Щеточный узел электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям щеточных узлов электрических машин со скользящим контактом, и может найти применение в авиационных и транспортных машинах постоянного тока с затрудненными условиями коммутации ,

Известен щеточный узел электрической машины, содержащий разрезную щетку, установленную в обойме наклонного щеткодержателя.и имеющую скос верхней торцовой поверхности,, на которой размещена накладка, закрепленная на одной половине щетки и контактирующая с другой половиной Си.

Однако щеточный узел обеспечивает неодинаковую стабильность скользящего контакта для разных половин щетки, особенно-) при аксцентричном или овальном коллекторе, что ухудшает условия токосъема и снижает ког«иутационную устойчивость машины. Причина неодинаковой стабилности скользящего контакта для разных половин щетки заключается в том что постоянное нажимное усилие в таком щеточном узле прикладывается только к одной половине щетки, на которой закреплена накладка, на вторую часть щетки нажимное усилие воздействует лишь при нахождении по нею зоны непосредственного механического контакта с коллектором.При вращении коллектора эта зона непрерывно перемещается под щетку между ее краями и нажимное усилие имеет пульсирующий характер, т.е. вторая половина щетки периодически теряет стабильность контакта с накладкой и коллектором.

Наиболее близким к изобретению яляется щеточный узел электрической машины, содержащий разрезную щетку, установленную в обойме наклонного щеткодержателя и имеющую скос верхней торцовой поверхности, на которой размещена накладка, закрепленная на одной половине щетки и контактирующая с другой половиной через упругий элемент. Введение в этот щеточный узел упругого элемента обеспечивает, воздействие постоянного нажимного усилия на обе половины щетки C2J,

Однако в известном щеточном узле под действием поперечных составляющих нажимного усилия и реакции коллектора первая половина : щетки оказывается сжатой между поверхностями обоймы щеткодержателя и второй половины щетки. Возникаю-л щие при этом силы сухого трения препятствуют перемещению частей щетки относительно друг друга и нарушают стабильность скользящего контакта первой половины щетки

с коллектором. Поэтому известный щеточный узел имеет такие же недостатки, как и щеточный узел без упругого элемента. Причиной этих недостатков является то, что накладка закреплена на второй половине щетки, а упругий элемент размещен между накладкой и первой половиной щетки, контактирующей с обоймой щеткодержателя.

Цель изобретения - улу шение условий токосъема и коммутации путем повышения стабильности скользящего контакта.

Поставленная цель достигается тем, что в щеточном узле электрической, машины содержащем разрезную щетку, установленную в обойме наклонного щеткодержателя и имеющую скос верхней торцовой поверхности, на которой размещена накладка, закрепленная на одной половине щетки и контактирующая с другой половиной через упругий элемент, накладка закреплена на половине щетки, 1Л)нтактирующей с обоймой щеткодержателя, а упругий элемент рмещен между накладкой и другой поло.виной щетки.

Кроме того, упругий элемент выполнен из эластичного материала в виде по крайней мере двух цилиндрических пальцев, концы которых имеют сферическую форму и контактируют с накладкой, а основания закреплены в гнездах на скосе верхней торцевой поверхности щетки..

Упругий элемент может быть выполнен в виде прямоугольного параллепипеда, верхняя грань которого, контактирующая-с накладкой, имеет цилиндрическую форму.

На фиг.1 изображен щеточный узел электрической машины, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 . (упругий элемент выполнен в виде цилиндрических пальцев); на фиг.З - то же, упругий элемент выполнен в виде прямоугольного параллепипеда; на фиг.4 - схема сил, действующих на щетку в предлагаемом устройстве; на фиг.5 - схема/ сил, действующих на щетку в известном устройстве.

Щеточный узел содержит разрезную щетку, состоящую из двух частей 1 и 2, установленных в обойме 3 наклоного щеткодержателя и контатирующих с коллектором 4. Верхняя торцовая поверхность щетки имеет скос и на ней размещена накладка 5, закрепленная на части 1 щетки и контактирующая с частью 2 через упругий элемент 6, закрепленный в гнезде на скосе верхней торцовой поверхности части 2 щетки. Накладка 5 контактирует также с нажимным устройством 7 щеткодержателя.

Упругий элемент 6 (фиг.2) може быть выполнен из эластичного матерла, например твердой теплостойкой резины, в виде двух или более цилидрических пальцев, концы которых имеют сферическую форму и контакти руют с накладкой 5, а основания эакреплены в гнездам на скосе верхней торцовой поверхности части 2 щетки.

Вариант упругого элемента б (фиг.З) выполнен в виде прямоугольного параллёпипеда, верхняя грань которого, контактирующая с накладкой 5, имеет цилиндрическую форму.

Работа щеточного узла поясняется схемой на фиг. 4 и происходит следующим образом.

