。经中国电动工具检测中心EMC测试表明，“刷宝”可使单相串激电机的电磁噪声在低频段下降近5dB。. 试验实例如下：(1) 某电动工具公司生产的6手电钻H7 i5 |! ?- n(a) 使用未经“刷宝”处理的电刷( b试验前测量电刷长度为10.5mm。经48小时耐久性试验后，测量电刷长度为7.2mm。电刷磨损量为3.3mm。7 H% o( I U! B; K, _3 V电火花等级：1级。(b) 使用经“刷宝”处理过的同一批电刷试验前测量电刷长度为10.5mm。48小时耐久性试验后，测量电刷长度为10.1mm。电刷磨损量为0.4mm。0 z7 K P# o+ b电火花等级：0.5级。. r7 n3 z0 q# j5 J“刷宝”延长电刷的使用寿命：3.3/0.4 8.2(倍)- (2) 某电动工具厂生产的100角向磨光机% c. w8 |X9 c, U6 V(a) 使用未经“刷宝”处理的电刷试验前测量电刷长度11.2mm。经48小时耐久性试验后，测量电刷长度6.1mm。电刷磨损量为5.1mm。电火花等级：1.5级。 P8 W2 r$ h Y# U( o D0 v5 y (b) 使用经“刷宝”处理过的同一批电刷9 M0 P) a& B: S0 M试验前测量电刷长度11.2mm。48小时耐久性试验后，测量电刷长度10.7mm。电刷磨损量为0.5mm电火花等级：0.5级。1 U& Z g* ?- F7 u( b“刷宝”延长电刷的寿命：5.1/0.510.2(倍)8 . d& q v- F& C9 U: p- Q3) 某外资企业生产的13冲击电钻(a) 使用未经处理的电刷试验前测量电刷长度为11.5mm。48小时耐久性试验后，测量电刷长度为7.3mm。电刷磨损量为4.2mm。 k. n! F4 B2 X2 X: v电火花等级：11.5级。% P: o6 i8 t S. G* N# W(b) 使用经过“刷宝”处理的同一批电刷/ v- M- c7 w# x4 % K试验前测得电刷长度为11.5mm。48小时耐久性试验后，电刷长度为11mm。电刷磨损量为0.5mm。- g2 A4 x2 V! f 2 ; Q电火花等级：0.5级。: w- q9 U2 c0 D) h“刷宝”延长电刷的使用寿命：4.2/0.58.4(倍) Q& u8 k: n. O$ 5 4 - A“刷宝”的操作十分简便，通常可采用以下几种方式：3 r0 x P9 / v1 _ 表面喷涂法将“刷宝”颗粒进一步研细，使其能通过300目筛网。然后把它放入二甲苯或丙酮等易挥发的溶剂中，制成乳化液。其成分比例可根据需要进行调配，一般控制在11000左右。然后用70#汽油将电刷表面清洗干净，待汽油风干后，再用电吹风均匀地对电刷表面吹拂10分钟(使用热风)。冷却后，用喷枪将乳化液喷在电刷表面，或用毛刷将乳化液均匀涂敷在电刷表面，待自然风干后，再用电吹风吹10分钟即可。此方法适用于安装在大型设备上不可拆卸的电刷。$ o3 6 S3 E6 N1 W 浸渍法将电刷放入洁净的70#汽油中浸泡半小时，轻轻漂洗。取出后自然风干，然后将电刷放入保温8085的烘箱内烘烤1小时，取出后自然冷却至室温，再放入上述的“刷宝”乳化液中，浸渍10分钟后取出，自然风干，再放入90烘箱内保温10分钟，取出后即可使用。此方法适用于大批量的小型电刷。8 l5 V1 ; J3 b 掺入法将“刷宝”细化后，按确定的比例均匀地掺入到电刷原料中去，该比例一般控制在11000左右。然后按照电刷的常规生产工艺进行压制和烧结。此方法适用于各种电刷。: D: t3 T# o& U U# 3 W注意：在进行表面喷涂及浸渍法操作时，务必要不停地搅拌乳化液，以保证乳化液成分均匀，防止处于悬