Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрической машины

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на коллектор непосредственно на электрической машине в рабочем режиме, и может быть использовано в промышленности на любых электрических машинах.

Известно устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрической машины, содержащее щетку, щеткодержатель, два кольцевых магнитопровода с обмотками возбуждения и измерительной, расположенные в корпусе, который жестко связан со щеткой, установленные в щеткодержателе машины до упора с коллектором, при этом один кольцевой магнитопровод через стальной шарик и защитную пружину соединен с нажимным пальцем щеткодержателя (А.С. СССР №828280, МПК H01R 39/58, опубл. 07.05.81, БИ №17, Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин, авторы Дубинин А.Е. и др.).

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и точность, большие габариты из-за использования компенсационного элемента и невозможность использования на работающей электрической машине, так как предназначено для контроля щеткодержателей.

Известно устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин, содержащее щеткодержатель с нажимным пальцем, щетку, два кольцевых магнитопровода с обмотками возбуждения и измерительной, расположенных в корпусе датчика силы, жестко связанном со щеткой и установленном в щеткодержателе машины до упора с коллектором, при этом один кольцевой магнитопровод через металлический шарик и защитную пружину соединен с подвижной частью устройства, взаимодействующей с нажимным пальцем (А.С. СССР №919004, МПК H01R 39/58, опубл. 07.04.82, БИ №13, Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин, авторы Дубинин А.Е. и др.).

Недостатком устройства для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин является низкая чувствительность и точность, большие габариты из-за использования компенсационного элемента.

Данное техническое решение принято авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение чувствительности, точности измерения и уменьшения габаритов устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин, содержащее щеткодержатель с нажимным пальцем, щетку, два кольцевых магнитопровода с обмотками возбуждения и измерительной, расположенными в корпусе датчика силы, жестко связанном со щеткой и установленном в щеткодержателе машины до упора с коллектором, при этом один кольцевой магнитопровод через металлический шарик и защитную пружину соединен с подвижной частью устройства, взаимодействующей с нажимным пальцем, согласно изобретению дополнительно введены четырехзвенное шарнирное соединение с шариками в узлах, при этом один кольцевой магнитопровод расположен вместе с шарнирным соединением внутри другого кольцевого магнитопровода во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем два металлических шарика соединены с наружной поверхностью одного кольцевого магнитопровода по линии действия нажимного пальца, а два других металлических шарика шарнирного соединения в перпендикулярной плоскости соединены с внутренней поверхностью другого кольцевого магнитопровода, обмотки возбуждения и измерительная на магнитопроводах включены согласно в смежные плечи мостовой измерительной схемы, а защитная пружина выполнена плоской.

Четырехзвенное шарнирное соединение с шариками в узлах уменьшает габариты устройства, применение в кольцевых элементах обмоток, выполняющих функции возбуждения и измерительной, включенных согласно в противоположные плечи измерительной мостовой схемы, также увеличивает чувствительность, а следовательно, точность измерения.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин включает: щеткодержатель 1; нажимной палец 2; датчик силы 3; щетку 4; коллектор 5; два кольцевых магнитопровода 6 и 7; обмотки 8 и 9 возбуждения и измерительная, образующие сопротивления Z₁ и Z₂; сопротивления Z₃ и Z₄; напряжение питания U₁; измеряемое напряжение U₂; плоскую защитную пружину 10; нижнюю неподвижную часть 11; внутренние металлические шарики 12; внешние металлические шарики 13; шарнир 14; верхнюю подвижную часть 15.

Устройство работает следующим образом.

Питающий сигнал U₁ подается на мостовую измерительную схему, образованную обмотками 8 и 9, и сопротивления Z₃ и Z₄. При отсутствии действия внешнего усилия на подвижную часть 15 мостовая электрическая схема сбалансирована и сигнал U₂ на выходе равен нулю.

При действии внешнего усилия нажимного пальца 2 на подвижную часть 15 оно передается через два внешних металлических шарика 12 и два внутренних металлических шарика 13 четырехзвенного шарнирного соединения 14, нижнюю неподвижную часть 11 и плоскую защитную пружину 10 на кольцевые магнитопроводы 6 и 7, корпус датчика силы 3, расположенный в щеткодержателе 1, щетку 4 и коллектор 5. Под действием силы нажатия пальца в кольцевых магнитопроводах возникают механические напряжения сжатия и растяжения, приводящие к изменению их магнитных проницаемостей. Так как обмотки 8 и 9 включены согласно в смежные плечи мостовой измерительной схемы, на ее выходе появляется сигнал U₂, пропорциональный силе нажатия щетки на коллектор электрической машины.

Защитная пружина 10 предварительно сжата за счет ее изгиба, что обеспечивает защиту кольцевых магнитопроводов 6 и 7, при ударных воздействиях, превышающих ее сжатие.

Предлагаемое устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин позволит повысить чувствительность и точность измерения не менее чем в два раза, а также уменьшить его габариты.