專利名稱:小型電機的制作方法
本發(fā)明有關(guān)小型電機。具體有關(guān)充注含有有機物蒸汽的空氣，以延長使用壽命的小型電機。
一種有電刷和與電刷滑動接觸的整流子片的小型電機，例如用以驅(qū)動錄音磁帶，錄象磁帶之類記錄磁帶的電機。
在經(jīng)常通電和斷電的小型電機中，典型使用的電刷有兩種。一種用彈性導(dǎo)電材料(諸如銅，鈹銅合金，銅鈦合金，磷青銅和鎳銀等)的薄片或棒材，上面包覆或部分點焊一層貴金屬或其合金(諸如金，鈀，鉑，銀和銅或其合金等)。另外一種也用上面的薄片或棒材，在它的一部分上用導(dǎo)電粘合劑粘合，點焊或嵌塞一個用燒結(jié)碳(諸如碳，銀-碳，銅-碳，銀銅-碳，可以按需要增加添加劑如sic，MoS2，鉛和環(huán)氧樹脂)制造的電刷件。
傳統(tǒng)的小型電機有若干缺點，當(dāng)整流子轉(zhuǎn)動并在電刷上滑動時，電刷的滑動卻部件無法避免有達(dá)到不利程度的震動。結(jié)果，和整流子片接觸的電刷滑動部件的接觸表面，使會產(chǎn)生不正常的熔結(jié)，并且火花常使一種黑色材料產(chǎn)生，這是一種在電刷和整流子片之間形成的碳和磨損粉末的混合物，能引起不正?，F(xiàn)象的發(fā)生并使之加劇。
在一種類型的小型電機中，和整流子片滑動接觸的電刷滑動部分，和電刷基礎(chǔ)一體模鑄而成，電刷基礎(chǔ)用一個支撐件支撐。例如，可將支撐件設(shè)置在電機的殼蓋上。電刷和整流子片的接觸狀態(tài)如圖1所示。
在圖1中，電刷的彎曲滑動部分3，3，各自安裝在電刷基礎(chǔ)2，2上，分別用電刷支撐裝置1，1支撐。電刷基礎(chǔ)和電刷的滑動部分本身都具有彈性，因此它們壓迫整流子片4，并和整流子片接觸。電刷施加壓力的強度可通過選擇電刷基礎(chǔ)2和電刷3滑動部分之間的角度予以調(diào)整。整流子片4通過一個整流子底座5，固定在電機的旋轉(zhuǎn)軸6上，隨電機軸旋轉(zhuǎn)。
在整流和作斷-合接觸時，整流子片4和電刷3的滑動部分之間產(chǎn)生火花，產(chǎn)生不利的電噪聲，整流子片4和/或電刷3的滑動部分發(fā)生磨蝕或熔結(jié)。
例如，電刷的一個部分A，是和整流子接觸的開始及終了的地方，當(dāng)這個地方上發(fā)生熔結(jié)時，熔結(jié)材料刮擦并損傷整流子片4的表面，于是磨蝕碎屑在相鄰的整流子片之間的隙縫B中集中，形成整流子片之間的通路。這便造成了電機轉(zhuǎn)動的不穩(wěn)定。整流子片的粗糙表面引起電刷的震動，增多火花的產(chǎn)生，并/或使電刷有不正常的磨蝕，并進(jìn)一步引發(fā)噪聲和/或使整流點變位。這些都造成電機性能的下降。
電刷3滑動部分的A處和整流子片4接觸火花最經(jīng)常在這里產(chǎn)生。無需說，由于火花以外的原因，還在整流子片4和電刷3的滑動部分上造成機械性磨蝕。
電刷的滑動部分一般用如上所述的貴金屬或燒結(jié)碳制造，而整流子片用貴金屬制造(如AgCu，AgCd，AgCuCd，AgCuTi，等等)。用貴金屬制造電刷時，整流子片也用基本相同，而有下表所列的高表面能量的材料制造。(按20℃升華熱計算。參見(美國)《化國評論》，52，417(1953))Ag(100)＝1，920達(dá)因/公分Ag(111)＝1，650達(dá)因/公分Au(100)＝2，516達(dá)因/公分Au(111)＝2，175達(dá)因/公分Cu(100)＝2，892達(dá)因/公分Cu(111)＝2，499達(dá)因/公分Pt(100)＝3，747達(dá)因/公分Pt(111)＝3，248達(dá)因/公分因此滑動表面受到了不利的擦傷。在用燒結(jié)碳電刷時，雖然有比貴金屬含金較小的動阻力，但因為含有如SiO2之類的少量雜質(zhì)，故仍可能擦傷整流子片的表面。此外，貴金屬-碳電刷也不適宜于和貴金屬整流子片配合使用，原因與用貴金屬電刷相同。
