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

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

Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины большой мощности, содержащий реактивный щеткодержатель типа тандем, с двумя рядом расположенных в тангенциальном направлении реактивных щеток с положительным углом скоса верхней поверхности и с двумя нажимными пружинами, каждая из которых осуществляет нажатие на одну из щеток [1].

Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, реактивный коробочный щеткодержатель, нажимную пружину, реактивную разрезную щетку, состоящую из двух слоев, в которых закреплены токоподводы симметрично их тангенциальной оси, на поверхностях слоев, противоположных контактным в их средней части, выполнен скошенный паз с положительным углом скоса его дна, проходящий в тангенциальном направлении по всей ширине щетки, прямоугольную накладку, размещенную на дне паза и взаимодействующую с нажимным концом пружины, длина накладки равна длине скошенной поверхности дна паза, а ширина - ширине паза, накладка одной половиной в тангенциальном направлении жестко соединена со скошенной поверхностью дна паза набегающего слоя щетки, а другая половина имеет скользящую связь с дном паза сбегающего слоя щетки [2].

Недостатком щеточно-коллекторного узла является то, что в связи с технологическими отклонениями при изготовлении щетки накладка может опираться на поверхность дна паза сбегающего слоя щетки как всей поверхностью, так и полоской со стороны передней или задней лицевой грани сбегающего слоя щетки.

Так как выбор угла наклона реактивной щетки и угол скоса поверхности дна паза производится при условии, что накладка опирается на поверхность дна паза сбегающего слоя щетки всей поверхностью и результирующая сила нажатия приложена в центре этой поверхности, то отклонение силы нажатия в сторону передней или задней лицевой грани сбегающего слоя щетки приводит к ухудшению контактирования его с коллектором и расстройству коммутации.

Когда сила нажатия накладки на сбегающий слой щетки приложена со стороны передней лицевой грани, происходит уменьшение вплоть до нуля силы прижатия нижней части сбегающего слоя щетки к набегающему. При этом проявляются тангенциальные поворотные колебания сбегающего слоя щетки относительно набегающего слоя и на его контактной поверхности может образоваться два "зеркала", что отрицательно сказывается как на устойчивость контакта, так и на коммутацию.

При смещении силы нажатия накладки в сторону задней лицевой грани сбегающего слоя щетки происходит увеличение силы прижатия нижней части сбегающего слоя щетки к набегающему слою, что также ухудшает условия контактирования и коммутации.

Целью изобретения является повышение устойчивости контакта и улучшение коммутации электрических машин.

Это достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле, содержащем коллектор, реактивный коробчатый щеткодержатель, нажимную пружину, реактивную разрезную щетку, состоящую из двух слоев, в которых закреплены токоподводы симметрично их тангенциальной оси, на поверхностях слоев, противоположных контактным, в их средней части выполнен скошенный паз с положительным углом скоса его дна, проходящий в тангенциальном направлении по всей ширине щетки, прямоугольную накладку, размещенную на дне паза и взаимодействующую с нажимным концом пружины, длина накладки равна длине скошенной поверхности дна паза, а ширина - ширине паза, причем накладка одной половиной в тангенциальном направлении жестко соединена со скошенной поверхностью дна паза набегающего слоя щетки, а другая половина имеет скользящую связь с дном паза сбегающего слоя щетки. На скошенной поверхности дна паза сбегающего слоя щетки в его средней части выполнен выступ, вершина которого лежит на радиальной оси указанного слоя, выступ проходит в аксиальном направлении по всей ширине паза и имеет в поперечном сечении форму треугольника, причем указанный выступ образован пересечением двух плоскостей, которые образуют дно паза, одна плоскость проходит от сбегающего края сбегающего слоя щетки до его аксиальной оси и выполнена под углом β_c + Δ β = (β + 2 Δ β ) ± Δ β , а другая плоскость проходит от его аксиальной оси до его набегающего края и выполнена под углом β_н ± Δ β (β - 2 Δ β ) ± Δ β , где β_с; β_н - средние значения углов наклона поверхностей дна паза сбегающего слоя щетки соответственно от его сбегающего края его аксиальной оси и от аксиальной оси до его набегающего края; β- среднее значение угла наклона накладки; Δ β - допустимые технологические отклонения углов наклона накладки и поверхностей дна паза сбегающего слоя щетки.

