СИГНАЛИЗИРУЮЩЕЕ ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК H01H29/02 H01R39/30 

Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к электромеханическим и энергопередающим аппаратам и токосъемным вращающимся устройствам, в которых используется жидкая токопроводящая среда, не вступающая в химическое или другое взаимодействие с изоляционной феррожидкостью, и может быть использовано для передачи электрической энергии любых видов в широком диапазоне.

Известно токосъемное устройство, которое содержит установленные соосно неподвижные электроды и подвижный полый цилиндрический электрод, причем подвижный цилиндрический электрод электрически взаимодействует с неподвижными твердометаллическими электродами, и перемещающается на жидкометаллической смазке (Авт. св. №1184019, БИ №37, 1985 г.).

Недостатками этого устройства являются довольно небольшая надежность и недолговечность, так как из-за постоянного уменьшения количества жидкого металла вследствие потерь время работы этого устройства ограничено. При этом передача сигнала невозможна.

Аналогом изобретения является токосъемное устройство, содержащее узел, состоящий из вала, подвижного и неподвижного электродов, причем неподвижный электрод выполнен в виде кольца, каналов с жидким металлом, согласно изобретению на валу установлена Т-образная изоляционная втулка с размещенным на ней подвижным электродом и установленной концентрично подвижному электроду изоляционной втулкой, на внешней поверхности которой расположен неподвижный электрод, соединенный одним концом провода с контактным гнездом, а подвижный электрод соединен одним концом другого провода с контактным штырем, причем в изоляционной втулке выполнены каналы, оси которых расположены касательно к ее внутреннему диаметру, а в каналах дополнительно размещены жестко закрепленные в неподвижном электроде упругие элементы с точкой касания каждого из них с наружной поверхностью подвижного электрода; подвижный электрод выполнен в виде кольца, на одном валу последовательно друг за другом установлено n узлов, которые жестко соединены между собой по изоляционным втулкам с неподвижными электродами и жестко соединены между собой по Т-образным изоляционным втулкам с подвижными электродами и с валом (Авт. св. №2166811, 2001 г.).

Для этого устройства характерны следующие недостатки. Надежность и износоустойчивость описанного устройства ограничены из-за возможности вытекания жидкого металла под действием центробежных сил. При этом жидкий металл не является основным контактом. Основным контактом является упругий элемент, который со временем требует замены ввиду его механического износа. При передаче энергии и коммутационных процессах происходит искрение, что приводит к быстрому износу электродов и ускоренному старению изоляционных материалов.

Прототипом является токосъемное устройство, содержащее корпус, вал, установленную на валу нижнюю изоляционную втулку с размещенным на ней подвижным электродом в виде металлического кольца, установленную концентрично неподвижному электроду, верхнюю изоляционную втулку с неподвижным электродом в виде металлического кольца, причем электроды соединены с токоподающим и токопринимающим проводами, и находящуюся между электродами проводящую жидкость, содержащее два постоянных магнита, один установлен между нижней втулкой и подвижным электродом, а второй между неподвижным электродом, размещенным под верхней втулкой, и этой втулкой, соединенной с корпусом, два магнитопровода, установленные между втулками с образованием емкости, заполненной проводящей жидкостью, не вступающей во взаимодействие с феррожидкостью, причем каждый магнитопровод состоит из двух частей, соединенных с помощью зубчатых краев стенок с размещенной между зубьями ферромагнитной жидкостью, препятствующих вытеканию проводящей жидкости, а в корпусе через верхнюю втулку, магнит и электрод выполнено отверстие для заполнения емкости проводящей жидкостью и феррожидкостью (Патент на изобретение №2370869, 2008 г.).

Это устройство имеет следующие конструктивные недостатки. Невозможно, кроме как визуальным путем определить уровень токопроводящей жидкости, что ухудшает эксплуатационные характеристики устройства и может привести к повышенному и ускоренному износу токопроводящих частей.

Задачей изобретения является повышение надежности, долговечности и безопасности при эксплуатации сигнализирующего токосъемного устройства.

Техническим результатом является обеспечение контроля уровня токопроводящей жидкости и сигнализации в случае достижения минимально допустимого уровня токопроводящей жидкости при улучшенной безкоммутационной передачи электрической энергии различной мощности и других видов электрических сигналов любого диапазона.

