ДЕРЖАТЕЛЬ КОНТАКТ-ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2007 года по МПК H01R39/38 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к держателю контакт-деталей для обеспечения электрического контакта с ротором, прежде всего к щеткодержателю для коллекторных машин или электрических машин с фазным ротором в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.

При работе коллекторных машин, например микродвигателей постоянного тока, их коллекторные щетки являются источником обусловленного некруглостью коллектора, ударами щеток о коллекторные пластины при переходе от одной из них к другой и иными аналогичными причинами шума, который через щеткодержатель передается на корпус электрической машины и излучается им в окружающее пространство. Для снижения уровня создаваемого при работе коллекторных машин шума используются щеткодержатели, не имеющие передающих на корпус электрической машины шум связей.

Для обеспечения высокого качества коммутации важное значение имеет точность центрирования щеткодержателя относительно оси коллектора. Несоосностью в расположении щеткодержателя относительно коллектора обусловлена асимметрия при запитывании током, а создаваемые в результате усилия в свою очередь являются причиной возникновения шума. При использовании щеткодержателей, не имеющих передающих на корпус электрической машины шум связей, необходимо учитывать определенную гибкость колчанообразных направляющих щеток относительно щеткодержателя, связанное с которой отклонение от соосности в расположении коллекторных щеток относительно оси коллектора ухудшают качество коммутации.

У известного щеткодержателя, не имеющего передающих шум связей (DE 4241405 А1), устраняющие связи между траверсой и колчанообразными направляющими щеток элементы выполнены в виде упругих перемычек, соединяющих между собой траверсу и промежуточную траверсу с жестко закрепленной в ней колчанообразными направляющими щеток. Промежуточная траверса и траверса выполнены в виде пластин, расположенных в одной общей плоскости. Выполненные меандрообразной формы перемычки либо расположены в одной с этими пластинами плоскости, либо под прямым углом к ним, причем в последнем случае вершины меандров обращены в направлении оси коллектора. Обе пластины и перемычки выполнены литьем под давлением в виде одной цельной детали.

Преимущества изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении держателя контакт-деталей с отличительными признаками п.1 состоит в том, что устранение вращательной связи направляющих щеток вокруг оси ротора достигается без дополнительных степеней свободы поступательного или вращательного типа, и благодаря этому применительно к коллекторным машинам не ухудшается необходимая для эффективной коммутации точность центрирования коллекторных щеток по сравнению с жестким щеткодержателем с не устраненными передающими шум связями. Ответственные за возникновение издаваемого щетками шума колебания коэффициента трения между коллекторными пластинами и коллекторными щетками приводят при вращении коллектора лишь к возникновению усилий, стремящихся провернуть направляющие щеток вокруг оси коллектора, и поэтому не влияют на отцентрированное положение коллекторных щеток относительно оси коллектора. Предлагаемый в изобретении держатель контакт-деталей можно целенаправленно модифицировать путем изменения геометрии, положения и количества устраняющих связи элементов и тем самым исключительно простым путем приспосабливать его для применения в электрических машинах различных типов.

Предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении держателя контакт-деталей, представленного в п.1 формулы изобретения, приведены в зависимых пунктах формулы.

Исключительно простым конструктивным исполнением обладает предлагаемый в изобретении держатель контакт-деталей, у которого согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено по меньшей мере три устраняющих связи элемента, каждый из которых обладает лишь одной степенью свободы и которые установлены между траверсой и направляющими щеток таким образом, что степень свободы каждого из них ориентирована по касательной к ротору.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения устраняющие связи элементы расположены в окружном направлении предпочтительно с равным угловым шагом друг относительно друга, т.е. звездообразно.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения направляющие щеток расположены на промежуточной траверсе, а устраняющие связи элементы соединяют между собой траверсу и промежуточную траверсу и предпочтительно выполнены в виде упругих плоских перемычек, каждая из которых лежит в радиальной относительно оси ротора плоскости. Траверса и промежуточная траверса выполнены при этом в виде пластин из изоляционного материала, которые расположены в одной общей плоскости и над которыми под прямым углом к ним выступают перемычки. Держатель контакт-деталей при таком его конструктивном исполнении с "перпендикулярно выступающими устраняющими связи элементами" занимает мало места, что предпочтительно с точки зрения размещения дополнительных элементов помехоподавляющей схемы. Помимо этого при выполнении держателя контакт-деталей в виде цельной детали литьем под давлением такие устраняющие связи элементы обращены в направлении разъема литьевой формы, у которой тем самым не требуется предусматривать никаких дополнительных смещаемых в поперечном направлении частей.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематично показано:

