Узел скользящего электрического контакта Советский патент 1984 года по МПК H01R39/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к созданию узло скользящего электрического контакта и может быть использовано в электрических машинах с вращающимся щеточиым аппаратом. Известен узел скользящего элект рического контакта, содержащий коллектор торцового типа, вращающийся щеточный аппарат, закрепленный на вращающемся индукторе электрической машины и включающий щетку, уставов™ ленную в подвижном щеткодержателе, и пружину, прижимакнцую щетку к коллектору. Щеткодержатели закреплены посредством упругих элементов, допу кающих их некоторое упругое смещение в аксиальном направлении. В устройстве при достаточно большой центробежной силе, вызывающей заклинивание Щетки в щеткодержателе, происходит дополнительное поджатие щеток к кол лектору за счет различия в тепловом удлинении якоря и индуктора. Благодаря дополнительному поджатию за счет упругих элементов щеткодержате ля улучшаются условия работы и качество скользящего контакта,, что по вышает его надежность 1 . Однако данная конструкция характеризуется неудовлетворительным электрическим контактом между вращающимися щеткой и коллектором в режимах, когда взаимное тепловое смещение якоря и индуктора недостаточно: в начале работы, при малых нагрузках или после кратковременных остановок. В этом случае щетка, защемленная центробежной силой в щеткодержателе, оказывается лишенной упругого поджатия к коллектору, что не позволяет ей следовать за неровностью поверхности последнего, а эт приводит к нарушению рассматриваемого контакта и, соответственно, снижению его надежности. Известен также узел скользящего электрического контакта, содержащий коллектор торцового типа, вращающий ся щеточный аппарат, включающий щет ку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору. Щеткодержатели этого узла закреплены жестко без упругих элементов С 2 . В этом устройстве для нейтрализа ции действия центробежных сил увели вают давление на щетку поджимающей пружиной. Такая конструкция обеспечивает необходимое прилегание щетки к коллектору р процессе работы. Но при этом увеличенное давление на щетку увеличивает силы трения между щеткой и коллектором, что приводит к росту нагрева контакта, ускорению износа трущихся поверхностей, росту механических потерь. Кроме того, износ щетки и коллектора сопровождается интенсивным выделением токопроводящей пьши, создакяцей на изоляции электрической машины токопроводящие мостики, снижающие качество изоляции и надежность машины. Целью изобретения является увеличение надежности и долговечности узла путем улучшения скользящего контакта. Поставленная цель достигается тем, что в узле скользящего электрического контакта, содержащем торцовый коллектор, с KOTopbW взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору, на поверхности щетки, которой щетка центробежной силой прижимается к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ, продольная ось которого расположена в плоскости , которая проходит через центр массы щетки параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота h ц выступа определена из условия , , h 6 8 высота щетки и d угол в радианах наибольшей возможной непараллельности упомянутых взаимодействующих поверхностей щетки и щеткодержателя. Приведенное вьфажение получено из геометрических соотношений, при которых касание щетки и щеткодержателя при возможной непараллельности их плоскостей происходит только в пределах плоскости выступа. Это уменьшает плечо действия центробежной силы на щетку, стремящейся оторвать последнюю от коллектора и нарушить электрический контакт. Осуществляемое таким образом улучшение электрического контакта достигается без увеличения давления на щетку, сопровояадающегося отрицательными последствиями, указанными в характеристике прототипа, что, в конечном итоге, увеличивает надежность н долговечность узла в целом. На фиг. 1 изображен узел скользящего электрического контакта, аксонометрия; на фиг. 2 - то же, в плоском изображении. Узел скользящегоЭлектрического контакта содержит торцовый коллектор 1, с которым взаимодействует вра щающийся щеточный аппарат, включакиций щетку 2, расположенную в щеткодержателе 3 и пружину 4, прижимающую щетку 2 