ТОКОСЪЕМНИК Российский патент 1994 года по МПК H01R39/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи электрического сигнала с вращающихся источников к регистрирующим приборам.

Известен токосъемник, содержащий вращающийся ротор, на внешней цилиндрической части которого смонтирован коллектор (контактные кольца), взаимодействующий с токосъемными щетками, которые упруго для обеспечения постоянного контакта скользят по коллектору [1] .

В таких токосъемниках при значительных скоростях вращения ротора на выходе получается сильно искаженный сигнал, который трудно поддается анализу. Обусловлено это рядом причин, в частности радиальным биением ротора, шероховатостью поверхности коллектора, неравномерностью его износа. К другим недостаткам следует отнести быстрый износ коллектора и щеток, так как скольжение происходит со значительными линейными скоростями, а на поверхность скольжения вполне возможно попадание пыли, абразивных частиц, влаги и прочего. Влияние этих внешних факторов снижает работоспособность устройства и его надежность в эксплуатации. Кроме того, известный токосъемник имеет достаточно сложную конструкцию, что снижает его мобильность и оперативность работы с ним.

В качестве прототипа принят токосъемник, содержащий ротор, на котором неподвижно установлен коллектор, контактирующий с подпружиненными щетками, установленными на статоре, при этом статор выполнен в виде полого стержня из диэлектрического материала, установленного внутри ротора и соосно с ним. Коллектор установлен на внутренней поверхности ротора, щетки установлены на полом стержне так, что щетки и коллектор размещены соосно друг другу, а токопровод размещен внутри полого стержня. Пружины щеток установлены соосно с полым стержнем на дополнительных направляющих втулках, которые посредством дополнительного подшипникового узла закреплены на роторе [2] .

Такое устройство позволяет уменьшить искажение выходного сигнала, обладает повышенной надежностью и долговечностью. Однако, токосъемник является двухканальным поскольку может снимать только два сигнала, что сужает диапазон его применения, так как зачастую возникает необходимость снимать одновременно большее количество полезных сигналов. Кроме того, поскольку коллектор запрессован в корпус ротора токосъемника, то при значительном износе коллектора невозможно осуществить его замену, что не обеспечивает ремонтопригодности устройства.

Цель изобретения - расширение диапазона применения токосъемника и обеспечение его ремонтопригодности.

Для достижения поставленной цели в токосъемнике, содержащем ротор, внутри которого в подшипниках соосно установлен полый статор, причем между ротором и статором образована кольцевая полость, в которой размещены элементы по крайней мере одного канала электрического сигнала, образованного коллектором и щеткой, и токопроводы подвода и отвода электрического сигнала, между коллектором и щеткой размещена прокладка из токопроводящего материала с низким коэффициентом трения, при этом коллектор связан с ротором, а щетка - со статором с возможностью перемещения коллектора и щетки вдоль оси вращения ротора.

Конструктивно выполненный таким образом токосъемник позволяет снимать одновременно несколько полезных сигналов (по числу входящих в его состав каналов электрического сигнала), что расширяет диапазон его применения, а также позволяет заменять изнашивающиеся трущиеся элементы, что обеспечивает его ремонтопригодность.

Целесообразно, размещенные в кольцевой полости каналы электрического сигнала изолировать между собой кольцевыми элементами из диэлектрического материала.

Для уменьшения погрешности измерения путем обеспечения одинакового переходного сопротивления во всех используемых каналах целесообразно взаимосвязь элементов каналов в осевом направлении осуществлять посредством одного упругого элемента.

