SU1534586A2

SU1534586A2 - Устройство дл измерени нажатий щетки на коллектор электрических машин

Info

Publication number: SU1534586A2
Application number: SU884374081A
Authority: SU
Inventors: Александр Ефимович Дубинин
Original assignee: Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1990-01-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике, в частности к устройствам дл измерени нажатий щетки на коллектор электрических машин. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей путем измерени профил и величины выступани пластин коллекторов по его длине. Устройство содержит щеткодержатель с кронштейном, нажимным пальцем, щетку в нижней части щтока, через который щетка св зана с корпусом датчика силы, а также формирователь пр моугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник посто нного напр жени , преобразователь напр жени , ключевые элементы, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель, источник опорного напр жени компаратор, блок управлени и демодул тор. Устройство дополнительно содержит соответствующим образом св занные между собой второй усилитель, второй интегратор 47, электронный регул тор 49 напр жени , задатчик 41, блок 48 сравнени , второй светодиод 36 и второй фотодиод 45, каретку 8 с роликами 9 и шестерней 10, реверсивный исполнительный электродвигатель 37, который установлен на каретке 8 и св зан механически через дополнительные редуктор и фрикционную муфту с шестерней 10 каретки 8. Палец 11 кронштейна щеткодержател 1, жестко закрепленного на каретке 8, зубчатой своей с шестерней 10, а гладкой поверхностью контактирует с роликами 9 каретки 8. Щетка 3 выполнена сферической и шарнирно установлена в нижней части штока 5. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к устройствам дл измерени нажатий щетки на кол- лектор электрических машин,и вл етс усовершенствованием устройства по авт.св. V 1104610.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройст- ва путем измерени профил и величины выступани пластин коллектора по его длине.

На фиг.1 показана принципиальна схема устройства, общий вид; на фиг.2 - устройство, вид сбоку.

Устройство содержит щеткодержатель

Iс нажимным пальцем 2, роликовую . щетку 3, устанавливаемую на коллектор

4 электрической машины, щетка 3 выпол нена сферической, обкатываемой по поверхности коллектора 4, и установлена шарнирно в нижней части штока 5, через который она св зана с корпусом 6 датчика силы. Щетка 3 со штоком 5 и корпус 6 датчика расположены в щеткодержателе 1. Щеткодержатель 1 с помощью дополнительного кронштейна 7 жестко закреплен на дополнительной каретке 8 с роликами 9 и шестерней 10, котора своими зубцами входит в зацепление с зубцами, выполненными с одной стороны пальца 11, которым дополнительно снабжен кронштейн щеткодержател . С другой стороны палец

I1кронштейна выполнен гладким и на его поверхность опираютс ролики 9 каретки 8. Палец 11 кронштейна щеткодержател может крепитьс на травер

5

о

д 5 Q

5

се электрической машины либо иметь наружное, вне щеточно-коллекторного узла, крепление и его длина выбираетс пропорционально длине коллектора 4.

В корпусе 6 датчика силы расположены чувствительный 12 и компенсационный 13 элементы с обмотками возбуждени 14 и измерительными 15, соединенными по компенсационной схеме: обмотки 14 возбуждени соединены последовательно-согласно и подключены к источнику 16 переменного напр жени , а измерительные обмотки 15 - последовательно-встречно . Чувствительный силоизмерительный элемент 12 датчика силы св зан через полусферическую поверхность 17 с верхним штоком 18, с предварительно поджатой пружиной .19 и регулировочным винтом 20, которые расположены в подвижной части 21 устройства . Подвижна часть 21 устройства выполнена в виде полой втулки с упором 22, выступает за поверхность корпуса 6 со стороны нажимного пальца 2 и размещена в центральном углублении корпуса 6.

