Датчик для измерения давления щетки на коллектор электрической машины Советский патент 1985 года по МПК H01R39/58 

1 Изобретение относится к электротехнике и предназначено для измерения давления щеток на коллектор электрической машины. Известен датчик для измерения давления щетки на коллектор электрической маншны, содержащий корпус, предназначенный для установки между щеткой и пружиной в окне щеткодержателя, имеющий заплечики, на которые опирается измерительный брус, снабженный первичными преобра зователями, образующими электрический полумост, и выводы для подключения к измерительной аппаратуре. Брус выполнен в виде балки равных упругих сопротивлений, воспринимающей усилие пружины по центру при ложения силы через нажимной палец, установленный в направляющих и, . Недостатком известного решения является сложность конструкции датчика, вызванная наличием нажимного пальца и направляющих для него. Наиболее близким к предлагаемому является датчик для измерения давле ния щетки на коллектор- электрической машины, содержащий измерительный элемент, устанавливаемый между щеткой и нажимной пружиной в окне щеткодержателя, снабженньй первичными преобразователями, образующими электрический полумост с выводами для подключения к измерительной апп ратуре. Измерительный элемент выпол нен, в виде равнобедренной трехгранной призмы, - опирающейся на заплечики корпуса 2j. Недостатком датчика является слб ность изготовления за счет выполнения измерительного элемента в виде равнобедренной трехгранной призмы, опирающейся на заплечики корпуса, и воспринимающего усилие по центру приложения силы. Такая конструкция при значительных вибрациях и частот вращения электрической машины не обеспечивает стабильную передачу ус ЛИЯ пружины щеткодержателя по центр приложения силы, т.е. на ребро приз мы, и у нее ограниченные возможност по повьшгению. чувствительности к вос принимаемым нагрузкам, точности изм рений из-за значительной толщины те ла призмы и места для установки преобразователей. Конструкция датчи ка требует сборки измерительного 642 элемента в корпусе с последующей изолировкой хвостовика п1)ужины щеткодержателя и установки его на ребро призмы. Цель изобретения - упрощение изготовления, повьшгение чувствительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в датчик для измерения давления щетки на коллектор электрической машины, содержащий измерительный элемент, установленный между щеткой и нажимной пружиной в окне щеткодержателя, снабженный первичными преобразователями, образующими электрический полумост с выводами для подключения к измерительной аппаратуре, дополнительно введены две дугообразные листовые пружины, измерительньй элемент выполнен в виде упругой пластины, которая установлена между указанными пружинами, симметрично расположенными выпуклостью наружу относительно измерительного элемента и образующими замкнутую несущую нагрузку систему, при этом концы листовых пружин и измерительного элемента жестко соединены между собой и снабжены ограничителями перемещения, а пружины снабжены опорными накладками, которые расположены с вьшуклых сторон пру-, жин и имеют плоскости, которые параллельны плоскости измерительного элемента, такой плоскостью одна из накладок опирается на щетку, а другая - на нажимную пружину. Ограничители перемещения и опорные наладки выполнены из электроизоляционного материала. На фиг. 1 представлен датчик в окне щеткодержателя, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид датчика в окне щеткодержателя сверху. Датчик для измерения давления щетки электрической машины на коллектор содержит замкнутую несущую систему, образованную двумя дугообразными листовыми пружинами 1, выпуклостью наружу и симметричными между собой относительно оси, проходящей через плоскость измерительного элемента 2, выполненного в виде пластин, снабженного первичными преобразователями 3, .например тензорезисторами, выводы которых образуют эле.ктрический полу3

мост для подключения к измерительной аппаратуре известным способом.

