Устройство для измерения силы нажатия щетки на коллектор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для измерения силы нажатия щетки на коллектор при настройке и контроле щеточного узла в процессе изготовления электрических машин малой мощности.

Известно устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин, содержащее щеткодержатель с нажимным пальцем, вибратор с элементами для закрепления щеткодержателя, разрезную щетку, выполненную из общей неподвижной и двух подвижных частей, два силоизмерительных датчика в виде упругих элементов из ферромагнитного материала с обмотками, элементы защиты и передачи силы и измерительную схему с электроизмерительным прибором.

Это устройство имеет большое количество электромеханических узлов и элементов, что значительно усложняет конструкцию, снижает точность и чувствительность измерения усилия нажатия щетки

на коллектор, а также увеличивает габаритные размеры устройства. Это не позволяет использовать устройство для измерения нажатия щеток в электрических машинах малой мощности, например в микродвигателях серий ДПР и ДПМ, комплектуемых щетками размером единицы миллиметра с нажатиями десятки грамм.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения силы нажатия щетки на коллектор электрической машины, содержащее исследуемую щетку, взаимодействующую с коллектором электрической машины, связанные со щеткой силоизмери- тельный датчик на основе механотрона и электрический блок, содержащий индикатор силы и электрический элемент контроля момента отрыва щетки от коллектора, состоящий из источника постоянного тока, компаратора, задатчика порогового уровня сигнала, ключа и индикатора.

N3

Измерение силы нажатия щетки на коллектор осуществляется по индикатору силы в момент разрыва электрической цепи при отрыве щетки от коллектора под действием внешней силы, приложенной к щетке и на- правленно й«противоположно силе нажатия щетки.

Однако, такое устройство имеет низкую точность и достоверность измерения, вследствие наличия в измеренном усилии отрыва щетки от коллектора фрикционной составляющей, обусловленной силами трения в механических элементах щеткодержателя. Величина фрикционной составляющей усилия отрыва нестабильна и может достигать значительных величин, особенно для микродвигателей, имеющих щеточный узел с низким номинальным усилием нажатия щетки на коллектор. Значительные погрешности возникают также за счет неопределенности точки присоединения силоизмерительного датчика к щетке и разброса переходного сопротивления щеточного контакта при использовании его в качестве элемента электрической цепи, по разрыву которой регистрируют момент отрыва щетки от коллектора.

Кроме того, значительное количество операций при измерении (механическое подсоединение к щетке силоизмерительного датчика, подключение выводного конца щетки к электрическому блоку, плавное перемещение силоизмерительного датчика до момента отрыва щетки от коллектора) увеличивает трудоемкость процесса измерения силы нажатия щетки.

Цель изобретения - повышение точности измерения и снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения силы нажатия на коллектор электрической машины, содержащее силоизмерительный датчик, закрепленный на основании устройства, электрический блок и индикатор силы, дополнительно введен технологический коллектор, диаметр которого равен диаметру коллектора электрической машины, выполненный в виде двух изолированных полуцилиндров, а силоизмерительный датчик выполнен из пьезоэлектрического биморф- ного элемента в виде балки, свободный конец которой жестко соединен с одним из полуцилиндров коллектора, второй полуцилиндр которого соединен с основанием устройства, электрический блок выполнен в виде коммутатора, узла блокировки, усилителя заряда ячейки памяти, генератора тактовых импульсов и электрического фильтра, а пьезоэлектрический элемент одновременно подключен к узлу блокировки и через

коммутатор ко входу усилителя заряда, выход которого подключен к ячейке памяти, выход которой соединен с индикатором силы через электрический фильтр, а входы управления коммутатора и ячейки памяти подключены к выходу генератора тактовых импульсов.

На фиг. 1 приведена конструкция и блок-схема предлагаемого устройства; на

фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Устройство для измерения силы нажатия щетки на коллектор электрической машины содержит механический и электрический блоки.

Механический блок включает стойку 1 для установки и закрепления щеткодержателя 2 со щетками 3 и 4, технологический коллектор, состоящий из двух изолированных полуцилиндров 5 и 6, причем полуцилиндр 5 жестко связан со свободным концом пьезоэлектрического элемента 7, а полуцилиндр 6 - с основанием 8 посредством опоры 9. Полуцилиндр 6 сдвинут относительно полуцилиндра 5 для фиксации

щеткодержателя 2 на стойке 1 в определенном положении относительно технологического коллектора в процессе измерения, а диаметр цилиндрической поверхности, образованной полуцилиндрами 5 и 6 и являющейся поверхностью технологического коллектора, равен диаметру коллектора электрической машины (см. фиг. 2). Пьезоэлектрический элемент 7 конструктивно выполнен в виде балки, состоящей из двух

жестко связанных пьезокерамических пластин (биморфный элемент) и консольно закрепленный в корпусе 10 из электроизоляционного материала. Корпус 10 жестко закреплен на основании 8, а стойка 1 может отодвигаться от технологического коллектора для установки и закрепления щеткодержателя 2 на стойке 1.

