Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения профиля и величины выступания пластин коллекторов по его длине. Устройство содержит щеткодержатель с кронштейном, нажимным пальцем, щетку в нижней части щтока, через который щетка связана с корпусом датчика силы, а также формирователь прямоугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения, ключевые элементы, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель, источник опорного напряжения компаратор, блок управления и демодулятор. Устройство дополнительно содержит соответствующим образом связанные между собой второй усилитель, второй интегратор 47, электронный регулятор 49 напряжения, задатчик 41, блок 48 сравнения, второй светодиод 36 и второй фотодиод 45, каретку 8 с роликами 9 и шестерней 10, реверсивный исполнительный электродвигатель 37, который установлен на каретке 8 и связан механически через дополнительные редуктор и фрикционную муфту с шестерней 10 каретки 8. Палец 11 кронштейна щеткодержателя 1, жестко закрепленного на каретке 8, зубчатой своей с шестерней 10, а гладкой поверхностью контактирует с роликами 9 каретки 8. Щетка 3 выполнена сферической и шарнирно установлена в нижней части штока 5. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 01 R 39/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОУИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР н лвтоесноью свидетельстам

1 (61) 1104610 (21) 4374081/24-07 (22) 02.02.88 (46) 07.01.90. Бюл. "- 1 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.Л.Королева (72) А.Е.Пубинин (53) 621.3.047.69.088.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР, " 1104610, кл. Н 01 R 39/58, 1983.

ÄÄSUÄÄ 1534586 А 2

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАЖАТИЙ

ИЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

I (57) Изобретение относится к электро" технике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на кол.лектор электрических машин. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения профиля и величины выступания

1534586 пластин колектора по его длине. Устройство содержит щеткодержатель с кронштейном, нажимным пальцем, щетку в нижней части штока через который I 5 щетка связана с корпусом датчика силы, а также формирователь прямоугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения,клю- 10 чевые элементы, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель, источник опорного напряжения компаратор, блок управления и демодулятор. Устройство дополнительно содержит соответствующим образом связанные между собой второй усилитель, второй интегратор

47, электронный регулятор 49 напряжеИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на кол- 2g лектор электрических машин,и является усовершенствованием устройства по авт.св. Y 1104610.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройст- g0 ва путем измерения профиля и величины выступания пластин коллектора по .его длине.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, общий вид; на фиг.2 - устройство, вид сбоку.

Устройство содержит щеткодержатель

1 с нажимным пальцем 2, роликовую . щетку 3, устанавливаемую на коллектор

4 электрическо" машины,,щетка 3 выпол-40 нена сферической, обкатываемой по поверхности коллектора 4, и установлена шарнирно в нижней части штока 5, через который она связана с корпусом

6 датчика силы. Щетка 3 со штоком 5 .45 и корпус 6 датчика расположены в щеткодержателе 1. Щеткодержатель 1 с помощью дополнительного кронштейна 7 жестко закреплен на дополнительной каретке 8 с роликами 9 и шестерней

10, которая своими зубцами входит в зацепление с зубцами, выполненными с одной стороны пальца 11, которым дополнительно снабжен кронштейн щеткодержателя. С. другой стороны палец

11 кронштейна выполнен гладким и на

55 его поверхность опираются ролики 9 каретки 8. Палец 11 кронштейна щетко-. держателя может крепиться на траверния, задатчик 41, блок 48 сравнения

° 7 второи светодиод 36 и второй фотодиод 45, каретку 8 с роликами 9 и шестерней 10„ реверсивный исполнительный электродвигатель 37, который установлен на каретке 8 и связан механически через дополнительные редуктор и фрикционную муфту с шестерней 10 каретки

8. Палец 11 кронштейна щеткодержателя 1, жестко закрепленного на карет" ке 8, эуГ>чатой своей поверхности входит в зацепление с шестерней 10, а гладкой поверхностью контактирует с роликами 9 каретки 8. Щетка 3 выполнена сферической и шарнирно установлена в нижней части штока 5. 2 ил.. се электрической машины либо иметь наружное, вне щеточно-коллекторного узла, крепление и его длина выбирает-, ся пропорционально длине коллектора 4.

