КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК H01R39/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторам электрических машин средней и большой мощности.

Известны коллекторы арочного типа, представляющие собой набор коллекторных пластин, разделенных межламельной изоляцией, собранных в кольцо и опрессованных в изолированных конусных втулках в кольцевую арку. Коллекторные пластины изготавливаются из трапецеидальной меди или бронзы и состоят из контактной части, петушка для контакта с секциями обмотки якоря и нижней несущей части для крепления в виде ласточкина хвоста, выполненное как одно целое [1] .

Наиболее близким является коллектор электрической машины, содержащий набор коллекторных пластин, каждая из которых состоит из верхней контактной и нижней несущей частей, сопряженных между собой посредством механического зацепления и с возможностью перемещения относительно друг друга. Пластины закреплены на корпусе [2] .

Недостатком этого решения является высокий коэффициент трения меди по стали (0,6-0,9), когда в процессе нормальной работы коллектора между контактной и несущей частями биметаллических коллекторных пластин происходят относительные перемещения, вызванные различием коэффициентов линейного расширения меди и стали, что вызывает изменение контактного профиля коллектора, вводит элемент нестабильности в процессе токосъема, снижая тем самым надежность машин с указанными коллекторами. Другим недостатком указанной конструкции является повышенный расход меди на их изготовление, так как петушок должен выступать над контактной частью на 25-40 мм, при этом в отходы уходит 40-60% дорогостоящей меди. Возможно изготовление петушка за одно целое с несущей стальной частью биметаллической коллекторной пластины, но в этом случае снижается технологичность, так как необходимость обеспечения стабильной токопередачи между контактной и несущей частями пластины может быть решена введением сварки или пайки.

Цель изобретения - повышение надежности и технологичности, а также экономия меди при изготовлении составной биметаллической коллекторной пластины.

Это достигается тем, что в зону пазов, образованных выступами, предназначенными для зацепления верхней контактной и нижней несущей частей пластины коллектора, вводится контактная смазка на основе поверхностно-активных веществ.

На фиг. 1 показана контактная часть биметаллической составной пластины с петушком; на фиг. 2 - несущая часть составной биметаллической контактной пластины с ласточкиным хвостом; на фиг. 3 - составная коллекторная пластина в сборе с корпусом-коллекторной втулкой.

При сборке коллектора нижние несущие части 1 составных пластин своими ласточкиными хвостами закреплены в конусных втулках корпуса 2 и при опрессовке под воздействием между из боковыми поверхностями сил арочного распора располагаются на минимально возможном диаметре. Верхняя контактная часть 3 коллекторной пластины при опрессовке в результате возникающих в крюкообразных соединениях 4 центростремительных сил также стремятся расположиться на минимально возможном диаметре и под воздействием сил арочного распора образуют верхнюю контактную арку коллектора. В такой конструкции коллектора при нагревании или охлаждении верхняя и нижняя арки двухарочного коллектора, образованные биметаллическими составными пластинами, из-за разности коэффициентов линейного расширения меди и стали меняют свои размеры не одинаково, что приводит к относительным микроперемещениям, в частности в аксиальном направлении по плоскостями 4 их механического зацепления, что и вызывает скольжение в местах зацепления составных частей пластины. Учитывая высокие удельные давления сил арочного распора (400-600 кгс/см²) и высокое значение коэффициента трения меди по стали, указанное скольжение может приводить к ускоренному износу сопрягающихся плоскостей.

Введение в пазы механического зацепления составных частей пластины контактной смазки снижает коэффициент трения с 0,6-0,9 до 0,1, соответственно увеличивая срок службы сопрягающихся поверхностей путем устранения вредного влияния сил трения в зацепление. К таким контактным смазкам относятся составы, содержащие катионо- и анионоактивные и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), например пентаэритритовый эфир, олеиновую и пальмитиновую кислоты, полифениловый и цетиловый спирты, загущенные мылами, аммелином, тефлоном, например смазки ВНИИНП-269, ЛЗ-31. Будучи высокомолекулярными соединениями, обладающими поверхностно-активными свойства, эти смазки являются изоляторами, но, вступая в реакцию с материалом контактных поверхностей, они очищают их от окисных и других пленок в зоне сопряжения, при этом возникает тончайший слой чистометаллической пленки, обладающей высокой электрической проводимостью и низким модулем сдвига, заполняющей микронеровности, что увеличивает площадь реального сопряжения, обеспечивая высокую и стабильную электрическую проводимость в зоне зацепления между контактной и несущей частями составной биметаллической пластины коллектора. Эта особенность контактных смазок на основе ПАВ позволяет решить задачу сокращения до возможного минимума расхода меди при обеспечении высокой технологичности в изготовлении коллекторных пластин. В этом случае контактная часть составных пластин 3, как это показано на фиг. 4, может изготавливаться из безотходного профиля с осуществлением надежного контакта с несущей частью 1 пластины, выполненной за одно целое с петушком 5. Кроме обеспечения указанных ранее положительных факторов, полученных от введения контактной смазки в зацепление, осуществляется надежная защита трущихся поверхностей от коррозии в эксплуатации.

Общий объем потребляемых коллекторов полос в СНГ составляет 12000 т в год. Введение предложенной коллекторной пластины в серийное производство даст ежегодный экономический эффект за счет экономии меди с учетом затрат на изготовление несущей части пластины из стали.

(56) Алексеев Ю. В. и Рабинович А. А. Крановые металлургические и экскаваторные двигатели постоянного тока. Справочник. М. : Энергоатомиздат, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1534569, кл. H 01 R 39/04, 1990.

Использование: электрические машины средней и большой мощности с затрудненными условиями коммутации. В предложенном коллекторе электрической машины в зацепление между контактной и несущей частями каждой пластины вводится контактная смазка на основе поверхностно-активных веществ. Конструкция позволяет повысить надежность, технологичность коллектора и сэкономить медь до 60% при изготовлении. 4 ил.

КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий набор коллекторных пластин, каждая из которых состоит из верхней контактной и нижней несущей частей, сопряженных между собой посредством механического зацепления и с возможностью перемещения одна относительно другой, пластины закреплены в корпусе, отличающийся тем, что в зону зацепления верхней контактной и нижней несущей частей каждой пластины введена контактная смазка на основе поверхностно-активных веществ.