RU173798U1

RU173798U1 - Collector

Info

Publication number: RU173798U1
Application number: RU2017107259U
Authority: RU
Inventors: Вадим Анатольевич Шахнов; Владимир Григорьевич Костиков; Руслан Владимирович Костиков
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2017-09-12

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и радиотехнике, в частности к вращающимся контактным токосъемным устройствам, предназначенным для передачи электрических сигналов управления и электрической энергии от неподвижной части изделия к его подвижной (вращающейся) части и обратно, и может быть использовано, например, для передачи сигналов в антенных колонках радиолокационных систем (РЛС) и в системах навигации (гироскопах, телескопах). Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой модели, заключается в снижении уровня гармонических составляющих напряжения помех, возникающих при протекании тока через контакты токосъемного устройства, в низкочастотной части спектра заданного диапазона частот за счет повышения уровня гармонических составляющих за пределами заданного диапазона частот, например, доплеровского диапазона частот. Кроме того, предлагаемая полезная модель расширяет арсенал известных средств аналогичного назначения. 4 ил.The inventive utility model relates to electrical engineering and radio engineering, in particular to rotating contact collector devices designed to transmit electrical control signals and electric energy from the fixed part of the product to its moving (rotating) part and vice versa, and can be used, for example, to transmit signals in antenna columns of radar systems (radar) and in navigation systems (gyroscopes, telescopes). The technical result that is achieved by using the proposed model is to reduce the level of harmonic components of the interference voltage that occur when current flows through the contacts of the current collector in the low-frequency part of the spectrum of a given frequency range by increasing the level of harmonic components outside a given frequency range, for example, Doppler frequency range. In addition, the proposed utility model expands the arsenal of well-known tools for similar purposes. 4 ill.

Description

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и радиотехнике, в частности к вращающимся контактным токосъемным устройствам, предназначенным для передачи электрических сигналов управления и электрической энергии от неподвижной части изделия к его подвижной (вращающейся) части и обратно, и может быть использовано, например, для передачи сигналов в антенных колонках радиолокационных систем (РЛС) и в системах навигации (гироскопах, телескопах).The inventive utility model relates to electrical engineering and radio engineering, in particular to rotating contact collector devices designed to transmit electrical control signals and electric energy from the fixed part of the product to its moving (rotating) part and vice versa, and can be used, for example, to transmit signals in antenna columns of radar systems (radar) and in navigation systems (gyroscopes, telescopes).

Известно токосъемное устройство, осуществляющее электрическую связь между вращающейся и неподвижной частями электрической машины (см. описание к патенту РФ №2026595, опубл. 09.01.1995 г., «Щеточно-коллекторный узел электрической машины, МПК: H02K 13/10), содержащее коллектор, щеточную группу и блок улучшения коммутации. В известном щеточно-коллекторном узле напряжение на скользящих контактах ограничивается при помощи нелинейно-резистивных элементов на уровне пробивного напряжения этих элементов, не превышающем уровня возникновения дуги. Недостатком известного устройства является невозможность его использования при передаче маломощных сигналов управления из-за того, что в этом случае спектральные составляющие напряжения, ограниченного таким устройством, превышают допустимый для нагрузки уровень.A current collector is known that carries out electrical communication between the rotating and fixed parts of an electric machine (see the description of the patent of the Russian Federation No. 2026595, publ. 01/09/1995, "Brush-collector assembly of an electric machine, IPC: H02K 13/10), containing a collector brush group and switching enhancement unit. In the known brush-collector unit, the voltage across the sliding contacts is limited by non-linear resistive elements at the breakdown voltage of these elements, not exceeding the level of arc generation. A disadvantage of the known device is the impossibility of its use when transmitting low-power control signals due to the fact that in this case the spectral components of the voltage limited by such a device exceed the permissible level for the load.

Известен щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока (см. описание к патенту РФ №2302069, опубл. 27.06.2007 г., «Щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока» МПК H02K 13/10, H02K 13/14), содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации. В известном щеточно-коллекторном узле для улучшения коммутации его через скользящие контакты токосъемника передают маломощные сигналы управления силовыми транзисторами, переключающими ток обмотки якоря. Благодаря снижению мощности сигналов управления, пульсации напряжения в контактном узле известного устройства уменьшаются, но уровень гармонических составляющих пульсирующего напряжения остается выше допустимого.Known brush-collector unit of an electric DC motor (see the description of the patent of the Russian Federation No. 2302069, publ. 06/27/2007, "Brush-collector site of an electric DC motor" IPC H02K 13/10, H02K 13/14) containing collector with alternating conductive and insulating plates and bipolar brushes in contact with them, commutation improvement unit. In the well-known brush-collector unit, to improve its switching, low-power control signals of power transistors switching the armature winding current are transmitted through the sliding contacts of the current collector. By reducing the power of the control signals, the voltage ripple in the contact node of the known device is reduced, but the level of the harmonic components of the ripple voltage remains above the permissible.

