Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

Изобретение относится к конструированию электрических машин. Цель изобретения - повышение надежности контактирования ламелей с щетками Концевые части пружинящих ламелей 5 схвачет им ЗЕЛ роваретеости Конвачены с зазором выступами 7 и 8 втулки 2 и шайбы 4 корпуса коллектора, кольцевые участки 6 которых выходят на дорожку скольжения Конструкция коллектора обеспечивает превышение усилий нажатий на щетки 9 над возмущающими усилиями, действующими на щетки со стороны пружинящих ламелей 5, что обусловливает безотрывное контактирование щеток с кольцевыми участками 6 из изоляционного материала и одновременно стабильное контактирование щеток с пружинящими ламелями 5. В процессе вращения коллектора щетки остаются практически неподвижными в колодцах щеткодержателей, а ламели набегают под щетки. При этом средние части пружинящих ламелей. контактирующие с щетками, деформируются и смещаются к оси вращения коллектора, что обеспечивает заданные усилия контактирования ламелей с щетками. 2 ил. Т . v /,,.-. л/, , , . / fe А, k сл VI

СОЮЗ COBETCKVIX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 Н 01 R 39/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2(21) 4292979/07 (22) 03.08.87 (46) 30.01.91. Бюл. ¹ 4 (71) Томский политехнический институт им.

С.М. Кирова (72) С.И,Качин (53) 621.3.047 (088.8) (56) Патент ФРГ ¹ 897203. кл. 21 d 59, 1954.

Патент ФРГ ¹ 925661, кл. 21 d 59, 1954.

Авторское свидетельство СССР

¹1541695,,кл. Н 01 R .39/04, 1987. (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫИ УЗЕЛ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к конструированию электрических машин, Цель изобретения — повышение надежности контактирования ламелей с щетками. Концевые части пружинящих ламелей 5 схвачеЯ3 1624571 A l ны с зазором выступами 7 и 8 втулки 2 и шайбы 4 корпуса коллектора, кольцевые участки б которых выходят на дорожку скольжения. Конструкция коллектора обеспечивает превышение усилий нажатий на щетки 9 над возмущающими усилиями, действующими на щетки со стороны пружинящих лам елей 5, что обусловливает безотрывное контактирование щеток с кольцевыми участками б из изоляционного материала и одновременно стабильное контактирование щеток с пружинящими ламелями 5. В процессе вращения коллектора щетки остаются практически неподвижными в колодцах щеткодержателей, а ламели набегают под щетки. При этом средние части пружинящих ламелей, контактирующие с щетками, деформируются и смещаются к оси вращения коллектора, что обеспечивает заданные усилия контактирования ламелей с щетками. 2 ил.

1624571

50 указанных ламелей 5

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструированию электрических машин, Целью изобретения является повышение надежности контактирования ламелей со щетками, На фиг.1 изображен коллектор, общий вид; на фиг.2 — щеточно-коллекторный узел, общий вид.

Коллектор состоит иэ втулки 1 с фланцем 2. Во фланце 2 равномерно по окружности запрессованы элементы 3 токоподвода.

На свободном конце втулки 1 размещена шайба 4, в отверстия которой входят концы элементов 3 токоподвода. На указанных элементах 3 токоподвода между фланцем 2 и шайбой 4 посажены с зазором ламели 5 в виде витых цилиндрических пружин сжатия.

Концы ламелей 5 упираются в поверхности, наклоненные друг к другу под углом 90О, а сами ламели 5 находятся в крайних точках на периферии коллектора. Длина ламелей 5 больше осевого размера щеток, что обеспечивает электрический контакт концов ламелей 5 с элементами 3 токоподвода при смещении средних участков ламелей 5, а также исключает контактирование щеток с малоподвижными концами ламелей 5, упирающимися в корпус.

Дорожка скольжения коллектора образована кольцевыми участками 6 выступов 7 и 8 втулки 1 и шайбы 4, охватывающих с зазором малоподвижные концевые части ламелей 5, а также внешними новехностями средних участков ламелей 5, расположенных между кольцевыми участками 6.

