Щеточно-коллекторный узел электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H01R39/24 

фие.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании щеточно-коллек- торных узлов электрических машин. Цель изобретения - увеличение ресурса за счет обеспечения постоянства удельного нажатия лиска на коллектор независимо от степени износа диска.

На фиг. 1 показаны риск и коллектор (пунктиром показана изнашиваемая при работе часть лиска) , на фиг.2 - щеточный узел, разрез,

Щеточно-коллекторным узел электри ческой машины содержит коллектор 1 с осью 2 коллектора, диск щетки 3 с осевым отерстием k с центром 5 в точке 0, радиус диска R.

Отверстие k выполнено со смещением от его геометрического центра 5 на расстояние х (00). Ось диска перпендикулярна оси коллектора 2 и находится от него на расстоянии Ь, спиральная пружина 6 одним концом закреплена на оси Ь, другим - на середине планки 7. Контактная поверхность щетки в течение всего времени ее работы заключена между окружностями - поверхностью диска радиуса R с центром 0 (сплошная линия и окружностью с центром 0 радиуса b (пунктирная линия). Поэтому ширина ее во время работы щетки непрерывно уменьшается от величины R-b+x до величины R-b-x пропорционально уменьшению нажимного усилия пружин от величины R0 до величины Кц (на чертеже показано уменьшение в 2 раза На фиг. 2 представлены четыре дика 3, расположенных на оси , с возможностью поворота вокруг оси k под действием спиральной пружины 6, которая одним концом закреплена на оси k, а другим - на середине планк 7, закрепленной на дисках, с помощью которой сила нажатия пружины 6 передается на все диски 3. Токопод- вод осуществляется с помощью токо- ведущих проводов В, соединенных с дисками любым известным способом. Возможен вариант конструкции, в котором диски расположены на втулке, которая поворачивается вокруг оси под действием пружины, одним концом закрепленной на втулке, а другим - на оси, помещенной в прорези средней части втулки. В этом случае планка 7 не нужна.

10

20

25

$

059304

Неточно-коллекторный узел работает следующим образом.

Диски 3, отверстие в которых смещено на расстояние х от их геометрического центра, надеваются на ось k, расположенную перпендикулярно продольной оси 2 коллектора 1. Лиски устанавливаются на оси таким образом, что поверхность выреза с большим расстоянием от отверстия до окружности (равным R-b+x)j касается коллектора , с противоположной стороны на каждом диске закрепляется планка, к середине которой приложено давление нажимной пружины.

Благодаря асимметрии расположения осевого отверстия площадь контактной поверхности, равная в начальный момент работы диска S0 (R-b+x)а, в процессе изнашивания диска непрерывно уменьшается до величины Sk (R-b-x)а таким образом, что это уменьшение пропорционально уменьшению силы нажатия пружины на л.иск. При этом удельное нажатие на диск сохраняется постоянным:

-

Ро

S

V Si

- Pk const

5

0

Сущность предлагаемого технического решения заключается в обеспечении постоянства удельного нажатия (давления) на диск независимо от степени его износа, которое достигается с помощью выполнения осевого отверстия в диске смещенным на определенное расстояние от его геометрического центра вдоль прямой 00 , проходяшей через геометрический центр диска параллельно линии выреза диска в сторону нерабочего конца диска. Асимметричное расположение осевого отверстия обеспечивает непрерывное умень5 шение площади сечения контактирующей с коллектором части диска по мере его изнашивания, которое соответствует ослаблению нажимного усилия пружины. Расстояние от осевого отверстия

0 до геометрического центра диска определяется из условия пропорциональности уменьшения площади контактной зоны диска ослаблению силы нажатия пружины по мере изнашивания диска.

5 Известно, что контактное сопротивление, и, следовательно, переходное падение напряжения функционально связаны с величиной удельного нажатия (давления) щетки на коллектор, воз

растают при его ослаблении и уменьшаются при усилении. Известно также, что по мере изнашивания щетки сила нажатия пружины ослабевает, уменьшаеся и удельное нажатие, т.к. у обычно дисковой щетки площадь сечения постоянна . С уменьшением удельного нажа- тия на щетку усиливаются вибрации, т.е. увеличивается, механическая составляющая износа щетки. При этом возникают частичные отрывы щетки от коллектора и искрение на сбегающем крае щетки. При значительном ослаблении удельного нажатия возможен пол ный отрыв щетки от коллектора и появление лугового разряда.

Таким образом, при ослаблении удельного нажатия ухудшается коммутация, растет перегрев щетки и коллек- тора, увеличивается как электрическая, так и механическая составляющие износа щетки. Отсюда следует необходимость предотвращения ослабления удельного нажатия щетки по мере ее износа для уменьшения скорости изнашивания щетки и увеличения ее ресурса.

