Узел скользящего электрического контакта

 

УЗЕЛ СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, содержащий торцовый коллектор, с которым взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности и долговечности узла путем улучшения скользящего контакта, на поверхности щетки,«которой щетка центробежной силой прижимается к поверхности щеткодержателя , выполнен выступ, продольная ось которого расположена в плоскости, которая проходит через центр массы щетки параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота hg выступа определена из условия g :j(i-r-, где h - высота щетки и 0 Ш угол в радианах наибольшей возможной сл непараллельности упомянутьтх взаимодействующих поверхностей щетки и щеткодержателя. СХ5 СП) 4 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ИЯ) (1I)

488 А

>so H 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ - -- " -

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и oTHpblTMA (21) 3515128/24-07 (22) 29.11.82 (46) 15.04.84. Бюл. У 14 (72) Г.A. Черменский (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (53) 621.3.047(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство НРБ

В 15853, кл. Н 01 R 39/00, 1977.

2. Электродвигатель ПМ5-ЗМУ. Инструкция по эксплуатации и ремонту.

ОБН. 460.093. M., Внешторгиздат, 1978 (прототип). (54)(57) УЗЕЛ СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, содержащий торцовый коллектор, с которым взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения надежности и долговечности узла путем улучшения скользящего контакта, на поверхности щетки,екоторой щетка центробежной силой прижимается к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ, продольная ось которого расположена в плоскости, которая проходит через центр массы щетки параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота lj выступа определена из условия Ъ вЂ” где Ь вЂ” высота щетки и а(—

Ъ угол в радианах наибольшей возможной непараллельности упомянутых взаимодействующих поверхностей щетки и щеткодержателя.

1 1086

Изобретение относится к электротехнике, в частности к созданию узлов скользящего электрического контакта, и может быть использовано в электрических машинах с вращающимся щеточным аппаратом.

Известен узел скользящего электрического контакта, содержащий коллектор торцового типа, вращающийся щеточный аппарат, закрепленный íà 0 вращающемся индукторе электрической машины и включающий щетку, установленную в подвижном щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору. Щеткодержатели закреплены посредством упругих элементов, допускающих их некоторое упругое смещение в аксиальном направлении. В устройстве при достаточно большой центробежной силе, вызывающей заклинивание щ0 щетки в щеткодержателе, происходит дополнительное поджатие щеток к коллектору за счет различия в тепловом удлинении якоря и индуктора. Благодаря дополнительному поджатию за счет упругих элементов щеткодержателя улучшаются условия работы и качество скользящего контакта,, что по. вышает его надежность 11 1.

Однако данная конструкция характеризуется неудовлетворительным электрическим контактом между вращающимися щеткой и коллектором в режимах, когда взаимное тепловое смещение якоря и индуктора недостаточно: в начале работы, при малых нагрузках или после кратковременных остановок. В этом случае щетка, защемленная центробежной силой в щеткодержателе, оказывается лишенной упругого поджатия к коллектору, что не позволяет ей следовать за неровностью поверхности последнего, а это приводит к нарушению рассматриваеМого контакта и, соответственно, снижению его надежности.

Известен также узел скользящего электрического контакта, содержащий коллектор торцового типа, вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижнмающую щетку к коллектору. Щеткодержатели этого узла закреплены жестко без упругих элементов (2 ).

В этом устройстве для нейтрализации действия центробежных сил увеличи вают давление на щетку поджимающей пружиной. Такая конструкция обеспе488 2 чивает необходимое прилегание щетки к коллектору в процессе работы. Но при этом увеличенное давление на щетку увеличивает силы трения между щеткой и коллектором, что приводит к росту нагрева контакта, ускорению износа трущихся поверхностей, росту механических потерь. Кроме того, износ щетки и коллектора сопровождается интенсивным выделением токопроводящей пыпи, создающей на изоляции электрической машины токопроводящие мостики, снижающие качество изоляции и надежность машины.

Целью изобретения является увеличение надежности и долговечности узла путем улучшения скользящего контакта.

Поставленная цель достигается тем, что в узле скользящего электрического контакта, содержащем торцовый коллектор, с которым взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору, на поверхности щетки, которой щетка центробежной силой прижимается к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ, продольная ось которого расположена в плоскости, которая проходит через центр массы щетки параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота Ь б выступа определена из условия

Ь g >y с где 4 ф высота щетки и К вЂ” угол в радианах наибольшей возможной непараллельности упомянутых взаимодействующих поверхностей щетки и щеткодержателя.

