Многоканальный бесконтактный токосъемник Советский патент 1984 года по МПК H01R39/12 

Изобретение относится к электротехнике и радиотехнике и предназначено для передачи сигналов промежуточных частот с неподвижного объекта на вращающийся, или наоборот, на пример, в радиолокационной технике. Известен бесконтактный токосъемник индуктивного типа, осуществлякяц передачу сигналов промежуточных час тот между вращающимися и. неподвижным объектами. Такой токосъемник мо жет быть использован в качестве типичной одноканальной секции в много канальном токосъемнике, выполненном в виде набора из одинаковых секций. Он содержит вращающуюся и неподвижную обмотки, размещенные на немагнитных держателях. При этом одна из обмоток разделена на две одинаковые катущки, которые расположены по обе стороны другой .обмотки вдоль оси вращения l , Однако больщие размеры токосъемника вдоль оси вращения обуславливают значительные габариты многоканального бесконтактного токосъемника, выполненного на его базе. Известен бесконтактный многоканальный токосъемник, предназначенный для передачи сигналов промежуточных частот с неподвижного объекта на вра щающийся или наоборот. каждый канал которого содержит концентрически расположенные статорные и роторные секции, выполненные из диэлектричес кого материала с металлизированной наружной поверхностью, взаимодейст вующие поверхности статорных и рото ных секций выполнены в виде кольцевых металлических полос, являющих ся обкладками цилиндрических конденсаторов, экранные диски выполнены из диэлектрического материала с металлизированной поверхностью. К обкладкам конденсаторов подсоединены катушки индуктивности . . Однако значительные габариты уст ройства в направлении оси вращения (около 20 мм на каждый канал), сложность технологии изготовления, а так же узкая полоса пропускания ограничивает область его использования. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является многоканальный бесконтактный токосъемник индуктивного типа, содержащий в каждом канале первичную и вторичную обмотки, концентрично размещенные на немагнитных каркасах, при этом одна из Обмоток, плоскости витков ко торых перпендикулярны оси вращения,. неподвижна, а другая вращается, а также соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца, в)ращаю1диеся и неподвижные, плоскости которых перпендикулярны оси вращения. Такой многоканальный индуктивный токосъемник позволяет одновременно передавать с вращающегося на неподвижный объект несколько сигналов, действуя при этом как вращающийся воздушный трансформатор. Металлические экранные кольца выполняют роль электромагнитного экрана, обеспечивая развязку соседних кана-пов з . Однако обмотки каналов, известного токосъемника при больших диаметрах витков (что зачастую требуется на практике) характеризуются значительными величинами собственной емкости (GO) i Так, при среднем диаметре D(.p 15 см простой многослойной намотки собственная емкость катушки может достигать 60-70 пФ. Вследствие этого с ростом частоты W передаваемого сигнала происходит увеличение мощности Р диэлектрических потерь на емкости Р - wCptgS, где tgS - тангенс угла потерь. Это приводит к искажениям амплитуды передаваемого гармо ничеокого сигнала, при изменении его частоты или к искажениям спектра передаваемого широкополосного сигнала. Кроме того, входное сопротивление канала носит индуктивный характер и с ростом частоты его модуль возрастает. Это приводит к нарушению согласования входного сопротивления , канала токосъемника с внутренним сопротивлением источника сигнала (или С волновым сопротивлением соединительного кабеля). Таким образом, с изменением частоты передаваемого гармонического сигнала нарушаются условия оптимальной передачи мощности о.т источника сигнала в токосъемник, следствием чего являются искажения амплитуды передаваемого сигнала в диапазоне рабочих частот. Вместе с тем прототип характеризуется существенными размерами обмоток в направлении оси врЕцдения (ширина каркаса с обмоткой около 10 мм). При большом числе каналов это. обусловливает значительные габариты всего токосъемника в целом. Целью изобр.етения является повышение надежности за счет стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот и уменьшение габаритов токосъемника. Поставленная цель достигается тем, что t многоканальном бесконтактном токосъемнике, содержащем в каждом канале первичную и вторичную обмотки, концентрично размещенные на немагнитных каркасах, при этом одна из обмоток, плоскости витков которых перпендикулярны оси вращения, неподвижна, а другая вращается, а также

соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца, вращающиеся и неподвижные, плоскости которых перпендикулярны оси вращения, обмотки токосъемника выполнены в виде колец, а в каждый канал введены два резистора и конденсатор, причем конденсатор и первый резистор подключены параллельно первичной обмотке и через последовательно соединенный с ним второй резистор - к входным клеммам канала.

Так как обмотки каналов токосъемника выполнены в виде колец, плоскости которых перпендикулярны оси врщения, то распределенные межвитковые емкости обмоток отсутствуют. Собственные емкости обмоток, обусловленные в данном случае лишь емкостями между обмотками .и экранными кольцами, минимальны. Это позволяет существенно ослабить зависимость диэлектрических потерь передаваемого сигнала от частоты.

При этом уменьшаются искажения его амплитуды в диапазоне рабочих частот, т.е. повышается стабильность передачи амплитуды сигнала. Кроме того, введение в каждый канал двух резисторов и конденсатора позволяет установить модуль полного входного сопротивления канала |/(.B диапазоне рабочих частот равным внутреннему сопротивлению источника сигнала (или волновому сопротивлению соединительного кабеля, т.е. обеспечить оптимальные условия передачи сигнала. При этом, подбирая величину сопротивления второго введенного резистора, можно установить необходимое значение iZgjj на центральной часто-те рабочего диапазона.

