Токосъемное устройство Советский патент 1991 года по МПК H01R39/00 

Изобретение относится к области электротехники, в особенности к твердотельным токосъемным устройствам электрических машин. Предпочтительная область применения - униполярные электрические машины большого тока.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных показателей путем улучшения электрического контакта между электродами и обеспечение удобства замены щеток.

На фиг.1 показано устройство с двумя ленточными щетками и протяжно-стопорными механизмами; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - устройство с двумя трос- совыми щетками, охватывающими ротор с разных сторон, и протяжно-стопорными механизмами, встроенными в статор; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.З.

Устройства имеют ротор 1 с кольцевым электродом 2, статор 3 с электродом 4, щетки 5 и б, электропроводящие волокна каждой из которых закреплены в поперечном направлении на гибкой основе в виде лент 7 и 8 соответственно или тросов 9 и 10 и касаются контактных поверхностей 11 и 12 электродов, обеспечивая электрический контакт между ними. Статор снабжен отверстиями 13, 14, 15, 16. Каждая щетка расположена в зазоре между контактными поверхностями электродов, имеющих углубления для щеток (фиг.2 и 4), а концы ее выходят наружу статора, проходя через отверстия в нем. В устройство введены протяжно-стопорные механизмы 17 и 18, сцепленные со щетками. Эти устройства обеспечивают протяжку щеток через контактную зону, если направление их движения противоположно направлению движения вращающегося электрода 2 (фиг.1 и 3, стрелки указывают направление движения и стопорение щеток, предотвращающее их движение в обратную сторону). Если щетки движутся согласно вращению ротора (что возможно при достаточной продольной устойчивости щеток), то механизмы 17 и 18 должны обеспечивать стопорение или торможение щеток. Чтобы не было электрического замыкания между щетками и деталями статора 3, стенки отверстий 13-16 и места размещения щеток снаружи статора покрыты электрической изоляцией. Щетки могут иметь на концах сцепные элементы, например, типа петля-крюк для удобства замены сработанных щеток на новые.

На фиг.1 и 2 показано устройство с двумя щетками 5 и 6, каждая из которых имеет гибкую основу в виде ленты 7 и 8. Щетки на выходе из отверстий 14 и 16 соединены с барабанами протяжно-стопорных механизмов 17 и 18, предназначенных для протяжки

щеток и намотки их сработанных частей. Барабаны соединены с приводом 19. Вторые концы щеток намотаны на другие бара- баны 20 и 21, расположенные нэд

поддоном 22, содержащим поверхностно- активную смазку. Гибкие щетки охватывают ротор с одной стороны, обеспечивая электрический контакт между электродами на большей части окружности. Такое их одно0 стройнее расположение позволяет в принципе использовать для двух (или более) щеток вместо отвертий 13 и 15 для входа щеток одно общее отверстие, вместо отверстий 14 и 16 для выхода щеток тоже одно

5 отверстие, вместо двух протяжно-стопорных механизмов 17 и 18 один механизм и вместо двух барабанов 20 и 21 один барабан.

На фиг.З представлено устройство с двумя щетками 5 и 6, имеющими гибкую

0 основу в виде тросов 9 и 10. Щетки охвыты- ч вают ротор с разных сторон, обеспечивая кольцевой контакт между электродами 2 и 4. При этом отверстия 13 и 14 в статоре для вывода концов одной щетки 5 смещены по

5 окружности относительно отверстий 15 и 16 для вывода концов другой щетки 6. Каждая щетка соединена со своим протяжно-стопорным механизмом, встроенным в статор. Механизмы 17 и 18 имеют ведущие валики,

0 соединенные со своими приводами (на фиг.З не показаны), и ведомые валики 23 и 24. Один конец каждой щетки зажат между ведущим и ведомым валиками, проходит через соответствующее отверстие 14 или 16 в

5 статоре и лежит в своем щеткоприемнике 25 или 26. Другие концы щеток намотаны на барабаны 20 и 21. Такое распределение выводов .щеток по окружности статора повышает удобство замены истертых щеток на

0 новые. При наличии смазки в самих щетках отпадает необходимость в использовании отдельного поддона со смазкой. Более полное использование волокон щеток обеспечивается путем профилирования контакт5 ной поверхности неподвижного электрода 4 вдоль окружности ротора. Причем на входе щеток в контактный зазор через отверстия 13 и 15 этот зазор имеет максимальные размеры, а у выходных отверстий 14 и 16 0 минимальные. В устройстве с таким профилированным электродом 2 повышается ресурс работы щеток.

Возможны иные варианты реализации изобретения, отличающиеся от конструк5 ций, представленных на фиг. 1-4. Расположение протяжно-стопорных механизмов 17 и 18, барабанов 20 и 21, поддона 22 и щет- коприемников 25 и 26 в плоскости электродов 2 и 4(как показано на фиг.1 и 3) не является обязательным При необходимости они MOfyr быть смещены от плоскости электродов в осевом направлении, причем гибкие щетки могут проходить через дополнительные ролики, направляющие их вдоль оси. Такая необходимость осевого смещения указанных элементов конструкции может возникнуть в униполярных машинах без ферромагнитопровода, в которых желательно размещение обмоток возбуждения вблизи контактных колец. Для более равномерного износа волокон в контактной зоне протяжно-стопорный механизм может быть снабжен устройством, обеспечивающим поворот щетки вокруг ее продольной оси. Токосъемное устройство может быть реализовано при наличии нескольких контактных колец, а также при наличии одной щетки на каждом кольце.

