RU2293411C2

RU2293411C2 - Дисковый многоканальный токосъемник

Info

Publication number: RU2293411C2
Application number: RU2005110050/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Горохов (RU); Владимир Павлович Горохов; Виктор Григорьевич Пигарев (RU); Виктор Григорьевич Пигарев
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2007-02-10
Also published as: RU2005110050A

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи электрических сигналов от неподвижной части объекта к его вращающейся части и в обратную сторону. Техническим результатом заявляемого изобретения является: уменьшение габаритов в осевом направлении; расширение технических возможностей: увеличение количества каналов при тех же габаритах и увеличение развязки по напряжению между соседними каналами; улучшение эксплуатационных характеристик: снижение трудоемкости при монтаже и демонтаже щеток, повышение надежности; универсальность использования. Дисковый многоканальный токосъемник для передачи сигналов между неподвижной частью объекта и его вращающейся частью, содержащий корпус токосъемника с укрепленными на нем щетками с контактами, пакет дисков, имеющих внутренние посадочные отверстия, которыми они устанавливаются на вал, при этом в посадочном отверстии диска установлены проводники, соединенные с проводниками, расположенными в дисках, токоведущие кольца, расположенные на каждом из дисков и сопряженные с соответствующими контактами щеток, диски выполнены из алюминиевого сплава с кольцевыми проточками с двух сторон для установки вновь вводимых изоляционных прокладок и печатных плат двух типов, для работы в диапазонах промежуточной и низкой частоты, при этом печатные платы выполнены с двусторонней печатью, где на лицевой стороне расположены наружные токоведущие кольца, а на обратной стороне, соосно наружным токоведущим кольцам, расположены внутренние проводники, а также вновь введены съемные крышки с двух противоположных сторон токосъемника для доступа к щеткам, а с двух других сторон с разъемами, подключенными к щеткам. Токоведущие кольца могут быть выполнены на двустороннем фольгированном изоляционном материале методом печати и покрыты износоустойчивым материалом. Для сигналов промежуточной частоты два крайних наружных токоведущих кольца, изолированные от диска, выполнены сигнальными. Для сигналов низкой частоты все наружные токоведущие кольца выполнены сигнальными и электрически развязаны от корпуса токосъемника. Щетки выполнены из изоляционного материала, расположены в промежутках между дисками с диаметрально противоположных сторон, крепятся параллельно плоскостям печатных плат и развернуты на 180° относительно друг друга. Каждая щетка состоит из корпуса, крышки, втулок с контактами, пружин, монтажных проводов, монтажных лепестков. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи электрических сигналов от неподвижной части объекта к его вращающейся части и в обратную сторону.

Известны токосъемники, содержащие корпус, полый вал, статорную систему контактных колец в виде пакета контактных и изолирующих колец или дисков, расположенных соосно на одном валу, с планарным расположением щеток [1, 2].

Их недостатками являются значительные габариты в осевом направлении (при большом количестве каналов) в связи с тем, что по одному диску или кольцу проходит не более одного канала. Кроме того, имеют место электромагнитные паразитные связи между каналами.

Наиболее близким по технической сущности, взятым за прототип, является поворотный многоканальный электрический соединитель [3], предназначенный для передачи электрических сигналов от неподвижной части объекта к его вращающей части, содержащий:

- ротор;

- пакет неподвижных цилиндрических оснований, выполненных сборными, имеющих центральное отверстие, которым они устанавливаются на трубу, в центральных отверстиях оснований установлены проводники, соединенные одними концами с проводниками, расположенными в радиальных пазах оснований, а другими - с неподвижной частью объекта;

- токоведущие кольца, расположенные на каждом из оснований с одной стороны, концентрично друг другу, и соединенные с концами проводников, расположенных в радиальных пазах оснований;

- основание, выполненное составным из колец, имеющее внутренние Г-образные пазы, расположенные радиально и выходящие на внутреннюю цилиндрическую и торцовую поверхность этого основания; в пазах размещены выводы, число которых равно числу пазов, каждый вывод соединен одним концом с соответствующим токоведущим кольцом, а другим концом, который выходит на внутреннюю цилиндрическую поверхность центрального отверстия основания, подсоединен к проводнику жгута, проходящего через это центральное отверстие;

- радиальные контакты, выполненные в виде набора лепестков (их число равно числу токоведущих колец), сопряженные с соответствующими токоведущими кольцами и соединенные с подвижной частью объекта - ротором;

- поперечные и продольные экраны для ослабления взаимного электромагнитного влияния между токоведущими кольцами.

