Щеточно-коллекторный узел электрической машины
СОЮЗ СОВЕТСИИХ
СОЦИАЛИСТ1 ИЕСНИХ
РЕСГ1УБЛИН (1Е (1!) (д)у Н 01 R 39/2
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4758570/07 (22) 13. 11; 89 (46) 30,05.92. Бюл. Р 20 (71} Научно-производственное объединение "Полюс" (72) И.А, Хлыстов (53} 621.313.047,3(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР
N 551739, кл. Н 01 R 39/26, 1980.
Авторское свидетельство СССР
Р 1145392, кл. Н 01 R 39/24, 1985. (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛККТОГНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИИМ1Ы (57) Использование: изготовление
KoHTRKToB для взаимодействия с колИзобретение относится к электро- . машиностроению, в частности к конст-рукции контактов, взаимодействующих с коллектором электрических машин, Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, на рабочей поверхности которого выполнена кольцевая выточка эубцовой формы с симметрично наклоненными контактными поверхностями, щетку, контактная поверхность которой повторяет форму выточки коллектора, а в средней ее части со стороны контактной поверхности выполнен сквозной паз, проходящий в тангенциальном направлении перпендикулярно к оси коллектора, и нажимную пружину. Сквозной паэ в щетке подразделяет ее на два консольных элемента, Известный щеточно-коллекторный узел позволяет существенно улучшить лектором электрической машины. Сущность изобретения: щеточно-коллекторный узел содержит коллектор, щетку из цилиндрических дисков на одной оси. 0сь дисков параллельна оси коллектора. В дисках выполнены сегментные вырезы. Одна половина сегментного выреза прижимается к коллектору нажимной пружиной. На поверхности коллектора выполнены проточки, Контактные поверхности проточек наклонены одна к другой. На сегментных вырезах выполнены скосы. Наклоны контактных поверхностей, выточек соответствуют наклону контактных поверхностей скосов. 9 ил.
3 условия токосъема путем повьипения по- датливости щетки за счет изгиба консольных элементов под давлением силы
:нажатия. Кроме того, контактная поверхность такого узла увеличивается, (ф а плотность тока соответственно умень- в 1 шается по сравнению с узлом, имеющим д гладкие рабочие поверхности коллекто- у» ра и щетки. Например, из-за примене- у иия щеточно-коллекторного узла с зубчатыми контактными поверхностями при угле зубцов 60 контактная поверхность. о увеличивается в 2 раза. При. этом во столько же раз уменьшается плотность тока в контакте.
Известен щеточно-коллекторный зел электрической машины, содержаколлектор, щетку, выполненную в иде цилиндрических дисков с сегменным вырезом, разделенных дистанционными шайбами и жестко закреплен173 ных на оси, расположенной параллель1 но оси коллектора, конусные концы которых введены н конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а вторая— упругой, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегментного выреза. Данное техническое решение является ближайшим аналогом заявленного изобретения (прототипом).
Недостатком щеточно-коллекторного узла по прототипу является то, что цилиндрические диски имеют ограниченную податливость относительно коллектора под дейстнием силы нажатия, которая определяется только сжатием контактного слоя.
Поэтому при износе щетки и при дви жении ее по окружности податливость ".+ и, следовательно, устойчивость контакта практически не меняется при прочих равных условиях.
Целью изобретения является повышение надежности и устойчивости контакта путем увеличения податливости щетки относительно коллектора при ее износе.
Цель достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле, содержащем коллектор, щетку, выполненную в виде цилиндрических дисков с сегментным вырезом, разделенных дистанционными шайбаии и жестко закрепленными на оси, расположенной параллельно оси коллектора,. конусные концы которой введены в конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а вторая †. уп ругой, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегментного". выреза,. на рабочей поверхности коллектора выполнены выточки, контактные поверхности которых симметрично наклонены одна к другой, а часть контактной поверхности цилиндрических дисков в зоне сегментного выреза выполнена скошенной так, что наклон поверхностей скошенной части контактной поверхности дисков соответствует наклону поверхностей. кольцевых выточек коллектбра.
