RU2006113C1

RU2006113C1 - Current collector

Info

Publication number: RU2006113C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Фролов
Original assignee: Научно-технический центр производственного объединения "АвтоВАЗ"
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: current collector has rotor 2 incorporating stator 5 mounted inside it in bearings 4. Electric signal transmission channels are provided in circular space between rotor and stator, each one having commutator, 7, brush 8, and floating spacer 9 between them made of conducting material with low friction coefficient. Electric signal transmission channels are isolated from one another by circular members 10. Interaction between channel components is ensured by spring 15. Supply leads are connected to commutators 7 and outlet leads, to brushes 8. EFFECT: reliable transmission of electric signals from rotating parts to recording instruments. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи электрического сигнала с вращающихся источников к регистрирующим приборам. The invention relates to measuring equipment and can be used to transmit an electrical signal from rotating sources to recording devices.

Известен токосъемник, содержащий вращающийся ротор, на внешней цилиндрической части которого смонтирован коллектор (контактные кольца), взаимодействующий с токосъемными щетками, которые упруго для обеспечения постоянного контакта скользят по коллектору [1] . Known current collector containing a rotating rotor, on the outer cylindrical part of which is mounted a collector (slip rings), interacting with current collector brushes, which elastically to ensure constant contact slide on the collector [1].

В таких токосъемниках при значительных скоростях вращения ротора на выходе получается сильно искаженный сигнал, который трудно поддается анализу. Обусловлено это рядом причин, в частности радиальным биением ротора, шероховатостью поверхности коллектора, неравномерностью его износа. К другим недостаткам следует отнести быстрый износ коллектора и щеток, так как скольжение происходит со значительными линейными скоростями, а на поверхность скольжения вполне возможно попадание пыли, абразивных частиц, влаги и прочего. Влияние этих внешних факторов снижает работоспособность устройства и его надежность в эксплуатации. Кроме того, известный токосъемник имеет достаточно сложную конструкцию, что снижает его мобильность и оперативность работы с ним. In such current collectors, at significant rotor speeds, the output produces a highly distorted signal that is difficult to analyze. This is due to a number of reasons, in particular, radial runout of the rotor, surface roughness of the collector, uneven wear. Other disadvantages include the rapid wear of the collector and brushes, since sliding occurs with significant linear velocities, and dust, abrasive particles, moisture and other things can get onto the sliding surface. The influence of these external factors reduces the operability of the device and its reliability in operation. In addition, the well-known current collector has a rather complex design, which reduces its mobility and efficiency of work with it.

В качестве прототипа принят токосъемник, содержащий ротор, на котором неподвижно установлен коллектор, контактирующий с подпружиненными щетками, установленными на статоре, при этом статор выполнен в виде полого стержня из диэлектрического материала, установленного внутри ротора и соосно с ним. Коллектор установлен на внутренней поверхности ротора, щетки установлены на полом стержне так, что щетки и коллектор размещены соосно друг другу, а токопровод размещен внутри полого стержня. Пружины щеток установлены соосно с полым стержнем на дополнительных направляющих втулках, которые посредством дополнительного подшипникового узла закреплены на роторе [2] . A current collector containing a rotor is adopted as a prototype, on which a collector is fixedly mounted, which is in contact with spring-loaded brushes mounted on the stator, while the stator is made in the form of a hollow rod of dielectric material installed inside the rotor and coaxially with it. The collector is installed on the inner surface of the rotor, the brushes are mounted on the hollow rod so that the brushes and the collector are placed coaxially to each other, and the current lead is placed inside the hollow rod. The brush springs are mounted coaxially with the hollow shaft on additional guide bushings, which are mounted on the rotor by means of an additional bearing assembly [2].

Такое устройство позволяет уменьшить искажение выходного сигнала, обладает повышенной надежностью и долговечностью. Однако, токосъемник является двухканальным поскольку может снимать только два сигнала, что сужает диапазон его применения, так как зачастую возникает необходимость снимать одновременно большее количество полезных сигналов. Кроме того, поскольку коллектор запрессован в корпус ротора токосъемника, то при значительном износе коллектора невозможно осуществить его замену, что не обеспечивает ремонтопригодности устройства. Such a device can reduce the distortion of the output signal, has increased reliability and durability. However, the current collector is a two-channel one since it can only take two signals, which narrows the range of its application, since it is often necessary to simultaneously record a larger number of useful signals. In addition, since the collector is pressed into the current collector rotor housing, it is impossible to replace it with significant collector wear, which does not ensure the maintainability of the device.

