Токосъемное устройство Советский патент 1992 года по МПК H01R39/40 

Фаг. 7

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при констру- ировании токосъемных устройств измерительных приборов, диагностических аппаратов, например компьютерного то- мографа, и электрических машин с коллекторами или контактными кольцами.

Известно токосъемное устройство, содержащее коллектор, щетку, имеющую два круглых сквозных отверстия в радиальном направлении, в которых расположены два трубчатых щеткодержателя и нажимные пружины, соединенные с опорной планкой, концы планки помещены в прорезях трубчатых щеткодержателей, причем один конец нажимных пружин прикреплен к нижней части трубчатых щеткодержателей, а другой - к опорной планке, трубчатые щеткодержатели жестко соединены с дополнительно введенной накладкой 1J.

Известно также токосъемное устройство, содержащее контртело в виде коллектора или контактного кольца, цельную или многоэлементную щетку с двумя отверстиями и двумя направляющими стержнями, на- жимную пружину прототип.

В отверстиях щетки, выполненных в радиальном направлении, установлены направляющие стержни, соединенные опорной планкой, закрепленной неподвиж- но на траверсе. Щетка контактирует с коллектором под действием нажимных пружин щеткой и опорной планкой.

Недостатком указанного устройства является расположение стержней в радиаль- ном направлении, что ограничивает геометрический ресурс щетки расстоянием от контртела до корпуса в радиальном направлении и не позволяет повысить ее срок службы, а также повысить надежность рабо- ты устройства за счет одновременного контактирования нескольких элементов, щетки. Кроме того, расположение направляющих стержней в радиальном направлении не позволяет использовать одну многоэлемент- ную щетку для замены нескольких параллельно работающих щеток, что приводит к повышению материалоемкости устройства.

Целью изобретения является снижение материалоемкости и повышение срока службы устройства за счет увеличения геометрического ресурса щетки.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что несколько па- раллельно работающих щеток, расположенных вдоль образующей контртела, выполненного в виде нескольких контактных колец или коллектора, заменяются одной многоэлементной щеткой с отверстием,

в котором размещен направляющий стержень, расположенный под острым углом ($ к образующей контртела. Токосъемное устройство содержит мно оэлементную щетку с отверстием, направляющий стержень, размещенный внутри отверстия щетки, контртело, нажимную пружину, дополнительный стержень, в котором выполнен про- дольный паз с закрепленными в нем дополнительно введенными упругими токо- проводящими пластинами с возможностью их взаимодействия с нерабочими поверхностями элементов щетки, оба стержня распо- ложены под углом / к образующей контртеле, выбранным из диапазона 5 :S/J 60°. Элементы щетки выполнены в виде пластин, расположенных под углом а к направляющему стержню, выбранным из диапазона 90° - /3 а 90° + р/2., причем оптимальным является угол а 90° Элементы щетки под действием нажимной пружины, преимущественно рулонной, перемещаются по мере изнашивания вдоль стержня. Для обеспечения устойчивости элементов щетки в тангенциальном направлении устройство снабжено дополнительным стержнем с продольным пазом, в который входят поверхности элементов щетки, противоположные поверхности контртела.

В коллекторном варианте возможен токосъем с одного из стержней или с обоих стержней. В варианте с несколькими контактными кольцами токосъем с каждого кольца производится раздельно. Для этого необходимо разместить в пазу дополнительного стержня несколько токосъемных пластин, преимущественно упругих, каждая из которых взаимодействует с поверхностями одного или нескольких элементов щетки, чьи противоположные концы контактируют только с одним кольцом. Стержни должны быть выполнены из изолирующего материала. Элементы щеток изолированы друг от друга с помощью специальных прокладок. Толщина элемента щеток меньше расстояния между контактными кольцами а. Расстояние между токосъемными пластинами больше а, аксиальный размер токосъемной пластины не превосходит ширины контактного кольца. Пружина изолирована от элементов щетки.

Выбор угла / из интервала 60° определяется габаритами машины, так как угол ft ограничен соотношением tg

| л. | 0)/Де k. r расстояния от контртела до корпуса в аксиальном и радиальном направлении соответственно, 1к - длина образующей контртела. При этом н.а относительно коротком коллекторе при относительно большом г значения В могут выбираться из интервала 45° Јр :S 60°, а на токосъемнике с 8-10 контактными кольцами и относительно небольшом г значения / 45°. При / 60° многоэлементная щетка не может заменить несколько параллельно работающих щеток, кроме / ограничен сверху соотношением (1).

Выбор / 5° также нецелесообразен, так как при этом уменьшается рабочая длина элементов щетки, равная расстоянию от отверстия до контактной поверхности, увеличивается скорость изнашивания щетки и ее геометрический ресурс уменьшается.

Геометрический ресурс щетки I определяется по формуле I и увеличивается с ростом угла Д

Значения угла # заключены в интервале 90° -/ а 90° + ft/2, так как при а 90° - ft и а 90° + р/2 повышается дила трения между элементами щетки и направляющим стержнем, увеличивается вероятность заклинивания элементов щетки. По этой же причине оптимальным является угол а 90°.

В предлагаемой конструкции, кроме рулонной,может использоваться любая нажимная пружина, действие которой направлено вдоль прямой, например винтовая цилиндрическая пружина, применение которой целесообразно в малогабаритных машинах.

На фиг. 1 представлено токосъемное устройство С четырьмя контактными кольцами, вид А; на фиг. 2 показано сечение по А-А: на фиг. 3 представлено токосъемное устройство для коллекторной машины; на фиг. 4 - сечение по А-А.

Токосъемное устройство (фиг. 1, 2) содержит 4 контактных кольца 1, направляющий стержень 2, расположенный под углом / к образующей контактных колец 1. На стержне 2 расположены элементы щетки 3 с отверстиями 4, выполненные в виде плоских пластин, расположенных под углом а 90° к стержню 2.

Элементы щетки 3 контактируют с кольцами 1 под действием рулонной нажимной пружины 5, рулонный конец которой давит на последний элемент щетки 3. Вытянутый конец пружины 5 закреплен на стержне 2, имеющем П-образное сечение, боковые стенки которого изолируют вытянутый конец пружины 5 от элементов щетки 3. Элементы щетки 3 изолированы друг от друга с помощью расположенных также на стержне

2 прокладок 6. Прокладки 6 имеют меньшие размеры, чем элементы щетки 3,и не каса- ЮТСР ни контактных колец 1, ни закрепленных на дополнительном стержне 7 упругих 5 токосъемных пластин 8, размещенных в пазу 9 стержня 7 (фиг. 2).

Стержни 2 и 7 выполнены из изолирующего материала, нагГри мер гтл8е тмассы. Прокладки б выполнены из изолирующего

0 упругого материала, например резины, эффективно поглощают вибрации щетки и способствуют повышению устойчивости контактирования. Контактные кольца 1 имеют со стороны наживной пружины 5 скос,

5 так как элементы щетки 3 в пространстве между кольцами не изнГашШа ются, rt длина их несколько больше, чем расстояние до соседнего кольца 1.

На фиг. 3, 4 показан вариант токосъем0 ного устройства для коллекторной электронной машины. В этом случае может применяться и конструкция, показанная на фиг. 1, только свободный конец стержня должен быть загнут, так как на коллектор5 ной машине свободное место для расположения стержня имеется тол ьк о с одной стороны. На длинных коллекторах обычно стоят несколько паралл ельМо работающих щеток, которые можно Заменить одной щет0 кой, представленной на фиг. 1. Так как элементы щетки в этом случае Могут быть не изолированными друг отдругаГт 0 консҐр ук- ция может быть упрощена.

На фиг. 3 представлен коллектор 1, на5 правляющий стержень 2 с загнутым концом, установленные на нем элементы щетки 3 с отверстием 4, которые прижимаются к поверхности коллектора 1 под действием рулонной пружины 5. Вытянутый конец

0 рулонной пружины 5 жестко закреплен на стержне 2, а рулонный конец давит на последний элемент щетки 3.

Дополнительный стержень 7 служит для ограничения тангенциальных смещений

5 щетки. Упругие токосъемные пластины 8 на фиг. 3 закреплены на стержне 2 и, кроме улучшения токосъема со стержГГя 2, способствуют уменьшенийГвибраций щетки в радиальном направлений. Пластины 8 могут

0 быть установлены также на боковых стенках паза 9, выполненного в дополнительном стержне 7 для поглощения тангенциальных вибраций щетки и токосъема, который в коллекторном варианте может производиться с

5 обоих стержней 2 и 7, выполненных в этом случае из токопроводящего материала (металла), так как в коллекторном варианте не нужна изоляция элементов друг от друга, Токосъемные пластины 8 в этом случае мо- гути отсутствовать.

Рулонная пружина 5 может давить рулонным концом на последний элемент щетки (в котором может быть выполнен паз для размещения рулонного конца пружины), а может давить на последний элемент через упругую накладку 10. Накладка 10 может служить для поглощения вибраций щетки и для сохранения расположения элементов щетки под углом а (на фиг. 3 а 90°).

Токосъемное устройство работает следующим образом. Элементы щетки 3, установленные на стержне 2, размещенном в отверстии 4, прижимаются к контактным кольцам 1 рулонной пружиной 5. Токосъем происходит с каждого кольца отдельно (фиг. 1) с помощью упругих токосьемных пластин 8, установленных на дополнительном стержне 7. Элементы щетки 3 и токосъемные пластины 8 изолированы друг от друга. По мере изнашивания элементы щетки 3 перемещаются вдоль стержня 2 и начинают контактировать с соседним кольцом 1, а из противоположные концы контактируют с соседней токосьемной пластиной 8. Токо- сьем с каждого кольца 1 раздельный, так как стержни 2 и 7 выполнены из изолирующего материала, элементы щетки 3 изолированы друг от друга с помощью прокладок б меньшего размера, концы которых не касаются колец 1 и токосъемных пластин 8. Изолирующие прокладки 6 целесообразно изготовлять из упругого материала, например резины. Такая щетка эффективно поглощает механические колебания и хорошо работает на токосъемниках с высокой скоростью вращения. Упругие токосъемные пластины 8 также способны уменьшать механические колебания элементов щетки 3, они могут иметь П-образную конфигурацию и быть установлены также на боковых сторонах паза в стержне 7.

Элементы щетки 3 проходят таким образом все контактные кольца 1 в результате постепенного уменьшения по мере изнашивания расстояния от отверстия 4 до контактной поверхности, и, сойдя с последнего кольца 1, переходят на свободный конец стержня 2, который может быть выполнен прямым (фиг. 1) или изогнутым (фиг. 3).

Токосъемное устройство, представленное на фиг. Заработает аналогичным образом, разница состоит только в том, что. так как не нужна изоляция элементов друг от друга, токосъем может проводиться с обоих стержней 2 и 7 или с одного из них. В этом

случае конструкция и работа устройства упрощается.

Предлагаемое токосъе,мное устройство содержит многооэлементную щетку, которая одна может заменить несколько (2-10) параллельно работающих щеток на коллекторе или на нескольких контактных кольцах. При этом достигается снижение материалоемкости, так как несколько (2-10) щеткодержателей заменяются двумя стержнями, что обеспечивает значительную экономию материала.

В предлагаемой конструкции содержится несколько возможностей для снижения

вибраций щетки, что снижает скорость ее изнашивания и повышает ее срок службы. Это расположение направляющего стержня под углом / к поверхности контртела, использование упругих токосъемных пластин

на одном или на обоих стержнях, а также использование упругих (резиновых) изолирующих прокладок между элементами щетки и упругой накладки с одной или обеих сторон пакета элементов щетки. Поэтому

целесообразно применение предлагаемого токосьемного устройства на высокоростных машинах, работающих в условиях повышенных вибраций (на транспорте).

Геометрический ресурс щетки повышается за счет использования торцевого пространства (пространство между контртелом и корпусом в аксиальном направлении).

Формула изобретения

Токосъемное устройство, содержащее многооэлементную щетку с отверстием, направляющий стержень, размещенный внутри отверстия щетки контртела в виде коллектора или контактного кольца и нажимнуюпружину,отличающееся тем. что, с целью снижения материалоемкости и повышения срока службы, оно снабжено дополнительным стержнем, в котором выполнен продольный паз с закрепленным в нем

дополнительно введенными упругими токо- ведущими пластинами, взаимодействующими с нерабочими поверхностями элементов щетки, оба стержня расположены под углом к образующей контртела, выбранного из диапазона 60°, а элементы щетки выполнены в виде пластин, расположенных под углом а к направляющему стержню, выбранным из диапазона 90° - # а 90° + ft/2.

8

А-А 9

Использование: измерительные приборы и диагностические аппараты, например, компьютерный томограф. Сущность изобретения : устройство содержит контртело в виде коллектора или нескольких контактных колец 1, многоэлементную щетку с отверстием 4, направляющий стержень 2, установленный в отверстии 4 элементов щетки 3, расположенный под углом ft к образующей контртела, причем 5° :Ј /3 60°, элементы щетки 3 выполнены в виде пластин и наклонены под углом а к направляющему стержню 2, причем 90° - - / а - 90° + ft 11. Щетка снабжена дополнительным стержнем 7, в котором выполнен паз с размещенными в нем токосъемными пластинами 8 с возможностью их взаимодействия с поверхностями элементов щетки, противоположными поверхности контртела,.причем между элементами щетки 3 установлены изолирующие прокладки 6. Токосьемное устройство обеспечивает снижение материалоемкости за счет замены нескольких параллельно работающих щеток одной многоэлементной щеткой. Увеличение срока службы устройства достигается за счет увеличения геометрического ресурса щетки, а также за счет уменьшения вибраций щетки, что позволяет понизить скорость ее изнашивания. 4 ил. (Л С

Фиг. 2