Технический результат достигается тем, сигнализирующее токосъемное устройство, содержащее корпус, вращающийся на подшипниках вал, на котором жестко закреплена нижняя изоляционная втулка, на которой жестко закреплены подвижный электрод, выполненный в виде металлического кольца, подвижная часть магнитопровода, подвижный кольцеобразный постоянный магнит, создающий магнитное поле, удерживающее размещенную между зубцами подвижного и неподвижного магнитопровода феррожидкость, предотвращающую от вытекания токопроводящую жидкость, не вступающую во взаимодействие с феррожидкостью и расположенную в полости, полученной соединением двух емкостей, расположенных в нижней и верхней изоляционных втулках, причем каждая из них образована подвижным и неподвижным электродами, подвижной и неподвижной частями магнитопровода и двумя изоляционными шайбами, в месте соединения емкостей, причем токопроводящая жидкость и феррожидкость размещаются через отверстие, которое закручивается металлической токопроводящей шпилькой, заизолированной от корпуса изоляционной втулкой, с гайкой, затягивающей насаживаемую на токопроводящую шпильку клемму от провода, проложенному и заизолированному внутри вала, передающего сигнал на другую клемму, которая крепится винтом, проходящим сквозь подвижную часть магнитопровода и подвижный электрод, одна из изоляционных шайб выполнена с отверстиями, через которую в вал проложен сигнальный провод с двумя клеммами, одна из которых закреплена винтом, заизолированным от подвижной части магнитопровода и подвижного электрода изоляционной втулкой, проходящим сквозь подвижную часть магнитопровода и подвижный электрод и имеющим электрический контакт с сигнальными электродами, расположенными на изоляционных кольцах, предотвращающих передачу сигнала от подвижного электрода, на котором установлено токопроводящее кольцо, к сигнальным электродам, а вторая крепится на сигналопринимающее устройство, и элементы корпуса фиксируются друг к другу с помощью винтов. Один из концов металлической токопроводящей шпильки был опущен до минимально допустимого уровня h₃ токопроводящей жидкости, при котором не будет механического трения между токопроводящей шпилькой и неподвижным электродом.

Использование токопроводящей жидкости, расположенной между подвижным и неподвижным электродами, токопроводящей шпильке, опускаемой до минимально допустимого уровня h₁ токопроводящей жидкости, токопроводящего кольца, позволяющего в случае уменьшения уровня токопроводящей жидкости ниже подвижного электрода продолжать устройству работать, двух сигнальных электродов, обеспечивающих контроль уровня токопроводящей жидкости и сигнализации при возможности подключения сигнального электрода как с правой части сигнализирующего токосъемного устройства, так и с левой части, в зависимости от расположения на валу сигнализирующего токосъемного устройства, позволяющих передавать сигналопринимающему устройству информацию об уровне токопроводящей жидкости, и применением в виде изоляции, препятствующей вытеканию токопроводящей жидкости, феррожидкости, удерживаемой между подвижной частью магнитопровода и неподвижной частью магнитопровода электромагнитным полем, создаваемым подвижным и неподвижным постоянными магнитами, и способной в случае электрического или теплового пробоя очень быстро восстанавливать свои электротехнические и физические свойства.

Предлагаемое устройство пояснено чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид устройства; фиг. 2 изображен вид устройства сверху; фиг. 3 изображен вид устройства слева.

Сигнализирующее токосъемное устройство состоит из корпуса 1, на валу 2 которого размещены подшипники 3 и нижняя изоляционная втулка 4, окруженная с одной стороны изоляционной шайбой без отверстий 5, а с другой изоляционной шайбой с отверстиями 6, и на которую устанавливается подвижная часть магнитопровода 7, подвижный постоянный магнит 8 и подвижный электрод 9, по которому скользит токопроводящая жидкость 10, передающая сигнал либо от неподвижного электрода 11, либо от токопроводящей шпильки 12 к токопроводящему кольцу 13 и удерживаемая от вытекания феррожидкостью 14. Сигнал на неподвижный электрод 11 и токопроводящую шпильку 12 поступает от провода с клеммой 15, закрученной гайкой 16 по токопроводящей шпильке 12, заизолированной от корпуса 1 изоляционной втулкой 17. Через проводящую жидкость 10 сигнал поступает от неподвижного электрода 11 или от токопроводящего кольца 13 к подвижному электроду 9, в который закручен винт 18, крепящий первую клемму провода 19, проходящего внутри изоляционной шайбы с отверстиями 6 и вала 2, а вторая клемма провода 19 крепится к сигналопринимающему устройству. Сигнал о малом уровне проводящей жидкости 10 приходит от сигнальных электродов 20, расположенных на изоляционных кольцах 21 для предотвращения передачи сигнала от сигнального электрода 20 к подвижному электроду 9, и наоборот. От сигнального электрода 20 сигнал переходит на винт 22, расположенный в изоляционной втулке 23. Винт 22 зажимает клемму сигнального провода 24. Феррожидкость 14 наносят между зубчиками магнитопровода 7 спринцеванием через отверстие 25, через которое также заливается и проводящая жидкость 10. Неподвижный электрод 11 расположен между магнитопроводом 7, закрепленным на верхней изоляционной втулке 26, расположенной между изоляционными шайбами 27, и неподвижным постоянным магнитом 28. Элементы корпуса 1 фиксируются друг к другу с помощью винтов 29. Устройство работает следующим образом

