Устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОСТОЯННОГО НАЖАТИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ,.содержащее корпус щеткодержателя , в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимным элементом и датчиком силы, имеющим подвижную и неподвижнуй части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной , при этом обмотка возбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная р5мотка - с первым входом блока сравнения , второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения , а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством на- , жимного элемента, отличающ е ее я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства и повышения надежности контакта щетки с коллектором за счет обеспечения возможности регулирования силы нажатия как в сторону ее увеличения, так и в са орону уменьшения , и уменьшения инерционности устройства за счет уменьшения габаритов его нажимного элемента, нажимной элемент выполнен в виде металлической мембраны, которая жестко связана с подвижной частьк датчика силы , плотно входит в окно щеткодержателя и образует своей поверхностью относительно поверхности амортизатора щетки воздушный зазор, при этом щеткодержатель снабжен кронштейном, на котором закреплена неподвижная часть датчика силы с возможностью (Д перемещения вдоль оси щетки, а исполнительное устройство нажимндго элемента выполнено в виде пьезопреобразователей ,.обкладки которых включены параллельно между собой, подключены к выходу дополнительно введенного электронного регулятора .напряжения и жестко закреплены одним концом на поверхности мембраны, N9 при этом первый вход электронного регуляторга напряжения соединен с иссд точником переменного напряжения, а 9) второй вход - с выходом блока сравэо ел нения,,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) Ц51) Н 01 Н 39/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 357бб81/24-07 (22) 11. 04,83 (4б) 23.11.84. Бюл. Р 43 (72) A.Å.Äóáèíèí . (.71) Куйбышевский авиационный институт им. С.П.Королева (53) 521.313.047.53 (088.8) .(56) 1,Авторское, свидетельство СССР

В 84935б, кл. Н 01 В 39/40, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР ,9 904050,кл. Н 01 R 39/40,1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПОСТОЯННОГО НАЖАТИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕК. T0P, содержащее корпус щеткодержателя, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимным элементом и датчиком силы, имеющим подвижную и неподвижную части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная обмотка — с первым входом блока сравнения, второй вход которого аоединен с выходом источника опорного напряжения, а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством на-, жимного элемента, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик уст- ройства и повышения надежности контакта щетки с коллектором за счет . обеспечений воэможности регулирования силы нажатия как в сторону ее увеличения, так и в сторону уменьшения, и уменьшения инерционности устройства за счет уменьшения габаритов его нажимного элемента, нажимной элемент выполнен в виде металлической мембраны, которая жестко .свя- зана с подвижной частью датчика силы, плотно входит в окно шеткодержателя и образует своей поверхностьюотносительно поверхности амортизатора щетки воздушный зазор, при этом щеткодержатель снабжен кронштейном, на котором закреплена неподвижная Fg часть датчика силы с возможностью перемещения вдоль оси щетки, а исполнительное устройство нажимн0го элемента выполнено в виде пьеэопреобразователей, обкладки которых включены параллельно между собой, Я подключены к выходу дополнительно введенного электронного регулятора напряжения и жестко закреплены одним концом на поверхности мембраны, при этом первый вход электронного регулятора напряжения соединен с источником переменного напряжения, а второй вход - c выходом блока сравнения.

1125б85

Изобретение относится к электротехнике, в части создания устройств для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор электрических машин.

Известно устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор, содержащее корпус щеткодержателя, в котором установлена щетка с нажимным элементом, шестерню, находящуюся в зацеплении с нажимним элементом и храповый механизм $1) .

Однако данное устройство не обес.печивает постоянство силы нажатия щетки на коллектор при увеличении этой силы в динамических режимах работы щелочно-коллекторного узла, так как храповый механизм позволяет регулировать силу нажатия только в сторону увеличения. Это снижает 20 надежность контакта щетки с коллек-, тором.

Кроме того, устройство имеет большие габариты и инерционность, что ухудшает его динамические харак- 25 теристики.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство дЛя обеспечения постоянного нажатия щетки.на коллектор, содержа- gp щее корпус щеткодержателя, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор-с нажимным элементом и датчиком. силы, имеющим подвижную и неподвижную части и чувствительный элемент с рбмотками воз- . буждения и измерительной, при этом обмотка вэзбуждения соединена с источником переменного напряжения, а измерительная обмотка — с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход бло ка сравнения связан с исполнительным устройством нажимного элемента.

