RU2150772C1

RU2150772C1 - Electrical machine brush

Info

Publication number: RU2150772C1
Application number: RU99101503A
Authority: RU
Inventors: П.П. Смазнов; В.П. Степанов; Л.Г. Козлов; Д.П. Смазнов; А.А. Реморов; Г.Н. Рамазанов
Original assignee: Смазнов Петр Петрович; Степанов Владимир Петрович; Козлов Леонид Григорьевич; Смазнов Дмитрий Петрович; Реморов Андрей Алексеевич; Рамазанов Гусейн Несреддинович
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: electrical machines taking heavy electrical and vibration loads such as motors. SUBSTANCE: brush has flat mounting pressure device (best of all permanent-pressure one) beveled relative to center line through certain angle in upper plane; novelty is that brush has flat bevel angle to specific pressure ratio chosen between 0.36 and 0.82; tangential-to-radial dimension ratio of brush is specified between 0.20 and 0.40. Mentioned ratios provide for steady operation of sliding contact under heavy electrical and vibration loads thereby reducing brush wear by 9-20% and raising their service life by 1.2-2.5 times. EFFECT: improved wear resistance and service life of brush and brush gear. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических и вибрационных нагрузок, например, тяговых электродвигателей. The invention relates to electrical engineering and relates to brushes for electric machines operating in conditions of increased electrical and vibration loads, for example, traction motors.

Известны щетки для электрических машин, которые устанавливаются в щеткодержатели с постоянным нажатием нажимного устройства в верхней части щетки, которая содержит скошенную относительно оси под углом в верхней плоскости площадку для нажимного устройства (а.с. 1020898, кл. H 01 K 39/40 от 30.05.1983 г. [1] - прототип). Known brushes for electric machines, which are installed in brush holders with constant pressing of the pressure device in the upper part of the brush, which contains a platform for the pressure device, beveled relative to the axis at an angle in the upper plane (A.S. 1020898, class H 01 K 39/40 from 05/30/1983, [1] - prototype).

Недостатком известной щетки является невозможность обеспечения надежности и стабильности контакта в условиях повышенных электрических и вибрационных нагрузок. Это вызвано тем, что угол скоса (β) площадки для нажимного устройства, как правило, выбирают эмпирическим путем без учета соотношения между удельным нажатием (p) на щетку и силами трения (F_тр) щетки о боковые поверхности щеткодержателя и о коллектор, поэтому не обеспечивается устойчивость щетки против внешних возмущающих усилий от силы трения в зоне скользящего контакта и, как следствие, нарушается коммутация.A disadvantage of the known brush is the inability to ensure reliability and stability of contact in conditions of high electrical and vibration loads. This is because the bevel angle (β) of the pad for the pressure device is usually chosen empirically without taking into account the ratio between the specific pressing (p) on the brush and the friction forces (F _Tr ) of the brush on the side surfaces of the brush holder and on the collector, therefore stability of the brush against external disturbing forces from the frictional force in the area of the sliding contact is ensured and, as a result, switching is disturbed.

Весьма важным условием для обеспечения устойчивости щетки против тангенциальных вибраций при этом является соотношение между тангенциальным (t) и радиальным (r) размерами щетки, в частности, сочетание малого размера t с большим размером r приводит к потере устойчивости щетки, к нарушению коммутации. В известной щетке отмеченные два фактора установлены в пределах:
β : p = 0,83 - 1,50 градус/кПа,
t : r = 0,125 - 0,195.A very important condition for ensuring the brush stability against tangential vibrations in this case is the ratio between the tangential (t) and radial (r) sizes of the brush, in particular, the combination of a small size t with a large size r leads to a loss of brush stability, to a disruption of commutation. In the well-known brush noted two factors are set within:
β: p = 0.83 - 1.50 degrees / kPa,
t: r = 0.125 - 0.195.

Как показала практика, при этих соотношениях устойчивость щетки от вибраций и поддержание надежного механического и электрического контакта между щеткой и коллектором не обеспечиваются. As practice has shown, with these ratios, the brush's resistance to vibration and maintaining reliable mechanical and electrical contact between the brush and the collector are not provided.

