Жидкометаллическое токосъемное устройство Советский патент 1980 года по МПК H01R39/00 

(54) ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к коммутации вращающихся электрических контактов и может быть использовано в униполярных и других электрических машинах.

Известно токосъемное устройство, предназначенное для коммутации с помощью жидкого металла вращающихся и неподвижных контактов, содержащее вращающийся и неподвижный контакты, в зазоре между которыми расположен жидкий металл 1 .

Однако устройство с кольцевым жидкометаллическим контактом устойчиво работает до сравнительно невысоких (20-30 ) линейных сксфостей вращающего контакта.

Известно также устройство, работающее при более высоких скоростях 2.

Однако при повышении скорости жидкий металл начинает вытесняться из межконтактного зазора. При вытеснении жидкого металла из контактной зоны он стремится к перетеканию от периферии к центру и попаданию в неконтактный зазор, а также в подшипниковые узлы, что нарушает работу устройства или машины, для уменьшения этого перетекания необходимо использовать различные перегородки, ребра и дру,11 авиитв 1 I

. :..:-.

J

гие элементы, расположённые в контактном зазоре.

Известно также устройство, содержашее вращающийся и неподвижный контакты, контактирующие через жидкий металл, и электромагнитную систему предотвращения утечек жидкого металла.

В качестве этой системы использован индуктор магнитного поля, для чего вращающийся контакт выполнен с равномерно распределенными по окружности отверстия10ми, в которые установлены постоянные магниты. Устройство содержит также внешнее напорное устройство для непрерывной прокачки жидкого металла через контактную зону 3.

Недостатком известного устройства яв15ляется наличие внешнего жидкометаллического контура с напорным устройством, что усложняет его конструкцию, эксплуатацию, а также увеличивает объем жидкого металла, необходимый для работы.

Цель изобретения - повышение надеж20ности циркуляции проводяшего материала через контактный зазор без внешнего напорного устройства при увеличении скорости вращения контакта.

Указанная цель достигается тем, что в известном жидкометаллическом токосъемном устройстве, содержащем вращающийся и неподвижный контакты, и токопроводящий материал, например жидкий металл, их замыкающий, а также неконтактный зазор электромагнитной системы предотвращения в него утечек, вращающийся контакт содержит выступы, расположенные по обе стороны его торцов, неподвижный контакт содержит статор, охватывающий выступы и образующий между торцами вращающегося контакта неконтактный зазор электромагнитной системы предотвращения утечек, а также полость, частично заполненную порцией жидкого металла, одна часть полости, расположенная между статором с неконтактным зазором и вращающимся контактом, сообщена с другой частью полости, расположенной между неподвижным и вращающимся контактом, с помощью радиальных отверстий, размещенных по окружности во вращающемся контакте.

Кроме того, выступы вращающегося контакта содержат кольцевые углубления, которые соединяют радиальные отверстия между собой; во вращающемся контакте выполнены осевые отверстия, которые соединяют части полости, расположенные со стороны его торцов; радиальные отверстия расположены между выступами и соединены с осевыми отверстиями; статор снабжен кольцевыми перегородками, которые расположены между выступами вращающегося контакта и статором.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - вариант выполнения устройства; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Токосъемное устройство содержит неподвижный контакт 1 и вращающийся контакт 2, которые замыкаются при помощи токопроводящего материала, например жидкого металла 3, Неподвижный контакт снабжен статором 4, а вращающийся контакт - выступами 5. Статор 4 охватывает выступы 5 и образует с вращающимся контактом неконтактный зазор 6 электромагнитной системы предотвращения утечек, которая содержит индуктор магнитного поля в виде постоянных магнитов 7, равномерно распределенных по окружности в контакте 2. Полость, образованная статором совместно с неподвижным контактом, частично заполнена порцией жидкого металла 3. Одна часть этой полости 8 между статором 4 и неконтактным зазором 6 и выступом 5 соединена радиальными отверстиями 9 с другой частью 10 этой полости, расположенной на периферии, вращающегося контакта 2. В выступах 5 выполнены кольцевые углубления 11, соединяющие радиальные отверстия 9. Во вращающемся контакте 2 выполнены осевые отверстия 12, соединяющие полости 8, расположенные по обе стороны от вращающегося контакта. Статор 4 содержит кольцевые перегородки 13, расположенные в полости 8. Радиальные отверстия 9 соединены непосредственно с осевыми отверстиями 12.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

В связи с тем, что вращающийся контакт выполнен из немагнитного материала, а в нем расположены постоянные магниты, магнитный поток которых ориентирован параллельно оси вращения контакта, распределение магнитного потока в неконтактном зазоре 6 между статором и вращающимся контактом носит периодический характер. Этот период соответствует количеству магнитов. При вращении подвижного контакта

происходит также вращение кривой распределения магнитной индукции в зазоре. Таким образом, магнитную индукцию в зазоре можно представить состоящий из постоянной составляющей, которая неподвижна в пространстве, и гармонических составляющих, вращающихся с той же угловой скоростью.