Второй вариант выступа является частным случаем первого описанного варианта, при котором поверхность дна паза сбегающего слоя щетки от его сбегающего края до аксиальной оси выполнена под углом β_c ± Δ β = (β + 2 Δ β ) ± Δ β , а поверхность дна паза от аксиальной оси до набегающего края выполнена без скоса, т.е. под углом, равным нулю.

При третьем варианте выступа на скошенной поверхности дня паза сбегающего слоя щетки в средней его части выполнен выступ, имеющий в поперечном сечении овальную форму, причем касательные к овальной поверхности выступа, проходящие в тангенциальном направлении от сбегающего края до аксиальной оси сбегающего слоя щетки, имеют угол наклона больше, чем максимальный угол наклона накладки, т. е. β_c ± Δ β > β + Δ β , а касательные, проходящие в тангенциальном направлении от аксиальной оси сбегающего слоя щетки до набегающего края, имеют угол наклона меньше, чем минимальный угол наклона накладки, т.е. β_н ± Δ β < β - Δ β .

Предлагаемое устройство отличается тем, что поверхность дна паза сбегающего слоя щетки в тангенциальном направлении выполнена под двумя углами наклона, причем поверхность от сбегающего края до аксиальной оси сбегающего слоя щетки выполнена под большим углом наклона, чем угол наклона накладки, а поверхность от аксиальной оси до набегающего края - под меньшим углом наклона. По прототипу скошенная поверхность дна паза выполнена под одним углом наклона.

На фиг. 1 приведен вид узла в тангенциальном направлении; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 - варианты выполнения дна паза сбегающего слоя щетки.

Щеточно-коллекторный узел (фиг. 1, 2) содержит коллектор 1, реактивный коробчатый щеткодержатель 2, нажимную пружину 3, реактивную разрезную щетку, состоящую из двух слоев 4 и 5, в которых закреплены токоподводы 6 симметрично их тангенциальной оси, на поверхностях слоев, противоположных контактным, в их средней части выполнен скошенный паз 7 с положительным углом скоса его дна, проходящий в тангенциальном направлении по всей ширине щетки, прямоугольную накладку 8, размещенную на дне паза и взаимодействующую с нажимным концом пружины 3, длина накладки равна длине скошенной поверхности дна паза 7, а ширина - ширине паза 7. Накладка 8 одной половиной в тангенциальном направлении жестко соединена со скошенной поверхностью дна паза набегающего слоя 4 щетки, а другая половина имеет скользящую связь с дном паза сбегающего слоя 5 щетки, на скошенной поверхности дна паза сбегающего слоя щетки 5 в его средней части выполнен выступ 9, вершина которого лежит на радиальной оси указанного слоя 5. Выступ 9 проходит в аксиальном направлении по всей ширине паза 7 и имеет в поперечном сечении форму треугольника, причем указанный выступ образован пересечением двух плоскостей, которые образуют дно паза 7, одна плоскость проходит от сбегающего края сбегающего слоя щетку 5 до его аксиальной оси и выполнены под углом β_c ± Δ β = (β + 2 Δ β ) ± Δ β , а другая плоскость проходит от его аксиальной оси до его набегающего края и выполнена под углом β_н ± Δ β = (β - 2 Δ β ) ± Δ β .

Например: при угле β =24^о± 1^о 30' угол β_c =27^о ± 1^о 30' , а угол β_н= 21^о± ± 1^о 30' .

Второй вариант выступа 9 (фиг. 3) является частным случаем первого (фиг. 2), при котором поверхность дна паза 7 сбегающего слоя щетки 5 от сбегающего его края до аксиальной оси выполнена под углом β_c ± Δ β = (β + 2 Δ β ) ± Δ β , а поверхность дна паза 7 от аксиальной оси до набегающего края выполнена без скоса, т.е. под углом, равным нулю.

