Патент на изобретение №2208884

(54) ЩЕТОЧНО-КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электрическим машинам. В щеточно-контактном аппарате упор (15) пластины (12) пружинодержателя выполнен U-образным и между стенками (16 и 17) этого U-образного упора расположен нижний конец (18) упругой пластины (13) фиксатора (8) с возможностью свободного перемещения конца упругой пластины между стенками U-образного упора. Рулонная пружина (9) выполнена из нескольких самозакручивающихся параллельно расположенных пластин (19, 20, 21), образующих рулон (10), расположенный внутри корпуса (1) щеткодержателя. Пластина (12) пружинодержателя выполнена с выступом (22), между которым и U-образным упором (15) расположена ось (2) корпуса (1). Изобретение обеспечивает демпфирование ударных и знакопеременных нагрузок на щетки во время работы электрической машины, исключает сколы щеток, уменьшает их износ, повышает удобство и легкость замены щеток. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к устройствам для крепления и фиксации щеток, допускающим их перемещение с использованием пружин рулонного типа.

Из патентной литературы известны щеткодержатели электрических машин, каждый из которых включает корпус щеткодержателя с направляющими, в которых установлена щетка и пружинодержатель, выполненный из разомкнутой пластины, имеющей наружный выступ, расположенный в окне корпуса, и внутренние выступы, расположенные с возможностью контактирования с корпусом щеткодержателя, а также рулонную пружину, закрепленную на пластине щеткодержателя [I-IV].

Известны также щеткодержатели электрических машин, каждый из которых содержит корпус с установленными в нем щеткой и пружинодержателем, выполненным из пластины с выступами, входящими в окна, которые выполнены в корпусе, при этом пружинодержатель установлен в направляющих корпуса и к нему прикреплена рулонная пружина, расположенная с возможностью ее контактирования со щеткой [V-VIII].

Известны щеткодержатели, включающие корпус, в котором установлена щетка, пружинодержатель, установленный в пазу корпуса, и рулонную пружину, жестко связанную с пружинодержателем [IX-XI].

Известны устройства токосъема электрических машин, каждое из которых включает корпус щеткодержателя с установленной в ее направляющих щеткой, нажимной механизм, выполненный в виде планки пружинодержателя, к которой прикреплена рулонная пружина, расположенная с возможностью взаимодействия рулонной самоскручивающейся частью со щеткой, а также средство фиксации нажимного механизма в корпусе щеткодержателя [XI-XIII].

Известно также щеточно-контактное устройство электрической машины, содержащее корпус щеткодержателя со сквозным пазом, в одном из окон которого размещена электрощетка со скошенной опорной поверхностью, а в другом закреплен съемный нажимной механизм с ленточной пружиной, при этом сквозной паз щеткодержателя выполнен крестообразным, передняя стенка окна для размещения нажимного механизма снабжена уклоном, а диаметр рулона ленточной пружины превышает ширину окна для размещений электрощетки, при этом наклонная поверхность передней стенки окна имеет возможность взаимодействия с рулоном пружины во время работы, а угол наклона передней стенки выбран в зависимости от радиуса рулона ленточной пружины, толщины ленты, начального диаметра рулона, начального числа витков и заданной высоты износа электрощетки [XIV].

Известны также щеточно-контактные устройства электрических машин, каждое из которых содержит корпус щеткодержателя с направляющими, в которых расположен держатель рулонной пружины, выполненный из изогнутых упругих пластин, имеющих средства для фиксации держателя рулонной пружины в направляющих корпуса, а также средства для ручного извлечения пружинодержателя из направляющих корпуса и средства для поворота держателя и его ввода в направляющие корпуса [XV-XVIII].

