ТОКОСЪЕМНИК Российский патент 2004 года по МПК H01R39/00 G01D5/252 

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к устройствам для коммутации цепей электрического тока от неподвижных частей приборов к подвижным.

Известны токосъемники, состоящие из коллектора с кольцами желобкового типа и разделяющими их изоляционными стенками, щеток, введенных в контакт с кольцами [1].

Наиболее близким по технической сущности является токосъемник [2], содержащий корпус, коллектор с расположенными по его продольной оси кольцами с образованным в каждом из них желобом с канавкой, щеткодержатели с щетками, введенными в контакт с желобами в кольцах.

Недостатком такого токосъемника является понижение надежности контактирования при расположении щетки в желобе с перекосом, вызывающим введение щетки в контакт с желобом в одной точке.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности контактирования щеток с кольцами.

Данный технический результат достигается в токосъемнике, содержащем корпус, коллектор с расположенными по его продольной оси кольцами с образованным в каждом из них желобом с канавкой, щеткодержатели с щетками, введенными в контакт с желобами в кольцах тем, что поверхность каждого из желобов образована поверхностью однополостного гиперболоида вращения с продольной осью, направленной по продольной оси коллектора, канавка в желобе выполнена с расположением ее боковых поверхностей симметрично относительно горловой окружности однополостного гиперболоида вращения, в сечении плоскостью, в которой расположена продольная ось коллектора, каждая боковая сторона канавки сопряжена дугой с каждой расположенной вне канавки частью гиперболы, образованной вышеуказанным сечением однополостного гиперболоида вращения, причем центры кривизны дуг расположены в сторону продольной оси коллектора.

Посредством выполнения поверхности каждого из желобов в кольцах в виде поверхности однополостного гиперболоида вращения, выполнения канавки в желобе с расположением ее боковых поверхностей симметрично относительно горловой окружности однополостного гиперболоида вращения, сопряжения дугой боковых сторон канавки с частями гиперболы, расположения центров кривизны дуг в сторону продольной оси коллектора обеспечивается контактирование щетки с поверхностью желоба в кольце по крайней мере в двух точках поверхности желоба даже при расположении щетки на кольце с перекосом, так как поверхность однополостного гиперболоида вращения образована прямолинейной образующей и при перекосе щетки на кольце щетка устанавливается по этой прямолинейной образующей. Таким образом повышается надежность контактирования щетки с желобом на кольце.

На фиг.1 приведен общий вид токосъемника, на фиг.2 разрез токосъемника по плоскости, перпендикулярной продольной оси коллектора, на фиг.3 сечение кольца со щеткой по плоскости, в которой расположена продольная ось коллектора.

В корпусе 1 токосъемника (фиг.1) на подшипниках 2’, 2’’ посредством оси 3 установлен коллектор 4 с продольной осью 5-5. В коллекторе 4 установлены кольца 6’, 6’’...6⁽ⁿ⁾ с отходящими от них проводниками 7’, 7’’...7⁽ⁿ⁾ Кольца 6’, 6’’...6⁽ⁿ⁾ отделены друг от друга электроизоляционными стенками 8’, 8’’...8⁽ⁿ⁾ и изготовлены, например, из золотоникелиевого сплава 3лх-0,5.

