Жидкостное токосъемное устройство Советский патент 1992 года по МПК H01R39/30 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для подвода электриче- ского тока к вращающимся частям электрических машин и аппаратов.

Известно токосъемное устройство с жидкометаллическим контактом, состоящее из вращающегося цилиндрического контакта, сопла, закрепленного на корпусе электрической машины, в состав которой входит токосьемное устройство, насадки сопла, выполненной в виде цилиндрической втулки и прижимающейся к вращающемуся контакту упругим элементом. Сопло и насадка заполнены жидким металлом и составляют неподвижный контакт.

При работе устройства жидкий металл, попадая в полость насадки, обращенную к ротору, стремится отжать ее от ротора. Насадка, свободно установленная на конце сопла, под действием жидкого металла может перемещаться вдоль сопла, при этом зазор между насадкой и ротором определяется давлением жидкого металла и жесткостью упругого элемента.

Недостаток известного токосьемного устройства заключается в значительном расходе жидкого металла, который смачивает поверхность вращающегося цилиндрического контакта, захватывается вращающимся контактом, а затем, вследствие действия центробежных сил, срывается с его поверхности. Расход жидкого металла возрастает с увеличением угловой скорости вращающегося цилиндрического контакта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является тоviел

00 XI О

косъемное устройство, содержащее неподвижный электрод, выполненный в виде стакана, вращающийся электрод в виде хвостовика вала, два уплотнителя, которые расположены внутри неподвижного электрода и охватывают подвижный. Между уплотнениями находится защитная жидкость из класса аминоспиртод. Полость неподвижного электрода, ограниченная хвостовиком вала и уплотнением, заполнена жидким металлом, представляющим собой сплав на основе галлия. С неподвижным электродом соединены два штуцера, предназначенные для заливки жидкого сплава и защитной жидкости.

Передача тока от неподвижного к вращающемуся Электроду осуществляется через жидкометаллический контакт. Защитная жидкость предназначена для надежной защиты жидкого металла от воздействия внешней среды.

Недостаток токосъемного устройства заключается в его невысоких эксплуатационных характеристиках - низкой надежности и значительному расходу защитной жидкости. Указанный недостаток объясняется наличием уплотнений и низкой вязкостью защитной жидкости. Уплотнения, расположенные на вращающемся электроде, не обеспечивают достаточной герметич ности в пространствах между ними. Поэтому происходит чрезмерная утечка защитной жидкости и смешивание защитной жидкости с жидким металлом. Кроме того, наличие уплотнений сальникового типа ограничивает скорость вращения подвижного контакта.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения надежности и допустимых угловых скоростей вращения подвижного электрода.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что жидкостное токосъемное устройство снабжено двумя кольцевыми постоянными магнитами, прилегающими одноименными полюсами к торцам неподвижного электрода, а у противоположных полюсов магнитов установлено по одному кольцевому магнитопроводу, внутри каждого постоянного магнита в защитной жидкости установлено кольцо, имеющее с обоих торцов радиально направленные лопатки, упирающиеся с одной стороны в кольцевой магнитопровод, с другой - в неподвижный электрод, внутри каждого указанного кольца канцентрично установлено и соединено с ним дополнительное кольцо с радиальными отверстиями и лопатками по торцам, внешняя образующая которых выполнена

под углом к цилиндрической образующей кольца, а их внутренние поверхности охватывают вращающийся электрод, вращающийся и неподвижный электроды и

дополнительное кольцо выполнены из магнитного материала, между внутренним торцом каждого магнитопровода, обращенными к нему лопатками основных колец и внешней поверхностью лопаток до0 полнительных колец размещена неэлектропроводная магнитная жидкость, а жидкометаллический контакт выполнен магнитопроводным.

