Щеточно-коллекторный узел реверсивного электрического двигателя Советский патент 1992 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции ще- точно-коллекторного узла (ЩКУ) реверсивного электрического двигателя, работающего с частыми равномерными по времени реверсами.

Известен ЩКУ электрического двигателя, содержащий цилиндрический коллектор, радиальную щетку, щеткодержатель и нажимную пружину. При использовании такого ЩКУ в нереверсивных электрических двигателях без дополнительных полюсов настройка коммутации производится путем сдвига щеток от геометрической нейтрали против вращения коллектора на физическую нейтраль. В реверсивных электрических двигателях щетки устанавливаются на геометрическую нейтраль и коммутация в этом случае часто бывает неудовлетворительная, а искрение щеток превышает допустимые пределы. Устанавливать же щетки ЩКУ на физическую нейтраль в реверсивных двигателях не представляется возможным, так

как она меняет свое положение при изменении направления вращения коллектора.

Известен ЩКУ реверсивного электрического двигателя, содержащий цилиндрический коллектор, щетку, щеткодержатель, выполненный в виде одноплечного рычага, расположенного параллельно оси вращения коллектора, на одном конце которого жестко закреплена щетка, другим концом рычаг опирается на две опоры, каждая из которых расположена симметрично относительно продольной оси рычага и закреплена неподвижно к основанию, нажимную пружину растяжения, соединенную одним концом с рычагом между щеткой и опорами, другой конец прикреплен неподвижно к основанию, два ограничителя перемещения щетки по коллектору в тангенциальном направлении, выполненные в виде консольных элементов, расположенных со стороны двух лицевых граней щетки в нижней их части, причем поверхности ограничителей, примыкающие к лицевым граням щетки,

С

4

ГО

ю

скошены так, что ребра скошенных частей ограничителей расположены параллельно ламелям коллектора.

Недостатком этого ЩКУ является то, что устанавливать щетки на физическую нейтраль не представляется возможным.

Целью изобретения является увеличение ресурса ЩКУ реверсивного электрического двигателя путем улучшения коммутации и уменьшения искрения щеток.

Цель достигается тем, что в ЩКУ реверсивного электрического двигателя, содержащем цилиндрический коллектор, щетку, щеткодержатель, выполненный в виде одноплечего рычага, расположенного параллельно оси вращения коллектора, на одном конце которого жестко закреплена щетка, другим концом рычаг опирается на две опоры, каждая из которых расположена симметрично относительно продольной оси рычага и прикреплена неподвижно к основанию, нажимную пружину растяжения, соединенную одним концом с рычагом между щеткой и опорами, другой конец закреплен неподвижно к основанию, два ограничителя перемещения щетки по коллектору в тангенциальном направлении, выполненные в виде консольных элементов, расположенных со стороны двух лицевых граней щетки в нижней их части, причем поверхности ограничителей, примыкающие к лицевым граням щетки, скошены так, что ребра скошенных частей ограничителей расположены параллельно ламелям коллектора, щетка выполнена в виде двух элементарных щеток, установленных в тангенциальном направлении симметрично продольной оси одноплечего рычага, причем расстояние между ограничителями и расстояние между осями элементарных щеток выбираются из соотношения

lorp 2(щ - 1Н) + t,

где 1Щ - расстояние между продольными осями элементарных щеток,

lorp расстояние между ограничителями;

1Н - расстояние от физической нейтрали до геометрической;

t - тангенциальный размер элементарной щетки, а размеры плеч рычага и расстояние между опорами определяются из соотношения

ID Ic

п

Inl

р о

1щ+1о+21р/ /Мо1щ + 1о

где In - длина плеча по оси рычага от опор до нажимной пружины;

1р - длина рычага по его оси от опор до элементарных щеток;

10 - расстояние между опорами рычага; i- коэффициент трения элементарных

щеток о коллектор;

fi о - коэффициент трения в опорах. На фиг. 1 изображен предлагаемый ЩКУ с поперечным разрезом; на фиг. 2 - то же, с продольным разрезом; на фиг. 3 - то

же, вид сверху.