на фиг.1 и 2 - виды в плане щеткодержателя для микродвигателя постоянного тока согласно первому и по второму вариантам осуществления изобретения,

на фиг.3 - сечение плоскостью III-III по фиг.1 и

на фиг.4 - сечение плоскостью IV-IV по фиг.2.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 в качестве примера держателя контакт-детали в виде в плане показан щеткодержатель для используемой в качестве микродвигателя постоянного тока коллекторной машины, имеющий траверсу (несущее основание) 11, по центру которой имеется квадратное отверстие 12, в котором расположена вложенная в него промежуточная траверса (промежуточное несущее основание) 13. Траверса 11 и промежуточная траверса 13 выполнены в виде пластин из изоляционного материала и соединены друг с другом в общей сложности четырьмя упругими, устраняющими связи элементами 14. В промежуточной траверсе 13 предусмотрено круглое сквозное отверстие 15, через которое пропускается не показанный на чертеже коллектор микродвигателя постоянного тока.

В случае двухполюсного микродвигателя постоянного тока щеткодержатель имеет две коллекторные щетки 16, каждая из которых установлена с возможностью осевого перемещения в проходящей в сторону сквозного отверстия 15 колчанообразной направляющей 17 и в смонтированном положении поджимается к коллектору не показанной на чертеже пружиной. Многопроволочные гибкие провода для присоединения коллекторных щеток 16 обозначены на чертеже позицией 18. Колчанообразные направляющие 17 щеток закреплены на промежуточной траверсе 13. С этой целью у промежуточной траверсы 13 предусмотрены два отходящих от нее кронштейна 131, которые с зазором размещены в соответствующих, боковых прорезях 121, отходящих от квадратного отверстия 12. Колчанообразные направляющие 17 щеток выполнены из металла и крепятся к кронштейнам 131. В другом варианте осуществления изобретения колчанообразные направляющие 17 щеток можно выполнить из изоляционного материала и в этом случае их можно литьем под давлением изготавливать за одно целое с изоляционной пластиной, образующей промежуточную траверсу 13, не предусматривая кронштейны 131.

Четыре устраняющих связи элемента 14 звездообразно расположены вокруг сквозного отверстия 12 в промежуточной траверсе 13 с равным угловым шагом друг относительно друга и с одной стороны закреплены на промежуточной траверсе 13 в промежутках между колчанообразными направляющими 17 щеток, а с другой стороны - на траверсе 11. Каждый устраняющий связи элемент 14 имеет только одну степень свободы и расположен таким образом, что эта степень свободы ориентирована по касательной к коллектору, т.е. к охватывающему коллектор сквозному отверстию 15, при этом, как очевидно, щеткодержатель монтируется в корпусе двигателя в положении, в котором ось сквозного отверстия 15 в промежуточной траверсе 13 совпадает с осью коллектора. За счет звездообразного расположения устраняющих связи элементов 14 с ориентированной по касательной степенью свободы промежуточная траверса 13 с закрепленными на ней колчанообразными направляющими 17 щеток способна совершать вращательное движение вокруг коллектора с поворотом в ту или другую сторону лишь на ограниченный угол, благодаря чему поджимаемые к коллектору щетки 16 не имеют вращательной связи. Другие степени свободы, а именно, две вращательные и три поступательные, отсутствуют или пренебрежимо малы.

