ТОКОПЕРЕДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2018 года по МПК H01R39/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и представляет собой часть токоприемника, токосъемника, токоперехода либо другого токопередающего устройства, выполняющую функцию передачи электроэнергии и (или) электрических сигналов управления от неподвижной части вышеназванных конструкций к их подвижной части. Данный способ может быть использован в токоприемниках, токосъемниках, токопереходах синхронных генераторов и синхронных двигателей, винторулевых колонок, экскаваторов, грузоподъемных механизмов, телескопов, поворотных антенн, ветряных электрогенераторов и т.п.

Уровень техники

Известен многоканальный скользящий токосъемник, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещен установленный на подшипниковых опорах центральный вал, и токосъемную часть из группы кинематически связанных с центральным валом и взаимодействующих между собой поворотных и неповоротных электроконтактов, сгруппированных в блок и сообщенных посредством проводов с внешними электрическими присоединителями через выводные каналы прокладки проводов (патент RU №2351044, H01R 39/00 2006.01). Неповоротные электроконтакты выполнены в виде гребенок с вертикально ориентированными в сторону поворотных контактов лепестковыми контактами. Поворотные электроконтакты выполнены в виде плоских металлических колец.

Передача электроэнергии в данном устройстве происходит за счет скольжения лепестковых электроконтактов по плоским кольцам. Лепестковые контакты, использованные в данном устройстве, имеют очень незначительную контактную поверхность, что не дает возможности передавать через контактные пары сколько-нибудь значительные по величине электрические токи. Кроме того, износ лепестковых контактов делает малоэффективным использование данного устройства при высоких скоростях вращения, требует их периодической замены, ограничивает время службы, снижает надежность данного токоприемника и усложняет его эксплуатацию.

Известно также токосъемное устройство, содержащее расположенные в радиальном направлении две и более пар неподвижной части изделия и подвижной с размещенными на них изолированными плоскими и лепестковыми контактными кольцами, сообщенными посредством проводов с внешними электрическими присоединителями (патент RU №2267840, H01R 39/00, 2006.01).

В данном устройстве для передачи электроэнергии и электрических сигналов по одной фазе (каналу) используются одно плоское и два лепестковых кольца. Однако, в связи с тем, что контактная поверхность между плоскими и лепестковыми кольцами незначительна по площади и имеет разрывы, во-первых, для передачи электрического сигнала (тока) по одному каналу (фазе) приходится использовать кроме одного плоского два лепестковых кольца, во-вторых, для передачи электрического тока силой 120А приходится применять 4 группы таких колец на одну фазу. Это приводит к увеличению габаритов конструкции вдоль оси вращения. Кроме того, износ лепестковых контактов делает малоэффективным использование данного устройства при высоких скоростях вращения, ограничивает время службы и снижает надежность данного токоприемника.

Из числа известных аналогов заявляемого технического решения ближайшим прототипом является токосъемное устройство, содержащее подвижный и неподвижный коаксиальные электроды, токопроводящие кольца, контактирующие с подвижным и неподвижным электродами, и упругие элементы, снабжено двумя подшипниками качения, размещенными радиально внутри токопроводящих колец, установленных между подвижным и неподвижным электродами, и взаимодействующими своими осями с упругими элементами, причем внешний диаметр токопроводящих колец равен разности контактирующих радиусов коаксиальных электродов (патент RU №2277277). Реализация данной конструкции на практике существенно затруднена крайне высокими требованиями к точности изготовления таких деталей, как коаксиальные электроды и токопроводящие кольца. Внешний диаметр токопроводящих колец и контактирующие цилиндрические поверхности коаксиальных электродов должны быть изготовлены и собраны практически без погрешностей, что, как известно на практике, не представляется возможным. В случае изготовления данных деталей в реальных условиях, для работоспособности вышеназванного токосъемного устройства необходимо, чтобы токопроводящие кольца выполнялись гибкими и имелась возможность отклонения их формы от правильной окружности в процессе работы устройства.

Данное условие накладывает ограничения на сечение токопроводящих колец, а соответственно на величину тока, передаваемого через данное устройство. Кроме того, при значительных скоростях вращения (более 1000 об/мин) гибкие токопроводящие кольца будут подвергаться быстрому износу.

Конструкция предлагаемого токопередающего элемента исключает применение гибких токопроводящих элементов, а также не накладывает особых условий на точность изготовления комплектующих деталей. Отсутствие деталей, меняющих в процессе работы свою форму, позволяет обеспечить надежную работу при высоких скоростях движения токопередающих элементов.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является:

1. Увеличение токов, передаваемых через токоприемник, токосъемник, токопереход либо другое токопередающее устройство.

2. Возможность использования токопередающего элемента в широком диапазоне скоростей движения подвижных токопередающих поверхностей относительно неподвижных.

