CN1383238A - 一种长效旋转电接触装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有较长使用寿命的旋转电接触装置,包括有旋转电接触件和静止电接触件,旋转电接触件和静止电接触件安设在封闭的壳体中,壳体中充有绝缘润滑液。按上述方案,所述的旋转电接触件为滑环(汇流环、集电环)或换向器(换向子、整流子),所述的静止电接触件为电刷,包括刷丝、碳刷。本发明可使旋转电接触器件得到最充分的润滑,使得摩擦力和磨损大为减少,有利于提高接触电阻的稳定性,利用绝缘润滑油的流动和循环使电接触副得到较充分的冷却,使它们在较低的温度上工作,从而提高旋转电接触器件的负荷能力。本发明还使得旋转电接触器件具备了在水下、真空、强腐蚀介质等条件下防止外界有害物质进入器件内的功能。

Description

一种长效旋转电接触装置

技术领域

本发明涉及一种具有较长使用寿命的旋转电接触装置，旋转电接触泛指以旋转方式作相对运动的电接触器件，包括电刷、集电环、差动汇流环以及电子元器件中的旋转式电位器、旋转式开关等以旋转方式作相对运动的电接触器件。

背景技术

旋转电接触器件在电机、电器和仪器仪表中广泛使用，其工作过程中不可避免地存在摩擦和磨损，为减少摩擦和磨损，延长旋转电接触器件工作寿命，目前采用的技术措施为：

1、在金属表面涂固体润滑剂涂层，如石墨、二硫化钼、二硒化铌、接点固体润滑剂BY-2、“823”等；

2、电刷用固体自润滑材料石墨制造；

3、采用导电金属与固体润滑剂制成的复合材料，如Ag-MoS2-C等；例如：申请号92215456，发明名称为石墨-铜石墨复合材料电刷所公开的技术；

4、采用了风力吹除，沟槽容纳、人工清理等方法解决磨损产物问题，例如：申请号92244438，发明名称为差动滑环所记摘的技术方案。

在通常使用条件下，上述技术措施可在一定程度上减少摩擦和磨损，延长旋转电接触器件使用寿命。但上述技术措施仍然有以下不足之处：

1、由于固体润滑剂的润滑能力不如液体润滑剂，又不可能涂得太厚(太厚则成了绝缘层)，润滑不够充分，并且固体润滑剂易随磨损产物带走，后期磨损较快。

2、在实践中有时也在金属表面涂液体润滑剂(如矿物润滑油)，在较短的时间内可以减小摩擦和噪声，但仅能作为临时性措施，因为液体润滑剂容易挥发走失，且易扩散到绝缘表面，使得金属表面和绝缘表面都容易粘附灰尘及磨损产物，反而增加磨损，并且导致短路，所以一般视为禁忌。

3、不能将磨损产物有效地带走。实践证明：磨损产物常常吸附和沉积在集电环各环之间或换向器各换向片之间的绝缘层表面，导致绝缘失效。这是旋转电接触器件失效的重要原因之一。而且这种失效模式出现的时间比因电接触副磨损失效出现的时间更难以预计。以往采用的风力吹除、换向器沟槽容纳等方法并不能彻底解决这个问题，要靠人工经常清扫维护。

4、为了防止金属表面因氧化而影响接触电阻的稳定性，常需要使用贵金属。

5、不兼有在特殊环境下的保护作用，例如在水下、真空或者腐蚀性介质中使用。

由于上述因素的制约，旋转电接触器件常成为某些系统中昂贵而寿命最短的环节，又由于它在系统中所处的位置，难以备份或切换。在人员无法接近的环境中，常导致整个系统失效。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术存在的不足而提供一种摩擦和磨损小，使用性能稳定，有效使用寿命长的旋转电接触装置。

