Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительиое к авт. свид-ву(22) Заявлено 2111В0 (21) 3006049/24-07 (З11И. Rn.

Н 01 R 39/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР щз делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (33) УДК 621. 313. .047(088.8) Опубликовано 07.10.82. Бюллетень ¹ 37

Дата опубликования описания 0710.82

П.П.Смазнов, И.А.Хромов, Б.A.XpoMOB и А,М аченков (72) Авторы изобретения аспас()вщ и 4 ГИ ГН0ТЕХНИП-,;.;(Псесоюзный научно-исследовательский и пр ектнртехнологический институт электроугольны иэдВИЙФ т . ик (7! ) Заявитель (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике и касается щеточно-коллекторных узлов электрических машин, например тяговых генераторов тепловозов, работающих в тяжелых условиях по коммутации, при значительных вибрациях и при высоких плотностях тока.

Известен щеточно-коллекторный узел, содержащий коллектор, щеткодержатели разной полярности с размещенными в них одинаковыми серийными щетками (».

На этих коллекторах устанавливаются щетки с преимущественным размером пор 0,7-3,5 мкм (крупнопористые) или с преимущественным размером пор 0,1-0,7 мкм (мелкопористые).

Известен также щеточный узел электрической машины, содержащий укрепленные на траверсе щеткодержатели различной полярности (2 1.

Обладая рядом существенных преимуществ, заключающимися в улучшении эксплуатационных характеристик за счет регулирования электрической и механической составляющих износа щеток в необходимом для рабсты Узла направлении, известные щеточно-коллекторные узлы имеют и серьезные недостатки при работе, например, на тяговых электрических генераторах тепловозов, снижающие их полезность.

Эти недостатки заключаются в том, что устанавливаемые в щеткодержатели . разной полярности серийные щетки, а также щетки с различной микротвердостью, как правило, имеют близкие значения пористости щеточного мате 0 риала, а измеренные методом ртутной порометрии размеры пор имеют преимущественные (более 50%) радиусы 0,10,7 мкм. Характер пористости и размеры таких пор не обеспечивают достаточно стабильной и высокой коммути- . рующей способности щеток и в эксплуатации наблюдаются значительные нарушения коммутации, приводящие к возникновению неравномерностей в окраске политуры, чередованию (как закономерному, так и незакономерному) областей политуры от более светлых оттенков до более темных, черных. Это приводит к резкому возрастанию эрозии щеток и коллектора в контактном слое, ухудшению динамики работы щеточноколлекторного узла, особенно к концу межремонтного цикла. Уменьшение эрозии достигается путем введения в щетки пропиток, например фурилового спирта, но коммутирующие свойст964810 ва узла при этом существенно ухудшаются. В случае использования щеточноколлекторных узлов с щетками, имеющими преобладающий размер пор более 0,7 мкм, существенно улучшается коммутирующая способность узла.

Это объясняется многими причинами, основная .из которых заключает я в том, что энергия коммутационного процесса практически полностью затрачивается на ионизацию порового 1.9 пространства материала щетки и в нем гасится. Это является весьма положительным обстоятельством для работы ,щеточно-коллекторного узла. Однако при значениях размеров,пор, превышающих радиусы порядка 3-5 мкм, резко снижается механическая прочность материала щеток и они подвергаются катастрофической эрозии за счет резкого уменьшения количества контактных точек между частицами щеточного материала. Таким образом, сажевые щетки с преимущественным содержани-, фм пор радиусом 0,7-3,5 мкм обладают исключительно хорошими коммутирующими свойства. Однако преобладание крупных пор в щетке обуславливает тот факт, что в контакте с поверхностью колректора участвует значительно меньшее количество частиц щеточного материала по сравнению с мелкопористыми щетками, имеющими преобладающие рамеры радиусов пор 0,1-0,7 мкм, что влечет за собой резкое повышение действительной плотности тока в контактных точках. В результате этого контактные области коллектора и щеток значительно перегреваются, происходит разрушение политуры коллектора, возрастает мощность электрических потерь в контакте (увеличивается коэф- 4О фициент трения), так как в зоне кон-, такта образуются абразивно действующие; на контактную поверхность коллектора и щеток продукты разрушенной политуры. Это обстоятельство даже при хорошей коммутирующей способности щеток приводит к возрастанию эрозии щеточно-коллекторного узла. Наличие приблизительно одинаковых размеров пор в Метках для щеткодержателей раз- >О личной полярности создает определенные трудности и неудобства при их устайовке, так как разнополярные щетки с различной микротвердостью имеют приблизительно один и тот же внешний вид. Серийно используемы щетки, содержащие в своем составе сажу и кокс, имеют высокий уровень потерь на трение в контакте, значительно превышающий уровень чисто сажевых щеток.

