RU2027264C1

RU2027264C1 - Current collector

Info

Publication number: RU2027264C1
Authority: RU
Inventors: Олег Максимович Козлов; Александр Васильевич Маркин
Original assignee: Крымский институт природоохранного и курортного строительства
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: electric signal transmission. SUBSTANCE: movable and fixed slip rings are made in the form of bundle of conducting fibers 3 secured in brush holders 4 and arranged on straight generating lines of two different families of single-space hyperboloid. The latter surface functions as relative slipping surface of external ring 1 and internal ring 2. EFFECT: improved design. 5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к токовым устройствам, предназначенным для передачи электрических сигналов между неподвижными и вращающимися узлами машин. The invention relates to current devices for transmitting electrical signals between stationary and rotating machine components.

Известны токосъемные устройства, подвижные элементы которых выполнены в виде колец с концентрическими канавками с различными по форме сечениями: круглыми, треугольными, прямоугольными, трапецеидальными, а неподвижные - в виде проволоки или пучка упругих токоприводящих волокон, расположенных в канавке перпендикулярно оси вращения контактного кольца. Known collector devices, the movable elements of which are made in the form of rings with concentric grooves with different sections in shape: round, triangular, rectangular, trapezoidal, and stationary - in the form of a wire or a bundle of elastic current-conducting fibers located in the groove perpendicular to the axis of rotation of the contact ring.

Недостатком этих конструкций является то, что довольно жестко ограничивается (геометрически) как число точек касания подвижного и неподвижного элементов, так и число неподвижных элементов (щеток), которые могут контактировать с одним подвижным (кольцом). Поэтому, чтобы повысить надежность электрического контакта, приходится увеличивать контурное даление, что приводит к возрастанию момента трения и интенсивности изнашивания контактной пары и, следовательно, к сокращению ресурса токосъемного устройства. The disadvantage of these designs is that it is rather strictly limited (geometrically) by both the number of touch points of the movable and fixed elements, and the number of fixed elements (brushes) that can come into contact with one movable (ring). Therefore, in order to increase the reliability of the electrical contact, it is necessary to increase the contour distance, which leads to an increase in the friction moment and the wear rate of the contact pair and, therefore, to a reduction in the life of the current collector.

Имеется также техническое решение, в котором отмеченные выше недостатки устраняются за счет того, что оба элемента представляют систему скольжения вал-втулка и выполнены из коаксиально расположенных и вставленных друг в друга монолитных цилиндров или конусов. Оно выбрано в качестве прототипа. There is also a technical solution in which the disadvantages noted above are eliminated due to the fact that both elements represent a shaft-sleeve sliding system and are made of monolithic cylinders or cones coaxially located and inserted into each other. It is selected as a prototype.

Недостатком этого решения является то, что любая система скольжения вал-втулка позволяет осуществлять вращение без схватывания поверхности только при использовании смазки. При этом для получения невысоких моментов трения необходимо использовать достаточно толстый слой смазки, что неизбежно снижает надежность электрического контакта и повышает величину переходного сопротивления. The disadvantage of this solution is that any shaft-sleeve sliding system allows rotation without setting the surface only when using grease. Moreover, to obtain low friction moments, it is necessary to use a sufficiently thick layer of lubricant, which inevitably reduces the reliability of electrical contact and increases the value of the transition resistance.

Целью изобретения является повышение надежности и ресурса токосъемного устройства за счет уменьшения контурного давления. Цель достигается тем, что контактируемые поверхности подвижного и неподвижного элементов (внешняя и внутренняя) являются поверхностями однополостного гиперболоида (фиг.1). Эти элементы расположены коаксиально, и один или оба выполнены из обрезков пучков упругих токопроводящих волокон (щеток), которые расположены вдоль линейных образующих однополостного гиперболоида. Если рассечь однополостной гиперболоид диаметральной плоскостью, то получают профиль сечения в виде двух ветвей гиперболы, изменяя параметры которой можно в широких пределах изменять номинальную площадь пятна контакта контактирующих элементов. The aim of the invention is to increase the reliability and resource of the collector device by reducing the circuit pressure. The goal is achieved in that the contact surfaces of the movable and fixed elements (external and internal) are surfaces of a single-cavity hyperboloid (Fig. 1). These elements are located coaxially, and one or both are made of scraps of bundles of elastic conductive fibers (brushes) that are located along the linear generators of a single-cavity hyperboloid. If we cut a single-cavity hyperboloid with a diametrical plane, we obtain a section profile in the form of two branches of a hyperbola, changing the parameters of which it is possible to widely change the nominal area of the contact spot of contacting elements.