Приведенное выражение получено из геометрических соотношений, при которых касание щетки и щеткодержателя при возможной непараллельности их плоскостей происходит только в пределах плоскости выступа. Это уменьшает плечо действия центробежной силы на щетку, стремящейся оторвать последнюю от коллектора и нарушить электрический контакт. Осуществляемое таким образом улучшение электрического контакта достигается без увеличения давления на щетку, сопровождающегося отрицательными последствиями, укаэанными в характеристике прототипа, что, в конечном итоге, увеличивает надежность и долговечность узла в целом.

На фиг. 1 изображен узел скользящего электрического контакта, аксо3 10864 ! нометрия; на фиг. 2 — то же, в плоском иэображении.

Узел скользящего электрического контакта содержит торцовый коллектор 1, с которым взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку 2, расположенную в щеткодержателе 3 и пружину 4, прижимающую щетку 2 к коллектору 1. На поверхности щетки 2., которая расположена в 10 направлении действия центробежной силы, прижимающей щетку к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ 5, равный по длине ширине самой щетки, а в аксиальном направлении — величина cl, которая определяется наименьшей допускаемой прочностью материала выступа или щетки. Продольная ось выступа 5 расположена в плоскости, которая проходит через центр мас- 2р сы щетки 2 параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота Ь выступа определена из вышеука8 эанного условия. упомянутый выступ 5 может быть 25 выполнен и не иэ материала щетки 2 заодно с ней, а как вставка или накладка из другого материала (например фторопласта), закрепленная любым известным способом на поверхности щетки (на фиг. 1 и 2 показано пунктиром).

Устройство работает следующим образом.

В неподвижном положении щетка 2 прижимается к коллектору 1 с усилием Fд пружиной 4. Реакция коллектора 1 на щетку 2 условно представлена двумя силамн - F (верхней кромки) и Сн(нижней кромки). При вращении иидуктора, на котором расположен

40 щеточиый аппарат, появляются центробежные силы, равнодействие которых приложено к центру масс щетки 2 и прижимает последнюю к верхней (на фиг. 1 и 21плоскости щеткодержателя 3

Иэ-за неизбежной непараллельности верхних плоскостей прилегания щетки

2 и щеткодержателя 3 их касание происходит по выступающим кромкам (на фиг. 1, 2) - по правой кромке выступа 5). По этой кромке к щетке 2 приложена сила реакции щеткодержателя

Вц, раВная по величине Г4. Из фиг. 2 вйдно, что сила F создает момент

ct а

М -F — =F

8 4 2 М 2 стремящийся повернуть щетку (в данном случае по часовой стрелке). В предель88 4 ном случае, при повороте щетки 2 верхняя ее кромка открывается от коллектора 1, что ведет к нарушению контакта по плоскости. При этом, очевидно Рн = Ея . Относительно линии действия силы пружины F (в правильно спроектированном узле эта линия проходит через центр масс щетки) сила FH создает момент

М&2. Рн d-- Fnd где д — расстояние между линией действия ЕП и нижней плос" костью щетки.

При отрыве одной из кромок щетки 2 от коллектора 1 моменты сил F и F4 равны, откуда вытекает, что а

4 23

Если выступ отсутствует (ц = Ь ), то касание плоскостей щеткодержателя и щетки происходит по крайней кромке последней. В этом случае

h 2d где 11 " высота щетки.

Иэ сравнения двух последних равенств вытекает, что при наличии.выступа сила давления пружины в .— .%

pas меньше, чем без выступа при одинаковых

Или же другое — при одинаковых F отрыв одной из кромок щетки от коллектора с выступом происходит IIpH

F4 в — раз большей, чем без выh ступа.

Чем меньше размер ot у выступа, тем больше ослабляется влияние центробежных сил. Но по условию прочности материала щетки или выступа долж" но быть

Г

4 сL j где ($с ) — допустимое напряжение сжатия материала щетки или выступа (берется наименьшее); с — длина выступа (ширина щетки).

По сравнению с известным устройством предлагаемая конструкция позволяет при одинаковом давлении пружины на щетку сохранить удовлетворительную работоспособность скользящего контакта при больших, по крайней мере в 1,5-2,0 раза, частотах вращения электрической машины; при одинаковых частотах вращения получить

% 1086488 удовлетворительную работу скользящего контакта при давлении пружины в 2»2,5 раза меньше, чем приблизитель. но в таком же отношении снижает износ трущихся поверхностей щетки и коллек тора.

Составитель N, Кузнецова

Редактор M. Товтин Техред Т.Фанта

Корректор В. Синицкая

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Заказ 2261/49 Тираж 591

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5