Устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор Советский патент 1984 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электро технике, в части создания устройст для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор электрическ машин. Известно устройство для обесп ч ния постоянного нажатия щетки на коллектор, содержащее корпус щетко держат ля, в котором установлена щетк а нажимным эпементом, шестерню, находящуюся в зацеплении с нажимным элементом и храповый меха низм ij . Однако данное устройство не обе . печи.вает постоянство силы нажатия щетки на коллектор при увеличении этой силы в динамических режимах работы щелочно-коллекторного узла, так как храповый механизм позволяет регулировать силу нажатия только в сторону увеличения. Это снижает надежность контакта щетки с коллек тором. Кроме того, устройство имеет большие габариты и инерционность, что ухудшает его Динамические харак теристики. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для .обеспечения постоянного нажатия щетки.на коллектор, содержа щее корпус щеткодержателя, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимны элементом и датчиком,силы, имеющим подвижную и неподвижную части и чув ствительный элемент с рбмОтками воз буждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная обмотка - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источни ка опорного напряжения, а выход бло ка сравнения связан с исполнительным устройством нажимного элемента Нажимной элемент выполнен в виде зубчатой рейки, перемещающейся под действием исполнительного устройства нажимного элемента, выполненного в виде шестерни с храповым механизмом, насаженной на вал, приводного двигателя с редуктором. Двигатель управляется сигналами с выхода блока сравнения 2 . Однако известное устройство использует храповый механизм, который не позволяет регулировать силу нажатия в сторону уменьшения, т.е. устройство не обеспечивает постоянство ri надежность нажатия щетки на коллектор при увеличении нажатия в динамических режимах работы щеточно-коялекторного узла. Кроме того, устройство имеет i большие габариты вследствие использования храпового механизма и испол нительного двигателя с редуктором, что увеличивает инерционность устройства. Все это ухудшает динамические характеристики устройства., снижает надежность контакта щетки с коллектором. Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройства и повышение надежности контакта щетки с коллектором за счет обеспечения возможности регулирования силы нажатия как в сторону ее увеличения, так и в сторону уменьшения, и уменьшение инерционности устройства за счет уменьшения габаритов его нажимного элемента. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор, содержащем корпус щеткодержателя,, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимным элементом и датчико силы, имеющим подвижную и неподвижную части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная обмотка -.с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством нажимного элемента, нажимной элемент выполнен в виде металлической мембраны, которая жестко связана с подвижной частью датчика силы, плотно входит в окно щеткодержателя и образует сйоей поверхностью относительно поверхности амортизатора щетки воздушный зазор, при этсэм щеткодержатель снабжен кронштейном, на котором закреплена.неподвижная часть датчика силы с возможностью перемещения вдоль оси щетки, а исполнительное устройство, нажимного элемента выполнено в виде пьезопреобразователей, обкладки которых включены параллельно между собой, подключены к выходу дополнительно введенного электронного регулятора напряжения и жестко закреплены .одним концом на верхней поверхности мембра- ( ны, при этом первый вход электронного регулятора напряжения соединен с источником переменного напряжения, а второй вход - с выходом блока сравнения. .На чертеже.представлено устройство, общий вид, Устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор содержит корпус щеткодержателя 1, в окне которого установлена щетка 2 с амортизатором 3 до упора с коллектором 4. Щетка 2 через амортизатор связана с нажимным элементом, выполненным в виде металлической мембраны 5. Мембрана 5 нажимного элемета жестко связана с подйижной час- тью б датчика 7 силы и плотно входи в окно щеткодержателя 1, Образуя своей поверхностью относительно поверхности амортизатора 3 щетки 2 воздушный зазор. Подвижная часть 6 датчика 7 силы через стальной шар 8 и чувствительный силоизмери тельный элемент 9 с обмотками воз буждения 10 и измерительной 11 связана с неподвижной частью 12 датчика 7 силы. Неподвижная часть 12 дат чика 7 закреплена на кронштейне 13 корпуса щеткодержателя 1 с возможностью перемещения вдоль оси щетки 2, что мсЗжет достигаться, например; С: помощью регулировочного винта (не показан).

С целью установки щетки 2 в окно щеткодержателя 1 и замены изношенных пдеток верхняя часть кронштейна 13 сможет поворачиваться, например вокруг оси, и жестко фиксйро- . ваться после установки щеток.

