ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Область применения
Предложенная полезная модель относится к электротехнике, в частности щеточным узлам электрической машины с индикацией износа щетки.
Известный уровень техники
В составе щеточного токосъемника электрической машины щетка является изнашиваемым, невосстанавливаемым элементом, в силу чего требует внимания обслуживающего персонала для своевременной ее замены.
Несвоевременная замена щетки в щеточном узле может привести к повреждению коллектора или кольца электрической машины, по которым скользит щетка в процессе работы электрической машины.
Поэтому, на каждой щетке обязательно существует «риска (деление) предельного износа щетки» - метка, до которой допустима безопасная работа щетки.
Известны различные щеточные узлы электрической машины, срабатывающие при износе щетки до определенного предела, которые размещены в теле щетки (а.с. №540319, 552660, 783897).
Общим недостатком этих щеточных узлов является то, что такая конструкция щеток не применима для щеток с несколькими токоведущими проводами.
Известны щеточные узлы для электрической машины см. патенты №№ DE 1257951, DE 1809592, DE 1197972, DE 19738037, DE 102014214307, FR 1159362, US 7994683, US 9287674. Техническое решение по патенту № US 7994683 выбрано в качестве прототипа, содержащее щеткодержатель, в обойме которого расположена щетка с накладкой и токопроводами, подпружиненная со стороны накладки пружиной, закрепленной в обойме щеткодержателя, и индикатор износа щетки.
Конструктивной особенностью известного технического решения является то, что в нем используется пластинчатая нажимная пружина со свободным концом, к которому примыкает клиновидная клипса. В обойме щеткодержателя выполнен клиновидный карман, в который вставляется свободный конец пружины и фиксируется в нем клиновидной клипсой. Головка пружины давит на накладку щетки, что приводит к ее постоянному подпружиниванию. Датчик износа выполнен в нижней части клиновидного кармана в виде поворачивающегося на оси рычага.
Недостаткам известного технического решения является использование мелких деталей и сложность сборки щеточного узла, а также сложность задания величины срабатывания щетки для обеспечения ее максимального износа, что приводит к большим «огрызкам», которые не позволяют выработать полный износ щетки. Также недостатком является невозможность визуального контроля износа щетки.
Задача полезной модели
Задачей предложенной полезной модели является достижение номинальных параметров работы щетки и увеличение точности контроля износа щетки.
Также задачей предложенной полезной модели является упрощение конструкции системы индикации износа щетки щеточного узла электрической машины.
Также задачей предложенной полезной модели является увеличение ресурса работы системы индикации износа щетки щеточного узла электрической машины.
Также задачей предложенной полезной модели является разработка новых типов щеточных узлов электрической машины, которые могут быть использованы в щеточных токосъемниках с пылеудалением для генераторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения.
Также задачей предложенной полезной модели является разработка щеточного узла электрической машины с возможностью визуальной индикации величины износа щетки.
Другие задачи и преимущества предложенной полезной модели будут рассмотрены ниже по мере изложения описания и фигур к нему.
Суть полезной модели
Известный щеточный узел электрической машины, содержащий щеткодержатель, в обойме которого расположена щетка с накладкой, подпружиненная со стороны накладки пружиной, закрепленной в упомянутой обойме, и систему индикации износа щетки, согласно предложенной полезной модели, система индикации износа щетки включает датчик износа щетки, установленный на обойме с тыльной поверхности щетки, и индикатор износа щетки, состоящий из основания, установленного на тыльной стороне щетки, к которому примыкает шкала индикатора с нажимным рычагом для срабатывания датчика износа щетки, при этом длина шкалы индикатора не более радиальной длины допустимого износа щетки.
Также, согласно варианту реализации предложенной полезной модели, шкала индикатора вместе с нажимным рычагом окрашены в яркий контрастный цвет.
Фигуры
При рассмотрении примеров осуществления предложенной полезной модели используется узкая терминология. Однако предложенная полезная модель не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные решения, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач.