圖2A表示沒有火花發(fā)生防止機械裝置的電刷，這種裝置有如震動衰減器件。由于這種電制震動的震幅很大，所以經(jīng)常引發(fā)火花，從而造成整流子片的磨蝕和熔結(jié)。
圖2B表示有震動衰減裝置的電刷，裝置有一個橡膠隔振件8，用粘合劑9粘附在電刷3的滑動部分上。雖然橡膠隔振件可以吸收震動，并防止在室溫下發(fā)生火花，但在溫度接近60℃時，粘合劑的粘合力下降，因而隔震件9和滑動部分3之間的粘接減弱。結(jié)果，隔震性能減退，從而火花猛烈產(chǎn)生。這意味著有這種電刷的電機不能有長期的使用壽命。
圖2C所示的是有另一種震動衰減裝置的電刷。這裝置有一個隔震片12粘附在電刷3的滑動部分上，粘合劑片11有一個基片10，兩側(cè)都涂布一種粘合劑8。隔震片12可以在某種程度上防止粘合力在高溫中下降。但它不能滿足長使用壽命和高溫下高質(zhì)量的要求。小型電機常用于-10℃到+60℃之間的溫度范圍內(nèi)。
對某些文獻(xiàn)和實驗作了分析，研究電刷滑動部分和整流子片之間的熔結(jié)，或不正常磨損或電路產(chǎn)生的條件。在這些條件下電刷滑動部分周圍的大氣中含有不飽和環(huán)烴(諸如苯乙烯，甲苯等)，或者整流子片本身吸附環(huán)烴，形成黑色物質(zhì)(可能是機械化學(xué)(mechanochemical)反應(yīng)產(chǎn)生的分解物質(zhì)或碳類聚合物，或者是此二者和電刷及整流子片磨蝕粉末的混合物)。
當(dāng)不飽和環(huán)烴被電刷滑動部分和整流子片之間的火花燃燒時，黑色物質(zhì)的量增加。也許是由于不完全燃燒和/或其化學(xué)結(jié)構(gòu)，這物質(zhì)有密實的鍵合結(jié)構(gòu)，形成硬碳質(zhì)的堆積。
經(jīng)發(fā)現(xiàn)雖然烴類除不飽和環(huán)烴以外，形成一種黑色物質(zhì)，但是這種物質(zhì)并不堅硬而松軟，并不引起電機的上述不正常情況。根據(jù)下面敘述的舉例，可取得結(jié)果如下1.在高溫度和低濕度下，整流子片常傾向于受到不正常的磨蝕。
2.當(dāng)整流子片吸附少量不飽和環(huán)烴，其量低達(dá)10微克時，整流子片的故障減少，電機的使用壽命延長，但是頻率顫動和顫抖加劇。
本發(fā)明的目的是提出一種小型電機，其電刷和整流子片之間的滑動性改善，從而它們的磨損和熔結(jié)降低，因而可以防止其磨蝕或機械損失，延長電機的使用壽命。
本發(fā)明的另外一個目的是提出一種小型電機，可以使電機的性能，諸如頻率顫動及顫抖可以改進(jìn)，并使電機安裝在里面的磁帶記錄機及其類似機械的使用壽命延長。
上面的目的和其他的目的，可以通過本發(fā)明類型的小型電機取得，這種類型有電刷和與電刷滑動接觸的整流子，特征為電機的內(nèi)部充注至少含有一種下列有機物蒸汽的空氣，這些有機物為一元或多元醇類，醚類，環(huán)醚類，酯類，酮類，醚醇類，酯醇類，氨基醇類，羧酸類，酰胺類，伯胺類，仲胺類和叔胺類，咪唑類，咪唑啉類和單環(huán)氧化萜烯類等等。
附圖內(nèi)容簡單介紹于下圖1是小型電機電刷和整流子片的接觸狀態(tài)，圖2A，2B和2C是小型電機所用的電刷的三種實施方案，圖3和4是本發(fā)明小型電機理想實施方案的結(jié)構(gòu)，圖5是本發(fā)明小型電機一種實施方案的一個剖視圖，圖6-1至6-21是用于舉例的小型電機整流波形圖。
