JP2009005348A - ステータとロータの間のλ／４導線を備える高周波回転接続器 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも大幅な整備なしで且つ任意の長さの回転接続器を創作する。
【解決手段】ステータ１を備える高周波回転接続器では、ステータが少なくとも一本のλ／４導線を介して高周波的に少なくとも一個のロータ２と接続されていてこのロータを少なくとも部分的に包囲し、ロータ２が少なくとも一個の半径方向空気軸受と少なくとも一個の軸方向空気軸受によって接触なしにステータ１内に支承されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、少なくとも一本のλ／４導線を介して高周波的に少なくとも一個のロータと接続されていてこのロータを少なくとも部分的に包囲するステータを備える高周波回転接続器に関する。

この種の高周波回転接続器は共軸方向に並びに中空導体技術において一通路或いは複数通路に形成され得る。ドイツ特許出願公開第１００３７７４７号明細書（特許文献１）から、広域電気信号伝送する配列が少なくとも二つの互いに回転自在に配置された成分の間にあることが知られている。接続面間の空間がガスフィルムから成り得る誘電体により充填されているので、接続面が非常に小さい間隔に維持され得る。

回転接続器の共軸方向複数通路構成は欧州特許第９５１１１０号明細書（特許文献２）から知られている。一つの回転接続器の単数或いは複数のロータがステータ内に場所や重量の理由からしばしば薄リング軸受から成るころ軸受によって支承されている。これら軸受は各回転接続器の機械的に並びに電気的に或いは高周波技術的に問題のある構成部材である。ロータところ軸受が異なった工作材（大抵はアルミニュムと鋼）から成るので、この工作材の異なった熱膨張係数によって温度に依存して摩擦がより高まり、遊びが増大する。摩擦の高まりは規則的に軸受損傷をまねき、遊びの増大は弱過ぎる電気伝送特性をまねく。更なる欠点は高温における潤滑材の流出、ころ軸受の僅かな耐腐食性や電気遮断性を改良するためにしばしば乾燥された空気により上昇された内圧の下で保持された高周波空間に対する不十分な密封である。それ故に、高周波回転接続器は短い時間間隔で各整備後の電気特性の再調整を含む費用と時間のかかる整備を必要とする。この処理の間に、構成部材が回転接続器である全高周波システムは例えば民間的或いは軍事的レーダーシステムに機能不適格である。
ドイツ特許出願公開第１００３７７４７号明細書 欧州特許第９５１１１０号明細書 ドイツ特許出願公開第４４０３３４０号明細書 ドイツ特許第４４３６１５６号明細書

この発明の課題は、少なくとも大幅な整備なしで且つ任意の長さの回転接続器を創作することである。

この課題は、この発明によると、ロータが少なくとも一個の半径方向空気軸受と少なくとも一個の軸方向空気軸受によって接触なしにステータ内に支承されていることによって解決される。

空気軸受は原則的には公知である。ここで提案された高周波回転接続器のためには、空気が多数のマイクロ孔によって互いに可動な部材間の隙間に圧縮される空気軸受が特に適していて、ドイツ特許出願公開第４４０３３４０号明細書（特許文献３）やドイツ特許第４４３６１５６号明細書（特許文献４）から知られている。

ころ軸受の省略によりこれにより条件付けされた欠点、即ち問題のある温度抑制、潤滑材の温度依存粘性弱化、不正確な循環と不安定な駆動トルクが省略される。ステータとロータの同じ工作材では、通常には軽金属であり、この工作材や軸受の工作材の異なった熱膨張の問題は通常には鋼であり、根拠がなくなるので、ステータとロータの間の空気軸受隙間とそれにより高周波技術伝送特性がかなり一定のままである。過圧下の高周波空間の作動の際には、通常には非常に狭い空気軸受隙間が密封隙間として用いられる。ロータの駆動トルクが小さく、とりわけ、広い温度範囲にわたり一定である。すべてのこれら理由から高周波回転接続器が実際には整備なしである。

単数或いは複数のロータとステータの間の接触なし信号伝送が挿入された或いは折り畳まれたλ／４導線によって行われ得る。

空気軸受が高周波空間の外部に配置されている。この場合には、ロータとステータの間の高周波技術接続の現構成が少なくとも広範に変更されないままである。

けれども、およそ３０μｍ、特に１５μｍより少ない狭く一定空気軸受隙間が空気軸受を高周波空間の内部に配置することを可能とする。空気軸受を貫流する軸受空気は同時に高周波的に連結されて伝送する能に応じて明白に加熱する部材の冷却空気として作用する。僅かな一定隙間幅が更に接続器の全利用可能な周波数帯域にわたり定在波比（ＶＳＷＲ）の著しい改良をまねく。