ЩКУ содержит цилиндрический коллектор 1, щеткодержатель 2, выполненный в виде одноплечего рычага, расположенного параллельно оси вращения коллектора 1, на

одном конце которого жестко закреплены две элементарные щетки 3 и 4, установленные в тангенциальном направлении симметрично продольной оси одноплечего рычага 2, другим концом рычаг 2 опирается

на две опоры 5 и 6, каждая из которых расположена симметрично относительно продольной оси рычага 2 и прикреплена неподвижно к основанию 7, нажимную пружину растяжения 8, соединенную одним

концом с рычагом 2 в точке, расположенной на оси между элементарными щетками 3 и 4 и опорами 5 и 6, другой конец пружины 8 прикреплен неподвижно к основанию 7, два ограничителя 9 и 10 перемещения элементарных щеток 3 и 4 по коллектору 1 в тангенциальном направлении, которые выполнены в виде консольных элементов, расположенных со стороны наружных лицевых граней элементарных щеток 3 и 4 в

нижней их части, причем поверхности ограничителей 9 и 10, примыкающие к лицевым граням элементарных щеток 3 и 4, скошены так, что ребра скошенных частей ограничителей 3 и 4 расположены параллельно ламелям коллектора 1.

Касание лицевой грани элементарной щетки 3 или 4 скошенной поверхности ограничителя 9 или 10 может быть как в одной точке, так и по прямой линии. Если в среднем положении элементарных щеток 3 и 4 рычаг 2 расположен параллельно ламелям коллектора 1, то при развороте касание лицевой грани элементарной щетки 3 или 4 соответствующего ограничителя 9 или 10

происходит в одной точке. Если же рычаг 2 расположен параллельно ламелям коллектора 1 при касании лицевой грани элементарной щетки 3 или 4 соответствующего ограничителя 9 или 10, то это касание осуществляется по прямой линии. Положение рычага 2 может быть и в промежутке между двумя описанными положениями. Это зависит от положения рычага 2 и элементарных щеток 3 и 4 при их установке.

Расстояние между ограничителями 9 и 10 и расстояние между осями элементарных щеток 3 и 4 выбираются такими, что при каждом направлении вращения коллектора 1, контактирующая с ним одна из элементарных щеток 3 или 4, расположенная со стороны набегающего края, находится в зоне физической нейтрали. Эти расстояния выбираются из соотношения

lorp 2(щ - н) + t,

где щ - расстояние между продольными осями элементарных щеток 3 и 4; I0rp - расстояние между ограничителями; н - рассто- яние от физической нейтрали до геометрической; t-тангенциальный размер элементарной щетки 3 и 4.

Чтобы рычаг2 при каждом направлении вращения коллектора 1 опирался на обе опоры 5 и 6 и одной из элементарных щеток 3 или 4 опирался на коллектор 1, точка соединения нажимной пружины 8 с рычагом 2 должна располагаться внутри каждого из двух треугольников, у которых одна сторона соединяет между собой опоры 5 и 6, а две стороны соединяют контактирующую элементарную щетку 3 или 4 с опорами 5 и 6. Из этих треугольников составляем неравенство

ln . °.(

Ip ( ш/2 )+ (10/2 ) Ш

где In - длина плеча по оси рычага от опор 5 и 6 до нажимной пружины 8, Ip - длина рычага 2 по его оси от опор 5 и б до элементарных щеток 3 и 4, 10 - расстояние между опорами 5 и б рычага 2.

Решая неравенство (1), получаем условие, при выполнении которого контактирует с коллектором 1 одна элементарная щетка 3, если коллектор 1 вращается против хода часовой стрелки (фиг. 1), или контактирует элементарная щетка 4 вращении коллектора 1 по ходу часовой стрелки

lolp

(2)

1щ+10

При реверсе элементарные щетки 3 и 4 будет перемещаться по ходу вращения коллектора 1,если момент от силы трения, например элементарной щетки 3 о коллектор 1 относительно одной неперемещающейся опоры 6 больше момента NI//O 1о от силы трения в другой перемещающейся опоре 5 относительно опоры 6, - коэффициент трения элементарной щетки 3 или 4 о коллектор 1, /л 0 коэффициент трения в опорах 5 или 6 при их перемещениях, т.е.