用適當(dāng)?shù)牟牧?，諸如毛氈，一種合成或天然塑料或橡膠敝孔泡沫，浸漬有機物，然后安裝在電機內(nèi)部?；蛘邽榱耸闺姍C的構(gòu)造簡化，可以直接放在電機的一個組件上，如電刷或電刷的滑動部分上，也可以在電機內(nèi)或組件上都有放置。
在環(huán)境溫度下有機物蒸發(fā)，在電機內(nèi)部提供一個蒸汽氣氛。蒸發(fā)的化合物被電刷和/或整流子片的表面吸收，形成單分子層或多分子層，而使表面的潤滑改善，表面的磨蝕有相當(dāng)大的降低。
圖3和圖4分別表示本發(fā)明小型電機的一個實施方案。在這兩個圖中，與圖1相同的組件使用相同的標(biāo)號，標(biāo)號14，15和16代表本發(fā)明中支撐電刷或類似物的支架，電機下殼，和浸漬本發(fā)明有機物的氈片。有機物的蒸發(fā)速度，可以通過選擇毛氈纖維的粗度和/或毛氈的表觀密度作控制。在圖3所示的實施方案中，浸漬毛氈16放在支架14上，靠近電刷的滑動部分處，而在圖4中則放在電刷的基部2。否則也可以把毛氈16放在電刷3的滑動部分上。放置有機物浸漬材料的地點，和有機物浸漬的組件沒有限制，只要地點和組件不影響電機的運轉(zhuǎn)，并不使運轉(zhuǎn)劣化即可。例如，可以把有機物混合在塑料支架14里，或整流子塑料基礎(chǔ)5里，浸漬在漆包線19里(見圖5)，摻和在上軸承18和/或下軸承7的軸承滑油里(見圖5)，放在磁鐵21和電機殼22之間的間隙里(見圖5)，摻和在隔震件9的橡膠里，或在粘合劑8里?？梢园延袡C物放在透氣的薄膜里，或者，舉例如用聚乙烯盒放在小型電機里。
本發(fā)明所用的有機物不形成不飽和環(huán)烴所形成的堅硬黑色物質(zhì)，并不降低電刷滑動部分和整流子片之間的滑動阻力。
在電機易于發(fā)生異常情況的高溫和低溫度中，向電機殼提供一種含有有機物的空氣。由于本發(fā)明所用的有機材料至少有一個極性基團(tuán)，并由于范德瓦耳斯的吸附作用，故在金屬表面上穩(wěn)固吸附。
有機化合物最好沸點或升華點在40到350℃之間，特別以在大氣壓下的100到300℃為宜。當(dāng)沸點或升華點太低時，化合物蒸發(fā)過快，它的效力便不能持久。沸點太高時，則難以蒸發(fā)，電機殼便不能很快由含有有機化合物蒸汽的空氣充注。
本發(fā)明使用的有機化合物具體舉例列表于下，除另有說明外，均注明在一大氣壓下的沸點溫度
一元醇類正丙醇(97.2℃)，異丙醇(81.5-83.0℃)，異丁醇(106-109℃)，異戊醇(128-132℃)，環(huán)己醇(160-162.4℃)，2，4-二甲基-3-戊醇(138 4℃)，3-甲基-3-戊醇(122 4℃)，3-乙基-3-戊醇(143 1℃)，二丙酮醇(167 4℃)，正辛醇(193-196 0℃)，2-乙基己醇(183 5℃)，四氫糠醇(177-178 0℃/743mmHg)，1，3-二甲氧基-2-丙醇(169 0℃)，1-甲基-1-環(huán)己醇(168 0℃)，7-烷醇(236 0℃)，異丙芐基醇(246 0℃)，異丁基甲醇(176-184℃)，芐醇(205 4℃)。
多元醇丙二醇(187℃)，乙二醇(197℃)，1，3-丁二醇(205-210℃)，2，3-丁二醇(182℃)，1，4-丁二醇(228℃)，4-甲基-1，2-丙二醇(182℃)，2-甲基-2，3-丁二醇(177.5℃/750mmHg)，1，5-戊二醇(242.5℃)，1，6-己二醇(134℃/10mmHg)，2，5-己二醇(218℃)，二甘醇(250℃)，2-甲基-2，4-戊二醇(197.4℃)，2-乙基-1，3-己二醇(240-250℃)，二丙二醇(215-245℃)，丙三醇(290℃)。
