Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение ресурса щетомно-коллекторного узла за счет обеспечения постоянства среднего удельного нажатия на диск независи- v мо от степени его износа. 1 |етоиноколлекторный узел содержит коллектор 1, установленную в щеткодержателе щетку, выполненную в виде отделенных друг от друга дисков 3, расположенных на оси 4, консольно жестко закрепленной в щеткодержателе и перпендикулярной продольной оси коллектора 2, с возможностью поворота вокруг своей оси 4 под действием по крайней мере одной нажимной спиральной пружины 6, прижимающей поверхности вырезов дисков к коллектору с помощью планки 7 и снабженной токоподводами 8. Осевое отверстие в каждом диске смещение на расстояние х от его геометрического центра 5 в сторону точки приложения нажимной пружины 6 и выбраног; из математического вражения, приведенного в описании изобретения. 2 ил. о « с/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g H 01 R 39/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЕ4 И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4727940/07 (22) 08.08.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий (72) Б.А.Глускин, Е.C.Êèíððàò, P.А.Глускин, И.k).Åðåìèíà и В.А.Камышников (53) 621.3.047(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 11323 17, кл. H 01 R 39/24, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М" 1145392, кл. Н 01 R 39/24, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М" 1251218, кл. H 01 R 39/24, 1985.

Авторское свидетельство СССР

1541696, кл. H 01 R 39/24, 1990. (54) НЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫИ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение ресурса щеточно-коллекторногo узла за счет

„„SU„„1705930 А 1

2 обеспечения постоянства среднего удельного нажатия на диск независимо от степени его износа, Щето ноколлекторный узел содержит коллектор

1, установленную в щеткодержателе щетку, выполненную в вире отлеленных друг от друга рисков 3, расположенных на оси 4, консольно жестко закрепленной в щеткодержателе и перпендикулярной продольной оси коллектора 2, с возможностью поворота вокруг своей оси 4 под действием по крайней мере одной нажимной спиральной пружины 6, прижимающей поверх" ности вырезов дискон к коллектору с помощью планки 7 и снабженной токоподводами 8. Осевое отверстие в ® кажлом диске смещенно на расстояние х от его геометрического центра 5 в сторону точки приложения нажимной пружины 6 и выбрано ; из математического вражения, приведенного в описании изобретения. 2 ил .

1705930

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании щетпчно-коллекторных узлов электрических машин.

Цель изобретения — увеличение ресурса за счет обеспечения постоянства удельного нажатия диска на коллектор независимо от степени износа диска.

На фиг ° 1 показаны диск и коллектор (пунктиром показана изнашиваемая при работе часть лиска), на фиг.2 - щеточный узел, разрез, Щеточно-коллекторный узел электрической машины содержит коллектор 1 с осью 2 коллектора, диск щетки 3 с осевым отерстием 4 с центром 5 в точке О, радиус диска R.

Отверстие 4 выполнено со смещением от его геометрического центра

5 на расстояние x (AO ). 0cb диска перпендикулярна оси коллектора 2 и находится от него на расстоянии Ь, спиральная пружина 6 одним концом закреплена на оси 4, другим - на середине планки 7. Контактная поверхность щетки я течение всего времени ее работы заключена между окружностями - поверхностью диска радиуса R с центром О (сплошная линия) и окружностью с центром О радиуса b (пунктирная линия). Поэтому ширина ее во время работы щетки непрерывно уменьшается от величины R h+x до величины R-b-х пропорционально уменьшению нажимногo усилия пружины от величины Ro pn величины R», (на чертеже показано уменьшение в 2 раза), На фиг. 2 представлены четыре лиска 3, расположенных на оси 4, с возможностью поворота вокруг оси 4 под действием спиральной пружины 6, которая одним концом закреплена на оси 4, а другим - на середине планки

7, закрепленной на дисках, с помощьа которой сила нажатия пружины 6 передается íà все диски 3. Токоподвод осуществляется с помощью токоведущих проводов R, соединенных с дисками любым известным способом.

Возможен вариант конструкции, в котором диски расположены на втулке, которая поворачивается вокруг оси под действием пружины, одним концом закрепленной на втулке, а другим - на оси, помещенно" в прорези средней части втулки. В этом случае планка 7 не нужна °

30 неточно-коллекторный узел работает следующим образом.

Диски 3, отверстие я которых смещено на расстояние х от их геометрического центра, надеваются íà ocb 4, расположенную перпендикулярно продольной оси 2 коллектора 1. !иски устанавливаются на оси таким образом, что поверхность выреза с большим расстоянием от отверстия до окружности (равным К-h+x) > касается коллектора, с противоположной стороны на каждом диске закрепляется планка, к середине которой приложено давление нажимной пружины.

Благодаря асимметрии расположения осевого отверстия площадь контактной поверхности, равная в начальный момент работы риска S = (Н-h+x)а, в процессе изнашивания диска непрерывно уменьшаетсн до величины S „ = (R-h-x)а таким образом, что это уменьшение пропорционально уменьшению силы нажатия пружины на риск.

При этом удельное нажатие на диск сохраняется постоянным:

Ро Р»;

P = —, = = Р = const о g Б к Ц

5

Сущность предлагаемого технического решения заключается в обеспечении постоянства удельного нажатия (давления) на диск независимо от степени его износа, которое достигается с помощью выполнения осевого отверстия в диске смещенным на определенное расстояние от его геометрического центра вдоль прямой 004, проходящей через геометрический центр диска параллельно линии выреза риска я сторону нерабочего конца диска. Асимметричное расположение осевого отверстия обеспечивает непрерывное уменьшение площади сечения контактирующей с коллектором части диска по мере его изнашивания, которое соответствует ослаблению нажимного усилия пружины, Расстояние от осевого отверстия до геометрического центра диска определяется из условия пропорциональности уменьшения площади контактной зоны диска ослаблению силы нажатия пружины по мере изнашивания диска.