Наиболее близким техническим решением по сущности и достигаемому эффекту к заявленному изобретению является щеточно-контактный аппарат электрической машины, включающий корпус щеткодержателя с осью, окном и направляющими, в одних из которых расположена щетка, а в других – пружинодержатель с закрепленным на нем фиксатором и рулонной пружиной, рулон которой расположен с возможностью контактирования с торцом щетки, при этом пружинодержатель и фиксатор выполнены из плоских соединенных между собой в верхних частях пластин, пластина фиксатора выполнена упругой с выступом в нижней ее части, расположенным в окне корпуса щеткодержателя, а пластина пружинодержателя выполнена с упором, расположенным с возможностью взаимодействия с осью корпуса щеткодержателя при перемещении пружинодержателя в направляющих [XIX].

Наиболее близкое техническое решение к заявленному изобретению имеет ряд недостатков, к которым относятся неудовлетворительные эксплуатационные показатели щеточно-контактного аппарата, связанные со сроком службы щеток, компактностью и надежностью аппарата, а также с удобством и легкостью замены щеток.

Решаемой и достигаемой задачей заявленного технического решения является повышение срока службы щеток, компактности и надежности щеточно-коллекторного аппарата, а также обеспечение удобства и легкости замены щеток.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в щеточно-контактном аппарате электрической машины, включающем корпус щеткодержателя с осью, окном и направляющими, в одних из которых расположена щетка, а в других – пружинодержатель с закрепленным на нем фиксатором и рулонной пружиной, рулон которой расположен с возможностью контактирования с торцом щетки, при этом пружинодержатель и фиксатор выполнены из плоских соединенных между собой в верхних частях пластин, пластина фиксатора выполнена упругой с выступом в нижней ее части, расположенным в окне корпуса щеткодержателя, а пластина пружинодержателя выполнена с упором, расположенным с возможностью взаимодействия с осью корпуса щеткодержателя при перемещении пружинодержателя в направляющих, упор пластины пружинодержателя в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата выполнен U-образным и между стенками этого U-образного упора расположен нижний конец упругой пластины фиксатора с возможностью свободного перемещения этого конца между стенками U-образного выступа, при этом рулонная пружина выполнена из нескольких самозакручивающихся параллельно расположенных с возможностью скольжения между собой пластин, образующих в рабочем положении рулон рулонной пружины, который расположен внутри корпуса щеткодержателя между направляющими щетки с возможностью перемещения рулона в поперечном направлении корпуса щеткодержателя, а пластина пружинодержателя выполнена с выступом в верхней ее части, между которым и U-образным выступом пластины пружинодержателя расположена ось корпуса щеткодержателя.

Верхний конец пластины пружинодержателя выполнен Г-образным, верхний конец упругой пластины фиксатора выполнен П-образным и в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата концы обеих пластин образуют ный профиль, с рабочей площадкой в верхней части образного профиля.

Такое техническое решение в изложенной совокупности признаков изобретения в наибольшей мере обеспечивает демпфирование ударных и знакопеременных нагрузок на щетки во время работы электрической машины, исключает сколы щеток, уменьшает их износ, повышает удобство и легкость замены щеток, а также обеспечивает высокую степень компактности щеточно-контактного аппарата в целом.

На фиг.1 показан щеточно-контактный аппарат электрической машины с рулонной пружиной во взаимодействии со щеткой,
на фиг.2 – пружинодержатель, вид А на фиг.1,
на фиг.3 – сечение Б-Б на фиг.1,
на фиг.4 – сечение В-В на фиг.2,
на фиг.5 – сечение Г-Г на фиг.2.