В корпусе 6 датчика силы расположены чувствительный 12 и компенсационный 13 элементы с обмотками возбуждения 14 и измерительными 15, соединенными по компенсационной схеме: обмот ки 14 возбуждения соединены последовательно-согласно и подключены к источнику 16 переменного напряжения, .а измерительные обмотки 15 - последо" вательно-встречно. Чувствительный силоизмерительный элемент 12 датчика силы связан через полусферическую поверхность 17 с верхним штоком 18, с предварительно поджатой пружиной .19 и регулировочным винтом 20, которые расположены в подвижной части 21 уст" ройства. Подвижная часть 21 устройства выполнена в виде полой втулки с упором 22, выступает за поверхность корпуса 6 со стороны нажимного пальца

2 и размещена в центральном углубле- . нии корпуса 6.

Измерительные обмотки 15 датчика силы соединены с входом демодулятора

23, выход которого соединен одновременно с входом формирователя 24 прямоугольных импульсов и входом преобразователя 25 переменного напряжения в постоянное. Выход формирователя 24 прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничителя 26, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом первого ключе1534586

55 вого элемента 27 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 27 соединен с выходом первого усилителя 28, связанного своим входом с первым фотодиодом 29, установленным относительно коллекторных пластин. Выход ключевого элемента 27 соединен с первым входом электроизмерительного прибора 30 и входом первого интегратора 31. Выход первого интегратора 31 связан с первым входом второго ключевого элемента 32 с двумя устойчивыми состояниями, второй вход которого связан с первым выходом источника 33 постоянного напряжения.

Выход второго ключевого элемента 32 соединен с входом блока 34 управления, выход которого соединен с первым входом источника 33 постоянного напряжения. Первый. выход источника 33 постоянного напряжения одновременно связан: с входом источника 16 переменного напряжения и первым светодиодом 35, а второй выход — с вторым светодиодом 36 ° Первый светодиод 35 установлен около коллекторных пластин, а второй светодиод 36 - на каретке 8 по одну сторону шестерни 10.

Третий выход источника 33 связан с . одним концом обмотки управления дополнительного реверсивного исполнительного электродвигателя 37, который установлен на каретке 8 и связан механически через дополнительные редуктор 38 и фрикционную муфту 39 с шестерней 10 каретки 8. Кроме того, первый выход источника 33 связан с входом источника 40 опорного напряжения, а второй выход - с входом задатчика

41. Своим выходом источник 40 опорного напряжения соединен с первым входом компаратора 42, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 25 переменного напряжения в постоянное и первым входом третьего ключевого элемента 43 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 43 соединен с выходом первого усилителя 28, а выход элемента 43 - с вторым входом электроизмерительного прибора 30. Выход компаратора 42 соединен с первым входом четвертого ключевого элемента 44 с двумя устойчивыми состояниями, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 28. Выход четвертого ключевого элемента 44 соединен с третьим входом электроизмерительного прибора 30.

На каретке 8 по другую сторону шестерни 10 установлен второй фотодиод 45, связанный с вторым усилителем 46, выход которого соединен с входом второго интегратора 47. Выход интегратора 47 соединен с четвертым входом электроизмерительнбго прибора

30 и первым входом блока 48 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 41. Выход блока

48 сравнения соединен с первым входом электронного регулятора 49 напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом источника 33 постоянного напряжения. Выход электронного регулятора 49 напряжения одновременно соединен с блоком 34 управления и вторым концом обмотки управления исполнительного электродвигателя 37.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы корпус 6 датчика силы в есте с нижним штоком 5 и щеткой .3 устанавливается в окно щеткодержателя 1 до упора с коллектором 4 и прижимается нажимным пальцем

2. Далее коллектор 4 приводится во вращение с определенной постоянной скоростью от постороннего или от своего двигателя. В последнем случае при использовании высокого напряжения питания, с целью изоляции цепей измерительного прибора, необходимо применять цепи развязки.