半径方向空気軸受は半径方向空気流出孔を備えるステータの中空円筒状部分の内面とロータの円筒状部分の周面とから成る。この半径方向空気流出孔はステータに最も良く周辺にわたり並びにステータの中空円筒状部分の軸方向長さにわたり配置されている。

半径方向空気軸受流出孔は１０μｍから１００μｍまでの直径や非常に僅かな軸方向長さを有する。安定な空気クッションを達成するために、この空気軸受流出孔は圧縮空気源と接続されたロータの少なくとも一つの環状路と連通する。

類似な形式では、軸方向空気軸受が軸方向空気流出孔を備えたステータの円環面とロータの前面上の円環面とを有する。特に長く構成する回転接続器には、ロータが互いに軸方向に間隔を置いている二つのこの種の軸方向空気軸受を介して支承され得る。ロータの適切な円環面の場合には、それぞれの前面が重要である。

ステータの円環面の軸方向空気流出孔も周辺にわたり並びに円環面の半径にわたり分布配置され得る。

半径方向空気軸受流出孔のように、軸方向空気流出孔も圧縮空気源と接続されたステータの少なくとも一つの環状路と連通している。同じ圧縮空気源が半径方向並びに軸方向空気流出孔に供給し得る。

とりわけ、短く構成する高周波回転接続器のために、特に好ましいのは、ロータが軟質磁性材料製の少なくとも一つの環状部分を有し、ステータが軸方向空気軸受の領域においてロータを磁気的に引きつける手段を包含する実施態様である。それ故に、この実施態様は軸方向空気軸受のみにより間に合う、というのは、半径方向空気軸受隙間には空気クッションとロータとステータの間の磁気吸引力との間の力平衡が調整されるからである。

この実施態様の展開では、ロータの軟質磁性材料から成る部分が軟質磁性リングから成り、ロータがその他の点では軽金属から成る。特に、この実施態様では、ステータも軽金属から成るときに、好ましい、というのは、それにより全体として著しい重量節約が生じるからである。

ロータ工作材や軟質磁性リングの工作材の異なった膨張係数を考慮するために、軟質磁性リングの工作材が周辺の少なくとも一つの箇所に半径方向に分割され、周辺方向に滑り自在にロータと接続されている。

磁気吸引手段は、目的に適って、ステータの周辺にわたり均一に分布配置された永久磁石から成る。

永久磁石のロータに向いた極面が磁界分布リングを介して磁気的に接続されていて、周辺方向に空気クッションにロータとステータの間の軸受隙間と反作用する吸引力の比較性を得る。

ステータを高周波的にロータと接続する少なくとも一本のλ／４導線が半径方向に配置され得て且つ接続器の直径を減少させるように折り畳まれている。

λ／４導線をその代わりに軸方向に配置するならば、高周波回転接続器の長さの拡大の費用で更なる直径減少を得る。

回転接続器の長さと直径の間の協調は、軸方向に延びるけれども、折り畳まれたλ／４導線を備えることである。

図面には、この発明による高周波回転接続器の二つの実施例は概略的に簡略化されて図示される。

すべての図には、高周波回転接続器のこの発明を理解するのに必要である部分のみが図示されている。

図１乃至４による実施態様では、ステータ１内にロータ２が半径方向空気軸受と軸方向空気軸受により支承されている。図１に示されるように、ロータ２は図示されていない回転駆動手段と例えばレーダーアンテナと接続する連動つめ２ａと連動窪み２ｂを有する。

高周波技術的にステータ１が共軸方向接続部用の外部導体を内部導体３により形式する。ステータ１が二つの半径方向に折り畳まれたλ／４導線を介してロータ２とそれ自体公知の形式でガルヴァーニ電気的に無接触に接触保持されている。このロータ２は周辺の箇所に高周波信号を取り出すか、或いは供給する内部導体３０を備える共軸方向接続部を有する。