本发明采用的技术方案为：包括有旋转电接触件和静止电接触件，其不同之处在于旋转电接触件和静止电接触件安设在封闭的壳体中，壳体中充有绝缘润滑液。

按上述方案，所述的旋转电接触件为滑环(汇流环、集电环)或换向器(换向子、整流子)，所述的静止电接触件为电刷，包括刷丝、碳刷。

在壳体中旋转电接触件和静止电接触件工作的空间可充满绝缘润滑液，使旋转电接触器件浸没在绝缘润滑液中工作。

所述的绝缘润滑液可以选用矿物润滑油、合成润滑油，如硅油、硅酸酯、磷酸酯、氟油、酯类油、合成烃油和动植物油脂等。

为了监视绝缘润滑液的液面高度，可以设置液位指示装置。

针对转速高电流大的重负荷旋转电接触装置磨损产物较多的情况，可以设置绝缘润滑液的净化装置或循环净化装置，使得绝缘表面和绝缘润滑液都保持洁净，防上上可能产生的短路，循环净化装置中可设置过滤器，可在旋转电接触件的转轴上安设泵作为循环净化装置的动力。

当本发明的装置在水下、强腐蚀介质等条件下工作时，为防止外界有害物质进入壳体内以及壳体内绝缘润滑液的过快流失，可以设置一压力均衡装置使壳体内外等压，或者设置一压力补偿装置使壳体内压略高于外压。

本发明的有益效果在于：

用绝缘润滑液浸没旋转电接触器件，有以下四方面的作用：

1、悬浮洗涤作用

旋转电接触器件浸没在绝缘润滑液中的工作状态，与“在金属表面涂液体润滑剂”的工作状态截然不同。足够数量的液体使磨损产物悬浮分散悬浮在液体中，对金属表面和绝缘表面产生洗涤作用，使之保持洁净。这样既防止了金属表面磨损的加剧，又防止了绝缘表面短路。并且因此可以通过增加电接触副的实体尺寸来实现足够长而可靠的工作寿命。

一般情况下，由于重力作用，磨损产物最终沉淀在装置底部。磨损产物产生较快时，净化系统使得绝缘润滑液仍可以保持洁净，可以防止可能产生的短路。

2、润滑作用

由于旋转电接触器件得到最充分的润滑，使得摩擦力和磨损大为减少。

3、导热作用

由于液体的导热能力远高于空气，因此利用绝缘润滑油的流动和循环使电接触副得到较充分的冷却，使它们在较低的温度上工作，从而提高旋转电接触器件的负荷能力。

4、保护作用

绝缘润滑液隔绝了空气的氧化作用，使得磨损大为减少，并有利于提高接触电阻的稳定性，且不需要使用贵金属材料。

由于旋转电接触器件中充满绝缘润滑液，加上压力均衡装置或压力补偿装置的作用，还使得旋转电接触器件具备了防止外界有害物质进入器件内的功能。因此采用本发明的旋转电接触器件，可以在水下、真空、强腐蚀介质等恶劣环境中工作。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的正剖视图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图3为本发明第二个实施例的剖视图，也为图4中的C-C剖视图。

