專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬石墨電刷以及包括該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子供電的金屬石墨電刷，以及包括該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)。更具體地講，本發(fā)明關(guān)于一種金屬石墨電刷，該電刷即使在等于或高于100攝氏度的高溫條件下工作也不會(huì)磨損，由此延長(zhǎng)了該電刷以及包括該電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命。
背景技術(shù)：
對(duì)于具有電刷的電動(dòng)機(jī)而言，供電是通過(guò)與換向器滑動(dòng)接觸的電刷進(jìn)行的。卷繞在轉(zhuǎn)子芯上的線(xiàn)圈與該換向器相連接。當(dāng)向線(xiàn)圈供電時(shí)，轉(zhuǎn)子由于受到設(shè)置在電機(jī)外殼內(nèi)且面對(duì)轉(zhuǎn)子的永磁鐵的吸引和排斥力而開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電刷相對(duì)于與之接觸的換向器滑動(dòng)。在此情況下，電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面趨于磨損，該現(xiàn)象易于導(dǎo)致故障。為了限制電刷磨損程度，通常改變用于制造電刷的材料，或者控制電刷的硬度以限制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或者在電磨損或機(jī)械磨損時(shí)滑動(dòng)接觸表面處發(fā)生的火花放電。
另一方面，在用于車(chē)輛并具有電刷的電動(dòng)機(jī)中，由燒結(jié)混合在粘結(jié)劑中的石墨顆粒和銅顆粒而制造金屬石墨電刷的工藝已經(jīng)公開(kāi)(JP2001-298913A)。
制造金屬石墨電刷的傳統(tǒng)方法如下首先，以天然石墨顆粒作為基本原料，以酚樹(shù)脂溶液作為粘結(jié)劑，將二者混合。然后，將潤(rùn)滑劑，例如二硫化鉬，加入到混合物中。隨后，將混合物在700-800℃的富氮?dú)夥罩袩Y(jié)。此時(shí)，溶解的酚樹(shù)脂在石墨顆粒表面上形成的薄膜經(jīng)燒結(jié)而炭化，進(jìn)而形成無(wú)定形石墨。該無(wú)定形石墨作為粘結(jié)劑將石墨顆粒相互粘結(jié)。此外，由于最初包含在酚樹(shù)脂溶液內(nèi)的部分有機(jī)物質(zhì)升華為二氧化碳或水蒸氣，因此在金屬石墨電刷的表面和內(nèi)部形成大量松孔。由于形成金屬石墨電刷的石墨顆粒具有吸濕性，因此所有根據(jù)上述方法制造的金屬石墨電刷只要放置在空氣中就可吸收空氣中的水分。
如果上文所述的金屬石墨電刷被用于電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)金屬石墨電刷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，金屬石墨電刷和換向器之間的滑動(dòng)接觸表面的溫度會(huì)升高。因此，最初包含在接近金屬石墨電刷的滑動(dòng)接觸表面的內(nèi)部松孔中的水分開(kāi)始蒸發(fā)。隨后，蒸發(fā)的水分供應(yīng)到金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間。因此，由于金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低，或者說(shuō)由于氣體潤(rùn)滑劑的影響，而使得金屬石墨電刷的磨損程度降低。
如果包括上述金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)被用于車(chē)輛，則由于安裝在車(chē)輛引擎室內(nèi)的引擎發(fā)熱的影響，金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面的溫度在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有時(shí)可能升至100℃或更高。在這種條件下，最初被吸收在金屬石墨電刷松孔內(nèi)的水分易于以比室溫下的蒸發(fā)速度高的速度而被蒸發(fā)。因此，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間缺少蒸汽的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)增大，這種現(xiàn)象使金屬石墨電刷容易被磨損。
因此，當(dāng)上述的傳統(tǒng)的金屬石墨電刷被用于高溫條件下，與用于室溫環(huán)境的情況相反，單位操作時(shí)間內(nèi)的磨損增加。結(jié)果，具有上述金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命受到不利的影響。
因此需要一種金屬石墨電刷，其難于被磨損，并且具有長(zhǎng)的使用壽命，以及一種包括這種金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)。鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明正是提供這樣的金屬石墨電刷和電動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于向卷繞在設(shè)置于電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子(2)處的芯(9)上的線(xiàn)圈(17)供電的金屬石墨電刷(1)的特點(diǎn)是，該金屬石墨電刷是由在其表面或內(nèi)部具有松孔(19)的燒結(jié)材料(22)所制造的。含有多種乙二醇醚的液體(21)滲入該金屬石墨電刷，上述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)(1)包括外殼(7，13)、設(shè)置在外殼內(nèi)的磁鐵(11)、可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在殼體內(nèi)并朝向磁鐵的轉(zhuǎn)子(2)、以及纏繞在轉(zhuǎn)子芯(9)上的線(xiàn)圈(17)、用于將轉(zhuǎn)子支承到殼體上的軸(4)、設(shè)置在轉(zhuǎn)子上用于向線(xiàn)圈供電的換向器(8)、以及與換向器相接觸的金屬石墨電刷(1)。該電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)在于，金屬石墨電刷由其表面和內(nèi)部具有松孔(19)的燒結(jié)材料(22)制造。含有多種乙二醇醚的液體(21)滲入該金屬石墨電刷，上述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，即使電動(dòng)機(jī)使用時(shí)的溫度(或者說(shuō)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)升高到高于100℃，滲入到金屬石墨電刷松孔中的液體也不會(huì)完全汽化，并且在金屬石墨電刷和換向器的接觸表面之間的由上述液體產(chǎn)生的蒸汽也不會(huì)消失。其結(jié)果是，金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)被降低，金屬石墨電刷的磨損程度也被降低。
此外，乙二醇醚的分子量隨著烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量而相匹配地變化。結(jié)果，上述液體的蒸汽包含多種具有不同蒸汽壓特性的乙二醇醚。因此，在該金屬石墨電刷所運(yùn)行的寬的溫度范圍內(nèi)，該液體的蒸汽可以供給到金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間。從而，根據(jù)本發(fā)明該方面的金屬石墨電刷，在其應(yīng)用的寬溫度范圍內(nèi)其磨損程度可被降低。