醚類正丁基醚(143℃)，異戊烯(173.2℃)。
環(huán)醚類1，4-二噁烷(101.4℃)，1，3-二噁烷(106℃)。
酯類丁二酸二甲酯(195℃)，辛酸二乙酯(208℃)，反丁烯二酸二乙酯(214℃)，癸酸二乙酯(242℃)，己二酸二乙酯(245℃)，酒石酸甲酯(280℃)，酒石酸二乙酯(288℃)。
酮類環(huán)戊酮(130.7℃)，2-辛酮(174℃)，2-壬酮(195℃)，異佛爾酮(215.2℃)，2-十一烷酮(229℃)。
醚醇類乙二醇-乙醚(134.8℃)，乙二醇-丁基醚(167-173℃)，乙二醇二丁基醚(203.6℃)，乙二醇-己基醚(208.1℃)，1，3-二甲氧基-2-丙醇(169℃)，二甘醇-甲基醚(194.2℃)，二甘醇-乙基醚(195℃)，二甘醇-丁基醚(230℃)，三丙二醇-甲基醚(242.5℃)，C6-C24鏈烷烴二醇或鏈烯烴二醇的單(聚亞氧烷基)醚，諸如己二醇和一摩爾環(huán)氧乙烷或氧化丙烯的加成物(加成物1或2)，己二醇和2摩爾環(huán)氧乙烷或氧化丙烯的加成物(加成物3或4)，己二醇和4摩爾氧化丙烯加成物(加成物5)和己二醇及2摩爾環(huán)氧乙烷的加成物，再加入一摩爾氧化丙烯的加成物(加成物6)，其性能如下
吸水率1) 熱解重量分析2)(%) 半位溫度(℃) 期終溫度(℃)加成物1 8 164 215加成物2 7.5 175 205加成物3 20 185 220加成物4 10 187 216加成物5 8 200 225加成物6 13 207 227注1)在760mmHg，40℃，相對濕度90%下測量。
2)用化合物15-20毫克，在升溫速度為5℃/分鐘下分析，空氣流速為50-60毫升/分鐘。
這些加成物中可含少量作為原料或未反應(yīng)化合物的二乙醚。
醚醇類乳酸乙酯(154℃)，乙醇酸乙酯(160℃)，2-羥基乙酸鹽(188℃)，馬來酸二乙酯(253℃)。
氨基醇類二乙基氨基乙醇(163℃)，二丁基氨基乙醇(199℃)。
羧酸類新戊酸(164℃)，異巴豆酸(169℃)，異戊酸(177℃)，己二酸(205.5℃)，己酸(205.8℃)，n-辛酸(239℃)，巴豆酸(189℃)。
酰氨類
n-乙基乙酰胺(205℃)。
伯胺，仲胺及叔胺類2-辛烷胺(163-164℃)，辛胺(188℃)，己胺胺(130℃/762mmHg)，1，6-己二胺(81.5℃/10mmHg)，二丁胺(160℃)，亞硝酸二環(huán)己基銨(255.8℃)，三丙胺(157℃)，三丁胺(212℃)，3-甲基-2-噁唑烷酮(87-90℃/1mmHg)。
咪唑，咪唑啉類2-乙基-4-甲基咪唑(熔點44-55℃)，2-乙基-4-甲基咪唑啉(111℃/15mmHg)，2-乙基咪唑(110℃/15mmHg)，2，4-二甲基咪唑啉(108℃/15mmHg)，1，2，3-苯并三唑(熔點93℃)。
噁唑烷酮3-甲基-2-噁唑烷酮。
單環(huán)氧化萜烯γ萜品醇(114-115℃)，β-萜品醇(209-210℃/752mmHg)，α-萜品醇(219-221℃)，萜品烯-4-醇(209-212℃)，麥芽酚(升華溫度93℃)，e-薄荷醇(升華溫度216.5℃)，d-樟腦(升華溫度209℃)。
在這些有機化合物中，適宜使用的為多元醇類，一元醇類和醚醇類。
茲就以下的舉例時本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)解釋例1-21在舉例中所用為圖5中之小型直流電機，外直徑為30mm，高度25mm，正常功率為0.1瓦，電刷用燒結(jié)AgC制造，整流子用磷青酮制造。