При третьем варианте выступа 9 (фиг. 4) на скошенной поверхности дна паза 7 сбегающего слоя 5 щетки в средней его части выполнен выступ, имеющий в поперечном сечении овальную форму, причем касательные к овальной поверхности выступа, проходящие в тангенциальном направлении от сбегающего края до аксиальной оси сбегающего слоя 5 щетки имеют угол наклона больше, чем максимальный угол наклона накладки 8, т.е. β_c ± Δ β > β + Δ β , а касательные, проходящие в тангенциальном направлении от аксиальной оси до набегающего края сбегающего слоя 5 имеют угол наклона меньше, чем минимальный угол наклона накладки 8, т.е. β_н ± Δ β < β - Δ β .

Принцип работы предложенного щеточно-коллекторного узла заключается в следующем. Независимо от технологических отклонений при выполнении верхней скошенной поверхности паза 7 сбегающего слоя 5 щетки накладка всегда опирается на выступ 9 и радиальная составляющая силы нажатия накладки 8 на выступ 9 направлена по радиальной оси сбегающего слоя 4 щетки. При этом сбегающий слой 5 щетки прижат к набегающему 4 слою и в динамике не перемещается в тангенциальном направлении относительно набегающего слоя 4 и на его контактной поверхности не образуется второго "зеркала".

Экспериментальная проверка работы предложенного щеточно-коллекторного узла проводилась на генераторах мощностью 10 кВт. Испытания показали, что применение предложенного устройства позволяет ликвидировать тангенциальные перемещения сбегающего слоя щетки относительно набегающего, устранить образование на его контактной поверхности двух "зеркал" и снизить степень искрения со значением более 1 (1/2 балла) до значения менее 1(1/2 балла) по ГОСТ 183-74.

Использование: улучшение взаимодействия щетки с коллектором электрической машины. Сущность изобретения: узел содержит реактивный коробчатый ниткодержатель, нажимную пружину, реактивную разрезную щетку из двух слоев, на поверхностях слоев, противоположным контактным, выполнен скошенный паз, проходящий в тангенциальном направлении, на скошенной поверхности дна паза сбегающего слоя щетки в его средней части выполнен выступ, имеющий форму треугольника, прямоугольную накладку, которая одним концом жестко закреплена на дне сбегающего слоя щетки, а другим - имеет скользящую связь с указанным выступом. 4 ил.

ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий коллектор, реактивный коробчатый щеткодержатель, нажимную пружину, реактивную разрезную щетку, состоящую из двух слоев, в которых закреплены токоподводы симметрично их тангенциальной оси, на поверхностях слоев, противоположных контактным в их средней части, выполнен скошенный паз с положительным углом скоса его дна, проходящий в тангенциальном направлении по всей ширине щетки, прямоугольную накладку, размещенную на дне паза и взаимодействующую с нажимным концом пружины, длина накладки равна длине скошенной поверхности дна паза, а ширина равна ширине паза, накладка одной половиной в тангенциальном направлении жестко соединена со скошенной поверхностью дна паза набегающего слоя щетки, а другая половина имеет скользящую связь с дном паза сбегающего слоя щетки, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости контакта и улучшения коммутации, на скошенной поверхности дна паза сбегающего слоя щетки в его средней части выполнен выступ, вершина которого лежит на радиальной оси указанного слоя, выступ проходит в аксиальном направлении по всей ширине паза и имеет в поперечном сечении форму треугольника, причем указанный выступ образован пересечением двух плоскостей, которые образуют дно паза, одна плоскость проходит от сбегающего края сбегающего слоя щетки до его аксиальной оси и выполнена под углом β_с ± Δβ = (β+2Δ β) ± Δ β , а другая плоскость проходит от его аксиальной оси до его набегающего края и выполнена под углом β_н ± Δβ = (β-2Δ β) ± Δ β , где β_с , β_н - средние значения углов наклона поверхностей дна паза сбегающего слоя щетки соответственно от его сбегающего края до его аксиальной оси и от аксиальной оси до его набегающего края, β - среднее значение угла наклона накладки, Δ β - допустимые технологические отклонения углов наклона накладки и поверхностей дна паза сбегающего слоя щетки.