新型接觸調壓器的製作方法

2023-05-26 21:24:41 3

專利名稱：新型接觸調壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種環形接觸調壓器和穩壓器、柱式接觸調壓器和穩壓器、環形接觸自動調壓器和穩壓器、柱式接觸自動調壓器和穩壓器，特別是關於一種裝有金屬襯圈、夾芯電刷、電刷冷卻器的新型接觸調壓器。
現有的接觸調壓器和穩壓器，如全國統一設計的TDGC2、TSGC2、TDGC2J、TSGC2J系列接觸調壓器，TNDGC、TNSGC系列自動接觸調壓器、TEDGZ、TESGZ系列柱式接觸調壓器、TENDGZ、TENSGZ系列柱式自動接觸調壓器、TW、SVC系列自動穩壓器，DBW，SBW系列自動補償式穩壓器等，調壓是靠電刷在線圈磨麵上接觸滑行的位置變化來實現調節(穩定)電壓的目的。這種結構的調壓器和穩壓器有下列缺陷①為了在調節中不使電路斷路，故電刷必須用大電阻的電化石墨一類物質製成；②電刷必須能同時短接至少2～3匝線圈，有短路電流存在；③由於電刷與線圈磨麵接觸，因多種原因使接觸電阻增大，而且越來越大；④由於原調壓器和穩壓器的襯圈用工程塑料製作，故導熱、擴散熱、冷卻條件極差，使電刷與線圈磨麵接觸處所產生的大量熱量，在導線一側只能通過導線本身來散熱冷卻，所以散熱慢，而且量小，造成局部過熱；⑤由於原調壓器和穩壓器的電刷所發熱是靠電刷架散熱，間接而且間隔距離遠。由於以上種種原因而使調壓器和穩壓器線圈磨麵損耗大量電能而發高熱，這熱量冷卻很慢，使之調壓器和穩壓器極易燒毀。
如我們於94年6月3日申請的實用新型，專利號94213553.9，名稱「用於調壓器和穩壓器的準確定位的滾動電刷」和94年7月26日申請的發明專利，專利號94108752.2，名稱「無磨麵滾動電刷準確定位的調壓器和穩壓器」都提出了滾動金屬電刷和石墨電刷，這只能解決電刷一邊的發熱，對在線圈一邊的發熱用「轉換定位器」來解決，這種方法雖然效果很好，但不能從根本上解決，而且太複雜、成本高、工藝複雜、很難批量生產。
又如我們於95年3月22日申請的專利號95205884.7，名稱「有定位器可變刷架接觸調壓器和穩壓器。」這隻實用新型專利中，我們也設計了與本方案不同的方法，但比本設計方案比較複雜，不易製造，成本高，也沒有本設計方案先進。
又如我們於96年1月17日申請的專利號96202306.X，名稱「金屬襯圈滾動電刷接觸調壓器和穩壓器。」這隻實用新型專利中，我們也設計了與本方案有所不同的電刷裝置，但與本設計方案相比在電刷冷卻、減少電阻上效果不太好。
本實用新型的目的在於克服現有技術的缺陷而提供一種新型接觸調壓器和穩壓器，它具有鐵芯外襯以經絕緣處理過的金屬襯圈、線圈直接緊貼地繞在金屬襯圈外，有金屬襯圈的線圈一邊製成線圈磨麵，磨麵上滑(滾)動電刷，電刷製成中間為金屬石墨電刷，二邊為電化石墨電刷的夾芯電刷，夾芯電刷插在電刷冷卻器的孔中，電刷冷卻器的孔四周裝有彈性銅絲，電刷插入後，就能使電刷和電刷冷卻器成電氣軟聯接。
