Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

Использование: электромашиностроение, коллекторная электрическая машина. Сущность изобретения: щеточно-коллекторный узел электрической машины содержит коллектор, щеточную группу, блок улучшения коммутации. Коллектор выполнен из проводящих 1 и изолирующих 2 пластин. Щеточная группа имеет основную 3 и вспомогательную щетку. Вспомогательная щетка тангенциально расслоена на продольные элементы 4,5,6,7. Продольные элементы изолированы друг от друга и от основной щетки. Смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом через нелинейно-резистивные элементы потенциально-ограничивающего типа, основная щетка подключена к зажиму источника питания, вспомогательная щетка расположена со стороны сбегающего края основной щетки. 1 ил.

Изобретение относится к коллекторным электрическим машинам постоянного тока и универсального питания, имеющим дополнительные устройства для улучшения коммутации.

Известна щетка электрической машины [1], расслоенная в тангенциальном направлении на множество смежных пластин, собранных в два комплекта, которые входят один в другой черезполосно. Пластины одного из комплектов покрыты закисью меди с целью использования нелинейно-резистивных свойств прослоек между комплектами щетки. Так как щетка скользит по коллектору, имеющему обычное конструктивное исполнение, когда толщина изолирующей прокладки весьма мала по сравнению с толщиной коллекторной пластины, то в этом случае щетка не приобретает существенно выгодных свойств. Коммутация улучшается незначительно, но ухудшается КПД машины. Кроме того, при износе щетки по мере уменьшения ее высоты снижается влияние медно-закисного слоя. Указанная конструкция щетки не нашла практического использования ввиду отсутствия преимуществ по сравнению с составными или разрезными щетками. Однако идея расслоения щетки в соединении с другими признаками компонентов щеточно-коллекторного узла может дать положительный эффект.

Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины [2], содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ним разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки и вспомогательной щетки, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолированно от нее, причем основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника электропитания машины, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации. Недостатком данного технического решения является невысокая надежность коммутации.

Целью изобретения является улучшение коммутации.

Указанная цель достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле электрической машины, содержащем коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки и вспомогательной щетки, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолированно от нее, причем основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника питания, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации, за счет того, что вспомогательная щетка выполнена тангенциально-расслоенной, то есть состоящей из продольных элементов, имеющих одинаковую аксиальную длину и изолированных друг от друга, причем смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов потенциально-ограничивающего типа.

Новое свойство, реализуемое данным техническим решением, заключается в том, что путем подключения между смежными элементами вспомогательной щетки (а также между основной щеткой и прилегающим смежным элементом вспомогательной щетки) нелинейно-резистивного элемента потенциально-ограничивающего типа напряжение на раздвигающихся компонентах скользящего контакта ограничивается практически на уровне величины пробивного напряжения нелинейного элемента, которое выбирается ниже уровня, необходимого для возникновения дуги.

На чертеже схематически изображен щеточно-коллекторный узел электрической машины со стороны одного из зажимов источника питания, содержащий коллектор с чередующимися проводящими 1 и изолирующими 2 пластинами и контактирующие с ними основную щетку 3 и вспомогательную щетку, тангенциально-расслоенную на продольные элементы 4, 5, 6, 7, изолированные друг от друга и от основной щетки 3, причем смежные элементы всей щеточной группы, включая и основную щетку, соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов 8, 9, 10, 11. Стрелкой Vk обозначено направление движения коллектора.

В качестве нелинейно-резистивных элементов 8 - 11 может использоваться варистор, стабилитрон или какой-либо схемотехнический вариант интегральной микроэлектроники. Особенность вольт-амперной характеристики такого элемента заключается в том, что она должна быть однозначна, обладать пренебрежимо малым током утечки при напряжениях, меньших пробивного напряжения Uo, а при напряжениях, больших Uo - достаточно малым положительным дифференциальным сопротивлением элемента.

Принцип действия изображенного на чертеже щеточно-коллекторного узла заключается в фиксации падения напряжения на раздвигающихся компонентах скользящего контакта: "пластина 1 - основная щетка 3" или "пластина 1 - элемент вспомогательной щетки 4 (или 5, 6, 7)". Коммутационный процесс начинается с момента покидания основной щеткой 3 пластины 1, когда ток параллельной ветви обмотки якоря, имеющей большую индуктивность и потому являющейся источником тока, начинает протекать сначала через нелинейный элемент 8, а затем и через другие элементы, пока при сходе предпоследнего элемента вспомогательной щетки не задействуется вся цепочка нелинейных элементов 8-11. Таким образом в контур коммутации постепенно вводится ступенчатое напряжение, где величина одной ступени равна пробивному напряжению Uo одного нелинейного элемента. Диаграмма вводимого напряжения приведена на чертеже. Выбирая Uo на достаточно низком уровне (порядка 2-3 В), при котором невозможно существование дуги, можно добиться высокой эффективности работы щеточно-коллекторного узла машины.

