КОЛЛЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к многоканальным скользящим токосъемным устройствам, и может быть использована для токосъема и передачи электрических сигналов между поворотной и неповоротной частями оборудования, машин и различной аппаратуры.
Известен токопроводящий коллектор [патент US №1 596 557, публ. 17.08.1926 г.], служащий для осуществления электрического контакта между вращающимися относительно друг друга частями оборудования. Он содержит корпус, ось, электроконтакты, выполненные в виде плоских контактных колец, собранных в пакеты, разделенные изолирующими прокладками. Одно из контактных колец в пакете соединено с осью, а второе с корпусом. Для упругого поджатия контактных колец друг к другу в каждом пакете имеется пружинное кольцо.
В описываемом устройстве контактные кольца в пакете прижаты друг другу по большой площади всей плоскостью, при этом для обеспечения малого переходного сопротивления контакта необходимо достаточно сильное прижатие контактных колец друг к другу, что в свою очередь приводит к их быстрому износу. Наличие в каждом пакете пружинного кольца в качестве упругого элемента усложняет конструкцию устройства.
Известно коллекторное устройство [патент RU №2133532, публ. 20.07.1999 г.], содержащее подвижные контактные пластины, с которыми упруго контактируют щеточные элементы, выполненные в виде роликов.
В данном устройстве, как и в предыдущем аналоге, для упругого поджатия каждого щеточного элемента требуется отдельная пружина, что также усложняет его конструкцию. Кроме того использование ролика в качестве щеточного элемента увеличивает количество электрически контактирующих деталей за счет добавления контакта между роликом и его осью, что увеличивает общее переходное сопротивление устройства.
Наиболее близким к заявляемому устройству для токосъема и передачи электрических сигналов между поворотной и неповоротной частями оборудования, машин и различной аппаратуры является многоканальный скользящий токосъемник [патент RU №2193810, публ. 27.11.2002 г.], содержащий корпус, внутри которого на подшипниках размещен вал, токосъемную часть из поворотных и неповоротных электроконтактов, выполненных в виде плоских металлических колец, токоизолированных друг от друга кольцевыми изоляторами, подпружиненные щеточные элементы, приклепанные к неповоротным электроконтактам.
В данном устройстве в качестве щеточных элементов используются двухлепестковые контакты из обладающего пружинными свойствами токопроводящего материала. Это техническое решение дает возможность обойтись без дополнительных пружинных элементов, но усложняет технологию изготовления устройства. В случае несоосности токосъемных элементов конструкции, а также кольцевых изоляторов, при вращении вала могут возникать наклоны электроконтактов относительно оси вала. Это может вызывать при использовании данного устройства синхронное с вращением вала изменение переходных сопротивлений контактов.
Задачей заявляемого технического решения является повышение технологичности изготовления коллекторного устройства, а также
создание устройства со стабильным малым переходным сопротивлением электрических контактов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в коллекторном устройстве для токосъема и передачи электрических сигналов между поворотной и неповоротной частями оборудования, включающем корпус, внутри которого с возможностью вращения размещен вал с хвостовой частью для соединения с поворотной частью оборудования, токосъемный узел, содержащий выполненные в виде колец и установленные с возможностью перемещения вдоль оси вращения вала электроконтакты, одна часть которых соединена с валом с возможностью совместного с ним вращения, а другая - с неподвижным корпусом, при этом для осуществления электрического контакта между электроконтактами, соединенными с валом, и электроконтактами, соединенными с корпусом, электроконтакты собраны в упруго прижатые друг к другу контактные пакеты, разделенные между собой изоляторами, также установленными с возможностью перемещения вдоль оси вращения вала, при этом на одной из двух контактирующих поверхностей каждой контактирующей пары электроконтактов размещены щеточные элементы, изоляторы, разделяющие контактные пакеты, сопрягаются с электроконтактами как сферические кинематические пары, один элемент которых имеет шаровую поверхность, а второй - соответствующую ей шаровую выточку, а упругое прижатие электроконтактов во всех пакетах обеспечивает установленный в корпусе упругий элемент.
Кроме того заявляется коллекторное устройство, отличие которого состоит в том, что щеточные элементы электроконтактов расположены на разном расстоянии от оси вращения вала, таким образом, что каждый при вращении вала скользит по своей контактной дорожке по поверхности ответного электроконтакта.
Также заявляется коллекторное устройство отличие которого заключается в том, что число щеточных элементов, расположенных на контактирующей стороне электроконтактов равно трем, а расположены они по вершинам треугольника, причем ось вращения вала проходит внутри этого треугольника.
Описание заявляемого технического решения иллюстрируется чертежом, где позициями 1-10 обозначены: 1 - корпус; 2 - вал; 3 -электроконтакт, соединенный с корпусом; 4 - электроконтакт, соединенный с валом; 5 - щеточный элемент; 6 - провод; 7 - провод; 8 - изолятор; 9 - пружина; 10 - направляющий паз.
