RU2813360C1 - Current collector for commutator-brush assembly of traction electric machine - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in electric traction machines of railway rolling stock, such as commutator motors and generators. Current collector for a commutator-brush assembly of a traction electric machine comprises a longitudinally split brush having a sliding contact with a collector of an electric machine, wherein in the section of the brush there is an electroconductive lubricant composition in a grease made on the basis of “ЦИАТИМ-221”, electroconductive materials are introduced in the form of a compound of molybdenum disulphide up to 1–5 % of volume; copper powder and graphite powder in proportion of 5–20 % of lubricant volume.

EFFECT: increase in the collector-brush assembly operation reliability and reliability, increase in its resource, reduction in the contact friction characteristics in the de-energized state, which provides higher energy efficiency during operation, as well as reduced spark formation in contact and improved switching characteristics under current load.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коллекторных электрических машинах повышенной мощности в различных областях народного хозяйства, в частности в тяговых электрических машинах подвижного состава железных дорог.The invention relates to electrical engineering and can be used in high-power commutator electric machines in various fields of the national economy, in particular in traction electric machines of railway rolling stock.

Наиболее близким по технической сущности и принятым авторами за прототип является устройство токосъема для электрической машины, выполненное разрезным в продольном направлении, а в разрез его помещен смазочный материал с электропроводным наполнителем в количестве 2-15% от объема, размер частиц наполнителя составляет 0,1-0,6 наибольшей высоты неровностей профиля рабочей поверхности коллектора (авторское свидетельство на изобретение SU 1402150 А1 кл. H01R 39/00 24.02.1986).The closest in technical essence and accepted by the authors as a prototype is a current collection device for an electric machine, made split in the longitudinal direction, and a lubricant with an electrically conductive filler in an amount of 2-15% of the volume is placed in its cut, the size of the filler particles is 0.1- 0.6 of the greatest height of the profile irregularities of the working surface of the collector (inventor’s certificate SU 1402150 A1 class H01R 39/00 02/24/1986).

Недостатком данного устройства токосъема для электрической машины является недостаточные надежность токосъема и ресурс.The disadvantage of this current collection device for an electric machine is the insufficient reliability of current collection and service life.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение надежности и безотказности функционирования коллекторно-щеточного узла тяговой электрической машины, увеличение его ресурса, снижение фрикционных характеристик контакта в обесточенном состоянии.The purpose of the proposed invention is to ensure the reliability and failure-free operation of the commutator-brush unit of a traction electric machine, increase its service life, and reduce the friction characteristics of the contact in a de-energized state.

Поставленная цель достигается тем, что токосъемный элемент (фиг. 1) содержит разрезную в продольном направлении щетку, имеющую скользящий контакт с коллектором электрической машины, при этом в разрезе щетки размещена электропроводящая смазочная композиция на основе ЦИАТИМ-221, в которую внесены электропроводящие материалы в виде компаунда дисульфида молибдена до 1…5% объема; медной пудры и графитового порошка в пропорции 5…20% объема смазочного материала.This goal is achieved by the fact that the current-collecting element (Fig. 1) contains a brush, split in the longitudinal direction, having sliding contact with the commutator of the electric machine, while in the brush section there is placed an electrically conductive lubricant composition based on CIATIM-221, into which electrically conductive materials are added in the form molybdenum disulfide compound up to 1...5% volume; copper powder and graphite powder in a proportion of 5...20% of the volume of lubricant.

На фиг. 2 показан устройство общий вид токосъема.In fig. Figure 2 shows a general view of the current collection device.

Устройство токосъема содержит разрезную в продольном направлении щетку 2, установленную в щеткодержателе 3 и контактирующую с рабочей поверхностью вращающегося коллектора 1. Нагружающее устройство 4 с силой Р прижимает щетку к рабочей поверхности коллектора. В разрезе щетки 2 размещен смазочный материал 5, который в процессе работы электрической машины заполняет пространство между неровностями профиля шероховатости рабочей поверхности коллектора. В смазочный материал 5 введен электропроводный порошковый наполнитель в количестве 5-20% от общего объема.The current collection device contains a brush 2, split in the longitudinal direction, installed in a brush holder 3 and in contact with the working surface of the rotating commutator 1. The loading device 4 with a force P presses the brush to the working surface of the commutator. In the cut of the brush 2 there is a lubricant 5, which during operation of the electric machine fills the space between the irregularities in the roughness profile of the working surface of the commutator. An electrically conductive powder filler is introduced into the lubricant 5 in an amount of 5-20% of the total volume.

Устройство токосъема работает следующим образом.The current collection device operates as follows.

При приложении разрезной щетки 2 к коллектору 1 и приведении во вращение последнего, смазочный материал 5 попадает в зону трения. Частицы электропроводного наполнителя попадают в контактный зазор вследствие малости своего размера и за счет высокого содержания в объеме образуют мостики дополнительной проводимости от коллектора к щетке. Это дает возможность, создав стабильный контакт с низким переходным сопротивлением, повысить плотность тока в контакте, избежать фреттинга политуры (коллекторной пленки), снизить искрообразование и избежать электрической эрозии, и как следствие, повысить надежность токосъема.When the split brush 2 is applied to the commutator 1 and the latter is brought into rotation, the lubricant 5 enters the friction zone. Particles of electrically conductive filler fall into the contact gap due to their small size and, due to their high volume content, form bridges of additional conductivity from the collector to the brush. This makes it possible, by creating a stable contact with a low contact resistance, to increase the current density in the contact, avoid fretting of the varnish (collector film), reduce sparking and avoid electrical erosion, and, as a result, increase the reliability of current collection.