Улучшение эксплуатационных характе5 ристик устройства достигается тем, что в данном устройстве его надежность повышается устранением сальниковых уплотнений и заменой их магнитожидкостными, а эксплуатационные расходы уменьшаются уст0 ранением утечек защитной жидкости и жидкого металла. С этой целью жидкометаллический контакт выполнен магнитопроводным, в качестве уплотняющего материала применена неолектропроводная магнитная

5 жидкость на основе соединений, не взаимодействующих с защитной жидкостью, а не- подвижный электрод, кольцевые магнитопроводы, вращающийся электрод и дополнительные кольца составляют единый

0 магнитопровод устройства, в котором источником магнитного поля, удерживающего жидкометаллический контакт и неэлектропроводную магнитную жидкость, являются кольцевые постоянные магниты. Для увели5 чения надежности работы за счет предотвращения смешивания неэлектропроводной магнитной жидкости, жидкометаллического контакта и защитной жидкости в устройстве введены основные и дополнительные коль0 ца. Основные кольца имеют с обоих торцов радиально направленные лопатки, упирающиеся с одной стороны в кольцевой магнитопровод, с другой - в неподвижный электрод и выполняют функцию успокоите5 лей защитной жидкости. Основные кольца являются фиксаторами дополнительных колец. Дополнительные кольца имеют радиальные отверстия и лопатки по торцам, внешняя образующая которых выполнена

0 под углом к цилиндрической поверхности кольца, а их внутренние поверхности охватывают вращающийся электрод, Лопатки своими кромками создают высокий градиент магнитного поля у поверхности вращз5 ющегося электрода, посредством чего удерживаются и формируются объемы неэлектропроводной магнитной жидкости и жидкометаллического контакта.

На фиг. 1 представлено сечение устройства в вертикальной плоскости: на фиг. 2 основное кольцо, вид по оси устройства; на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - дополнительное кольцо, вид по оси устройства; на фиг. 5 - то же, вид сбоку.

Жидкостное токосьемное устройство состоит из вращающегося цилиндрического электрода 1, неподвижного электрода 2, жидкометаллического контакта 3, кольцевых постоянных магнитов 4 и 5, кольцевых магнитопроводов 6 и 7, неэлектропровод- ной магнитной жидкости 8, дополнительных колец 9 и 10, основных колец 11 и 12, штифтов 13, штуцеров 14 и 15 защитной жидкости 16.Дополнительные кольца 9, 10 содержат лопатки по торцам 17, 18, систему соедини- тельных отверстий 19 и установочные отверстия 20. Основные кольца 11 и 12 содержат радиально направленные лопатки 21 и 22, а также установочные отверстия 23.

Между вращающимся электродом 1 и охватывающим его неподвижным электродом 2 помещен магнитопроводный жидко- металлический контакт 3, в качестве которого применена суспензия высокодисперсного магнитного порошка в расплаве на основе галлия. С обеих сторон неподвижного электрода 2 установлены одноименными полюсами к нему постоянные магниты 4 и 5, к противоположным поверхностям которых примыкают кольцевые магнитопро- воды 6 и 7. Между кольцевыми магни- топроводами 6 и 7 и вращающимся электродом 1 помещена неэлектропроводная магнитная жидкость 8. Основные кольца 11 и 12 расположены по обе стороны неподвижно- го электрода 2, каждое из них охватывает одно из дополнительных колец 9 или 10 и соединены с ними при помощи штифтов 13 в установочных отверстиях 20 и 23. Лопатки 17 и 18 по торцам дополнительных колец 9, 10 расположены параллельно образующей поверхности вращающегося электрода 1, причем лопатки 17 находятся в неэлектропроводной уплотняющей магнитной жидкости 8, а лопатки 18 - в жидкометаллическом контактеЗ. Радиально направленные лопатки 21 основных колец 11, 12 упираются в неподвижный электрод, а лопатки 22 в кольцевые магнитопроводы 6 и 7. Пространство между вращающимся электродом 1, непод- вижным электродом 2, постоянными магнитами 4, 5 и кольцевыми магнитопроводами б и 7 заполнены защитной жидкостью 16. В неподвижном электроде 2 имеются отверстия, в которых установлены штуцеры 14 и 15.

