ЩЕТОЧНЫЙ АППАРАТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к усовершенствованию щеточного аппарата электрических машин.

Известен щеточный аппарат электрической машины, содержащий неразрезную щетку, коробчатый щеткодержатель и спиральную нажимную пружину [1] .

Одним из недостатков такой конструкции щеточного аппарата является то, что по мере износа щетки изменяется направление силы нажатия и возможно ухудшение состояния контакта.

Известен щеточный аппарат электрической машины, содержащий неразрезную щетку, в которой в радиальном направлении выполнены два круглых сквозных отверстия, два трубчатых щеткодержателя, размещенных в отверстиях щетки и жестко соединенных верхней частью через накладку с суппортом, две нажимные цилиндрические пружины, расположенные внутри трубчатых щеткодержателей, один конец которых соединен с нижней частью трубчатых щеткодержателей, а другой конец - с концами нажимной планки, которые помещены в прорезях трубчатых щеткодержателей. Трубчатые щеткодержатели являются направляющими щетки в радиальном направлении и ограничивают перемещение щетки в аксиальном и тангенциальном направлениях [2] .

Одним из недостатков этого щеточного аппарата является то, что такую конструкцию невозможно применять при сравнительно малых габаритных размерах щеток, например, в электрических машинах малой мощности.

Известен щеточный аппарат электрической машины, содержащий неразрезную щетку, трубчатый щеткодержатель, сверху которого навинчивается колпачок, и цилиндрическую нажимную пружину [3] . Данное техническое решение является прототипом изобретения.

При трубчатых щеткодержателях радиальный размер щеточного аппарата определяется высотой щетки и длиной цилиндрической пружины в сжатом состоянии. Для уменьшения габаритов такого щеточного аппарата в радиальном направлении приходится уменьшать длину щетки, что приводит к ограничению ресурса, что бывает недопустимо для электрических машин, предназначенных для эксплуатации без замены щеток.

Общим существенным недостатком щеточных аппаратов [1-3] является то, что жесткость их нажимных пружин в радиальном направлении мала по сравнению с жесткостью контактного слоя и нажимная пружина практически не влияет на собственную частоту колебаний щеток, которая определяется из выражения:
f_щ= , где f_щ - собственная частота щетки;
К_п - жесткость нажимной пружины;
К_с - жесткость контактного слоя;
m_щ - масса щетки.

Например, у электрических машин малой мощности жесткость контактного слоя электрографитных щеток находится в пределах К_с= 4000-5000 Н/мм, а жесткость нажимной пружины К_п= 0,2-0,3 Н/мм.

Поэтому при резонансе щетки уменьшить или увеличить собственную частоту щетки в раз и устранить резонанс щетки изменением жесткости нажимной пружины практически невозможно.

Известно, что оптимальным условием контактирования щетки с коллектором является совпадение частоты механических воздействий на щетку со стороны коллектора с собственной частотой колебательной подсистемы нажимная пружина - щетка, определяемой из выражения
f_п.щ= .
Однако при существующих щеточных аппаратах повысить частоту f_п-щ до частоты интенсивных механических воздействий на щетку со стороны коллектора изменением жесткости пружины обычно не представляется возможным.

Например, при К_п= 0,3 Н/мм, m_щ= 3,56 г частота f_п-щ= 4,6 Гц, а оборотная частота воздействий на щетку со стороны коллектора при 3000 мин^-1 f= = 50 Гц . Частота f_п-щ<f почти в 10 раз.

Цель изобретения - улучшение надежности контакта путем повышения устойчивости контактa и уменьшение осевого размера щеточного аппарата.

Цель достигается тем, что в щеточном аппарате, содержащем трубчатый щеткодержатель, сверху которого навинчен колпачок, щетку, контактирующую с коллектором, и нажимную пружину, верхняя часть щеткодержателя выполнена чашеобразной и в ней размещена чашеобразная обойма, нажимная пружина выполнена спиральной и размещена в чашеобразной обойме так, что ее поперечная ось совпадает с продольной осью щеткодержателя и щетки, давление на щетку от нажимной пружины передается с помощью валика, проходящего с зазором через центральное отверстие в обойме соосно со щеткой и имеющего в верхней части круговой буртик, между буртиком и чашеобразной обоймой размещена тарельчатая пружина, нижний конец валика имеет винтовое соединение со щеткой, а верхний конец валика скреплен с внутренним концом спиральной нажимной пружины, наружный конец которой опирается на выступ чашеобразной обоймы, при этом фланец обоймы прижат колпачком к торцевой верхней части щеткодержателя, а выступ фланца обоймы входит в углубление верхней части щеткодержателя и фиксирует положение обоймы относительно щеткодержателя.

Аппарат работает следующим образом. В статическом состоянии нажимная пружина закручена и создает момент, под действием которого валик стремится вывинтиться из щетки, в результате создается сила, прижимающая щетку к коллектору, и такая же сила воздействия буртика валика на тарельчатую пружину в поперечном направлении. Деформация тарельчатой пружины в поперечном направлении зависит как от силы воздействия на нее со стороны буртика валика, так и от его жесткости. По мере износа щетки контакт ее с коллектором не нарушается, так как валик под действием спиральной пружины вывинчивается из щетки и давление его на щетку и тарельчатую пружину сохраняется. При этом спиральная пружина раскручивается и происходит незначительное уменьшение силы нажатия щетки на коллектор.

