Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин Советский патент 1984 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к злекгротехнике,, в частности созда1:ию уст ройств для измерения гаажагия щетки на коллектор электрических машин. По ОСНОВНО1ЧЗ авт. св. № 989635 из-вестно устройство для измерения налга тий щетки на коллектор злектрических машин5 содержагцее с еткодер,жатель с нажимным пальцем, щетку и жестко свя занный с ней корпус. размещенные в ш.еткодержателе 5 расположенный з кор1тусе чувствительный силоизмерительных элемент цатчика силы с обмотками соединенныКсИ с электроизмерительным прибором и источникОМ переменного на пряжения, при этом чувствительный элемент силы связан через сферическую моверхиость с подпр щине ньим штоком и регулировочным винтом, размещенными в под131;жчой части устройства, взаимодействующей с нажимны пальцем, корпус имеет центральное углубле {ие;. в котором разменяна подвил ная часть устройства. вынол 1енная в виде полой втулки с упором и высту пающая за поверхность корпуса со сто роны нажимного пальца, при этом указанная сферическая поверхность вьшол нена в вщ,е полусферического выступа на поверхности штока и внутри корпуса дополнительно установлен компенса ционный элемент датчика силы с обмот ками Г 1 J, Данное устройство имеет ограничен ные функциональные возможности, так как не позволяет определять характеристики коллектора - профи.аь, выступа {ие пластин и их местоположение на коллекторе в ддинамическом режиме работы машины. Цель изобретен1-1Я - расширение функциональнЕ11х возможностей устройства путем обеспечения возможности определения профиля коллектора и их местоположения на коллекторе в динаг-шчаских режимах работы машины. Поставленная цель достигается тем что в устройство дополнительно введены формирователь прямоугольных импульсов , амплитудный ограничитель источник постоянного напряжения, пре образователь переменного напряжения в постоянное5 четыре ключевых элемен та с двумя устойчивьп - состояниями, интегратор светодиод, фотодиод. усилитель, источник опорного напряже ния, компаратор, блок управления и демодулятор, вход которого соединен с измерительными обмотр.амн датчика СИЛ); и вхолом форми1;эва- i теля прямоуголь; Ь х r MHyjiiiCcn к входом прробрг;зо1игге1я негземенного наппяжеиик в пос1оя;И|ОС,, вь1ход формирователя шямоугольных импулр)Сов .;оединен с входом амп:п11уд1;ого ограничителя, которого снязан с первым входо -г fiepBoro клочевого элемет а р то рой вход первого ключевого элемента соединен с выходом ус ип-ггеля., сзя;ган.огс своим BXO/IOM с фотодиодом, устаноЕле1Л1ым oTHocnTejniHo nnacrj-iK коллектора, а выход первого ключевого элеме1 та сседипеп с первым в::одом ЭJJeктpoизмepитeльнoг o приоора и дом интегратора,, которьм дом связан с червы: )содом BToi:r-i: ключевого з/1еме та,, второй BXOJ: :,г,:о poio связан с выходом источнпк;з постоянного и ;гпяжеяия, а .:д ит;:рого кл;пчевогч:) злe eиfг с;чязая с BXOJJ.OM блока управления, выход которого соединен с источник ;. постоян};ого капряже и1я, связа1 Н1; м СБОИМ выходом одноврем8ь:но с ис1оч,ником переменного нагцчяжения, светодиодом. установленным относительно коллектор)1ых пласт -:н, и с источниког-i oticpHoro напряже тя, выход которого сосдип-:н с первьпч входом компаратопа, второй г-ход . тори соединен с выходг;;- пpeoбpa яaтеля переменно |О Нопряжсния в IIC- TOfiHHoe и с первым входом трстьегс K:I;Oчевого элемепта. второй вход ко-зоого соединен с выходо;ч уси тителя , а выход третьего ключевого элемента с ВЧОрЬ М входом SneKTpOf;;;:-::::pHT::.i Ъ-Ю-1о npi-юора,, вь;ход компаратора со-.-дкпен с первым входом четвертого клгачг:вого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя. 5 пыход четвертого ключевого элеьшнта с третьим входом электроизмерительного прибора, при этом вьи;1Л ней на оси в нижней части дополн -;тельно введенного штока, через KCJTO--, рый и(етка связана с корпусом дат----:ика сршы. ia чертеже npencTaajJena принд1-:пи алг:.