图4为图3中的B-B剖视图。

图5为本发明第三个实施例的正剖视图。

图6为本发明第四个实施例的正剖视图。

图7为本发明第五个实施例的正剖视图。

图8、图9为本发明第六个实施例的示意图。

图10为本发明第七个实施例的正剖视图。

图11为图10中刷架部件的放大图。

图12为图11中的D-D剖视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

第一个实施例如图1、2所示，包括有一密闭的壳体11，壳体两端安有密封圈7，壳体内安设有两个半圆弧块状的电刷架16a，电刷架通过扭簧15上下对应安设有片状电刷14a，片状电刷可沿轴向间隔排列安设，每一排可上下左右设置4片，左右两片用隔板17隔开，片状电刷与电刷引出线8相连，由此构成静止电接触件；在电刷架所构成的圆孔内设置有滑环轴12，滑环轴的周向对应于片状电刷沿轴向间隔安设有一排滑环10，滑环轴的两端由轴承18支承，滑环通过滑环引出线13与电源或信号源相接，由此构成旋转电接触件；整个壳体内充满有绝缘润滑液，并通过滑环轴上开设的油孔9，使整个壳体内的绝缘润滑油上下贯通，在壳体外安设有一绝缘润滑液循环过滤净化装置1，该装置包括有泵4和电机3，泵的输入管路中串接有过滤器5，并配置压差计6，然后输入管路与壳体内下端的油腔相连通，泵的输出管路与壳体内上端的油腔相接，输出管路中可安设液位计2，以观察壳体内绝缘润滑液的液面高度。

本发明的第二个实施例如图3、4所示，它与上一个实施例的主要差别在于在旋转电接触件与静止电接触件之间设置有导电滚珠22，每排导电滚珠与滑环10相对应，由保持架21将各电导滚珠安设定位，保持架的下端与推力轴承19相接，导电滚珠的外周与静止电接触件相导通，静止电接触件由电刷架16b和弓形电刷丝14b及压紧销23构成，其中弓形电刷丝的中部嵌入电刷架上开设的窄槽20中，其它部分结构与上一个实施例相同。

本发明第三个实施例如图5所示，为一种盘状集电环，壳体内安设有相间隔的电刷盘24，电刷盘上向外伸出有电刷丝14c，构成静止电接触件，电刷丝14c与电刷引出线8相接通，而旋转电接触件则由转轴25和与转轴相联的集电环盘26构成，集电环盘上的集电环10相互隔绝并与滑环引出线13相连，其余部分的结构与第一个实施例相同，壳体内上下油腔中均开设有油孔9。

第四个实施例如图6所示，为一种设有绝缘润滑液内循环沉淀净化装置的集电环，它与第一个实施例的主要差异在于滑环轴上方安装有一叶轮27，叶轮为直片式叶轮，可与滑环轴12一起转动，在电刷架16c的外侧与壳体之间设置有流道28，流道与电刷架下部开设的斜油孔29和径向油孔32相导通，通过它们进入电刷架与滑环之间的空隙33，同时经下通道30与壳体下端的环状容屑槽31相通，这样当集电环工作时，叶轮随滑环轴一起转动，驱动壳体内的绝缘润滑油上下循环流动，循环流动时，由于磨损产物的重力作用，在流径流道28时，沉降至环状容屑槽中，由此而对绝缘润滑油起到净化的作用。

第五个实施例如图7所示，也是一种设有绝缘润滑液内循环过滤加沉淀净化装置的集电环，它与第四个实施例的主要不同之处在于在电刷架16d的下端安设有一齿轮座35，齿轮座上安设有一叶轮27，叶轮可为直片式叶轮，叶轮的驱动端通过一组变速(增速)齿轮组34与滑环轴12相联，直片式叶轮所运转的油腔一侧与流道28相连通，下端则与容屑槽31相通，并安设有滤网36，容屑槽的一侧经下通道30与电刷架的内腔即电刷架与滑环之间的空隙33相连通。

本发明第六个实施例如图8、9所示，当本发明的装置在水下、强腐蚀介质等条件下工作时，为防止外界有害物质进入壳体内以及壳体内绝缘润滑液过快地流失，可以设置一压力均衡装置37与壳体内腔的绝缘润滑液相连通。压力均衡装置由皮囊38和开有通孔41的外壳39构成，皮囊中充满比重大于外界介质的绝缘润滑液并通过管路42与壳体11内腔43相导通，皮囊下端可设有一承压板40，用于皮囊底部的承压。当本装置在水下工作时，水经通孔41进入外壳内作用皮囊38，通过皮囊把水压传递给安有旋转电接触件的壳体内腔，使壳体内外的压力相同，这样可以减小机械密封连接处44的压差，增强密封件的密封性能和使用寿命。根据情况还可在承压板40下设置压力补偿装置，压力补偿装置由与承压板相连的导杆49和套装在导杆上的弹簧48构成，用对于皮囊压力的补偿，以使壳体内腔的绝缘润滑液的压力略高于外部介质的压力，有效防止外部有害介质进入壳体内部，由此构成压力均衡补偿装置46。在皮囊中可安设绝缘润滑液余量传感器47，以便及时了解皮囊中的油液情况。