Измерительные обмотки 15 датчика силы соединены с входом демодул тора 23, выход которого соединен одновременно с входом формировател 24 пр моугольных импульсов и входом преобразовател 25 переменного напр жени в посто нное. Выход формировател 24 пр моугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничител 26, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом первого ключе51

с двум устойчивыми

вого элемента 27 состо ни ми. Второй вход ключевого элемента 27 соединен с выходом первого усилител 28, св занного своим входом с первым фотодиодом 29, установленным относительно коллекторных пластин. Выход ключевого элемента 27 соединен с первым входом электроизмерительного прибора 30 и входом первого интегратора 31. Выход первого интегратора 31 св зан с первым входом второго ключевого элемента 32 с двум устойчивыми состо ни ми, второй вход которого св зан с первым выходом источника 33 посто нного напр жени , Выход второго ключевого элемента 32 соединен с входом блока 3 управлени , выход которого соединен с первы входом источника 33 посто нного напр жени . Первый-выход источника 33 посто нного напр жени одновременно св зан: с входом источника 16 переменного напр жени и первым светодио дом 35 а второй выход - с вторым светодиодом 36. Первый светодиод 35 установлен около коллекторных пластин , а второй светодиод 36 - на каретке 8 по одну сторону шестерни 1C. Третий выход источника 33 св зан с одним концом обмотки управлени дополнительного реверсивного исполнительного электродвигател 37, которы установлен на каретке 8 и св зан механически через дополнительные редуктор 38 и фрикционную муфту 39 с шестерней 10 каретки 8. Кроме того, первый выход источника 33 св зан с входом источника ЦО опорного напр жени а второй выход - с входом задатчика 1. Своим выходом источник АО опорного напр жени соединен с первым входом компаратора А2, второй вход которого соединен с выходом преобразовател 25 переменного напр жени в посто нное и первым входом третьего ключевого элемента 43 с двум устойчивыми состо ни ми. Второй вход ключевого элемента 3 соединен с выходо первого усилител 28, а выход элемента 43 - с вторым входом электроизмерительного прибора 30. Выход компаратора 42 соединен с первым входом четвертого ключевого элемента 44 с двум устойчивыми состо ни ми, второй вход которого соединен с выходом первого усилител 28. Выход четвертого ключевого элемента 44 соединен с третьим входом электроизмерительного прибора 3

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На каретке 8 по другую сторону шестерни 10 установлен второй фотодиод 45, св занный с вторым усилителем 46, выход которого соединен с входом второго интегратора 47. Выход интегратора соединен с четвертым входом электроизмерительного прибора 30 и первым входом блока 48 сравнени , второй вход которого соединен с выходом задатчика 41. Выход блока 48 сравнени соединен с первым входом электронного регул тора 49 напр жени , второй вход которого соединен с вторым выходом источника 33 посто нного напр жени . Выход электронного регул тора 49 напр жени одновременно соединен с блоком 34 управлени и вторым концом обмотки управлени исполнительного электродвигател 37Устройство работает следующим образом .

Перед началом работы корпус 6 датчика силы г 1есте с нижним штоком 5 и щеткой 3 устанавливаетс в окно щеткодержател 1 до упора с коллектором 4 и прижимаетс нажимным пальцем 2. Далее коллектор 4 приводитс во вращение с определенной посто нной скоростью от постороннего или от своего двигател . В последнем случае при использовании высокого напр жени питани , с целью изол ции цепей измерительного прибора, необходимо примен ть цепи разв зки.