На фиг. 1 представлен продольной разрез щеточного аппарата; на фиг. 2 - то же, вид сверху при снятом колпачке.

Щеточный аппарат содержит трубчатый щеткодержатель 1, верхняя часть которого выполнена чашеобразной, колпачок 2, щетку 3, контактирующую с коллектором 4, чашеобразную обойму 5, размещенную в чашеобразной верхней части щеткодержателя 1, нажимную спиральную пружину 6, размещенную в обойме 5 так, что ее поперечная ось совпадает с продольной осью щеткодержателя 1 и щетки 3, валик 7, проходящий с зазором через центральное отверстие в обойме 5 соосно со щеткой 3 и имеющий в верхней части круговой буртик 8, тарельчатую пружину 9, размещенную между буртиком 8 и чашеобразной обоймой 5, нижний конец валика 7 имеет винтовое соединение со щеткой 3, а верхний конец скреплен с внутренним концом спиральной пружины 6, наружный же конец пружины 6 опирается на выступ 10 обоймы 5, фланец обоймы 5 прижат колпачком 2 к торцовой верхней части щеткодержателя 1, при этом выступ 10 фланца обоймы 5 входит в углубление верхней части щеткодержателя 1 и фиксирует положение обоймы 5 относительно щеткодержателя 1. На фиг. 1 показаны также изоляционная втулка 11 и корпус машины 12.

В статическом состоянии нажимная пружина 6 закручена и создает момент, под действием которого валик 7 стремится выкрутиться из щетки 3 и тем самым прижимает ее к коллектору 4 с силой Q. С такой же силой Q валик 7 буртиком 8 действует на тарельчатую пружину 9, которая опирается на чашеобразную обойму 5.

Так как жесткость тарельчатой пружины 9 сравнительно большая и ее можно увеличить до жесткости контактного слоя между буртиком 8 и тарельчатой пружины 9, то имеется возможность регулировать как собственную частоту колебаний щетки 3, так и собственную частоту колебаний подсистемы жесткость тарельчатой пружины 9 - масса щетки 3. Например, для обеспечения оптимальных условий работы щетки 3 при частоте вращения коллектора f= 50 Гц, массе щетки m_щ= 3,56 г необходимо, чтобы жесткость К_п тарельчатой пружины 9 соответствовала выражению
К_п= m_щ f²_п.щ(2 π )²= 98,6 Н/мм.

(56) Нормаль 5АА, 112.03Н-69. Машины электрические малой мощности. Щеткодержатели. - М. : Информэлектро, 1969, чертеж 3, 4.

Авторское свидетельство СССР N 930456, кл. H 01 R 39/40, 1980.

Глускин А. Я. , Степанов В. П. и др. Щеткодержатели зарубежного производства. Часть II. - М. : Информэлектро, 1970, рис. 18.

Использование: в электромашиностроении, в частности в щеточном аппарате электрических машин. Сущность изобретения: щеточный аппарат электрической машины содержит трубчатый щеткодержатель, колпачок, щетку, контактирующую с коллектором, чашеобразную обойму, нажимную спиральную пружину, валик, имеющий в верхней частикруговой буртик, тарельчатую пружину, нижний конец валика имеет винтовое соединение со щеткой, а его верхний конец скреплен с внутренним концом пружины, наружный же конец пружины опирается на выступ обоймы, который входит в углубление верхней части щеткодержателя. Предназначен для улучшения надежности контакта и уменьшения осевого размера щеточного аппарата. 1 ил.

ЩЕТОЧНЫЙ АППАРАТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий трубчатый щеткодержатель, сверху которого навинчен колпачок, щетку, контактирующую с коллектором, и нажимную пружину, отличающийся тем, что, с целью улучшения надежности контакта путем повышения устойчивости контакта и уменьшения осевого размера щеточного аппарата, верхняя часть щеткодержателя выполнена чашеобразной, в ней размещена чашеобразная обойма, нажимная пружина выполнена спиральной и размещена в чашеобразной обойме так, что поперечная ось ее совпадает с продольной осью щеткодержателя и щетки, давление на щетку от нажимной пружины передается с помощью валика, проходящего с зазором через центральное отверстие в обойме соосно со щеткой и имеющего в верхней части круговой буртик, между буртиком и чашеобразной обоймой размещена тарельчатая пружина, нижний конец валика имеет винтовое соединение со щеткой, а верхний конец валика скреплен с внутренним концом спиральной нажимной пружины, наружный конец которой опирается на выступ чашеобразной обоймы, при этом фланец обоймы прижат колпачком к торцовой верхней части щеткодержателя, а выступ фланца обоймы входит в углубление верхней части щеткодержателя и фиксирует положение обоймы относительно щеткодержателя.