Токосъемное устройство
Владельцы патента RU 2392709:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к токосъемным устройствам, обеспечивающим передачу вращающего момента и электроэнергии в непрерывном и импульсном режимах между коаксиальными объектами, и может применяться в машиностроении, электротехнике, системах управления, радиолокации, для кодирования информации и т.д. Токосъемное устройство содержит токопроводящие кольца и волновую механическую передачу, включающую в себя генератор волн, гибкое и жесткое звенья, причем гибкое и жесткое звенья передачи выполнены заодно с кольцами из диэлектрических материалов, а их контактные поверхности покрыты электропроводящим материалом, образуя электрически связанные кинематические пары, при этом хотя бы одна кинематическая пара имеет участки, лишенные электропроводящего материала, длина которых такова, что может обеспечить прерывание контакта электропроводящих материалов колец звеньев. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет передачи электроэнергии между коммутируемыми объектами в импульсном режиме и упрощение конструкции. 2 ил.
Изобретение относится к токосъемным устройствам, обеспечивающим передачу вращающего момента и электроэнергии в непрерывном и импульсном режимах между коаксиальными объектами, способными поворачиваться относительно друг друга на неограниченный угол, может применяться в машиностроении, электротехнике, системах управления, радиолокации, для кодирования информации и т.д.
Известны токосъемные устройства центрального типа (Бабаева Н.Ф. и др. Расчет и проектирование элементов гироскопических устройств. - Л.: Машиностроение, 1967. - с.480), состоящие из нескольких пар плоских упругих токоподводящих пластин, поджатых друг к другу усилием, обеспечивающим непрерывность точечного контакта пластин (через пуклевки). Основные недостатки этих устройств - низкая надежность из-за возможного разрыва контакта между пластинами при вибрациях и недостаточная долговечность, поскольку пластины подвержены выгоранию в зоне их точечного контакта, и многозвенность.
Среди аналогов можно назвать и устройства, имеющие токопроводящие кольца с обращенными друг к другу зубчатыми венцами, неподвижно соединенные с коаксиальными объектами, способными поворачиваться относительно друг друга на неограниченный угол, и установленные с напряжением между ними промежуточные токопроводящие упругие зубчатые кольца (А.с. СССР №796964, кл. H01R 39/00, 1981. Опубл. 15.01.81. Бюл. №2).
Недостатком этих устройств является их низкая надежность, из-за того, что упругие промежуточные кольца подвержены непредсказуемому по времени разрушению, так как зубья, впадины которых являются концентраторами напряжений, подвержены непрерывно бегущей вдоль них упругой деформации, ужесточающейся малым диаметром колец. Далее, надежность снижается и из-за большого количества промежуточных колец, их приходится по три на каждую пару контактирующих пластин; при работе устройства возможно проскальзывание, сближение и стопор промежуточных колец, вызывающий их поломку и, как следствие, выход из строя всего контактного устройства. Следует также отметить, что эти устройства имеют довольно сложную технологию сборки.
Наиболее близким по конструктивному исполнению и назначению является токосъемное устройство, принятое нами в качестве прототипа (Патент РФ №2178608, кл. H01R 39/00, 39/08, опубл. 20.01.2002. Бюл. №2). Оно содержит концентрично расположенные токопроводящие кольца, волновую механическую передачу, состоящую из генератора волн, жесткого и гибкого звеньев, кольца, неподвижно закрепленные на звеньях передачи и изолированно от них. При этом кольца гибкого звена упруго прижаты к соответствующим кольцам жесткого звена генератором волн передачи не менее чем в двух диаметрально противоположных областях, образуя кинематические пары.
Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности - передача вращающего момента и электроэнергии только в непрерывном режиме, а также большое число звеньев (изолирующие кольца между звеньями и токопроводящими кольцами, сами токопроводящие кольца), усложняющее технологию изготовления и сборку устройства.
Технической задачей изобретения является расширение его функциональных возможностей за счет передачи электроэнергии между коммутируемыми объектами в импульсном режиме и упрощение конструкции за счет сокращения изолирующих и токопроводящих колец при сохранении долговечности, точности и надежности.
Технический результат достигается тем, что в известном токосъемном устройстве, содержащем волновую механическую передачу, включающую в себя генератор волн, гибкое и жесткое звенья, согласно изобретению гибкое и жесткое звенья передачи выполнены заодно с кольцами из диэлектрических материалов, а их контактные поверхности покрыты электропроводящим материалом, образуя электрически связанные кинематические пары, при этом хотя бы одна кинематическая пара имеет участки, лишенные электропроводящего материала, длина которых такова, что может обеспечить прерывание контакта электропроводящих материалов колец звеньев.
Выполнение гибкого и жесткого звеньев передачи заодно с кольцами из диэлектрических материалов с покрытием их контактирующих поверхностей электропроводящим материалом упрощает конструкцию устройства. Импульсный характер передачи электроэнергии между объектами, который обеспечивается выполнением хотя бы одной кинематической пары с участками, лишенными электропроводящего материала, расширяет функциональные возможности токосъемного устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема токосъемного устройства, в котором волновая передача выполнена в зубчатом исполнении, на фиг.2 - сечение в зоне кинематической пары.
Токосъемное устройство содержит волновую механическую передачу, состоящую из генератора волн 1, гибкого 2 и жесткого 3 звеньев, выполненных из диэлектрических материалов, и токопроводящих кинематических пар 4, 5, и 6, контактирующие поверхности которых, в данном случае зубья, покрыты электропроводящим материалом 7. Кинематическая пара 4 выполнена с участками, лишенными электропроводящего материала 7.
Устройство работает следующим образом.
Гибким 2 и жестким 3 звеньями волновая передача непосредственно (без изолирующих колец, характерных для прототипа) неподвижно крепится к коммутируемым объектам. Вращающийся генератор волн 1, прижимая упругое звено 2 к жесткому звену 3, принуждает упругое звено 2 катиться по звену 3. При этом качении периодически приходят в зацепление участки звеньев, несущие токопроводящий материал (на фиг.2 такой участок показан лишь на гибком звене 2). В течение всего времени зацепления токопроводящего участка (они могут быть и на обоих звеньях) происходит импульсная передача электроэнергии между объектами. Частота, длительность и скважность импульсов определяются длинами участков, лишенных электропроводности, и частотой относительного вращения объектов.
Для реализации непрерывного режима передачи электрической энергии кинематические пары, например, 5 и 6 не имеют участков, лишенных электропроводности. Так как волновая механическая передача изготовлена из диэлектриков, то передача электроэнергии между звеньями (объектами) может быть обеспечена за счет напыления на элементы кинематических пар (зубчатых, фрикционных) электропроводящего материала. Вместо напыляемого электропроводящего материала можно применять неподвижно закрепляемые на кинематических парах электропроводящие кольца или венцы со встречными зубьями. Такое исполнение возможно при применении крупногабаритных волновых передач.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для передачи как вращающего момента между геометрически изолированными друг от друга помещениями или пространствами, так и электрической энергии или кодированной информации.
Токосъемное устройство, содержащее волновую механическую передачу, включающую в себя генератор волн, гибкое и жесткое звенья, отличающееся тем, что гибкое и жесткое звенья передачи выполнены заодно с кольцами из диэлектрических материалов, а их контактные поверхности покрыты электропроводящим материалом, образуя электрически связанные кинематические пары, при этом хотя бы одна кинематическая пара имеет участки, лишенные электропроводящего материала, длина которых такова, что может обеспечить прерывание контакта электропроводящих материалов колец звеньев.