通過(guò)參照下列附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的上述的以及其他的特征及特點(diǎn)，其中附圖1是表示電動(dòng)機(jī)構(gòu)造的剖視圖，該電動(dòng)機(jī)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷。
附圖2是表示金屬石墨電刷組成的圖案視圖。
附圖3是表示制造金屬石墨電刷工藝的流程圖。
附圖4是向金屬石墨電刷滲入液體的工藝流程圖。
附圖5是表示聚乙二醇一甲醚的汽化特性的圖表。
附圖6表示在不同溫度下被汽化的聚乙二醇一甲醚的組成比。
附圖7表示在不同溫度下被汽化的聚乙二醇一甲醚的組成比。
附圖8表示聚乙二醇一甲醚的吸濕性。
附圖9是表示聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的汽化特性的圖表。
附圖10表示在不同溫度下被汽化的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚(polyethylene polypropylene glycol monomethyl ether)的組成比。
附圖11表示在不同溫度下被汽化的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的組成比。
附圖12表示聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的吸濕性。
附圖13表示實(shí)例1中金屬石墨電刷運(yùn)行溫度與金屬石墨電刷的磨損程度之間的關(guān)系。
附圖14表示實(shí)例2中金屬石墨電刷運(yùn)行溫度與金屬石墨電刷的磨損程度之間的關(guān)系。
附圖15表示比較例中金屬石墨電刷運(yùn)行時(shí)的溫度與金屬石墨電刷的磨損程度之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下文將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的金屬石墨電刷向圍繞在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子芯上的線(xiàn)圈供電。該金屬石墨電刷由燒結(jié)材料制造，在該燒結(jié)材料的表面和內(nèi)部均具有松孔。向該松孔中滲入液體，該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)并且包含多種乙二醇醚，該乙二醇醚則含有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。此處的術(shù)語(yǔ)“烯化氧結(jié)構(gòu)單元”是指源于烯化氧的結(jié)構(gòu)單元，但并不局限于此。該術(shù)語(yǔ)“烯化氧結(jié)構(gòu)單元”還包括通過(guò)其他反應(yīng)或合成而獲得的與上述結(jié)構(gòu)單元相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元。因此，即使當(dāng)電動(dòng)機(jī)的溫度升至100攝氏度或更高時(shí)，滲入金屬石墨電刷的松孔中的液體并不完全汽化。由此，存在于金屬石墨電刷以及換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的蒸汽不會(huì)消失。這使得金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低，相比于傳統(tǒng)的金屬石墨電刷的磨損程度，本發(fā)明的金屬石墨電刷的磨損程度有所降低。此外，乙二醇醚的分子量隨著所包含的烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量而變化。換句話(huà)說(shuō)，上述的液體包含多種具有不同蒸汽壓特性的乙二醇醚。因此，即使當(dāng)金屬石墨電刷被用于較寬的溫度范圍內(nèi)，也可以向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供由上述液體產(chǎn)生的蒸汽。從而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷，即使金屬石墨電刷被用于較寬的溫度范圍內(nèi)也可以降低其磨損程度。
如上文所述的烯化氧結(jié)構(gòu)，可以使用任何一種烯化氧結(jié)構(gòu)。特別是，由于包含至少環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元或氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元之一的乙二醇醚容易控制，因此優(yōu)選烯化氧結(jié)構(gòu)單元包含至少環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元或氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元之一。此外，可以通過(guò)這些乙二醇醚在電動(dòng)機(jī)通常被使用的溫度范圍內(nèi)獲得足夠的蒸汽壓。因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，可以始終向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供由上述液體產(chǎn)生的蒸汽。這使得金屬石墨電刷的磨損程度被限制在低水平上。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)包括外殼；設(shè)置在外殼內(nèi)的磁鐵；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外殼內(nèi)并面向磁鐵的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有纏繞芯的線(xiàn)圈；用于相對(duì)于該外殼支撐轉(zhuǎn)子的軸；用于向線(xiàn)圈供電的換向器；以及與該換向器滑動(dòng)接觸的金屬石墨電刷。該金屬石墨電刷由燒結(jié)材料制造，在其表面和內(nèi)部均有松孔。向該松孔中滲入液體，該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)并且包含多種乙二醇醚，該乙二醇醚則含有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。因此，即使當(dāng)電動(dòng)機(jī)在100攝氏度或更高的溫度條件下運(yùn)行時(shí)，滲入金屬石墨電刷的松孔中的液體不會(huì)完全汽化，并且存在于金屬石墨電刷與換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的由上述液體所產(chǎn)生的蒸汽不會(huì)消失。這使得金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低，并且金屬石墨電刷的磨損程度有所減輕。其結(jié)果是，具有該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命被延長(zhǎng)。此外，乙二醇醚的分子量隨著所包含的烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量而相匹配地變化。換句話(huà)說(shuō)，上述的液體所產(chǎn)生的蒸汽含有多種具有不同蒸汽壓特性的乙二醇醚。因此，在金屬石墨電刷所運(yùn)行的寬溫度范圍內(nèi)，可以向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供由上述液體產(chǎn)生的蒸汽。從而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷。這樣，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷中，由于在該金屬石墨電刷運(yùn)行的寬溫度范圍內(nèi)其磨損程度可被降低，因此導(dǎo)致具有該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命被延長(zhǎng)。