Втулка 1 с фланцем 2 и шайба 4 изготовлены из пластмассы, элементы 3 токоподвода выполнены из латунного прутка, а ламели

5 — из бронзовой проволоки.

Щеточно-коллекторный узел работает следующим образом.

За счет предварительного сжатия ламелей 5 при сборке коллектора концы указанных ламелей 5 упираются в поверхности фланца 2 и шайбы 4, наклоненные друг к другу под углом 90", При этом возникают радиальные составляющие сил реакций опорных поверхностей, выталкивающие ламели 5 на периферию коллектора. При установке в щеткодержатели щеток 9 (фиг,2) последние под действием сил нажатия сначала давят на кольцевые участки 6 выступов

7 и 8 втулки 1 и шайбы 4. При вращении коллектора от дополнительного привода происходит изнашивание боковых участков щеток 9, контактирующих с кольцевыми участками 6. При этом средние части щеток 9 постепенно продвигаются в сторону ламелей 5 вплоть до соприкосновения с послед10

40 ними. После этого возможно самостоятельное вращение якоря электрической машины. Продолжающаяся притирка щеток 9 сопровождается продвижением средних частей щеток 9 в сторону ламелей 5, что приводит к деформации средних частей ламелей 5 и их смещению к оси вращения коллектора, При этом возрастают усилия, действующие на средние части щеток 9 со стороны деформированных ламелей 5, что приводит к увеличению интенсивности изнашивания средних частей щеток 9. При выравнивании интенсивностей изнашивания боковых участков щеток 9 и их средних частей процесс притирки щеток 9 прекращается.

Для ускорения притирки щеток 9 и исключения необходимости в дополнительном приводе возможно предварительное формирование профилей контактных поверхностей щеток 9, обеспечивающих контактирование последних с ламелями 5 в момент установки щеток 9 в щеткодержатели, В установившемся режиме работы предложен ного коллекторно-щеточного узла усилия нажатия на щетки 9 уравновешиваются силами реакций со стороны кольцевых участков 6 и деформированных ламелей 5. При этом силы реакций деформированных ламелей 5 обеспечивают заданные контактные давления между щетками 9 и ламелями 5, а силы реакций со стороны кольцевых участков 6 больше возможных максимальных возмущений усилий со стороны ламелей 5, появляющихся в процессе работы электрической машины.

В результате при воздействии возмущающих усилий со стороны ламелей 5 на щетки

9 происходит микроперемещение последних в пределах упругих деформаций контактных эон боковых участков щеток 9 и кольцевых участков 6 до тех пор, пока силы реакций со стороны кольцевых участков 6 не уменьшатся на величины, при которых усилия нажатия на щетки 9 уравновешиваются силами реакций со стороны кольцевых участков 6 и деформированных ламелей 5, а также возмущающими усилиями со стороны

Следовательно, даже при значительных возмущающих усилиях со стороны ламелей

5 щетки 9 продолжают контактировать с кольцевыми участками 6, а перемещения щеток 9 относительно кольцевых участков 6 во много раз меньше, чем перемещения ламелей 5 относительно корпуса коллектора в процессе их вхождения под укаэанные щетки 9. Поэтому микроперемещения щеток 9 в сторону от дорожки скольжения сопровож1Г)24571

10

25

55 даются соответствующими перемещениями ламелей 5, контактирующих со щетками 9, в ту же самую сторону, что обеспечивает сохранение устойчивого контакта между ними при значительных изменениях усилий, действующих на щетки 9 со стороны ламелей 5.

Поскольку интенсивность изнашивания боковых участков щеток 9 в установившемся режиме работы коллекторно-щеточного узла определяется силами взаимодействия щеток 9 с коническими поверхностями 6 и коэффициентом взаимного трения этих элементов, то целесообразно увеличивать указанные силы взаимодействия при одновременном уменьшении коэффициента трения, Это позволяет сохранять устойчивое контактирование щеток 9 с ламелями 5 при более высоких возмущающих усилиях.