Наиболее близким по назначению и технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для передачи измерительного сигнала через токосъемник, защищенное патентом РФ №2382454, опубл. 20.02.2010 г., «Способ передачи измерительного сигнала через токосъемник и устройство для его осуществления», МПК: H01R 39/00, H02G 11/00. Известное токосъемное устройство содержит источник тока (постоянного или промышленной частоты), нагрузку, подвижные и неподвижные контакты, два трансформатора, генератор высокочастотного синусоидального сигнала, модулятор, усилитель, фильтр, демодулятор, конденсаторы. На входы модулятора подаются: высокочастотный синусоидальный сигнал генератора и модулирующий его измерительный аналоговый сигнал. С выхода модулятора высокочастотный модулированный сигнал через контакты токосъемного устройства передается с вращающейся части токосъемного устройства на его неподвижную часть. Выходной измерительный аналоговый сигнал поступает с выхода демодулятора. В известном устройстве спектральные составляющие измерительного сигнала смещают в область более высоких частот за пределы спектра помех, создаваемых током источника тока (постоянного или промышленной частоты) при протекании его через контакты токосъемного устройства. При этом уровень гармонических составляющих напряжения помех, возникающих при протекании тока источника тока через контакты токосъемного устройства, не снижается и превышает допустимое значение, что является недостатком прототипа.The closest in purpose and technical nature of the solution, selected as a prototype, is a device for transmitting a measuring signal through a current collector, protected by RF patent No. 2382454, publ. 02/20/2010, "Method of transmitting a measuring signal through a current collector and a device for its implementation", IPC: H01R 39/00, H02G 11/00. Known current collection device contains a current source (constant or industrial frequency), load, movable and fixed contacts, two transformers, a high-frequency sinusoidal signal generator, modulator, amplifier, filter, demodulator, capacitors. The modulator inputs are supplied with: a high-frequency sinusoidal signal of the generator and a measuring analog signal modulating it. From the output of the modulator, the high-frequency modulated signal through the contacts of the current collector is transmitted from the rotating part of the current collector to its fixed part. The output measuring analog signal comes from the output of the demodulator. In the known device, the spectral components of the measuring signal are shifted to the region of higher frequencies beyond the limits of the interference spectrum created by the current of the current source (constant or industrial frequency) when it flows through the contacts of the current collector. At the same time, the level of harmonic components of the interference voltage that occurs when the current of the current source flows through the contacts of the current collector does not decrease and exceeds the permissible value, which is a disadvantage of the prototype.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение уровня гармонических составляющих напряжения помех, возникающих при протекании тока через контакты токосъемного устройства, в низкочастотной части спектра заданного диапазона частот за счет повышения уровня гармонических составляющих за пределами заданного диапазона частот, например, доплеровского диапазона частот.The technical result of the proposed utility model is to reduce the level of harmonic components of the interference voltage that occur when current flows through the contacts of the current collector in the low-frequency part of the spectrum of a given frequency range by increasing the level of harmonic components outside a given frequency range, for example, the Doppler frequency range.

Кроме того, предлагаемая полезная модель расширяет арсенал известных средств аналогичного назначения.In addition, the proposed utility model expands the arsenal of well-known tools for similar purposes.