На одну из коллекторных пластин, относительно которых установлен первый светодиод 35, на торце коллектора наносится метка, например, белой краской. После этого включается блок 34 управления, который включает источник

33 постоянного напряжения, с которого напряжение подается на источник 16 переменного напряжения, светодиоды 35 и 36, один конец обмотки управления исполнительного электродвигателя 37, источник 40 опорного напряжения, задатчик 41, электронный регулятор 49 напряжения и второй вход второго ключевого элемента 32. С источника 16 переменного напряжения питание подается на обмотки 14 возбуждения датчика силы. Светодиоды 35 и 36 начинают светиться, посылая световые потоки соответственно на коллекторные пластины и зубец шестерни 10. При этом каретка 8 располагается таким образом . на пальце 11, чтобы щетка 3 располагалась в начале торцовой части коллек"

1534

586 тора 4. С помощью задатчика 41 задаются величины его выходного напряжения, соответствующие положению щетки

) на поверхности коллектора 4 по длине. Эта задача напряжений может осуществляться вручную или автоматически с помощью микропроцессора, встроенного в блок 34 управления или в задатчик 41 в процессе работы устройства.

При вращении коллектора 4 щетка 3 начинает перемещаться по окружности коллектора, переходя с одной коллекторной пластины на другую через межламельные промежутки. При этом возни кают динамические силы, которые передаются от щетки 3 через нижний шток 5 на корпус 6, вызывая изменение нажатия нажимного пальца 2. Эта сила от пальца 2 через верхний шток 18, пружину 19, регулировочный винт 20, полусферическую поверхность 17, расположенные на подвижной части 21 датчика, передается на чувствительный 25 силоизмерительный элемент 12. Под действием сил нажатия чувствительный . элемент 12 изменяет свою магнитную ,проницаемость, на выходе измерительных обмоток 14 появляется модулированный переменный сигнал, который по«дается на демодулятор 23. Демодулятор

23 отделяет низкочастотный сигнал, определяемый коллекторными пластинами, Фт несущей частоты источника 16 пере35 менного напряжения. Этот переменныи

;низкочастотный сигнал подается на формирователь 24 прямоугольных импульсов, где происходит преобразование переменного сигнала в прямоугольные импульсы, которые за счет различного выступания коллекторных пластин имеет различную амплитуду. Сигнал с выхода Формирователя 24 подается на вход амплитудного ограничителя 26, ape происходит ограничение по амплитуде прямоугольных импульсов, количество которых определяется количеством коллекторных пластин. Далее прямоугольные импульсы одинаковой амплиту ды и длительности (определяется пос- .50

Гоянной скоростью вращения коллектора) с выхода амплитудного ограничителя 26 подаются на первый вход первого ключевого элемента 27. Первый ключевой элемент 27 так же, как и третий 43 ! .и четвертыи 44 ключевые элементы, открывается при подаче на второй вход усиленного сигнала с выхода первого усилителя 28, на вход первого усилителя 28 сигнал поступает от первого фотодиода 29 при восприятии им светового потока, отраженного меткой коллекторной пластины от первого светодиода 35 при вращении коллектора 4, т.е. с этого момента электроизмерительный прибор 30 начинает измерения.

Ключевые элементы с двумя устойчивыми состояниями открываются при подаче сигнала на их второй вход, а закрываются снятием напряжения с ключа.

Через открытый первый ключевой элемент 27 прямоугольные импульсы подаются на первый вход электроизмерительного прибора 30, показывая номер пластины, которую проходит щетка 3 в процессе движения по коллектору 4.

