ОБРАЩЕННЫЙ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в мощных высокоскоростных машинах постоянного тока, к которым предъявляются высокие требования по надежности работы коллекторно-щеточного узла.
Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины (авторское свидетельство СССР, №1145392, кл. H01R 39/24, 1985), содержащий коллектор, щетку, выполненную в виде цилиндра с сегментным вырезом, жестко закрепленного на оси, установленную параллельно оси коллектора, концы оси щетки имеют скользящую связь со стайками щеткодержателя и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегмента, цилиндр разделен на отдельные диски, между которыми дополнительно введены дистанционные шайбы. По мере износа щетка поворачивается под действием пружины вместе с осью до второй половины сегментного выреза. В этом положении контакт щетки с коллектором прекращается.
Существенным недостатком данного щеточно-коллекторного узла является увеличенная скорость износа щетки за счет большого трения качения щетки по коллектору.
Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины (патент РФ №2006115, кл. H01R 39/24, 1994), содержащий цилиндрический коллектор, щетку, выполненную в виде диска и жестко закрепленную на оси, подшипники качения, насаженные на концы оси, две стойки щеткодержателя, в каждой из которых выполнен паз, проходящий в радиальном направлении и имеющий в поперечном сечения [-образную форму, в котором размещены один конец оси с подшипником или с возможностью перемещения в радиальном направлении в сторону коллектора при износе щетки, и одна из двух нажимных цилиндрических пружин или, один конец которой соединен с основанием стойки или, а второй конец опирается на наружное кольцо подшипника.
Существенными недостатками данного щеточно-коллекторного узла является невысокая надежность контактирования, долговечность, небольшой ресурс из-за отсутствия возможности регулирования оптимального давления щеток на коллектор, а также большие габариты, масса, трудозатраты и стоимость изготовления.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является коллекторное устройство (патент РФ №2208883, кл. H01R 39/00, G01V 13/00, 2003), включающее в себя подвижные контактные пластины, с которыми контактируют щетки в виде роликов, вращающихся на осях, оси роликов закреплены в плоских пружинах, подвижные контактные пластины выполнены в виде цилиндрических колец, причем оси вращения роликов параллельны оси вращения подвижных контактов, а величина контактного давления роликов регулируется перемещением плоских пружин.
Существенными недостатками данного устройства является быстрый износ коллекторных пластин, увеличенное сопротивление щеточного контакта, невозможность практического использования в двигателях постоянного тока большой мощности.
Задача предлагаемой полезной модели - повышение надежности работы коллекторно-щеточного узла на высоких скоростях вращения при больших токах, за счет уменьшения силы трения, температуры нагрева и улучшения условий работы подвижных контактов коллекторно-щеточного узла.
Поставленная задача достигается тем, что в коллекторно-щеточном узле, содержащем щеточный узел, состоящий из группы щеток в виде роликов, согласно полезной модели, щетки расположены на валу, установленном в вилках, с возможностью перемещения по внутренним поверхностям коллекторных стержней и прижаты к поверхности коллектора с помощью пружин, а щеточный узел, неподвижно закрепленный на корпусе, размещен внутри коллектора, имеющего вид полого цилиндра, стенки которого состоят из диэлектрических крышек, одна из которых имеет лопатки для обдува воздухом мест контакта между коллекторными пластинами и щетками, при этом в диэлектрические крышки торцами вставлены коллекторные стержни, с возможностью вращения вокруг собственной оси, параллельной оси вращения роликов, причем каждый коллекторный стержень, выполненный в виде цилиндра и имеющий сердечник из проводящего металла, покрыт материалом с высокой электропроводностью и малым значением коэффициента трения качения, при этом между коллекторными стержнями вставлены цилиндрические изоляторы с возможностью вращения вокруг собственной оси.
Такая конструкция коллекторного устройства позволяет уменьшить силу трение между подвижными контактами за счет того, что щетки и коллекторные пластины крутятся друг относительно друга; температуру нагрева коллектора, за счет большой поверхности охлаждения, каждой коллекторной пластины и использовании встроенного вентилятора; улучшить условия работы в подвижном контакте за счет внутреннего расположения щеток относительно коллектора, применения группы щеток и регулировании силы контактного нажатия, то есть повысить надежность работы коллекторно-щеточного узла на высоких скоростях вращения при больших токах.
Существо заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 приведен эскиз поперечного сечения коллекторно-щеточного узла. На фиг.2 показан местный вид соединения группы роликов с вилкой. На фиг.3 показан местный вид соединения коллекторных стержней с держателем коллекторной. На фиг.4 показан местный вид соединения коллекторных стержней с держателем коллекторного кольца. На фиг.5 показано движение коллектора относительно щеток.