В полость, образованную статором с неподвижным контактом, заливают порцию

жидкого металла. При вращении контакта до критической скорости жидкий металл занимает устойчивое положение в форме кольца в полости 10. При достижении критической скорости жидкий металл начинает вытесняться из контактного зазора, перемещается к оси вращения и попадает в полость 8. При движении по поверхности статора жидкий металл 3 попадает в зону действия вращающегося магнитного поля индуктора 7. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с жидким метал лом возникают электромагнитные процессы, подобные процессам в короткозамкнутом роторе двигателя асинхронного типа. Под действием электромагнитного вращающегося момента жидкий металл начинает вращаться, возникает центробежная сила, под действием которой жидкий металл отбрасывается из зоны действия вращающегося магнитного поля и попадает на внутреннюю поверхность выступов 5. По радиальным отверстиям 9 жидкий металл уже под действием центробежной силы вращающегося контакта попадает в контактную зону, в полость 10 и коммутирует контакты 1 и 2,

Путь жидкого металла показан на фиг. 1 и 2 стрелками.

Для того, чтобы жидкий металл, отброшенный на выступы, надежнее попадал в радиальные отверстия, на выступах со стороны полости 8 выполнены углубления 11,

соединяющие радиальные отверстия и улучщающие сток жидкого металла к ним.

Для того, чтобы обеспечить симметрию объема жидкого металла, обтекающего вравдающийся контакт с двух сторон по контактному зазору, во вращаювдемся контакте выполнены осевые отверстия 12, соединяющие полости 8 и углубления 11, расположенные по обе стороны контакта и, следовательно, уравнивающие объемы жидкого металла, находящиеся в каждом углублении.

Для упрощения конструкции радиальные отверстия соединяют непосредственно с осевыми, как показано на фиг. 2, что делает их общими для обоих полостей.

Чтобы при остановке вращающегося контакта исключить сток жидкого металла в неконтактный зазор, на торцах статора выполнены кольцевые перегородки, расположенные в полости между выступом и статором.

Устройство может работать не только на жидком металле, но и при использовании других электропроводящих материалов, например твердометаллических, представленных в виде металлического порощка, гранул или зерен.

Токосъемное устройство обеспечивает повыщение надежности циркуляции проводящего материала через контактный зазор без внещнего напорного устройства и расщиряет при этом диапазон скоростей вращающегося контакта. Этот эффект достигается использованием электромагнитной системы предотвращения утечек в неконтактный зазор с сочленением элементов вращающегося и неподвижного контактов, позволяющих получить внутренний замкнутый контур для потока жидкого металле. Этот контур может быть использован при заполнении устройства порцией металлического порощка, что расщиряет ассортимент проводящих материалов в зависимости от области применения устройства, условий его эксплуатации.

Формула изобретения

1. Жидкометаллическое токосъемное устройство, содержащее вращающийся и неподвижный контакты, токопроводящий материал, например жидкий металл, их замыкающий, и электромагнитную систему предотвращения утечек токопроводящего

материала, имеющую неконтактный зазор, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности циркуляции проводящего материала через контактный зазор без внешнего напорного устройства при увеличении

скорости вращения контакта, вращающийся контакт снабжен выступами, которые расположены по обе стороны от его торцов, неподвижный конгакт содержит статор, который охватывает упомянутые выступы, а неконтактный зазор электромагнитной системы предотвращения утечек расположен между статором и торцами вращающегося контакта, при этом между неподвижным контактом со статором и подвижным контактом образована полость, которая частично заполнена токопроводящим материалом, часть этой полости, расположенная между статором, неконтактным зазором и каждым из торцов вращающегося контакта, сообщена с другой частью этой полости, которая расположена между неподвижным и вращающимся контактами, с помощью радиальных отверстий, которые размещены по окружности во вращающемся контакте.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выступы вращающегося контакта содержат кольцевые углубления, которые соединяют упомянутые радиальные отверстия между собой.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что во вращающемся контакте выполнены осевые отверстия, которые соединяются части полости, расположенные со стороны его торцов.

4.Устройство по пп. 1, 2 и 3, отличающееся тем, что радиальные отверстия расположены между выступами и соединены с осевыми отверстиями.

5. Устройство по пп, 1, 2, 3 и 4, отличающееся тем, что статор снабжен кольцевыми перегородками, которые расположены между выступами вращающегося контакта и статором.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Бертинов А. И. и др. Униполярные электрические мащины. М., «Энергия, 1966

2.Авторское свидетельство СССР № 389589, кл. Н 01 R 39/00, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2458083 24-07, кл. Н 01 R 39/00, 1977.

ZJ(-b)

cpae.f

(