Одновременно с выхода демодулятора 23 переменный низкочастотный сигнал, пропорциональный изменению си.пы нажатия на щетку, подается на вход преобразователя 25 переменного напряжения в постоянное, с выхода которого постоянное напряжение подается на второй вход компаратора 42 и на первый вход третьего ключевого элемента 43, на второй вход которого подается сигнал с выхода усилителя 28. Ключевой элемент 43 открывается, и сигнал с преобразователя 25, пропорциональный профилю коллектора 4, поступает на второй вход электроизмерительного, прибора 30. На первый вход компаратора 42 подается постоянное напряжение с выхода источника 40 опорного напряжения, пропорциональное идеальному круговому коллектору. На входе компаратора 42 образуется разностный сигнал, пропорциональный выступанию пластин коллектора, который подается на первый вход четвертого ключевого элемента 44. На второй вход ключевого элемента 44 подается сигнал с выхода усилителя 28. Элемент 44 открывается, и сигнал с выхода компаратора 42 пода. ется на третий вход электроизмери тельного прибора 30, фиксируя выступание пластин коллектора.

Одновременно с второго светодиода

36 световой поток попадает на зубец шестерни 10 каретки 8 и не попадает на второй Фотодиод 45. Поэтому сигнал через цепочку: Фотодиод 45 — второй усилитель 46 - интегратор 47 — четвертый вход электроизмерительного прибора 30 равен нулю, Фиксируя положение щетки 3 в начале длины коллектора 4.

1534586

1О

Схема устройства отрегулирована так, что все сигналы. поступающие на вход измерительного прибора 30, идут синхронно, т.е. на приборе 30 фикси- . руются профиль коллектора, выступание пластин, номер пластины, т.е. ее местоположение (пластина, от которой осуществляется отсчет по коллектору, отмечена меткой и она является пер- 10 вой) и длина коллектора, т.е. местоположение названных измерений параметров коллектора на его длине.

С выхода первого ключевого элемента 27 прямоугольные импульсы одновре- 15 менно поступают на вход первого интегратора 31, где происходит суммиро-вание импульсов, равных количеству пластин по окружности коллектора 4 °

В это время коллектор 4 делает один 20 оборот. Постоянное напряжение с интегратора 31 подается на первый вход второго ключевого элемента 32, на второй вход которого подается напряжение с источника 33 постоянного нап- 25 ряжения. Ключевой элемент 32 открывается, и постоянное напряжение с источника 33 подается на вход блока 34 управления, который подает сигнал на вход источника 33, отключая тем самым gp всю схему устройства. При этом ключевые элементы 27,32,43 и 44 с двумя устойчивыми состояниями возвращаются в исходное закрытое состояние.

Лля пОВтОрногО измерения ВнОвь включается блок 34 управления, который может включаться вручную или автоматически через определенное время и который включает источник 33 напряжения, а затем вручную или автоматически с помощью процессора в блоке

34 или задатчика 41 задается новое местоположение щетки 3 на длине коллектора 4. В этом случае напряжение с задатчика 41 поступает на второй 45 вход блока 48 сравнения, на первый вход которого поступает- нулевой сигнал с второго Фотодиода 45, так как световой поток с второго светодиода

36 не поступает. На выходе блока 48 сравнения появляется разностный сигнал, который поступает на первый вход электронного регулятора 49, второй вход которого соединен с источником 33 постоянного напряжения. На вы„5 ходе регулятора 49 появляется напряжение, которое поступает на вход исполнительного электродвигателя 37, который начинает вращаться. Вращение с вала электродвигателя 37 через редук тор 38 и фрикционную муфту 39 передается на шестерню 10 каретки 8. Вследствие вращения и механического зацепления шестерня 10 начинает обкатывать зубцы пальца кронштейна 7 щеткодержателя.