к коллектору 1. На поверхнос ти щетки 2, которая расположена в направлении действия центробежной си лы, прижимающей щетку к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ 5, равный по длине ширине самой щетки, а в аксиальном направлении - величина а , которая определяется -наимен шей допускаемой прочностью материала выступа или щетки. Продольная ось выступа 5 расположена в плоскости, которая проходит через центр мас сы щетки 2 параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота h g выступа определена из вышеука занного условия. Упомянутый выступ 5 может быть вьшолнен и не из материала щетки 2 заодно с ней, а как вставка или накладка из другого материала (например фторопласта), закрепленная любым известным способом на поверхности щетки (на фиг. 1 и 2 показано пунктиром) . Устройство работает следующим образом. В неподвижном положении щетка 2 прижимается к коллектору 1 с усилием Ff, пружиной 4. Реакция коллектора 1 на щетку 2 условно представлена двумя силами -Fg (верхней кромки) и f (нижней кромки). При вращении индуктора, на котором расположён щеточный аппарат, появляются центробежные силы, раннодействие которых Рц приложено к центру масс щетки 2 и прижимает последнюю к верхней (на фиг. 1 и 2)плоскости щеткодержателя Из-за неизбежной непараллельности верхних плоскостей прилегания щетки 2 и щеткодержателя 3 их касание происходит по выступающим кромкам (на фиг. 1, 2) - по правой кромке выступа 5). По этой кромке к щетке 2 приложена сила реакции щеткодержателя Рщ равная по величине Рц,. Из фиг. видно, что сила Рщ создает момент IU - с « - 2 4 2 стремящийся повернуть щетку (в данно случае по часовой стрелке). В предел ном случае, при повороте щетки 2 верхняя ее кромка открывается от коллектора 1, что ведет к нарушению контакта по плоскости. При этом, очевидно Ff Р .Относительно линии действия силы пружины F (в правильно спроектированном узле эта линия проходит через центр масс щетки) сила Гц создает момент f где - расстояние между линией действия FP и нижней плоскостью щетки. При отрыве одной из кромок щетки 2 от коллектора 1 моменты сил F, и Рц равны, откуда вытекает, что F -Р Д 2df Если выступ отсутствует (с h ) , то касание плоскостей щеткодержателя и щетки происходит по крайней кромке последней. В этом случае р - С -Ь . n-42d где li - высота щетки. Из сравнения двух последних равенств вытекает, что при наличии выступа снпа давления пружины в .-Ьраз меньше, чем без выступа при одинаковых FU, . Или же другое - при одинаковых F отрыв одной из кромок щетки от коллектора с выступом происходит при Рц в раз большей, чем без выступа. Чем меньше размер « у выступа, тем больше ослабляется влияние центробежных сил. Но по условию прочности материала щетки или выступа должно бытьсc(ic где .3 допустимое напряжение сжатия материала щетки или выступа (берется наименьшее) ; с - длина выступа (ширина щетки). По сравнению с известным устройством предлагаемая конструкция позволяет при одинаковом давлении пружины на щетку сохранить удовлетворительную работоспособность скользящего контакта при больших, по крайней мере в 1,5-2,0 раза, частотах вращения электрической машины; при одинаковых частотах вращения получить

j. 1086488 . 6

удовлетворительную работу скользя- но в таком же отношении снижает износ щего контакта при давлении пружины трущихся поверхностей щетки и коллекв 2-2,5 раза меньше, чем приблизитель- тора.

УЗЕЛ СКОЛЬЗЯЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, содержащий торцовый коллектор, с которым взаимодействует вращающийся щеточный аппарат, включающий щетку, установленную в щеткодержателе, и пружину, прижимающую щетку к коллектору, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности и долговечности узла путем улучшения скользящего контакта, на поверхности щетки,«которой щетка центробежной силой прижимается к поверхности щеткодержателя, выполнен выступ, продольная ось которого расположена в плоскости, которая проходит через центр массы щетки параллельно плоскости скользящего контакта, при этом высота hg выступа определена из условия g :j(i-r-, где h - высота щетки и 0 Ш угол в радианах наибольшей возможной сл непараллельности упомянутьтх взаимодействующих поверхностей щетки и щеткодержателя. СХ5 СП) 4 00 00