本實用新型通過如下方案實現底座與壓圈之間固定一鐵芯，鐵芯外襯以經絕緣處理過的金屬襯圈，並將線圈直接緊貼地繞在其外面，有金屬襯圈的線圈一側為磨麵，底座與壓圈的中孔固定軸，軸上固定電刷架，電刷架前部安裝著中間是金屬石墨電刷，二邊是至少一個電化石墨電刷的夾芯電刷，夾芯電刷插在電刷冷卻器的孔中，電刷冷卻器孔的四周裝有彈性銅絲，電刷插入後，就使電刷和電刷冷卻器成軟聯接，並且使電刷冷卻器同線圈磨麵的距離儘可能短。電刷冷卻器和夾芯電刷都固定在電刷架上，並使電刷與線圈磨麵接觸導電，只要通過軸上的手輪(或電機帶動齒輪)旋轉，使電刷在線圈磨麵上滾(滑)動，從而改變線圈一、二次之間的比變，使輸出電壓發生調節(或保持穩定)，輸入、輸出的接線板和控制板固定在外殼上，其實用新型所在。
所述的金屬襯圈是由銅(鋁、鐵等)金屬製造，金屬外經過絕緣處理而製成，襯在鐵芯外，並將線圈直接緊貼地繞在其外，在有金屬襯圈處的線圈製成線圈磨麵，電刷在線圈磨麵上滑(滾)動；所述的夾芯電刷是由中間為小電阻的滾(滑)動金屬石墨電刷和二邊為至少一個大電阻的滾(滑)動電化石墨電刷粘接組成；所述的電刷冷卻器是由銅板製成多邊形中間有孔，孔中裝有彈性銅絲(片)；本實用新型的優點①在於由於夾芯金屬電刷本身電阻和接觸電阻都大大小於石墨電刷，使極大部份電流流過夾芯金屬電刷，消除了接觸處因電阻大而發熱；②在於由於電刷冷卻器與夾芯電刷同線圈磨麵電刷接觸處的距離極短，儘可能短，一方面使夾芯電刷所發的熱量迅速傳導至電刷冷卻器冷卻，另一方面使電流從線圈磨麵到夾芯電刷頭部極小的距離後，就流到電刷冷卻器中，這等於電流只流過夾芯電刷的頭部的極少一部分後，馬上流到電刷冷卻器中，使電能損耗減少，發熱量減少。當夾芯電刷處於短接二至三根導線之間，由於石墨電刷與電刷冷卻器之間間隔距離極短，所以電阻相當小，石墨電刷所產生的熱量少，這種結構的裝置對於二根導線的短路電流的電阻量是不變的，這是表面效應，這使夾芯電刷與線圈磨麵接觸處的溫升大大降低；③在於由於夾芯電刷的粘貼是用絕緣物質製成，故層間電阻極大，就消除了短路電流(即空載損耗變動量)；④在於由於金屬襯圈導熱擴散冷卻迅速，所以當電刷與線圈磨麵接觸處所產生的熱，這熱量迅速傳導擴散開，而使接觸處溫度迅速降低而不過熱；⑤由於在於使用金屬襯圈，使鐵芯的截面積擴大，這有利於降低磁通密度，降低空載損耗，降低發熱。而且在同等發熱量的情況下，鐵芯的磁通密度可以取得比原來高一些，這有利於縮小整個產品的體積和降低成本。由以上五種優點，所以夾芯電刷接觸處的線圈磨麵所發熱量少，熱擴散快，冷卻迅速，無局部過熱，無匝間短路電流，線圈磨麵溫升低，電刷無損耗，節約大量電能，波形無畸變，輸出電壓無級連續可調(穩壓)，結構簡單、體積小、造價低、而且一旦過熱，熱量就迅速傳導擴散開，不使線圈磨麵的銅線因過熱而產生氧化，不使調壓器和穩壓器因局部過熱而損壞，使調壓器和穩壓器的壽命大大增長。
本實用新型有下列附圖摘要附圖為環形鐵芯夾芯電刷金屬襯圈帶齒輪傳動機構的上端面為磨麵的自動調壓器和穩壓器的結構圖。


圖1為環形鐵芯夾芯電刷金屬襯圈在上端面為磨麵的手動調壓器的結構圖。
圖2為環形鐵芯夾芯電刷金屬襯圈帶齒輪傳動機構的側面為磨麵的結構圖。