Технический результат достигается за счет того, что предлагается токосъемное устройство, состоящее из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть содержит источник тока, первый и второй неподвижные контакты, а подвижная часть содержит нагрузку, конденсатор, первый и второй подвижные контакты. Первый и второй подвижные контакты образуют контактные пары соответственно с первым и вторым неподвижными контактами, первый вывод конденсатора соединен с первым выводом нагрузки и первым подвижным контактом, а второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом нагрузки и вторым подвижным контактом. При этом в неподвижную часть токосъемного устройства дополнительно введен генератор хаотических колебаний, первый вывод которого соединен с первым выводом источника тока и с первым неподвижным контактом, а второй вывод генератора хаотических колебаний соединен со вторым выводом источника тока и со вторым неподвижным контактом. Генератор хаотических колебаний соединен с источником электропитания, а входом и выходом токосъемного устройства являются соответственно выводы источника тока и выводы конденсатора.The technical result is achieved due to the fact that a current collection device is proposed, consisting of movable and fixed parts. The fixed part contains a current source, the first and second fixed contacts, and the moving part contains a load, a capacitor, the first and second movable contacts. The first and second movable contacts form contact pairs with the first and second fixed contacts, respectively, the first capacitor terminal is connected to the first load terminal and the first movable contact, and the second capacitor terminal is connected to the second load terminal and the second movable contact. At the same time, a chaotic oscillation generator is additionally introduced into the fixed part of the current collection device, the first output of which is connected to the first output of the current source and to the first stationary contact, and the second output of the chaotic oscillation generator is connected to the second output of the current source and to the second stationary contact. A chaotic oscillator is connected to a power source, and the input and output of the current collector are respectively the terminals of the current source and the terminals of the capacitor.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где:The proposed utility model is illustrated in the drawing, where:

на фиг. 1 представлена структурная схема токосъемного устройства;in FIG. 1 is a structural diagram of a current collector;

на фиг. 2 представлена функциональная схема генератора хаотических сигналов;in FIG. 2 is a functional diagram of a chaotic signal generator;

на фиг. 3 представлено графическое изображение спектров напряжений помех в предлагаемом токосъемном устройстве при отсутствии генератора хаотических колебаний (а) и с введенным в схему генератором хаотических колебаний (б).in FIG. 3 is a graphical representation of the interference voltage spectra in the proposed current collection device in the absence of a chaotic oscillation generator (a) and with a chaotic oscillation generator (b) introduced into the circuit.

Заявляемое токосъемное устройство (см. фиг. 1) состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть содержит источник тока 1, первый 2 и второй 3 неподвижные контакты, генератор электрических сигналов, выполненный в виде генератора хаотических колебаний 4. Подвижная (вращающаяся) часть содержит нагрузку 5, конденсатор 6, первый 7 и второй 8 подвижные контакты. Первый 2 и второй 3 неподвижные контакты образуют контактные пары соответственно с первым 7 и вторым 8 подвижными контактами. Первый вывод конденсатора 6 соединен с первым выводом нагрузки 5 и первым подвижным контактом 7, а второй вывод конденсатора 6 соединен со вторым выводом нагрузки 5 и вторым подвижным контактом 8. Первый вывод генератора хаотических колебаний 4 соединен с первым выводом источника тока 1 и первым неподвижным контактом 2, а второй вывод генератора хаотических колебаний 4 соединен со вторым выводом источника тока 1 и вторым неподвижным контактом 3. Генератор хаотических колебаний 4 соединен также с источником электропитания (на чертеже не показан). Входом и выходом токосъемного устройства являются соответственно выводы источника тока 1 и выводы конденсатора 6.The inventive current collection device (see Fig. 1) consists of a movable and fixed parts. The fixed part contains a current source 1, the first 2 and second 3 fixed contacts, an electrical signal generator made in the form of a chaotic oscillation generator 4. The movable (rotating) part contains a load 5, a capacitor 6, the first 7 and the second 8 movable contacts. The first 2 and second 3 fixed contacts form contact pairs, respectively, with the first 7 and second 8 movable contacts. The first output of the capacitor 6 is connected to the first output of the load 5 and the first movable contact 7, and the second output of the capacitor 6 is connected to the second output of the load 5 and the second movable contact 8. The first output of the chaotic oscillator 4 is connected to the first output of the current source 1 and the first stationary contact 2, and the second terminal of the chaotic oscillation generator 4 is connected to the second terminal of the current source 1 and the second fixed contact 3. The chaotic oscillation generator 4 is also connected to a power source (not shown in the drawing ) The input and output of the current collector are respectively the terminals of the current source 1 and the terminals of the capacitor 6.

