Щеточный узел электрической машины Советский патент 1990 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании щеточных узлов электрических машин со скользящим электрическим контактом, работающих в .условиях повышенных вибраций.

Цель изобретения - повышение надежности работы щеточного узла.

На чертеже изображен щеточный узел электрической машины, разрез.

Щеточный узел содержит щетку 1, в нижней части контактирующую с коллектором 2, щеткодержатель 3 и нажимное устройство 4, которое давит на верхний слой 5 составной накладки, и расположенный между слоем 5 и щеткой 1 нижний слой 6, выполненный в виде рамки с тангенциальным размером tH и радиальным размером гн стенок.

Щеточный узел работает следующим образом.

Щетку 1 вместе с накладкой, состоящей из твердого верхнего слоя 5 и упругого слоя 6, выполненного в виде рамки, сделанной, например, из ре- зины, вставляют в обойму щеткодержателя 3. Нажимное устройство 4 через слои 5 и 6 накладки прижимает щетку 1 к вращающемуся коллектору 2. Слои 5 и 6 соединяются любым известным способом-(например, с помощью клея). Так как слой 5 выполнен из твердого материала (например, текстолита или пластмассы), накладка может крепиться к рабочему концу нажимного устройства (например, с помощью шплинта). После изнашивания щетки устанавливается новая щетка и щеточный узел работает с прежней накладкой.

Проведенные исследования по определению минимальной частоты вращения коллектора ti,tfc при которой начинается искрение под щеткой для щеток

сл

СП

сл

sl

сл

с модулями упругости Ер в диапазоне 5-30 ГПа (500-3000 кг/мм2), показали, что существует регрессионная зависимость между этими характеристиками щеток, Эта зависимость показывает, что виброустойчивость щеточного узла повышается с уменьшением модуля упругости щеток, и позволяет оценить это повышение количественно.

Поэтому одним из средств повышения виброустойчивости щеточного узла является применение накладок из материалов с низким модулем упругости (резины), так как при этом модуль упругости ЕЈ системы щетка-накладка уменьшается по сравнению с модулем упругости Е щетки без накладки.

Практически соотношение Eh «, Е может быть реализовано накладкой с полостью (известный узел) или накладкой, выполненной в виде рамки (Ew - модуль упругости материала наклаДки) Изготовление упругого слоя накладки с полостью технологически намного сложнее, чем изготовление упругого слоя в виде рамки, и предполагает снижение геометрического ресурса щетки, так как слой с полостью должен иметь значительные размеры в радиальном направлении. Кроме того, при применении упругого слоя накладки в виде рамки нажатие распределяется на края щетки. При этом, если щетка, попадая на неровность коллектора, перекашивается, упругий слой рамки на поднявшемся крае щетки сжимается и на щетку в этом месте действует сила упругости большая, чем на противоположной стенке рамки, и щетка возвращается в правильное положение .

Жесткость и масса упругого слоя в виде рамки указанных размеров (аксиального размера стенки, составляющего 10% аксиального размера щетки) приблизительно, в 2 раза меньше соответствующих величин сплошного слоя и несколько меньше для слоя с полостью. Это говорит о том, что форма упругого слоя накладки в виде рамки является оптимальной (по сравнению с известной накладкой и применяющимися сплошными накладками прямоугольной формы).

Оптимальные соотношения размеров щеток и накладок были определены экспериментальным путем. Полученные значения показали, что наибольший

5

0

5

0

5

0

5

0

5

эффект от применения накладок для щеток с модулем упругости 5-10 ГПа (500-1000 кг/мм ) наблюдается при соотношении Ј hM/h 0,07-0,10 (7- 10%), для щеток с модулем упругости 10-17 ГПа (1000-1700 кг/мм) при соотношении hH/h 10-13% (Ьч - высота накладки, h - высота щетки).

При этом при переходе соотношения Ь„/Ь за верхнюю границу указанных диапазонов (hM/h 13%) устойчивость работы узла токосъема не увеличивается и даже начинает уменьшаться, т.е., увеличивая соотношение радиальных размеров накладок и щетки за пределы указанного интервала, мы не только не повышаем виброустойчивость щетки, но даже снижаем ее, одновременно снижая ее ресурс.

При переходе за нижнюю границу hH/h 7% вследствие малой толщины накладки ее амортизационные свойства снижаются, виброустойчивость такого щеточного узла намного ниже, чем при оптимальном соотношении hH/h (хотя и несколько выше, чем для щеток без накладки), особенно для щеток с высоким модулем упругости.

Экспериментальные исследования влияния соотношения радиальных размеров накладки и щетки на коммутацию (безыскровую работу) и износ щетки проводились на специально разработанной установке и на тяговых двигателях в условиях эксплуатации.

Установка представляет собой ко- роткозамкнутый коллектор диаметром 95 мм со щетками размерами t x a x г 8 х 12,5 х 27 мм, установленными в щеткодержатели радиального типа.

Электрическая схема установки по- зволяет изменять плотность тока под щетками от 0 до 20 A/CM. Коротко- замкнутый коллектор имеет медную вставку с профилем заданной геометрии, типичным для реальных электрических машин постоянного тока с диаметром коллектора от 50 до 200 мм. С помощью приводного двигателя час- тота вращения короткозамкнутого коллектора изменялась от 0 до 600 рад/с.

Результаты испытаний известного и предлагаемого узлов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что уменьшение и увеличение размеров накладки увеличивают скорость износа и ухудшают коммутацию.

Таким образом, предлагаемый щеточ-, ный узел обеспечивает более надежную работу машины.

Формула изобретения

Щеточный узел электрической машины, содержащий щеткодержатель, нажимной элемент, щетку, установленную JQ в щеткодержателе составную накладку

прямоугольного сечения, нижний слой которой выполнен из упругого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса, нижний слой накладки вы- ,полней в форме рамы, тангенциальный размер стенки которой составляет 15-25% от тангенциального размера щетки, а радиальный размер - 7-13% от радиального размера щетки.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности и ресурса. Составная накладка, установленная на щетку, имеет нижний упругий слой в виде рамы, тангенциальный размер стенки которой составляет 15 - 25% от тангенциального размера щетки, а радиальный размер 7 - 13% от радиального размера щетки. Это позволяет повысить надежность щеточного узла электрических машин, работающих в условиях повышенных вибраций, путем уменьшения износа щетки и предохранения щеток от разрушения. 1 ил. 1 табл.

Предлагаемый узел 20 1,43 20 1,38 20,40

20 ,45 20,36

15,34

25,36

13,33

27,35

Известный узел

1,30

Составитель В.Чернова Редактор В.Данко Техред М.Ходанич Корректор Н.Ревская

Заказ 558

Тираж 411

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

2,3 2,5 2,4 2,9 3,0 3,3 3,2 3,5 3,55

3,7

У

Подписное