Заявляемое устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, изготовленного из диэлектрического материала, например капролона, или из металла с диэлектрическим покрытием на поверхности. Внутри корпуса с возможностью вращения установлен вал 2. Для этого вал 2 может быть установлен, например, на шариковых подшипниках. Вал 2 также может быть изготовлен целиком из диэлектрического материала, либо из металла, но с диэлектрическим покрытием для токоизоляции от токоведущих частей устройства. На валу 2 размещены электроконтакты 4 с щеточными элементами 5. Электроконтакты 4 представляют собой плоские металлические кольца, с центральным отверстием для соосного насаживания на вал 2. Щеточные элементы 5 установлены на обеих контактирующих поверхностях электроконтактов 4. Минимальное количество щеточных элементов на одной поверхности равно трем. Они расположены на разном расстоянии от оси вращения вала так, что при вращении каждый перемещается по своей траектории, которая является окружностью. Для того, чтобы поверхность ответного электроконтакта устойчиво опиралась на щеточные элементы, они расположены геометрически по вершинам треугольника, при этом ось вращения вала проходит внутри этого треугольника. Для того, чтобы электроконтакты 4 вращались
совместно с валом 2, они зафиксированы от проворота с помощью штифта или любым другим известным способом. Свободное перемещение электроконтактов 4 вдоль вала 2 обеспечивается выполнением зазоров между сопрягаемыми элементами устройства. Щеточные элементы 5 соединены с электроконтактами 4 пайкой или другим известным способом, обеспечивающим между ними надежный электрический контакт.На валу 2 также имеется хвостовая часть (на рисунке не показана), служащая для механического соединения вала с вращающейся частью оборудования. Электрический контакт электроконтактов 4 с вращающейся частью оборудования осуществляется с помощью электрических изолированных проводов 7, выходящих от электроконтактов 4 через паз в валу 2 к разъему, расположенному на хвостовой части (на рисунке не показан). Электроконтакты 3, имеющие кольцевую форму с центральным отверстием под ось 2, установлены в корпусе 1 соосно с валом, как показано на рисунке, контактирующей поверхностью, обращенной к щеточным элементам 5. Чтобы предупредить проворачивание электроконтактов 3 вместе с валом относительно корпуса 1, они могут быть выполнены с выступающей частью, входящей в продольный паз 10 корпуса 1. Свободное перемещение электроконтактов 3 вдоль вала 2 обеспечивается зазорами между сопрягаемыми элементами устройства. Электрическое контактирование электроконтактов 3 с контактами электрического разъема (на рисунке не показан), установленного на корпусе 1, осуществляется изолированными проводами 6. Электроконтакты 3 и 4 собраны в контактные пакеты: по три электроконтакта в пакете - два электроконтакта, соединенных с корпусом по бокам и один электроконтакт, соединенный с валом в центре. Между собой и от других элементов устройства контактные пакеты изолированы изоляторами 8, изготовленными из
диэлектрического материала, например капролона. Также как и электроконтакты 3, изоляторы 8 для предотвращения проворота относительно корпуса могут быть выполнены с выступом, входящим в продольный паз 10 корпуса 1. Возможность перемещений изоляторов 8 вдоль оси вращения вала 2 обеспечивают выполнением зазоров между сопрягаемыми элементами устройства. Упругий прижим контактных пакетов и электроконтактов между собой в каждом пакете осуществляет один упругий элемент, в качестве которого можно использовать пружину 9, расположенную соосно на валу 2. Электроконтакты 3 выполнены с выпуклой шаровой поверхностью, а изоляторы 8 - с ответной шаровой выточкой, представляя собой в совокупности сферические кинематические пары.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Корпус коллекторного устройства закрепляют на неповоротной части оборудования, таким образом, чтобы ось вращения вала совпадала с осью вращения поворотной части оборудования. Хвостовую часть вала механически соединяют с соответствующей ответной частью, расположенной на поворотной части оборудования. Электрические провода оборудования подключают к разъемам, расположенным на корпусе коллекторного устройства и на хвостовой части его вала. При вращении поворотной части оборудования приводится во вращение вал 2 и соединенные с ним электроконтакты 4. При этом щеточные элементы 5 скользят по контактирующим поверхностям электроконтактов 3, электрический сигнал с которых по проводам 6 передается на разъем, расположенный на корпусе коллекторного устройства. Щеточные элементы 5 при изготовлении и сборке устройства, а также при их истирании в процессе работы могут иметь различную высоту. Кроме того при изготовлении и сборке устройства, а также в процессе работы соосность электроконтактов 4 с осью вращения
вала может иметь отклонения. Благодаря шаровому шарниру, который образуют сферические кинематические пары: изоляторы 8 и электроконтакты 3, - контактирующая поверхность электроконтактов 3 может изменять свой наклон и самостоятельно ориентироваться по отношению к оси вращения вала и тем самым всегда оставаться плотно прижатой к щеточным элементам, обеспечивая тем самым стабильную величину переходного электрического контакта. Величину максимального наклона электроконтактов 3 при этом можно задавать при изготовлении величинами зазоров между электроконтактами 3, валом 2 и корпусом 1.
Описанная конструкция позволяет использовать для упругого поджатия всего набора электроконтактов и изоляторов только один упругий элемент, что существенно упрощает коллекторное устройство и технологию его изготовления.
Размещение щеточных элементов на разных расстояниях от оси вращения вала, при котором щеточные элементы скользят каждый по своей дорожке, позволяет равномерно распределить нагрузку по ответной контактирующей поверхности противолежащего электроконтакта, а также способствует притирке друг к другу контактирующих частей электроконтактов и тем самым увеличивает срок службы коллекторного устройства при уменьшении переходного электрического сопротивления.
Для устранения искрения контактов и повышения стабильности переходного сопротивления корпус устройства может быть изготовлен герметичным с использованием известных уплотнительных элементов:
герметизирующих резиновых колец и манжет, - и заполнен диэлектрической жидкостью, например трансформаторным маслом.