При заданных значениях радиуса коллектора гк, радиуса нового (не изношенного} диска r, тангенциального размера контактной поверхности диска;
7588 4 расстояние между предельной осью коллектора и осью щетки определяется из выражения
5О щетку 2 к коллектору 1 одной полови I0
1 = Г2 — Г2 + Г2 2
К з е
По мере износа диски поворачиваются с осью под действием нажимной пружины, а при износе наружной части дискон до второй половины поверхности сегментного выреза их контакт с коллектором прекращается и требуется замена щеток, Податливость щетки предложенного устройства определяется изгибом дисков под действием силы нажатия. Изгибающий момент равен произведению с силы, действующей на диск со стороны коллектора н аксиальном напранлении на расстоянии от. контактной поверхности до оси щетки, которое при износе дисков остается неизменным, Поперечное сечение каждого диска при износе уменьшается. Поэтому податливость щетки относительно коллектора .при ее износе повышается за счет уменьшения поперечного сечения дисков.
На фиг. 1 представлен продольный разрез щеточно-коллекторного узла; на Anr, 2 — разрез щеточно-коллектор-. ного узла А-Л на Лиг. 1.
Предлагаемый щеточно-коллекторный узел содержит коллектор 1, на рабочей поверхности коллектора 1 выполнены две кольцевые выточки, контактные поверхности которых симметрично наклонены друг к другу, щетку, выпол" ненную в виде четырех цилиндрических дисков 2 с сегментным вырезом, разделенных дистанционными шайбами 3 и ,жестко закрепленных на оси 4, расположенной параллельно оси коллектора
1, конусные концы которой введены н конусные углубления двух стоек 5 и 6 щеткодержателя 7 и имеют скользящую связь с ними, причем стойка 5 выпол-. нена жесткой, а стойка б — упругой, и нажимную пружину 8, прижимающую ной сегментного выреза, один конец пружины 8 жестко соединен с осью 4, а второй - опирается на штырь 9 жесткой стойки 5, при этом часть контакт- " ной поверхности цилиндрических дисков
2 в зоне сегментного выреза выполне-. на скошенной так, что наклон поверхностей скошенной части контактной
5 1737588 6 поверхности дисков 2 соответствует . При износе дисков 2 расстояние наклону поверхностей кольцевых выто- от контактной поверхности 10 каждого чек коллектора 1 и непосредственно диска 2 до оси щетки 4 не меняется контактирующая поверхность 10 каждог() и изгибающий момент, равный произве5. диска 2 повторяет поверхность одной (дению аксиальной составляющей силы N из наклонных поверхностей кольцевых, на расстояние от этой силы до оси . выточек коллектора 1. щетки 4, практически не меняется.
На A r. 1 и 2 показаны также ра- Однако поперечное сечение диска, как диус нового (неизношенного) диска r 1О консольной балки, при износе сущестрадиус изношенного диска г„, танген-, венно уменьшается. При уменьшении циальный размер контактной поверхнос- поперечного сечения дисков 2 и неизти диска, радиус коллектора гк, менности изгибающего момента изгиб, угол при вершине зубца коллектора, дисков 2 увеличивается. Следовательтолщина диска h радиус дистанционной 5 но, при износе дисков 2 повышается шайбы r и сила реакции М на диск со их податливость относительно коллекстороны коллектора в нормальном нап- тора только за счет уменьшения попе,равлении. речного сечения дисков 2.