第七个实施例如图10、11、12所示，为一种水下工作的有刷直流电机，电机壳体64与伞齿轮箱壳体56联成一体。电机包括定子59和转子60，转子上端联接有换向器61为旋转电接触件，换向器的外周安有刷架62，刷架包括有刷架座66，刷架座内换向器的两侧配置有导电滚轮70，导电滚轮与滑块68相连构成静止电接触件，滑块后端配有压紧弹簧67，刷架座内开设有进油孔69和回油孔71，回油孔与导电滚轮处相导通，并经管路50与过滤器65的输入端相接。在电机轴58的上端还经联轴器52与一齿轮泵51相接，齿轮泵的输入端接过滤器65，并配置压差计6，输出端经管路63与刷架的进油孔相接。电机轴的下端经机械密封装置44与伞齿轮传动机构相接，伞齿轮传动机构由一对伞齿轮副57构成，侧向为动力输出轴55，并配置有机械密封装置44，伞齿轮传动机构安设在与电机壳体相连的伞齿轮箱壳体56中，箱体中充满润滑油，且箱体内腔与一压力均衡补偿装置46相连，用以增加箱体内的润滑油的压力，加强密封。此外，在电机壳体下方配置有一压力均衡装置37，与电机壳体64内的绝缘润滑油相导通，电机壳体和密封箱体上均设有油液绝缘电阻测量装置53和透明油标54。

Claims (18)

1、一种长效旋转电接触装置，包括有旋转电接触件和静止电接触件，其特征在于旋转电接触件和静止电接触件安设在封闭的壳体中，壳体中充有绝缘润滑液。

2、按权利要求1所述的长效旋转电接触装置，其特征在于所述的旋转电接触件为滑环(汇流环、集电环)或换向器(换向子、整流子)。

3、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于所述的静止电接触件为电刷，包括刷丝、碳刷。

4、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于在壳体中旋转电接触件和静止电接触件工作的空间充满绝缘润滑液。

5、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于所述的绝缘润滑液为矿物润滑油、合成润滑油。

6、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于设置有液位指示装置。

7、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于设置有绝缘润滑液的净化装置或循环净化装置。

8、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于循环净化装置中设置过滤器。

9、按权利要求8所述的长效旋转电接触装置，其特征在于包括有一密闭的壳体(11)，壳体两端安有密封圈(7)，壳体内安设有两个半圆弧块状的电刷架(16a)，在电刷架所构成的圆孔内设置有滑环轴(12)，滑环轴的周向对应于电刷沿轴向间隔安设有一排滑环(10)，滑环轴的两端由轴承(18)支承，滑环通过滑环引出线(13)与电源或信号源相接，由此构成旋转电接触件，整个壳体内充满有绝缘润滑油，并通过滑环轴上开设有油孔(9)，使整个壳体内的绝缘润滑油上下贯通，在壳体外安设有一绝缘润滑液循环过滤净化装置(1)，该装置包括有泵(4)和电机(3)，泵的输入管路中串接有过滤器(5)，并配置压差计(6)，输入管路与壳体内下端的油腔相连通，泵的输出管路与壳体内上端的油腔相接，输出管路中安设液位计(2)。

10、按权利要求9所述的长效旋转电接触装置，其特征在于电刷架通过扭簧(15)上下对应安设有片状电刷(14a)，片状电刷可沿轴向间隔排列安设，每一排上下左右设置4片，左右两片用隔板(17)隔开，片状电刷与引出线(8)相连，由此构成静止电接触件。