下文將參照

本發(fā)明的實(shí)施例。附圖1是表示電動(dòng)機(jī)10的構(gòu)造的剖視圖，該電動(dòng)機(jī)包括用于向轉(zhuǎn)子2供電的金屬石墨電刷1(下文簡(jiǎn)稱(chēng)其為電刷)。首先參照附圖1簡(jiǎn)要說(shuō)明電動(dòng)機(jī)10的構(gòu)造。
在附圖1所示的電動(dòng)機(jī)10中，轉(zhuǎn)子2在外殼7中旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子2可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外殼7內(nèi)，其為圓柱形并且由金屬制造。該外殼7通過(guò)螺栓等緊固件14被緊固到外殼13上，并與外殼13結(jié)合為整體。該轉(zhuǎn)子2由軸4支承，該軸4在其一端具有兩個(gè)平行的平面(附圖1中右側(cè)所示)。該軸4沿軸向與從動(dòng)軸16相連，軸4的兩個(gè)平行平面被插入設(shè)置在從動(dòng)機(jī)械的從動(dòng)軸16的一端處的大致矩形的孔內(nèi)。由此，該軸4被連接到從動(dòng)軸16上，從而使轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)通過(guò)從動(dòng)軸16被向外部傳送。
轉(zhuǎn)子2的芯9通過(guò)沿軸向?qū)盈B多層金屬板而制得。通過(guò)按壓，軸4穿過(guò)芯9的中心并與芯9結(jié)合為整體。因此，轉(zhuǎn)子2和軸4作為整體一同旋轉(zhuǎn)。軸4的另一端被插入軸承(第一軸承)12的內(nèi)環(huán)中，進(jìn)而被壓入并被裝配到外殼7的一端，并由此通過(guò)軸承12可旋轉(zhuǎn)地支承在外殼7內(nèi)。另一方面，沿圓柱形外殼7的內(nèi)表面，通過(guò)粘結(jié)劑或類(lèi)似手段沿圓周方向?qū)⒍鄠€(gè)弧形的磁鐵11連接。
此外，與外殼7相連的外殼13在其用于安裝轉(zhuǎn)子2的電動(dòng)機(jī)安裝表面處設(shè)有凹入部13a，軸承5的外環(huán)5a被壓入該凹入部13a。該軸4被軸承5所支承。由此，用于支承轉(zhuǎn)子2的軸4被其兩端的兩個(gè)軸承5、12可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。在這種情況下，軸4的與壓入軸承12的位置相對(duì)的相對(duì)端被壓入軸承5的內(nèi)環(huán)5b內(nèi)。軸承5的外環(huán)5a被壓入外殼13的凹入部13a的內(nèi)側(cè)，并由此沿凹入部13a的內(nèi)徑設(shè)置。此外，在電動(dòng)機(jī)10的外殼13和軸承5之間設(shè)置彈簧3。
該彈簧3由具有高彈性(高彈性系數(shù))的碟形金屬板制成。該碟形板具有中心孔3d。軸4穿過(guò)該孔3d。該碟形板具有沿其徑向相隔120°設(shè)置的三條狹縫。每個(gè)狹縫具有沿碟形板的圓周方向順時(shí)針(或逆時(shí)針)延伸的狹縫延伸部。該碟形板沿軸向被彎曲成三維形狀并形成與支撐部3a相鄰接的偏壓部3b。彈簧3的所述支撐部3a與凹入部13a的周向臺(tái)階部相接觸以致與之相嚙合。彈簧3的所示偏壓部3b與軸承5的外環(huán)5a的側(cè)面相接觸，以沿軸向(附圖1中的左向)偏壓軸承5。
另一方面，在軸承5附近設(shè)置保持件6并與轉(zhuǎn)子2面對(duì)。該保持件6由樹(shù)脂制造，并且設(shè)置成與外殼7共軸。此外，該保持件6包括兩個(gè)電刷1(附圖1中僅示出一個(gè)電刷)，用于通過(guò)與換向器8接觸從換向器8向卷繞在設(shè)置于轉(zhuǎn)子2處的芯9上的線(xiàn)圈17供電。此外，用于從外部經(jīng)電刷1向轉(zhuǎn)子2供電的連接器15設(shè)置在保持件6處，并與保持件6形成一整體。如果外部的連接器(未示出)與連接器15相連接，則可通過(guò)電刷1向卷繞在轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子芯9上的線(xiàn)圈17供電。當(dāng)向線(xiàn)圈17供電時(shí)，在轉(zhuǎn)子2和磁鐵11之間會(huì)產(chǎn)生吸引及排斥的電磁力，從而使轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)。
以下將對(duì)用于具有上述構(gòu)造和運(yùn)行方式的電動(dòng)機(jī)10中所使用的該電刷1進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電刷1由燒結(jié)材料22所制造，該燒結(jié)材料具有天然石墨顆粒18的基體，如附圖2所示。該燒結(jié)材料22在其表面和內(nèi)部均具有大量松孔19。首先參照附圖3說(shuō)明可用于制造電刷1的燒結(jié)材料22的制造方法。
為了制造電刷1，首先準(zhǔn)備天然石墨顆粒18(顆粒直徑大約從5μm至50μm)以及以石墨顆粒18為100％計(jì)占2-3％重量的線(xiàn)型酚醛清漆型(或甲階酚醛(resoll)型)酚樹(shù)脂顆粒(步驟S1)。隨后，將線(xiàn)型酚醛清漆型(或甲階酚醛型)酚樹(shù)脂溶解于醇中以制得酚樹(shù)脂溶液(步驟S2)。甲醇或類(lèi)似物質(zhì)也可作為醇溶劑用于該步驟。此外，溶劑也并不限于醇。為溶解酚樹(shù)脂，也可使用酮，例如丙酮。換句話(huà)說(shuō)，在溶解酚樹(shù)脂的這一步驟中，形成在石墨顆粒表面上的薄膜的厚度與加到石墨顆粒18上的被溶解酚樹(shù)脂的粘度相匹配地變化。隨后，被溶解的樹(shù)脂，或者說(shuō)溶解于乙醇的酚樹(shù)脂被噴灑在天然石墨顆粒上(步驟S3)。在該噴灑步驟(S3)中，被溶解樹(shù)脂被噴灑在石墨顆粒上以致于在石墨顆粒18的表面形成被溶解樹(shù)脂的均勻薄膜。
隨后，混合該石墨顆粒18和已經(jīng)被噴灑在石墨顆粒表面上的被溶解樹(shù)脂(步驟S4)。在該混合步驟中，使用混合設(shè)備并按預(yù)定時(shí)間(例如，大約3-5小時(shí))混合石墨顆粒18，致使石墨顆粒18混合均勻。然后將已經(jīng)混合均勻的石墨顆粒置于大氣環(huán)境中30分鐘以使其干燥(步驟S5)。
隨后，通過(guò)前述干燥步驟所獲得的石墨顆粒(粒化的石墨顆粒)18與銅粉相混合，用以將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)流入電刷1的電流大小限制在預(yù)定的電流強(qiáng)度內(nèi)，該預(yù)定的電流強(qiáng)度與預(yù)計(jì)提供給電刷1的電流大小相應(yīng)(步驟S6)。同時(shí)，為了改善與換向器8之間的滑動(dòng)性能，優(yōu)選混入固體潤(rùn)滑劑，例如二硫化鉬。通過(guò)這些步驟，銅粉以及二硫化鉬被混合并被勻化(步驟S7)。然后，通過(guò)壓制和類(lèi)似手段，使用壓制設(shè)備成型具有所需形狀的電刷1(步驟S8)。隨后，在700-800℃溫度下并在富氮?dú)夥罩袩Y(jié)由上述壓制步驟所獲得的產(chǎn)品約2-3小時(shí)(步驟S9)。由此，制得具有電刷形狀的燒結(jié)材料22。通過(guò)上述步驟，如附圖2所示的流程圖所制得的燒結(jié)材料22在其表面和內(nèi)部，在相鄰的石墨顆粒之間形成大量的松孔19。
下面將參照附圖4說(shuō)明向由附圖3所述步驟制得的燒結(jié)材料22上形成的松孔19中滲入液體21的步驟。