ロータ２はフランジリング２．２を有する。フランジリング２．２はステータ１の中空円筒状部分に係合し、環状前面２．２１、これに対向位置する環状前面２．２２と円筒状周面２．２３を有する。円筒状周面２．２３はステータ１の中空円筒状外面１．１と一緒に半径方向空気軸受を形成する。特に図３の拡大された断面が示されるように、このために中空円筒状外面１．１には半径方向空気流出孔４．１と４．２が連通していて、これらの流出孔がそれぞれに例えば６０乃至８０μｍの間の直径を有し、循環する環状路５．１と５．２と接続して、これらの環状路が共通接続部６と連通していて、圧縮空気により図示されていない外部源から供給され得る。環状路５．１と５．２は外方にＯ−リング７によって或いは同様なものによって閉鎖される。

半径方向空気流出孔４．１と４．２は図４によると、均一にステータ１の中空円筒状外面１．１の周辺にわたり分布されている。けれども、特定荷重の場合には、空気流出孔の不均一な分布が好ましい。

軸方向におけるフランジリング２．２の厚さに依存して、二つの平行な列の半径方向空気流出孔４．１と４．２の代わりに、唯一の列も十分であるか、或いはそのような半径方向空気流出孔の二つの平行な例以上に設けられている。

接続部６を介して圧縮空気の吹き付けの際に、フランジリング２．２の周面２．２３とステータの中空円筒状外面１．１の間に周辺にわたり、即ち一定に半径方向空気軸受隙間が１０μｍから２０μｍの大きさ程度の範囲に調整される。

ステータ１の中空円筒状部分の円環面１．２と１．３に対する環状前面２．２１と２．２２は、ロータのこれら円環面と逆面２．２１と２．２２の間にそれぞれに一つの循環する環状隙間が残るように幅広く互いに間隔を置いている。ロータ２のフランジリング２．２の環状前面２．２２はステータ１の軸受カバー１．４の対向位置する円環面１．３と一緒に一つの軸方向空気軸受を形成する。このために円環面１．３には図３の軸方向空気流出孔８．１が連通していて、ここでは均一に周辺にわたり分布配置されている。軸方向空気流出孔８．１は半径方向空気流出孔４．１と４．２に類似して、共通環状路９から圧縮空気を供給される。環状路９は外方にリング１３によって閉鎖されて、環状路５．１と５．２のような同じ圧縮空気接続部６と連通している。半径方向空気軸受の場合には、この軸方向空気軸受が一列以上の空気流出孔を包含する。空気流出孔が特定荷重の場合に不均一に周辺にわたり分布され得る。

軸方向空気流出孔８．１から空気軸受隙間に押し込まれた空気がロータ２を軸方向に動かすようと努める。この移動はステータ１の軸受カバー１．４の周辺にわたり均一に分布配置された一組の永久磁石１０に反作用し、この永久磁石が軸方向に磁化されて、ロータ２に向いた極面により実質的にステータ１の軸受カバー１．４の円環面１．３と連結されている。永久磁石１０はロータ２の一部である鋼リング１１に作用し、即ちリング肩部１１．１によりフランジリング２．２の周辺溝２．２４に係合し、それにより形状一体にフランジリング２．２と結合されている。特に軽金属合金であるロータ工作材とリング肩部１１．１が周辺溝２．２４に緩く位置する鋼リング１１との異なった熱膨張を補償するために、図２から明らかなように、周辺の箇所に分布されている。ロータ２自体或いはそのフランジリング２．２が軟質磁性工作材から成るならば、鋼リング１１を放棄され得る。

図３ａは極端に幅広に図示された軸受隙間、即ち半径方向空気軸受隙間２０と軸方向空気軸受隙間３１を説明する図３からの拡大された断面を示す。

半径方向空気軸受隙間２０と軸方向空気軸受隙間３１から流れ出る空気が共通排気路１２（図２を参照）を介して排出される。

図５乃至７は高周波回転接続器の第二実施態様を示す。等しい部材は図１乃至４におけるように同じ参照数字を有し、機能的に一致する部材は前に設置した数字５を有する。

第二実施態様は、第一実施態様とは一方では、ロータ５２がステータ５１と半径方向に折り畳まれたλ／４導線を介しての代わりに直線的軸方向λ／４導線を介して無接触に接触保持されていて、他方ではロータ５２の半径方向フランジリング５２．２が今や両側に軸方向空気軸受を介して支承されている。空気軸受隙間２０を備える半径方向空気軸受は図１乃至４による実施態様と同じ構造を有する。空気軸受隙間３２を備える第二（左）軸方向空気軸受は、図１乃至４による実施態様と一致する実質的に空気軸受隙間３１を備える第一（右）軸方向空気軸受に対する鏡対称に形成されている。第二軸方向空気軸受のために別の排気路５１３が設けられている。

