Устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 9/4 Н ТЕ Е ИЗОБРВИДЕТЕЛЬСТ ОПИСАН И К АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ( 71) Куйбышевский авиационный институт им, С,П,Королева(53) 521,313,047,53 (088,8) .(56) 1,Авторское, свидетельство СССР В 84935 б, кл. Н 01 В 39/40, 1980.2, Авторское свидетельство СССР 9 904050,кл. Н 01 в 39/40,1980 (прототип).(54)(57) 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 неподвижную части и чувствительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, при этом обмотка возбуждения соединена с источником перемен. ного 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 нажимного элемента, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства и повышения надежности контакта щетки с коллектором за счет . обеспечения 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 си-. лы, 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 пьезопре- С образователей,.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 - с выходом блока сравнения,Изобретение относится к электротехнике, в части создания устройствдля обеспечения постоянного нажатия щетки на коллектор электрическихмашин,Известно устройство для обеспечения постоянного нажатия щетки наколлектор, содержащее корпус щеткодержателя, в котором установленащетка с нажимным элементом, шестерню, находящуюся в зацеплении снажимним элементом и храповый механизм 1 .Однако данное устройство не обес.печивает постоянство силы нажатиящетки на коллектор при увеличении 15этой силы в динамических режимахработы щелочно-коллекторного узла,так как храповый механизм позволяет регулировать силу нажатия тольков сторону увеличения. Это снижает 20надежность контакта щетки с коллек-,тором.Кроме того, устройство имеетбольшие габариты и инерционность,что ухудшает его динамические характеристики.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство дЛя обеспечения постоянногонажатия щетки.на коллектор, содержа- ЗОщее корпус щеткодержателя, в окнекоторого установлена щетка, котораясвязана через амортизатор с нажимнымэлементом и датчиком. силы, имеющимподвижную и неподвижную части и чувствительный элемент с рбмотками воз- .буждения и измерительной, при этомобмотка вэзбуждения соединена с источником переменного напряжения, аизмерительная обмотка - с первымвходом блока сравнения, второй входкоторого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход блока сравнения связан с исполнительным устройством нажимного элемента.Нажимной элемент выполнен в виде 45зубчатой рейки, перемещающейся поддействием исполнительного устройства нажимного элемента, выполненногов виде шестерци с храповым механизмом, насаженной на вал, приводного 5 Одвигателя с редуктором, двигательуправляется сигналами с выхода блока сравнения 2.Однако известное устройство использует храповый механизм, которыйне позволяет регулировать силу нажатия в сторону уменьшения, т.е,устройство ие обеспечивает постоянство и надежность нажатия щетки наколлектор при увеличении нажатия вдинамических режимах работы щеточно коллекторного узла.Кроме того, устройство имеетбольшие габариты вследствие использования храпового механизма и испол65 нйтельного двигателя с редуктором,что увеличивает инерционность устройства. Все это ухудшает динамические характеристики устройства, снижает надежность контакта щетки сколлектором.Целью изобретения является улучшение динамических характеристикустройства и повышение надежностиконтакта щетки с коллектором засчет обеспечения возможности регулирования силы нажатия как в сторонуее увеличения, так и в сторонууменьшения, и уменьшение инерционности устройства за счет уменьшения 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 частьдатчика 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 напряжения и жестко закреплены одним концом на верхней поверхности мембра-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 ф содержит корпус щеткодержателя 1, в окне которого установлена щетка 2 с амортизатором 3 до упора с коллекО тором 4, Щетка 2 через амортизатор 3 связана с нажимным элементом, выполненным в виде металлической мемб" раны 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 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 5содержит исполнительное устройство,выполненное в виде пьезопреобразователей 14, которые одним своим концом жестко закреплены на поверхности мембраны 5. Обкладки пьезопреобразователей 14 включены параллельномежду собой и подключены к выходу 35электронного регулятора 15 напряжения, первый вход которого соединенс источником 16 переменного напряжения. Второй вход регулятора 15 напряжения соединен с выходом блока 17 4 Осравнения, первый вход которого соединен с измерительной обмоткой 11датчика 7 сйлы. Обмотка 10 возбуждения датчика 7 силы соединена с источником 16 переменного напряжения 45,а второй вход блока 17 сравнениясоединен с выходом источника 18 опорного напряжения,Устройство работает следующим образом.Перед началом работы щетки 2 самортизатором 3 устанавливаются вокно щеткодержателя 1, для чего верхняя часть кронштейна 13 может откидываться вместе с датчиком 7 силыи мембраной 5 с пьезопреобраэователями 14, После установки щетки 2 доупора с коллектором 4 верхняя частькронштейна 13 может изворачиватьсявокруг оси и жестко закрепляться.При этом мембрана 5 с пьезопреобра 1 6 О.зователями 14 плотно входит в окнощеткодержателя 1 и устанавливаетсяс определенным воздушным зазоромотносительно верхней части амортизатора 3 с помощью, например Регули ровочного винта. Затем включаетсяисточник 16 переменного напряжениякоторый подает напряжение на обмотку 10 возбуждения Датчика 7 силы и на обкладки пьезопреобразователей 14исполнительного устройства) через,регулятор 15 напряженияНа 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 передюотся металлической мембране 5. Под действиеммеханических колебаний мембраны 5воздух в зазоре между амортизатором 3 щетки 2 и мембраной 5 сжимается, создавая давление в зазоре.Это давление равномерно передаетсяна щетку 2 через амортизатор 3, создавая тем самым нажатие щетки. 2 наколлектор 4 и металлическую мембрану 5, От мембраны 5 давление черезподвижную часть 6 датчика 7 силы истальной шар 8 передается на чувст-вительный силоизмеритедьный элемент 9, который жестко закреплен снеподвижной частью 12 датчика 7 силы, Под действием нажатия стального шара 8 на чувствительный элемент 9уменьшается 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. Приэтом не осуществляется регулирование переменного напряжения на обкладках пьезопреобразователей 14,которое равно какой-то номинальнойвеличине. 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 появляетен сигнал, отличный по величине бт 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 8551/40Подписное,ент",оектная,4 ЭНИИПИ ЗаказУКРА 590ю ююарвюе ЮЮФилйал ППП фПа г.Ужгород,ул.П 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 кладках пьезопреобразователей 14.Регулирование идет до момента устранения разности между. выходным сигналом датчика 7 силы и напряжением источника 18 опорного напряжения. 20 В момент их равенства сигнал с блока 17 сравнения равен нулю, а сила нажатия щетки 2 на коллектор 4 равна, номинальному значению.25Использование в предлагаемом устройстве нажимного элейента, выполненного в виде металлической мембраны, плотно входящей в окно щеткодержателя и жестко связанной с подвижной частью датчика силы, а также использование исполнительного устройства нажимного элемента, выполненного в виде пьезопреобразователей,закрепленных своим концом на мембра"не, вместе с дополнительно введенным электронным регулятором напряжения позволяет значительно уменьшить габариты устройства по сравнению с известными устройствами. Отсутствие значительных механическихдеталей.и использование электрического регулированияпозволяет 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, чтотакже улучшает динамические.характеристики устройства и повышает надежность на 30 контакта щетки сколлектором электрической машины в,динамических режимах работы щеточно-коллекторного узла и в процессеизноса щеток и коллектор, по сравнению с известным серийно выпускаеьым устройством.