Известно, что контактное сопротивление, и, следовательно, переходное . падение напряжения функционально связаны с величиной удельного нажатия (давления) щетки на коллектор, воз1705930

Рк 8х или о о

Р к (R-Ь-х) P К-b+x о

Рк

Ро (R-b) = (R-b) +1 к,(4) 2

400 г/см (гПа), Р Ро 800 г

Яо Sо 2 см

55 растают при его ослаблении и уменьшаются при усилении. Известно также, что по мере изнашивания щетки сила нажатия пружины ослабевает, уменьшается и удельное нажатие, т.к. у обычной дисковой щетки площадь сечения постоянна. С уменьшением удельного нажатия на щетку усиливаются вибрации, т.е. увеличивается. механическая сос тавляющая износа щетки. При этом возникают частичные отрывы щетки от коллектора и искрение на сбегающем крае щетки. При значительном ослаблении удельного нажатия возможен полный отрыв щетки от коллектора и появление дугового разряда.

Таким образом, при ослаблении удельного нажатия ухудшается коммутация, растет перегрев щетки и коллектора, увеличивается как электрическая, так и механическая составляющие износа щетки. Отсюда следует необходимость предотвращения ослабления удельного нажатия щетки по 25 мере ее износа для уменьшения скорости изнашивания щетки и увеличения ее ресурса.

В прототипе (у диска с несмещенным отверстием) ширина контактной 30 эоны постоянна в течение всего времени работы и равна R†- Ь, где R — радиус диска, Ь вЂ” расстояние от оси коллектора. Толщина диска а также постоянна.

Площадь сечения иэнашиваемой рабочейй части дис ка (площад ь конта кт— ной эоны) в начале работы So и в конце работы Sg у прототипа также одиВк 8о (" Ь)а (1) 40 в то время:ак нажатие Ilo мере изнашивания диска уменьшается, т.е. и удельное нажатие уменьшается во столько же раз:

Ро Рк 45 ц о s, 33 <<

Иэ формулы (! ) следует, что можно достигнуть постоянства удельного нажатия, сделав либо радиус, либо толщину диска переменными и уменьшающимися пропорционально уменьшению нажатия, т.е.

=Рк (2) или " b Р" . (3) ао Ро Ro b Po

Постоянства удельного нажатия можно добиться также смещением осевого отверстия диска на определенное расстояние х от его геометрического центра вдоль прямой ОО, проходящей через геометрический центр диска, параллельно линии выреза диска в сторону нерабочего конца щетки. При этом ось, на которой устанавливается, диск, остается на прежнем расстоянии

Ь от коллектора . Тогда диск сдвигается на расстояние х по направлению к коллектору и площадь сечения рабочей части диска по мере его изнашивания постепенно уменьшается с (R-b+x)а до (R-Ü-х)а.

Для того чтобы удельное нажатие сохранилось постоянным в течение всего периода работы щетки, должно выполняться условие

1 о

Р„= =, = const

Отсюда получаем формулу для определения расстояния

Пример 1. Рассчитаем требуемое смещение х при следующих данных:

R = 4 см, а = 0,5 см,"b = 1 см;

Р = 800 r (784 и), Р„= 400 г (3,92 Н), т.е. —," о

В соответствии с формулой (4) х = (R-b) Ро + Рк

800 — 400

= (4 ) 800 + 400 = "

Проверка правильности расчета х, В соответствии с вычисленным значением х определим площадь контактной зоны Бо и $к в начале и в конце работы щетки соответственно, Б = (R-Ь+х)а = 2 см

Ф

Як = (R-b-х)а = 1 см

Рк 400 г 2 — 1 = 400 г/см (гПа), 1 т.о. Р Il10 = Р 39,к 400 гlсм (гПа)

Ф что говорит о правильности вычисленного смещения х.

Пример 2. Рассчитаем требуемое смещение х при следующих ланных: К = 4 см, а = 1 см; Ь = 1 см с другой спиральной пружиной, для которой Р = 900 г (8,8 И), Р = 300 г (2,9И), т.е, Pa/P

x = (R-ь)—

Ро — Рк б (4 1 900 -300 (- ) 900+300 —,5 ñì.

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, установленную в щеткодержателе щетку, выполненную в виде отделенных друг от друга дисков с секторными вырезами, расположенными на оси, один конец которой жестко закреплен в щеткодержателе и которая расположена перпендикулярно продольной оси коллектора, Лиски установлены с возможностью поворота вокруг

30 где R

Ь радиус диска, расстояние от оси диска до коллектора;

P - нажимное усилие пружины в начале работы;

Р„ - нажимное усилие к моменту предельно допустимого износа диска.

705930 оси под действием ло крайней мере

I одной нажимной спиральной пружины

I прижимающей поверхности вырезов дисков к коллектору, токоподводы, соединенные с дисками, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения ресурса за счет обеспечения постоянства удельногo нажатия диска на коллектор независимо от степени износа диска, осевое отверстие в каждом диске смещено на расстояние х от его геометрического центра вдоль прямой, проходящей через геометрический центр диска параллельно линии выреза диска в сторону нерабочего конца лиска, причем указанное расстояние определяется из выражения

Р— Р

20 x= <-b) о К

Фиг. 2