用于將含有多種乙二醇醚的液體21滲入作為電刷1的燒結(jié)材料22的松孔19的步驟如下。首先，準(zhǔn)備多種乙二醇醚用以制備液體21(S11)。然后，準(zhǔn)備由燒結(jié)步驟所制得并用于制備電刷1的燒結(jié)材料22(S12)，并且將該燒結(jié)材料放入乙二醇醚中(S13)。隨后，將浸泡在乙二醇醚中的燒結(jié)材料22置于大約133Pa的低壓環(huán)境中一段預(yù)定時(shí)間(例如1-2分鐘)，以去除存原始貯存在松孔19中的空氣，取而代之向所述松孔中滲入乙二醇醚。由此，乙二醇醚被滲入松孔19中(S14)。當(dāng)燒結(jié)材料22的松孔19內(nèi)的含有潮氣的空氣被乙二醇醚溶液完全取代之后，使浸泡在乙二醇醚中的燒結(jié)材料22恢復(fù)到大氣壓力條件。由此制得根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷，其中燒結(jié)材料22的表面及內(nèi)部的松孔中均已滲入乙二醇醚(S15)。
在上述步驟中，在向電刷1的燒結(jié)材料22的松孔19中滲入液體21時(shí)，以及在保持燒結(jié)材料22的松孔19中的液體21時(shí)，原始貯存在燒結(jié)材料22的松孔19內(nèi)的空氣被液體21所取代。在上述的步驟中，只有包含乙二醇醚的液體21被滲入到松孔中。但是，該液體21并不局限于上述僅含乙二醇醚的一種液體。該液體21可以包含其他種類(lèi)的物質(zhì)。即使在這種情況下，也可以利用類(lèi)似步驟滲入液體21?；蛘哒f(shuō)，通過(guò)在上述的步驟S11中準(zhǔn)備含有其他種類(lèi)物質(zhì)的液體21，也可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制得金屬石墨電刷1。
使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷1時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行(或者說(shuō)電刷滑動(dòng)接觸)時(shí)，滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)可以借助電刷1和換向器8的滑動(dòng)接觸表面之間由液體21所產(chǎn)生的蒸汽而被降低。此外，即使電刷1在其自身溫度高于100℃的條件下運(yùn)行時(shí)，如果溫度低于液體21的沸點(diǎn)，則液體21不會(huì)完全汽化，并且電刷1與換向器8的滑動(dòng)接觸表面之間的液體21也不會(huì)完全消失。因此，與傳統(tǒng)電刷不同，本發(fā)明的電刷能夠避免增大滑動(dòng)摩擦系數(shù)，進(jìn)而避免磨損程度加劇。其結(jié)果，電動(dòng)機(jī)10的使用壽命可以被充分地延長(zhǎng)。
另外，隨著電動(dòng)車(chē)輛的興起，電動(dòng)機(jī)10已逐漸用作引擎系統(tǒng)的一部分，并用于車(chē)輛的控制系統(tǒng)。特別是當(dāng)準(zhǔn)備以電動(dòng)機(jī)取代引擎零部件，如水泵或油泵時(shí)，電動(dòng)機(jī)必須比其他車(chē)體零件(例如電動(dòng)車(chē)窗)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)得多。連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在有些情況下可以長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)。由于電動(dòng)機(jī)10的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，電刷1的滑動(dòng)接觸表面的溫度有上升到150℃甚至到大約250℃的危險(xiǎn)。在這種條件下，優(yōu)選的是，即使電動(dòng)機(jī)10工作在任何大氣溫度下，在滑動(dòng)接觸表面之間也要存有由液體21所產(chǎn)生的蒸汽。
但是，像具有沸點(diǎn)的液體所共有的那樣，當(dāng)液體溫度升高到接近沸點(diǎn)時(shí)，液體的蒸汽壓會(huì)突然升高，并且在沸點(diǎn)時(shí)液體21的蒸汽壓變成1個(gè)大氣壓。因此，大部分滲入電刷1的松孔19內(nèi)的液體21在低壓條件下不會(huì)汽化，除非接近電刷1的滑動(dòng)接觸表面的松孔19的溫度達(dá)到液體21的沸點(diǎn)。此外，如果電刷1在接近沸點(diǎn)的溫度下工作，由于蒸汽壓較大而導(dǎo)致大量液體21被消耗，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間將向電刷1的滑動(dòng)接觸表面供給足夠的蒸汽。
為了克服上述的缺陷，作為滲入電刷1的松孔19內(nèi)的液體21，其包含多種乙二醇醚，該乙二醇醚具有各種烯化氧結(jié)構(gòu)單元，并且具有比水(100℃)的沸點(diǎn)高的多種沸點(diǎn)。換句話(huà)說(shuō)，該乙二醇醚的沸點(diǎn)隨著烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量或種類(lèi)而變化。具體而言，烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量越高，乙二醇醚的分子量越大，進(jìn)而導(dǎo)致乙二醇醚的沸點(diǎn)越高。其結(jié)果，沸點(diǎn)分布在較寬溫度范圍內(nèi)的乙二醇醚可作滲入用。具體而言，如果一種混合物，其包含多種乙二醇醚并具有各種數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元，被用作液體21，由于乙二醇醚的沸點(diǎn)隨著烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量增加而相匹配地變化，則可以在較寬的溫度范圍內(nèi)向滑動(dòng)接觸表面之間提供液體21的蒸汽。
該醚結(jié)構(gòu)單元并不受限。蒸發(fā)特性適合于滑動(dòng)接觸表面的溫度范圍的任何醚結(jié)構(gòu)單元均適用。例如，可以任意地從一甲基醚、一乙基醚、一丙基醚、一異丙基醚、一丁基醚、一異丁基醚、一苯基醚或其組合中選擇醚結(jié)構(gòu)單元。此外，如果選擇了相同的醚結(jié)構(gòu)單元，則相容性會(huì)有所增強(qiáng)。
例如，如果烯化氧結(jié)構(gòu)單元選為環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元，則具有一個(gè)的環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元的乙二醇一甲醚的沸點(diǎn)為124.5℃。具有兩個(gè)環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元的二甘醇一甲醚的沸點(diǎn)為194.0℃。具有三個(gè)環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元的三甘醇一甲醚的沸點(diǎn)為249.0℃。因此，沸點(diǎn)隨著環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元數(shù)量的增加而相匹配地升高。如果這種混合物被滲入，則能夠在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)起到氣體潤(rùn)滑劑的作用，不會(huì)存在溫度的不連續(xù)。