-пая схема предлагаемого устройства , Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических a1пип содержит пдеткодержатель 1 с ;ажиг- ным пальп ем 2 щетку 3. устанг-зливаемую на коллектор 4 электрической машины. Щетке 3 выполнена тз виде ролика, обкатываемого по поверхностИ 3ii0 в нижней части нижнего дополнительно го штока 5, через который она связана с корпусом 6 датчика сипы. Щетка 3 со штоком 5 и корпус 6 датчика рас положены в щеткодержателе 1 В корпу се 6 расположены чувствительный 7 и компенсационный 8 элементы датчика силы с обмотками 9 возбуждения и 10 измерительнымИ|Соединенные по компен сационной схеме: обмотки 9 возбуждения соединены последовательно-согласно и подключены к источнику 1 1 переменного напряжения,а измерительные обмотки 10 последовательно-встречно.. Чувствител ный силоизмерительный элемент 7 датчика силы связан через полусферическую поверхность 12 с верхним штоком 13, с предварительно поджатой пружиной 14 и регулировочным винтом 15, которые расположены в подвккной части 16 устройства. Подвижная часть 16 устройства выполнена в вице полой втулки с упором 17. выступает за поверхность корпуса 6 со стороны нажим ного пальца 2 и размещена в централь ном углублении корпуса 6. Измерительные обмотки 10 датчика силы соединены с входом демодулятора 18, которого соединен одновременно с входом формирователя 19 прямоугольных импульсов и входом пре образователя 20 переменного напряжения в постоянное. Выход формирователя 19 прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничите ля 21, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом перво го ключевого элемента 22 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 22 соединен с выходом усилителя 23, связань ого своим входом с фотодиодом 24, установленным относительно коллекторных пластин. Выход ключевого элемента 22 сое динен с первым входом электроизмерительного прибора 25 и входом интегра тора 26. Выход интегратора 26 связан с первым входом второго ключевого элемента 27 с двумя устойчивыми состояниями, второй вход которого связан с выходом источника Д8 постоянно го напряжения. Выход второго ключевого элемента 27 соединен с входом блока 29 управления, выход которого соединен с источником 28 постоянного напряжения. Выход источника 28 постоянного напряжения одновременно связан с источником 11 переменного напряжения, светодиодом 30, установ4Ленным относительно коллекторных пластин, и с источником 31 опорного напряжения. Своим вькодом источник 31 опорного напряжения соединен с первым входом компаратора 32, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 20 переменного напряжения в постоянное и первым входом третьего ключевого элемента 33 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 33 соединен с выходом усилителя 23, а выход элемента 33 соединен с вторым входом электроизмерительного прибора 25. Выход компаратора 32 соединен с первым входом четвертого ключевого элемента ЗА с двумя устойчивыми,состояниями,второй вход которого соединен с выходом усихгателя 23, Выход четвертого ключевого элемента 34 соединен с третьим входом электроизмерительного прибора 25. Устройство работает следующим образом . Перед началом работы корпус 6 датчика силы вместе с нижним штоком 5 и щеткой 3 устанавливается в окно щеткодержателя 1 до упора с коллектором 4 и прижимается нажимным пальцем 2, Далее коллектор 4 приводится во вращение с определенной постоянной скоростью от построенного или от своего двигателя. В последнем случае при Использовании высокого напряжения питания, с целью изоляции цепей измерительного прибора, необходимо применять цепи развязки, Ка одну из коллекторных пластин, относительно которых установлен светодиод 30, на торце коллектора наносится метка, например, белой краской, После этого включается блок 29 управления, который-включает источник 28 постоянного напряжения, с которого напряжение подается на источник 11 переменного напр-яжения, светодиод 30, источник 31 опорного напряжения и второй вход второго ключевого элемента 27, С источника 11 переменного напряжения питание подается на обмотки 9 возбуждения датчика сил.1. Светодиод 30 начинает светиться, посьшая световой поток на коллекторные пластины. При вращении коллектора 4 3 начинает перемещаться по его поверхности, переходя с одной коллекторной пластины на другую через межламельиые промежутки, (IpH этом возникают динамические силы, которь;е передаются от щетки 3 через нижний шток 5 на корпус 6, вызывая изменение нажатия нажимного пальца 