Нажимной элемент выполнен в виде 45 зубчатой рейки, перемещающейся под действием исполнительного устройства нажимного элемента, выполненного в виде шестерци с храповым механизмом, насаженной на.вал, приводного 5p двигателя с редуктором, двигатель управляется сигналами с выхода блока сравнения $2) .

Однако известное устройство использует храповый механизм, который не позволяет регулировать силу нажатия в сторону уменьшения, т.е. устройство ие обеспечивает постоянство и надежность нажатия щетки на коллектор при увеличении нажатия в динамических режимах работы щеточно коллекторного узла.

Кроме того, устройство имеет большие габариты вследствие использования храпового механизма и испол нйтельного двигателя с редуктором, что увеличивает инерционность устройства. Все это ухудшает динамические характеристики устройства, снижает надежность контакта щетки с коллектором.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройства и повышение надежности контакта щетки с коллектором за счет обеспечения возможности регулирования силы нажатия как в сторону ее увеличения, так и в сторону уменьшения, и уменьшение инерционности устройства за счет уменьше-! ния габаритов его нажимного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор, содержащем корпус щеткодержателя, в окне которого установлена щетка, которая связана через амортизатор с нажимным элементом и датчиком силы, имеющим подвижную и неподвижную части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соедйнена с источником переменного напряжения,- а измерительная обмотка -,с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством нажимного элемента, нажимной элемент выполнен в виде металлической мембраны, которая жестко связана с подвижной частью датчика силы, плотно входит в окно щеткодержателя и образует своей поверхностью относительно поверхности амортизатора щетки воздушный зазор, при этом щеткодержатель снабжен кронштейном, на котором закреплена неподвижная часть датчика силы с возможностью перемещения вдоль оси щетки, а исполнительное устройство. нажимного элемента выполнено в виде пьезопреобразователей, обкладки которых включены параллельно между собой, подключены к выходу дополнительно введенно-" го электронного регулятора напряже1 ния и жестко закреплены одним концом на верхней поверхности мембра- I ны, при этом первый вход электронного регулятора напряжения соединен с источником переменного напряжения, а второй вход — с выходом блока сравнения. .На чертеже. представлено устройство, общий вид, Устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор содержит корпус щеткодержателя 1, в окне которого установлена щетка 2 с амортизатором 3 до упора с коллек1125685 тором 4. Щетка 2 через амортизатор 3 связана с нажимным элементом, выполненным в виде металлической мембраны 5. Мембрана 5 нажимного элемен. та жестко связана с подвижной час-тью 6 датчика 7 силы и плотно входит в окно щеткодержателя 1, Образуя своей поверхностью относительно поверхности амортизатора 3 щетки 2 воздушный зазор, Подвижная часть 6 датчика 7 силы через стальной шар 8 и чувствительный силоизмерительный элемент 9 с обмотками возбуждения 10 и измерительной 11 связана с неподвижной частью 12 датчика 7 силы. Неподвижная часть 12 дат- 15 чика 7 закреплена на кронштейне 13 корпуса щеткодержателя 1 с возможностью перемещения вдоль оси щет-ки 2, что может достигаться, например с помощью регулировочного винта (не показан) .

С целью установки щетки 2 в окно щеткодержателя 1 и замены изношенных щеток верхняя часть кронштейна 13 сможет поворачиваться, например вокруг оси, и жестко фиксироваться после установки щеток.!

Нажимной элемент — мембрана 5 содержит исполнительное устройство, выполненное в виде пьезопреобразо- 30 вателей 14, которые одним своим концом жестко закреплены на поверхности мембраны 5. Обкладки пьезопреобразователей 14 включены параллельно между собой и подключены к выходу 35 электронного регулятора 15 напряжения, первый вход которого соединен с источником 16 переменного напряжения. Второй вход регулятора 15 напряжения соединен с выходом блока 17 4О сравнения, первый вход которого соединен с измерительной обмоткой 11 датчика 7 сйлы. Обмотка 10 возбуждения датчика 7 силы соединена.с источником 16 переменного напряжения, 45 .а второй вход блока 17 сравнения соединен с выходом источника 18 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы щетки 2 с амортизатором 3 устанавливаются в окно щеткодержателя 1, для чего верхняя часть кронштейна 13 может откидываться вместе с датчиком 7 силы и мембраной 5 с пьезопреобраэовате- 55 лями 14, После установки щетки 2 до упора с коллектором 4 верхняя часть кронштейна 13 может изворачиваться вокруг оси и жестко закрепляться.

