Стремление к повышению надежности и улучшению качества изоляции тяговых электродвигателей привело к настойчивым поискам более совершенных изоляционных материалов. На протяжении последних 10—15 лет на многих зарубежных железных дорогах в этой области проводятся интенсивные исследования и разработки. Стимулируются они и постоянной тенденцией к увеличению мощности тяговых электродвигателей. Изыскания осуществляются в направлении улучшения изоляции обмоток якорей тяговых электродвигателей путем использования новых полимерных материалов, которые обладают свойствами, превосходящими прежние. Большинство их обладает высокими электроизоляционными характеристиками. Многие из них наряду с этим имеют хорошие адгезионные свойства. Материалы на основе термореактивных смол обладают к тому же достаточно высокой теплостойкостью и стойкостью к воздействиям воды и многих растворителей.
В связи с этим в зарубежном локомотивостроении в порядке широкого экспериментирования и применения для этих целей в последнее десятилетие используются различные материалы на основе алкидных, эпоксидных, меламиновых, фенольных, силиконовых, полиэфирных смол и их сополимеров. Растущие требования к качеству изоляции тяговых электродвигателей и тяжелые условия работы ее, главным образом из-за воздействия переменной температуры, требуют от изоляции не только сочетания высокой электрической и механической прочности с теплостойкостью и высокой адгезией к металлу проводников, но и стабильности всех характеристик в течение времени эксплуатации двигателей. Применение новых изоляционных материалов позволило на зарубежных железных дорогах за последнее десятилетие улучшить качество изоляции тяговых электродвигателей. Постепенно был совершен переход от изоляции класса В к классу F, а затем и к классу Н [15]. Это значительно подняло термостойкость изоляции, повысив ее способность длительное время работать при температуре соответственно 130°, 155°, а затем и 180° С. В свою очередь, это позволило постепенно увеличить мощность двигателей. Вместе с тем работы по дальнейшему совершенствованию изоляции продолжаются. В настоящее время существует и на зарубежных локомотивах применяется много фирменных изоляционных лаков и эмалей нерасшифрованного состава. Считается, что лучшими изоляциями являются лаки и эмали на основе полиэфиримидов, полиимидимидов и их сополимеров.
На французских электровозах переменного тока, для повышения их удельной мощности, для изоляции тяговых электродвигателей была создана и применяется новая эмалевая изоляция, известная под фирменной маркой ML [15]. Кроме эмали ML, создан для этих целей изоляционный материал каптонтефлон. Параллельно с хорошим качеством новых типов изоляции заметные преимущества в электровозах были достигнуты благодаря лучшему использованию пазов якоря. Ряд фарфоровых изоляторов в электрических цепях электровоза заменен на изоляторы из стеклопластика.
На французских новых двухсистемных электровозах серии СС 21000 было проведено усовершенствование тяговых электродвигателей с использованием в них новых изоляционных материалов. В качестве изоляции в них также применялась эмаль ML, представляющая собой материал на основе полиамидных смол и обладающая лучшими характеристиками, чем изоляция, относящаяся к классу Н. Она использовалась для покрытия обмотки секций якоря. При этом слой эмали, нанесенный толщиной вдвое меньшей, чем толщина слоя обычных изоляционных материалов, обеспечивает то же качество изоляции. Это позволило разместить в пазу якоря медь обмотки большого сечения, что существенно улучшило тепловой режим работы двигателя. Увеличение мощности двигателя, полученное благодаря использованию изоляции типа ML, составляет около 20%.
Одновременно в тяговых двигателях Французских электровозов используется и другой тип изоляции кэптон. Она применяется в виде пленки для обертывания проводов якорной обмотки. Для повышения изоляционных качеств и адгезии на поверхность медных шин накладывается тонкий слой тефлона. Толщина такой изоляции несколько больше, чем покрытие эмалью ML, однако ее качества выше. Кэптонтефлоновая изоляция считается сейчас основным изоляционным материалом для тяговых электродвигателей французских железных дорог. Кроме хороших изоляционных качеств, она обладает высокой механической прочностью, термоустойчивостью, стойкостью к растворителям и отсутствием текучести при высоких температуре и давлении.
Помимо изоляции, полимерные материалы давно применяются и для других деталей и элементов тяговых электродвигателей в целях улучшения их конструкции, повышения надежности и улучшения электрических характеристик.
На итальянских электровозах, например, серии Е444, мощностью до 3000 квт, предназначенных для скоростных поездов, для уменьшения потерь и увеличения допускаемой окружной скорости якорей, металлические бандажи якорей тяговых электродвигателей были заменены стеклопластиковыми, выполненными намоткой стеклоленты, пропитанной полиэфирными лаками и смолами. Усовершенствованные теплоэлектровозы Британских железных дорог также оборудованы тяговыми электродвигателями, имеющими стеклопластиковую бандажировку якорей [16].
При усовершенствовании электрических передач тепловозов на железных дорогах США для повышения надежности электрооборудования было внесено несколько существенных изменений в конструкцию тяговых двигателей и других элементов электропередачи [17]. Конструкция обмоток возбуждения главного генератора, например, была улучшена дополнительными алюминиевыми пазовыми клиньями между каждой секцией обмоток и амортизирующими прокладками на основе кремний-органического полистирола. Такая конструкция позволила пропускать через обмотки более высокие токи, поскольку новая изоляция способна выдержать повышенный перегрев.
До 40-х годов при конструировании щеток основное внимание уделялось их прочности, коммутационным свойствам, а также обеспечению щеток прочными токоведущими проводами [17]. Однако повышение скоростей движения локомотивов потребовало увеличения мощностей двигателей за счет повышения окружных скоростей вращения коллекторов и плотности тока. Поэтому сплошные щетки стали малопригодными. Для этих условий создана и применяется новая конструкция щеток с соответствующими щеткодержателями. Для генераторов созданы разрезные щетки, состоящие из трех частей. Они изготовлены из высокопрочного материала. Повышение прочности достигается за счет обработки материала соответствующими синтетическими смолами.
В зависимости от условий работы применяется различный материал. При тяжелых условиях (с возможностью появления кругового огня, потемнения пластин коллектора или их подгаров) применяются щетки с менее плотной структурой, не пропитанные смолами, но имеющие более короткий срок службы. Износ щеток составляет 0,13— 0,05 мм на каждые 1000 км пробега для пассажирских локомотивов и 0,15—0,1 мм — для грузовых.
Для тяговых двигателей применяются электрографитовые щетки, разрезные, снабженные токоведущим проводом. Материал пропитан синтетическими смолами. Применяемые смолы не должны плавиться, разлагаться и образовывать нагар на поверхности коллектора при температуре до 2000° С. В 1947 г. разработаны и запатентованы многослойные щетки. Щеткодержатели обычно отливаются из бронзы или штампуются из сплава алюминия с бронзой или из высокопрочной латуни.