Фиг. 1 - изображен щеточный узел электрической машины.
Фиг. 2 - изображен вид сбоку Фиг. 1.
Фиг. 3 - изображено сечение А-А Фиг. 1.
Фиг. 4 - изображено сечение Б-Б Фиг. 2.
Фиг. 5 - изображен вид сверху Фиг. 1.
Фиг. 6 - индикатор износа щетки.
Фиг. 7 - вид сверху индикатора износа щетки Фиг.
Перечень позиций, изображенный на вышеупомянутых фигурах 1-7:
1 - обойма щеткодержателя;
1
1 - клиновидный карман;
2
1 - держатель обоймы 1;
2 - щетка;
3 - накладка;
1
3 - амортизирующая прокладка;
4 - отверстия для заделки токопроводов;
5 - пружина;
1
5 - клипса пружины 5;
2
5 - головка пружины 5;
6 - индикатор износа щетки 2;
1
6 - основание индикатора;
2
6 - шкала индикатора;
3
6 - нажимной рычаг;
4
6 - отверстия под токопроводы;
7 - датчик износа щетки 2;
2
L - длина шкалы индикатора 6.
Термины и определения
В соответствии с ГОСТ 12232-89 «Щетки электрических машин» при описании щеток используются термины:
t - тангенциальный размер щетки;
a - аксиальный размер щетки;
t*a - рабочая (контактная) поверхность щетки, обеспечивающая скользящий контакт с поверхностью коллектора или кольца электрической машины;
r - радиальный размер щетки.
В описании примера реализации используются термины:
контактная (рабочая) поверхность щетки - поверхность, которая скользит по коллектору или кольцу электрической машины.
тыльная поверхность щетки - поверхность, на которой расположена накладка с токопроводами и индикатор износа, противоположная рабочей поверхности щетки.
боковые поверхности щетки - поверхности, скользящие в обойме щеткодержателя.
Пример реализации
1
Предлагаемый щеточный узел электрической машины включает обойму 1 щеткодержателя, в которой находится щетка 2 с отверстиями 4 для заделки токопроводов (токоведущими проводами, которые на фигурах не изображены), накладкой 3 типа «наездник», резиновой прокладкой 3 под накладку 3 и систему индикации износа щетки 2, включающей индикатор износа 6 и датчик износа 7 (концевой выключатель), закрепленный на обойме 1.
1
Индикатор износа 6 (Фиг. 6, 7) изготовлен из рулонной или листовой стали в виде простой профильной детали, установленной на тыльной поверхности щетки 2 под амортизирующей прокладкой 3 и закрепленный на щетке накладкой 3.
1
1
1
2
Размеры t и а основания индикатора 6 определяются размерами t и а щетки 2, размеры а - соответствуют размеру ножек накладки 3, при установке которой на щетку 2 осуществляется фиксация индикатора износа 6 на щетке 2.
2
3
2
2
3
3
По мере износа щетки 2 под воздействием пружины 5 происходит постоянное нажатие на накладку 3, расположенную на тыльной поверхности щетки 2, в результате чего щетка 2 вместе с индикатором износа 6 уходит внутрь обоймы 1 щеткодержателя, при этом шкала индикатора 6 и нажимной рычаг 6 остаются снаружи обоймы 1. Длина L шкалы индикатора 6 не превышает рабочую длину щетки 2. Шкала индикатора 6 вместе с нажимным рычагом 6 покрашены контрастной красной краской, что позволяет оператору вести визуальный контроль износа щетки 2 с безопасного расстояния, не приближаясь к токосъемнику. Когда длина рабочей части щетки 2 уменьшается до 2-3 мм (до риски предельного износа), нажимной рычаг 6 индикатора износа 6 нажимает на датчик износа 7 щетки 2, который передает электрический сигнал в систему управления (на фигурах не изображена), обеспечивая дополнительный резерв времени оператору для принятия необходимых мер по замене щетки 2.