図５乃至７による実施態様は、図１乃至４による実施態様より長く軸方向に構成するけれども、より小さい直径を有し、とりわけ、永久磁石とロータ内の逆部材なしに構成し得る。

第一実施態様のステータとロータを斜視部分図で示す。 図１の平面Ａ−Ａに一致する部分縦断面を示す。 図１の平面Ｂ−Ｂに一致する部分領域を拡大して示す。 図３から部分領域を通常に拡大して示す。 図２の線Ｃ−Ｃに一致する断面を拡大して示す。 第二実施態様のステータとロータを斜視部分図で示す。 図５の平面Ｄ−Ｄに一致する部分縦断面を示す。 図５の平面Ｅ−Ｅに一致する部分領域を拡大して示す。

符号の説明

１．．．．．ステータ
１．１．．．外面
１．３．．．円環面
２．．．．．ロータ
２．２．．．円筒状部分
４．１，４．２．．．半径方向空気流出孔
５．１，５．２．．．環状路
８．１．．．軸方向空気流出孔
９．．．．．環状路
１０．．．．磁気吸引手段、永久磁石
１１．．．．軟質磁性リング

Claims (14)

1. 少なくとも一本のλ／４導線を介して高周波的に少なくとも一個のロータ（２；５２）と接続されていてこのロータを少なくとも部分的に包囲するステータ（１；５１）を備える高周波回転接続器において、ロータ（２；５２）は少なくとも一個の半径方向空気軸受（２０）と少なくとも一個の軸方向空気軸受（３１，３２）によって接触なしにステータ（１；５１）内に支承されていることを特徴とする高周波回転接続器。
2. 空気軸受（２０，３１，３２）は高周波空間の外部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波回転接続器。
3. 半径方向空気軸受（２０）はステータ（１）の中空円筒状部分の半径方向空気流出孔（４．１，４．２）を備える外面（１．１）とロータ（２）の円筒状部分（２．２）の周面（２．２３）とから成ることを特徴とする請求項１或いは２に記載の高周波回転接続器。
4. ステータ（１）の中空円筒状部分の外面（１．１）の半径方向空気流出孔（４．１，４．２）が中空円筒状部分の周面にわたり並びに軸方向長さにわたり分布配置されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波回転接続器。
5. 半径方向空気流出孔（４．１，４．２）はステータ（１）内で圧縮空気源と接続された少なくとも一つの環状路（５．１，５．２）と連通していることを特徴とする請求項３或いは４に記載の高周波回転接続器。
6. 軸方向空気軸受はステータ（１）の軸方向空気流出孔を備えた円環面（１．３）とロータ（２）の前面上の環状前面（２．２２）とを包含することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの一項に記載の高周波回転接続器。
7. ステータ（１）の円環面（１．３）の軸方向空気流出孔（８．１）が円環面（１．３）の周面にわたり並びに半径方向にわたり分布配置されていることを特徴とする請求項６に記載の高周波回転接続器。
8. 軸方向空気流出孔（８．１）がステータ（１）内で圧縮空気源と接続された少なくとも一つの環状路（９）と連通していることを特徴とする請求項６或いは７に記載の高周波回転接続器。
9. ロータ（２）は軟質磁性材料製の少なくとも一つの環状部分（１１）を有し、ステータ（１）は軸方向空気軸受の領域においてロータを磁気的に引きつける手段（１０）を包含することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの一項に記載の高周波回転接続器。
10. ロータ（２）の軟質磁性材料から成る部分が軟質磁性リング（１１）から成り、ロータ（２）がその他の点では軽金属から成ることを特徴とする請求項９に記載の高周波回転接続器。
11. 軟質磁性リング（１１）がその周辺の少なくとも一つの箇所に半径方向に分布されていて、周辺方向に滑り自在にロータ（２）と接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の高周波回転接続器。
12. 磁気吸引手段はステータ（１）内に埋め込まれて軸方向に極性化され且つステータ（１）の周辺にわたり均一に分布配置された永久磁石（１０）から成ることを特徴とする請求項１０或いは１１に記載の高周波回転接続器。
13. 永久磁石（１０）のロータ（２）に向いた極面が磁界分布リングを介して磁気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の高周波回転接続器。
14. ステータ（１）を高周波的にロータ（２）と接続するλ／４導線が半径方向に或いは軸方向に折り畳まれていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかの一項に記載の高周波回転接続器。

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