На фиг. 1 показан предлагаемый токосъемник, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Токосъемник состоит из корпуса 1, в котором неподвижно установлен ротор 2, выполненный в виде втулки из диэлектрического материала, имеющей продольную прорезь 3. Причем корпус и ротор могут представлять собой единую деталь. Внутри ротора и соосно с ним посредством подшипников 4 установлен статор 5 из диэлектрического материала, выполненный в виде полого стержня с двумя диаметрально противоположными прорезями 6. Внутри кольцевой полости между ротором и статором размещены каналы передачи электрического сигнала, каждый из которых содержит коллектор 7, щетку 8 и расположенную между ними прокладку 9, выполненную из электропроводного материала с низким коэффициентом трения, например меднографитовую. Прокладка 9 кинематически не связана с элементами конструкции, и ее положение определяется контактирующими с ней поверхностями коллектора 7 и щетки 8. Перемещение прокладки в радиальном направлении ограничивается наружной поверхностью статора 5. Функционально прокладка 9 выполняет роль твердой смазки. Каналы передачи электрического сигнала изолированы между собой кольцевыми элементами 10 из диэлектрического материала. Каждая из щеток 8 имеет перемычку 11, проходящую через прорези 6 в статоре 5 и фиксирующую щетку от вращения относительно статора. Каждый из коллекторов 7 снабжен штифтом 12, входящим в прорезь 3 ротора и фиксирующим коллектор от вращения относительно ротора. При этом коллектор 7 и щетка 8 имеют возможность перемещаться вдоль оси вращения. Подводящие токопроводы 13 подключены к штифтам 12 коллекторов 7, а отводящие токопроводы 14 соединены с перемычками 11 щеток 8. Упругий элемент, обеспечивающий взаимодействие элементов каналов в осевом направлении, выполнен в виде пружины 15.

Работает токосъемник следующим образом.

Перед началом работы необходимо закрепить корпус 1 вместе с ротором 2 на торце вращающегося вала соосно с ним, например на носке коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Подводящие токопроводы 13 подсоединяются, например, к пьезоэлектрическим датчикам, приклеенным на вращающемся валу. Статор 5 затормаживается, т. е. фиксируется относительно ротора 2 любым известным приемом, например пальцем руки, хотя это и не лучший вариант.

При исследовании крутильных колебаний коленчатого вала двигателя вал вращается вместе с закрепленным на нем ротором 2. Сигналы с пьезодатчиков поступают на коллекторы 7, снимаются щетками 8 и по токопроводам 14 подаются на регистрирующий прибор. По мере износа трущихся кольцевых элементов каналов электрического сигнала пружина 15 поджимает их друг к другу за счет того, что все кольцевые элементы имеют возможность перемещаться вдоль оси вращения.

Такой токосъемник позволяет обеспечить одновременный прием необходимого количества полезных сигналов, а также обеспечить легкую замену износившихся элементов каналов электрического сигнала. Кроме того, токосъемник прост в изготовлении, имеет незначительные габариты и широкую область применения. (56) Заявка Франции N 2258019, кл. H 01 R 39/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР N 1555745, кл. H 01 R 39/00, 1989.

Использование: измерительная техника, может быть использовано для передачи электрического сигнала с вращающихся источников к регистрирующим приборам. Токосъемник содержит ротор 2, внутри которого посредством подшипников 4 установлен статор 5. В кольцевой полости между ротором и статором размещены каналы передачи электрического сигнала, каждый из которых содержит коллектор 7, щетку 8 и расположенную между ними плавающую прокладку 9, выполненную из электропроводного материала с низким коэффициентов трения. Каналы передачи электрического сигнала изолированы между собой кольцевыми элементами 10 . Взаимодействие элементов каналов обеспечивается пружиной 15. Подводящие токопроводы подключены к коллекторам 7, а отводящие - к щеткам 8. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ТОКОСЪЕМНИК, содержащий ротор, внутри которого в подшипниках соосно установлен полый статор, причем между ротором и статором образована кольцевая полость, в которой размещены элементы по крайней мере одного канала электрического сигнала, образованного коллектором и щеткой, и токопроводы подвода и отвода электрического сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения токосъемника и обеспечения его ремонтопригодности, между коллектором и щеткой размещена прокладка из токопроводящего материала с низким коэффициентом трения, при этом коллектор связан с ротором, а щетка - со статором с возможностью перемещения коллектора и щетки вдоль оси вращения ротора. 2. Токосъемник по п. 1, отличающийся тем, что размещенные в полости каналы передачи электрического сигнала изолированы между собой кольцевыми элементами из диэлектрического материала. 3. Токосъемник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений путем обеспечения одинакового переходного сопротивления во всех используемых каналах, взаимосвязь элементов каналов в осевом направлении осуществлена посредством одного упругого элемента.