Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к сильноточным высокоскоростным коллекторным электрическим машинам с тяжелыми условиями коммутации. Цель изобретения - повышение надежности работы щеточно-коллекторного узла и увеличение стабильности скользящего контакта. Стенки обоймы, перпендикулярные оси вращения коллектора, образованы полюсами магнита 6, 7, и магнитные силовые линии поля пронизывают тело щетки в аксиальном направлении. Рабочий ток в щетке, перпендикулярный магнитным силовым линиям, взаимодействуя с этим полем, прижимает щетку ее задней лицевой гранью к стенке обоймы, параллельной оси коллектора 2. При этом устраняются тангенциальные колебания щетки с сохранением низкого значения силы трения щетки об элементы щеткодержателя. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 R 39/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0, «4

Ы (21) 4676709/07 (22) 11.04.88 (46) 30.07.91. Бюл, ¹ 28 (71) Томский политехнический институт им.

С,М.Кирова (72) Р.Ф.Бекишев, С.И.Качин и P,Х.Сайфутдинов (53) 621.313.047.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1163402, кл, Н 01 R 39/40, 1985.

Патент ФРГ ¹ 1488671, кл. 21 d-б5, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 1376159, кл. Н 01 R 39/40, 1985. (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к сильноЫ3, 1667182 А1 точным высокоскоростным электрическим машинам с тяжелыми условиями коммутации. Цель изобретения — повышение надежности работы щеточно-коллекторного узла и увели ение стабильности скользящего контакта. Стенки обоймы, перпендикулярные оси вращения коллектора, образованы полюсами магнита 6, 7, и магнитные силовые линии поля пронизывают тело щетки в аксиальном направлении. Рабочий ток в щетке, перпендикулярный магнитным силовым линиям, взаимодействуя с этим полем, прижимает, щетку ее задней лицевой. гранью к стенке обоймы, параллельной оси коллектора 2, При этом устраняются тангенциальные колебания щетки с сохранением низкого значения силы трения щетки об элементы щеткодержателя. 3 ил, 1667182

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к низковольтным сильноточным коллекторным электрическим машинам.

Целью изобретения является повышение надежности работы и увеличение стабильности, На фиг.1 показан общий вид предлагаемого щеточно-коллекторного узла; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг,3 — вид устройства с угловым разрезом щетки и обоймы щеткодержателя.

На фиг.1-3 не.показан нажимной эле, мент, прижимающий щетку к коллектору, l его воздействие на щетку условно изображено в виде силы Р. Кроме того, обозначены

l — рабочи";  — индукция поля, создаваемого магнитом; F — сила магнитоэлектрического прижима щетки к стенке обоймы; Т вЂ” сила трения ще ки и коллектор;

l Ч вЂ” скорость вращения коллектора; К, S— !, северная и южная полярность полюсов маг,, нита соответственно.

На фиг,1 изображен коллектор 1 с пе тушковой частью 2, направление вращения которого со стороны петушковой части по часовой стрелке, Щетка 3 является анодной для двигателя (катодной для генератора). В

, данном примере магнит выполнен в виде электромагнита постоянного тока с магнитопроводом 4, обмоткой 5, северным 6 и южным 7 полюсами, Полюса 6, 7 обра зуют стенки обоймы, перпендикулярные

, оси вращения коллектора 1, причем се верный полюс 6 расположен со стороны петушковой части коллектора в соответствии с направлением вращения коллектора и полярностью щетки. Стенки 8 и 9, обоймы, параллельные оси вращения выполнены из немагнитнога материала, например латуни. Каждая из них неподвижно прикреплена к обоим полюсам 6 и 7, например клеем. Таким образом, полюса 6, 7 и стенки 8,9 образуют обойму щеткодержате ля, в которую щетка 3 вставлена с зазором, необходимым для исключения заклинива.ния щетки в обойме щеткодержателя.

П редлагаемый щеточно-коллекторный узел работает следующим образом.

Н ажимной элемент щеткодержателя (не показан) прижимает щетку 3 к поверхности коллектора I с силой Р, создавая тем самым необходимый электрический контакт щетки

3 с коллектором 1. При вращении коллектора 1 по часовой стрелке, если смотреть со стороны петушковой части 2, в скользящем контакте щетка-коллектор возникает сила трения Т, направленная по касательной к рабочей поверхности коллектора 1 и перпендикулярная радиальной оси щетки 3. Поскольку сила Т направлена в сторону вращения коллектора, а значит и в сторону сбегающего края щетки, она стремится опрокинуть щетку 3 на ее набегающий край

5 относительно оси, совпадающей с ребром

10 сбегающей стенки 8 обоймы щеткодержателя. Так как сила трения Т имеет скачкообразный характер изменения своей величины, щетка 3 совершает тангенциаль10 ные колебания со сложным законом движения, в пределах зазоров между щеткой 3 и стенками 8, 9 обоймы щеткодержателя.