Расстояние между продольной осью коллектора 1 и осью щетки 3 2О Под действием силы реакции N на каждый диск 2 со стороны .контактной
+ r2 - t> .(1) поверхности коллектора 1, направленК Ф ной в нормальном направлении, контактЩеточно-коллекторный узел в дина- ный слой сжимается, а под действием мике работает следующим образом. При 25 аксиальной ее составляющей диск 2 изизносе диски 2 поворачиваются вместе гибается, что обуславливает сущестс осью 4 под действием пружины 8. венное предварительное смещение (податКогда износ наружной части дисков 2 ливость) щетки относительно коллекдостигнет второй половины поверхнос- тора 1 в радиальном направлении h|-, ти сегментного выреза, контакт их с которое определяется из выражений: коллектором 1 прекращается. для новых (не изношенных) дисков 2
И 1 2 (г„,-г„,) соз (А./2) для дисков 2, изношенных от 1/4 до . износе диск 2 сделает от 1/4 до 1/2
1/2 их рабочей "длины":(это когда при З5 оборота
N P 1, 2(г -r((()> cos(OC/2)
vTnYel72)(Kg + Pht (Г3г Т-0 +0,5+rv P+0 24„ Pvv)); (2) для дисков 2 перед полным их износам
3Ю%
81п(М/2) (КС 3, ", э
С ц, („ „ „у.+,.г,.)
Ц ((I где Š— модуль УпРУгости щеточного . ко прикреплена к неподвижной îñêÎñ материала; ти А — Л и изгибается относительно
К вЂ” жесткость сжатия контактно- 45 нее.
С го слоя диска 2, Уменьшение поперечного сечения HsrH<à момент, равньпЪ произве-. каждого диска при их износе показано дению аксиальной составляющей на Лиг. 3-9, Чертежи построены в од- на плече (r -r ) (фиг,4) и ном масштабе при r > 5э5 мм; гы = 21 мм; M 90О ф оперечное сечение нового диска фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 3: на плоскостью — уч ° — плоскостью Л Уч представляет собой @иг. 5 - сечение»..:„ Лg-А на фиг ° 3°, прямоугольник, симметрично расположенПри расчете изгиба диска под дейст ный относительно си 4 относительно оси вием аксиальной. составляющей силы . На фиг 6 — диск изн из ошенньп на N принято, что нижняя половина диска 1/4 рабойей длины. на Ьи . 7— а о ей длины; на иг. — сече(фиг. 3), как консольная балка жест ние А - Л на Фиг. 6 ° f737588 На фиг, 8 — диск, изношенный не более 1/2 рабочей длины; на фиг, 9— сечение А>- Л на фиг. 8. Из фиг. 5, 7 и 9 видно существенное уменьшение поперечного сечения диска при его износе, Наружный диаметр диска при его полном износе уменьшается от 2rq ро 2r<, Кроме того, при износе диска по всей его окружности .образуется скос, также уменьшающий поперечное сечение диска, Расчеты показывают, что перед полным износом дисков податливость щетки на 15-207..больше, чем при новых дисках. В устройстве прототипе податливость щетки определяется только сжатием контактного слоя (рис. 2). В известном устройстве при износе консоль ных элементов податливость щетки, на« оборот, уменьшается, а при полном из- . носе консольных элементов (полный износ шетки) остается податливость только за счет сжатия контактного слоя. Формула изобретения цеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллек8 тор, щетку, выполненную в виде цилиндрических дисков с сегментным выре зом, разделенных дистанционными шайбами и жестко закрепленных на оси, расположенной параллельно оси коллектора, конусные концы которой введены в конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а другая упругой, и нажимную пружину ., прижимающующетку к колпектору одной половиной сегментного выреза, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости контакта путем увеличения податливости щетки относительно коллектора, на рабочей поверхности коллектора выполнены кольцевые выточ-. ки, контактные, поверхности которых симметрично наклонены друг к другу У а часть контактной поверхности цилиндрических дисков щетки в зоне сегментного выреза выполнена скошенной таким образом, что наклон поверхности скошенной части контактной поверхности дисков соответствует наклону контактных поверхностей кольцевых выточек коллектора. 1737588 1737588 Составитель М. Хлыстов Редактор Е. Зубиетова Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар: Заказ 1899 Тираи Подписное ВНИИПИ Государственного ковятета ио изобретениям и открытиями ира ГЕНТ СССР 1 13035, Иосква, %-35, Рауискан наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уяа ород, ул. Гагарина, 101