На одну из коллекторных пластин, относительно которых установлен первый светодиод 35, на торце коллектора наноситс метка, например, белой краской . После этого включаетс блок 34 управлени , который включает источник 33 посто нного напр жени , с которого напр жение подаетс на источник 16 переменного напр жени , светодиоды 35 и 36, один конец обмотки управлени исполнительного электродвигател 37, источник 40 опорного напр жени , за- датчик 41, электронный регул тор 49 напр жени и второй вход второго ключевого элемента 32. С источника 16 переменного напр жени питание подаетс на обмотки 14 возбуждени датчика силы. Светодиоды 35 и 36 начинают светитьс , посыла световые потоки соответственно на коллекторные пластины и зубец шестерни 10. При этом каретка 8 располагаетс таким образом . на пальце 11, чтобы щетка 3 располагалась в начале торцовой части коллек71534586

ора 4. С помощью задатчика 41 задау т ф в л д т т К со си ют

ютс величины его выходного напр жени , соответствующие положению щетки 3 на поверхности коллектора 4 по длине. Эта задача напр жений может

осуществл тьс вручную или автоматически с помощью микропроцессора, встроенного в блок 34 управлени или в задатчик 41 в процессе работы устройства .

При вращении коллектора 4 щетка 3 начинает перемещатьс по окружности коллектора, переход с одной коллекторной пластины на другую через меж- ламельные промежутки. При этом возникают динамические силы, которые передаютс от щетки 3 через, нижний шток 5 на корпус 6, вызыва изменение нажати нажимного пальца 2. Эта сила от пальца 2 через верхний шток 18, пружину 19, регулировочный винт 20, полусферическую поверхность 17, расположенные на подвижной части 21 датчика , передаетс на чувствительный силоизмерительный элемент 12. Под действием сил нажати чувствительный элемент 12 измен ет свою магнитную проницаемость, на выходе измерительных обмоток 14 по вл етс модулированный переменный сигнал, который поддаетс на демодул тор 23. Демодул тор 23 отдел ет низкочастотный сигнал, определ емый коллекторными пластинами от несущей частоты источника 16 переменного напр жени . Этот переменный низкочастотный сигнал подаетс на формирователь 24 пр моугольных импульсов , где происходит преобразование переменного сигнала в пр моугольные импульсы, которые за счет различного выступани коллекторных пластин имеет различную амплитуду. Сигнал с выхода формировател 24 подаетс на вход амплитудного ограничител 26, где происходит ограничение по амплитуде пр моугольных импульсов, количество которых определ етс количеством коллекторных пластин. Далее пр моугольные импульсы одинаковой амплиту 1ды и длительности (определ етс посто нной скоростью вращени коллектора с выхода амплитудного ограничител 26 подаютс на первый вход первого ключевого элемента 27. Первый ключевой элемент 27 так же, как и третий 43 и четвертый 44 ключевые элементы, открываетс при подаче на второй вход усиленного сигнала с выхода первого

7

8

10

5

0

5

0

35

0

45

50

5

усилител 2Ь, на вход первого усилител 28 сигнал поступает от первого фотодиода 29 при воспри тии им светового потока, отраженного меткой коллекторной пластины от первого свето- диода 35 при вращении коллектора 4, т.е. с этого момента электроизмерительный прибор 30 начинает измерени . Ключевые элементы с двум устойчивыми состо ни ми открываютс при подаче сигнала на их второй вход, а закрываютс сн тием напр жени с ключа.

Через открытый первый ключевой элемент 27 пр моугольные импульсы подаютс на первый вход электроизмерительного прибора 30, показыва номер пластины, которую проходит щетка 3 в процессе движени по коллектору 4.

Одновременно с выхода демодул тора 23 переменный низкочастотный сигнал , пропорциональный изменению силы нажати на щетку, подаетс на вход преобразовател 25 переменного напр жени в посто нное, с выхода которого посто нное напр жение подаетс на второй вход компаратора 42 и на первый вход третьего ключевого элемента 43, на второй ьход которого подаетс сигнал с выходз усилител 28. Ключевой элемент 3 открываетс , и сигнал с преобразовател 25, пропорциональный профилю коллектора 4, поступает на второй вход электроизмерительного прибора 30. На первый аход компаратора 42 подаетс посто нное напр жение с выхода источника 40 опорного напр жени , пропорциональное идеальному круговому коллектору. На входе компаратора 42 образуетс разностный сигнал , пропорциональный выступанию пластин коллектора, который подаетс на первый вход четвертого ключевого элемента 44. На второй вход ключевого элемента 44 подаетс сигнал с выхода усилител 28. Элемент 44 открываетс , и сигнал с выхода компаратора 42 подаетс на третий вход электроизмери- тельного прибора 30, фиксиру высту- .пание пластин коллектора.

