Введение
Электрический контакт, который проводит ток Щетка или карбоновая щетка - это электрический контакт, часто изготовленный из специально подготовленного углерода, который проводит ток между неподвижными и вращающимися частями (последнее чаще всего является вращающимся валом) электрической машины. Типичные применения включают электродвигатели, генераторы и генераторы. Продолжительность жизни карбоновой щетки зависит от того, сколько двигателя используется, и сколько энергии подается через двигатель.
A brush or carbon brush is an electrical contact, often made from specially prepared carbon, which conducts current between stationary and rotating parts (the latter most commonly being a rotating shaft) of an electrical machine. Typical applications include electric motors, alternators and electric generators. The lifespan of a carbon brush depends on how much the motor is used, and how much power is put through the motor.
Этимология
Для работы некоторых типов электродвигателей или генераторов катушки ротора должны быть соединены, чтобы завершить электрическую цепь. Первоначально это достигалось путем прикрепления медного или латунного коммутатора или "слипового кольца" к валу, при этом пружины нажимали плетеные медные проволочные "шчотки" на скользящие кольца или коммутатор, которые проводят ток. Такие кисти появлялись в виде дуги и даже сварятся при вращении коммутатора, поскольку кисть коротко замыкает смежные сегменты. Лекарством стало внедрение "высокопрочных кистей", изготовленных из графита (иногда с добавлением меди). Хотя сопротивление было порядка десятков миллиоммов, они были достаточно высоким сопротивлением, чтобы обеспечить постепенное смещение тока от одного сегмента коммутатора к следующему. Углеродные кисти доступны в четырех основных категориях: углеродный графит, электрографитный, графитный и металлический графит. Термин "скутка" остается в употреблении. Поскольку щетки изнашиваются, их можно заменить в продуктах, предназначенных для технического обслуживания. Во время Второй мировой войны генераторы самолетов на большой высоте очень быстро изнашивались, требуя переформулированных соединений для приемлемого срока службы. В настоящее время разрабатываются кисти из металлических волокон. Они могут иметь преимущества перед современной технологией кисти, но еще не получили широкого применения.
Компоненты смешивания
Точный состав кисти зависит от применения. Обычно используется графит/углеродный порошок. Медь используется для лучшей проводимости (редко для применения переменного тока). Для максимальной электропроводности и зеленой прочности используется высокодендритный (электролитический) медной порошок. Смешивают связующие вещества, в основном фенол или другие смолы или смолу, чтобы порошок при уплотнении удерживал свою форму. Другие добавки включают металлические порошки и твердые смазочные материалы, такие как MoS2, WS2. Для определения смеси для каждого применения или двигателя требуется много знаний и исследований.
Сжатие смеси
Соединение щетки уплотняется в инструменте, состоящем из верхнего и нижнего пробива и штампа, на механических или гидравлических прессах. На этом этапе, в зависимости от последующей обработки, медный провод (называемый шунтовым проводом) может быть автоматически вставлен через отверстие в верхнем пробивателе и закреплен в прессованный кисточный блок порошком, прессованным вокруг. Эта операция, называемая "темпированием", обычно выполняется с использованием электролитического меди в порошке, возможно, с серебряным покрытием для некоторых высокопроизводительных приложений. После этого процесса щетка остается очень хрупкой и в профессиональном жаргоне называется "зеленой щеткой".
Стрельба зелеными кистями
Далее следует термическая обработка "зеленых кистей" в искусственной атмосфере (обычно водород и азот). Температура колеблется до 1200 °C. Этот процесс называется спеканием или выпеканием. При спекании связующие вещества либо сгорают, либо карбонизируются и образуют кристаллическую структуру между углеродом, медью и другими добавками. После выпечки происходит графитизация (термообработка). Тепловая обработка преобразуется по точно определенной для каждой смеси материалов кривой температуры. Помимо состава смеси, используемая кривая температуры является вторым большим "секретом" каждого производителя кисти. После термической обработки структура кисти изменяется таким образом, что копирование кисти практически невозможно для конкурирующих компаний.
Вторичные операции
Пеленка приводит к усадке и изгибу кистей. Они должны быть измельчены до сетчатой формы. Некоторые компании используют дополнительные методы обработки, чтобы сделать щетку более прочной, например, импрегнированием беговой поверхности специальными маслами, смолами и жирами. Производство карбоновых кистей требует глубоких знаний материалов и опыта в смеси композиций. Очень небольшие изменения в содержании кисти всего на несколько процентов компонентов по весу могут значительно изменить свойства кистей при их применении. В мире существует лишь несколько компаний, занимающихся разработкой кистей, которые в основном специализируются на определенных типах кистей. Углеродные щетки - одна из самых дешевых частей в электродвигателе. С другой стороны, они обычно являются ключевой частью, которая обеспечивает долговечность ( срок службы) и производительность двигателя, в котором они используются. Их производство требует очень высокого внимания к контролю качества и контролю производственного процесса на всех этапах производственного процесса.
Кисти из жидкого металла
Время от времени исследования проводились в области использования жидких металлов для установки контактов. Недостатки этого подхода включают необходимость сдерживания жидкого металла (поскольку он обычно токсичен или коррозионен) и потери мощности от индукции и турбулентности.