電機中有一塊聚酯氈17，洗滌后用多氟乙烯脫酯，然后用每一種有機化合物浸漬。
在每一例中使用下列有機化合物，電機用4.2伏25mA運轉(zhuǎn)。電機正常運轉(zhuǎn)的最長時間列于下面表1。但是運轉(zhuǎn)都到1500小時停止。
表1舉例編號 有機物名稱 運轉(zhuǎn)時間1(比較) 無有機化合物 300小時2(比較) 苯乙烯 100小時3(比較) 甲苯 300小時4 芐醇 1500小時5 2-甲基-2，4-戊二醇 1500小時6 異戊烯 1500小時7 1，3-二噁烷 1500小時8 2-壬酮 1500小時9 2-甲基-2，4-戊二醇/1摩爾氧化丙烯 1500小時10 2-羥基乙酸鹽 1500小時11 反丁烯二酸二乙酯 1500小時12 二丁基氨基乙醇 1500小時13 己酸 1500小時14 n-乙基乙酸胺 1500小時15 辛胺 1500小時16 二丁胺 1500小時17 三丁胺 1500小時18 2-乙基-4-甲基咪唑 1500小時19 α-萜品醇 1500小時20 含50%苯乙烯的2-甲基-2，4-戊二醇 1500小時21 3-甲基-2-唑烷酮 1500小時整流波形可以正確反映電機的異常。異常波形指示電機運轉(zhuǎn)異常，諸如轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，耗電增高，不起動和旋轉(zhuǎn)異常。異常波形指的是正常波形上附加噪音，或者部分波形下降到基線水平(電流＝0)，如圖6-1到6-3所示。
圖6-1到6-21中所示為運轉(zhuǎn)前后的整流波形，圖中粗條及細(xì)條曲線分別表示運轉(zhuǎn)前和運轉(zhuǎn)后的波形。
從這些波形中可以3介，含有本發(fā)明所采用的有機化合物的電機，1500小時后仍能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，而不含有機化合物或含有不飽和環(huán)狀化合物的傳統(tǒng)電機，僅在100小時或300小時后便不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
圖5所示有相同結(jié)構(gòu)的電機，正常功率為0.04W，電刷包覆AgPd，整流子用的包覆材料為AuAg和AdCd，在-10℃溫度和相對濕度20-30%下，用12v100毫安電源驅(qū)動。電刷的磨蝕量，頻率顫動量和顫抖量根據(jù)(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))JISC5551測量，初始空載電流和初始空載噪聲列于下面的表2。
表2
根據(jù)本發(fā)明所提出，有機化合物在電刷和整流子片的表面上被吸附，防止它們的表面磨蝕和熔結(jié)。
即使電機內(nèi)部含有不飽和環(huán)狀化合物如苯乙烯和甲苯，電刷和整流子片的滑動表面也可以受到本發(fā)明提出的有機化合物的保護(hù)，防止堅硬黑色物質(zhì)的形成。而且電刷和整流子片之間的不良好接觸也可防止，從而減少電噪聲，電機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。結(jié)果頻率顫動和顫抖下降。
電壓為1-30伏，電流為100毫安的小型電機，在本發(fā)明所用的含有機化合物蒸汽的氣氛中工作時，由于有機物有潤滑性質(zhì)，電流降低5%至10%。
此外，吸附在電刷和整流子片表面上的有機化合物有緩沖作用，防止電刷和整流子片之間滑動造成的震動，機械噪聲可以下降1%到10%。
權(quán)利要求