Цель изобретения - расширение диапазона применения токосъемника и обеспечение его ремонтопригодности. The purpose of the invention is the expansion of the range of use of the current collector and ensuring its maintainability.

Для достижения поставленной цели в токосъемнике, содержащем ротор, внутри которого в подшипниках соосно установлен полый статор, причем между ротором и статором образована кольцевая полость, в которой размещены элементы по крайней мере одного канала электрического сигнала, образованного коллектором и щеткой, и токопроводы подвода и отвода электрического сигнала, между коллектором и щеткой размещена прокладка из токопроводящего материала с низким коэффициентом трения, при этом коллектор связан с ротором, а щетка - со статором с возможностью перемещения коллектора и щетки вдоль оси вращения ротора. To achieve this goal, a current collector containing a rotor, inside of which a hollow stator is coaxially mounted in the bearings, moreover, an annular cavity is formed between the rotor and stator, in which elements of at least one channel of the electrical signal formed by the collector and brush, and the lead-in and outlet conductors are placed electrical signal, between the collector and the brush there is a gasket made of conductive material with a low coefficient of friction, while the collector is connected to the rotor, and the brush to the stator with possible the ability to move the collector and brush along the axis of rotation of the rotor.

Конструктивно выполненный таким образом токосъемник позволяет снимать одновременно несколько полезных сигналов (по числу входящих в его состав каналов электрического сигнала), что расширяет диапазон его применения, а также позволяет заменять изнашивающиеся трущиеся элементы, что обеспечивает его ремонтопригодность. The current collector constructed in this way allows you to simultaneously capture several useful signals (by the number of channels of the electric signal included in it), which extends the range of its application, and also allows you to replace wearing rubbing elements, which ensures its maintainability.

Целесообразно, размещенные в кольцевой полости каналы электрического сигнала изолировать между собой кольцевыми элементами из диэлектрического материала. It is advisable to isolate the channels of the electrical signal located in the annular cavity between each other with ring elements made of dielectric material.

Для уменьшения погрешности измерения путем обеспечения одинакового переходного сопротивления во всех используемых каналах целесообразно взаимосвязь элементов каналов в осевом направлении осуществлять посредством одного упругого элемента. To reduce the measurement error by ensuring the same transition resistance in all used channels, it is advisable to interconnect the channel elements in the axial direction by means of one elastic element.

На фиг. 1 показан предлагаемый токосъемник, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed current collector, a longitudinal section; in FIG. 2 - section AA in FIG. 1.

Токосъемник состоит из корпуса 1, в котором неподвижно установлен ротор 2, выполненный в виде втулки из диэлектрического материала, имеющей продольную прорезь 3. Причем корпус и ротор могут представлять собой единую деталь. Внутри ротора и соосно с ним посредством подшипников 4 установлен статор 5 из диэлектрического материала, выполненный в виде полого стержня с двумя диаметрально противоположными прорезями 6. Внутри кольцевой полости между ротором и статором размещены каналы передачи электрического сигнала, каждый из которых содержит коллектор 7, щетку 8 и расположенную между ними прокладку 9, выполненную из электропроводного материала с низким коэффициентом трения, например меднографитовую. Прокладка 9 кинематически не связана с элементами конструкции, и ее положение определяется контактирующими с ней поверхностями коллектора 7 и щетки 8. Перемещение прокладки в радиальном направлении ограничивается наружной поверхностью статора 5. Функционально прокладка 9 выполняет роль твердой смазки. Каналы передачи электрического сигнала изолированы между собой кольцевыми элементами 10 из диэлектрического материала. Каждая из щеток 8 имеет перемычку 11, проходящую через прорези 6 в статоре 5 и фиксирующую щетку от вращения относительно статора. Каждый из коллекторов 7 снабжен штифтом 12, входящим в прорезь 3 ротора и фиксирующим коллектор от вращения относительно ротора. При этом коллектор 7 и щетка 8 имеют возможность перемещаться вдоль оси вращения. Подводящие токопроводы 13 подключены к штифтам 12 коллекторов 7, а отводящие токопроводы 14 соединены с перемычками 11 щеток 8. Упругий элемент, обеспечивающий взаимодействие элементов каналов в осевом направлении, выполнен в виде пружины 15. The current collector consists of a housing 1, in which the rotor 2 is fixedly mounted, made in the form of a sleeve of a dielectric material having a longitudinal slot 3. Moreover, the housing and the rotor can be a single part. Inside the rotor and coaxially with the bearings 4, a stator 5 made of dielectric material is installed, made in the form of a hollow rod with two diametrically opposite slots 6. Inside the annular cavity between the rotor and the stator there are electrical signal transmission channels, each of which contains a collector 7, a brush 8 and a gasket 9 located between them, made of an electrically conductive material with a low coefficient of friction, for example, copper graphite. The gasket 9 is kinematically not connected with the structural elements, and its position is determined by the surfaces of the collector 7 and the brush 8 in contact with it. The radial movement of the gasket is limited by the outer surface of the stator 5. Functionally, the gasket 9 acts as a solid lubricant. The electric signal transmission channels are isolated between each other by ring elements 10 of dielectric material. Each of the brushes 8 has a jumper 11 passing through the slots 6 in the stator 5 and fixing the brush against rotation relative to the stator. Each of the collectors 7 is equipped with a pin 12, which is included in the slot 3 of the rotor and fixing the collector from rotation relative to the rotor. In this case, the collector 7 and the brush 8 are able to move along the axis of rotation. The lead-in current conductors 13 are connected to the pins 12 of the collectors 7, and the lead-out current conductors 14 are connected to the jumpers 11 of the brushes 8. The elastic element that ensures the interaction of the channel elements in the axial direction is made in the form of a spring 15.