Целью изобретения является улучшение коммутирующей способности и уменьшение эрозии щеточно-коллекторного узла.

Указанная цель достигается тем, что в щеткодержателы одной полярности установлены щетки, размер радиуса преобладающих пор которых в 1,13,5 раз превышает размер радиуса преобладающих пор щеток, установленных .в щеткодержатели другой полярности.

Формирование преобладающих размеров пор в щетках осуществляют за счет пропитки и путем варьирования гранулометрического состава и условий формования пресс-порошков, из которых изготавливают щетки, à регулирование контактных свойств производят за счет наличия, например, в крупнопористых щетках фосфорсодержащего олигомерного полиола (фосполиола).

Использование в составе одного щеточно-коллекторного узла разнополярно устанавливаемых щеток с содержанием пор различных размеров позволяет успешно реализовать их преимущества в процессе эксплуатации.

При этом щетки с содержанием мелких пор обеспечивают снижение потерь на трение и, следовательно, тепловых потерь в контакте, а использование крупнопористых щеток существенно повышает коммутирующие свойства. Наличие в крупнопористых щетках фосполиола позволяет предохранить политуру коллектора от разрушения. Благоприятное сочетание щеток с различной пористостью, избирательно устанавливаемых в шеткодержатели разной полярности, за счет регулирования мощности потерь на трение, коммутирующей способности и контактных свойств щеток позволяет резко уменьшить эрозию щеточно-коллекторного узла. При значениях отношения размеров крупных пор к размерам мелких пор, входящих за . указанные пределы, работа щеточноколлекторного узла ухудшается. При меньших значениях возрастает эрозия за счеъ ухудшения коммутирующих свойств щеток, при больших — катастрофически увеличивается износ крупно-пористых щеток из-за резкого снижения их механической прочности.

Предлагаемый щеточно-коллекторный узел подвергался испытаниям на стендах и. в эксплуатации.

В таблице представлены результа.ты испытаний предлагаемого узла.

964810

1 х а о д»ч

О Н19 цо ео,е р» («,Ц ф r

; 0» й

I

1

I:

1.

I 1

1 1

1

I а»б о (:

О Н (б хх( х э о(:о

Н(4 еоо

Нх х

1 1 с I 1

1 Ю о» н —

Ц . « и хай ((3 е н о о о

CJ\

Ю с

»1 с

»A»«Ъ

Ю Ю с с ь ю (с

D с

Ю!

Ю с

I

l !

I.

I

О» с

«.»

1:

1.

I.

1

1;

N с

»-»

1

«а» с

1

I

I И»б

l. "а ! 0,О

l Х И

I u

I

I

I !

I

I.I

1

5 у

1 Х»б

xt (а

О(ЕО н(xх

91 ю и

00 с

»с(Ю с с

° «»»

Ц о х (-, о

4 и о

1 I

1

1! D

1

1

° »(» с

D I

I (1

» е н а х а 2 х х оо

0) .

»О»ЪЪ с («« («

Х

Х (CI хх

Ф х о»б е

Р н о. е ад н хое

ЭХ 4 е х

»0Х Д

0 М

2 И х Е о о

O)»»»» (Ц

i o е д хнх хон

0»»О

Х»б»б

Ю (с «(I

1

»Ч 1. с

»A (1

° !

