Токосъемное устройство

. - М.; Энергия,.1974,идетельство СССРО 1 В 39/56, 1982,(54) ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО7) Изобретение относится к электротехни, может быть использована в вентильных униполярных электрических машинах,Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и может быть использовано во всех типах электрических машин с контактными кольцами.Целью изобретения является повышение токовых нагрузок при одновременном снижении плотности тока в контакте и увеличение ресурса, исключение возможности возникновения гидродинамического клина на конических поверхностях контактных шайб или контактного кольца,На фиг 1 показана контактная пара токосъемного устройства, общий вид, разрез; на фиг, 2 - канавки, выполненные на контактных поверхностях конического подвижного кольца; на фиг, 3 - пазы, выполненные на контактной поверхности неподвижной шайбы; на фиг, 4 - токасьемное устройство, обмощных турбогенераторах, синхронных двигателях и регулируемом электроприводе с асинхронными двигателями, а также в автомобильных генераторах переменного тока. Целью изобретения является повышение токовых нагрузок при одновременном снижении плотности тока в контакте и увеличении ресурса. Токосъемное устройство содержит контактный узел с подвижным и неподвижным контактными элементами, причем подвижным элементом является кольцо, выпуклая контактная поверхность которого образована коническими поверхностями двух концентрично расположенных конусов с общим основанием, а неподвижный элемент выполнен в виде двух подпружиненных металлических шайб с коническими отверстиями. 2 з,п. ф-лы, 5 ил.,разрез; на фиг. 5 - разрез А-А н Подвижным контактным элементом служит коническое кольцо 1, контактная поверхность которого выполнена выпуклой в виде двух соосных усеченных конусов 2 и 3, имеющих общее основание 4 и расположенных по разные стороны этого основания. Неподвижный элемент выполнен без щеток и щеткодержателей в виде двух шайб 5 и 6, центральные отверстия 7 и 8 которых выполнены коническими, Шайбы установлены на вращающемся кольце 1 так, что коническое отверстие каждой шайбы охватывает один из конусов кольца, образуя при сопряжении с его поверхностью коническую контактную дорожку (Б и В), через которую осуществляется транспортировка тока от кольца к шай 16759845 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бам (или наоборот). На периферии шайбысоединены между собой шпильками 9, накоторых закреплены пружины 10 сжатия,обеспечивающие необходимое контактноедавление на дорожках Б и В при сохранениимежду шайбами гарантированного зазора а,рассчитанного по величине, исходя из пол ного срока службы контактного кольца ишайб. ие менее 0,5,мм в конце срока службы.Для передачи тока от подвижных к неподвижным элементам электрической цепикольцо 1 и шайбы 5, 6 снабжены токоподводами 11 и" 12, При вращении кольца 1 шайбыстопорятся от проворачивания любым известным способом (шпилькой, шпонкой и др,).Для исключения возможности возникнове ния гидродинамического клина в быстроходных контактных узлах на коническихконтактных поверхностях кольца 1 выполнены по всей ширине кольца (вдоль образующей конуса) канавки 13 и 14 (фиг. 2),ширина которых т ориентировочно принятаравной 0,5 - 1,5 мм. Число канавок можетварьироваться в зависимости от параметров контактного узла и марки примененногоконтактного бальзама. Взаимное положение канавок на поверхностях контактныхдорожек Б и В не регламентируется, Канавки могут быть выполнены как на подвижномкольце (фиг. 2), так и на конических поверхностях шайб 5 и 6.С целью уменьшения потерь на трениеплощадь соприкосновения подвижных и неподвижных контактных поверхностей впредлагаемом устройстве может бытьуменьшена до оптимальной величины засчет выполнения на одной из контактирующих в каждой паре поверхностей контактных дорожек Б и В по ширине контактнойповерхности (вдоль образующей конуса) одного или нескольких пазов 15 (на фиг. 3показано выполнение указанных пазов наконической поверхности неподвижныхшайб 5 и 6). Ширина с и глубина Ь пазовварьируется в зависимости от параметровконтактного узла,Для обеспечения непрерывной подачиконтактного бальзама 16 (фиг, 4) на контактные дорожки устройства снизу контактногоузла (фиг. 4) размещен блок 17 подачибальзама с расчетом непосредственного постоянного погружения в бальзам 16 частиконтактной поверхности кольца 1. С цельюисключения загрязнения окружающей среды продуктами износа и разбрызгиваниябальзама шайбы 5 и 6 выполнены с кольце. вым выступом 18, снабженным кольцевойканавкой с уплотнительным кольцом 19, приэтом кольцевой выступ расположен на внешнем торце шайбы со стороны отверстия для прохождения вала ротора 20, а состороны наружного диаметра шайб устройство снабжено защитным щитком 21, закрепленным на блоке подачи бальзама.