В показанном на фиг.1 варианте устраняющие связи элементы 14 выполнены в виде упругих плоских перемычек 19, каждая из которых лежит в радиальной относительно оси коллектора, соответственно оси сквозного отверстия 15 плоскости. В показанном на фиг.3 разрезе подобная плоская перемычка показана в виде в плане. Эта перемычка имеет П-образную форму с двумя боковыми частями 191, 192 и соединяющей их между собой поперечной частью 193. Одна 191 из боковых частей П-образной перемычки крепится к траверсе 11, а другая ее боковая часть 192 крепится к промежуточной траверсе 13. Перемычки 19 предпочтительно формировать в процессе литья под давлением траверсы 11 и промежуточной траверсы 13, отливая за одно целое с ними, и одновременно с ними отливать под давлением и колчанообразные направляющие 17 щеток, в каковом случае отпадает необходимость в выполнении отдельных кронштейнов 131 на промежуточной траверсе 13. Перемычки 19 выступают под прямым углом над образующими траверсу 11 и промежуточную траверсу 13 пластинами из изоляционного материала и поэтому в процессе литья под давлением обращены в направлении разъема литьевой формы, у которой тем самым не требуется предусматривать никаких дополнительных смещаемых в поперечном направлении частей.

Щеткодержатель в показанном на фиг.2 в виде в плане другом варианте его выполнения по своей принципиальной конструкции в основном аналогичен рассмотренному выше щеткодержателю. В этом варианте выполнения щеткодержателя его устраняющие связи элементы также обладают лишь одной степенью свободы и расположены между траверсой 11 и промежуточной траверсой 13 таким образом, что эта степень свободы ориентирована по касательной к коллектору, и поэтому колчанообразные направляющие 17 с установленными в них коллекторными щетками способны совершать вращательное движение вокруг коллектора с поворотом в обе стороны лишь на ограниченный угол, при этом промежуточная траверса 13 практически не имеет никаких иных степеней свободы. В отличие от показанного на фиг.1 щеткодержателя в данном случае промежуточная траверса 13 выполнена в виде круглой пластины из изоляционного материала, которая с зазором расположена также в круглом отверстии 12 в выполненной в виде пластины из изоляционного материала траверсе 11. Помимо этого количество устраняющих связи элементов 14, соединяющих между собой траверсу 11 и промежуточную траверсу 13, уменьшено до минимального, равного трем. Такие устраняющие связи элементы и в этом варианте звездообразно расположены вокруг оси коллектора, соответственно оси сквозного отверстия 15, через которое проходит коллектор, и каждый из них лежит в радиальной относительно оси коллектора, соответственно оси сквозного отверстия 15 плоскости. Как показано на фиг.4, каждый устраняющий связи элемент 14 в этом варианте также выполнен в виде плоской упругой перемычки 19 П-образной формы, выступающей под прямым углом над образующими траверсу 11 и промежуточную траверсу 13 пластинами из изоляционного материала. Перемычка 19 аналогично показанным на фиг.1 и 3 вариантам и в этом случае одной 191 из своих боковых частей жестко соединена с траверсой 11, а другой своей боковой частью 192 жестко соединена с промежуточной траверсой 13. Однако в отличие от показанного на фиг.3 варианта поперечная часть 193 перемычки выполнена дугообразной формы. В остальном щеткодержатель в показанном на фиг.2 варианте его выполнения по своему конструктивному исполнению и принципу действия аналогичен показанному на фиг.1 щеткодержателю, и поэтому все сказанное выше в отношении предыдущего варианта выполнения щеткодержателя относятся и ко второму варианту его выполнения. Конструктивные элементы показанного на фиг.1 щеткодержателя, которые совпадают с конструктивными элементами показанного на фиг.2 щеткодержателя обозначены одинаковыми позициями.

Рассмотренный выше на примере щеткодержателя коллекторной машины держатель контакт-деталей, предназначенных для обеспечения электрического контакта с ротором, а в примере с щеткодержателем - для электрического контакта щеток с коллектором, может использоваться и в электрических машинах с фазным ротором, например в синхронных электрических машинах с фазным ротором. В этом случае вместо коллекторных щеток в колчанообразные направляющие устанавливаются контактные щетки, поджимаемые пружинами по меньшей мере к одному контактному кольцу, а не к коллектору. Помимо этого описанный выше держатель контакт-деталей может найти применение и во всех тех случаях, когда требуется обеспечить электрический контакт между пространственно неподвижной токопроводящей деталью (статором) и вращающейся относительно нее токопроводящей деталью (ротором).