Генератор хаотических сигналов может быть выполнен по схеме (см. фиг. 2), функциональными компонентами которой являются: индуктивность L, реализованная по схеме гиратора, и нелинейный резистор RN с пятисегментной кусочно-линейной характеристикой, выполненный на операционном усилителе, двух выпрямительных диодах и линейных резисторах. Параллельное соединение индуктивности L и емкости С₂ создает колебательный контур - осциллирующий механизм в плоскости (i_L, U_C2), где i_L - ток в цепи индуктивности L, U_C2 - напряжение заряда емкости С2. Управление режимом генерации осуществляется посредством потенциометра R3. Активный резистор RN с конденсатором С3 обеспечивают непрерывную подачу энергии в схему. Нарастание этой энергии ограничивается рассеянием ее в пассивном компоненте R3.The chaotic signal generator can be made according to the scheme (see Fig. 2), the functional components of which are: inductance L, implemented according to the gyrator circuit, and a nonlinear resistor RN with a five-segment piecewise linear characteristic, made on an operational amplifier, two rectifier diodes and linear resistors. The parallel connection of the inductance L and the capacitance C ₂ creates an oscillating circuit - an oscillating mechanism in the plane (i _L , U _C2 ), where i _L is the current in the inductance circuit L, U _C2 is the charge voltage of the capacitance C2. The generation mode is controlled by the potentiometer R3. An active resistor RN with capacitor C3 provides a continuous supply of energy to the circuit. The increase in this energy is limited by its scattering in the passive component R3.

Токосъемное устройство работает следующим образом. При отсутствии хаотических сигналов спектр напряжения помех, создаваемых контактными узлами токосъемного устройства, является дискретным, при этом спектральные составляющие имеют высокие уровни в области низких частот, которые снижаются в области высоких частот (см. фиг. 3,а). Поступление хаотических сигналов от генератора 4 приводит к модуляции уровня и частоты напряжения помех, создаваемых контактами токосъемного устройства, в результате чего происходит перераспределение энергии помех, а именно: спектр становится непрерывным, уровень спектральных составляющих помех в низкочастотной части спектра снижается, а в высокочастотной части спектра повышается (см. фиг. 3,б). Тем самым обеспечивается допустимый уровень гармонических составляющих напряжения помех в заданной области низких частот. Для фильтрации высокочастотных помех на входе нагрузки служит конденсатор 6 с высокой резонансной частотой и малой емкостью, что позволяет размещать его на вращающейся части устройства.The current collector device operates as follows. In the absence of chaotic signals, the spectrum of the interference voltage generated by the contact nodes of the current collector is discrete, while the spectral components have high levels in the low frequency region, which decrease in the high frequency region (see Fig. 3, a). The arrival of chaotic signals from the generator 4 leads to modulation of the level and frequency of the interference voltage generated by the contacts of the current collector, as a result of which the interference energy is redistributed, namely: the spectrum becomes continuous, the level of the spectral components of the interference in the low-frequency part of the spectrum decreases, and in the high-frequency part of the spectrum increases (see Fig. 3, b). This ensures an acceptable level of harmonic components of the interference voltage in a given low-frequency region. To filter high-frequency interference at the input of the load, a capacitor 6 with a high resonant frequency and low capacitance is used, which allows it to be placed on the rotating part of the device.

Таким образом, достигается заявленный технический результат предлагаемой полезной модели, а именно снижение уровня гармонических составляющих напряжения помех, возникающих при протекании тока через контакты токосъемного устройства, в низкочастотной части спектра заданного диапазона частот за счет повышения уровня гармонических составляющих за пределами заданного диапазона частот, например, доплеровского диапазона частот.Thus, the claimed technical result of the proposed utility model is achieved, namely, a decrease in the level of harmonic components of the interference voltage that occurs when current flows through the contacts of the current collector in the low-frequency part of the spectrum of a given frequency range by increasing the level of harmonic components outside a given frequency range, for example, Doppler frequency range.

Заявленное устройство может быть технически реализовано по известным правилам из стандартных компонентов, выпускаемых промышленностью (отечественной или иностранной), что позволяет сделать вывод о его промышленной применимости.The claimed device can be technically implemented according to well-known rules from standard components manufactured by industry (domestic or foreign), which allows us to conclude its industrial applicability.

Claims

A current collection device consisting of a movable and a fixed part, the fixed part containing a current source, first and second fixed contacts, and the moving part containing a load, capacitor, first and second movable contacts, while the first and second movable contacts form contact pairs, respectively, with the first and the second fixed contacts, the first capacitor terminal is connected to the first load terminal and the first movable contact, and the second capacitor terminal is connected to the second load terminal and the second mov contact, characterized in that a chaotic oscillation generator is additionally introduced into the fixed part of the current collection device, the first output of which is connected to the first output of the current source and the first stationary contact, and the second output of the chaotic oscillation generator is connected to the second output of the current source and the second stationary contact, In this case, the chaotic oscillation generator is connected to the power supply, and the input and output of the current collector are respectively the conclusions of the current source and the conclusions of the condens torus.