По сравнению с известными из литературы устройствами для улучшения коммутации данное изобретение позволяет: снизить потери в скользящем контакте, применив металло-керамические щетки с антифрикционными добавками; снизить потери и тепловую нагрузку скользящего контакта, отводя коммутационные потери за пределы контакта; повысить ресурс щеточно-коллекторного узла; упростить конструкцию машины, ликвидировав дополнительные полюсы в ее магнитной системе.

Существенно улучшатся и экономические показатели производства машин с новым типом щеточно-коллекторного узла в связи с сокращением расхода меди и электротехнической стали.

Формула изобретения

ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной и вспомогательной щетки, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолированно от нее, блок улучшения коммутации, причем основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника питания, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации, отличающийся тем, что, с целью улучшения коммутации, вспомогательная щетка выполнена тангенциально-расслоенной и состоит из продольных элементов, имеющих одинаковую аксиальную длину и изолированных друг от друга, причем смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов потенциально-ограничивающего типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическим машинам, преимущественно к низковольтным микромашинам постоянного тока с длительным ресурсом и повышенными трубованиями к стабильности электромеханических параметров

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин, обладающих повышенными требованиями к уровню радиопомех при эксплуатации

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных машин, к которым предъявляются повышенные требования к электромагнитной совместимости при эксплуатации

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин, обладающих повышенными требованиями к уровню радиопомех при эксплуатации

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторном электрическом двигателе постоянного тока с дополнительным устройством для улучшения коммутации

Изобретение относится к барабанному коллектору для электрической машины

Изобретение относится к коллектору для электрической машины

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для испытаний и настройки коммутации коллекторных электрических машин (КЭМ). Технический результат - повышение точности диагностики состояния коммутации КЭМ. В способе диагностики состояния коммутации при вращении коллектора во время прохождения коллекторной пластины с заранее нанесенной меткой мимо датчика положения коллектора световой поток от неепреобразуют датчиком в синхроимпульс с длительностью, равной времени прохождения коллекторной пластины под сбегающим краем щетки, который задерживают устройством для регулируемой задержки импульса до момента подхода исследуемой, предварительно промаркированной коллекторной пластины под сбегающий край щетки. В момент подхода исследуемой коллекторной пластины под сбегающий край щетки синхроимпульс подают на фотоэлектрический преобразователь, которым при помощи ПЗС-матрицы преобразуют световое излучение от искрения в сигнал, эквивалентный изображению щеточно-коллекторного узла и процесса искрения за время прохождения исследуемой пластины под сбегающим краем щетки. Полученные сигналы суммируют, фильтруют до получения результирующего сигнала, эквивалентного изображению искрения, интегрируют и визуализируют. Получают значения интенсивности искрения и отношения длины искрящего края щетки к полной длине края щетки, по которым устанавливают в баллах степень искрения на исследуемой коллекторной пластине так, как указано в материалах заявки. 1 ил.,1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям приводов вспомогательного оборудования подвижных объектов. Технический результат - повышение эффективности работы коллекторного узла и статора двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Устройство электродвигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов и электронной коммутацией коллекторных пластин характеризуется тем, что содержит статор, выполненный в виде цилиндрического магнитопроводящего корпуса с размещенными на внутренней поверхности диаметрально расположенными полюсами возбуждения, выполненными из полюсных постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB). Пластины коллектора соединены проводом с обмоткой якоря. На валу якоря между коллектором и боковой крышкой размещен стробоскопический диск с прорезями по центру пластин коллектора. На боковой крышке, включающей щеточные траверсы, на которых закреплены щеткодержатели с щетками, размещена оптопара, дающая сигнал на электронную схему, которая, в свою очередь, в момент нахождения щетки по центру пластины подает импульс тока, исключая искрообразование при переходном процессе. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторным электрическим машинам, и может быть использовано в случае, когда определяющим фактором является искровой износ скользящего контакта. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в унификации применяемых щеток, устранении излишнего многообразия щеток в составе одного щеткодержателя. Указанный технический результат достигается путем того, что все щетки удовлетворяют следующим условиям: 3bл≤bш≤4bл, щетки сдвинуты относительно друг друга в направлении вращения коллектора (1) на величину от 0,5 bл до bл, где bл - толщина пластины коллектора на его рабочей поверхности; bш - ширина щетки. 1 ил.
Наверх