2. Эта сила от пальца 2 через верхний шток 13; прулшну 14, регулировочный винт 15, полусферическую поверхность 12, расположенные в подвижной части 16 датчика, передается на чувствительный силоизмерительный элемент 7. Под действием сил налсатия чувствительный элемент 7 меняет свою магнитную проницае 1ость На выходе имерительных обмоток 10 появляется модулированный переменивши сигнал, который подается на демодулятор 18, Демодулятор 18 отделяет низкочастотный сигнал, определяемый коллекторными пластинами, от несущей частоты -источника 11 пере-20 менного напряжения. Этот переменный низкочастотный сигнал, подается на формирователь 19 прямоугольных импул сов, где происходит преобразование переменного сигнала в прямоугольные импульсы, которые за счет различного выступания коллекторных пластин имеют различную амплитуду. Сигнал с выхода формирователя 19 подается на вход амплитудного оргапичителя 21, где происходит ограничение по амплитуде прямоугольных импульсов,количес во которых определяется количеством коллекторньк пластин -, Далее прямоугольные импульсы одинаковой амплиту ды и длительности (определяется постоянной скоростью вращения коллектора) с выхода амплитудного ограничите ля 21 подаются на первый вход первог ключевого элемента 22. Первый ключевой элемент 22 так же, как и третий 33 и четвертый 34 ключевые элементь, открывается при подаче на второй вхо усиленного сигнала с выхода усилителя 23. На выход усилителя 23 сигнал поступает от фотодиода 24 при воспри 1ятии им светового потока, отраженно|ГО меткой коллекторной пластины от светодиода 30 при вращении коллектоIpa, т.е. с этого момента электроизмерительный прибор 25 начинает измерения. Ключевые элементы с двумя устойчивыми состояниями открываются при подаче сигнала на их второй вход а закрываются снятием напряжения с к.шоча. Через открытый первый ключевой элемент 22 прямоугольные импульсы по даются на первый вход электроизмерительноГО прибора 25 5 показывая номер пластины, которую проходит щетка 3 в процессе движения -ю коллектору ч.

Одновременно с выхода демодулятора ; 8 переменный низкочастотный сигнал j пропорциональный изменению силы нажатия на щетку, подается на вхо преобразователя 20 переменного напряжения в постоянное, с выхода которого постоянное напряжение подаете на первый вход компаратора 32 и г.а первый вход третьего ключевого элемента 33, на второй вход которого подается сигнал с выхода усилителя 23. Ключевой элемент 33 открывается, и сигнал с преобразователя 20, пропорциональный профилю коллектора 5, поступает на второй вход электро:-:з мерительного прибора 25. На второй вход компаратора 32 подается постоянное напряжение с вькоца источника 31 опорного напряжения, пропорциональное идеальному круговому коллектору ,. На выходе компаратора 32 образуется разностный сигнал, пропорциональ} ый выступанию пластин коллектора, который подается на первый вход четвертого ключевого элемента 34. На второй вход ключевого элемента 34 подается сигнал с выхода усушите-ля 23. Элемент 34 открывается, и сигнал с выхода компаратора 32 подается на третий вход электроизмерителы-ого прибора 25 5 фиксируя выступание лластин коллектора. Схема устройства отрегулирова-гШ так5 что все сигналы, поступающие на вход измерительного прибора 25, идут синхронно, т.е. на приборе 25 фиксир тотся профиль коллектора, выступание пластин и номер пластинЕЛ, т.е. ее местоположение (пластина, от которой осуществляется отсчет по коллектору, отмечерЕа меткой, и она является первой). G выхода первого ключевого элемента 22 прямоугольные импульсы одновременно поступают на вход интегратора 26, где происходит суммирование импульсов 5 равных количеству пластин коллектора 4. В это время коллектор 4 делает один оборот. Постоянное напряжение с интегратора 26 подается на вход второго к.шочевого элемента 27, на второй вход которого подается напряжение с источника 28 постоянного напряжения. Ключевой элемент 27 открывается, и постоянное напряжение с источника 28 подается на вход блока 29 управления, который подает сигнал на источник 28, отключая его, обесточивая тем самым всю схему устройства. При этом ключевые элементы 22, 27, 33 и 34 с двумя устойчивыми состояниями возвращаются в исходное закрытое состояние.

