Щеточно-коллекторный узел электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H01R39/04 

l/i

С

Использование: производство коллекторов электрических машин с повышенной стойкостью к круговым огням. Сущность изобретения: коллектор электрической машины содержит комплект коллекторных и изоляционных пластин, установленных на металлической втулке. Коллекторные пластины образованы из асимметричных полупластин, посредством дополнительных вставок из материала с высоким удельным электросопротивлением стыкованных между собой гранями, противолежащими наибольшим граням. В упомянутых гюлупластинах выполнены фасонные полости, сопрягаемые с аналогичными полостями дополнительных вставок. 3 з.п.-ф-лы, 5 ил.

Предлагаемое изобретение относит- . ся к электромашиностроению, а именно к коллекторным электрическим машинам постоянного тока, в частности к изготовлению коллекторов.

Цель изобретения - уменьшение материалоемкости и повышение надежности путем увеличения стойкости к круговому огню,,

На фиг. 1 показано частичное поперечное сечение предлагаемого щеточно-кол- лекторного узла электрической машины; на фиг. 2 - то же, продольное сечение; на фиг. 3 - дополнительная вставка; на фиг. 4 - полупластина коллекторной пластины с продольными и наклонными полостями; на фиг. 5 - частичное поперечное сечение коллектора со вставкой в виде ласточкина хвоста.

На представленных фиг. 1-5 обозначены: 1 - зона петушков с проводниками обмотки якоря; 2 - асимметричная полупластина; 3 - межпластинная изоляция; 4 - дополнительные вставки; 5 - фасонные полости; 6 - отверстия для облегчения веса полуламелей; 7 - щеткодержатели; 8 - фасонные полости в дополнительных вставках; 9 - продольная фасонная полость в дополнительных вставках; 10 - окончание дополнительной вставки в виде ласточкина хвоста.

Изготавливают фасонные полости 5 в полупластинах 2 предлагаемого коллектора при штамповке путем выдавливания за счет локальной пластической деформации пуансоном. Возможно также введение самостоятельной операции выдавливания фасонных полостей 5 после вырубки полу00

го

GJ О СЛ

пластин 2. Фасонные полости 8 в дополнительных вставках 4 вырубаются при их штамповке. Собирают предложенный коллектор известным способом в специальных оправках арочного типа путем последова- тельного наращивания о тангенциальном направлении в следующей последовательности: полупластина 2 - дополнительная вставка 4 - полупластина 2 - межпластинная изоляция 3 и так далее. Дополнитель- ные вставки 4 с различным расположением просечек чередуются через каждую пластину.

Предложенный щеточно-коллекторный узел электрической машины работает еле- дующим образом. Электрическое сопротивление току коммутации между сбегающим и набегающим краями щеток увеличено за счет того, что он должен замыкаться через зону петушков, где заложены проводники обмотки якоря.

Контур замыкания коммутационных токов увеличился по длине в несколько раз, так как он располагается не в тангенциальном направлении поперек полупластин, а о продольном направлении к зоне петушкоо. Сечение контура также уменьшено в несколько раз, так как оно определяется поперечной площадью полупластин 2, а не их продольной площадью при отсутствии вста- вок 4. Таким образом, введение в коллектор дополнительных вставок 4 из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением вплоть до изоляционного, приводит к эффекту в коммутационных свойствах коллектора аналогично тому, каким он обладал бы. имея-петушки с повышенным сопротивлением. Выполнение дополнительных вставок из материала, способствующего ис- крогашению. например фибры, в значитель- ной мере уменьшает интенсивность процесса искрения под щетками, если оно возникает из-за выхода из режимов безыскровой работы в широкорегулируемых электрических машинах или в режимах динамических перегрузок. Выполненные в полуламелях2 фасонные полости 5 прокачивают охлаждающий воздух через тело коллектора, существенно снижая его перегрев и предоставляя тем самым возможность по- вышения электрических нагрузок на щеточно-коллекторный узел или уменьшение его массо-габаритных размеров. Расположение фасонных полостей 5 а дополнительных вставках 4 с наклоном к продольной оси позволяет, с одной стороны, увеличить поверхность охлаждения внутри коллектора, а с Другой - вывести охлаждающий воздух из-под щеток, а также охлаждать и отоодить электрическую дугу в случае ее всзникновения. Наклеп фасонных полостей 5 обязателен в сторону, противоположную зоне петушков, для того, чтобы щеточная пыль сдувалась с поверхности коллектора. Невырубленные части дополнительных вставок 4 в зоне фасонных полостей 5 полупластин 2 выполняют роль минилопаток вентиляторов, усиливая естественную циркуляцию воздуха из внутренней полости коллектора к его наружной поверхности под воздействием центробежных сил. Для нереверсивных электрических машин глубину вдавливания фасонных полостей 5 можно принять переменной по ее длине для усиления эффекта направления вращения. Выполнение дополнительных вставок 4 с окончанием в форме ласточкина хвоста и сопряжением с фасонной полостью 5, выполненной в полупластинах параллельно продольной оси коллектора,также увеличивает сопротивление контуру коммутационного тока, так как сечение зоны электроконтакта полупластин резко снижено по сравнению со случаем, когда подобная вставка отсутствует. Дополнительная вставка 4 с окончанием в форме ласточкина хвоста повышает устойчивость коллекторных пластин и их механическую прочность к центробежным силам, не уступая известным конструкциям биметаллических коллекторов.

Все это обеспечивают снижение материалоемкости по сравнению с прототипом за счет следующих факторов;

общее ;поперечное сечение полупластин 2 уменьшается на величину сечения дополнительной вставки 4 (что составляет не менее 20-25%);

улучшение охлаждения коллектора путем направления охлаждающего воздуха внутрь между полупластинами 2 позволяет снизить габариты коллектора не менее чем на 10-15%;

выполнение продольных фасонных полостей параллельно горизонтальной оси коллектора уменьшает материалоемкость не менее чем на 5-7%;

дополнительные вставки с окончанием в форме ласточкина хвоста позволяют сократить материалоемкость дорогостоящей коллекторной меди не менее чем в 2-2,5 раза.

Улучшение коммутационных свойств коллектора достигается за счет увеличения сопротивления контуров коммутационных токов, а также за счет применения специальных материалов для дополнительных вставок, активно воздействующих на процесс искрогашения, последний фактор в значительной степени повышает устойчивость коллекторов к круговым огням.

Формула изобретения 1. Щеточно-коллекторныйузел электрической машины, содержащий щеткодержатели, комплект коллекторных и изоляционных пластин, установленных на металлической втулке, коллекторные пластины имеют паз для расположения обмоток якоря, отличающийся тем, что, с целью уменьшения материалоемкости и повышения надежности путем уменьшения коммутационной стойкости к круговым огням, коллекторные пластины выполнены в виде двух равных полупластин, соединенных между собой по оси симметрии паза, между полупластинами расположены дополнительно введенные вставки, выполненные из дугогасящего материала, в полупластинах выполнены полости, сопряженные с аналогичными полостями, выполненными в указанных дополнительных вставках.

что полости в коллекторных полупластинах выполнены с наклоном, угол которого к продольной оси коллектора определяется отношением шага щеткодержателей к высоте пластин.

что полости в коллекторных полупластинах имеют трапециевидную форму, сопрягаемую с дополнительной вставкой, выполненной в виде ласточкина хвоста.

9W

-L

8

V

Пг.З

П LA

5

Оъ-

Of Об Sptftfq

со О

uz..

П.4

iz-5