Количество пучков упругих токопроводящих волокон (щеток), которые могут контактировать с поверхностью другого элемента (кольца), ограничивается только геометрическими размерами кольца и щеток, а также углом наклона последних к плоскости, перпендикулярной оси вращения кольца. Следует отметить, что традиционная терминология щетка - кольцо для предлагаемого устройства довольно условна, так как любой из элементов, который выполнен из обрезков токопроводящих волокон, расположенных вдоль образующих однополостного гиперболоида, независимо от того, подвижен он или нет, может играть роль щетки. The number of bundles of elastic conductive fibers (brushes) that can contact the surface of another element (ring) is limited only by the geometric dimensions of the ring and brushes, as well as the angle of inclination of the latter to a plane perpendicular to the axis of rotation of the ring. It should be noted that the traditional terminology brush - ring for the proposed device is rather arbitrary, since any of the elements that is made of scraps of conductive fibers located along the generatrices of a single-cavity hyperboloid, regardless of whether it is movable or not, can play the role of a brush.

На фиг.2 изображено токосъемное устройство, выполненное в виде двух контактирующих колец с общей осью вращения, но разной ширины. Внутренняя поверхность наружного кольца 2 и внешняя поверхность внутреннего кольца 1 являются поверхностями однополостного гиперболоида с одинаковыми параметрами. Эти две поверхности совпадают друг с другом по поверхности скольжения. Если рассматривать их сечения диаметральной плоскостью, то линией скольжения является часть гиперболы (на фиг.2 выполнена жирной линией). Каждый из гиперболоидов образован упругими токопроводящими волокнами 3, расположенными по прямолинейным образующим и закрепленными в шайбах 4 и 5 неодинакового диаметра. Упругие волокна внешнего кольца принадлежат одному семейству прямолинейных образующих однополостного гиперболоида, а внутреннего - другому семейству. Любое из этих колец может играть роль как подвижного, так и неподвижного элемента. Упругие волокна внешнего и внутреннего колец принадлежат разным семействам прямолинейных образующих одного и того же однополостного гиперболоида, и поэтому пересекаются друг с другом, создавая площади номинального контакта, число которых определяется количеством упругих проводящих волокон. При вращении одного кольца относительно другого происходит скольжение упругих токопроводящих волокон внешнего и внутреннего колец друг к другу, обеспечивающее непрерывный контакт коммутирующих цепей, связанных с подвижным и неподвижным кольцами. Figure 2 shows a current collector made in the form of two contacting rings with a common axis of rotation, but of different widths. The inner surface of the outer ring 2 and the outer surface of the inner ring 1 are surfaces of a single-cavity hyperboloid with the same parameters. These two surfaces coincide with each other along the sliding surface. If we consider their cross sections with a diametrical plane, then the slip line is part of the hyperbola (in Fig. 2 it is made with a thick line). Each of the hyperboloids is formed by elastic conductive fibers 3 located along rectilinear generators and fixed in washers 4 and 5 of unequal diameter. The elastic fibers of the outer ring belong to one family of rectilinear generators of a single-cavity hyperboloid, and the inner to another family. Any of these rings can play the role of both a movable and a fixed element. The elastic fibers of the outer and inner rings belong to different families of rectilinear generators of the same single-cavity hyperboloid, and therefore intersect each other, creating areas of nominal contact, the number of which is determined by the number of elastic conductive fibers. When one ring rotates relative to another, the elastic conductive fibers of the outer and inner rings slip to each other, providing continuous contact of the switching circuits associated with the movable and fixed rings.

На фиг. 3 изображено токосъемное устройство, в котором в отличие от описанного выше внутреннее кольцо (подвижный элемент) 6 выполнено монолитным. Внешнее кольцо (неподвижный элемент) 7 выполнено из отрезков пучков упругих токопроводящих волокон, концы которых закреплены в шайбах, а прямые участки (между точками закреплены) расположены вдоль прямолинейных образующих однополостного гиперболоида, поверхностью которого является внешняя поверхность подвижного элемента 6. In FIG. 3 shows a current collecting device in which, in contrast to the above-described inner ring (movable element) 6 is made monolithic. The outer ring (fixed element) 7 is made of segments of bundles of elastic conductive fibers, the ends of which are fixed in the washers, and the straight sections (between the points are fixed) are located along the rectilinear generators of a single-cavity hyperboloid, the surface of which is the outer surface of the movable element 6.