此外，優(yōu)選的是，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，在液體21的溫度高于與換向器8的滑動(dòng)接觸表面相接觸的金屬石墨電刷1的滑動(dòng)接觸表面的最高溫度時(shí)，液體21能夠分解。還有，優(yōu)選的是，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，液體21含有沸點(diǎn)高于滑動(dòng)接觸表面最高溫度的乙二醇醚。另外，優(yōu)選的是，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，液體21含有在滑動(dòng)接觸表面周?chē)臏囟认履軌蚱囊叶济?。這樣，即使當(dāng)電刷1和換向器8之間的滑動(dòng)接觸表面的溫度在較寬范圍內(nèi)變化，只要電刷1和換向器8之間的滑動(dòng)接觸表面的溫度保持在電動(dòng)機(jī)10能夠運(yùn)行的溫度范圍內(nèi)，液體21就不會(huì)發(fā)生熱分解，并且能夠向滑動(dòng)接觸表面之間提供液體21的蒸汽。
另一方面，在使用傳統(tǒng)的金屬石墨電刷時(shí)，如果金屬石墨電刷連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)，盡管當(dāng)滑動(dòng)接觸表面的平均溫度達(dá)大約80℃時(shí)，電刷仍是以恒定速度磨損，當(dāng)滑動(dòng)接觸表面的平均溫度超過(guò)大約80℃時(shí)，磨損速度開(kāi)始隨著溫度上升而增快。出現(xiàn)這種情況的原因可以認(rèn)為是單位時(shí)間內(nèi)水分的消耗量在溫度超過(guò)80℃后增加，從電動(dòng)機(jī)10開(kāi)始運(yùn)行至不足100小時(shí)，存儲(chǔ)于松孔19內(nèi)的水分已消耗殆盡。或者說(shuō)，金屬石墨電刷1的滑動(dòng)接觸表面的平均溫度越高，則石墨顆粒18最初所吸收的水分被汽化的程度越高。結(jié)果，用于限制金屬石墨電刷1磨損的所需水分含量在一段連續(xù)運(yùn)行時(shí)間之后變得不足，并且如果電動(dòng)機(jī)在水分不足之后繼續(xù)運(yùn)行，則金屬石墨電刷1開(kāi)始受磨損。
由于很明顯地可以借助直至80℃的水而使金屬石墨電刷1的磨損受到限制，因此優(yōu)選的是，作為能夠在直至80℃的較低溫度范圍內(nèi)汽化的液體，水可以應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬石墨電刷。如果使用水，當(dāng)電動(dòng)機(jī)10開(kāi)始運(yùn)行后，隨著電刷1滑動(dòng)接觸表面的溫度升高，首先是消耗液體21的水溶液而產(chǎn)生蒸汽。一旦電動(dòng)機(jī)10停止，電刷1的溫度降回大約室溫，電刷1能夠從大氣中吸收水分到松孔19中，從而增加水分。根據(jù)這一觀點(diǎn)，優(yōu)選使液體21所包含的每種液體均是水溶性的。此外，優(yōu)選液體21作為水溶液滲入松孔19。更進(jìn)一步地，為了加快從大氣中吸收水分的效率，優(yōu)選使液體21所含有的至少一種乙二醇醚具有吸濕性。通過(guò)液體21中具有吸濕性的乙二醇醚，則可以由大氣向電刷供水。因此，可以降低預(yù)先向電刷1的燒結(jié)材料22的松孔19中滲入的水量，有時(shí)甚至不須滲水。
下面說(shuō)明滲入金屬石墨電刷1的液體21的第一優(yōu)選實(shí)施例。作為用于滲入的優(yōu)選液體21，如下述的化學(xué)結(jié)構(gòu)式所示，可以使用以環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元作為烯化氧結(jié)構(gòu)單元的一甲醚。
(化學(xué)結(jié)構(gòu)式1) 這種物質(zhì)可以通過(guò)向甲醇中添加環(huán)氧乙烷并通過(guò)使用催化劑而制得。利用這種方法，可以獲得組成比為n＝3，大約5％，n＝4，大約68％，n＝5，大約22％，以及n＝6，大約5％的聚乙二醇一甲醚。聚乙二醇一甲醚混合物的平均分子量大約為220。根據(jù)汽化性能的觀點(diǎn)，優(yōu)選該聚乙二醇一甲醚具有下述組成比n＝3，2-8％，n＝5，20-25％，n＝6，2-8％，且n＝4，余量。
通過(guò)研究獲得滲入金屬石墨電刷1的內(nèi)部松孔中的聚乙二醇一甲醚的汽化特性。根據(jù)結(jié)果，如附圖5所示，當(dāng)電刷1在200℃的溫度下運(yùn)行2個(gè)小時(shí)后，仍有5.6％的聚乙二醇一甲醚存留在金屬石墨電刷1的內(nèi)部松孔中。因此，能夠在100℃到200℃的較寬溫度范圍內(nèi)向滑動(dòng)接觸表面之間提供聚乙二醇一甲醚蒸汽。
此外，如附圖6、7所示，對(duì)具有上述成分的聚乙二醇一甲醚，對(duì)各溫度下汽化的組成組成比例進(jìn)行了測(cè)定，通過(guò)研究上述汽化后的剩余量而了解聚乙二醇一甲醚的汽化性能。附圖6和7的圖表表示在各溫度條件下分別置留1小時(shí)(附圖6)以及2小時(shí)(附圖7)后的聚乙二醇一甲醚組成比例。在此情況下，假設(shè)聚乙二醇一甲醚按其沸點(diǎn)的升序被汽化。根據(jù)該測(cè)定結(jié)果可知，被汽化的各種成分隨著溫度不同而變化。由于添加3-4摩爾的烯化氧的部分成分在150℃時(shí)汽化，而添加4或5摩爾的烯化氧的其他成分在200℃時(shí)汽化，因此液體21能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)汽化。進(jìn)而，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行溫度，通過(guò)改變添加到聚乙二醇一甲醚的各成分中的烯化氧摩爾量而控制其汽化屬性。
此外，如附圖8所示，該聚乙二醇一甲醚具有吸濕性能。附圖8的圖表表示處于相對(duì)濕度(RH)為50％的條件下的聚乙二醇一甲醚所吸收的水分隨著時(shí)間的流逝而變化，并在不同溫度下進(jìn)行研究。根據(jù)熱重分析(TGA)的測(cè)量結(jié)果，熱分解溫度為246.1℃。根據(jù)在294℃下所做的熱分解研究，重量變化為0.55％。由于聚乙二醇一甲醚具有吸濕性能，并且直至294℃也不會(huì)分解，因此優(yōu)選聚乙二醇一甲醚作為液體21。
此外，作為第二優(yōu)選實(shí)施例，具有以環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元和氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元作為烯化氧結(jié)構(gòu)單元的一甲醚，也可以用作液體21。
(化學(xué)結(jié)構(gòu)式2) (R1，R2為H或者CH3，并且R1=R2≠CH3)以環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元和氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元作為烯化氧結(jié)構(gòu)單元的一甲醚可以通過(guò)下述工藝制得。首先，以甲醇作為原材料。隨后，在利用催化劑的條件下，將環(huán)氧乙烷和氧化丙烯任意地添加到甲醇中。由此，可獲得聚乙二醇聚丙二醇一甲醚混合物，其組成比為n=1，約1％，n＝2，約8％，n＝3，約22％，n＝4，約24％，n＝5，約20％，n＝6，約13％，n＝7，約7％，n＝8，約3％，以及n＝9，約2％。此處，n表示所添加的環(huán)氧乙烷和/或氧化丙烯的摩爾總數(shù)。該聚乙二醇聚丙二醇一甲醚混合物的平均分子量為大約200。其組成比并不僅限于此。從汽化特性的角度來(lái)看，優(yōu)選聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的組成比為n＝1，0-2％，n＝2，7-10％，n＝3，20-25％，n＝5，20-25％，n＝6，10-15％，n＝7，7-10％，n＝8，2-5％，n＝9，0-2％，以及n＝4，余量。
對(duì)滲入金屬石墨電刷1的內(nèi)部松孔19中的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的汽化性進(jìn)行研究。根據(jù)結(jié)果，如附圖9所示，當(dāng)金屬石墨電刷1在200℃的溫度下運(yùn)行2個(gè)小時(shí)后，仍有10％的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚存留在金屬石墨電刷1的內(nèi)部松孔中。因此，能夠在比聚乙二醇一甲醚被使用的情況下的溫度范圍更寬的溫度范圍內(nèi)向滑動(dòng)接觸表面之間提供聚乙二醇聚丙二醇一甲醚蒸汽。