Обращенный коллекторно-щеточный узел состоит из корпуса 1 (фиг.1) с отверстиями для охлаждения, который соединен с полой трубой 2, внутрь трубы 2 вставлен вал 3 с конусными и цилиндрическими поверхностями. В отверстия полой трубы 2 вставлен и зажат с помощью пружины 4 щеточный узел. Щеточный узел состоят из группы роликов 5, неподвижно укрепленных на длинном валу 6 и вилок 7, к которых посредством винтов 8 (фиг.2) закреплены внутренние крышки 9 из диэлектрика и внешние крышки 10 из диэлектрика. Внутренние крышки 9 и внешние крышки 10 зажимают подшипники 11, в который обоими концами вставлен вал 6 с группой роликов 5 (фиг.1). В отличие от верхнего щеткодержателя нижний замыкает группу роликов 5 на корпус двигателя, поэтому внутренние крышки 9 (фиг.2) и внешние крышки 10 выполнены из металла. К коллекторно-щеточному узлу примыкает якорь двигателя, который состоит из обмотки 12 (фиг.1), намотанной на магнитопровод, который с натягом установлен вал двигателя 13. На вал двигателя 13 также установлен коллектор, состоящий из боковых коллекторных крышек 14 и удерживающего кольца 15. В коллекторных крышках запрессованы держатели 16, расположенные диаметрально относительно оси окружности вала двигателя 13, оси держателя 16 параллельны оси вала двигателя 13. Держатель 16 состоит из корпуса держателя из диэлектрика 17 (фиг.3), установленный с помощью резьбового соединения в боковые коллекторный крышек, в корпус держателя 17 зажат коллекторный стержень 18 с помощью упорной металлической прокладки 19 и пружины держателя 20. В полости держателя между диэлектрической прокладкой 21, надетой на коллекторный стержень 18 и упорной металлической прокладки 21 находится вязкая проводящая жидкость 22 с низким значением коэффициента трения. Удерживающее кольцо 15 (фиг.1) состоит из двух нажимных дисков 23 (фиг.4), между которыми запрессован проходной держатель, состоящий из диэлектрического корпуса 24. В проходной держатель вставлен коллекторный стержень 18 (фиг.1), на которые надеты с обоих сторон от корпуса 24 (фиг.4) прокладки из диэлектрика 25; между ней и диэлектрическим корпусом также находится вязкая проводящая жидкость 22. Между коллекторными стержнями 18 (фиг.1) расположены диаметрально относительно оси окружности вала двигателя диэлектрические стержни 26 (фиг.5), которые закреплены к боковым коллекторным крышкам 14 и удерживающему кольцу 15 с помощью держателей, и способны вращаться вокруг собственной оси. Каждый коллекторный стержень 18, состоит из металлического цилиндра 27 с напыленной поверхностью 28 из материала с низким коэффициентом трения качения, высокой электропроводностью и большой теплопроводностью. К каждому держателю 16 (фиг.1), который закручен в коллекторную крышку 14 присоединены провода 29 (фиг.3) от обмотки якоря. Выводной конец 30 (фиг.1) провода коллектора, по которому на верхний щеточный узел подается напряжение, также вставлен в держатель 16 через отверстие в установочном винте 31. Нижний щеточный узел закорочен на корпус 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Постоянное напряжение источника напряжения подается на выводной конец провода 30 (фиг.1) коллектора, после чего в цепи коллекторно-щеточного узла начинает течь ток. Ток протекает через упорную металлическую прокладку 21 (фиг.3), вязкую проводящую жидкость 22, вал 6 с группой роликов 5 и подвижный контакт, создающийся при обкатке группы роликов 5 вокруг коллекторных стержней 18 и диэлектрических стержней 26 (фиг.5), при этом постоянство контактного нажатия между группой роликов 5 (фиг.1) и поверхностью коллектора, создается пружиной 4. Ток, текущий по подвижному контакту каждой коллекторного стержня, проходит также через держатель 16 и выводится на провод 29 (фиг.3) обмотки якоря
Вал 3 (фиг.1) соединен с трубой 2 и может вращаться, изменяя положение относительно трубы 2, посредством этого конусные поверхности вала 3 нажимают на торцы вилок щеткодержателя, таким образом меняется нажатие роликов 5 на коллекторный стержень 18 (фиг.3). Снижение значения тока, проходящего через подвижный контакт, достигается за счет применения группы роликов, которые разделяют ток на четыре меньших по значению тока, что снижает температуру коллекторно-щеточного узла при работе двигателя при больших токах, также температура контакта снижается за счет применения напыленного на металлический цилиндр 27 (фиг.5) материала с малым сопротивлением, например серебра и лопаток на ближнем к якорю коллекторном кольце 15 (фиг.1). Низкие потери на сопротивление качению в подвижном контакте, которое достигается не только качением группы роликов, но вращением вокруг собственной оси коллекторных 18 и диэлектрических стержней 26 (фиг.5) с практически полным отсутствием трения, так как оно происходит в вязкой проводящей жидкости 22 (фиг.3), поэтому данное устройство целесообразно применять при больших скоростях вращения. Расположение группы роликов внутри вращающегося коллектора защищает подвижный контакт от неблагоприятного влияния окружающей среды, что уменьшает искрение при работе устройства, увеличивает надежность работы двигателя; также снижает уровень электромагнитных помех, действующих во внешней среде.
Итак, заявляемая полезная модель повышает надежность работы коллекторно-щеточного узла на высоких скоростях вращения при больших токах.