В качестве мер борьбы с отмеченными нарушениями работы щеток используют известные виды различных амортизирующих устройств, в частности резиновых накладок определенной геометрической формы, устанавливаемых между нажимным устройством и щеткой (см. патент РФ N 2025843, кл. H 01 R 39/40 от 30.12. 1994 г. [2] - аналог). As measures to combat the noted malfunctions of the brushes, known types of various shock absorbing devices are used, in particular rubber pads of a certain geometric shape, installed between the pressure device and the brush (see RF patent N 2025843, class H 01 R 39/40 of December 30, 1994 g. [2] - analogue).

Однако и эта конструкция не позволяет в полной мере удовлетворить требования по надежной работе щеток в экстремальных условиях. Во-первых, сам материал, из которого изготавливаются накладки, - резина, под действием чередующихся минусовых и плюсовых температур быстро "стареет", теряет свою эластичность и перестает выполнять функцию амортизатора; во-вторых, токоведущие провода, проходящие сквозь отверстия в резиновой накладке, оказываются в тепловом экране, который препятствует отводу тепла в местах крепления проводов к телу щетки и вызывает перегрев узлов крепления. However, this design does not fully meet the requirements for reliable operation of brushes in extreme conditions. Firstly, the material itself, from which the linings are made, is rubber, under the influence of alternating minus and plus temperatures it quickly “ages”, loses its elasticity and ceases to fulfill the function of a shock absorber; secondly, current-carrying wires passing through the holes in the rubber plate, are in the heat shield, which prevents heat removal in the places of attachment of the wires to the body of the brush and causes overheating of the attachment points.

Кроме того, рабочий ресурс щеток с данными накладками уменьшен на размер толщины накладки. In addition, the working life of brushes with these pads is reduced by the size of the thickness of the pads.

Цель изобретения - обеспечение надежности и стабильности контакта при работе в условиях повышенных электрических и вибрационных нагрузок. Цель достигается тем, что предлагаемая щетка лишена вышеуказанных недостатков. The purpose of the invention is to ensure the reliability and stability of the contact when working in conditions of increased electrical and vibration loads. The goal is achieved in that the proposed brush is devoid of the above disadvantages.

Отличия предложенной щетки заключается в том, что в щетке для электрической машины, содержащей скошенную относительно оси под углом в верхней плоскости площадку для нажимного устройства, преимущественно постоянного нажатия, отношение угла скоса площади к величине удельного нажатия устанавливается в пределах 0,36 - 0,82 градус/кПа, причем соотношение тангенциального и радиального размеров щетки находится в пределах 0,20 - 0,40. The differences of the proposed brush lies in the fact that in the brush for an electric machine containing a platform for a pressure device that is beveled relative to the axis at an angle in the upper plane, mainly constant pressure, the ratio of the angle of the bevel to the specific pressure value is set in the range 0.36 - 0.82 degree / kPa, and the ratio of the tangential and radial dimensions of the brush is in the range of 0.20 - 0.40.

Сущность изобретения дополнительно поясняется чертежом. The invention is further illustrated in the drawing.

Щетка 2 установлена в обойме щеткодержателя 3 служит для токосъема на коллектор 1. В верхней части щетка 2 имеет площадку 4, скошенную под углом β относительно оси 5, для нажимного устройства 6. The brush 2 is installed in the holder of the brush holder 3 is used for current collection on the collector 1. In the upper part, the brush 2 has a platform 4, beveled at an angle β relative to axis 5, for the pressure device 6.

Наличие скошенной под углом β площадки 4 позволяет разложить силу P нажимного устройства на две составляющие: P_в - вертикальную, P_г - горизонтальную. Сила P_г постоянно прижимает щетку к стенке щеткодержателя и препятствует ее опрокидыванию в обойме. Сила P_в и сила F_тр способствуют смещению щетки от стенки щеткодержателя. Устойчивость щетки относительно точки "A" обеспечивается следующим условием моментов (М) сил:
M(P_г) + M(F_тр) = M(P_в),
Psinβ(r-H)+PcosβμH = Pcosβt/2,
где μ - коэффициент трения щетки о коллектор,
что позволяет сделать следующие выводы:
- устойчивость щетки в тангенциальном направлении не зависит от силы нажатия P;
- при равенстве r = H для обеспечения устойчивости щетки необходимо выполнить условие t = 2r : μ, так как для щеток μ = 0,1 - 0,2, то условие обеспечения устойчивости в тангенциальном направлении определяется следующим соотношением: t : r = 0,2 - 0,4.The presence of the platform 4, beveled at an angle β, allows the force P of the pressure device to be decomposed into two components: P _in - vertical, P _g - horizontal. The force P _g constantly presses the brush against the wall of the brush holder and prevents it from tipping over in the holder. The force P _in and the force F _Tr contribute to the displacement of the brush from the wall of the brush holder. The stability of the brush relative to point "A" is ensured by the following condition of moments (M) of forces:
M (P _g ) + M (F _Tr ) = M (P _c ),
Psinβ (rH) + PcosβμH = Pcosβt / 2,
where μ is the coefficient of friction of the brush on the collector,
which allows us to draw the following conclusions:
- the stability of the brush in the tangential direction does not depend on the force of pressing P;
- if r = H is equal, to ensure brush stability, it is necessary to fulfill the condition t = 2r: μ, since for brushes μ = 0.1 - 0.2, the condition for ensuring stability in the tangential direction is determined by the following relation: t: r = 0, 2 - 0.4.

