ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК H01R39/24 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции контактов, взаимодействующих с коллектором электрических машин.

Известны щеточно-коллекторные узлы электрических машин традиционного исполнения, в которых, как правило, используется скользящий контакт. Щетка скользит по коллектору. При этом часто срок службы машины определяется сроком службы щеток, связанным с их износом [1] .

Известны ползунковые роликовые реостаты серии РПР, предназначенные для плавного медленного изменения сопротивления в различных электрических цепях. РПР содержит обмотку и ползунок. Обмотка реостата состоит из проволочного сопротивления, намотанного на трубку. Ползунок имеет два роликовых контакта. Конструктивно каждый ролик имеет осевое цилиндрическое отверстие, в которое входит ось, жестко связанная с ползунком. При движении ползунка по направляющему стержню ролик, вращаясь на оси, перемещается по обмотке реостата [2] .

Реостаты РПР не допускают сравнительно быстрого перемещения роликов по обмотке и число этих перемещений ограничено из-за упрощенной скользящей связи каждого ролика с осью.

Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий цилиндрический коллектор, щетку, выполненную в виде диска с сегментным вырезом и жестко закрепленную на оси, установленной параллельно оси коллектора, две стойки щеткодержателя, имеющие скользящую связь с концами оси щетки, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегментного выреза. По мере износа щетка поворачивается под действием пружины вместе с осью до второй половины сегментного выреза. В этом положении контакт щетки с коллектором прекращается. Данное техническое решение является ближайшим аналогом заявленного изобретения (прототипом) [2] .

Щеточно-коллекторный узел [3] позволяет увеличить рабочую "высоту" щетки, предназначенную на износ. Однако трение скольжения щетки по коллектору не позволяет более существенно увеличить срок службы такой щетки по сравнению с традиционными.

Целью изобретения является увеличение срока службы щетки путем замены трения скольжения ее по коллектору трением качения.

Цель достигается тем, что щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий цилиндрический коллектор, щетку, выполненную в виде диска и жестко закрепленную на оси, установленной параллельно оси коллектора, две стойки щеткодержателя, имеющую скользящую связь с концами оси щетки, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору, снабжен двумя подшипниками качения, установленными на концах оси щетки, и дополнительной аналогичной пружиной, в каждой стойке щеткодержателя выполнен паз, проходящий в радиальном направлении, в котором размещены один подшипник качения с возможностью перемещения в сторону коллектора и одна нажимная пружина, один конец которой соединен с основанием стойки, а второй конец опирается на наружное кольцо подшипника, причем каждый паз имеет в поперечном сечении форму осевого подшипника, а нажимные пружины могут быть цилиндрическими или спиральными, или другой конструкции.

Выбор подшипников качения, а не скольжения, в большей степени соответствует цели изобретения по обеспечению качения щетки о коллектор.

Радиальное расположение пазов в стойках щеткодержателя является оптимальным. При этом трение наружного кольца подшипников качения о стенку паза практически отсутствует. При наклоне же пазов в тангенциальном или аксиальном направлениях появляется трение подшипников о стенки пазов щеткодержателя, которое препятствует отслеживанию щеткой профиля коллектора.

На фиг. 1 изображен щеточно-коллекторный узел в тангенциальном направлении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Щеточно-коллекторный узел содержит цилиндрический коллектор 1, щетку 2, выполненную в виде диска и жестко закрепленную на оси 3, установленной параллельно оси коллектора 1, два подшипника качения 4 и 5, установленных на концах оси 3 щетки 2, две стойки 6 и 7 щеткодержателя 8 и две нажимные, например, цилиндрические пружины 9 и 10, прижимающие щетку 2 к коллектору 1. В каждой стойке 6 или 7 щеткодержателя 8 выполнен паз, проходящий в радиальном направлении, в котором размещены один подшипник 4 или 5 с возможностью перемещения в сторону коллектора и одна нажимная пружина 9 или 10, один конец которой соединен с основанием стойки 6 и 7, а второй конец опирается на наружное кольцо подшипника 4 или 5.

Щеточно-коллекторный узел работает следующим образом. При вращении коллектора 1 вращается также щетка 2 вместе с осью 3 в подшипниках 4 и 5. По мере износа щетка 2 вместе с осью 3 и подшипниками 4 и 5 перемещается в сторону коллектора 1 под действием силы нажатия Q пружин 9 и 10. Щетка 2 контактирует с коллектором 1 узкой полоской, проходящей в аксиальном направлении. Ширина t полоски (тангенциальный размер контактной поверхности) зависит от степени сжатия контактного слоя щетки 2, от радиуса диска r_д щетки 2 и радиуса R_к коллектора 1.

Предложенный щеточно-коллекторный узел позволяет на порядок уменьшить скорость износа щетки и увеличить ее срок службы за счет замены трения скольжения щетки по коллектору трением качения.

(56) Щетки для электрических машин. Типы и размеры. ГОСТ 12232.1-77. М. : 1977.

Аппараты низкого напряжения. Реостаты, сопротивления и регуляторы. Сводный каталог 12, рис. 80, лист 41. - М. : ВНИИЭМ, 1966.

Авторское свидетельство СССР N 1145392, кл. H 01 R 39/24, 1981.

Использование: электрические машины. Сущность изобретения: щеточно-коллекторный узел электрической машины содержит цилиндрический коллектор 1, щетку 2, выполненную в виде диска и жестко закрепленную на оси 3, подшипники качения 4 и 5, насаженные на концы оси 3, две стойки 6 и 7 щеткодержателя 8, в каждой из которых выполнен паз, проходящий в радиальном направлении и имеющий в поперечном сечени [-образную форму, в котором размещены один конец оси 3 с подшипником 4 или 5 с возможностью перемещения в радиальном направлении в сторону коллектора 1 при износе щетки 2, и одна из двух нажимных цилиндрических пружин 9 или 10, один конец которой соединен с основанием стойки 6 или 7, а второй конец опирается на наружное кольцо подшипника 4 или 5. Предназначен для увеличения срока службы щетки путем замены трения скольжения щетки 2 по коллектору 1 трением качения. 3 ил.

ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий цилиндрический коллектор, щетку в виде диска, жестко закрепленную на оси, установленной параллельно оси коллектора, две стойки щеткодержателя, имеющие скользящую связь с концами оси щетки, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы щетки путем замены трения скольжения ее по коллектору трением качения, он снабжен двумя подшипниками качения, установленными на концах оси щетки, дополнительной аналогичной пружиной, в каждой стойке щеткодержателя выполнен паз, проходящий в радиальном направлении, в котором размещен один подшипник качения с возможностью перемещения в сторону коллектора и одна нажимная пружина, один конец которой соединен с основанием стойки, а второй конец опирается на наружное кольцо подшипника.