Выбор величин объемной концентрации и размера частиц наполнителя обусловлен следующим. Нижний предел концентрации частиц (от 5% объема смазки) соответствует пороговому значению, ниже которого отдельные частицы не образуют сквозных каналов проводимости в объеме смазки за счет соприкосновения и образования непрерывных цепочек из частиц. Верхний предел концентрации частиц (до 20% объема смазки) соответствует критическому значению, выше которого частицы электропроводного наполнителя, попадая в межламельное пространство токонесущего элемента коллектора, вызывают короткое замыкание. Кроме того, наполнение смазочного материала частицами свыше 20% его объема приводит к ухудшению смазьшаюших свойств из-за загущения смазочного материала.The choice of volumetric concentration and filler particle size is determined by the following. The lower limit of particle concentration (from 5% of the lubricant volume) corresponds to the threshold value below which individual particles do not form through conduction channels in the lubricant volume due to contact and the formation of continuous chains of particles. The upper limit of particle concentration (up to 20% of the lubricant volume) corresponds to the critical value above which particles of the electrically conductive filler, entering the interlamella space of the current-carrying element of the commutator, cause a short circuit. In addition, filling the lubricant with particles exceeding 20% of its volume leads to a deterioration in lubricating properties due to thickening of the lubricant.

Применение разрезной щетки 2, в разрез которой помещен смазочный материал 5, содержащий электропроводный наполнитель, позволяет без дополнительных устройств, таких как устройство для нагнетания смазки в зону трения, осуществлять подачу смазочной композиции на поверхность контакта, причем смазка подается по мере износа щетки. При этом частицы износа щетки в составе с консистентной смазкой не уносятся из зоны контакта, обеспечивая формирование мягких пленок, предотвращающих задир и реализующих положительный градиент механических свойств, обеспечивая тем самым высокую износостойкость и малый коэффициент трения. Введение в зону трения консистентной смазки, содержащей электропроводный наполнитель в количестве от 5 до 20% от объема смазки, образует на поверхности трения сквозные каналы проводимости в объеме смазки за счет соприкосновения и образования непрерывных проводящих цепочек из частиц, что обеспечивает возможность резкого повышения пропускаемой через контакт плотности тока. Электропроводящая пленка, образовавшаяся на рабочих поверхностях, одновременно плакирует неровности, что способствует повышению износостойкости и снижению контактного напряжения между поверхностями трения.The use of a split brush 2, in the cut of which a lubricant 5 containing an electrically conductive filler is placed, allows, without additional devices, such as a device for pumping lubricant into the friction zone, to supply a lubricant composition to the contact surface, and the lubricant is supplied as the brush wears out. At the same time, wear particles of the brush in the composition with grease are not carried away from the contact zone, ensuring the formation of soft films that prevent scuffing and implement a positive gradient of mechanical properties, thereby ensuring high wear resistance and a low coefficient of friction. The introduction of a grease containing an electrically conductive filler in an amount from 5 to 20% of the lubricant volume into the friction zone forms through conductivity channels on the friction surface in the lubricant volume due to contact and the formation of continuous conductive chains of particles, which provides the possibility of a sharp increase in the conductivity through the contact current density. The electrically conductive film formed on the working surfaces simultaneously clads the irregularities, which helps to increase wear resistance and reduce the contact stress between the friction surfaces.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: обеспечение надежности и безотказности функционирования коллекторно-щеточного узла электрической машины, увеличение его ресурса, понижение фрикционных характеристик контакта в обесточенном состоянии, чем обеспечивается повышение энергетической эффективности в процессе эксплуатации.The proposed invention, in comparison with the prototype, has the following advantages: ensuring the reliability and trouble-free functioning of the commutator-brush assembly of an electric machine, increasing its service life, reducing the friction characteristics of the contact in a de-energized state, which ensures increased energy efficiency during operation.

Claims (1)

Устройство токосъема для коллекторно-щеточного узла тяговой электрической машины, содержащее разрезную в продольном направлении щетку, имеющую скользящий контакт с коллектором электрической машины, при этом в разрезе щетки размещена электропроводящая смазочная композиция отличающееся тем, что электропроводящая смазочная композиция изготовлена на базе консистентной смазки ЦИАТИМ-221, в которую внесены электропроводящие материалы в виде компаунда дисульфида молибдена до 1…5% объема; медной пудры и графитового порошка в пропорции 5…20% объема смазочного материала.A current collection device for the commutator-brush assembly of a traction electric machine, containing a brush that is split in the longitudinal direction and has sliding contact with the commutator of the electric machine, while an electrically conductive lubricant composition is placed in the brush section, characterized in that the electrically conductive lubricant composition is made on the basis of CIATIM-221 grease , into which electrically conductive materials are added in the form of a molybdenum disulfide compound up to 1...5% of the volume; copper powder and graphite powder in a proportion of 5...20% of the volume of lubricant.