При вращении ротора 20 коническое кольцо 1, будучи погруженным в бальзам 16, захватывает и увлекает в сторону вращения часть бальзама, который под действием инерционных сил поднимается по коническим контактным дорожкам Б и В, затем по канавкам 13 и 14 или пазам 15 к зазору а между шайбами5, 6 и поступает снова в емкость блока подачи бальзама 17, В результате ггри вращении контактного кольца 1 осуществляется непрерывная и равномерная подача бальзама по замкнутому циклу на всю площадьконтактных дорожек токосьемного устройства. Защитный щиток 21 и уплотнительныекольца 19 исключают воэможность выброса продуктов износа и бальзама в окружающую среду. Неподвижные шайбы 5 и 6 по мере износа контактных дорожек под действием пружин 10 постепенно сближаются за счет наличия между ними зазора а, который,как указано выше, выбран из расчета сохранения его оптимальной величины не менее 0,5 мм после отработки полного ресурса работы токосьемного устройства.Так как контакт между вращающимся коническим кольцом 1 и неподвижными шайбами 5 и 6 осуществляется по всей площади их касания, рабочая контактная площадь предлагаемого контактного устройства в тех же габаритах существенно превышает аналогичную в сравнении с известными токосьемными устройствами, где скользящий контакт осуществляется с помощью электрощеток. Это преимущество позволяет увеличить токовые нагрузки при одновременном снижении плотности тока в контакте и в ряде случаев одновременно уменьшить габариты токосьемного устройства в целом,Уменьшение плотности тока в контакте, в свою очередь, в квадрате фижает электрические потери, что дополнительно снижает электроэроэионный износ и, повышает срок службы скользящих контактов, Снижение плотности тока в контакте в ряде случаев позволяет выполнять их не из меди и ее сплавов, а из стали, что в крупносерийном производстве может дать существенную экономию меди.В таблице приведены сравнительные данные предлагаемого и известного токосьемного устройства,Как видно из таблицы, при токовой нагрузке вдвое большей ширина подвижного кольца в новом контактном устройстве в два1675984 Износщеток/колец, в относ.ед. Контактное давление кг/см Плотность тока в контакте, А/см Переходное падение напряжения, 8 Коэф- фициент трения Площадь сколь- зящего контакта, см Ширинаподвижного кольца, см Допустимая нагрузка по току,А Окружная скорость,м/с Устройство0,15 1/1 2,0 300 600 25 1,0 1,0 0,3 Предла- гаемое 0,15 0,1/0,1 0,5 20,0 30 0,03 25 0,1 1200 раза меньше, а переходное падение напряжения и износы контактной пары на порядок меньше,В современном электромашиностроении предлагаемое устройство может быть 5 использовано в вентильных и униполярных электрических машинах, мощных турбогенераторах, синхронных двигателях и регулируемом электроприводе с асинхронными двигателями, а также в автомобильных гене раторах переменного тока. Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию узла токосьема в целом за счет исключения из нее щеток и щеткодержателей; повысить виброзащитные свойства и 15 снизить шумность до свойств, присущих подшипникам скольжения, повысить токо- выЕ нагрузки при одновременном сниже- нии плотности тока в контакте, осуществить замкнутый цикл подачи в контактную зону 20 контактного бальзама без дополнительных устройств; исключить выброс в окружающую среду продуктов износа материалов контактной пары и контактного бальзама; в ряде исполнений с низкими плотностями 25 тока в контакте контактное кольцо и шайбы выполняют не из высокоэлектропроводных марок бронзы, а из более дешевых марок стали. ЗОФормула изобретения1. Токосъемное устройство, содержащее подвижный и неподвижный контактные элементы и блок для подачи контактного бальзама в зону контакта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения токовых нагрузок при одновременном снижении плотности тока в контакте и увеличения ресурса, подвижный контактный элемент выполнен в виде кольца, контактная поверхность которого имеет выпуклую конусообразную поверхность, неподвижный контактный элемент выполнен в виде двух шайб, при этом подвижное контактное кольцо размещено внутри неподвижных контактных шайб и сопряжено своей контактной поверхностью с внутренней поверхностью конических отверстий шайб, на периферии шайбы соединены между собой шпильками и подпружинены, а блок для подачи контактной смазки размещен с возможностью непосредственного погружения в смазку контактной поверхности кольца.2, Устройство по и. 1, о тл ича ю ще ес я тем, что, с целью исключения возможности возникновения гидродинамического клина на конических поверхностях контактных шайб или контактного кольца, по ширине контактной поверхности выполнена по крайней мере одна канавка площадью 1- 80 от общей площади контактной поверхности.3. Устройство по пп. 1 - 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью исключения загрязнения окружающей среды бальзамом и продуктами износа контактных элементов, неподвижные шайбы снабжены кольцевым выступом, снабженным канавкой, в которой установлено уплотнительное кольцо, при этом кольцевой выступ расположен на внешнем торце шайбы со стороны отверстия, а со стороны наружного диаметра шайб устройство снабжено защитным щитком.нат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 роизводственно-издательский каз 3008 ВНИИПИ Госуда Тираж г венного комитета п 113035, Москва, Жизобретени ,Раушская дписноеи открытиям при ГКНТ СССР