С кольцом 6’ коллектора 4 с одной его стороны введена в контакт одна ветвь 9’ первой щетки, а с диаметрально противоположной стороны вторая ветвь 9’’ первой щетки. В контакт с кольцом 6’’ с одной его стороны введена одна ветвь 9’’’ второй щетки, а с диаметрально противоположной стороны вторая ветвь 9^IV второй щетки. Соответственно с n-ым кольцом с одной его стороны введена в контакт одна ветвь 9^(2n-1) n-ой щетки, а с диаметрально противоположной стороны - вторая ветвь 9⁽²ⁿ⁾ n-ой щетки. От первой щетки в токосъемнике проведен проводник 10’, от второй щетки - проводник 10’’, соответственно от n-ой щетки – проводник 10⁽ⁿ⁾. Корпус I закрыт крышкой II. Щеткодержатели 12’, 12’’ (фиг.2) установлены в корпусе I симметрично относительно продольной оси 5-5 коллектора 4. Каждая щетка выполнена в виде пружины U-образной формы. Один свободный конец первой щетки образует ее первую ветвь 9’, второй свободный конец образует вторую ветвь 9’’. Другие концы первой и второй ветвей 9’ и 9’’ первой щетки закреплены в щеткодержателе 12’ и соединены тыльной частью 13’. Все щетки с нечетными номерами установлены в щеткодержателе 12’.

Один свободный конец второй щетки образует ее первую ветвь 9’’’, второй свободный конец образует вторую ветвь 9^IV. Другие концы первой и второй ветвей 9’’’ 9^IV второй щетки закреплены в щеткодержателе 12’’ и соединены тыльной частью 13’’ второй щетки.

Все щетки с четными номерами установлены в щеткодержателе 12’’. Все щетки выполнены аналогичным образом из золотомедного сплава ЗлМ-800. Первая ветвь 9’ и вторая ветвь 9’’ первой щетки (фиг.3) расположены в желобе 14 первого кольца 6’, имеют в сечении форму круга с диаметром d. Поверхность желоба 14 образована поверхностью однополосного гиперболоида вращения с поперечными осями O, Х, O, У, расположенными перпендикулярно продольной оси 5-5 коллектора 4, и продольной осью OZ, расположенной по продольной оси 5-5 коллектора 4.

Уравнение поверхности желоба 14:

где х, у, z - координаты поверхности желоба 14 по осям O₁X, O₁Y, O₁Z соответственно;

r - радиус каждого из колец 6’, 6’’...6⁽ⁿ⁾;

h - глубина желоба 14;

s - ширина желоба 14.

Профиль желоба 14 с канавкой 15 в месте расположения на кольце 6’ первой ветви 9’ первой щетки образован начинающимся от точки а на поверхности 16 кольца 6’ отрезка гиперболы а-б, дугой б-в, боковыми сторонами в-г и г-д канавки 15, дугой д-е, отрезком гиперболы е-ж, заканчивающимся в точке ж на поверхности 16.

Профиль желоба 14 с канавкой 15 в месте расположения на кольце 6’ второй ветви 9’’ первой щетки образован отрезком гиперболы а-б’, дугой б’-в’, боковыми сторонами в’-г’ и г’-д канавки 15, дугой д’-е’-г’, отрезком гиперболы е’-ж’.

Точка з на окружности сечения первой ветви 9’ первой щетки совпадает с вершиной гиперболы а-б-з-е-ж, разрезанной на отрезки а-б и е-ж канавкой 15 с боковыми сторонами в-г, г-д и дугами б-в, д-е. Контакт первой ветви 9’ первой щетки с желобом 14 осуществляется в точках б, е.

Центр O₂ кривизны дуги б-в в точке б с радиусом кривизны ρ и центр О₃ кривизны дуги д-е в точке е с радиусом кривизны ρ расположены от поверхности 16 кольца 6’ в сторону продольной оси 5-5 коллектора 4.

Точка з' на окружности сечения второй ветви 9’’ первой щетки совпадает с вершиной гиперболы а’-б’-з’-е’-ж’, разрезанной на отрезки а’-б’ и е’-ж’ канавкой 15 с боковыми сторонами в’-г’, г’-д’ и дугами б’-в’, д’-e’. Контакт второй ветви 9’’ первой щетки с желобом 14 осуществляется в точках б’, е’.

Центр O₄ кривизны дуги б’-в’ в точке б^’ с радиусом кривизны ρ и центр O₅ кривизны дуги д’-е’ в точке е^’ с радиусом кривизны ρ расположены от поверхности 16 кольца 6’ в сторону продольной оси 5-5 коллектора 4.