Каретка 8 с щеткодержателем и щеткой

3 начинает двигаться вдоль оси коллектора 4. Щетка 3, вследствие шарнирного закрепления в нижнем штоке 5, начинает обкатывать поверхность коллектора по его образующей ° Одновременно с началом движения подается сигнал с втоpor b светодиода 36 на второй фотодиод

45 через впадины шестерни 10. Поскольку шестерня 10 вращается, то на выходе Фотодиода 45 появляются .прямоугольные импульсы, количество которых-бу4 дет пропорционально количеству зубцов на пальце 11 кронштейна щеткодержателя, прошедших кареткой 8, т.е. пропорционаг ьно расстоянию, прошедшему щеткой 3. С Фотодиода 45 импульсы усиливаются вторым усилителем 46 и подаются на второй интегратор 47, где они суммируются. С выхода интегратора 47 сигнал подается на четвертый вход электроиэмерительного прибора 30, Фиксируя длину коллектора 4 от торцовой части (начала движения . щетки) до точки новой установки щетки 3 согласно задатчика 41. Как только щетка 3 займет заданное положение на длине коллектора, сигнал с блока 48 сравнения становится равным нулю, электронный регулятор 49 ,не подает напряжение от источника 33 на электродвигатель 37, каретка останавливается, фиксируя заданное поло,жение щетки 3. Сигнал регулятора 49 на блок 34 управления становится рав" ным нулю, и блок 34 повторно включает схему устройства для измерения профи" ля коллектора, выступания пластин и их местонахождения по окружности коллектора. Измерение параметров коллек,тора может осуществляться в нескольких точках по длине коллектора согласно заданной программе измерения. При достижении кареткой 8 и щеткой 3 крайнего положения, близкого к петушкам коллектора, которое ограничивается упором на пальце 11, сигнал с выхода электронного регулятора 49 полностью отключает электродвигатель 37.

Поскольку исполнительный электродви- гатель 37 реверсивный, движение каретки 8 может быть произведено в об1534586

12 ратном направлении с той же регистрацией измерений и остановом.

Для защиты электродвигателя 37 от выхода из строя в любом из крайних 5 положений (до упора) каретки 8.в случае выхода из строя цепи управления электродвигателем применена Фрикционная муФта 39.

Предлагаемое устройство по сравне- 10 нию с известными позволяет определять помимо силы давления щетки на коллектор еще комплекс параметров самого коллектора по его объему: профиль, выступание пластин, их местонахождение 15 по длине коллектора. Устройство может использоваться при промышленных испытаниях и исследованиях электрических машин. Измеренные параметры коллектора позволят повысить качество его из- 20 ,готовления и сборки; выбрать оптималь,ную конструкцию коллектора; выбрать оптимальный режим работы щеточно-коллекторного узла и всего электродвигателя;,снизить износ щеток и коллек- 25 тора; увеличить срок службы машины. формула изобретения

Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин по авт. св. Y 1104610, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможнос35 тей устройства путем обеспечения измерения профиля и величины выступания пластин коллектора по его длине, в устройство допоЛнительно введены второй усилитель, второй интегратор, электронный регулятор напряжения, задатчик, блок сравнения, второй светодиод и второй фотодиод, каретка с роликами и шестерней,. реверсивный исполнительный электродвигатель, который установлен на каретке и связан механически через дополнительные редуктор и фрикционную муфту с шестерней каретки, на которой закреплены по одну сторону шестерни второй светодиод, связанный с источником постоянного напряжения, соединенным с одним концом обмотки управления исполнительного электродвигателя, а по другую сторону шестерни - второй фотодиод, связанный с. вторым усилителем, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с четвертым входом электроизмерительного прибора и первым входом блока сравнения, второй вход ко" торого соединен с задатчиком, а выход блока сравнения соединен с первым входом электронного регулятора напряжения, второй вход которого соединен с источником постоянного напряжения и входом.задатчика, а выход электронного регулятора напряжения одновременно соединен с блоком управления и вторым концом обмотки управления исполнительного электродвигателя, при этом щеткодержатель снабжен кронштейном с пальцем, кронштейн жестко закреплен на каретке, палец кронштейна с одной стороны выполнен зубчатым и зубцами входит в зацепление с шестерней каретки, а с другой стороны палец кронштейна выполнен гладким и на его поверхность опираются ропики каретки, щетка выполнена сферической и установлена в штоке шарнирно.

1534586

Составитель И.Кузнецова

Редактор Г.Гербер Техред М.Ходанич Корректор 8. Гирняк

Заказ 48 Тираж 404 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101