Одновременно с второго светодиода 36 световой поток попадает на зубец шестерни 10 каретки 8 и не попадает на второй фотодиод 45. Поэтому сигнал через цепочку: фотодиод 45 - второй усилитель 46 - интегратор 47 четвертый вход электроизмерительного прибора 30 равен нулю, фиксиру положение щетки 3 в начале длины коллектора А .

915

Схема устройства отрегулирована так, что все сигналы, поступающие на вход измерительного прибора 30, идут синхронно, т.е. на приборе 30 фиксируютс профиль коллектора, выступание пластин, номер пластины, т.е. ее местоположение (пластина, от которой осуществл етс отсчет по коллектору, отмечена меткой и она вл етс первой ) и длина коллектора, т.е. местоположение названных измерений параметров коллектора на его длине.

С выхода первого ключевого элемента 27 пр моугольные импульсы одновре- менно поступают на вход первого интегратора 31, где происходит суммирование импульсов, равных количеству пластин по окружности коллектора 4. В это врем коллектор 4 делает один оборот. Посто нное напр жение с интегратора 31 подаетс на первый вход второго ключевого элемента 32, на второй вход которого подаетс напр жение с источника 33 посто нного напр жени . Ключевой элемент 32 открываетс , и посто нное напр жение с источника 33 подаетс на вход блока 34 управлени , который подает сигнал на вход источника 33, отключа тем самым всю схему устройства. При этом ключевые элементы 27,32,43 и 44 с двум устойчивыми состо ни ми возвращаютс в исходное закрытое состо ние.

Дл повторного измерени вновь включаетс блок 3 управлени , который может включатьс вручную или автоматически через определенное врем и который включает источник 33 напр жени , а затем вручную или автомати- чески с помощью процессора в блоке 34 или задатчика 41 задаетс новое местоположение щетки 3 на длине коллектора 4. В этом случае напр жение с задатчика 41 поступает на второй вход блока 48 сравнени , на первый вход которого поступает нулевой сигнал с второго фотодиода 45, так как световой поток с второго светодиода 36 не поступает. На выходе блока 48 сравнени по вл етс разностный сигнал , который поступает на первый вход электронного регул тора 49, второй вход которого соединен с источником 33 посто нного напр жени . На выходе регул тора 49 по вл етс напр жение , которое поступает на вход исполнительного электродвигател 37, который начинает вращатьс . Вращение с

