Способ токосъема и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2309497:
Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма (ООО НПФ) "Приток" (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам, предназначенным для непрерывного токосъема и передачи сигналов между объектами, установленными с возможностью перемещения относительно друг друга. Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении надежности длительной работы (пробег щетки достигает 40000 км) токосъема как за счет обеспечения более полного сбора продуктов износа, так и за счет минимизации их количества при оптимальных значениях коэффициента трения, переходного электрического сопротивления и уровня шумов в сигнальных цепях токосъемника, при этом продукты износа в насыпном состоянии обладают высоким электрическим сопротивлением. В способе и устройстве токосъема новизной является то, что продукты износа улавливают, воздействуя как постоянным магнитным полем, так и полем центробежных сил, возникающих при вращении контактного устройства. Продукты износа собирают либо на поверхности источника магнитного поля, либо на внутренней поверхности магнитопроводящего кожуха, куда за счет действия поля центробежных сил, возникающих при вращении вала, на котором закреплено кольцо скользящей пары, продукты износа попадают через окна в корпусе токосъемника. Состав магнитомягких материалов контактной пары подбирается таким, чтобы обеспечить минимальное количество продуктов износа при допустимых значениях коэффициента трения, переходного электрического сопротивления между скользящими контактами и уровня шумов в сигнальных цепях токосъемника при частоте сигналов вплоть до 7-9 МГц. Продукты износа в насыпном состоянии имеют высокое омическое сопротивление (не менее 10 кОм), что гарантирует требуемое значение сопротивление изоляции электрических цепей скользящих контактов даже в случае их закорачивания выпадающими продуктами износа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам, предназначенным для непрерывного токосъема и передачи сигналов между объектами, установленными с возможностью перемещения относительно друг друга.
Известен способ токосъема, при котором для образования электрического контакта между элементами контактной пары воздействуют магнитным полем на порошок магнитного материала с электропроводным покрытием, при этом контактные элементы соединяются между собой [см. авторское свидетельство СССР №1163403, H01R 39/62, 1985].
Однако при использовании известного способа существует возможность замыкания соседних контактных элементов продуктами износа скользящего контакта, так как отсутствуют средства для сбора продуктов износа, что снижает надежность работы устройства.
Известно также применение магнитного поля для регулирования величины контактного нажатия между элементами контактной пары. При этом графитированная щетка снабжена пластиной из магнитного материала и обмоткой, по которой пропускают электрический ток [см. авторское свидетельство СССР №1365203, H01R 39/64, 1988].
В этом способе токосъема, так же как и в указанном выше аналоге, не решена задача сбора продуктов износа от контактных элементов скользящей пары.
Известен способ токосъема с улавливанием продуктов износа при выходе их из зоны контакта с помощью средства сбора, выполненного из пористого материала и установленного на щетке с возможностью контактирования с токосъемным кольцом [см. авторское свидетельство СССР №1081711, H01R 39/00, 1985].
Однако при этом не обеспечивается надежная работа устройства в течение длительного срока, т.к. по мере насыщения средства сбора продуктами износа снижается эффективность улавливания. Кроме того, вследствие трения материал средства сбора изнашивается, что отрицательно сказывается на работе устройства.
Необходимо заметить, что рассмотренные известные способы и устройства не могут быть использованы в конструкциях, предназначенных для длительной работы в условиях отсутствия к ним доступа извне, например на атомных и космических объектах, в том числе при работе в условиях невесомости.
Наконец, известен способ токосъема и устройства для его осуществления [см. патент России №2147151, H01R 39/00, 1998], принятый за прототип.
По этому техническому решению способ токосъема состоит в том, что продукты износа контактных элементов при выходе их из зоны скользящего контакта улавливают постоянным магнитным полем и собирают их на поверхности источника магнитного поля, при этом контактные элементы выполняют из электропроводных магнитомягких композиционных материалов, а токосъемное устройство содержит, по меньшей мере, одну контактную пару со скользящим контактом в виде щетки и токосъемного кольца, установленные соответственно на корпусе и валу, и средство сбора продуктов износа контактной пары, выполненное в виде, по меньшей мере, одного источника постоянного магнитного поля, закрепленного на корпусе с зазором относительно контактной пары.
Недостатком прототипа является недостаточная емкость магнитной системы для улавливания требуемых количеств продуктов износа, что не обеспечивает срок службы устройства хотя бы на уровне 7-10 лет.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание токосъемного устройства с длительным сроком службы без обслуживания при использовании в малогабаритных и легких конструкциях.
Сущность изобретения как технического решения выражается в совокупности следующих признаков.
Способ токосъема состоит в том, что продукты износы от скользящих контактов улавливают при выходе их из зоны скользящего контакта, воздействуя магнитным полем с последующим сбором продуктов износа на поверхности магнитного поля, и дополнительно улавливают полем центробежных сил, возникающих от вращения вала с кольцом контактной пары с последующим сбором на неподвижной периферийной внутренней магнитопроводящей поверхности. При этом состав магнитомягких композиционных материалов контактной пары подбирают таким, чтобы обеспечить минимальное количество продуктов износа при допустимых значениях коэффициента трения, переходного электрического сопротивления между скользящими контактами и уровня шумов в сигнальных цепях токосъемника, а продуктам износа технологическим путем обеспечивают в насыпном состоянии высокое омическое сопротивление.