圖3為疊片式鐵芯夾芯電刷金屬襯圈的結構圖。
圖4為一隻金屬夾芯電刷和四隻石墨電刷的夾芯電刷在線圈磨麵上的位置圖。
圖5為一隻金屬電刷和四隻石墨電刷的夾芯電刷在直線形線圈磨麵上的狀態圖。
圖6為一隻金屬電刷和四隻石墨電刷的夾芯電刷在斜線形線圈磨麵上的狀態圖。
上述圖中1為鐵芯，2為金屬襯圈，3為線圈，4為壓圈，5為底座，6為電刷架，7為軸，8為壓板，9為手輪，10為外殼，11為夾芯電刷，12為金屬電刷，13為石墨電刷，14為電刷冷卻器，15為線圈磨麵，16為齒輪軸套，17為上蓋板，18為指示針，19為刻度盤，20為接線板和控制板。
按上述附圖施例作進一步詳細闡述。
新型接觸調壓器和穩壓器(參見附圖)由鐵芯(1)與襯在鐵芯(1)外經絕緣處理過的金屬襯圈(2)，並將線圈(3)直接緊貼地繞在其外，在有金屬襯圈(2)的一邊線圈製成線圈磨麵(15)，夾芯電刷(11)與線圈磨麵(15)接觸。線圈磨麵(15)與壓圈(4)用螺釘與底座(5)固定，使線圈(3)夾住在中間。電刷架(6)上裝置夾芯電刷(11)和電刷冷卻器(14)。電刷架(6)用螺釘固定在齒輪軸套(16)上，再用螺釘固定在軸(7)上。軸(7)的下部用克圈與底座(5)定位，軸(7)的上半部用壓板(8)定位在壓圈(4)上。軸(7)上固定有手輪(9)帶齒輪軸套(16)]，手輪下固定有指示針(18)。外殼(10)固定在底座(5)，外殼(10)上固定有接線板(20)，上蓋板(17)和刻度盤(29)。轉動手輪(9)[或齒輪軸套(16)]，從而帶動軸(7)，夾芯電刷(11)在線圈磨麵(15)上滑(滾)動以此來達到改變一、二次線圈的匝數比，從而達到無級均勻連續地可調(穩定)輸出電壓的目的。
所述的夾芯電刷(11)為組合式，其中中間是由金屬石墨製成的小電阻金屬電刷(12)，二邊為至少一個的提高滅弧、消弧能力，消除短路電流(即無空載損耗變動量)、轉換作用的大電阻的電化石墨電刷(13)。當調壓器通電使用時，由於金屬電刷(12)的電阻大大小於石墨電刷(13)，故使極大部份電流通過金屬電刷(12)，所以發熱量就大大降低，又因每一隻的金屬電刷(12)和石墨電刷(13)的寬度都小於二根導線之間間隔的寬度，而石墨電刷與金屬電刷是用絕緣膠粘接的，故表面電阻很大，所以夾芯電刷(11)，線圈磨麵(15)不產生短路電流，又節約了大量電能，使發熱量大大降低，發熱處的溫度迅速大幅度地降落，這就大大地增長了調壓器、穩壓器的使用壽命。
所述的電刷冷卻器(14)是由銅板製成多邊形中間有孔，孔四周裝有彈性銅絲(片)，這孔中插入夾芯電刷(11)，使銅絲與夾芯電刷(11)彈性軟聯接，這有利於導熱、導電，並將銅板衝拉製成多孔，又有利於散熱。因電刷冷卻器(14)與夾芯電刷(11)同線圈磨麵(15)的距離極短，所以夾芯電刷(11)和線圈磨麵(15)產生的熱量迅速傳導至電刷冷卻器(14)上冷卻，這使夾芯電刷(11)和線圈磨麵(15)的溫度大大降低。就大大地增長了調壓器和穩壓器的使用壽命。