Снижение коэффициента трения щеток

9 по кольцевым участкам 6 достигается подбором пластмассы для изготовления деталей корпуса коллектора и качеством обработки указанных поверхностей 6, а также выполнением кольцевых участков корпуса коллектора, контактирующих со щетками

9, из специальных изоляционных материалов, отличных от материала корпуса, путем введения соответствующих вставок в состав коллектора или других мер, Сами же кольцевые участки из изоляционного материала могут иметь не только коническую, но и другую форму, Таким образом, в предложенном коллекторе обеспечивается надежное контактирование ламелей сО щетками без применения специальных систем щеткодержателей.

Работоспособность предложенного коллектора будет сохраняться при длительной эксплуатации, если при этом будет обеспечиваться упругое контактирование ламелей со щетками в любой момент времени. Это возможно, если уровень рабочей контактной поверхности щетки удален от оси вращения не дальше, чем самая западающая ламель, и не ближе, чем полностью сдеформированная в радиальном направлении наиболее выступающая ламель.

Это достигается в предложенном коллекторе соответствующим выбором жесткости ламелей, нажатия на щетку и других параметров.

При изменении интенсивности изнашивания рабочих и нерабочих участков щеток вследствие каких-либо причин происходит такое перераспределение силы между ламелями и кольцевыми участками, что достигается новое устойчивое состояние работы коллекторно-щеточного узла при сохранении упругого контактирования ламелей со щетками. Поэтому зависание щеток над ламелями или, наоборот, предельное деформирование ламелей при правильном проектировании предложенного коллектора полностью исключается.

Максимальная длина рабочего участка щетки выбирается исходя из допустимой плотности тока в контакте, Длина ламелей должна быть больше длины рабочего участка щетки, так как в противном случае в процессе эксплуатации щетка упирается в неподвижные элементы токоподвода, что делает коллекторно-щеточный узел неработоспособным. Длина концевых частей ламелей может быть различной и ограничивается, в основном, допустимыми габаритами коллектора.

Ламели могут быть охвачены и в средней части дополнительными элементами корпуса, например, в виде диска, установленными на втулку 1 и имеющими отверстия для свободного прохождения ламелей, Толщина диска и, соответственно, длина ламели, охваченной диском, при этом определяется необходимой жесткостью и прочностью и не влияет на работоспособность коллектора. а определяет лишь его габариты.

Выступы 7 и 8 фланца 2 и шайбы 4 кол. лектора могут быть также выполнены в виде отдельных дополнительных элементов, посаженных на фланец 2 и шайбу 4. Кольцевые выступы должны быть изоляционными в противному случае будет происходить замыкание разнополярных щеток, контактирующих с данными кольцевыми выступами.

При работе с предложенным коллектором используются щетки обычной конструкции, у которых формируются специальные профили контактной поверхности.

Кольцевыми изоляционными участками на фиг.1 являются конические поверхности

6 выступов 7 и 8.

Стабильность электрических свойств скользящего контакта, достигаемая при использовании данной конструкции коллектора, позволяет повысить коммутационную устойчивость электрической машины, снизить электроэррозионный износ контактных элементов, повысить надежность и ресурс работы коллекторно-щеточного узла и электрической машины в целом.

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий составной корпус, выполненный из изоляционного материала, на котором установлены ламели, 1624571

° °

Составитель B.×åðíoâà

Редактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 196 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 выполненные в виде пружин, щетки. о т л ич а е шийся тем, что. с целью повышения надежности контактирования ламелей со щетками, составные части корпуса снабжены выступами, охватывающими с зазором нерабочие части ламелей, причем на внешних поверхностях выступов выполнены кольцевые участки, которые взаимодействуют с нерабочими поверхностями щеток.