Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают коллекторы электродвигателей — это в первую очередь вопрос о двух материалах: коллекторной меди, из которой набирают токоведущие пластины (ламели), и коллекторном миканите — слюдяной изоляции между ними. Дополнительно в узел входят стальная втулка (корпус) и нажимные конусы с изоляционными манжетами, стягивающие пластины в единый цилиндр.
Ниже разобрано, из какой коллекторной меди и сплавов на её основе делают ламели, почему изоляцией служит именно миканит, как устроен профиль пластин и почему коллектор периодически протачивают и продораживают для сохранения контакта со щётками.
Коллектор — это механический переключатель (по сути, механический выпрямитель) на якоре машины постоянного тока и коллекторного двигателя. Он состоит из изолированных друг от друга медных пластин, к которым подключены секции обмотки якоря; по вращающимся пластинам скользят неподвижные щётки, обеспечивая подвод тока. Материалы узла подобраны под совместную работу двух пар трения и изоляции.
Коллектор — это «медь плюс миканит»: токоведущие пластины из коллекторной меди и изоляция между ними из слюдяного миканита.
Материал пластины должен сочетать высокую электропроводность (для минимума потерь и нагрева) с прочностью, износостойкостью и стойкостью к размягчению при нагреве. Чистая медь идеально проводит ток, но рано разупрочняется и быстрее изнашивается, поэтому для нагруженных машин применяют низколегированные сплавы на медной основе.
Для машин с умеренной нагрузкой ламели делают из твёрдотянутой (нагартованной) меди. У меди марки М1 удельная электропроводность около 58 МСм/м, что в электротехнике принято за 100 % (шкала IACS); удельное электрическое сопротивление составляет порядка 0,0172 мкОм·м. Недостаток чистой меди — низкая температура рекристаллизации: при нагреве она размягчается, а кромки ламелей «затягиваются».
Коллекторные профили изготавливают по действующим техническим условиям (ГОСТ 4134-2015) из холоднодеформированных сплавов на медной основе. Наиболее широко применяют кадмиевую бронзу БрКд1 и магниевую бронзу БрМг0,3 (марки по ГОСТ 18175). Кадмий (около 1 %) повышает прочность, твёрдость, износостойкость и теплостойкость, почти не снижая электропроводности — у БрКд1 она составляет около 87–88 % проводимости чистой меди. Упрочняется кадмиевая бронза только холодной пластической деформацией (нагартовкой), поэтому пластины поставляют в твёрдом (нагартованном) состоянии; твёрдость профилей нормируется на уровне не менее 95 HB.
Как более экологичную альтернативу кадмиевой бронзе применяют медь, легированную серебром (например, МС0,1, с содержанием серебра не более примерно 0,25 %): серебро повышает температуру размягчения нагартованной меди и снижает ползучесть при нагреве, практически не снижая электропроводности.
Легирующие элементы вводят в малых количествах: рост прочности и теплостойкости сопровождается снижением электропроводности, поэтому состав подбирают как компромисс между проводимостью и механическими свойствами.
Коллекторный профиль — это длинномерная полоса, имеющая в поперечном сечении форму равнобедренной трапеции, вытянутой по высоте. Клиновидная форма позволяет собрать пластины в плотный цилиндр, а нижняя, расширенная часть профиля («ласточкин хвост») заклинивается между нажимными конусами и удерживает пластину от вылета под действием центробежных сил. В верхней части пластины часто выполнен выступ — петушок — с прорезью для присоединения проводников секций обмотки якоря.
Пластины набирают в кольцо, чередуя с миканитовыми прокладками, после чего стягивают конусами. К геометрии профиля и точности его размеров предъявляют жёсткие требования: от них зависит равномерность рабочей поверхности и отсутствие биения.
Изоляцией между пластинами служит коллекторный миканит — листовой материал из щипаной слюды (флогопита), склеенной термореактивным связующим (шеллачная, глифталевая, полиэфирная или кремнийорганическая смола). Его выпускают по ГОСТ 2196-75; марки обозначают буквами, где первая буква К указывает на коллекторный тип, вторая — на вид слюды, третья — на связующее.
Коллекторный миканит работает в тяжёлых условиях: он должен выдерживать нагрев от тока и трения щёток, давление обжимных конусов, центробежные силы при вращении и электрическую эрозию от искрения. Поэтому в нём высокая доля слюды и малое содержание связующего — это обеспечивает стабильность размеров и электрических свойств при нагреве и сжатии.
Помимо межламельных прокладок, миканит (в виде манжет, конусов и цилиндра) изолирует пакет пластин от стальной втулки и нажимных конусов.
По рабочей поверхности коллектора скользят щётки, замыкая электрический контакт. В нормальном режиме на меди формируется тонкая оксидно-политурная плёнка (патина), которая стабилизирует контакт и снижает износ. Коллектор вместе со щётками — самый нагруженный по условиям работы узел коллекторной машины: на него действуют механическое трение, нагрев и электрическая эрозия при искрении.
По мере наработки медь пластин истирается, поверхность может становиться волнистой, появляются кольцевые канавки и подгары; одновременно более твёрдая слюдяная изоляция начинает выступать над медью. Оба явления нарушают контакт и усиливают искрение, поэтому коллектор периодически восстанавливают механической обработкой.
Две основные операции восстановления рабочей поверхности:
Продорожка обязательна: если слюда остаётся вровень с медью или выступает над ней, щётки приподнимаются на изоляции, теряют контакт и искрят, что ускоряет износ и щёток, и коллектора.
Токоведущие пластины (ламели) делают из коллекторной меди или низколегированных бронз на медной основе (кадмиевой БрКд1, магниевой БрМг0,3), а изоляцию между ними — из коллекторного миканита на основе слюды. Корпус-втулка и нажимные конусы — стальные, с миканитовыми изоляционными манжетами.
Чистая медь отлично проводит ток, но рано размягчается при нагреве и быстрее изнашивается. Добавка около 1 % кадмия (бронза БрКд1) повышает прочность, теплостойкость и износостойкость, сохраняя около 87–88 % электропроводности меди. Как экологичную замену кадмиевой бронзе применяют медь, легированную серебром (МС0,1).
Из щипаной слюды (флогопита), склеенной термореактивным связующим — шеллачной, глифталевой, полиэфирной или кремнийорганической смолой. Доля слюды высокая, связующего мало, что обеспечивает стабильность размеров и изоляции при нагреве и сжатии.
Проточкой восстанавливают ровную рабочую поверхность (убирают выработку, канавки, биение). Продорожкой углубляют миканит ниже уровня меди, чтобы щётки скользили только по меди и не приподнимались на выступающей изоляции.
Слюда твёрже меди и изнашивается медленнее. Если её не углубить, она выступит над пластинами, щётки потеряют контакт и начнут искрить, ускоряя износ узла. Поэтому межламельную изоляцию продораживают.
Ламели — это медные пластины трапецеидального профиля, из которых набран коллектор. Петушки — выступы в верхней части пластин с прорезью, к которым присоединяют проводники секций обмотки якоря.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.