На фиг.4 изображено токосъемное устройство, в котором монолитным выполнено внешнее кольцо (неподвижный элемент) 8, а внутреннее кольцо (подвижный элемент) 9 выполнено из упругих токопроводящих волокон. Figure 4 shows a current collection device in which the outer ring (fixed element) 8 is made monolithic, and the inner ring (movable element) 9 is made of elastic conductive fibers.

На фиг. 5 и 6 изображено токосъемное устройство, в котором подвижный элемент выполнен в виде кольца 10 с канавкой гиперболического профиля, а пучок упругих токопроводящих волокон согнут в виде скобы 11, в средней части неподвижно закрепленной в держателе 12. Прямые участки скобы расположены вдоль прямолинейных образующих однополостного гиперболоида, поверхностью которого является поверхность канавки подвижного элемента. In FIG. 5 and 6, a current-collecting device is shown in which the movable element is made in the form of a ring 10 with a groove of a hyperbolic profile, and the bundle of elastic conductive fibers is bent in the form of a bracket 11, in the middle part of which is fixedly mounted in the holder 12. Straight sections of the bracket are located along the rectilinear generators of a single-cavity hyperboloid whose surface is the surface of the groove of the movable element.

На фиг. 7 и 8 изображено токосъемное устройство, которое отличается от описанного выше тем, что упругие токопроводящие волокна контактируют по внутренней поверхности кольца 13, имеющего гиперболическое сечение. Пучок упругих токопроводящих волокон 14 изогнут по периметру ребер двух смежных граней тетраэдра и закреплен в держателе 15. Прямые участки упругих волокон (ребра тетраэдра) расположены вдоль прямолинейных образующих поверхности однополостного гиперболоида. In FIG. 7 and 8 depict a current collection device that differs from the one described above in that the elastic conductive fibers contact on the inner surface of the ring 13 having a hyperbolic cross section. The bundle of elastic conductive fibers 14 is bent around the edges of two adjacent faces of the tetrahedron and is fixed in the holder 15. Straight sections of elastic fibers (edges of the tetrahedron) are located along the rectilinear surface generators of a single-cavity hyperboloid.

Предлагаемые конструкции токосъемных устройств позволяют снизить контурное давление до величин, обеспечивающих упругий контакт, что существенно уменьшает интенсивность изнашивания контактной пары при сохранении высокой надежности коммутации электрических сигналов. The proposed design of current-collecting devices can reduce the circuit pressure to values that provide elastic contact, which significantly reduces the wear rate of the contact pair while maintaining high reliability of switching electrical signals.

Эксперименты с токосъемным устройством, выполненным по схеме, представленной на фиг. 5 и 6, показали, что при прочих равных условиях интенсивность изнашивания кольца уменьшается приблизительно на порядок по сравнению с устройством, в котором щетки располагаются перпендикулярно оси вращения кольца. Experiments with a current collector made in accordance with the circuit shown in FIG. 5 and 6 showed that, ceteris paribus, the wear rate of the ring is reduced by about an order of magnitude compared to a device in which the brushes are perpendicular to the axis of rotation of the ring.

Claims

1. SUSPENSION DEVICE for removing the current load from the rotating part of the machine, including movable fixed contact elements coaxially arranged relative to each other, fixed in holders, contacting on a mating surface, characterized in that, in order to increase the reliability of the electrical contact and the life of the device, at least one contact element is made of segments of bundles of elastic conductive fibers located along the straight-line generators of one of their families of straight-line brazing single-sheeted hyperboloid.

2. The device according to claim 1, characterized in that the movable contact element is made in the form of a monolithic ring, the outer surface of which has the shape of the surface of a single-band hyperboloid located inside a stationary contact element made of segments of bundles of elastic conductive fibers.

3. The device according to claim 2, characterized in that the fixed element is made in the form of a bracket from a bunch of elastic conductive fibers, the middle part of which is fixed, and the free ends are bent so that the straight sections are located along the rectilinear generators of a single-cavity hyperboloid.

4. The device according to claim 1, characterized in that the fixed element is made in the form of a monolithic ring, the inner surface of which is the surface of a single-cavity hyperboloid, and the movable element is in the form of a ring of segments of bundles of elastic conductive fibers.

5. The device according to claim 4, characterized in that the movable element is made in the form of a beam of elastic conductive fibers curved along the edges of two adjacent faces of the tetrahedron along the rectilinear generators of a single-band hyperboloid.