При этом стабильность скользящего контакта ухудшается. Однако при отсутствии

15 тока в щетке это нарушение стабильности контакта не ухудшает функционирование машины, поскольку процесс на холостом ходу невозможен и невозможно образование искрения под щеткой, 20 При включении машины на рабочий режим по щетке 3 протекает ток I в нап равлении к коллектору 1. Одновременно с этим или заранее обмотка 5 электромагнита должна быть подключена к источнику электро25 питания так, чтобы полюс 6 электромагнита имел северную, а полюс 7 южную полярность, При этом, поскольку стенки 8, 9 выполнены из немагнитного материала, линии магнитной индукции В от полюсов 6, 7 эа30 мыкаются в основном через тело щетки 3.

Поскольку щетка 3 представляет собой проводник с током I, помещенный в магнитное поле с индукцией В, то на щетку действует суммарная магнитоэлектрическая сила F, 35 направление которой определяется по правилу "левой руки", прижимающая щетку 3 к сбегающей стенке 8 обоймы щеткодержателя. Суммарная сила F, является сосредоточенной силой. Она эквивалентна

40 действительной силе, равномерно распределенной по всему объему той части щетки

3, которая находится внутри обоймы щеткодержателя и пересекается с силовыми линиями магнитного паля от полюсов 6, 7.

45 Поэтому сила F всегда приложена к середине радиального размера той части щетки 3, которая находится внутри обоймы. Это соответствие выполняется независимо от износа щетки 3, как и в прототипе. Поскольку

50 силы F и Т действуют на щетку 3 в одном направлении, щетка 3 оказывается прижата к стенке 8. При этом сила Т опрокидывает щетку 3, а сила Р восстанавливает ее положение относительно ребра 10, Для того, 55 чтобы щетка 3 не опрокидывалась на набегающий край и не совершала тангенциальных колебаний относительно ребра 10, крутящий момент восстанавливающей силц должен быть больше опракидыващего момента силы Т при максимальном значении

1667182 коэффициента трения щетки 3 о коллектор 1.

В предлагаемой конструкции щетка 3 прижимается к стенке 8 магнитоэлектрической силой F, т.е. бесконтактно. Поэтому 5 щетка 3 имеет только одну поверхность соприкосновения с щеткодержателем, а именно по внутренней поверхности стенки 8. Со стенкой 9 щетка 3 и ри работе электрической машины не контактирует ввиду наличия за- 10 зора между ними, о котором указывалось выше. Таким образом, щетка 3 контактирует с обоймой щеткодержателя только по одной поверхности, что уменьшает силу трения щетки 3 о щеткодержатель, повыша- 15 ет ее динамические свойства, улучшает стабильность скользящего контакта, а значит снижает искрение и износ контактных поверхностей щетки 3 и коллектора 1.

Вектор Т всегда сонаправлен с векто- 20 ром V в силу физических законов возникновения силы трения. Сила F также всегда должна быть сонаправлена с силой Т для взаимной компенсации крутящих моментов. Таким образом, в предлагаемой 25 конструкции векторы Ч, Т, F всегда сонаправлены.

В предлагаемой конструкции прижим щетки к стенке обоймы щеткодержателя для устранения тангенциальных колебаний осу- 30 ществлен бесконтактным магнитоэлектрическим устройством в отличие от прототипа, где прижим механический и существуют две поверхности трения щетки о щеткодержа35 тель: щетка-стенка обоймы и щетка — ролик прижимного рычага. Поэтому в предлагаемой конструкции, где существует только одна поверхность трения щетки, а именно о стенку обоймы, повышается стабильность скользящего контакта при работе электрической машины по сравнению с прототипом за счет уменьшения суммарной силы трения щетки об элементы щеткодержателя. При этом в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом уменьшается искрение под щеткой, электроэрозионный износ контактных поверхностей щетки и коллектора, а значит повышается долговечность электрической машины.

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор и щеткодержатель, в обойме которого расположена щетка, нажимное устройство, прижимающее щетку к коллектору, а стенки обоймы, параллельные оси вращения коллектора, выполнены из немагнитного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и увеличения стабильности, стенки обоймы щеткоде ржателя, перпендикулярные оси вращения коллектора, выполнены в виде разнополярных полюсов, соединенных магнитопроводом, а полярность полюсов определена из условия совпадения направлений сил трения и электромагнитной, действующих на щетку, 1667182

Составитель В. Волков

Редактор О, Спесивых Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Заказ 2530 Тираж 326 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101