Токосъемное устройство Советский патент 1991 года по МПК H01R39/56 

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и может быть использовано во всех типах электрических машин с контактными кольцами.

Целью изобретения является повышение токовых нагрузок при одновременном снижении плотности тока в контакте и увеличение ресурса, исключение возможности возникновения гидродинамического клина на конических поверхностях контактных шайб или контактного кольца.

На фиг, .1 показана контактная пара то- косьемного устройства, общий вид, разрез; на фиг. 2 - канавки, выполненные на контактных поверхностях конического подвижно- . го кольца; на фиг. 3 - пазы, выполненные на контактной поверхности неподвижной шайбы; на фиг. 4 - токосъемное устройство, общий вид, разрез; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.

Подвижным контактным элементом служит коническое кольцо 1, контактная поверхность которого выполнена выпуклой в виде двух соосных усеченных конусов 2 и 3, имеющих общее основание 4 и расположенных по разные стороны этого основания. Неподвижный элемент выполнен без щеток и щеткодержателей в виде двух шайб 5 и 6, центральные отверстия 7 и 8 которых выполнены коническими. Шайбы установлены на вращающемся кольце 1 так, что коническое отверстие каждой шайбы охватывает один из конусов кольца, образуя при сопряжении сего поверхностью коническую контактную дорожку (Б и В), через которую осуществляется транспортировка тока от кольца к шайО

VI ел

о

00

бам (или наоборот). На периферии шайбы соединены между собой шпильками 9, на которых закреплены пружины 10 сжатия, обеспечивающие необходимое контактное давление на дорожках Б и В при сохранении между шайбами гарантированного зазора а, рассчитанного по величине, исходя из полного срока службы контактного кольца и шайб, не менее 0,5 мм в конце срока службы.

Для передачи тока от подвижных к неподвижным элементам электрической цепи кольцо 1 и шайбы 5. 6 снабжены токоподво- дами 11 и 12. При вращении кольца 1 шайбы стопорятся от проворачивания любым изве- стным способом (шпилькой, шпонкой и др.). Для исключения возможности возникновения гидродинамического клина в быстроходных контактных узлах на конических контактных поверхностях кольца 1 выпол- йены по всей ширине кольца (вдоль образующей конуса) канавки 13 и 14 (фиг. 2), ширина которых t ориентировочно принята равной 0,5-1,5 мм. Число канавок может варьироваться в зависимости от парамет- ров контактного узла и марки примененного контактного бальзама. Взаимное положение канавок на поверхностях контактных дорожек Б и В не регламентируется. Канавки могут быть выполнены как на подвижном кольце (фиг. 2), так и на конических поверхностях шзйб 5 и 6.

С целью уменьшения потерь на трение площадь соприкосновения подвижных и неподвижных контактных поверхностей в предлагаемом устройстве может быть уменьшена до оптимальной величины за счет выполнения на одной из контактирующих в каждой паре поверхностей контактных дорожек Б и В по ширине контактной поверхности (вдоль образующей конуса) одного или нескольких пазов 15 (на фиг. 3 показано выполнение указанных пазов на конической поверхности неподвижных шайб 5 и 6), Ширина с и глубина h пазов варьируется в зависимости от параметров контактного узла.

Для обеспечения непрерывной подачи контактного бальзама 16 (фиг. 4) на контактные дорожки устройства снизу контактно- го узла (фиг. 4) размещен блок 17 подачи бальзама с расчетом непосредственного постоянного погружения в бальзам 16 части контактной поверхности кольца 1. С целью исключения загрязнения окружающей ере- ды продуктами износа и разбрызгивания бальзама шайбы 5 и 6 выполнены с кольце- . вым выступом 18, снабженным кольцевой канавкой с уплотнительным кольцом 19, при этом кольцевой выступ расположен на

внешнем юрцй шайбы со стороны отверстия для прохождения вала ротора 20, а со стороны наружного диаметра шайб устройство снабжено защитным щитком 21, закрепленным на блоке подачи бальзама.

При вращении ротора 20 коническое кольцо 1, будучи погруженным в бальзам 16, захватывает и увлекает в сторону вращения часть бальзама, который под действием инерционных сил поднимается по коническим контактным дорожкам Б и В, затем по канавкам 13 и 14 или пазам 15 к зазору а между шайбами 5, б и поступает снова в емкость блока подачи бальзама 17. В результате ггри вращении контактного кольца 1 осуществляется непрерывная и равномерная подача бальзама по замкнутому циклу на всю площадь контактных дорожек токосьемного устройства. Защитный щиток 21 иуллотнительные кольца 19 исключают возможность выброса продуктов износа и бальзама в окружающую среду. Неподвижные шайбы 5 и б по мере износа контактных дорожек под действием пружин 10 постепенно сближаются за счет наличия между ними зазора а, который, как указано выше, выбран из расчета сохранения его оптимальной величины не менее 0,5 мм после отработки полного ресурса работы токосьемного устройства.

