Щеточный узел электрической ручной машины Советский патент 1983 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности, к щеточным узлам электрических двигателей с двойной изоляцией, применяемых в-ручных и переносных машинах. Известны щеточные узлы электрических ручных машин, содержащие щеткодержатели, установленные в корпусе электродвигателя, щетки, подвижно расположенные внутри щеткодержателей радиально к коллектору, и пружины, в которых пружины, осуществляющие прижим щеток к коллектору, размещены над щетками радиально к коллектору так, что один торец пружин упирается в торец щеток, а другой - в стенку щеткодержателя, причем каждой щетке соответствует своя пружина 1. Однако в такой конструкции пружина располагается радиально к коллектору над щеткой, что увеличивает габариты мащины в радиальном направлении, препятствует созданию симметричного пластмассового корпуса электродвигателя, что является необходимым условием получения литых пластмассовых корпусов высокой точности, это также приводит к росту массы машины. Кроме того, данная конструкция требует применения нескольких пружин (по числу щеток), что приводит, из-за разброса параметров пружин, к неравномерному износу щеток, ухудщению коммутации и снижению надежности работы щеточного узла и машины в целом. Наиболее близкими к изобретению являются щеточные узлы электрических ручных машин, содержащие установленные в корпус электродвигателя щеткодержатели, в которых размещены щетки, контактирующие свои.ми верхними торцами с кольцеобразной витой пружиной, охватывающей периферию обоймы 2. Недостатком известной конструкции является то, что пружина сложна в изготовлении и ненадежна в работе, а также то, что кольцеобразная пружина для сохранения своей формы имеет две опоры, расположенные на оси, перпендикулярной к продольной оси щеткодержателей. Эти опоры разделяют кольцевую пружину на два участка, работающих самостоятельно. Таким образом, фактически, имеют место две независимо работающих пружины, объединенных конструктивно в одну, но функционально работающих как две раздельные пружины. Отсюда возникает недостаток, заключающийся - в том, что создается возможность различного давления на щетки и их неравномерный износ. Цель изобретения - ровыщение надежности. Указанная цель достигается тем, что в щеточном узле электрической машины, содержащем корпус, в котором установлены щеткодержатели с размещенными в них щетками, общую пружину для прижима щеток. установлеы двуплечие рычаги, одно плечо каждого из которых упирается в верхнюю поверхность соответствующей щетки, общая пружина установлена так, что ее ось параллельна продольной оси щеткодержателя, а другие плечи рычагов упираются в концы пружины. Кроме того, пружина размещена в отверстии корпуса, а рычаги шарнирно укреплены на корпусе. В друго.м варианте пружина размещена в обойме. При этом рычаги шарнирно укреплены на обойме. Пружина установлена на стержне, а другие плечи рычагов выполнены с открытыми пазами, в которые входит стержень. Кроме того, пружина выполнена плоской, и. имеет на концах прорези, а другие плечи рычагов выполнены С-образными и установлены в указанных прорезях плоской пружины. На фиг. 1 изображен двигатель по щеточному узлу, продольный разрез; на фиг. 2 - щеточный узел, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - двигатель в варианте с пружиной, размещенной в обойме, и рычагами, укрепленными на корпусе, разрез по щеточному узлу; на фиг. 5 - то же, в варианте с рычагами, закрепленными в обойме; на фиг. 6 - то-же, в варианте с пружиной, размещенной на стержне; на фиг. 7 - то же, вид сверху; на фиг. 8 - то же, вид сбоку; на фиг. 9 - двигатель- в варианте с плоской пружиной, разрез по щеточному узлу; на фиг. 10 - плоская пружина. Щеточный узел электродвигателя ручной мащины с двойной изоляцией (фиг. 1 и 2) содержит щеткодержатели 1. которые установлены в корпусе 2 двигателя 3, подвижно установленные в щеткодержателях 1 щетки 4, расположенные радиально к коллектору 5 якоря 6, вращательно установленного внутри статора 7 на опоре 8, размещенной в корпусе 2 двигателя 3, двуплечие рычаги 9, одним плечом 10 контактирующие с торцами 11 щеток 4, а другим плечом 12 - с пружиной 13. Рычаги 9 осями 14 установлены в отверстиях 15 ребер 16 корпуса 2, образуя шарнирное соединение рычагов 9 с корпусом 2, причем отверстие 15 переходит в паз 17, ширина а которого несколько меньше диаметраd отверстия 15, а на оси 14 выполнены (фиг. 3) параллельные лыски 18 расстояние между которыми соответствует ширине паза 17. Пружина 13 проходит внутри отверстия 19 корпуса 2, ее ось параллельна продольной оси щеткодержателей, благодаря чему ее размеры сравнительно малы и ее витки в рабочем состоянии не заклиниваются (перемещаются только вдоль ее продольной оси без дополнительного изгиба под углом). Своими торцами 20 и 21 пружина 13 упирается в плечи 12 рычагов 9. Таким образом, щетки 3 расположены радиально коллектору 5, а пружина 13 вынесена в сторону (преимущественно в торец двигателя, но возможно и ее боковое расположение). Для прижима обеих щеток 4 к коллектору 5 (фиг. 1) используется одна пружина 13. При этом пружина 13 представляет собой обычную цилиндрическую