УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОСЪЕМА Советский патент 1997 года по МПК H01R39/64 

Изобретение относится к электромашиностроению, а более конкретно к конструкции устройства токосъема высокоиспользованных электрических машин, имеющих коллекторы или кольца.

Известны многочисленные конструкции устройств токосъема, содержащие щеткодержатель с закрепленной на нем токосъемной щеткой и нажимной пружиной, спиральной, винтовой или рулонной конструкции [1]
Общим признаком большинства известных конструкций устройств для токосъема является наличие в щеткодержателе направляющих поверхностей или окон, в которых устанавливаются подвижные щетки, имеющие призматическую, дугообразную или им подобную форму. По мере износа рабочей поверхности щетки, обращенной к коллектору или кольцу, щетка поступательно подается в зону скользящего контакта под действием силы, приложенной к свободному концу щетки от нажимной пружины.

Наиболее близким по конструкции является устройство для токосъема, содержащее щеткодержатель с закрепленной на нем токосъемной щеткой и нажимную пружину, прикрепленную к щеткодержателю и к щетке [2]
Недостатками прототипа являются:
1. Малый ресурс щетки на износ, хотя он несколько больше, чем для традиционных конструкций.

2. Низкий коэффициент использования щеточного материала в связи с необходимостью оставления достаточной длины щетки в щеткодержателе для обеспечения стабильного его положения.

3. Необходимость оборудования щетки токоотводящим кабелем, так как другим способом при такой конструкции щетки осуществить токоотвод трудно.

4. Неизбежность появления электроэрозии щеткодержателя, так как он будет отводить через направляющие поверхности часть тока.

Кроме указанных недостатков, имеющих место также и в обычных конструкциях, в данной конструкции имеются свои недостатки:
1. В связи с криволинейной направляющей поверхностью щеткодержателя при радиальных вибрациях щетки вследствие неровностей рабочей поверхности коллектора удары через щетку передаются на щеткодержатель. В традиционных контрукциях эти удары не передаются в связи с параллельностью направляющих поверхностей окон щеткодержателя радиусу цилиндрической рабочей поверхности коллектора, проходящему через середину ширины окна. Таким образом, динамические условия работы конструкции прототипа более тяжелые.

2. В связи с наличием давления между наружной поверхностью щетки и направляющей криволинейной поверхностью щеткодержателя возникает сила трения, которая зависит от состояния поверхностей, температуры, влажности и т.д. Таким образом вносится нестабильность в механические условия работы щеточного контакта с коллектором.

3. При износе щетки (сегментный вариант) изменяется расчетная ширина щетки. Подобный дефект устройства для токосъема недопустим.

4. Как набегающая, так и сбегающая грани щетки по отношению к поверхности контакта составляют большой угол, что обусловливает ударный вход неровностей коллектора под щетку.

5. Надежное крепление щетки в щеткодержателе с односторонней направляющей поверхностью практически осуществить невозможно.

Целью настоящего изобретения является увеличение ресурса щетки на износ, повышение использования щеточного материала и повышение надежности работы скользящего контакта при высокой скорости скольжения.

Указанная цель достигается тем, что щетка выполнена в виде полого цилиндра, контактная поверхность которого образована плоскостью, пересекающей цилиндр параллельно оси цилиндра на расстоянии от оси цилиндра, превышающем радиус осевого отверстия щетки, в отверстии установлен упругий элемент, укрепленный на стержне, который укреплен на щеткодержателе.

На фиг. 1а изображено устройство для токосъема с щеткой, выполненной в виде полого цилиндра, усеченного вдоль образующей, и нажимной пружиной рулонной конструкции, на фиг. 1б то же, разрез Б-Б; на фиг. 2а устройство для токосъема с нажимной пружиной спиральной формы, размещенной на оси со щеткой, на фиг. 2б то же, разрез Б-Б; на фиг. 3а устройство для токосъема с нажимной пружиной, размещенной на оси внутри щетки, на фиг. 3б то же, разрез Б-Б.

Устройство для токосъема на фиг. 1 содержит щетку 1, закрепленную через упругий элемент 2 (в качестве которого может быть деталь из резины ) на оси 3, установленной в щеткодержателе 4. Электрический контакт щеткодержателя 4 со щеткой 1 осуществлен посредством скобы 5, контактных колец 6 и пружинящей шайбы 7. Конец пружины 8 и упругие элементы 9 закреплены на оси 10, на которой соединены между собой скобы 5.

Для обеспечения монтажа устройства для токосъема в машине токосъемная щетка 1 выполнена в виде полого цилиндра, усеченного вдоль образующей, например, по линии "а-б". Нажимная пружина 8 прикреплена к щеткодержателю, например, осью 11 и к щетке 1, например, осью 10 с упругими элементами 9.