1 Введенные первый р.езистор и конденсатор обеспечивают минимальную неравномерность изменений модуля полного входного сопротивления в рабочем диапазоне частот: первый резистор - шунтируя первичную обмотку токосъемника, а конденсатор - компенсируя изменения |Zg,l , обусловленные индуктивностью обмотки. Таким образом, введение дополнительных эле ментов, двух резисторов и конденсатора позволяет согласовать входное сопротивление канала токосъемника с внутренним сопротивлением источника сигнала (или волновым сопротивлением соединительного кабеля) в диапазоне рабочих частот. При этом уменьшаются искажения амплитуды передавае.мого сигнала, т.е. повышается стабильность передачи амплитуды сигнала в диапазоне рабочих частот.

Вместе с тем, выполнение обмоток в виде концентрично расположенных колец, плоскость которых перпендикулярна оси вращения, позволяет .сократить до минимума габаритные размеры токосъемника в направлении этой оси.

Введение новых элементов не приводит к увеличению габаритов токосъемника в направлении оси вращения, так как имеется возможность их установки в плоскости колец за пределами корпуса токосъемника.

Увеличение при этом габаритов устройства в плоскости, перпендикулярной оси вращения, для многоканальных токосъемников, как правило, несущественно.

На фиг. 1 изображен многоканальны бесконтактный токосъемник, общий вид (продольный разрез трех каналов); на фиг. 2 - электрическая принципиальна схема одного из каналов токосъемника .

Устройство состоит из неподвижного вала 1, одновременно являющегося внешним корпусом токосъемника, и вращающегося вала 2 - внутреннего корпуса токосъемника. Каждый канал токосъемника содержит установленные в пространстве между валами неподвижный 3 и вращающийся 4 кольцевые каркасы. Каркасы выполнены из диэлектрического материала с минимальным значением диэлектрической проницаемости Е. В кольцевые пазы каркасов 3 и 4 уложены концентрично размещенные первичная 5 и вторичная 6 обмотки. Каждая обмотка представляет собой кольцо (с разрезом) медного провода.

Выводы первичной обмотки 5 соединены с платой 7, на которой установлены входные клеммы канала, электрордиоэлементы 8 (конденсатор и резисторы), и выполнен электрический монтаж. Плата вместе с электрорадиоэлементами заключена в экранирующий кожух 9 . Между каналами токосъемника расположены неподвижные и вращающиеся металлические экранные кольца 10 и 11. Кольца - прокладки 12 обеспечивают необходимые конструктивные размеры в осевом направлении. Входной кабель 13 подведен к плате 7, а выходной кабель 14 - к выходам вториНой обмотки 6.

I При вращении вала 2 относительно неподвижного зала 1 входной сигнал, который поступает с кабеля 13 через плату 7 с электрорадиоэлементами 8 на неподвижную первичную обмотку 5, передается на вращающуюся вторичную обмотку 6. Передача сигнала осуществляется вследствие наличия индуктивной связи между концентрично размещенными кольцами из проводящего материала, являющимися пераичт ной и вторичной обмотками канала токосъемника. Экранные кольца 10 и 11 совместно с валами 1 и 2 и кожухом 9 обеспечивают электромагнитное экранирование каналов токосъемника.

Выполнение обмоток каналов токосъемника в виде концентрично расположенных проводящих колец выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как существенно уменьшаются собственные емкост11 обмоток. В результате ослабляется зависимость диэлектрических потерь передаваемого сигнала от частоты, что уменьшает его искажение в диапазоне рабочих частот. Так, при уменьшении собственных емкостей обмоток с 60-70 до 5-10 пФ изменение мощности передаваемого сигнала из-за диэлектрических потерь уменьшается в 6-14 раз. Это приводит к повышению стабильности передачи амплитуды сигналов в 2-3 раза.

Использование новых элементов двух резисторов и конденсатора - позволяет обеспечить оптимальные условия передачи мощности в токосъемник в диапазоне рабочих частот. в результате уменьшаются искажения амплиту- «

ды передаваемого сигнала при изменении частоты.

Так, на изготовленном и исследованном макете введение новых элементов позволяет в диапазоне частот, раном 20 МГц, повысить стабильность передачи амплитуды сигналов токосъемника в 2,4 раза.

Повышение стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот позволяет использовать предлагаемое устройство в системах, где предъявляются повышенные требования к точности передачи сигналов.

Кроме того, использование устройства позволяет, упростив конструкцию обмоток, уменьшить в несколько раз габариты токосъемника в направлении оси вращения, его металлоемкость и вес, упростить технологию изготовления. В результате расширяется область применения многоканальных беконтактных токосъемников.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ТОКОСЪЕМНИК, содержащий в каждом канале первичную и вторичную обмотки, концентрично размещенные на немагнитных каркасах, при этом одна 556 f из обмоток, плоскости,витков которой перпендикулярны оси вращения, неподвижна, а другая вращается, а также соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца, вращающиеся и неподвижные, плоскости которых перпендикулярны оси вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот и уменьшения габаритов токосъемника, обмотки токосъемника выполнены в виде колец, а в каждый канал введены два резистора и конденсатор, причем конденсатор и первый резистор подклю чены параллельно первичной обмотке и S через последовательно соединенный с (Л ними второй резистор - к входным клеммам канала. СП СП « S 83

:с; 1Г

-0

tLZ

Х

Вращающаяся часть