Нажимное усилие Р , создаваемое нажимным устройством 7, прикладывается к накладке 5 перпендикулярно ее плоскости и передается на обе части щетки 1 и 2, причем на часть 1, контактирующую с обоймой 3, непосредственно (сила Р,), а на часть 2 через упругий элемент б (сила, Р). Упругий элемент б под действием силы Pj деформируется. Силы Р, и Р раскладыванугся на продольные составляющие Р , Pj и поперечные составляющие , . Pj . Продольные составляющие Р, и Р прижимают част

1и 2 щетки к коллектору 4, создавая силы реакции коллектора §,, Qj и обеспечивая стабильный электрический контакт между щеткой и коллектором. Поперечные составляющие

сил Р и Q прижимают часть щетки 1 к обойме 3,а поперечные составляющие сил Pj и ( прижимают часть щетки 2 к части 1, обеспечивая схаг бильность контактирования части 1 щетки с обоймой 3 и части 2 щетки с частью 1, т.е. механическую устойчивость работы щетки. При вращении коллектора 4 вследствие его- неизбежного эксцентриситета и отклоне.НИИ профиля от идеального возникают продольные колебания щетки. При этом ее части 1 и 2, отслеживая профиль колллектора 4,.. 4, совершают дйа вида движений. Вопервых, части 1 и 2 перемещаются вслед за поверхностью коллектора 4 как единое целое. Во-вторых,часть

2за счет дополнительной деформации и раз деформации элемента б перемещается относительно части 1. Перемещениям части 2 щетки относительно части 1 препятствует сила трения

F f ( V

V /

где fj - коэффициент трения между поверхностями частей 1 и 2 1цетки. Сравним величину этой силы с величиной силы трения в известном уст

ройстве.Как следует из фиг.5, в известном устройстве часть 1 щетки оказывается сжатой между поверхностями обоймы 3 щеткодержателя и части 2 щетки, которые воздействуют на нее c ycHJiHHMH и соответственно. Поэтому продольным перемещениям части 1 щетки относительно части 2 препятствует сила . трения

p Frp/prp,f.((). ..

где , - коэффициент трения между поверхностями части 1 щетки и обоймы 3 щеткодержателя. Очевидно, что величина силы трения в предлагаемом щеточном узле в два раза меньше, чем в известном,. что обеспечивает более точное отслеживание частью 2 профиля коллектора 4 (фиг.4) и более высокую стабильность скользящего контакта между щеткой и коллектором, а следовательно, лучшие условия токосъема и коммутации.:

Выполнение упругого элемента 6 и эластичного материала, например твердой теплостойкой резины, обеспечивает не только передачу нажимного усилия РЗ на часть 2 щетки/ но и деформирование ее колебаний, что повышает стабильность сколзящего контакта при работе щеточного узла в условиях повышенных температур и вибраций. Выполнение упругого элемента в виде цилиндрических пальцев, концы которых имеют сферическую форму, а основания закреплены в гнёздах на скосе верхней торцевой поверхности части 2. щётки, обеспечивает надежное контактирование пальцев с накладкой 5 независимо от их положения относительно своей продольной оси и надежное закрепление их на части 2 щетки Кроме того, при сферической форме концов пальцев сила Р всегда,направлена перпендикулярно к плоскости накладки 5,. а следовательно, величина и направление сил Pj и Pj оказываются более стабильными.

Таким образом, закрепление наклаки на половине щетки, контактирующей с обоймой щеткодержателя, и размещение упругого элемента между накладкой и другой половиной щетки, а также выполнение упругого элемента из эластичного материала, например твердой теплостойкой резины, в виде двух и более цилиндрических .пальцев, концы которых сферическую форму и контактируют с накладкой, а основания эакреплены в гнездах на скосе верхней торцевой поверхноети щетки, позволяет повасить стабильность скользящего контакта, а следовательно, улуч

1.ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий разрезную щетку, установленную в обойме наклон.ного щеткодержателя и имеющую скос верхней торцовой поверхности, на которой размещена накладка, закрепленная на одной половине щетки и контатирукядая с другой половиной через упругий элемент, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения условий токосъема и коммутаций путем повышения Стабильности скользящего контакта, накладка закреплена на половине щетки, контактирующей с обоймой щеткодержателя, . а упругий элемент размещен между наклаДкой и другой половиной щетки, 2. Щеточный узел по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен из эластичного материала в виде по крайней мере двух цилиндрических пальцев, концы которых имеют сферическую форму и контактируют с накладкой, а основания закреплены в гнездах на скосе верхней торцевой поверхности щетки. 3.Щеточный узел по п.1, о т О) л и. чающийся тем, что упругий, элемент выполненв виде прямоугольного параллелепипеда,верхняя грань которого, контактирующая с накладкой, имеет цили-ндрическую форму. со со ls3 О)