11、按权利要求9所述的长效旋转电接触装置，其特征在于在旋转电接触件与静止电接触件之间设置有导电滚珠(22)，每排导电滚珠与滑环(10)相对应，由保持架(21)将各导滚珠安设定位，保持架的下端与推力轴承(19)相接，导电滚珠的外周与静止电接触件相导通，静止电接触件由电刷架(16b)和弓形电刷丝(14b)及压紧销(23)构成。

12、按权利要求8所述的长效旋转电接触装置，其特征在于壳体内安设有相间隔的电刷盘(24)，电刷盘上向外伸出有电刷(14c)，构成静止电接触件，旋转电接触件则由转轴(25)和与转轴相联的集电环盘(26)构成，集电环盘上的集电环(10)相互隔绝并与滑环引出线(13)相连，构成盘状集电环。

13、按权利要求10所述的长效旋转电接触装置，其特征在于滑环轴上方安装有一叶轮(27)，与滑环轴(12)一起转动，在电刷架(16c)的外侧与壳体之间设置有流道(28)，流道与电刷架下部开设的斜油孔(29)和径向油孔(32)相导通，通过它们进入电刷架与滑环之间的空隙(33)，同时经下通道(30)与壳体下端的环状容屑槽(31)相通。

14、按权利要求10所述的长效旋转电接触装置，其特征在于电刷架(16)的下端安设有一齿轮座(35)，齿轮座上安设有一叶轮(27)，叶轮的驱动端通过一组增速齿轮组(34)与滑环轴(12)相联，叶轮所运转的油腔一侧与流道(28)相连通，下端则与容屑槽(31)相通，并安设有滤网(36)，容屑槽的一侧经下通道(30)与电刷架的内腔即电刷架与滑环之间的空隙(33)相连通。

15、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于设置一压力均衡装置(37)与壳体内腔的绝缘润滑液相连通，压力均衡装置由皮囊(38)和开有通孔(41)的外壳(39)构成，皮囊中充满比重大于外界介质的绝缘润滑油并通过管路(42)与壳体(11)内腔(43)相导通。

16、按权利要求15所述的长效旋转电接触装置，其特征在于皮囊下端设有一承压板(40)，在承压板下设置导杆(49)和套装在导杆上的弹簧(48)，由此构成压力均衡补偿装置(46)。

17、按权利要求1或2所述的长效旋转电接触装置，其特征在于为一种水下工作的有刷直流电机，电机壳体(64)  与伞齿轮箱壳体(56)联成一体，电机包括定子(59)和转子(60)，转子上端联接有换向器(61)为旋转电接触件，换向器的外周安有刷架(62)，刷架包括有刷架座(66)，刷架座内换向器的两侧配置有导电滚轮(70)，导电滚轮与滑块(68)相连构成静止电接触件，滑块后端配有压紧弹簧(67)，刷架座内开设有进油孔(69)和回油孔(71)，回油孔与导电滚轮处相导通，并经管路(50)与过滤器的输入端相接，在电机轴(58)的上端还经联轴器(52)与一齿轮泵(51)相接，齿轮泵的输入端接过滤(器65)，并配置压差计(6)，输出端经管路(63)与刷架的进油孔相接，电机轴的下端经机械密封装置(44)与伞齿轮传动机构相接，伞齿轮传动机构由一对伞齿轮副(57)构成，侧向为动力输出轴(55)，并配置有机械密封装置(44)，伞齿轮传动机构安设在与电机壳体相连的伞齿轮箱壳体(56)中，箱体中充满润滑油，且箱体内腔与一压力均衡补偿装置(46)相连。

18、按权利要求17所述的长效旋转电接触装置，其特征在于在电机壳体下方配置有一压力均衡装置(37)，与电机壳体(64)内的绝缘润滑油相导通，电机壳体和密封箱体上均设有油液绝缘电阻测量装置(53)和透明油标(54)。

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