此外，根據(jù)上文所述的結(jié)果，假設(shè)聚乙二醇聚丙二醇一甲醚與聚乙二醇一甲醚相同，也是按照沸點(diǎn)的升序汽化，則在各溫度條件下被汽化的成分如附圖10和附圖11所示。附圖10表示已汽化1個(gè)小時(shí)的各成分，附圖11表示已汽化2個(gè)小時(shí)的各成分。環(huán)氧乙烷數(shù)量和氧化丙烯數(shù)量的總和可被看作是被添加的烯化氧摩爾量。例如根據(jù)附圖11所示的圖表，當(dāng)2小時(shí)過(guò)后，由于添加3或4摩爾的烯化氧的部分成分在150℃時(shí)汽化，而添加4-7摩爾的烯化氧的另一些成分在200℃時(shí)汽化，添加7-9摩爾的烯化氧的還一些成分在250℃時(shí)汽化，因此液體21能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)汽化。
此外，如附圖12所示，該聚乙二醇聚丙二醇一甲醚具有吸濕性能。附圖12的圖表表示處于相對(duì)濕度(RH)為50％的條件下的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚所吸收的水分量隨著時(shí)間流逝而出現(xiàn)的變化，并在不同溫度下進(jìn)行研究。此外，根據(jù)熱重分析(TGA)的測(cè)量結(jié)果，熱分解溫度為214.7℃。根據(jù)在256℃的溫度下所做的熱分解研究，重量變化為0.27％。由于聚乙二醇聚丙二醇一甲醚具有吸濕性能，并且直至256℃也不會(huì)分解，因此可優(yōu)選聚乙二醇聚丙二醇一甲醚作為液體21。
下面將說(shuō)明用于檢測(cè)使用具有金屬石墨電刷1的滑環(huán)連續(xù)運(yùn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的實(shí)例。將由無(wú)氧銅制造的圓柱形滑環(huán)固定到作為滑環(huán)動(dòng)力源的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上。提供電刷保持件使其面對(duì)滑環(huán)。將用于研究的電刷1連接到電刷保持件上。隨后，運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以使滑環(huán)和金屬石墨電刷1滑動(dòng)接觸，然后評(píng)價(jià)金屬石墨電刷1的磨損量。此外，該運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)在下述條件下進(jìn)行溫度為80℃、120℃、150℃、180℃以及220℃，被研究的金屬石墨電刷1的尺寸為8mm×5mm×12mm，由金屬石墨電刷1向滑環(huán)施加的載荷為1800gf/cm2，并且旋轉(zhuǎn)的圓周速度為3.9m/s。在上述條件下，研究金屬石墨電刷1在恒溫條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)后的磨損量。
還有，運(yùn)轉(zhuǎn)電刷1的溫度是通過(guò)內(nèi)嵌在電刷1內(nèi)且距滑動(dòng)接觸表面3mm位置處的熱電偶而測(cè)得的。當(dāng)電刷1在80℃的氣溫環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，距離電刷1的滑動(dòng)接觸表面3mm處的溫度升至130℃。當(dāng)電刷1在氣溫為120℃、150℃以及220℃的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，距離電刷1的滑動(dòng)接觸表面3mm處的溫度相應(yīng)地分別升至175℃、180℃以及250℃。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)電刷1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電刷1的滑動(dòng)接觸表面附近的溫度要比氣溫高出30-35℃。
(實(shí)例1)對(duì)應(yīng)金屬石磨電刷1對(duì)滑環(huán)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行研究，其中作為液體21的聚乙二醇一甲醚液體21被滲入。根據(jù)研究結(jié)果，如附圖13所示，當(dāng)滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度大約在120℃到200℃范圍內(nèi)時(shí)，磨損量被限制在低水平；但是當(dāng)滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度高于大約200℃時(shí)，只要滑環(huán)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損量就會(huì)增加。此外，在大約80-150℃溫度范圍內(nèi)，磨損量不會(huì)隨著連續(xù)運(yùn)行的滑環(huán)的溫度增加而增加。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)電刷1在80℃到150℃溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在電刷1和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸表面之間的聚乙二醇一甲醚的蒸汽量隨著電刷1的運(yùn)行溫度升高而相匹配地增加，并由此導(dǎo)致電刷1的磨損量保持在低的水平。隨后，當(dāng)電刷在高于180℃的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聚乙二醇一甲醚的蒸汽消耗速度隨著電刷1的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度增加而增加，并且當(dāng)電刷1的運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，減小磨損量的程度降低。結(jié)果，如果金屬石墨電刷1在大約120-180℃溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，則聚乙二醇一甲醚已經(jīng)滲入的金屬石墨電刷1的磨損量可以被限制在大約0.3mm內(nèi)。此外，如果電刷1的磨損量被限制在大約0.5mm，則電刷1可以在80-250℃的寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
