Токосъемное устройство

 

Изобретение относится к электротехнике , может быть использовано в вентильных и униполярных электрических машинах. мощных 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. Токосьемное 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.. 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з!) s Н 01 R 39/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4674120/07 (22) 03.03.89 (46) 07.09.91. Бюл. N. 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Г,Н.Фридман, Э.Б.Иртышский. И.А.Кади-Оглы, Н.П.Трифонова, А.M,Ðóáèíðàóò, А.А.Пономарева,С.Ф.Самойлов и В.Я.Солнцев (53) 621.3.047(088,8) (56) Лившиц П.С. Скользящий контакт электрических машин. — M.: Энергия, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 1101936, кл. Н О1 R 39/56, 1982. (54) ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в вентильных и 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 Hà контактных поверхностях конического подвижно. го кольца; на фиг, 3 — пазы, выполненные на контактной поверхности неподвижной шайбы; на фиг. 4 — токосьемное устройство, об,... Ж „, 1675984 А1 мощных 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., 1 табл, щий вид, разрез; на фиг. 5 — разрез А — А на фиг. 4.

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 шай1675984

10

55 бам (или наоборот). На периферии шайбы соединены между собой шпильками 9, на которых закреплены пружины 10 сжатия, обеспечивающие необходимое контактное давление на дорожках Б и В при сохранении между шайбами гарантированного зазора а, рассчитанного по величине, исходя из пол ного срока службы контактного кольца и шайб, ие менее 0,5,мм в конце срока службы.

Для передачи тока от подвижных к неподвижным элементам электрической цепи кольцо 1ишайбы 5,,6 снабжены токоподводами 11 и" 12. При вращении кольца 1 шайбы

: стопорятся от проворачивания любым изве. стным способом (шпилькой, шпонкой и др,).

: Для исключения возможности возникнове ния гидродинамического клина в быстроходных контактных узлах на конических контактных поверхностях кольца 1 выполнены по всей ширине кольца (вдоль образующей конуса) канавки 13 и 14 (фиг. 2), ширина которых t ориентировочно принята равной 0,5 — 1,5 мм. Число канавок может варьироваться в зависимости от параметров контактного узла и марки примененного контактного бальзама. Взаимное положение канавок на поверхностях контактных дорожек Б и В не регламентируется. Канавки могут быть выполнены как на подвижном кольце (фиг. 2), так и на конических поверхностях шайб 5 и.6.

С целью уменьшения потерь на трение площадь соприкосновения подвижных и неподвижных контактных поверхностей в

: предлагаемом устройстве может быть уменьшена до оптимальной величины за счет выполнения на одной из контактирующих в каждой паре поверхностей контактных дорожек Б и В по ширине контактной поверхности (вдоль образующей конуса) одного или нескольких пазов 15 (на фиг. 3 показано выполнение указанных пазов на конической поверхности неподвижных шайб 5 и 6). Ширина с и глубина h пазов варьируется в зависимости от параметров контактного узла.

Для обеспечения непрерывной подачи контактного бальзама 16 (фиг, 4) на контактные дорожки устройства снизу контактногоузла (фиг. 4) размещен блок 17 подачи бальзама с расчетом непосредственного постоянного погружения в бальзам 16 части контактной поверхности кольца 1. С целью исключения загрязнения окружающей среды продуктами износа и разбрызгивания бальзама шайбы 5 и 6 выполнены с кольце. вым выступом 18, снабженным кольцевой канавкой с уплотнительным кольцом 19, при этом кольцевой выступ расположен на внешнем торце шайбы со стороны отверстия для прохождения вала ротора 20, а со стороны 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 контактнымм дорожкам Б и В, затем по канавкам 13 и 14 или пазам 15 к зазору а между шайбами

5, 6 и поступает снова в емкость блока подачи бальзама 17. В результате ггри вращении контактного кольца 1 осуществляется непрерывная и равномерная подача бальзама по эамкнутому циклу на всю площадь контактных дорожек токосъемного устройства. Защитный щиток 21 и уплотнительные кольца 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 токосъемного 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 така 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 иэ 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 два

1675984

Износ щеток/колец, в относ. ед.

Контактное давление кг/см

Плотность тока в контакте, А/см

Переходное падение напряжения, В

Коэффициент трения

Окруж- Ширина ная ско- подвижрость, ного кольм/с ца, см

Площадь скользящего контакта, см

Допустимая нагрузка по току,А

Устройство

Известное

0,15

2,0

300

600

1,0

1,0

0,3

Предлагаемое

0,1/0,1

0,5

20,0

0,03

0,1

0,15

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- 10 раторах переменного тока. Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию узла токосъема в целом за счет исключения из нее щеток и щеткодержателей; повысить виброзащитные свойства и 15 снизить шумность до свойств, присущих подшипникам скольжения, повысить токовыЕ 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.

Формула изобретения

1. 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- 35 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 т л и ч а 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 180 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.

1675984

1675984

Фиг.5 << d с ф}

Щ

1У

Z0

Составитель В. Чернова

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор О. Хрипта

Заказ 3008 Тираж г Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101