Работает токосъемник следующим образом. The current collector operates as follows.

Перед началом работы необходимо закрепить корпус 1 вместе с ротором 2 на торце вращающегося вала соосно с ним, например на носке коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Подводящие токопроводы 13 подсоединяются, например, к пьезоэлектрическим датчикам, приклеенным на вращающемся валу. Статор 5 затормаживается, т. е. фиксируется относительно ротора 2 любым известным приемом, например пальцем руки, хотя это и не лучший вариант. Before starting work, it is necessary to fix the housing 1 together with the rotor 2 at the end of the rotating shaft coaxially with it, for example, on the toe of the crankshaft of the internal combustion engine. The lead conductors 13 are connected, for example, to piezoelectric sensors glued on a rotating shaft. The stator 5 is inhibited, that is, it is fixed relative to the rotor 2 by any known technique, for example, with a finger, although this is not the best option.

При исследовании крутильных колебаний коленчатого вала двигателя вал вращается вместе с закрепленным на нем ротором 2. Сигналы с пьезодатчиков поступают на коллекторы 7, снимаются щетками 8 и по токопроводам 14 подаются на регистрирующий прибор. По мере износа трущихся кольцевых элементов каналов электрического сигнала пружина 15 поджимает их друг к другу за счет того, что все кольцевые элементы имеют возможность перемещаться вдоль оси вращения. In the study of torsional vibrations of the engine crankshaft, the shaft rotates with the rotor 2 fixed on it. The signals from the piezoelectric sensors arrive at the collectors 7, are removed by brushes 8, and are fed to the recording device via current leads 14. As the friction ring elements of the channels of the electric signal wear, the spring 15 compresses them to each other due to the fact that all the ring elements are able to move along the axis of rotation.

Такой токосъемник позволяет обеспечить одновременный прием необходимого количества полезных сигналов, а также обеспечить легкую замену износившихся элементов каналов электрического сигнала. Кроме того, токосъемник прост в изготовлении, имеет незначительные габариты и широкую область применения. (56) Заявка Франции N 2258019, кл. H 01 R 39/04, 1975. Such a current collector makes it possible to simultaneously receive the necessary number of useful signals, as well as to provide easy replacement of worn-out elements of the electric signal channels. In addition, the current collector is easy to manufacture, has small dimensions and a wide scope. (56) French Application N 2258019, cl. H 01 R 39/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР N 1555745, кл. H 01 R 39/00, 1989. USSR author's certificate N 1555745, cl. H 01 R 39/00, 1989.

Claims

1. A current collector containing a rotor, inside which a hollow stator is coaxially mounted in the bearings, and an annular cavity is formed between the rotor and the stator, in which the elements of at least one channel of the electrical signal formed by the collector and the brush, and the conductors for supplying and removing the electrical signal are placed, characterized in that, in order to expand the range of use of the current collector and ensure its maintainability, a gasket of conductive material with a low coefficient is placed between the collector and the brush friction, while the collector is connected to the rotor, and the brush to the stator with the ability to move the collector and brush along the axis of rotation of the rotor.

2. The current collector according to claim 1, characterized in that the electric signal transmission channels located in the cavity are isolated between each other by ring elements of dielectric material.

3. The current collector in paragraphs. 1 and 2, characterized in that, in order to reduce the measurement error by ensuring the same transition resistance in all channels used, the interconnection of the channel elements in the axial direction is carried out by means of one elastic element.