所述的電刷冷卻器(14)與夾芯電刷(11)利用電刷的表面效應，裝配成同線圈磨麵(15)的距離極短，電流從線圈磨麵(15)流到夾芯電刷(11)的極短的頭部一點距離後，就通過電刷冷卻器(14)而流到外電路去，這樣電流只通過夾芯電刷(11)頭部一點距離，而不是全部，所以電損耗和發熱只頭部一點點，這樣就使電損耗量和發熱量大大降低，節約了大量電能。
所述的金屬襯圈(2)是用銅(鐵，鋁)製成圈(直條)形的，外面經過快速導熱的絕緣材料處理。將金屬襯圈(2)襯在鐵芯(1)外，並將線圈(3)直接緊貼地繞在金屬襯圈(2)外。所以當線圈磨麵(15)與夾芯電刷夾芯電刷(11)的接觸處，因某種原因一旦發熱，這熱量就迅速傳輸給金屬襯圈(2)，金屬襯圈(2)受熱後，就快速地向整個金屬襯圈(2)擴散，而另一方面這熱量就迅速傳輸給金屬電刷(12)和石墨電刷(13)，並快速地向電刷冷卻器(14)擴散，冷卻。使線圈磨麵(15)發熱處的溫度迅速大幅度地降落，使線圈磨麵(15)的銅線不會因過熱而氧化，線圈(3)不會因過熱而損壞，這就大大地增長了調壓器和穩壓器的使用壽命。
所述的鐵芯(1)為環形、外襯以經絕緣處理過的平面形(帶直形或斜齒形槽)的至少襯一邊的金屬襯圈(2)並將線圈(3)直接緊貼地繞在金屬襯圈(2)外。
所述的鐵芯(1)為疊片式，外襯以經絕緣處理過的長方(圓柱形)帶直形槽或斜形槽(也可平面形)至少襯一邊的金屬襯圈(2)並將線圈(3)直接緊貼地繞在金屬襯圈(2)外。
設單根導線線圈磨麵(15)寬為b，絕緣間隔寬為j，金屬電刷(12)橫向接觸所佔寬度為a，一個石墨電刷(13)橫向接觸所佔寬度為c，實現本實用新型的必要條件b+2j＞4c+a＞b+j＞2c＞b＞j＞c≥a下面分幾個過程來分析說明過程1，為運行常態，此時金屬電刷(12)和石墨電刷(13)都同時只與第1根線圈磨麵(15)接觸，由於二種電刷的電阻大小不同，使絕大部分電流由第1根導線輸入通過金屬電刷(12)而組成主迴路。
過程2，開始轉換狀態，此時金屬電刷(12)還與第1根線圈磨麵(15)接觸，後石墨電刷(13)與第1根線圈磨麵(15)接觸，前一隻石墨電刷(13)與第2根線圈磨麵(15)和絕緣間隔J接觸，這時因前一隻和後一隻石墨電刷是表面絕緣的(電阻極大)，所以無短路電流(即空載損耗變動量)存在，但這時的電流絕大部份還是通過第1根線圈磨麵(15)和金屬電刷(12)與外電路組成電路主迴路。
過程3，繼續轉換狀態，此時金屬電刷(12)只與絕緣間隔J接觸，而不通電，後一隻石墨電刷(13)與第1根線圈磨麵(15)接觸，前一隻石墨電刷(13)與第2根線圈磨麵(15)接觸，這時因前後二隻石墨電刷(13)是表面絕緣的(電阻極大)，所以無短路電流，電流同時通過第1、2根線圈磨麵(15)有分開通過前後二隻石墨電刷(13)後，再與外電路組成電路迴路。
過程4，轉換狀態結束前，與過程2相似，只不過方向相反，這時電路無短路電流存在。
過程5即為過程1，只不過方向相反，這時電路無短路電流存在。