пружину сжатия, параметры которой очень легко проконтролировать, или еще более простую - плоскую (фиг. 9 и 10). В то время, как кольцеобразная витая пружина, используемая в известном узле, не поддается контролю и обеспечить . постоянство параметров такой пружины трудно. Размеры пружины 13 в предлагаемой конструкции как минимум в 5 раз меньще пружины, примененной в известном узле, следовательно, во столько же раз меньще ее габариты и масса. Отверстие 19 в корпусе 2 обеспечивает определенное положение пружины 13 при перемещении рычага (главным образом при смене щеток, так как при этом рычаг поворачивается на значительный угол и стремится вывернуть пружину). На фиг. 4-10 представлены различные варианты предложенного конструктивного рещения. В варианте по фиг. 4 пружина 13 расположена в отверстии 22 отдельной обоймы 23, которая обладает возможностью небольщого осевого перемещения относительно корпуса 2, достаточного для устранения изгиба крайних витков пружины 13 вслучае подъе ма рычага 9, что имеет место при смене щеток 4. Обойма 23 имеет выступы 24, которыми она входит в гнезда 25 корпуса 2. Этим обойма 23 ограничена от смещения в вертикальном направлении. Возможен вариант (фиг. 5), при котором рычаги 9 своими осями 14 установлены в приливах 26 обоймы 23. В этом случае рычаги 9 и пружины 13 объединены обоймой 23 в отдельный под.узел, который можно комплёктовать отдельно, что допускает упростить и ускорить процесс сборки узла щеткодержателя с двигателем 3. При этом подузел фиксируется в вертикальном направлении выступами 24, а в осевом (вдоль продольной оси двигателя 3) - дополнительными средствами, например ребром 27 ручки или крыщки 28 или другим способом, неуказанным на чертеже, например, защелкой и т.п. На фиг. 6, 7 и 8 представлен вариант, в котором роль направляющей, для пружи-. ны 13 выполняет стержень 29. Стержень 29 имеет буртики 30. Плечи 12 рычагов 9 имеют в этом случае пазы 31 и отверстия 32, а стержень 29 имеет заходные лыски 33. Такое конструктивное решение также позволяет производить подсборку деталей узла щеткодержателей с последующей установкой в двигатель 3. В варианте, представленном на фиг. 10 , использована плоская пружина 34, которая имеет прямоугольные прорези 35, а плечи 12 рычагов 9 (фиг. 9) имеют С-образную форму. Впадины 36 С-образной формы плеча 12размещены в прорезях 35 пружины 34, а выступы 37 удерживают пружину 34 от выпадания. Необходимость в обойме или стержне в этом случае отпадает, что значительно упрощает узел щеткодержателей. Узел щеткодержателя (фиг. 1-3) собирается следующим образом. После установки щеткодержателей 1 с щетками 4. в корпус 2 в отверстие 19 заводится пружина 13, а рычаги 9 своими осями 14, благодаря лыскам 18, через пазы 17 вводятся в отверстия 15 в ребрах 16 корпуса 2. При установке рычагов 9 в рабочее положение лыски 18 сместятся относительно пазов 17 и ось 14 не смржет выйти из отверстия 15. Таким образом получается щарнирное соединение рычагов 9 с корпусом 2. Рычаги выполнены из изоляционного материала и их можно выполнять из термопластичного материала методом литья под давлением (например из поликарбоната). При этом ось 14 выполнена за одно целое с рычагом 9. Благодаря открытому положению и обдуву воздухом температура рычага не превыщает допустимую для работоспособности полимера. В случаях, когда условия эксплуатации тяжелые, рычаги 9 можно изготовлять методом литьевого прессования из термореактивных материалов, рабочая температура которых более 170°, например из УП284С или АГ4С и т.п. Узел работает следующим образом. Щетки 4, расположенные в щеткодержателях 1 радиально к коллектору 5, прижаты к последнему рычагами 9. Соотнощение плеч 10 и 12 рычагов 9 выбирается таким, чтобы обеспечить необходимый ход щетки 4 до износа и освобождение пространства для удаления и замены щеток 4 при износе. Поскольку для прижима щеток 4 используется одна пружина 13, очень важно, чтобы не происходило заклинивания ее витков. Для этой цели, в частности, ось пружины 13 располагается параллельно осям щеткодержателей, т.е. витки в рабочем состоянии не деформируются в направлении, перпендикулярном своей продольной оси, а размещаются в отверстии 19 корпуса 2 свободно. При таком своем положении пружина 13 создает одинаковое давление на щетки 4, обеспечивая их равномерный износ, что повыщает надежность работы узла щеткодержателей и всей машины в целом. Применение одной цилиндрической пружины, ось которой параллельна оси щеткодержателей, ул еньщает массогабаритные показатели щеточного узла. В варианте, представленном на фиг. 4, пружина 13 расположена в отверстии 22 отдельной обоймы 23. Обойма 23 при сборке устанавливается своими выступами 24 в гнезда 25 корпуса 2, в остальном сборка ведется как в первом варианте. При работе положение обоймы практически постоянно, так как движение пружины компенсируется зазором между обоймой 23 и пружиной 13. При необходимости замены щеток 4 рычаги 9 подни.мают так, чтобы плечо Ю рычага 9 оказалось за пределами щеткодержателя 1, при этом плечо 12 повернется на угол, при котором пружина 13 вместе с обоймой 23 несколько сдвинется в осевом направлении для ко.мпенсации боковой деформации.

В варианте, представленном на фиг. 5, сборка обоймы 23 с пружиной 13 и рычагами 9 производится отдельно, что позволит механизировать процесс сборки, и затем производится установка этого подузла в двигатель. При этом обойма 23 в вертикальном направлении фиксируется выступами 24, а вдоль продольной оси двигателя 2 дополнительными средствами: ребром 27 ручки 28 (крышки).

В варианте, представленном на фиг. 6-8, стержень 29, пружина 13 и рычаги 9 можно собирать отдельно. Для сборки этого подузла пружина 13 имеет диаметр несколько больший диаметра буртиков 30 стержня 29, а стержень 29 имеет лыски 33. Плечо 12 рычага 9 в этом случае имеет паз 31, переходящий в отверстие 32. Пазами 31 рычаги 9 заводятся через лыски 33 на стержень 29 (последовательным отжимом пружины 13 то в-одну, то в другую сторону).

Собранный таким образом подузел устанавливается Б двигатель, при этом оси 14 рычагов 9 заводятся в.отверстия 15 ребер 16 корпуса 2 как в первом варианте.

В варианте, представленном на фиг. 9, вместо цилиндрической пружины 13 сжатия (фиг. 1) применена плоская пружина 34,

16

.2

имеюща,я прорези 35, которыми она охватывает впадины 36 С-образн6й формы плеч 12 рычагов 9. Длина I впадины 36 должна быть достаточной для перемещения пружины 34 в осевом направлении при повороте рычага 9 вокруг оси 14 при замене щеток 4. Расстояние L между прорезями 35 выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый крутящий момент на рычаге 9, соответствующий заданной нагрузке на щет0 ку 4. Поскольку расстояние между прорезями 35 больще расстояния L между плечами 12 в их исходном положении, то плоская пружина сдеформируется (прогнется), и, стремясь выпрямиться, создаст усилие, передаваемое рычагами 9 на щетки 4.

Смену щеток 4 в этом варианте можно производить либо подъемом рйчага 9, либо сняв плоскую пружину 34.

В остальном работа узла по этому варианту не отличается от первого.

За базовую модель принят двигатель ИЗ 1019, в котором использовался традиционный узел щеткодержателей, состоящий из щеткодержателей и цветок, расположенных, радиально к коллектору и также расположенных цилиндрических пружин сжатия.

Замена этого решения на предлагаемую конструкцию дает значительный экономический эффект, который складывается из прямого эффекта от снижения трудозатрат и снижения массы пружин и из эффекта в народном хозяйстве от повышения надежности магиины и повышения производительности труда при работе машины в связи со снижением ее массы.

Ориентировочный подсчет показывает, что минимальная сумма экономического эфе фекта на одну машину составляет 0,8 руб., что при выпуске 100 тыс. машин в год составляет 80 тыс. руб. на одном тигТоразмере.

А-А 18

,3

2

Фкг.

25 3 w

23

Фиг. 6

s п S

.9

3

дм

3L

У

35

Фиг.Ю

1. ШЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РУЧНОЙ МАШИНЫ, содержащий корпус, в котором установлены щеткодержатели с размещенными в них щетками, общую пружину для прижима щеток, отличающийся-т&и, что, с целью повышения нa дежности, он снабжен двуплечими рычагами. одно плечо каждого из которых упирается в верхнюю поверхность соответствующей щетки, общая пружина установлена так, что ее ось параллельна продольной оси щеткодержателя, а другие плечи рычагов упираются в кбнцы пружиН;. 2.Узел по п. 1, отличающийся тем, что пружина размещена в отверстии корпуса, а рычаги шарнирно укреплены на корпусе. 3.Узел по п. 1, отличающийся тем, что пружина размещена в обойме. 4.Узел по п. 3, отличающийся тем, что рычаги щарнирно укреплены на обойме. 5.Узел по п. 1, отличающийся тем, что пружина установлена на дополнительно введенном стержне, а другие плечи рычагов выполнены с открытыми пазами, в которые S входит стержень. 6.Узел по п. 1, отличающийся тем, что (Л пружина выполнена плоской и имеет на концах прорези, а другие плечи рычагов выполнены С-образными и установлены в указанных прорезях плоской пружины. сд 1C ю