Электрическая слаботочная цепь системы управления датчика износа 7 не связана с силовой цепью щетки 2, что позволяет избежать электрических перегрузок системы управления токосъемника.
Основная часть элементов системы индикации находится в районе боковой поверхности щеткодержателя, что позволяет использовать в центральной зоне щеткодержателя рулонную пружину 5, обеспечивающую постоянное усилие по мере износа щетки 2.
Система индикации выполнена с учетом применения ее на щетках 2 как с одним токопроводом, так и с несколькими токопроводами, которые заделываются в отверстия 4, расположенные на тыльной поверхности щетки 2, что позволяет уменьшить диаметр каждого токопровода и его жесткость, что также является преимуществом предложенной полезной модели. Это облегчает изгиб токоведущих проводов в щеточном узле, который часто необходим по конструктивным причинам.
Наличие предложенной системы индикации щеточного узла не усложняет процесс замены щетки 2 в обойме 1 щеткодержателя и не делает необходимым полную разборку щеткодержателя и перестройки системы управления индикации износа щетки 2, что также является преимуществом предложенной полезной модели.
3
Датчик износа 7 в течение работы токосъемника находится в свободном (не нажатом) состоянии и нажимается посредством нажимного рычага 6 только в случае достижения критического износа щетки 2. Это способствует длительному сохранению его рабочих характеристик и повышению его рабочего ресурса.
Расположение датчика износа 7 на обойме 1 с тыльной стороны щетки 2 (вдали от рабочей поверхности щетки 2) способствует отсутствию накопления пыли на нем и на индикаторе износа 6, что приводит к увеличению надежности индикации износа щетки 2 и повышает время надежной работы датчика износа 7, что также является преимуществом предложенной полезной модели.
2
2
3
Понятно, что при использовании предложенной полезной модели может быть реализован вариант, когда шкала индикатора 6 содержит по ее высоте метки для места гиба для разных типов по радиальной длине щеток 2, когда обсуживающий персонал может самостоятельно использовать индикатор износа 6 для разных типов щеток 2, что также является преимуществом предложенной полезной модели. Также возможен вариант, когда шкалу индикатора 6 и нажимной рычаг 6 красят краской с флуорисцентыми включениями для увеличения качества проведения визуального осмотра.
Щеточный узел электрической машины, согласно предложенному изобретению, работает следующим образом.
1
1
2
3
2
1
3
3
2
На тыльную сторону щетки 2 размещают основание 6 индикатора износа 6, сверху кладут амортизирующую прокладку 3, на которую устанавливают накладку 3, в результате чего нажимная пластина надежно фиксируется на тыльной стороне щетки 2. Следует отметить, что шкала индикатора 6 расположена в противоположную сторону щетки (от контактной поверхности) и отгиб нажимного рычага 6 выполнен наружу обоймы 1, что позволяет разместить датчик износа 7 на обойме 1 с тыльной стороны щетки 2. После этого щетка 2 вставляется в обойму 1 и подпружинивается головкой 5 пружины 5. Пружина 5 крепится в клиновидном кармане 1 обоймы 1. Проверяют работу датчика износа 7. По мере эксплуатации щетки 2 в результате истирания ее рабочей поверхности происходит уменьшение радиальной длины щетки 2, в результате чего перемещается тыльная поверхность щетки 2 и, соответственно, происходит перемещение нажимного рычага 6 к обойме 1. По достижении величины предельной длины радиального износа щетки 1 нажимной рычаг 6 нажимает на датчик износа 7, что приводит к размыканию цепи, свидетельствующему об износе щетки 2. Также оператор может производить визуальный осмотр щеткодержателя и по величине, на которую выступает шкала индикатора 6 из обоймы 1, оператор может судить о степени износа щетки 2.
Технический результат
Техническим результатом предложенной полезной модели является достижение номинальных параметров работы щетки и увеличение точности контроля износа щетки, с одновременной возможностью визуального контроля износа щетки и увеличение точности контроля ее износа.