Щетка для электрической машины Советский патент 1991 года по МПК H01R39/24 H01R39/46 

закреплены изолированные между собой токопровод щие секции 2 с прикрепленными к ним резисторами 3, сопротивление которых увеличивается от набегающего к сбегающему краю щетки. Каждая секция 2 выполнена из покрытых изоляцией токопро- водящих жил 4 из материала высокой упругости, малым омическим сопротивлением, например бириллиевой бронзы, и с изоляционным покрытием, например лаковым. При этом рабочие концы 5 жил 4 каждой секции 2 свободны от защемления обоймы 1 и способны своими торцами создать множественный контакт с коллекторов б электрической машины, а скрепленные обоймой нерабочие концы жил секций имеют электрический контакт, созданный, например, путем обжатия, стоковыми шинами. Шины изолированы одна от другой перегородками верхнего торца 8 обоймы. К каждой из шин подключен один из концов токогасящих резисторов 3. Другие концы всех резисторов подключены к общему токоотводу 9. Нижний торец 10 обоймы 1 выполнен в виде ряда наклонных относительно верхнего тор- ца обоймы плоскостей 11. Число наклонных плоскостей соответствует числу секций щетки. Щетка рассчитана на электрические машины с кратковременным одноразовым режимом работы. В связи с этим ее конст- рукция учитывает весьма малый износ по высоте и способна работать без нажимного механизма. Необходимое усилие прижатия щетки к коллектору обеспечивается упругостью жил, длина свободной части которых превышает расстояние между соответствующей точкой нижней торцовой поверхности и коллектором. Расчет конструктивных параметров щетки основан на оценке интенсивности искрообразования при динамическом смешивании смежных слоев жил соседних секций, что обеспечивает плавность нарастания переходного сопротивления щетки при ез сбеге с пластины коллектора. Экспериментально установле- но, что степень интенсивности искрообразования заметно снижается при увеличении проникновения смежных слоев жил до 15- 20% от ширины секций. Более глубокое проникновение слоев практически не влияет на снижение искрообразовачия (оценка велась по амплитуде флюктуации напряжения радиоизмерителя помех). Принимая эти цифры за граничные условия при определении конструктивных параметров щетки и за- даваясь шириной секций d, высотой установки обоймы щетки над коллектором Н и зазором между соседними секциями I, оптимальное отклонение сбегающего слоя жил секции находят путем расчета угла а на

клона плоскости нижнего торца обоймы, определяя его из соотношения (см. фиг.2). I 0,15-0.20 d h -Н

Тогда, учитывая, что h d tga, окончательно имеют

1

Н

H-I

0,15 -0,20 d2 -arctg К

где К - безразмерный коэффициент, характеризующий оптимальный диапазон смеще- ния рабочих концов жил секций при вращении коллектора электрической машины. В процессе работы электрической машины (фиг.З) рабочие торцы жил 4 скользят по коллектору б, образуя множественный контакт с коллекторными пластинами за счет собственной степени свободы каждой упругой жилы. Фронтальные слои жил каждой секции 2 за счет эффекта трения отклоняются от первоначального вертикального положения в сторону вращения коллектора. Степень отклонения каждого из слоев определяется разной длиной их рабочих концов 5, что создает возможность внедрения сбегающих слоев одной секции в набегающие слои другой и лимитируется ребром наклонной плоскости 11. Рабочий ток в щетке определяется суммой параллельных токов секций. Изменение переходного соприкосновения при прохождении коллекторных пластин под секциями щетки, подключенными к резисторам со скачкообразно изме- няющимся номиналом, заметно ограничивается за счет смешения граничных слоев соседних секций. При этом закорачиванию рабочих концов жил соседних секций препятствует изоляционное покрытие на каждой жиле. Таким образом выполнение тела секций из вертикально расположенных токопроводящих жил обеспечивает возможность создания размытой границы между двумя смежными секциями. Наличие на каждой жиле секций изоляционного слоя, позволяет исключить закорачивание рабочих участков жил смежных секций при их механическом соприкосновении; выполнение нижнего торца изоляционной обоймы в виде ряда параллельных наклонных плоскостей, предназначенных для фиксации жил каждой секции, позволяет фронтально расположенным слоям жил одной секции иметь различную степень свободы и предопределяет возможность динамического проникновения друг в друга граничных слоев двух смежных секций. За счет этого в предлагаемой щетке по сравнению с известной снижены предпосылки искрообраэования при значительном уменьшении переходного сопротивления в зоне скользящего контакта, что позволяет успешно использовать ее в электрических машинах с одноразовым кратковременным режимом работы при высоких плотностях рабочего тока (200А/СМ2 и более).

Ф о р м ула изобретения

Щетка для электрической машины, содержащая обойму из диэлектрического материала и вертикально закрепленные в ней изолированные между собой токопроводя- щие секции с подключенными к ним резисторами, сопротивление которых увеличивается от набегающего к сбегающему краю щетки, отличающаяся тем, что, с целью снижения искрообразования при работе щетки в кратковременном одноразовом режиме в условиях коммутации токов больших плотностей за счет

обеспечения плавного изменения переходного сопротивления соседних секций, каждая секция выполнена из покрытий изоляцией токопроводящих жил, нижний торец обоймы содержит ряд, равный числу секций, наклонно расположенных относительно верхнего торца обоймы, плоскостей, при этом угол а наклона этих плоскостей выбран из условия

а arctd К

H-I d2

где Н - высота установки обоймы щетки над коллектором электрической машины;

I - зазор между соседними секциями;

d - ширина секций;

К - безразмерный коэффициент, характеризующий оптимальный диапазон смещения рабочих концов жил в тангенциальном направлении.

Изобретение относится к электротехнике в части создания щеток, предназначенных для использования в электрических машинах постоянного тока с кратковременным одноразовым режимом работы и рабочими токами высокой плотности. Целью изобретения является снижение искрообразования при работе щетки в кратковременном одноразовом режиме в условиях коммутации токов больших плотностей за счет обеспечения плавного изменения переходного сопротивления соседних секций. Конструкция представляет собой пучок изолированных токопроводящих жил 4 из металла с малым омическим сопротивлением, закрепленных с нерабочего конца изоляционной обоймы, имеющей противоположный конец с пилообразным профилем. В обойме 1 размещены шины 7, имеющие электрический контакт со слоем жил 4, образующих секцию 2. Секции расположены параллельно коллекторным пластинам коллектора 6 и соединены каждая с соответствующим резистором 3. Величина сопротивлений токоограничивающих резисторов 3, выполняющих также роль тепловых радиаторов, увеличивается в направлении сбегающей кромки тела электрощетки. Пилообразный профиль обоймы образован рядом наклонно расположенных плоскостей, угол наклона которых относительно верхнего торца обоймы определен из условия оптимизации диапазона смещения рабочих концов жил в тангенциальном направлении. Это позволяет улучшить коммутационные параметры щетки путем более плавного спада тока в рабочем контуре машины, а также снижения тепловыделения в зоне скользящего контакта. 3 ил.

8

Фиг. 2