Для повторного измерения вновь вкгаочается блок 29 управления,который может включаться вручную или автоматически через определенное время После включения схемы устройства цикл измерения повторяется.

Применяемые устройства для измерения давления щетки на коллектор элект родвигателей используются только для контроля щеткодержателей в цеховых условиях. Эти устройства не могут измерять профиль коллектора, выступание пластин коллектора и их местонахождение на коллекторе, что ограничивает возможность устройства только контрольными измерениями при регулировке щеткодержателей.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными позволяет определять кроме силы давления щетки на коллектор, комплекс параметров самого коллектора: профиль, выступание пластин, их местонахождение. Устройство может использоваться при промышленных испытаниях и исследованиях электрических машин. Измеренные параметры коллекто,ра позволят повысить качество его изготовления и сборки, определить влияние динамических сил на параметры коллектора, что, в свою очередь, позволит выбрать оптимальный режим работы щеточно-кохшекторного узла и всего электродвигателя в целом, а также снизить износ щеток и коллектора, увеличить срок службы машины.

Улучшение качества изготовления и сборки коллектора позволит улучшить коммутацию скользящего контакта, снизить механические и электрические потери в месте контакта, что повысит КПД машины.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАЖАТИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт.св. № 989635, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности определения профиля коллектора, выступания пластин коллектора и их местоположения на коллекторе в динамических режимах работы машины, в него дополнительно, введены формирователь прямоугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник постоянного напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное, четыре ключевых элемента с двумя устойчивыми состояниями, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель, источник опорного напряжения, компаратор, блок управления и демодулятор, вход которого соединен с измерительными обмотками датчика силы, а выход - с входом форми зователя прямоугольных импульсов и входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничителя, выход которого связан с первым входом первого ключевого элемента, второй вход первого ключевого элемента соединен с выходом усилителя, связанного своим входом с фотодиодом, установленным относительно пластин коллектора, а выход первого ключевого элемента соединен с первым входом электроизмерительного прибора и -входом интегратора, который своим выходом связан с первым входом второго ключевого элемента, второй вход которого связан с выходом источника постоянного напряжения, а выход второго ключевого элемента связан с входом блока управления, выход которого соединен с источником постоянного напряжения,, связанi ным своим выходом одновременно с источником переменного напряжения, (Л светодиодом, установленным относительно коллекторных пластин, и с источником опорного напряжения, выход ко- торого соединен с первым входом ком паратора, второй вход компаратора соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное и с первым входом третьего ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а вы05 ход третьего ключевого элемента - с вторым входом электроизмерительного прибора, выход компаратора соединен с первым входом четвертого ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход четвертого ключевого элемента с третьим входом электроизмерительного прибора, при этом щетка выполнена в виде ролика, который установлен на оси в нижней части дополнительно введенного штока, через который щетка связана с корпусом датчика силы.