(實(shí)例2)對(duì)應(yīng)金屬石磨電刷1對(duì)滑環(huán)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行研究，其中作為液體21的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚被滲入。根據(jù)研究結(jié)果，如附圖14所示，當(dāng)滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度大約在120℃到220℃范圍內(nèi)時(shí)，磨損量被限制在低水平；但是當(dāng)滑環(huán)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度高于大約200℃時(shí)，如果滑環(huán)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損量就會(huì)增加。此外，在大約80-180℃溫度范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磨損量不會(huì)隨著滑環(huán)的溫度增加而增加。也就是說(shuō)，當(dāng)電刷1在80℃到180℃溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在電刷1和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸表面之間的聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的蒸汽量隨著電刷1的運(yùn)行溫度升高而相匹配地增加，并由此使得電刷1的磨損量保持在低的水平。隨后，如果電刷1在高于220℃的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聚乙二醇聚丙二醇一甲醚蒸汽的消耗速度隨著電刷1的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度增加而加快，并且當(dāng)電刷1的運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，磨損量不會(huì)充分地降低。結(jié)果，如果金屬石墨電刷1在大約120-220℃溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，被滲入聚乙二醇聚丙二醇一甲醚的金屬石墨電刷1的磨損量可以被限制在大約0.3mm。此外，如果電刷1的磨損量被限制在大約0.5mm，則電刷1可以在80-250℃的寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
(比較例)作為比較例，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)金屬石磨電刷1對(duì)滑環(huán)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行研究。根據(jù)研究結(jié)果，如附圖15所示，當(dāng)滑環(huán)在高于80℃的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，金屬石墨電刷1的磨損量隨著滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的升高而相匹配地增加。并且，如果連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，則磨損量隨著滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的升高而明顯增加。上述現(xiàn)象的原因被認(rèn)為是，如上文所述，滑環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度越高，則水分耗盡之前所能持續(xù)的時(shí)間越短。為了將電刷1的磨損量限制在0.5mm或更低的水平，即使滑環(huán)連續(xù)運(yùn)行較短時(shí)間，換言之100小時(shí)，也需要將滑環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為80℃或更低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于向纏繞于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子芯上的線(xiàn)圈供電的金屬石墨電刷的特征是，該金屬石墨電刷由燒結(jié)材料制造，在該燒結(jié)材料的表面或內(nèi)部具有松孔。含有多種乙二醇醚的液體滲入該金屬石墨電刷，上述乙二醇醚具有不定量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。所述液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，即使電動(dòng)機(jī)被使用時(shí)的溫度(或者說(shuō)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)升高到高于100℃，滲入到金屬石墨電刷松孔中的液體并不會(huì)完全汽化，并且在金屬石墨電刷和換向器的接觸表面之間的上述液體的蒸汽也不會(huì)消失。其結(jié)果是，金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)被降低，金屬石墨電刷的磨損程度也被降低。
此外，乙二醇醚的分子量隨著烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量而相匹配地變化。結(jié)果，上述液體蒸汽包含具有多種蒸汽壓特性的多種乙二醇醚。因此，可以在金屬石墨電刷運(yùn)轉(zhuǎn)的寬的溫度范圍內(nèi)向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供液體的蒸汽。從而，根據(jù)本發(fā)明該方面的金屬石墨電刷，在其應(yīng)用的較寬溫度范圍內(nèi)其磨損程度可被降低。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在金屬石墨電刷中，烯化氧結(jié)構(gòu)單元包括至少環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元和氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元之一。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，由這些乙二醇醚可在電動(dòng)機(jī)通常工作的溫度范圍內(nèi)獲得足夠的蒸汽壓。由此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以始終向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供由液體產(chǎn)生的蒸汽。因此，金屬石墨電刷的磨損程度可以被限制在低的水平。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在金屬石墨電刷中，滲入金屬石墨電刷的液體在比金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面的最高溫度高的溫度下會(huì)分解，該換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向金屬石墨電刷和線(xiàn)圈供電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，即使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度高時(shí)，液體也不會(huì)熱分解，并且可在預(yù)定的溫度下汽化。因此，可以向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供液體的蒸汽。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在金屬石墨電刷中，滲入金屬石墨電刷的液體包含乙二醇醚，該乙二醇醚可以在比金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面的溫度低的溫度下汽化，該換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向金屬石墨電刷和線(xiàn)圈供電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，由于液體含有能夠在比金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面的溫度低的溫度下汽化的乙二醇醚，所以能夠在寬的溫度范圍內(nèi)提供由該液體產(chǎn)生的蒸汽，上述換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向線(xiàn)圈供電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電動(dòng)機(jī)(1)包括殼體，設(shè)置在殼體內(nèi)部的磁鐵，可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在殼體內(nèi)并朝向磁鐵的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有纏繞在轉(zhuǎn)子芯上的線(xiàn)圈，用于將轉(zhuǎn)子支承在殼體內(nèi)的軸，設(shè)置在轉(zhuǎn)子上用于向線(xiàn)圈供電的換向器，以及與換向器相接觸的金屬石墨電刷。