1.一種有電刷和與電刷滑動接觸的整流子類型的小型電動機，特征為電機內(nèi)部充注至少含有下述有機化合物中之一種之蒸汽的空氣，這些有機化合物為一元醇或多元醇類，醚類，環(huán)醚類，酯類，酮類，醚醇類，酯醇類，氨基醇類，羧酸類，酰胺類，伯胺類，仲胺類，叔胺類，咪唑類，咪唑啉類，和單環(huán)氧化烯類。
2.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物為一種多元醇。
3.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物為一種一元醇。
4.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物為一種醚醇。
5.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物為3-甲基-2-噁唑烷酮。
6.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物用一片毛氈或合成或天然塑料，或敞孔泡沫橡膠浸漬，放在電機內(nèi)。
7.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物浸漬在電機的磁鐵內(nèi)。
8.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物摻和在電機的一個塑料支架內(nèi)。
9.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物摻和在電機的整流子塑料基礎(chǔ)中。
10.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物浸漬在電機的漆包線中。
11.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物摻和在軸承滑油內(nèi)。
12.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物放在磁鐵和電機殼之間的間隙里。
13.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物摻和在橡膠隔震件內(nèi)。
14.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為把有機化合物摻和在粘合劑中。
15.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為有機化合物吸收在透氣薄膜內(nèi)，薄膜放在電機內(nèi)。
16.如權(quán)利要求
第1項中之小型電機，特征為透氣塑料用聚乙烯制造。
專利摘要
一種有電刷和與電刷滑動接觸的整流子類型的小型電機，特征為電機殼內(nèi)充注至少含有下述有機化合物中一種的蒸汽的空氣，這些有機化合物為一元醇或多元醇類，醚類，環(huán)醚類，酯類，酮類，醚醇類，酯醇類，氨基醇類，羧酸類，酰胺類，伯胺類，仲胺類，叔胺類，咪唑類，咪唑啉類，和單環(huán)氧化烯類，電機的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，有延長的使用壽命。
文檔編號H01R39/48GK85105746SQ85105746
公開日1987年1月28日 申請日期1985年7月25日
發(fā)明者宇田成德, 高尾寬, 近藤滋 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan