Конактное коммутирующее устройство Советский патент 1977 года по МПК H01R39/00 

1

Изобретение относится к контактным коммутирующим устройствам электрических машин и аппаратов и может найти наибольшее применение в авиационных и наземных тран спортных двигателях и генераторах.

Известны контактные коммутирующие устройства, в которых передача тока на коллектор производится катгашимся элементом например жестким контактным кольцом, в двигателе постоянного тока с катящимся ротором. В этом двигателе контактное кольцо размещено соосно с ротором, жестко с ним связано и установлено внутри цилиндрического коллектора эксцентрично с ним, причем наружный диаметр контактного кольца меньше внутреннего диаметра коллектора. Токопередача от контактного кольца к коллектору осуществляется через линию их соприкосновения, которая перемещается по поверх- ности коллектора при обкатывании по нему кольца. Ток к кольцу подводится посредством скользящего контакта ij.

Положительным свойством этого коммутирующего устройства является низкая ;относительная скорость перемешеш-гя контактирующих элементов.

Недостатком известного устройства является наличие при его работе значительных динамических вибраций вследствие эк. сцентричкого расположения осей контакти- руюишх элементов. В связи с этим -худпш,- ется коммутация и ускоряется износ контакных поверхностей. Кроме того, слож-ности передачи контактному кольцу необходимого вращающего усилия применение устройства ограничивается двигателями с катящимся ротором.

Известно также токосъемное устройство, содержащее гибкие электропроводные кольца. Однако это устройство предназначено для снятия тока с быстро вращающегося контактного кольца и не может быть использовано для коммутации цепей электрических мащин и аппаратов ( .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является контактное коммутирующее устройство, содержащее так называемые щетки качения. Это токосъемное устрой- ство содержит гибкий кольцевой замыкающий элемент, выполненный в виде бесконечн ной ленты, непрерывный контакт которой с коллектором обеспечивается генератором механических деформаций, состоящим из двух вращающихся шкивов, размещенных на неподвижных токоподводящих осях |j3J. В процессе работы устройства генератор механических деформаций обеспечивает взаимодействие кольцевого замыкающего элемента и коллектора, при этом ток от токопод- водящих осей через щкивы, которые играют роль жестких токоподводов, и гибкий кольцевой замыкающий элемент поступает на пластины коллектора. Благодаря такой конструкции коммутирую щего устройства исключается трение скольжения в контактной паре: гибкий токоподво- дящий элемент - коллектор, что особенно важно для высотных электрических мащин. Однако в известном устройстве сохраняется контактная пара с трением скольжения на участка: неподвижная ось-вращающийся щки Известное устройство занимает много мест скорость движения гибкой электропроводной ленты очень большая и равна окружной скорости поверхности коллектора, что обуславливает быстрый износ электропроводной лен ты, а значит и низкую долговечность всего коммутирующего устройства. Кроме этого, известное коммутирующее устройство не может быть использовано в обращенных электрических машинах с неподвижной якорной обмоткой и вращающимся индуктором. Цель изобретения - обеспечение коммутации электрических мащин с неподвижной якорной обмоткой, повышение надежности и снижение трения в контактных поверхностях. Указанная цель достигается тем, что в известном контактном коммутирующем устройстве, содержащем коллектор, жесткий токоподвод, генератор механических деформаций, гибкий кольцевой замыкающий элемент, электрически связанный с токоподводом, коллектор и жесткий токоподвод закреплены неподвижно относительно друг друга, причем кольцевой замыкающий элемент размещен соосно с коллектором с радиалЕ.- ным зазором. На фиг, 1 показано контактное коммутирующее устройство с механическим генератором волн деформации, расположенным внутри контактного кольца, продольный разрез:, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - коммутирующее устройство с электромагнитным генератором волн деформации, продольный разрез; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 3. Контактное коммутирующее устройство содержит коллектор 1, выполненный из отдельных электропроводных пластин 2 с изолирующими прокладками 3, жесткий кольцевой токоподБОД 4 и гибкий кольцевой замыкающий элемент 5. Коллектор 1, жесткий кольцевой токоподвод 4 и гибкий кольцевой замыкающий элемент 5 размешены соосно, а коллектор 1 и жесткий кольцевой токоподвод 4 закреплены в корпусе 6 неподвижно относительно друг друга с диэлектрическим зазором 7. Гибкий кольцевой замыкающий элемент 5 связан с механическим генератором волн деформации 8 и размешен с радиальным зазором с возможностью одновременного электрического контакта с коллектором 1 и жестким кольцевым токоподводом 4. Механический генератор волн деформации 8 расположен внутри гибкого кольцевого замыкающего элемента 5 и состоит из водила 9 и роликов 10, свободно вращающихся на осях 11 водила 9. Ось вращения водила 9 совпадает с осью установки коллектора 1, жесткого кольцевого токопод- вода 4 и гибкого кольцевого замыкающего элемента 5. Устройство работает следующим образом. Водило 9 приводится во вращение от вала электрической машины. Ролики 10, вращаясь на осях 11 водила 9, непрерывно деформируют гибкий замыкающий элемент 5. В гибком замыкающем элементе 5 возбуж- даются две волны деформации (от каждого ролика - своя волна), которые своими вершинами замыкают пластины 2 коллектора 1 с жестким кольцевым токоподводом 4. Так как длина окружности гибкого замыкаюшего элемента 5 отлична от длины окружности расточки коллектора 1, то гибкий замыкающий элемент 5 начинает обкатываться по расточке коллектора 1 в сторону, противоположную направлению вращения вала электрической машины и водила 9. Угловая скорость вращения гибкого замыкающего элемента 5 значительно отличается от угловой скорости вращения водила 9 и может быть рассчитана по формуле D,, где В, - диаметр расточки коллектора; В - диаметр окружности гибкого замыкающего элемента,: Ш - угловая скорость вращения водила; О) - угловая скорость вращения гибкого замыкающего элемента. Например, если Ш 3000 об/мвгн, Д 10 см, D. 9,1 см, тосУ; 300 об/мин. Таким образом, скорость обкатывания гиб кого замыкающего элемента по расточке коллектора будет в 10 раз меньшей, чем скорость вращения водила 9. (Скорость вр щения роликов, наоборот, значительно выш скорости вращения водила). В случае необходимости коммутирующее устройство может быть выполнено с электромагнитным генератором волн деформаци (фиг. 3 и фиг. 4). Электромагнитный генератор волн дефор мации образован магнитной системой стато ра 12 с намагничивающей обмоткой 13 и магнитопроводом 14 гибкого ротора 15. В корпусе 6 коммутирующего устройства, кроме магнитной системы статора 12, раз мещены коллектор 1 и жесткий кольцевой токоподвод 4. Гибкий кольцевой замыкаю ший элемент образован укрепленными на гибком роторе 15 двумя гибкими электропроводными кольцами 16 и 17, связанными проводником 18. Коммутирующее устройство с электрома нитнымгенератором волн деформации работает следующим образом. В обмотку 13 статора 12 подают переменный ток, создающий вращающееся маг нитное поле. Синхронная с магнитным полем статора перемещается волна деформации ротора, которая замыкает пластины 2 коллектора 1 с гибким кольцом 16, а через него и гибкое кольцо 17 с жестким кольцевым токоподБодом 4. В данном контактном коммутирующем устройстве коллектор и жесткий токоподвод в процессе работы остаются неподвижными а перемещается только кольцевой замыкающий элемент, который под действием генератора механических деформаций обкатывается одновременно по поверхностям коллектора и жесткого токоподвода, перекрывая Кольцевой зазор между ним и коллектором. При этом за счет малой разницы длин окружностей коллектора и замыкающего элемента скорость обкатывания замыкающего элемента незначительна, в силу чего скорость износа контактных поверхностей и трение резко снижаются. В устройстве отсутствуют узлы с трением скольжения в контактных поверхностях, благодаря чему повышается надежность конструкции при работе на высотных электрических машинах, и неподвижное размещение коллектора и жесткого токоподвода позволяет использовать его Для коммутации электри;Ческих машин с неподвижной якорной обмоткой. Формула изобретения Контактное коммутирующее устройство, содержащее коллектор, жесткий токоподвод, генератор механических деформаций, гибкий кольцевой замыкающий элемент, электрически связанный с токоподводом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения коммутации электрических машин с неподвижной якорной обмоткой, повышения надежности и снижения трения в контактных поверхностях, коллектор и жесткий токоподвод закреплены неподвижно относительно друг друга, при этом замыкающий элемент размешен соосно с коллектором с радиальным зазором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 2378668, кл. 31О-46, 1945. 2.Авторское свидетельство N5355703, кл. Н 01 R 39/00, 1971. 3.Патент Польши Хо4510О, кл. 21 d 64/01, 1956 - прототип.

иг.З

Б- Б

7J

12

игЛ