Боковые стороны в-г, в’-г’ канавки 15 расположены симметрично по сравнению с боковыми сторонами г-д, г’-д’ относительно горловой окружности однополостного гиперболоида вращения с диаметром, соединяющим точки з, з.

Аналогичным образом выполнены все ветви всех щеток и желобы на всех кольцах токосъемника.

Токосъемник работает следующим образом. Корпус 1 закрепляется на неподвижной части, а коллектор 4 на подвижной части прибора. При перемещении подвижной части прибора относительно неподвижной части, например, электрический сигнал с подвижной части передается по проводнику 7’, через поверхности в точках б, б^’, е, е^’ желоба 14 в кольце 6’ по первой 9' и второй 9’’ ветвям первой щетки токосъемника 12’ и проводнику 10’ во внешнюю цепь в неподвижной части прибора. При движении первой 9’ и второй 9’’ вeтвeй первой щетки по желобу 14 продукты износа материалов первой щетки и кольца 6’ опадают сначала в канавку 15, а затем при повороте кольца 6’ на угол до 180° вообще удаляются из желоба 14. Таким образом удаляются продукты износа материалов щеток и колец с колец 6’, 6’’...6⁽ⁿ⁾, ветвей 9’, 9’’...9⁽²ⁿ⁾ всех щеток и из желобов в кольцах 6’, 6’’...6⁽ⁿ⁾.

Вследствие того, что поверхность однополостного гиперболоида вращения образована прямолинейными образующими, при расположении первой ветви 9’ или второй ветви 9’’ первой щетки в желобе 14 с перекосом их контактирование осуществляется в других точках отрезков а-б, а’-б’, е-ж, е’-ж’ гипербол профиля канавки 14. Таким образом повышается надежность контактирования щеток с кольцами за счет контакта каждой ветви щетки с желобом в кольце по крайней мере в двух точках.

Источники информации

1. Д.Д.Чурабо. Детали и узлы приборов. - М.: Машиностроение, 1975 г., с.448-453.

2. Свидетельство РФ на полезную модель №16311, МКИ⁷ G 01 D 5/282, 2000. Токосъемник.

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к устройствам для коммутации цепей электрического тока от неподвижных частей приборов к подвижным. Техническим результатом изобретения является повышение надежности контактирования щеток с кольцами. В токосъемнике, содержащем корпус, коллектор с расположенными по его продольной оси кольцами с образованным в каждом из них желобом с канавкой, щеткодержатели с щетками, введенными в контакт с желобами в кольцах тем, что поверхность каждого из желобов образована поверхностью однополостного гиперболоида вращения с продольной осью, направленной по продольной оси коллектора, канавка в желобе выполнена с расположением ее боковых поверхностей симметрично относительно горловой окружности однополостного гиперболоида вращения, в сечении плоскостью, в которой расположена продольная ось коллектора, каждая боковая сторона канавки сопряжена дугой с каждой расположенной вне канавки частью гиперболоида вращения, причем центры кривизны указанных дуг расположены в сторону продольной оси коллектора. 3 ил.

Токосъемник, содержащий корпус, коллектор с расположенными по его продольной оси кольцами с образованным в каждом из них желобом с канавкой, щеткодержатели со щетками, введенными в контакт с желобами в кольцах, отличающийся тем, что поверхность каждого из желобов образована поверхностью однополостного гиперболоида вращения с продольной осью, направленной по продольной оси коллектора, канавка в желобе выполнена с расположением ее боковых поверхностей симметрично относительно горловой окружности однополостного гиперболоида вращения, в сечении плоскостью, в которой расположена продольная ось коллектора, каждая боковая сторона канавки сопряжена дугой с каждой расположенной вне канавки частью гиперболы, образованной вышеуказанным сечением однополостного гиперболоида вращения, причем центры кривизны указанных дуг расположены в сторону продольной оси коллектора.