В работающем жидкостном токосъем- ном устройстве электрический ток с вращающегося электрода 1 передается к неподвижному электроду 2 через жидкометаллический контакт 3, удерживаемый магнитным полем постоянных магнитов 4 и 5. Магнитное поле постоянных магнитов 4 и 5 замыкается через неподвижный электрод 2. вращающийся электрод 1 и параллельно через дополнительные кольца 9. 10, незлект- ропроводную магнитную жидкость 8 и кольцевые магнитопроводы 6, 7. Лопатки 17 и 18 колец 9 и 10 создают высокоградиентное магнитное поле по краям жидкометаллического контакта 3 и магнитной жидкости 8, предотвращая их вращательное движение и увеличивая площадь контакта с вращающимся электродом 1. Лопатки 21 и 22 колец 11 и 12 предотвращают вращательное движение защитной жидкости 16, а соединительные отверстия 19 колец 9 и 10 дают возможность заполнения защитной жидкостью 16 пространства между кольцами 9,10 и вращающимся электродом 1.

Изобретение позволяет повысить надежность устройства и уменьшить эксплуатационные расходы.

Формула изобретения

Жидкостное токосьемное устройство, содержащее вращающийся цилиндрический электрод, охватывающий его неподвижный электрод и расположенный между ними жидкометаллический контакт, защитную жидкость, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения надежности и допустимых угловых скоростей, устройство снабжено двумя кольцевыми постоянными магнитами, прилегающими одноименными полюсами к торцам неподвижного электрода, а у противоположных полюсов магнитов установлено по одному кольцевому магнитопроводу, внутри каждого постоянного магнита в защитной жидкости установлено кольцо, имеющее с-обоих торцов радиально направленные лопатки, упирающиеся с одной стороны в кольцевой магнитопровод, с другой - в неподвижный электрод, внутри каждого указанного кольца концентрично установлено и соединено с ним дополнительное кольцо с радиальными отверстиями и лопатками по торцам, внешняя образующая которых выполнена под углом к цилиндрической образующей кольца, а их внутренние поверхности охватывают вращающийся электрод, вращающийся и неподвижные электроды и дополнительное кольцо выполнены из магнитного материала, между внутренним торцом каждого магнитопровода, обращенными к нему лопатками основных колец и внешней поверхностью лопаток дополнительных колец размещена неэлект- металлический контакт выполнен магнито- ропроводная магнитная жидкость, а жидко- проводным.

Использование: в электротехнике, в подводах электрического тока к вращающимся частям электрических машин и аппаратов. Сущность изобретения: устройство состоит из вращающегося цилиндрического электрода, неподвижного электрода, жид- кометаллического контакта, кольцевых постоянных магнитов, кольцевых магнитопро- водов, неэлектропроводной магнитной жидкости, дополнительных колец, основных колец, штифтов, штуцеров, защитной жидкости, а также содержит лопатки, соедини- тельные отверстия и установочные отверстия, выполненные на дополнительных кольцах, и радиальные лопатки, устано- вочные отверстия, выполненные на основных кольцах. Магнитное поле, созданное постоянными магнитами, удерживает жидкометаллический контакт и неэлектропроводную жидкость в зоне лопаток вокруг вращающегося электрода. Пространство между контактом и неэлектропроводной жидкостью заполнено защитной жидкостью. Электрический ток с неподвижного электрода на вращающийся электрод передается по жидкометаллическому контакту. 5 ил. (Л С

# Я 3 12 13,21

16

11,12

Фиг.2

7 20

3 J8 17 / / /

В

Фиг.1

11,12

Я,Н1

ЗЕШ

ъ

ртш

22 Фиг.З

20

Фиг, 4

19

фиг.5