МНОГОКАНАЛЬНОЕ ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО
MULTI-CHANNEL CURRENT-COLLECTOR

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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Задачами заявленного изобретения являются повышение КПД, надежности, увеличение ресурса устройства и упрощение его изготовления.
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.
Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид заявленного устройства с разрезом.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Предложенное устройство находится на стадии внедрения в производство.