Электрический блок содержит коммутатор 11, узел блокировки 12, усилитель заряда 13, ячейку памяти 14, электрический фильтр 15 и генератор тактовых импульсов 16. Вывод 17 пьезоэлектрического элемента 7 соединен с общей точкой электрического блока, а вывод 18 одновременно подключен

к узлу блокировки 12, и через коммутатор 11, ко входу усилителя заряда 13, а выход усилителя заряда 13 подключен ко входу ячейки памяти 14, выход которой соединен с индикатором силы давления 19 через электрический фильтр 15. Входы управления ячейки памяти 14 и коммутатор 11 подключены к выходу генератора тактовых импульсов 16.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением стойка 1 отодвигается от технологического коллектора и на нее устанавливается щеткодержатель 2. Одновременно выводы 17 и 18 пьезоэлектрического элемента 7 замкнуты между собой узлом блокировки 12, выполненным, например, в виде электрического переключателя. Это позволяет снять с пьезоэлектрического элемента 7 остаточные заряды от предыдущего измерения и установить на выходе ус- тройства выходной сигнал равный нулю, который регистрируется индикатором силы давления 19, положение указателя которого соответствует силе давления, равной нулю. В режиме измерения выводы пьезоэлектри- ческого элемента разомкнуты, стойка 1 придвигается к технологическому коллектору и исследуемая щетка 3 устанавливается на полуцилиндр 5, а вторая щетка 4 - на полуцилиндр 6.

При этом пьезоэлектрический элемент 7, жестко связанный с полуцилиндром 5, испытывает деформации изгиба и на его обкладках появляется заряд, пропорциональный силе нажатия исследуемой щетки 3 на полуцилиндр 5. Для измерения нажатия щетки 4 щеткодержатель поворачивается на 180° и щетка 4 устанавливается на полуцилиндр 5.

Измерение заряда, возникающего на пьезоэлектрическом элементе 7, осуществляется электрическим блоком в импульсном режиме путем кратковременного подключения усилителя заряда 13 к выводу 18 пьезо- электрического элемента 7 через коммутатор 11 и запоминанием измеренного значения в ячейке памяти 14 до следующего момента измерения заряда. Длительность времени измерения заряда и запоминание измеренного значения задается генератором тактовых импульсов 16, осуществляющим управление режимом работы коммутатора 11 (замкнут - разомкнут) и ячейки памяти 14 (считывание -запомина- ние). Выходной сигнал ячейки памяти в виде напряжения постоянного тока поступает на индикатор силы 19 (например, стрелочный вольтметр со шкалой, проградуированной в граммах) через фильтр низкой частоты 15, обеспечивающий сглаживание скачкообразного изменения напряжения в моменты измерения заряда.

Использование в устройстве импульс- ного режима измерения заряда позволяет измерять пьезоэлектрическим элементом 7 статические усилия в течение достаточно длительного времени за счет снижения утечки заряда с обкладок пьезоэлектрического элемента 7 через входные цепи электрического блока.

Конструктивное исполнение силоизме- рительного датчика в виде консольно закрепленной балки из пьезоэлектрического элемента, на свободном конце которой жестко закреплен полуцилиндр технологического коллектора, позволяет проводить прямое измерение силы нажатия щетки на коллектор, без отрыва щетки от коллектора дополнительной силой. Это повышает точность и достоверность измерения за счет исключения неопределенности соединения силоизмерительного датчика со щеткой, нестабильности переходного сопротивления щеточного контакта, используемого в качестве элемента электрической цепи для реги- страции момента отрыва щетки от коллектора, а также исключения из измеренного значения сил трения, возникающих при отрыве щетки и промежуточных операций (подсоединение силоизмерительного датчика к щетке, подключение выводного конца щетки к электрическому блоку, перемещение датчика вверх, контроль момента отрыва, вносящих дополнительные погрешности).

При этом значительно упрощается процесс измерения и снижается трудоемкость. Кроме того, применение в предлагаемом устройстве силоизмерительного датчика на основе пьезоэлектрических элементов, обладающих высокой линейностью и стабильностью характеристики преобразования силы в электрический заряд, в сочетании с электрическим блоком, обеспечивающим импульсный режим измерения заряда и установку нуля перед каждым измерением, также повышает точность и достоверность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения силы нажатия щетки на коллектор электрической машины, содержащее силоизмерительный датчик, закрепленный на основании устройства, электрический блок управления и обработки информации и индикатор силы, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и снижения трудоемкости, введен технологический коллектор, диаметр которого равен диаметру коллектора электрической машины, выполненный в виде двух изолированных друг от друга полуцилиндров, а силоизмерительный датчик выполнен из пьезоэлектрического биморфного элемента в виде балки, свободный конец которой жестко соединен с одним из полуцилиндров коллектора, второй полуцилиндр которого соединен с основанием устройства, электрический блок

выполнен в виде коммутатора, узла блокировки, усилителя зарядов, ячейки памяти, генератора тактовых импульсов и электрического фильтра, а пьезоэлектрический элеусилителя зарядов, вход которого подключен к ячейке памяти, вход которой соединен с индикатором силы через электрический фильтр, а входы управления коммутатора и

Изобретение относится к устройствам для измерения силы нажатия щетки на коллектор электрической машины при настройке и контроле щеточного узла в процессе изготовления электрических машин малой мощности. Сущность: устройство содержит механический блок со стойкой 1 со щетками 3, 4 и технологический коллектор из двух изолированных полуцилиндров 5, 6. Полуцилиндр 5 жестко связан со свободным концом пьезоэлектрического элемента 7, .другой конец которого закреплен в корпусе 10. Элемент 7 соединен с электрическим блоком, осуществляющим измерение заряда, возникающего на элементе 7, по которому судят о сил е н ажатия щетки н а кол л е кто р. 2 ил.

мент одновременно подключен к узлу 5 ячейки памяти подключены к выходу генера- блокировки и через коммутатор ко входу тора тактовых импульсов.

А-А

Фм.2