該電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)在于，金屬石墨電刷由其表面和內(nèi)部具有松孔的燒結(jié)材料制造。含有多種乙二醇醚的液體滲入該金屬石墨電刷，上述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，即使電動(dòng)機(jī)使用時(shí)的溫度(或者說(shuō)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)升高到高于100℃，滲入到金屬石墨電刷松孔中的液體并不會(huì)完全汽化，并且在金屬石墨電刷和換向器的接觸表面之間的上述液體的蒸汽也不會(huì)消失。其結(jié)果是，金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)被降低，金屬石墨電刷的磨損程度也被降低。這樣的結(jié)果是，使得具有該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命被延長(zhǎng)。
此外，乙二醇醚的分子量隨著烯化氧結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量而變化。結(jié)果，上述液體的蒸汽包含具有多種蒸汽壓特性的多種乙二醇醚。因此，可以在寬的溫度范圍內(nèi)向金屬石墨電刷和換向器的滑動(dòng)接觸表面之間提供液體的蒸汽。從而，根據(jù)本發(fā)明該方面的金屬石墨電刷，因?yàn)樵谄鋺?yīng)用的較寬溫度范圍內(nèi)其磨損程度可被降低，因此具有該金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)的使用壽命被延長(zhǎng)。
具有根據(jù)本發(fā)明的金屬石墨電刷的電動(dòng)機(jī)可以用于車(chē)輛用途，例如驅(qū)動(dòng)水泵以冷卻車(chē)輛引擎的電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)，以及驅(qū)動(dòng)引擎油泵的電動(dòng)機(jī)。但是，本發(fā)明并不局限于此，而是可以用于多種用途。
權(quán)利要求
1.一種用于向卷繞在設(shè)置于電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子(2)處的芯(9)上的線(xiàn)圈(17)供電的金屬石墨電刷(1)，其特征在于該金屬石墨電刷由表面或內(nèi)部具有松孔(19)的燒結(jié)材料(22)制造，并且含有多種乙二醇醚的液體(21)滲入該金屬石墨電刷，上述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元，該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬石墨電刷，其中烯化氧結(jié)構(gòu)單元包括環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)單元和氧化丙烯結(jié)構(gòu)單元中的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。
3.如權(quán)利要求1或2之一所述的金屬石墨電刷，其中滲入金屬石墨電刷的液體在比金屬石墨電刷以及換向器(8)的滑動(dòng)接觸表面的最高溫度高的溫度下分解，該換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向金屬石墨電刷和線(xiàn)圈供電。
4.如權(quán)利要求1或2之一所述的金屬石墨電刷，其中滲入金屬石墨電刷內(nèi)的液體包含乙二醇醚，該乙二醇醚能夠在比金屬石墨電刷及換向器的滑動(dòng)接觸表面的溫度低的溫度下汽化，該換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向金屬石墨電刷和線(xiàn)圈供電。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬石墨電刷，其中金屬石墨電刷由以天然石墨顆粒作為基礎(chǔ)的燒結(jié)材料(22)制造。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬石墨電刷，其中滲入金屬石墨電刷的乙二醇醚是包含乙二醇一甲醚、二甘醇一甲醚、三甘醇一甲醚、四甘醇一甲醚、五甘醇一甲醚以及六甘醇一甲醚的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬石墨電刷，其中滲入金屬石墨電刷的乙二醇醚是包含丙二醇一甲醚、二丙二醇一甲醚、三丙二醇一甲醚、四丙二醇一甲醚、五丙二醇一甲醚、六丙二醇一甲醚、七丙二醇一甲醚、八丙二醇一甲醚以及九丙二醇一甲醚的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬石墨電刷，其中乙二醇醚是通過(guò)向甲醇中任意加入環(huán)氧乙烷和氧化丙烯的加成聚合反應(yīng)而合成的。
9.一種電機(jī)，包括殼體(7，13)；設(shè)置在殼體內(nèi)部的磁鐵(11)；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在殼體內(nèi)并朝向磁鐵的轉(zhuǎn)子(2)，該轉(zhuǎn)子帶有纏繞在轉(zhuǎn)子芯(9)上的線(xiàn)圈(17)；用于將轉(zhuǎn)子支承到殼體上的軸(4)；設(shè)置在轉(zhuǎn)子上用于向線(xiàn)圈供電的換向器(8)；以及與換向器相接觸的金屬石墨電刷(1)，其特征在于，該金屬石墨電刷由表面和內(nèi)部具有松孔(19)的燒結(jié)材料(22)制造，含有多種乙二醇醚的液體(21)滲入該金屬石墨電刷，所述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元，該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬石墨點(diǎn)刷，其中滲入金屬石墨電刷內(nèi)的液體包含乙二醇醚，該乙二醇醚能夠在比金屬石墨電刷及換向器的滑動(dòng)接觸表面的溫度低的溫度下汽化，該換向器用于在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向金屬石墨電刷和線(xiàn)圈供電。
全文摘要
用于向卷繞在設(shè)置于電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子(2)處的芯(9)上的線(xiàn)圈(17)供電的金屬石墨電刷(1)，其特征在于，該金屬石墨電刷是由在其表面或內(nèi)部具有松孔(19)的燒結(jié)材料(22)所制造。含有多種乙二醇醚的液體(21)滲入該金屬石墨電刷，所述乙二醇醚具有不定數(shù)量的烯化氧結(jié)構(gòu)單元。該液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K23/00GK1691439SQ20051006695
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者小林博, 五月女道彥 申請(qǐng)人:愛(ài)信精機(jī)株式會(huì)社, 東邦化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社