При этом мембрана 5 с пьезопреобра . 6О. зователями 14 плотно входит в окно щеткодержателя 1 и устанавливается с определенным воздушным зазором относительно верхней части амортизатоРа 3 с помощью, например, регулировочного винта. Затем включается источник 16 переменного напряжения,, который подает напряжение на обмотку 10 возбуждения Датчика 7 силы и на обкладки пьезопреобразователей 14 (исполнительного устройства) через ,регулятор 15 напряжения °

На выходе источника 18 опорного напряжения задается напряжение", пропорциональное номинальной силе нажатия щетки 2 на коллектор 4, которую необходимо поддержать постоянной в процессе работы машины.

Под действием переменного напряжения .на обкладках пьеэопреобразователей 14 возникают механические колебания, которые передаются металлической мембране 5. Под действием механических колебаний мембраны 5 воздух в зазоре между амортизатором 3 щетки 2 и мембраной 5 сжимается, создавая давление в зазоре.

Это давление равномерно передается на щетку 2 через амортизатор 3., создавая тем самым нажатие щетки. 2 на коллектор 4 и металлическую мембрану 5. От мембраны 5 давление через подвижную часть 6 датчика 7 силы и стальной шар 8 передается на чувст- вительный силоизмерительный элемент 9, который жестко закреплен с неподвижной частью 12 датчика 7 силы. Под действием нажатия стального шара 8 на чувствительный элемент 9 уменьшается магнитная проницаемость последнего и на выходе измерительной обмотки 11 датчика 7 силы появляется сигнал, пропорциональный силе нажатия щетки 2 на коллектор 4.

При равенстве силы нажатия щетки 2 на коллектор 4 номинальному значению сигнал с измерительной обмотки .11 датчика 7 силы равен напряжению источника 18 опорного напряже-. ния. На выходе блока 17 сравнения . равностный сигнал .равен нулю. При этом не осуществляется регулирование переменного напряжения на обкладках пьезопреобразователей 14, которое равно какой-то номикапьной величине..

При отклонении нажатия щетки 2 на коллектор 4 от номинального значения {в сторону увеличения или уменьшения) под действием динамических сил (влияние ускорений, эксцентриситета коллектора, выступания плас. тин коллектора и т.д.) и износа.щеток и коллектора с измерительной обмотки 11 датчика 7 силы появляетам сигнал, отличный по величине с т напряжения с источника 18 опорного напряжения. На выходе блока 17 оравнения появляется равностный сигнал, пропорциональный отклонению силы нажатия щетки 2 на коллектор 4 от номинального значения, который,но/

1125685 дается на второй вход электронного регулятора 15 напряжения, уменьшая или увеличивая напряжение на обкладках пьеэопреобразователей 14 (исполнительного устройства нажимного эле,— мента), При этом изменяется амплитуда их механических колебаний и изменяется величина давления в воздушном зазоре между амортизатором 3 щетки 2 и мембраной 5. Причем при увеличении силы нажатия щетки 2 на коллектор 4 регулятор 15 напряжения уменьшает напряжение на обкладках пьезопреобразователей 14 и, наоборот, при уменьшении силы нажатия — увеличивает напряжение на об- 15 кладках пьезопреобразователей 14.

Регулирование идет до момента устранения разности между. выходным сигналом датчика 7 силы и напряжением источника 18 опорного напряжения. 2п

В момент их равенства сигнал с блока 17 сравнения равен нулю, а сила нажатия щетки 2 на коллектор 4 равна, номинальному значению.

Использование s предлагаемом устройстве нажимного элемента, выполненного в виде металлической мембраны, плотно входящей в окно щеткодерЭНИИПИ Заказ 8551/40

Тираа 590 Подписное,.

& @афана &W

Филйал GIIO ".Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 жателя и жестко связанной с подвижной частью датчика силы, а также использование исполнительного устройства нажимного элемента, выполненного в виде пьезопреобразователей, закрепленных своим концом на мембране, вместе с дополнительно введенным электронным регулятором напряжения позволяет значительно уменьшить габариты устройства по сравнению с известными устройствами. Отсутствие значительных механических деталей.и использование электрического регулирования позволяет значительно уменьшить инерционность сис;темы и улучшить динамические и метрологические (точностные) характеристики устройства, позволяет регулировать силу нажатия щетки на коллектор как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения ее, что также улучшает динамические.характеристики устройства и повышает надежность на ЗОВ контакта щетки с коллектором электрической машины в, динамических режимах работы щеточно-коллекторного узла и в процессе износа щеток и коллектор, по сравнению с известным серийно выпускаеьым устройством.