Передача энергии при вращении вала 2 происходит от провода с клеммой 15, неподвижного электрода 11 и токопроводящей шпильки 12 к подвижному электроду 9 и токопроводящему кольцу 13 через токопроводящую жидкость 10. Токопроводящую жидкость 10 удерживает от вытекания феррожидкость 14, расположенная между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 7. Феррожидкость 14 удерживается в необходимом месте с помощью электромагнитного поля, создаваемого подвижным и неподвижным постоянными магнитами 8, 28. Передача сигнала об уровне токопроводящей жидкости 10 к сигнальным электродам 20, расположенных на изоляционных кольцах 21, препятствующих передаче сигнала от подвижного электрода 9 на сигнальные электроды 20, происходит от токопроводящей шпильки 12 и неподвижного электрода 11 через токопроводящую жидкость 10. В состоянии покоя при наличии сигнала на токопроводящей шпильке 12 и отсутствии сигнала на сигнальных электродах 20 токосъемное устройство начинает работу, поэтому необходимо увеличить уровень токопроводящей жидкости 10. Сигнальные электроды 20 расположены на валу 2 симметрично относительно токопроводящего кольца 13 для улучшения балансировки вала 2 и уменьшения вибраций при работе устройства, а также обеспечения контроля уровня токопроводящей жидкости 10 и сигнализации при возможности подключения сигнального электрода 20 как с правой части сигнализирующего токосъемного устройства, так и с левой части, в зависимости от расположения на валу 2 сигнализирующего токосъемного устройства.

Изобретение найдет применение в промышленности, машиностроении, электрических машинах, приборостроении, электроаппаратостроении.

Изобретение относится к токосъемным вращающимся устройствам, в которых используется жидкая токопроводящая среда. Сигнализирующее токосъемное устройство содержит корпус, вращающийся на подшипниках вал, на котором жестко закреплена нижняя изоляционная втулка, на которой жестко закреплены подвижный электрод, выполненный в виде металлического кольца, подвижная часть магнитопровода, подвижный кольцеобразный постоянный магнит, создающий магнитное поле, удерживающее размещенную между зубцами подвижного и неподвижного магнитопровода феррожидкость, предотвращающую от вытекания токопроводящую жидкость, не вступающую во взаимодействие с феррожидкостью и расположенную в полости, полученной соединением двух емкостей, расположенных в нижней и верхней изоляционных втулках. Каждая из них образована подвижным и неподвижным электродами, подвижной и неподвижной частями магнитопровода и двумя изоляционными шайбами, в месте соединения емкостей. Токопроводящая жидкость и феррожидкость размещаются через отверстие, которое закручивается металлической токопроводящей шпилькой, закодированной от корпуса изоляционной втулкой, с гайкой, затягивающей насаживаемую на токопроводящую шпильку клемму от провода, проложенного и изолированного внутри вала, передающего сигнал на другую клемму, которая крепится винтом, заизолированным от подвижной части магнитопровода и подвижного электрода изоляционной втулкой, проходящей сквозь подвижную часть магнитопровода и подвижный электрод и электрический контакт с сигнальными электродами. Технический результат - обеспечение контроля уровня токопроводящей жидкости и сигнализации в случае достижения максимально допустимого уровня токопроводящей жидкости при улучшенной безкоммутационной передаче электрической энергии различной мощности и других видов электрических сигналов любого диапазона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сигнализирующее токосъемное устройство, содержащее корпус, вращающийся на подшипниках вал, на котором жестко закреплена нижняя изоляционная втулка, на которой жестко закреплены подвижный электрод, выполненный в виде металлического кольца, подвижная часть магнитопровода, подвижный кольцеобразный постоянный магнит, создающий магнитное поле, удерживающее размещенную между зубцами подвижного и неподвижного магнитопровода феррожидкость, предотвращающую от вытекания токопроводящую жидкость, не вступающую во взаимодействие с феррожидкостью и расположенную в полости, полученной соединением двух емкостей, расположенных в нижней и верхней изоляционных втулках, причем каждая из них образована подвижным и неподвижным электродами, подвижной и неподвижной частями магнитопровода и двумя изоляционными шайбами, в месте соединения емкостей, причем токопроводящая жидкость и феррожидкость размещаются через отверстие, которое закручивается металлической токопроводящей шпилькой, заизолированной от корпуса изоляционной втулкой, с гайкой, затягивающей насаживаемую на токопроводящую шпильку клемму от провода, проложенному и заизолированному внутри вала, передающего сигнал на другую клемму, которая крепится винтом, проходящим сквозь подвижную часть магнитопровода и подвижный электрод, отличающееся тем, что одна из изоляционных шайб выполнена с отверстиями, через которые в вал проложен сигнальный провод с двумя клеммами, одна из которых закреплена винтом, заизолированным от подвижной части магнитопровода и подвижного электрода изоляционной втулкой, проходящим сквозь подвижную часть магнитопровода и подвижный электрод и имеющим электрический контакт с сигнальными электродами, расположенными на изоляционных кольцах, предотвращающих передачу сигнала от подвижного электрода, на котором установлено токопроводящее кольцо, к сигнальным электродам, а вторая крепится на сигналопринимающее устройство, и элементы корпуса фиксируются друг к другу с помощью винтов.

2. Сигнализирующее токосъемное устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из концов металлической токопроводящей шпильки опущен до минимально допустимого уровня h3 токопроводящей жидкости, при котором не будет механического трения между токопроводящей шпилькой и неподвижным электродом.