КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H01R39/04 

Изобретение относится к электротехнике, а более точно к коллекторам электрических машин, и может быть использовано во всех коллекторных машинах, кроме микроэлектромашин.

Известны коллекторы с биметаллическими коллекторными пластинами, в которых верхняя контактная часть, изготавливаемая из меди и ее сплавов, впрессовывается в нижнюю стальную часть пластины, образуя единую неподвижную конструкцию [1]
Недостатком такого решения является невозможность изготовления биметаллических пластин толщиной менее 7 мм, так как медная часть пластины в виде цилиндра диаметром не менее 3 мм входит в прорезь нижней стальной части пластины, при этом толщина стенки оставшейся части пластины не может быть менее 1,5-2 мм. Выполнение геометрии такого соединения сложно и требует специализированного оборудования и, кроме того, в крупных машинах с длиной коллекторной пластины более 100 мм в виду существенной разницы в коэффициентах линейного расширения меди и стали, в процессе эксплуатации возникают высокие термические напряжения, приводящие к искажениям микрорельефа контактной поверхности и коллектора, увеличению износа щеток и ухудшению коммутирующей способности скользящего контакта.

Известны составные биметаллические коллекторные пластины [2]
Однако недостатком такого решения, предусматривающего соединение медной контактной части пластины с нижней стальной ее частью в виде разрезного ласточкиного хвоста, образующегося двумя соседними коллекторными пластинами, является необходимость иметь в коллекторе только четное число пластин, что не может быть осуществлено в машинах с волновыми якорными обмотками, составляющими до 50% всех типов коллекторных машин, кроме того, произвольная форма и свободные допуска мест соединения пластин могут приводить при сборке в кольцо к рассыпанию части пластин.

Целью изобретения является технологичность изготовления и обеспечение экономии меди в коллекторах как с четным, так и с нечетным количеством пластин.

Поставленная цель достигается выполнением соединения частей пластины в виде сочетания прямоугольных выступов, входящих друг в друга со скользящей или плотной посадкой. В коллекторе с нечетным количеством пластин непарная пластина зажимается при сборке в кольцо между двумя парами соседних пластин.

На фиг.1-3 показана конструкция зацепления частей составной коллекторной пластины в виде прямоугольных выступов; на фиг.4 и 5 варианты расположения составных коллекторных пластин; на фиг.6 коллекторная пластина в сборе с коллекторными втулками.

Коллектор состоит из комплекта составных коллекторных пластин трапецеидального сечения с верхней контактной частью 2 и нижней несущей частью 1, сочлененных между собой пазовым соединением с выступами 3 и 4, направленными навстречу друг другу и образующими по их поверхностям механическое зацепление, плоскости которого сориентированы перпендикулярно к радиусу коллектора, направление пазов и выступов контактной и несущей частей в каждой коллекторной пластине взаимно противоположны по отношению к соседним пластинам. В коллекторе с нечетным количеством пластин пластина 5, остающаяся непарной, закладывается при сборке в кольцо с произвольной ориентацией выступов соединения, как показано на фиг.4 и 5. При сборке коллектора нижние несущие части пластины своими ласточкиными хвостами 6 закрепляются в конусных втулках 7 аналогично пластинам известной арочной конструкции и при опрессовке под воздействием сил арочного распора располагается по минимально возможному диаметру, образуя нижнюю арку коллектора. Верхние контактные части пластин при опрессовке в результате возникающих в тангенциальных соединениях частей пластины центростремительных сил стремятся расположиться также по минимально возможному диаметру и под воздействием сил арочного распора, действующих по их боковым поверхностям, образуют верхнюю контактную арку коллектора.

Введение в отличие от прототипа скользящей или плотной посадки, учитывая лишь незначительное повышение сил трения от этого, позволяет поднять технологичность сборки, применить данную конструкцию для коллекторов с нечетным числом пластин. При этом верхняя контактная и нижняя несущая арки сохраняют в полной мере независимость изменений своих размеров при колебаниях температуры, что обеспечивает высокую стабильность микрорельефа контактных дорожек коллектора в широком диапазоне рабочих температур. В коллекторе с нечетным числом пластин непарная пластина не нарушает монолитности коллектора и контактного рельефа, так как соседние пары пластин 8 как справа, так и слева, от указанной одиночной пластины, собранные с допусками в пределах скользящей или плотной посадок, представляют из себя устойчивые системы, при этом опрокидывающие моменты М₁ М₂ от каждой из указанных пар пластин действуют в противоположных направлениях и взаимно компенсируются. Поэтому одна одиночная пластина, зажатая силами арочного распора между двумя парами указанных пластин, полностью сохраняет свою устойчивость, не нарушая общего микрорельефа контактной поверхности коллектора. Введение в соединение скользящей или плотной посадки полностью исключает возможность рассыпания составных пластин при сборке их в кольцо.

Из перечисленных преимуществ предложенного нового технического решения видно, что предлагаемая конструкция коллектора по технологичности существенно выше прототипа и одновременно сохраняет все преимущества коллектора двухарочной конструкции, делая возможным ее применение в коллекторах как с четным, так и с нечетным числом пластин, что вдвое расширяет возможность ее использования в электромашиностроении.

В настоящее время на изготовление коллекторов в электротехнической промышленности СНГ затрачивается около 12000 т дефицитной и дорогой коллекторной меди. Применение предложенной конструкции коллектора открывает возможности сокращения расхода меди примерно на миллиард рублей в год.

Использование: изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам. Сущность изобретения: выступы зацепления элементов коллекторной пластины выполнены прямоугольными с плотной или скользящей посадкой в месте соединения их между собой. Предложенная конструкция коллектора делает возможным ее применение в коллекторах как с четным, так и с нечетным числом пластин, что вдвое расширяет возможность ее использования в электромашиностроении. 6 ил.

КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий коллекторные пластины, состоящие из контактной и несущей частей, имеющих в местах сочленения между собой выступы с плоскостью, перпендикулярной радиусу коллектора, с ориентацией зацепления контактной и несущей частей в двух соседних пластинах во взаимно противоположных направлениях, отличающийся тем, что выступы выполнены прямоугольной формы и имеют скользящую или плотную посадку в месте сочленения их между собой.