10

o

5 0 5 0

о 5

5

0

вг.ла электродвигател 37 через редук - тор 38 и фрикционную муфту 39 передаетс на шестерню 10 каретки 8. Вследствие вращени и механического зацепле- ни шестерн 10 начинает обкатывать зубцы пальца кронштейна 7 щеткодержател . Каретка 8 с щеткодержателем и щеткой 3 начинает двигатьс вдоль оси коллектора 4. Щетка 3, вследствие шарнирного закреплени в нижнем штоке 5, начинает обкатывать поверхность коллектора по его образующей. Одновременно с началом движени подаетс сигнал с вто- рогЪ светодиода 36 на второй фотодиод 45 через впадины шестерни 10. Поскольку шестерн 10 вращаетс , то на выходе фотодиода А5 по вл ютс .пр моугольные импульсы, количество которых-бу- дет пропорционально количеству зубцов на пальце 11 кронштейна щеткодержател , прошедших кареткой 8, т.е. пропорционально рассто нию, прошедшему щеткой 3. С фотодиода 45 импульсы усиливаютс вторым усилителем 46 и подаютс на второй интегратор 47, где они суммируютс . С выхода интегратора 47 сигнал подаетс на четвертый вход электроизмерительного прибора 30, фиксиру длину коллектора 4 от торцовой части (начала движени щетки) до точки новой установки щетки 3 согласно задатчика 41. Как только щетка 3 займет заданное положение на длине коллектора, сигнал с блока 48 сравнени становитс равным нулю, электронный регул тор 49 не подает напр жение от источника 33 на электродвигатель 37, каретка останавливаетс , фиксиру заданное положение щетки 3. Сигнал регул тора 49 на блок 34 управлени становитс равным нулю, и блок 34 повторно включает схему устройства дл измерени профил коллектора, выступани пластин и их местонахождени по окружности коллектора . Измерение параметров коллектора может осуществл тьс в нескольких точках по длине коллектора согласно заданной программе измерени . При достижении кареткой 8 и щеткой 3 крайнего положени , близкого к петушкам коллектора, которое ограничиваетс упором на пальце 11, сигнал с выхода электронного регул тора 49 полностью отключает электродвигатель 37. Поскольку исполнительный электродви- гатель 37 реверсивный, движение каретки 8 может быть произведено в обратном направлении с той же регистрацией измерений и остановом.

Дл защиты электродвигател 37 от выхода из стро в любом из крайних положений (до упора) каретки 8,в случае выхода из стро цепи управлени электродвигателем применена фрикционна муфта 39.

Предлагаемое устройство по сравне- нию с известными позвол ет определ ть помимо силы давлени щетки на коллектор еще комплекс параметров самого коллектора по его объему: профиль, выступание пластин, их местонахождение по длине коллектора. Устройство может использоватьс при промышленных испытани х и исследовани х электрических машин. Измеренные параметры коллектора позвол т повысить качество его из- готовлени и сборки; выбрать оптимальную конструкцию коллектора; выбрать оптимальный режим работы щеточно-кол- лекторного узла и всего электродвигател ; ,снизить износ щеток и коллек- тора; увеличить срок службы машины.

Claims

Формула изобретени

Устройство дл измерени нажатий щетки на коллектор электрических машин по авт. св. V , отличающеес тем, что, с целью расширени функциональных возможностей устройства путем обеспечени измерени профил и величины выступа- ни пластин коллектора по его длине, в устройство дополнительно введены второй усилитель, второй интегратор, электронный регул тор напр жени , за

5

0

датчик, блок сравнени , второй свето- диод и второй фотодиод, каретка с роликами и шестерней, реверсивный исполнительный электродвигатель, который установлен на каретке и св зан механически через дополнительные редуктор и фрикционную муфту с шестерней каретки, на которой закреплены по одну сторону шестерни второй све- тодиод, св занный с ис гочником посто нного напр жени , соединенным с одним концом обмотки управлени исполнительного электродвигател , а по другую сторону шестерни - второй фотодиод , св занный с вторым усилите- . лем, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с четвертым входом электроизмерительного прибора и первым входом блока сравнени , второй вход которого соединен с задатчиком, а выход блока сравнени соединен с первым входом электронного регул тора напр жени , второй вход которого соединен с источником посто нного напр жени и входом задатчика, а выход электронного регул тора напр жени одновременно соединен с блоком управлени и вторым концом обмотки управлени исполнительного электродвигател , при этом щеткодержатель снабжен кронштейном с пальцем, кронштейн жестко закреплен на каретке, палец кронштейна с одной стороны выполнен зубчатым и зубцами входит в зацепление с шестерней каретки, а с другой стороны палец кронштейна выполнен гладким и на его поверхность опираютс ролики каретки, щетка выполнена сферической и установлена в штоке шарнирно.

45

Ь6

I

JC7

фиг. 2

Составитель М.Кузнецова Редактор Г.Гербер Техред М.Ходанич Корректор В.Гирн к

Заказ 8

Тираж kQk

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

«. - ,..-.- --т-ч--- ---. -- --

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное