Коллектор электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H01R39/04 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности, к конструкции коллектора, и может быть использовано в электрических машинах постоянного тока.

Известна конструкция коллектора для быстроходных машин с винтообразным корпусом, в котором зазор между пластинами и корпусом заполнен пластмассой 1.

Однако технологическая сложность изготовления таких коллекторов ограничивает область их применения.

Наиболее близким к предлагаемому является коллектор, содержащий коллекторные пластины с крепежными выступами в виде ласточкиного хвоста, установленные на металлической втулке с помощью конуса и изолированные от последних с помощью изоляционных манжет 2.

Благодаря сопряжению втулки и нажимного конуса с круговой аркой коллектора по конусной поверхности с углом наклона в 30° аксиальное усилие стяжных болтов или расположенной на втулке гайки создает радиальную составляющую, направленную к центру, которая порождает литную круговую арку коллектора.

При работе электрической машины на коллекторные пластины действуют силы арочного распора, центробежные силы и сила температурного расширения (реакция от воздействия суммарных усилий на пластину RJ, и Rj показана на чертеже). Предполагается, что суммарное усилие прилагается посредине опорной поверхности конуса и втулки. При механическом расчете коллек.тора «ласточкин хвост пластины рассматривают как консольную балку, нагруженную реактивной силой. R и защемленную в сечении Д-Д, либо силой R и защемленную в сечении А-А 1.

Вся пластина при этом рассматривается как. балка, опертая в точках М и N, нагруженная посредине результирующей реактивных сил Rj и Rj, взятой с обратным знаком (т. е. суммарным усилием, приходящимся на одну пластину).

Прочлость ласточкиных хвостов коллекторных пластин ограничивает предельно допустимую окружную скорость коротких коллекторов, а прочность самой пластины на изгиб - как окружную скорость, так и допустимую длину пролета между точками опоры на нажимные конусы. В результате базовый коллектор не может применяться для высокоскоростных электрических мащин.

Теплоотдача от коллектора к охлаждающему воздуху в известной конструкции осуществляется только с наружной цилиндрической поверхности. Выполнение вентиляционных каналов во втулке и нажимном конусе не позволяет в полной мере повысить теплоотдачу с коллектора в силу боль,.щого теплового сопротивления потоку тепла от пластин к корпусу. Это сопротивление

определяется воздушным зазором и слоистой изоляцией между медными пластинами и корпусом.

Для высокооборотных, высокоиспользованных электрических машин необходимо обеспечить механическую прочность и эффективность охлаждения коллекторов.

Цель изобретения - обеспечение механической прочности коллектора высокооборотной машины при одновременной интен0 сификации его охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что коллектор электрической машины, содержащий коллекторные пластины с крепежными выступами в виде ласточкиного хвоста, установленные на металлической втулке с помощью конуса и изолированные от последних с помощью изоляционных манжет, снабжен фланцем, жестко установленным на валу со стороны конуса посредством упора, рабочая опорная поверхность фланца

Q выполнена конусной и опирается на конусные поверхности, выполненные с торцовой стороны коллекторных пластин, причем полость между втулкой, конусом и коллекторными пластинами заполнена термореактивной пластмассой.

5 Заполнение полости между ко.ллекторными пластинами и элементами корпуса термореактивной высокопрочной теплопроводящей пластмассой образует упругое основание для коллекторной пластины. В результате, пластина как балка на упругом ос0 новании) испытывает значительно меньшие напряжения от изгиба в средней части и в ласточкинах хвостах. Это позволяет повысить окружную скорость коллектора, которая ограничивается механической прочностью пластины и элементов корпуса.

Для снижения механических напряжений в элементах корпуса коллектора (втул ке и нажимном конусе) выподнено дополнительное закрепление концов коллекторных пластин с реакцией R , позволяющее умень0 шить реакции R и R, т. е. разгрузить втулку и нажимной конус коллектора, а также саму пластину.

Одновременно с образованием упругого основания термореактивная теплопроводя5 щая пластмасса значительно снижает сопротивление теплопередачи от пластин к обдуваемому корпусу, т. е. улучщается охлаждение коллектора. Этому способствуют и каналы, размещенные в элементах корпуса.0:

На чертеже., изображен предлагаемый коллектор, продольный разрез.

Коллектор состоит из медных пластин 1 и изоляционных прокладок между ними, 5 собранных в круговую арку и удерживаемых вместе посредством коллекторной втулки 2, нажимного конуса 3 и гайки 4, изоляционных манжет 5 и 6.

После сборки и опрессовки коллектора полость между пластинами 1, втулкой 2 и конусом 3 через отверстие в гайке 4 заполняется термореактивной высокопрочной теплопроводящей пластической массой 7. Для уменьшения механических напряжений в коллекторной втулке, нажимном конусе и в средней части пластины концы коллекторных пластин со стороны нажимного конуса 3 проточены на конус и на образованную в результате проточки коническую поверхность опирается своим выступом нажимной фланец 8, насаженный на вал электрической, машины и зафиксированный на нем посредством запорного кольца 9. От пластин 1 нажимной фланец 8 изолирован изоляционной манжетой 10.

Таким образом осуш.ествлено дополнительное закрепление концов коллекторных пластин со cfopOHbi нажимного конуса.

В нажимном фланце 8 выполнены отверстия, образующие с внутренней поверхностью полой втулки 2 и наружной поверхностью вала 11 вентиляционные каналы для прохождения охлаждающей среды.

В предлагаемой конструкции коллектора термореактивная пластмасса 7 после полимеризации образует упругое основание для коллекторных пластин, «висевших до этого на двух опорах.

Балка на упругом основании, т. е. балка, опирающаяся по всей своей длине на упругое основание, значительно прочнее и жестче балки «висящей на двух опорах, так как сосредоточенная реакция опор заменяется распределенной, пропорциональной прогибу балки в кажлой рассматриваемой точке.

Устройство дополнительного закрепления концов пластин с реакцией Rj со стороны нажимного конуса 3 позволяет снизить механические напряжения во втулке 2, конусе 3 и в средней части пластины I.

Выполнение дополнительного закрепления с реакцией Rj концов коллекторных пластин посредством фланца 8 позволяет 0 кроме уменьшения реакций Rj и R за счет появления реакции R регулировать расстояние между серединами опорных поверхностей конуса и втулки (М), т. е. варьировать размерами «ласточкиных хвостов, и длиной концов пластин (распределять суммар ные усилия таким образом, чтобы механическая прочность и жесткость деталей коллектора удовлетворяли требованиям).

Таким образом, в предлагаемом коллекQ торе устраняются ограничения на допустимую окружную скорость и длину коллектора, обусловленные прочностью коллекторных пластин.

Выполнение вентиляционных каналов в полом корпусе коллектора при одновремен5 ном значительном повышении теплопередачи от пластин к корпусу позволяет интенсифицировать охлаждение коллектора.

Использование предлагаемого коллектора позволяет создать высокоскоростные, высокоиспользованные машины постоянного тока, частота вращения и удельная мощность которых в два с лишним раза выше, чем у базового объекта.

КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержаш.ий коллекторные пластины с крепежными выступами в виде ласточкиного хвоста, установленные на металлической втулке с помощью конуса и изолированные от последних с помощью изоля.ционных манжет, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности при повышенных скоростях, он снабжен фланцем, жестко установленным на валу со стороны конуса посредством упора, рабочая опорная поверхность фланца выполнена конусной и опирается на конусные поверхности, выполненные с торцовой стороны коллекторных пластин, причем полость между втулкой, конусом и коллекторными пластинами заполнена термореактивной пластмассой. (Л ас со 1чЭ О5 СО