上述過程正反都可以，周而復始，夾芯電刷(11)從線圈磨麵(15)上滾(滑)動，電流始終暢通，在一般情況下即1、2、3、4、5五過程中損耗很小，即在全過程都無短路電流存在(即無空載損耗變動量)，而且一旦由於因多種原因而產生熱量，在線圈磨麵(15)這一邊就速即通過緊貼的金屬襯圈(2)，快速擴散，快速冷卻。在夾芯電刷(11)一邊熱量就通過電刷冷卻器(14)向外迅速擴散、冷卻，不使接觸處過熱，這樣因溫度低使線圈磨麵(15)銅表面就不產生氧化，不使線圈(3)損壞而壽命大大增長。
通過以上分析本設計方案的優點在於電刷和線圈磨麵接觸處直接冷卻、導熱、散熱、擴散冷卻快速、發熱量小、溫升低、無局部過熱、電刷和線圈磨麵無空載損耗變動量(無匝間短路電流)、接觸磨麵銅線不氧化、電刷接觸電阻小、電刷電阻小、電刷無損耗、節能顯著、輸出電壓無級均勻連續可調(穩定)、結構簡單、造價低、體積小、使用壽命長的一種用金屬襯圈、夾芯電刷，電刷冷卻器——新型調壓器和穩壓器。
權利要求1.新型接觸調壓器，包括鐵芯與襯在鐵芯外的經絕緣處理過的金屬襯圈，並將線圈直接緊貼地繞在這金屬襯圈外，線圈上面有壓圈，並用螺釘與底座固定，使線圈固定在中間，電刷為夾芯電刷並和電刷冷卻器都固定在電刷架上，電刷架用螺釘固定在軸上，軸下部用克圈與底座定位，軸上部用壓板定位在壓圈上，軸上固定有手輪，外殼固定在底座上，其特徵在於a、所述的金屬襯圈是用銅、鋁、鐵等製成圈、條、帶，這金屬襯圈經絕緣處理過襯在鐵芯外，並將線圈，直接緊貼地繞在金屬襯圈外，有金屬襯圈一邊的線圈製成磨麵，電刷滑動在線圈磨麵上；b、所述的電刷為夾芯電刷由二部份組成中間金屬石墨電刷，二邊為至少一個石墨電刷，膠粘而製成；c、所述的電刷冷卻器是銅板製成，中間有孔並裝帶彈性銅絲，夾芯電刷插入這孔中並與彈性銅絲成軟聯接；
2.如權利要求書1所述的新型接觸調壓器，其特徵在於所述的鐵芯為環形、外襯以經絕緣處理過的平面形，至少襯一邊的金屬襯圈並將線圈直接緊貼地繞在金屬襯圈外，襯有金屬襯圈一邊的線圈製成磨麵，磨麵上滑動著電刷；
3.如權利要求書1所述的新型接觸調壓器，其特徵在於鐵芯為疊片式，外襯以經絕緣處理過的平面形，至少襯一邊的金屬襯圈並將線圈直接緊貼地繞在金屬襯圈外，襯有金屬襯圈一邊的線圈製成磨麵，磨麵上滑動著電刷；
4.如權利要求書1所述的新型接觸調壓器，其特徵在於所述的電刷為夾芯電刷由二部份組成滾動金屬石墨電刷和至少二個大電阻的滾動石墨電刷組成；
5.如權利要求書1所述的新型接觸調壓器，其特徵在於所述的電刷冷卻器是由導熱散熱快速的材料製成，中間有孔並裝有帶彈性銅片，電刷從這孔中插入，並與帶彈性銅片成軟聯接。
專利摘要新型接觸調壓器,是在原接觸調壓器結構基礎上:鐵芯外襯以經絕緣處理過的金屬襯圈,並將線圈直接緊貼地繞在其外。有金屬襯圈一邊的線圈製成磨麵,電刷接觸滑行在這磨麵上。電刷中間為金屬石墨,二邊為電化石墨的夾芯電刷、並將其插在電刷冷卻器孔中。本設計優點在於使電刷和線圈直接冷卻、無匝間短電路電流、發熱少、無局部過熱,磨麵銅表面不氧化、節能顯著、使用壽命長的新型接觸調壓器。
文檔編號H01F29/00GK2297786SQ9621690
公開日1998年11月18日 申請日期1996年6月19日 優先權日1996年6月19日
發明者張榮民, 張偉, 胡秀寶 申請人:張榮民, 張偉, 胡秀寶