Концы пружин 1 и элемента 2 жестко скреплены и снабжены ограничителями 4 перемещения, предназначенными для ограничения поперечного перемещения несущей системы относительйо оси датчика и визуальной центровки датчика в окне щеткодержателя. Пружины 1 снабжены опорными накладками 5, которые расположены с вьшуклых сторон пружин 1 и имеют опорные плоскости, которые параллельны плоскости измерительного элемента 2. Такой плоскостью одна из накладок опирается .на электрическую щетку 6, а другая - на нажимную пружину 7, установленнзпо в окне щеткодержателя 8. Ограничители 4 и опорные накладки 5 вьшолнены из электроизоляционного материала, например прессмассы АГ-4, для исключения возможности попадания датчика под напряжение электрической машины. Кривизна сопрягаемых поверхностей накладки 5 может .быть несколько больщей, чем пружины 1, на величину порядка 0,02 мм. Размеры датчика, выбираются несколько меньшими размеров окна щеткодержателя 8 с учетом удлинения измерительного элемента 2 при распрямлении пружин 1, работающих под нагрузкой на распор. Вьтолнение изме рительного элемента 2 в виде пластины, растягивающее усилие к которой приложено по концам, обеспечивает установку преобразователей 3 на обеих ее поверхностях, при этом один из преобразователей 3 (один из длинобазовых транзисторов) для повышения точности измерения и надежности датчика может быть использован для контроля работоспособности тензорезисторов путем сравнения их показаний. Чувствительность измерительного элемента в пределах упругих деформаций повышается с умегньщением толщины пластины.

Устойчивость датчика на щетке.6 оптимально обеспечивается при длине опорной плоскости накладки 5 не менее 1/3 площади щетки, а по ширине 794644

не менее ее 2/3. В датчике оптималь ны условия: модули упругости первог го рода для несущей системы ЕН,С. и измерительного элемента Е, относятся как Е.. 8 Е-д; максимальное расстояние h между симметричными точками дугообразных пружин 1 и база (длина ) измерительного элемента 2 должна относиться как 4h. 10 Работает датчик следующим образом.

Дугообразные пружины 1 несущей системы с жестко закрепленными концами, воспринимая усилие нажимной пружины 7 щеткодержателя 8, испытывают упругие деформации сжатия и изгиба, распрямляясь, воздействуют суммарной составляющей на концы измерительного элемента 2, который размещен между ними. При соотношении

20 модулей упругости пружин 1 и измерительного элемента . 8 Eg, последний практически не является элементом конструкции несущей системы и непосредственно не участвует в распределении нагрузки, он испытывает усилие растяжения, которое несоизмеримо мало с нагрузкой. Усилие растяжения, действующее на измерительный элемент 2,воспринимается установленным на нем тензорезистором и преобразуется в электрический сигнал, поступающий к измерительной аппаратуре (не показана). Величина сигнала датчика зависит от растягивающего усилия, действующего на измерительный элемент. Конструкция несущей системы, растягивающая измерительный элемент 2, позволяет подбирать такое его се-

Q чение, которое испытывает в режиме рабочих давлений нажимной пружины 7 щеткодержателя 8-напряжение в пределах упругих деформаций, что повышает чувствительность датчика.

По сравнению с прототипом устройство проще в изготовлении, в нем отсутствуют подвижные части, датчик не боится ударов, так как измерительный элемент защищен дугообразными пружинами, может устанавливаться на щетку любой из опорных плоскостей.

(риг.З

/

1. ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий измерительный элемент, установленньш между щеткой и нажимной пружиной в окне щеткодержателя, снабженньй первичными преобразователями, обра-зующими .электрический полумост -с выводами для подключения к измерительной аппаратуре, отличающийс я тем, что, с целью упрощения изготовления, повьшения чувствительности и точности, измерений, в него дополнительно введены две дугообразные листовые пружины, измерительный элемент вьтолнен в виде упругой пластины, которая установлена между указанными пружинами, симметрично расположенными выпуклостью наружу относительно измерительного элемента и образующими замкнутую несущуюнагрузку систему, при этом концы листовых пружин и измерительного элемента жестко-соединены между собой и снабжены ограничителями перемещения, а пружины снабжены опорныi ми накладками, которые расположены с вьтуклых сторон пружин и имеют (Л плоскости,которые параллельны тшоскости измерительного элемента, такой плоскостью одна из накладок опирается на щетку, а другая - на нажимную пружину. 2. Датчик поп. 1, отличающийся тем, что упомянутые ограничители перемещения и опорные кладки выполнены из электроизоляционо 4аь ного материала. Од 4