Qw .(3)

Для решения равенства (3) выразим силы Q или NI через силу Р. Для этого составим два

уравнения равновесия моментов сил относительно оси, проходящей в тангенциальном направлении через опоры 5 и 6

Qlp Pin(4)

и относительно оси, проходящей в аксиальном направлении через точку нажатия пружины 8 на рычаг 2

О щ I м о м о -тр + Ni-y- N2

(5)

а также уравнение равновесие суммы проекции сил на радиальную ось

Р Q + Ni + N2.(6)

Решая совместно уравнения 4-6, получаем Q PLn/lP;

м. - р о IP о п п щ,ч

N12 10 Ip (

Из уравнений (7) и (3) находим условие, при котором элементарные щетки 5 и 6 при реверсе перемещаются по ходу вращения коллектора 1

lolp

ln

щ + lo + 2 Ip i/fto

(8)

Объединяя условия (2) и (8), получаем

общее условие, при выполнении которого элементарные щетки 5 и 6 при реверсе перемещаются по ходу вращения коллектора 1 и при каждом направлении вращения коллектора 1 рычаг 2 опирается на обе опоры 5 и 6 и одной щеткой 3 или 4 на коллектор .,Ip IQ

1Щ + 10 +2

п

1щ + с

(9)

Например, при щ 20 мм, р 5 мм, 0

30 мм, /г 0,2, Ца 0,3, н 7,5 мм и t 5 мм, 10гр 30 мм, а длина плеча In должна быть в пределах 13,3 мм In 24 мм. Среднее значение длины плеча п (24 + 13,3)/2 18,8 мм.

5

0

Щеточно-коллекторный узел реверсивного электрического двигателя в динамике работает следующим образом. При реверсе под действием силы трения элементарной щетки 3 о коллектор 1 обе элементарные щетки 3 и 4 перемещаются от ограничителя 10 к ограничителю 9, поворачиваясь сначала вокруг опоры 6. По мере перемещения элементарных щеток 3 и 4 по ходу вращения коллектора 1 начинает контактировать с ним вторая элементарная щетка 4 При дальнейшем перемещении элементарные щетки 4 и 3 поворачиваются вокруг опоры 5 и элементарная щетка 3 зависает над коллектором 1 и опирается об ограничитель 9. При каждом направлении вращения элементарная щетка 3 или 4 имеет контакт с коллектором 1 в зоне физической нейтрали

Применение изобретения позволит существенно улучшить коммутацию, уменьшить искрение и тем самым увеличить ресурс ЩКУ реверсивных двигателей. Формула изобретения Щеточно-коллекторный узел реверсивного электрического двигателя, содержащий цилиндрический коллектор, щетку, щеткодержатель, выполненный в виде одноплечего рычага, расположенного параллельно оси вращения коллектора, на одном конце которого жестко закреплена щетка, другим концом рычаг опирается на две опоры, каждая из которых расположена симметрично относительно продольной оси рычага и прикреплена неподвижно к основанию, нажимную пружину растяжения, соединенную одним концом с рычагом между щеткой и опорами, другой конец закреплен неподвижно к основанию, два ограничителя перемещения щетки по коллектору в тангенциальном направлении, выполненные в виде консольных элементов, расположенных со стороны двух лицевых граней щетки в нижней их части, причем поверхности ограничителей, примыкающих к лицевым граням щетки, скошены так, что ребра скошенных частей ограничителей расположены параллельно ламелям коллектора, о тличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса путем улучшения коммутации и уменьшения искрения, щетка выполнена в виде двух элементарных щеток, установленных в тангенциальном направлении симметрично продольной оси одноплечего рычага, причем расстояние между ограничителями и расстояние между осями элементарных щеток выбирается из соотношения

lorp 2(1Щ - 1Н) +1,

где щ - расстояние между продольными осями элементарных щеток; 0гр - расстоя ние между ограничителями; н - расстояние от физической нейтрали до геометрической,

t - тангенциальный размер элементарной щетки, а размеры плеч рычага и расстояние между опорами определяется из соотношения

11II

- Р 0

Iplc

|щ + 10 +2 pjU/jU0

1щ +1о

(9)

где In длина плеча по оси рычага от опор до нажимной пружины; 1Р - длина плеча по его оси от опор до элементарных щеток; 10 - расстояние между опорами рычага; ju - коэффициент трения элементарных щеток о коллектор; р.0 коэффициент трения в опорах.

30

Использование передача электрических сигналов между неподвижными и вращающимися узлами машин. Сущность изобретения; устройство содержит расположенные коаксиально относительно друг друга подвижный и неподвижный контактные элементы. Элементы закреплены в щет- кодержателях и контактируют по сопряженной поверхности. Контактные элементы выполнены из отрезков пучков упругих токопроводящих волокон, которые расположены по прямолинейным образующим одного из семейств прямолинейных образующих однополостного гиперболоида. Зил.

Ч

Фиг. f

Фиг. 2.

Фиа.З

в-в