3. Повышение износоустойчивости и надежности конструкций, в которых применяется токопередающий элемент.

Это достигается в отличие от известного технического решения за счет применения твердых тел вращения, каждое из которых по отдельности при работе устройства не меняет своих размеров. Данные тела вращения способны за счет изменения взаимного расположения сохранять постоянный контакт с токопередающими поверхностями и друг с другом, обеспечивая тем самым постоянный неразрывный электрический контакт подвижной и неподвижной токопередающих поверхностей.

Описание чертежей

На фигуре 1 и фигуре 2 (разрез по плоскости А-А) представлен токопередающий элемент в случае прямолинейного движения токопередающих поверхностей со скоростью V. На фигуре 3 и фигуре 4 (разрез по плоскости А-А) представлен токопередающий элемент в случае вращения токопередающих поверхностей относительно друг друга с угловой скоростью W.

Осуществление изобретения

Устройство содержит тела вращения первой группы (1, 2), тела вращения второй группы (3, 4, 5), тела вращения третьей группы (6, 7), оси (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14), пружины (15, 16, 17, 18), пластины (19, 20).

Устройство работает следующим образом.

Электроэнергия и (или) электрические сигналы от подвижной токопередающей поверхности (на рисунке А) передаются на примыкающие к ним тела вращения (1 и 2) первой группы, вращающиеся вокруг осей (8, 9). Затем электроэнергия и (или) электрические сигналы передается от тел вращения первой группы к контактирующим с ними телам вращения второй группы (3, 4, 5), вращающимся вокруг осей (10, 11, 12), далее электроэнергия и (или) электрические сигналы передаются от тел вращения второй группы на примыкающие к ним тела вращения третьей группы (6 и 7), вращающиеся вокруг осей (13 и 14) и далее от тел вращения третьей группы электроэнергия и (или) электрические сигналы передаются к неподвижной токопередающей поверхности (на рисунке В). Возможна передача электроэнергии и (или) электрических сигналов и в обратном направлении. Существенной является возможность устройства сохранять постоянный контакт между токопередающими поверхностями, телами вращения первой, второй и третьей групп вне зависимости от точности изготовления и сборки токопередающих поверхностей. Тела вращения всех трех групп, как это видно из фигур 1, 2, 3 и 4, остаются в контакте друг с другом и с токопередающими поверхностями при изменении расстояния Н между токопередающими поверхностями (связанного как с неточностью изготовления и сборки токопередающих поверхностей, так и специально заложенного в конструкцию) за счет прижатия их друг к другу и к токопередающим поверхностям пружинами 15, 16, 17 и 18. Пластины 19 и 20 препятствуют осевому смещению всех трех групп тел вращения относительно друг друга.

Токопередающий элемент предназначен для применения в токоприемниках, обеспечивающих передачу электроэнергии либо электрических сигналов от неподвижного элемента конструкции к вращающемуся либо в обратном направлении. Токопередающий элемент может быть использован в токоприемниках экскаваторов, грузоподъемных механизмов, телескопов, поворотных антенн, ветряных электрогенераторов. Для передачи электроэнергии от неподвижной части токоприемника к подвижной в данном токопередающем элементе применены тела вращения, обеспечивающие постоянный электрический контакт между подвижной и неподвижной частью токоприемника. Это дает возможность исключить из конструкции токоприемника такие быстроизнашивающиеся и ненадежные детали, как щетка и щеточный узел, а также возможность использования токопередающего элемента в широком диапазоне скоростей движения подвижных токопередающих поверхностей, Это также обеспечивает повышение надежности, упрощает конструкцию и эксплуатацию токоприемника по сравнению с имеющимися аналогами. 4 ил.

Токопередающий элемент для передачи электроэнергии и (или) электрических сигналов от неподвижной токопередающей поверхности токоприемника, токосъемника, токоперехода к его подвижной токопередающей поверхности либо в обратном направлении, состоящий из трех групп тел вращения, свободно вращающихся на осях, при этом каждая из этих трех групп включает в себя не менее чем одно тело вращения, и первая из вышеназванных групп состоит из тел вращения, одновременно плотно прилегающих к одной из токопередающих поверхностей токоприемника, а также к не менее чем одному телу вращения, входящему во вторую группу, а вторая группа тел вращения состоит из тел вращения, одновременно плотно прилегающих к не менее чем одному телу вращения, входящему в первую группу, и к не менее чем одному телу вращения, входящему в третью группу, а третья группа тел вращения состоит из тел вращения, одновременно плотно прилегающих к другой токопередающей поверхности токоприемника, и к не менее чем одному телу вращения, входящему в состав второй группы, отличающийся тем, что электрический контакт между токопередающими поверхностями обеспечивается за счет того, что тела вращения, входящие в состав всех трех групп, прижаты друг к другу и к токопередающим поверхностям пружинами, входящими в состав токопередающего элемента.