Дополнительное повышение ресурса работы щеток можно обеспечить путем введения кинематической связи между протяжно-стопорными механизмами и ротором токосьемного устройства. При этом устанавливается соответствие между частотой вращения ротора и скоростью протяжки щеток через контактную зону.

Устройство работает следующим образом.

Щетки 5 и 6 расположены в зазоре между электродами 2 и 4. Упругие волокна щеток касаются контактных поверхностей 11 и 12 электродов, обеспечивая электрический контакт между ними при вращающемся и неподвижном роторе 1. Если на электроды 2 и 4 подать напряжение, то между ними через волокна щетки пойдет электрический ток. Одни концы щеток соединены с протяжно-стопорными механизмами 17 и 18. Механизмы, вращаемые приводами (или одним приводом 19, как это показано на фиг.1), обеспечивают протяжку щеток через контактную зону.. Скорость протяжки желательно подобрать такой, чтобы за время пребывания щеток в контактной зоне их волокна истирались до предельно допустимого уровня. Сработанные щетки или наматываются на барабаны протяжно-стопорных механизмов 17 и 18 (фиг.1), или собираются в щеткоприемники25 и 26. Другие концы щеток разматываются с барабанов 20 и 21 по мере их продвижения через устройство.

В устройстве (фиг.1) волокна щеток захватывают из поддона 22 смазку, обеспечивающую повышение ресурса ее работы и снижение потерь мощности на трени.е. После того как барабаны 20 и 21 освободятся полностью от щеток их можно снять и поставить другие барабаны с новыми щетками. Одни концы этих щеток соединяются перед

входом в отверстия 13 и 15с концами старых щеток, которые продвигаясь, протягивают новые щетки через контактную зону, выводят наружу через отверстия 14 и 1 б в статоре 5 и соединяют с протяжно-стопорными механизмами 17 и 18. После этого старые сработанные щетки можно отсоединить от новых и убрать, а новые щетки, продвигаемые вдоль контактных поверхностей электро10 дов, обеспечат дальнейшую работу устройства. Так происходит замена щеток во время работы устройства без его разборки. Предпочтительное направление движения щеток, исключающее их смятие в контактном

15 зазоре, показано стрелками на фиг.1 и 3 (движение щеток противоположное движению ротора). Однако при достаточной продольной устойчивости гибкой основы щеток возможно согласное движение рото0 ра и щеток. В этом случае протяжно-стопорные механизмы берут на себя функции тормозов.

Замена щеток в предлагаемом устройстве осуществляется без какой-либо его раз5 борки путем подсоединения новой щетки к концу сработанной и протяжки ее через контактный зазор до зацепления с щеткопро- тяжным механизмом. Эту операцию можно выполнять без остановки ротора, поэтому

0 замена щеток не лимитирует длительность безостановочной работы предлагаемого устройства.

Формула изобретения

1.Токосьемное устройство, содержа- 5 щее ротор с кольцевым электродом, статор

с электродом, гибкие щетки, осуществляющие электрический контакт между электродами, протяжно-стопорный механизм, установленный на статоре, соединенный со

0 щетками, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационных показателей путем улучшения электрического контакта между электродами и обеспечения удобства замены щеток, электрод стато5 ра выполнен в виде кольца, охватывающего с зазором кольцевой электрод ротора, на гибкой щетке закреплены в поперечном направлении электропроводящие волокна, щетка размещена в зазоре между электро0 дами, а ее волокна касаются контактных поверхностей электродов, в статоре выполнены сквозные отверстия, оба конца каждой гибкой щетки выведены через отверстия наружу статора и соединены с протяжно5 стопорным механизмом.

2.Устройство поп.1.отличающее- С я тем, что отверстия в статоре для вывода концов хотя бы одной щетки смещены по окружности относительно отверстий для вывода концов других щеток.

3. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что зазор между электродами ротора и статора сужается от входного отверстия для щетки к выходному.

Изобретение относится к электротехнике. Предпочтительна область применения - униполярные машины большого тока. Цель изобретения - повышение эксплуатационных показателей путем улучшения электрического контакта между электродами и обеспечение удобства замены щеток Устройство содержит ротор 1 с кольцевым электродом 2, статор 3 с электродом 4, волокнистые щетки 5 и 6, электропроводящие волокна каждой из которых закреплены на гибкой основе-в виде лент 7 и 8 соответственно и касаются контактных поверхностей 22 19 11 и 12 электродов. Концы щеток выходят наружу статора через отверстия в нем 13, 14, 15, 16 Каждая щетка одним концом сцеплена со своим протяжно-стопорным механизмом 17 и 18, вращаемым приводом 19. Другие концы щеток намотаны на барабаны 20 и 21, расположенные над поддоном 22 со смазкой. Вариант конструкции токо- съемного устройства с двумя волокнистыми щетками на гибкой основе в виде тросов обеспечивает более равномерный электрический контакт между электродами 2 и 4 за счет охвата ротора щетками с двух сторон. При этом отверстия 13 и 14. для вывода концов щетки 5 наружу статора смещены по окружности относительно отверстий 15 и 16 для вывода концов щетки 6. Протяжно-стопорные механизмы встроены в статор и со- держат ведущие и ведомые валики, зажимающие щетки. На выходе из статора концы гибких щеток уложены в щеткоттрием- ники. Более полное использование волокон щеток обеспечивается профилированием контактной поверхности неподвижного электрода 4 вдоль окружности ротора. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. 1 а &ь VI Х| Фиг

8 12

4 б

//

Фиг.2

..