Щеточно-контактный аппарат электрической машины включает корпус 1 щеткодержателя с осью 2, окном 3 и направляющими 4 и 5, в одних из которых, в частности в направляющих 4, расположена щетка 6, а в других направляющих 5 корпуса расположен пружинодержатель 7 с закрепленным на нем фиксатором 8 и рулонной пружиной 9, рулон 10 которой расположен с возможностью контактирования с торцом 11 щетки 6. Пружинодержатель 7 и фиксатор 8 выполнены из плоских соединенных между собой в верхних частях пластин 12 и 13, пластина 13 фиксатора выполнена упругой с выступом 14 в нижней ее части, расположенным в окне 3 корпуса 1 щеткодержателя, а пластина 12 пружинодержателя выполнена с упором 15, расположенным с возможностью взаимодействия с осью 2 корпуса 1 щеткодержателя при перемещении пружинодержателя 7 в направляющих 5. Упор 15 пластины пружинодержателя в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата выполнен U-образным и между стенками 16 и 17 этого U-образного упора расположен нижний конец 18 упругой пластины 13 фиксатора с возможностью свободного перемещения этого конца 18 между стенками 16 и 17 U-образного выступа. Рулонная пружина выполнена из нескольких самозакручивающихся параллельно расположенных с возможностью скольжения между собой пластин 19, 20 и 21, образующих в рабочем положении рулон 10 рулонной пружины 9, который расположен внутри корпуса 1 щеткодержателя между направляющими 4 щетки с возможностью перемещения рулона 9 в поперечном и продольном направлениях корпуса 1 щеткодержателя. Пластина 12 пружинодержателя выполнена с выступом 22 в верхней ее части, между которым и U-образным упором 15 пластины 12 пружинодержателя расположена ось 2 корпуса 1 щеткодержателя.

Верхний конец 23 пластины 12 пружинодержателя выполнен Г-образным, верхний конец 24 упругой пластины 13 фиксатора выполнен П-образным и в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата концы 23 и 24 обеих пластин образуют образный профиль, с рабочей площадкой 25 в верхней части образного профиля.

Пластина 13 фиксатора 8 имеет два окна, одно из которых – верхнее окно 26 – расположено напротив выступа 22 пластины 12 пружинодержателя с возможностью свободного прохождения выступа 22 через окно 26 в поджатом положении пластины 13 к пластине 12, а другое нижнее окно 27 расположено напротив заклепок 28 – средств крепления пластин 19, 20 и 21 рулонной пружины к пластине 12 пружинодержателя. Пластины 12 и 13 пружинодержателя и фиксатора соединены средствами их соединения – заклепками 29.

Работает щеточно-контактный аппарат электрической машины следующим образом.

При вращении ротора электрической машины щетка 6 взаимодействует с коллектором ротора и воспринимает тангенциальные по отношению к коллектору и осевые нагрузки. Упомянутые нагрузки компенсируются в осевом направлении упругостью рулонной пружины 9, а в тангенциальном направлении – упругой пластиной 13 фиксатора 8, поскольку рулон 10 рулонной пружины 9 имеет возможность незначительных колебаний поперек корпуса 1 вместе с щеткой 6 за счет упругости пластины 13 фиксатора 8 в пределах зазоров между щеткой 6 и направляющими 4 корпуса 1. При перемещении щетки 6 в осевом направлении вверх и вниз работают пластины 19, 20 и 21 рулонной пружины 9, которые имеют незначительное трение скольжения между собой. Компенсация нагрузок увеличивает срок службы щеток.

Для замены щетки 6 нажимают на пластину 13 сбоку по стрелке А (фиг.1), выводят выступ 14 из окна 3 корпуса 1 и перемещают вверх пружинодержатель 7 до касания внутренней поверхности упора 15 пластины 12 пружинодержателя с осью 2 корпуса 1. Затем поворачивают пружинодержатель 7 вместе с фиксатором 8 во фронтальной плоскости вокруг оси 2 в сторону от направляющих 4 и освобождают пространство между этими направляющими 4 от рулона 10 рулонной пружины 9. Извлекают щетку 6 из направляющих 4 корпуса 1 и вставляют в направляющие 4 новую щетку. При необходимости замены пружинодержателя 7 его с корпуса 1 снимают. Для этого нажимают на пластину 13 фиксатора 8 до образования зазора между концом 18 пластины 13 и внутренней поверхностью стенки 16 упора 15 и перемещают пружинодержатель 7 так, чтобы ось 2 прошла через упомянутый зазор. Установку нового пружинодержателя в направляющие 5 корпуса осуществляют в обратной последовательности, при этом пружинодержатель поворачивают во фронтальной плоскости и рукой нажатием на площадку 25 сверху вниз вводят пружинодержатель 7 в направляющие 5 корпуса 1 до тех пор, пока выступ 14 не войдет в окно 3 корпуса 1, при этом возникает щелчок фиксатора 8. Рулонная пружина 9 своим рулоном 10 воздействует на щетку 6 и прижимает ее к коллектору электрической машины.

