RU2653703C1

RU2653703C1 - Multi-channel current-collector

Info

Publication number: RU2653703C1
Application number: RU2016126079A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Данилов; Александр Валерьевич Жариков; Александр Игоревич Харитонов; Антон Александрович Гришин; Геннадий Иванович Овечкин
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2018-05-14
Also published as: RU2016126079A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, to multi-channel current collector devices of miniature design. Multi-channel current collector device comprising several electrical circuits consists of housing and shaft coaxially disposed therein, on which set of alternating coaxial current collector rings and coaxial insulating washers is installed; between fixed outer and movable inner rings of each coaxial pair of current collector rings elastic conductor rings alternating with dielectric rollers are placed in contact with them; shaft is installed in housing by means of radial-thrust bearing located at one end of device, housing and shaft are made from aluminum, and dielectric cylindrical surfaces of housing and shaft, which are in contact with current collector rings, are formed by multilayer paint coatings with subsequent machining.

EFFECT: technical result is increase in efficiency, reliability, device resource increase and simplification of its manufacture.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, к многоканальным токосъемным устройствам миниатюрного исполнения. Токосъемное устройство выполнено из набора токосъемных колец, разделенных изоляционными кольцами, и может быть использовано в узлах токосъема электрических машин и устройств, а также для передачи электроэнергии от солнечной батареи на космический аппарат (КА).The invention relates to the field of electrical engineering, to multi-channel collector devices of miniature design. The collector is made of a set of collector rings separated by insulating rings, and can be used in the collector nodes of electrical machines and devices, as well as for transferring electricity from the solar battery to the spacecraft (SC).

Известно многоканальное токосъемное устройство, например, описанное в авторском свидетельстве SU 1737589, объединяющее несколько токопроводящих подшипников, сжатых осевым усилием для обеспечения надежного электрического контакта посредством шариков.A multi-channel current collection device is known, for example, described in the copyright certificate SU 1737589, combining several conductive bearings, compressed by axial force to ensure reliable electrical contact through balls.

Недостаток данного аналога заключается в ограниченности электрического контакта в пределах точечного контакта шариков с кольцами подшипника, а также в том, что в нем не обеспечивается постоянный контакт всех токопроводящих шариков с кольцами подшипника по причине погрешностей поверхностей колец.The disadvantage of this analogue is the limited electrical contact within the point contact of the balls with the bearing rings, as well as the fact that it does not provide constant contact of all conductive balls with the bearing rings due to errors in the surfaces of the rings.

Известно также вращающееся контактное устройство (патент RU №2275721), в котором ток проводится за счет использования упругих токопроводящих колец, расположенных между концентричными наружным и внутренним кольцами. Для обеспечения постоянного контактного давления диаметр упругого токопроводящего кольца выполнен больше разницы радиусов наружного и внутреннего кольца.Also known is a rotating contact device (patent RU No. 2275721), in which current is conducted through the use of elastic conductive rings located between the concentric outer and inner rings. To ensure constant contact pressure, the diameter of the elastic conductive ring is made larger than the difference between the radii of the outer and inner rings.

Недостатком этого устройства является наличие буртика или сферической поверхности контактных колец и сепаратора, что приводит к увеличению габаритов устройства и существенному усложнению технологии получения минимальной шероховатости, обеспечивающей минимальное переходное сопротивление электрической цепи устройства.The disadvantage of this device is the presence of a shoulder or a spherical surface of the contact rings and the separator, which leads to an increase in the dimensions of the device and a significant complication of the technology for obtaining the minimum roughness, which provides the minimum transition resistance of the electrical circuit of the device.

В качестве прототипа выбрано многоканальное токосъемное устройство (патент RU №2543136), имеющее несколько цепей, содержащее набор подвижных и неподвижных соосных наружных и внутренних токосъемных колец, упругих токопроводящих колец, контактирующих с наружными и внутренними токосъемными кольцами, которые разделены изоляционными кольцами, сепаратор, выполненный из роликов, расположенных между токопроводящими кольцами, рабочие поверхности наружного и внутреннего кольца цилиндрической формы выполнены с фасками или скруглениями, а разделительные изоляционные кольца выполнены конической формы.As a prototype, a multichannel current collector (patent RU No. 2543136) was selected, which has several circuits, containing a set of movable and fixed coaxial external and internal current collector rings, elastic conductive rings in contact with the external and internal current collector rings, which are separated by insulating rings, a separator made of the rollers located between the conductive rings, the working surfaces of the outer and inner rings of a cylindrical shape are made with chamfers or fillets, and stripped The insulating rings are conical.

Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает достаточно высокие коэффициент полезного действия (КПД), надежность работы, а также - достаточно высокий ресурс за счет нарушения стабильности токопрохождения в результате смещения внутренних токосъемных колец относительно наружных и деформации пластиковых изоляторов. Кроме того, оно сложно в изготовлении.The disadvantage of the prototype is that it does not provide a sufficiently high coefficient of performance (COP), reliability, and also a sufficiently high resource due to the violation of the stability of the current flow due to the displacement of the internal collector rings relative to the outer ones and the deformation of plastic insulators. In addition, it is difficult to manufacture.

Задачами заявленного изобретения являются повышение КПД, надежности, увеличение ресурса устройства и упрощение его изготовления.The objectives of the claimed invention are to increase efficiency, reliability, increase the resource of the device and simplify its manufacture.

Поставленные задачи решены за счет того, что многоканальное токосъемное устройство, имеющее несколько электрических цепей, состоит из корпуса и соосно расположенного внутри него вала, на которых установлен набор чередующихся коаксиальных токосъемных колец и коаксиальных изоляционных шайб; между неподвижным наружным и подвижным внутренним кольцами каждой коаксиальной пары токосъемных колец находятся контактирующие с ними упругие токопроводящие кольца, чередующиеся с диэлектрическими роликами; вал установлен в корпус посредством радиально-упорного подшипника, расположенного с одного торца устройства, корпус и вал выполнены из алюминия, а диэлектрические цилиндрические поверхности корпуса и вала, контактирующие с токосъемными кольцами, сформированы многослойными лакокрасочными покрытиями с последующей механической обработкой.The tasks are solved due to the fact that a multichannel current collector having several electrical circuits consists of a housing and a shaft coaxially located inside it, on which a set of alternating coaxial collector rings and coaxial insulating washers are installed; between the stationary outer and movable inner rings of each coaxial pair of slip rings there are elastic conductive rings in contact with them, alternating with dielectric rollers; the shaft is installed in the housing by means of an angular contact bearing located at one end of the device, the housing and shaft are made of aluminum, and the dielectric cylindrical surfaces of the housing and shaft in contact with the slip rings are formed by multilayer coatings with subsequent machining.

Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид заявленного устройства с разрезом.The proposed invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a General view of the claimed device with a cut.

Предложенное многоканальное токосъемное устройство, имеющее несколько электрических цепей, состоит из корпуса 5 и соосно расположенного внутри него вала 6. На валу 6 и в корпусе 5 установлен набор коаксиальных токосъемных колец, чередующихся с коаксиальными изоляционными шайбами 9, 10. Между наружным неподвижным кольцом 1 и внутренним подвижным кольцом 2 каждой коаксиальной пары токосъемных колец находятся контактирующие с ними упругие токопроводящие кольца 7, чередующиеся с диэлектрическими роликами 8.The proposed multichannel current collector having several electrical circuits consists of a housing 5 and a shaft 6 coaxially located inside it. A set of coaxial collector rings alternating with coaxial insulating washers 9, 10 is installed on the shaft 6 and in the housing 5. Between the outer stationary ring 1 and the inner movable ring 2 of each coaxial pair of slip rings are in contact with the elastic conductive ring 7, alternating with dielectric rollers 8.

Диэлектрические цилиндрические поверхности 3, 4 корпуса 5 и вала 6, соответственно контактирующие с токосъемными кольцами, сформированы многослойными лакокрасочными покрытиями с последующей механической обработкой. Это позволяет обеспечить упрощение его изготовления за счет исключения при изготовлении устройства, как в прототипе, высокоточной обработки пластиковых изоляторов, установки их на рабочие места; кроме того, пластиковые изоляторы в процессе работы под нагрузками со стороны колец подвергаются деформациям, что нарушает стабильность токопроводимости и приводит к снижению КПД, надежности устройства и уменьшению его ресурса.The dielectric cylindrical surfaces 3, 4 of the housing 5 and the shaft 6, respectively, in contact with the slip rings, are formed by multilayer coatings with subsequent machining. This allows us to simplify its manufacture due to the exception in the manufacture of the device, as in the prototype, high-precision processing of plastic insulators, their installation in the workplace; In addition, plastic insulators during deformation under loads from the side of the rings are subjected to deformations, which violates the stability of conductivity and leads to a decrease in efficiency, reliability of the device and a decrease in its life.