Нажимнбй элемент - мембрана 5 содержит исполнительное устройство, выполненное в виде пьезопреобразователей 14, которые одним своим концом жестко закреплены на поверхности мембраны 5. Обкладки пьезопреобразователей 14 включены параллельно между собой и подключены к выходу электронного регулятора 15 напряжения, первый вход которого соединен с источником 16 переменного напряжения. Второй вход регулятора 15 напряжения соединен с выходом блока 17 сравнения, первый вход которого соединен с измерительной обмоткой 11 датчика 7 силы. Обмотка 10 возбуждения датчика 7 силы соединена, с источником 16 переменного напряжения, .а второй вход блока 17 сравнения соединен с выходом источника 18 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы щетки 2 с амортизатором 3 устанавливаются в окно щеткодержателя 1, для чего верхняя часть кронштейна 13 может откидываться вместе с датчиком 7 силы и мембраной 5 с пьезопреобразователями 14, После установки щетки 2 до упора с коллектором 4 верхняя часть кронштейна 13 может изворачиваться вокруг оси и жестко закрепляться. При этом мембрана 5 с пьезопреобра о зователями 14 плотно входит в окно щеткодержателя 1 и устанавливается с определенным воздушным зазором относительно верхней части амортизатора 3 с помощью, например, регулировочного винта. Затем включается источник 16 переменного напряжения, который подает напряжение на обмотку 10 возбуждения Датчика 7 силы и на обкладки пьезопреобразователбй 1 (исполнительного устройства) через Регулятор 15 напряженияi

На выходе источника 18 опорного напряжения задается напряжение/ пропорциональное номинальной силе нажатия щетки 2 на коллектор 4, которую необходимо поддержать постоянной в пррцессе работы машины.

Под действием переменного напряжения -на обкладках йьезопреобразователей 14 возникают меха-нические колебания, которые пере5дак тся металлической мембране 5. Под Действием механических колебаний мембраны 5 воздух в зазоре между амортизатором 3 щетки 2 и мембраной 5 сжимается, создавая давление в зазоре. Это давление равномерно передается на щетку 2 через амортизатор 3, создавая тем самым нажатие щет.КИ 2 на коллектор 4 и металлическую мембрану 5. От мембраны 5 давление через подвижную часть 6 датчика 7 силы и стальной шар 8 передается на чувствительный силоизмерительный э-ле мент 9, который жестко закреплен с неподвижной частью 12 датчика 7 силы. Под действием нажатия стального шара 8 на чувствительный элемент 9 уменьшается магнитная проницаемость последнего и на выходе измерительной обмотки 11 датчика 7 силы появляется сигнал, пропорциональный силе нажатия щетки 2 на коллектор 4.

При равенстве силы нажатия щетки 2 на коллектор 4 номинальному значению сигнал с измерительной обмотки 11 датчика 7 силы равен напряжению источника 18 опорного напряжения. На выходе блока 17 сравнения, равностный сигнал .равен нулю. При этом не осуществляется регулирование переменного напряжения на обкладках пьезопреобразователей 14, .которое равно какой-то номингшьной величине.

При отклонении нажатия щетки 2 на коллектор 4 от номинального значения (в сторону увеличения или уменьшения) под действием динамических сил (влияние ускорений, эксцентриситета коллектора, выступания пластин коллектора и т.д.) и износа щеток и коллектора с измерительно обмотки 11 датчика 7 силы появяяет:ея сигнал, отличный по величине йт напряжения с источника 18 опорного напряжения. На выходе блока 17 сравнения появляется равностный сигнал, пропорциональный отклонению силы -. нажатия щетки 2 на коллектор 4 от номинального значения, который, по

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОСТОЯННОГО НАЖАТИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР,.содержащее корпус щеткодержателя, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимным элементом и датчиком силы, имеющим подвижную и неподвижнуй части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная р5мотка - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством на- , жимного элемента, отличающ е ее я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства и повышения надежности контакта щетки с коллектором за счет обеспечения возможности регулирования силы нажатия как в сторону ее увеличения, так и в са орону уменьшения, и уменьшения инерционности устройства за счет уменьшения габаритов его нажимного элемента, нажимной элемент выполнен в виде металлической мембраны, которая жестко связана с подвижной частьк датчика силы , плотно входит в окно щеткодержателя и образует своей поверхностью относительно поверхности амортизатора щетки воздушный зазор, при этом щеткодержатель снабжен кронштейном, на котором закреплена неподвижная часть датчика силы с возможностью (Д перемещения вдоль оси щетки, а исполнительное устройство нажимндго элемента выполнено в виде пьезопреобразователей,.обкладки которых включены параллельно между собой, подключены к выходу дополнительно введенного электронного регулятора .напряжения и жестко закреплены одним концом на поверхности мембраны, N9 при этом первый вход электронного регуляторга напряжения соединен с иссд точником переменного напряжения, а 9) второй вход - с выходом блока сравэо ел нения,,