В прототипе (у диска с несмещенным отверстием) ширина контактной зоны постоянна в течение всего времени работы и равна R-b, где R - радиус диска, Ь - расстояние от оси коллектора. Толщина диска а также постоянна.

Площадь сечения изнашиваемой рабочей части диска (площадь контактной зоны)в начале работы S0 и в конце работы RK у прототипа также одинакова: SK S0 (Р-Ь)а (1), в то время как нажатие по мере изнашивания диска уменьшается, т.е. и удельное нажатие уменьшается во столко же раз:

R - А., р ZJL ЭДо S0 Г(.к SK

Из формулы (1) следует, что можно достигнуть постоянства удельного нажатия, сделав либо радиус, либо толщину диска переменными и уменьшающимися пропорционально уменьшению нажатия, т.е.

-2Ь--& (2)

или

Rt -Ь

Pt

.(3)

а0 РоКо -Ь РО Постоянства удельного нажатия

можно добиться также смещением осевого отверстия диска на определенно расстояние х от его геометрического

10

jj5930ь

центра вдоль прямой 00, проходящей через геометрический центр диска, параллельно линии выреза диска в сторону нерабочего конца щетки. При этом ось, на которой устанавливается, диск, остается на прежнем расстоянии Ь от коллектора. Тогда диск сдвигается на расстояние х по направлению к коллектору и площадь сечения рабочей части диска по мере его изнашивания постепенно уменьшается с (R-b+x)a до (R-b-x)a.

Для того чтобы удельное нажатие сохранилось постоянным в течение всего периода работы щетки, должно выполняться условие

И

РО

5„

const

формулу для опре

Рк (R-b-x)

х (R-b)

R-b+x То -Рк

1 PO+FK

(R-b)

Рк Po

1

Рк

(4)

Пример 1. Рассчитаем требуемое смещение х при следующих данных: R см; а 0,5 см. Ь 1 , Р. 800 г (7,8 м), Рк г

(3,92 Н), т.е.- о

В соответствии с формулой (Ц). Ро - Pk

х (R-b)

РО + Рк

(4-1)

8ПО - АОО 800 + 400

1 см.

Проверка правильности расчета х.

В соответствии с вычисленным значением х определим площадь контактной зоны S& и SK в начале и в конце работы щетки соответственно,

so

(R-b+x)а 2 см ; (R-b-x) a 1 см

Т.О. Рцяо PVJ.K

00 г/см1 (гП.э), что говорит о правильности вычисленного смещения х.

Пример 2. Рассчитаем требуемое смещение х при следующих дан- ных: R k см; а 1 см; b 1 см с другой спиральной пружиной, для которой Р0 900 г (8,8 Н), Pk 300 г

(2,УН), т.е. Рк/Р0 ,

Ро - Р

х (R-b)

Н0 + Рк

/i 1N 900 -300 , с (Ц-1) 900+300 1 5СМ

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, установленную в щеткодержателе щетку, выполненную в виде отделенных друг от друга дисков с секторными вырезами, расположенными на оси, один конец которой жестко закреплен в щеткодержателе и которая расположена перпендикулярно продольной оси коллектора, диски установлены с возможностью поворота вокруг

5

0

5

0

оси под действием по крайней мере одной нажимной спиральной пружины, прижимающей поверхности вырезов дисков к коллектору, токоподводы, соединенные с дисками, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса за счет обеспечения постоянства удельного нажатия диска на коллектор независимо от степени износа диска, осевое отверстие в каждом диске смещено на расстояние х от его геометрического центра вдоль прямой, проходящей через геометрический центр диска параллельно линии выреза диска в сторону нерабочего конца диска, причем указанное расстояние определяется из выражения

«- ™

где R - радиус диска;

b - расстояние от оси диска до коллектора;

РО - нажимное усилие пружины в начале работы;

РК - нажимное усилие к моменту предельно допустимого износа диска.

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение ресурса щетомно-коллекторного узла за счет обеспечения постоянства среднего удельного нажатия на диск независи- v мо от степени его износа. 1 |етоино- коллекторный узел содержит коллектор 1, установленную в щеткодержателе щетку, выполненную в виде отделенных друг от друга дисков 3, расположенных на оси 4, консольно жестко закрепленной в щеткодержателе и перпендикулярной продольной оси коллектора 2, с возможностью поворота вокруг своей оси 4 под действием по крайней мере одной нажимной спиральной пружины 6, прижимающей поверхности вырезов дисков к коллектору с помощью планки 7 и снабженной токо- подводами 8. Осевое отверстие в каждом диске смещение на расстояние х от его геометрического центра 5 в сторону точки приложения нажимной пружины 6 и выбраног; из математического вражения, приведенного в описании изобретения. 2 ил. о « с/

S////S/S

8