Как видно из описания, в процессе замены щеток пружинодержатель 7 с корпуса 1 не снимается, поскольку он фиксируется на корпусе от выпадения осью 2, фиксатором 8, обеспечивающими за счет упругости пластины 13 поджатие конца 18 пластины 13 к стенке 16 U-образного упора 15. При этом достигается эффект удобства обслуживания электрической машины, так как пружинодержатель 7 остается на корпусе 1 и не теряется – он находится под рукой оператора.

При замене щеток 6 или пружинодержателя 7 образный профиль концов 23 и 24 пластин 12 и 13 обеспечивает возможность уменьшения давления на палец оператора благодаря тому, что соединенные между собой пластины 12 и 13 на концах 23 и 24 образуют площадку, приблизительно равную 2 см², обеспечивающую передачу давления от большого пальца руки оператора, равное примерно 2-3 кгс (усилие сопротивления перемещению рулона 10 рулонной пружины 9 в направляющих 4 в процессе поджатия щетки 6 к коллектору электрической машины).

При замене щеток 6 или пружинодержателя 7 от упомянутого нажатия на пластину 13 в сторону пластины 12 пластина 13 изгибается и своим нижним концом 18 упирается в стенку 17 упора 15, при этом выступ 22 входит в окно 26 пластины 13, обеспечивая максимальную возможность изгиба пластины 13, которая в исходное положение возвращается под действием собственной упругости.

При нажатии пластины 13 заклепки 28 входят в окно 27 пластины 13, что обеспечивает максимальный ход конца 18 пластины 13 между стенками 17 и 16 упора 15, а также обеспечивает максимальный зазор между концом 18 пластины 13 и стенкой 16 во время вывода пружинодержателя 7 из зацепления с осью 2 корпуса 1 щеткодержателя. Это обеспечивает удобство и легкость съема пружинодержателя 7 с корпуса 1. Кроме того, наличие окна 27 в пластине 13 обеспечивает возможность повышения удобства склепывания пластины 12 с концами пластин 19, 20 и 21 рулонной пружины 9.

Следует также отметить, что Г-образный выступ 23 пластины 12 обеспечивает легкость извлечения пружинодержателя 7 из направляющих 5, данный выступ 23 работает в качестве зацепа под указательный палец оператора, а также этот выступ 23 выполняет другую функцию – ограничителя рулона 10 рулонной пружины 9 при раскручивании рулона 10 с целью контроля пружины на целостность, работоспособность и определения усилия нажатия рулонной пружины 9 на щетку 6.

Конец 18 пластины 13 отогнут, что обеспечивает в свободном состоянии пластины 13 зазор между концом 18 и концом U-образного упора 15; это в свою очередь обеспечивает легкость и удобство зацепления U-образного упора 15 за ось 2 при установке пружинодержателя 7 в корпусе 1 щеткодержателя.

Вышеизложенные конструктивные особенности обеспечивают также высокую степень компактности щеточно-контактного аппарата, что позволяет применять его в крайне стесненном пространстве электрической машины.

Источники информации
I. Заявка ФРГ 2402814, Н 01 R 39/40, 1975.