Токосъемное устройство содержит, по меньшей мере, одну контактную пару со скользящим контактом в виде щетки и токосъемного кольца, установленные соответственно на корпусе и валу, средство сбора продуктов износа контактной пары, выполненное в виде, по меньшей мере одного источника магнитного поля, закрепленного на корпусе с зазором относительно контактной пары, и вращающегося вала с кольцом контактной пары и магнитопроводящего кожуха, закрепленного снаружи на корпусе, в котором выполнены окна вблизи контактной пары и источника постоянного магнитного поля.
На чертеже изображен общий вид вращающегося токосъемного устройства для осуществления заявленного способа токосъема.
Токосъемное устройство содержит, по меньшей мере, одну контактную пару со скользящим контактом в виде щетки 1 и токосъемного кольца 2, установленные соответственно на корпусе 3 и валу 4, и средство сбора продуктов износа контактной пары, выполненное в виде, по меньшей мере, одного источника постоянного магнитного поля 5 (на чертеже показано 2 источника магнитного поля) с закреплением его на корпусе 3 с зазором относительно скользящего контакта (щетка 1, кольцо 2). Устройство снабжено дополнительным средством сбора - магнитопроводящим кожухом 6, закрепленным на корпусе 3, в котором выполнены окна 7 вблизи контактной пары и источника магнитного поля 5.
Кроме того, щетка 1 и кольцо 2 контактной пары выполнены из электропроводных магнитомягких композиционных материалов (например, на основе композиции Fg-Ko-MoS2), обеспечивающих минимальный износ скользящего контакта и приемлемые значения коэффициента трения, переходного электрического сопротивления между скользящими контактами и уровня шумов в сигнальных цепях токосъемника.
Корпус 3 и вал 4 выполнены из немагнитных материалов, а количество источников магнитного поля 5 выбирают в зависимости от контактных пар.
Устройство работает следующим образом.
В процессе токосъема со скользящим контактом (скольжение обеспечивается за счет вращения вала с закрепленным на нем кольцом 2) при трении щетки 1 о кольцо 2 образуются продукты износа, состоящие из мелких частиц, обладающих магнитными свойствами. Средства сбора (постоянные магниты 5, вал 4 с кольцом 2, магнитопроводящий кожух 6 и окна 7 в корпусе 3) за счет дистанционного действия магнитного поля и поля центробежных сил, возникающих при вращении вала 4 с кольцом 2, переносят продукты износа либо к полюсной поверхности соответствующего источника магнитного поля 5, либо к внутренней поверхности магнитопроводящего кожуха через окна 7 в корпусе 3. На указанных поверхностях продукты износа удерживаются благодаря магнитному взаимодействию.
Таким образом, осуществляется сбор продуктов износа без контактирования средств сбора с элементами контактной пары. При этом, чем меньше продуктов износа, тем меньше требуется емкость магнитной системы. Поэтому композитный состав контактной пары, а также технология ее изготовления подобраны так, чтобы обеспечить минимальный износ при допустимых значениях коэффициента трения, переходного электрического сопротивления между скользящими контактами, уровня шумов в сигнальных цепях токосъемника (не более 5% от амплитуды электрического сигнала) и высокого омического сопротивления (не менее 10 кОм).
В результате появляется возможность создания высоконадежного длительно работающего (пробег щетки достигает 40000 км, что в конкретной конструкции соответствует 20 годам непрерывной работы устройства) токосъемника.
1. Способ токосъема, состоящий в том, что продукты износа контактных элементов от скользящих контактов токосъемника улавливают при выходе их из зоны контакта, воздействуя постоянным магнитным полем и собирая продукты износа на поверхности источника магнитного поля, при этом контактные элементы выполняют из магнитомягких композиционных материалов, отличающийся тем, что контактные элементы помещают в поле центробежных сил для дополнительного улавливания продуктов износа на периферии токосъемника, состав магнитомягких материалов подбирают таким, чтобы обеспечить минимальное количество продуктов износа при допустимых значениях коэффициента трения, переходного электрического сопротивления между скользящими контактами и уровня шумов в сигнальных цепях, а продуктам износа обеспечивают технологическим путем высокое омическое сопротивление в насыпном состоянии.
2. Токосъемное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну контактную пару со скользящим контактом в виде щетки и токосъемного кольца, установленные соответственно на корпусе и валу, и средство сбора продуктов износа контактной пары, выполненное в виде, по меньшей мере, одного источника магнитного поля, который закреплен на корпусе с зазором относительно контактной пары, отличающееся тем, что устройство снабжено магнитопроводящим кожухом, закрепленным на периферии корпуса, в котором выполнены окна вблизи контактной пары и источника постоянного магнитного поля.