Во многих случаях наличие электрического контакта между собой 5 и щеткодержателем 4 будет достаточным. При изношенной щетке происходит замена деталей щетки 1 с толщиной щеточного материала, равной отрезку "б-е", и упругого элемента 2, который в принципе может использоваться вторично. При указанном направлении вращения коллектора стрелкой обеспечиваются идеальные условия входа коллекторных пластин под щетку 1, так как давление в точке "г" минимально, и набегающая грань щетки 1 является касательной к рабочей поверхности коллектора. При необходимости снятия больших токов в одном ряду могут быть установлены несколько щеток на одной оси или несколько щеткодержателей на общем пальце траверсы. При необходимости обеспечения одинаковых условий работы скользящего контакта на реверсивных машинах устанавливаются два щеткодержателя с разворотом их на 180^o.

Различные условия распределения давления на набегающем и сбегающем краях открывают возможность дополнительного улучшения коммутации путем выбора наиболее благоприятных сочетаний электромагнитных условий и механических условий работы.

Возможен второй вариант (фиг. 2), когда нажимная пружина 8 смонтирована на одной оси 3 с щеткой 1. Пружина 8 создает вращающий момент по часовой стрелке (А-А). Этот момент через ось 3 и упругий элемент 2 передается на щетку 1, создавая нажатие щетки на коллектор по линии "г-д". Ось 3 в данной конструкции поворачивается в подшипниках щеткодержателя 4.

Конструктивные отличия третьего варианта устройства для токосъема( фиг. 3) заключается в том, что щетка 1 с упругими элементом 2 снабжена внутри втулкой 12, имеющей возможность поворота вокруг оси 3, закрепленной в щеткодержателе 4 неподвижно, а нажимная пружина расположена внутри осевого отверстия щетки 1 и крепится одним концом на оси 3, а другим концом на втулке 12.

Цепь для электрического тока образована деталями, идентичными с фиг. 1.

Преимуществом данного варианта конструкции является уменьшение габаритов устройства для токосъема.

Возможны и другие варианты конструкции нажимного устройства и обеспечения цепи для электрического тока в предлагаемом устройстве для токосъема. Тем самым доказывается универсальность предложенной конструкции устройства, большие возможности исполнений в различных модификациях с сохранением основной идеи. Так, в принципе, имеется возможность подразделения щетки на несколько частей в осевом направлении, варьировании величиной оставшейся толщины щеточного материал (отрезок "б-е").

Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения может быть определена из сопоставления с традиционными конструкциями устройств для токосъема.

1. Ресурс щетки увеличивается в 3-4 раза по сравнению с обычными конструкциями за счет увеличения "эффективной высоты" щетки (за счет использования длины окружности цилиндра), что позволяет уменьшить в этом же отношении количество потребляемых щеток и уменьшить число ремонтных операций, связанных с заменой щеток в эксплуатации.

2. Коэффициент использования щеточного материала повышае тся в 2-3 раза, что позволяет сократить производство щеточного материала.

3. Предлагаемая конструкция устройства для токосъема в связи с отсутствием направляющих поверхностей или окон для щеток позволяет располагать щеткодержатель произвольно в плоскости, перпендикулярной к оси коллектора, что в свою очередь позволяет удалить щеткодержатель от коллектора, освободить пространство над коллектором, что важно для высоковольтных машин.

4. Улучшение условий работы скользящего контакта в конечном счете, повысит надежность и долговечность работы машин, уменьшит износ коллектора и щеток и сократит затраты на обслуживание.

Устройство для токосъема, содержащее щеткодержатель с закрепленной на нем токосъемной щеткой и нажимную пружину, прикрепленную к щеткодержателю и к щетке, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса щетки на износ и повышения надежности работы скользящего контакта, щетка выполнена в виде полого цилиндра, контактная поверхность которого образована плоскостью, пересекающей цилиндр параллельно оси цилиндра на расстоянии от оси, превышающем радиус осевого отверстия щетки, а в отверстии установлен упругий элемент, укрепленный на стержне, при этом последний закреплен на щеткодержателе.

Устройство для токосъема, содержащее щеткодержатель с закрепленной на нем токосъемной щеткой и нажимную пружину, прикрепленную к щеткодержателю и к щетке, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса щетки на износ и повышения надежности работы скользящего контакта, щетка выполнена в виде полого цилиндра, контактная поверхность которого образована плоскостью, пересекающей цилиндр параллельно оси цилиндра на расстоянии от оси, превышающем радиус осевого отверстия щетки, а в отверстии установлен упругий элемент, укрепленный на стержне, при этом последний закреплен на щеткодержателе.