Так как контакт между вращающимся коническим кольцом 1 и неподвижными шайбами 5 и 6 осуществляется по всей площади их касания, рабочая контактная площадь предлагаемого контактного устройства в тех же габаритах существенно превышает аналогичную в сравнении с известными токосъемными устройствами, где скользящий контакт осуществляется с помощью электрощеток. Это преимущество позволяет увеличить токовые нагрузки при одновременном снижении плотности тока в контакте и в ряде случаев одновременно уменьшить габариты токосьемного устройства в целом.

Уменьшение плотности Г0ка в контакте, в свою очередь, в квадрате снижает электрические потери, что дополнительно снижает электроэрозионный износ и, повышает срок службы скользящих контактов. Снижение плотности тока в контакте ряде случаев позволяет выполнять их не из меди и ее сплавов, а из стали, что в крупносерийном производстве может дать существенную экономию меди.

В таблице приведены сравнительные данные предлагаемого и известного токосъем ного устройства.

Как видно из таблицы, при токовой нагрузке вдвое большей ширина подвижного кольца в новом контактном устройстве в два

раза меньше, а переходное падение напряжения и износы контактной пары на порядок меньше.

В современном электромашиностроении предлагаемое устройство может быть использовано в вентильных и униполярных электрических машинах, мощных турбогенераторах, синхронных двигателях и регулируемом электроприводе с асинхронными двигателями, а также в автомобильных генераторах переменного тока. Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию узла токосъема в целом за счет исключения из нее щеток и щеткодержателей; повысить виброзащитные свойства и снизить шумность до свойств, присущих подшипникам скольжения, повысить токовые нагрузки при одновременном сниже- нии плотности тока в контакте, осуществить замкнутый цикл подачи в контактную зону контактного бальзама без дополнительных устройств: исключить выброс в окружающую среду продуктов износа материалов контактной пары и контактного бальзама; в ряде исполнений с низкими плотностями тока в контакте контактное кольцо и шайбы выполняют не из высокоэлектропроводных марок бронзы, а из более дешевых марок стали.

Формула изобретения 1. Токосьемное устройство, содержащее подвижный и неподвижный контактные элементы и блок для подачи контактного бальзама в зону контакта, отличающее- с я тем, что, с целью повышения токовых нагрузок при одновременном снижении

плотности тока в контакте и увеличения ресурса, подвижный контактный элемент выполнен в виде кольца, контактная поверхность которого имеет выпуклую кону5 сообразную поверхность, неподвижный контактный элемент выполнен в виде двух шайб, при этом подвижное контактное кольцо размещено внутри неподвижных контактных шайб и сопряжено своей контактной

0 поверхностью с внутренней поверхностью конических отверстий шайб, на периферии шайбы соединены между собой шпильками и подпружинены, а блок для подачи контактной смазки размещен с возможностью не5 посредственного погружения в смазку контактной поверхности кольца.

2.Устройство поп 1,отличающее- с я тем, что, с целью исключения возможности возникновения гидродинамического

0 клина на конических поверхностях контактных шайб или контактного кольца, по ширине контактной поверхности выполнена по крайней мере одна канавка площадью 1- 80% от общей площади контактной поверх5 ности.

3.Устройство по пп 1-2, отличающееся тем, что, с целью исключения загрязнения окружающей среды бальзамом и продуктами износа контактных элемен0 тов, неподвижные шайбы снабжены кольцевым выступом, снабженным канавкой, в которой установлено уплотнительное кольцо, при этом кольцевой выступ расположен на внешнем торце шайбы со стороны отвер5 стия, а со стороны наружного диаметра шайб устройство снабжено защитным щитком.

т со СТ Ю о

Фиг.З

99

пЪ

99

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в вентильных и униполярных электрических машинах. мощных турбогенераторах, синхронных двигателях и регулируемом электроприводе с асинхронными двигателями, а также в автомобильных генераторах переменного тока. Целью изобретения является повышение токовых нагрузок при одновременном снижении плотности тока в контакте и увеличении ресурса. Токосьемное устройство содержит контактный узел с подвижным и неподвижным контактными элементами, причем подвижным элементом является кольцо, выпуклая контактная поверхность которого образована коническими поверхностями двух концентрично расположенных конусов с общим основанием, а неподвижный элемент выполнен в виде двух подпружиненных металлических шайб с коническими отверстиями. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.. 1 табл. Ё

Фиг 4

А-А

Фиг. 5