II. Заявка ФРГ 2621030, Н 01 R 39/40, 1977.

III. Заявка ФРГ 2606922, Н 01 R 39/40, 1977.

IV. Патент ФРГ 2621030 (С 3), Н 01 R 39/43, 1983.

V. Патент ФРГ 2741875, Н 01 R 39/40, 1985.

VI. Патент ФРГ 3346595, Н 01 R 39/415, 1986.

VII. Патент ФРГ 2846082, Н 01 R 39/58, 1989.

VIII. Патент ФРГ 2621030, Н 01 R 39/43, 1982.

IX. Патент RU 2038663, Н 01 R 39/40, 1992.

X. Патент RU 1649618, Н 01 R 39/40,1988.

XI. Патент SU 1047731, Н 01 R 39/40,1981.

ХII. Патент RU 1252847, Н 01 R 39/40,1984.

ХIII. Патент RU 2083038, Н 01 R 39/40,1997.

XIV. Патент RU 2037242, Н 01 R 39/04,1992.

XV. Патент США 4166227, 310/242, Н 02 К 13/00, 1979.

XVI. Патент США 5256925, 310/247, Н 01 R 39/40, 1993.

XVII. Патент США 3526797, 310/245, 1970.

ХVIII. Патент США 4420705, 310/242, Н 02 К 13/00, 1983.

XIX. Щеткодержатель, чертеж ЖИТМ. 301524.003 СБ, 1995; Механизм нажимной, чертеж ЖИТМ. 304286. 001СБ, 1994, ЗАО “Кросна-Мотор” (прототип, копии прилагаются).

Формула изобретения

1. Щеточно-контактный аппарат электрической машины, включающий корпус щеткодержателя с осью, окном и направляющими, в одних из которых расположена щетка, а в других – пружинодержатель с закрепленным на нем фиксатором и рулонной пружиной, рулон которой расположен с возможностью контактирования с торцем щетки, при этом пружинодержатель и фиксатор выполнены из плоских соединенных между собой в верхних частях пластин, пластина фиксатора выполнена упругой с выступом в нижней ее части, расположенным в окне корпуса щеткодержателя, а пластина пружинодержателя выполнена с упором, расположенным с возможностью взаимодействия с осью корпуса щеткодержателя при перемещении пружинодержателя в направляющих, средства соединения пластин между собой и средства соединения рулонной пружины с пластиной фиксатора, отличающийся тем, что упор пластины пружинодержателя в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата выполнен U-образным и между стенками этого U-образного упора расположен нижний конец упругой пластины фиксатора с возможностью свободного перемещения этого конца между стенками U-образного упора, при этом рулонная пружина выполнена из нескольких самозакручивающихся параллельно расположенных с возможностью скольжения между собой пластин, образующих в рабочем положении рулон рулонной пружины, который расположен внутри корпуса щеткодержателя между направляющими щетки с возможностью перемещения рулона в поперечном направлении корпуса щеткодержателя, а пластина пружинодержателя выполнена с выступом в верхней ее части, между которым и U-образным упором пластины пружинодержателя расположена ось корпуса щеткодержателя.

2. Щеточно-контактный аппарат электрической машины по п.1, отличающийся тем, что верхний конец пластины пружинодержателя выполнен Г-образным, верхний конец упругой пластины фиксатора выполнен П-образным и в проекции на фронтальную плоскость щеточно-контактного аппарата концы обеих пластин образуют образный профиль, с рабочей площадкой в верхней части образного профиля.

3. Щеточно-контактный аппарат электрической машины по п.1, отличающийся тем, что пластина фиксатора выполнена с расположенным в ее верхней части верхним окном, выступ пластины пружинодержателя расположен напротив верхнего окна пластины фиксатора с возможностью свободного прохождения упомянутого выступа через верхнее окно пластины фиксатора.

4. Щеточно-контактный аппарат электрической машины по п.1 или 3, отличающийся тем, что пластина фиксатора выполнена с расположенным в ее нижней части нижним окном, расположенным напротив средств соединения рулонной пружины с пластиной пружинодержателя.

РИСУНКИ