Изобретение относится к области электрических машин. В заявке описан держатель контакт-деталей, прежде всего щеткодержатель для коллекторных машин или электрических машин с фазным ротором, содержит закрепляемую на корпусе электрической машины неподвижную траверсу (11) и по меньшей мере одну закрепленную на ней и обращенную в сторону ротора направляющую (17) для подвижной установки в ней контакт-детали (16), а также расположенные между траверсой (11) и направляющей (17) устраняющие между ними связи элементы (14). Устраняющие связи элементы (14) выполнены и расположены таким образом, что по меньшей мере одна направляющая (17) способна совершать вращательное движение вокруг ротора с поворотом в ту или другую строну лишь на ограниченный угол. Направляющая (17) может быть расположена на промежуточной траверсе (13), а устраняющие связи элементы (14) соединяют между собой траверсу (11) и промежуточную траверсу (13). Устраняющие связи элементы (14) могут быть выполнены в виде упругих плоских перемычек (19). Устройство позволяет устранить передающие шум связи между контакт-деталью (16) и корпусом электрической машины и обеспечить высокое качество коммутации. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Держатель контакт-деталей для обеспечения электрического контакта с ротором, прежде всего щеткодержатель для коллекторных машин или электрических машин с фазным ротором, содержащий неподвижную траверсу (11), по меньшей мере одну закрепленную на нем и обращенную в сторону центрального сквозного отверстия (15) для ротора направляющую (17) для подвижной установки в ней электропроводной контакт-детали (16) и расположенные между траверсой (11) и направляющей (17) устраняющие между ними связи элементы (14), отличающийся тем, что устраняющие связи элементы (14) выполнены и расположены таким образом, что по меньшей мере одна направляющая (17) способна совершать вращательное движение вокруг ротора с поворотом в ту или другую строну лишь на ограниченный угол.2. Держатель по п.1, отличающийся тем, что предусмотрено по меньшей мере три устраняющих связи элемента (14), каждый из которых обладает лишь одной степенью свободы и которые установлены между траверсой (11) и по меньшей мере одной направляющей (17) таким образом, что их степень свободы ориентирована по касательной к ротору.3. Держатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устраняющие связи элементы (14) расположены в окружном направлении предпочтительно с равным угловым шагом относительно друг друга.4. Держатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна направляющая (17) расположена на промежуточной траверсе (13), а устраняющие связи элементы (14) соединяют между собой траверсу (11) и промежуточную траверсу (13).5. Держатель по п.4, отличающийся тем, что устраняющие связи элементы (14) соединены с промежуточной траверсой (13) в местах, отстоящих от по меньшей мере одной направляющей (17).6. Держатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устраняющие связи элементы (14) выполнены в виде упругих плоских перемычек (19), каждая из которых лежит в радиальной относительно оси центрального сквозного отверстия (15) для ротора плоскости.7. Держатель по п.6, отличающийся тем, что каждая перемычка (19) имеет П-образную форму с двумя боковыми частями (191, 192) и соединяющей их между собой поперечной частью (193), лежащими в радиальной плоскости, при этом одна (191) из боковых частей перемычки жестко соединена с траверсой (11), а другая ее боковая часть (192) жестко соединена с промежуточной траверсой (13).8. Держатель по п.7, отличающийся тем, что траверса (11) и промежуточная траверса (13) выполнены в виде пластин из изоляционного материала, над которыми под прямым углом к ним выступают перемычки (19).9. Держатель по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере одна направляющая (17) закреплена на образующей промежуточную траверсу (13) пластине из изоляционного материала и предпочтительно выполнена из металла.10. Держатель по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере одна направляющая (17) выполнена за одно целое с образующей промежуточную траверсу (13) пластиной из изоляционного материала.11. Держатель по п.8 или 9, отличающийся тем, что образующие траверсу (11) и промежуточную траверсу (13) пластины из изоляционного материала выполнены за одно целое с перемычками (19) литьем под давлением.12. Держатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет по меньшей мере две отстоящие относительно друг друга в окружном направлении на равное угловое расстояние направляющие (17).