Вал 6 установлен в корпус 5 посредством вновь введенного радиально-упорного подшипника с четырехточечным контактом 11, расположенного с одного торца устройства, причем указанные вал 6 и корпус 5 выполнены из алюминия. Это позволяет обеспечить повышение коэффициента полезного действия и надежности устройства, увеличить его ресурс за счет фиксации осевого и радиального положения вала 6 относительно корпуса 5 и обеспечения его безлюфтовой установки и работы в процессе эксплуатации.The shaft 6 is installed in the housing 5 by means of a newly introduced angular contact bearing with a four-point contact 11 located at one end of the device, said shaft 6 and housing 5 being made of aluminum. This allows you to increase the efficiency and reliability of the device, increase its life by fixing the axial and radial position of the shaft 6 relative to the housing 5 and ensuring its backlash-free installation and operation during operation.

Предложенное устройство работает следующим образом. В процессе передачи электрической энергии в устройстве вращаются внутренние токосъемные кольца 2. При этом передача электрического тока от них к неподвижным наружным токосъемным кольцам 1 происходит через катящиеся между ними упругие токопроводящие кольца 7. Они чередуются с диэлектрическими роликами 8, которые вращаются со скольжением за счет одновременного контакта с поверхностями, имеющими различные линейные скорости, как по величине, так и по направлению. Электрическая изоляция между соседними внутренними и наружными токосъемными кольцами 1, 2 обеспечивается разделительными изоляционными наружными и внутренними шайбами 9, 10.The proposed device operates as follows. In the process of transmitting electrical energy, the internal collector rings 2 rotate in the device. In this case, the electric current is transmitted from them to the stationary external collector rings 1 through the elastic conductive rings rolling between them 7. They alternate with dielectric rollers 8, which rotate with sliding due to the simultaneous contact with surfaces having different linear speeds, both in magnitude and direction. Electrical insulation between adjacent inner and outer collector rings 1, 2 is provided by isolation insulating outer and inner washers 9, 10.

Электрическая изоляция между наружными токосъемными кольцами 1 и корпусом 5, а также между внутренними токосъемными кольцами 2 и валом 6 обеспечивается соответствующими диэлектрическими цилиндрическими поверхностями 3, 4, сформированными многослойными лакокрасочными покрытиями. Покрытие после нанесения механически обработано для восстановления точных допусков соосности.The electrical insulation between the outer slip rings 1 and the housing 5, as well as between the inner slip rings 2 and the shaft 6 is provided by the corresponding dielectric cylindrical surfaces 3, 4 formed by multilayer coatings. After application, the coating is machined to restore accurate alignment tolerances.

Фиксация осевого и радиального положения вала 6 относительно корпуса 5 обеспечивается безлюфтовой установкой радиально-упорного подшипника с четырехточечным контактом 11 в корпус 5 и на вал 6. При соосном вращении вала 6 относительно корпуса 5 посредством подшипника 11, исключается смещение токосъемных колец 1, 2 относительно друг друга, заклинивание диэлектрических роликов 8 между ними и перенос электроизоляционного материала роликов 8 на их контактные поверхности за счет постоянного сохранения осевого и радиального положения внутренних токосъемных колец 2 относительно наружных 1.The fixation of the axial and radial position of the shaft 6 relative to the housing 5 is ensured by a clearance-free installation of the angular contact bearing with a four-point contact 11 in the housing 5 and on the shaft 6. When the shaft 6 is coaxially rotated relative to the housing 5 by means of the bearing 11, the slip rings 1, 2 are eliminated relative to each other other, jamming of the dielectric rollers 8 between them and transfer of the insulating material of the rollers 8 to their contact surfaces due to the constant preservation of the axial and radial position of the internal circumferential rings 2 relative to the outer 1.

Предложенное устройство находится на стадии внедрения в производство.The proposed device is at the stage of implementation in production.

Claims

A multichannel current collector having several electrical circuits, consisting of a housing and a shaft coaxially located inside it, on which a set of alternating coaxial collector rings and coaxial insulating washers is installed; between the stationary outer and movable inner rings of each coaxial pair of collector rings are contacting elastic conductive rings alternating with dielectric rollers, characterized in that the shaft is installed in the housing through an angular contact bearing located at one end of the device, the housing and shaft are made of aluminum, and the dielectric cylindrical surfaces of the housing and the shaft in contact with the slip rings are formed by multilayer coatings.