Эффективность эксплуатации щетки достигается выбором соотношения между углом скоса (β) и удельным нажатием на щетку (p) в пределах 0,36 - 0,82 градус/кПа, соотношения тангенциального (t) и радиального (r) размеров щетки в пределах 0,20 - 0,40 и иллюстрируется результатами испытаний предложенной щетки на тяговом электродвигателе ДК 116 вагона метрополитена (см.таблицу). The brush operation efficiency is achieved by choosing the ratio between the bevel angle (β) and the specific pressing on the brush (p) in the range of 0.36 - 0.82 degrees / kPa, the ratio of the tangential (t) and radial (r) sizes of the brush in the range of 0.20 - 0.40 and is illustrated by the test results of the proposed brush on a traction motor DK 116 subway car (see table).

Как следует из представленных данных, применение предложенных щеток по сравнению с прототипом позволяет реализовать следующие преимущества:
- повышается стабильность и надежность контакта, снижается износ щеток на 9-20%;
- увеличивается срок службы в 1,2-2,5 раза;
- улучшается состояние щеточно-коллекторного узла.As follows from the data presented, the use of the proposed brushes in comparison with the prototype allows you to realize the following advantages:
- increased stability and reliability of contact, reduced brush wear by 9-20%;
- the service life is increased by 1.2-2.5 times;
- improves the condition of the brush-collector site.

При изменении соотношений β : p и t : r эффективность эксплуатации щеток снижается. When the ratios β: p and t: r change, the brush operation efficiency decreases.

При увеличении соотношения β : p выше предлагаемого предела увеличиваются случаи отрыва щетки от коллектора, что сопровождается повышенным искрением щеток и перегревами токоведущих проводов, при снижении - наблюдается перегрев щеток и повышенный их износ из-за появления "двойного зеркала" при реверсе электрической машины. With an increase in the ratio β: p above the proposed limit, the cases of brush separation from the collector increase, which is accompanied by increased sparking of the brushes and overheating of the current-carrying wires, with a decrease - overheating of the brushes and their increased wear due to the appearance of a “double mirror” when reversing an electric machine.

При увеличении соотношения t : p снижается срок службы щеток из-за малого рабочего ресурса, при снижении - возникают ограничения по установке щеток из-за увеличенной их высоты. With an increase in the ratio t: p, the service life of the brushes is reduced due to the small working resource, with a decrease, there are restrictions on the installation of brushes due to their increased height.

Список использованных источников
1. А. с. 1020898, кл. H 01 K 39/40 от 30.05.1983 г. "Щеткодержатель для электрической машины".List of sources used
1. A. p. 1020898, cl. H 01 K 39/40 dated 05/30/1983 "Brush holder for an electric machine."

2. Патент РФ N 2025843, кл. H 01 K 39/18 от 30.12.1994 г. "Щетка для электрических машин". 2. RF patent N 2025843, cl. H 01 K 39/18 dated 12/30/1994 "Brush for electric machines".

Claims

A brush for an electric machine, comprising a pad for a pressure device, preferably continuously pressing, which is inclined relative to the axis at an angle in the upper plane, characterized in that the ratio of the angle of inclination of the platform to the value of specific pressing is selected in the range 0.36 - 0.82 degrees / kPa, moreover the ratio of the tangential and radial sizes of the brush is in the range of 0.20 - 0.40.