I(1

СО

»"» с

»»Ъ»»Ъ с с

«Й «»(»

СЧ с

«Ф

»А с ь

«-» (Ч с с

»A»»Ъ

О\ с

ОЪ х 1 ох хл

»б Х (-» о е ъ Х

Х 1

N e хае

Энх е

»»»н к охх мех

»«Ъ »А

« с с ю ь (с

«-« с. D

»Ч

° .» с

Ю

СЧ с

ti

I

»A t(Г Ъ

Ю

»«Ъ

»А Ю

«.» N ой хох

l а

I O(." оне йgC. еод их

999 а»б

Д 4

1

1 Э

1 Х х

I М (о

1 Н (u хо О (Ц «-» I о сп

4 p ( фГЧ (Н 1

it3

»бо(х

Х»»Ъ I Э

О(О

М ((3 1 О» X O t (t3 хц

»б И 1 не!И ян (g 1 °

u -I u

Х ((3 I

Э «-» I

Д(»Ъ (ь

ХИ I

Х 1

ХХ(1 ..»»б l»б 0» t

НО(»б н I ъ»б I Х

0»1 Х

И Э 1 C»(ОХ(О

Х 9 (О» (»Ъ 4 1 {»Ъ

1 1

\ — — с I

1 t

0 I I

О 1 I

Х I I х(ь

1 Ю е 1 (Х I

О(I

НГ »»

1 х 1

0 1

И 1

1 Ю

О(о

l Е

9»б 3 03(-=„(а а х ы е х о ои zx х eа0,алg а нхеаоеео

ОхЕх40,:(И

1»б

Эхе анх а

g эх хе о

ups;0 O

Х ((3

9o3õî е каэЙХ, ЦХЭР(92

vмwuI х

I о

Ф L 9 (о р х й»ц о и и эхе

9 (К а Н (»3 9

Д

Ю Ф»A

Ю Ю Ю с с

Ю Ю Ю (Ч »О с с

1»Ч «-»

° (» 00 « (» с с «

N r4 «-»

»«Ъ CO N

° « с с

Ю Ю»Ъ

CO»д (с с

Ю»Ч

О»»«Ъ СО с с.Ю ((Ь N

tE»-»»-» с с с

Ю Ю Ю н с

».», »-» N

»Ч Э (» с с с

Ф.(Н»« ( о х « ц х о х мн

g 4

X $ о

Е (4 O

K (»

0,и

»» ао хо цо о о в х о н н

3 8

964810 формула изобретения

Составитель В.Чернова

Редактор С.Тимохина Техред М.Коштура Корректор E.Рошко

Заказ 7677/38 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Как следует из представленных данных, в результате использования предлагаемого щеточно-коллекторного узла улучшается его коммутация, ширина эоны беэыскровой работы увеличивается почти в 2 раза при работе контакта с нормируемой плотностью тока (ток якоря 700 A), в 4 раза — при работе контакта с повышенной плотностью тока (ток якоря 900 А) уменьшается эрозия щеток в два раза, снижается эрозия коллектора на 10-20% происходит стабилизация контактных свойств щеток, в результате чего становится равномерной и стабильной политура коллектора, улучшается его состояние, не требуется дополнительных затрат по обслуживанию щеточноколлекторного узла; исключаются трудности и неудобства при установке щеток, так как щетки с разными размерами пор существенно отличаются по .внешнему виду.

Изобретение предназначено для использования на всех типах электрических машин, при этом наибольший эффект может быть достигнут на тяговых генераторах тепловозов.

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащей укреплен-. ные на траверсе щеткодержатели различной полярности, в каждом из которых установлена щетка, о т л и ч а юшийся тем, что с целью улучше10 ния коммутирующих свойств и уменьшения эрозии, в щеткодержатели одной полярности установлены щетки, размер радиуса преобладающих пор которых в 1,1-35,0 раз превышает размер

f5 радиуса преобладающих пор щеток, установленных в щеткодержатели другой полярности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бордаченко A.М., Гнездилов Б.В, Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов. М., "Транспорт", 1974, с.100.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 534818, кл. H 01 и 39/04, 1976.