Принятый за прототип поворотный многоканальный электрический соединитель имеет следующие недостатки:

- значительные габариты в осевом направлении;

- незначительное сокращение взаимных влияний (электромагнитные наводки) между соседними кольцами;

- невозможность замены одного радиального контакта без полной разборки устройства;

- применение радиальных контактов, в указанной в прототипе конфигурации, не исключает взаимных электромагнитных наводок каналов в зоне установки контактов между смежными продольными экранами.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:

- уменьшение габаритов в осевом направлении;

- расширение технических возможностей: увеличение количества каналов при тех же габаритах и увеличение развязки по напряжению между соседними каналами;

- улучшение эксплуатационных характеристик: снижение трудоемкости при монтаже и демонтаже щеток, повышение надежности;

- универсальность использования - возможность вращения корпуса токосъемника при неподвижных дисках и наоборот.

- Технический результат достигается за счет того, что в поворотный многоканальный электрический соединитель, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус токосъемника (в прототипе ротор) с укрепленными на нем щетками с контактами (в прототипе радиальные контакты), пакет дисков (в прототипе цилиндрические основания), имеющих внутренние посадочные отверстия (в прототипе центральные отверстия), которыми они устанавливаются на вал (в прототипе труба), при этом в посадочном отверстии диска установлены проводники, соединенные с проводниками, расположенными в дисках, токоведущие кольца, расположенные на каждом из дисков и сопряженные с соответствующими контактами щеток, при этом диски выполнены из алюминиевого сплава с кольцевыми проточками с двух сторон для установки вновь вводимых изоляционных прокладок и печатных плат двух типов, для работы в диапазонах промежуточной (1...30 МГц) и низкой частоты (менее 1 МГц) при этом печатные платы выполнены с двусторонней печатью, где на лицевой стороне расположены наружные токоведущие кольца (НТК), а на обратной стороне соосно НТК расположены внутренние проводники (ВП), а также вновь введены съемные крышки с двух противоположных сторон токосъемника для доступа к щеткам, а с двух других сторон с разъемами, подключенными к щеткам, токоведущие кольца выполнены на двустороннем фольгированном изоляционном материале методом печати и покрыты износоустойчивым материалом Н3Р_Д3 с низким переходным сопротивлением (0,01...0,03 Ом), для сигналов промежуточной частоты два крайних НТК, изолированные от диска, выполнены сигнальными и через ВП обратной стороны платы соединяются с центральными жилами радиочастотных кабелей (РК), корпусной проводник (среднее НТК), выполняющий роль экрана, с обратной стороны платы областью контакта электрически соединен с диском, который через вал токосъемника связан с корпусом токосъемника, кроме того, корпусной проводник через ВП соединяется с экранирующей оплеткой РК, для сигналов низкой частоты все НТК выполнены сигнальными и электрически развязаны от корпуса токосъемника, щетки, выполненные из изоляционного материала, расположенные в промежутках между дисками с диаметрально противоположных сторон, крепятся параллельно плоскостям плат и развернуты на 180° относительно друг друга. Щетки состоят из корпуса, крышки, втулок с контактами, пружин, монтажных проводов, монтажных лепестков. Втулки попарно расположены над каждым из наружных токоведущих колец печатных плат, каждая из втулок имеет по два впаянных контакта, и под воздействием пружины обеспечивается постоянный контакт с наружными токоведущими кольцами, одна из втулок, каждой группы, соединена монтажным проводом с монтажным лепестком для подключения к разъемам токосъемника, соединены между собой монтажным проводом, обеспечивающим съем тока четырьмя контактами, область между контактами втулок заполнена антифрикционной смазкой. Втулки соединены между собой монтажным проводом, обеспечивая съем тока четырьмя контактами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на следующих фигурах:

на фиг.1 представлен предлагаемый дисковый многоканальный токосъемник в разрезе;

на фиг.2 - разрез токосъемника А-А на фиг.1;

на фиг.3 - диск с печатными платами;

на фиг.4 - диск в разрезе;

на фиг.5 - разрез диска с платами Б-Б на фиг.3;

на фиг.6 - вид платы со стороны НТК для сигналов промежуточной частоты;

на фиг.7 - вид платы со стороны ВП для сигналов промежуточной частоты;

на фиг.8 - вид платы со стороны ВП для сигналов низкой частоты;

на фиг.9 - щетка;

на фиг.10 - разрез щетки В-В на фиг.9;

на фиг.11 - разрез щетки Г-Г на фиг.9;

на фиг.12 - расположение щеток относительно диска с платами, На вышеперечисленных фигурах приняты следующие обозначения:

1 - корпус токосъемника (ротор);

2 - корпусная крышка токосъемника;

3 - провода и радиочастотные кабели (РК);

4 - вал;

5 - шпонка;

6, 12 - втулки;

7; 11 - подшипники;

8 - щетки;

9 - съемные крышки токосъемника, обеспечивающие доступ к щеткам для монтажа и демонтажа;

10 - диск;

13 - съемные крышки;

14 - разъем;

15 - плата;

16 - изоляционная прокладка;

17 - наружные токоведущие кольца (НТК);

18 - внутренние проводники (ВП);

19 - металлизированные отверстия;

20 - корпус щетки;

21 - крышка щетки;

22 - втулка;

23 - пружина;

24 - монтажный провод;

25 - монтажный лепесток;

26 - контакты.

Дисковый многоканальный токосъемник состоит из корпуса токосъемника 1, внутри которого, опираясь на втулки 6, 12 и подшипники 7, 11, расположен вал 4 с дисками 10. (Фиг.1) Вал 4 с дисками 10 заперт в корпусе токосъемника 1 крышкой 2. Диски 10 соединяются с валом 4 посредством шпонки 5. В пазах между валом 4 и дисками 10 проложены провода и радиочастотные кабели (РК) 3, обеспечивающие подводку или снятие сигнала с ВП плат 15 (фиг.3).

В промежутках между дисками 10 с диаметрально противоположных сторон расположены щетки 8. Щетки 8 развернуты на 180° относительно друг друга, крепятся параллельно плоскостям печатных плат 15 (фиг.2, 12). С двух противоположных сторон токосъемника расположены съемные крышки 9, обеспечивающие доступ к щеткам 8 для монтажа и демонтажа последних. С двух других сторон расположены съемные крышки 13 с разъемами 14.

Диски 10 выполнены из алюминиевого сплава с кольцевыми проточками с двух сторон (фиг.4) для установки плат 15 и изоляционных прокладок 16 (фиг.5), обеспечивающих изоляцию ВП платы от диска.

На внутреннем посадочном отверстии диска 10 имеются пазы для прокладки РК 3 и установки шпонки 5.

Платы 15 выполнены с двусторонней печатью. На лицевой стороне платы 15 (фиг.6) расположены НТК 17. С обратной стороны платы 15 (фиг.7) соосно НТК 17 расположены ВП 18 с выводами к внутреннему выступу платы 15 для запайки проводов и кабелей РК 3.

Электрические связи НТК 17 и ВП 18 плат 15 обеспечиваются посредством металлизированных отверстий 19.

Для сигналов на промежуточной частоте с целью уменьшения помех, вызванных электромагнитной связью НТК, два крайних НТК 17 платы 15, изолированные от диска, являются сигнальными при прохождении сигналов промежуточной частоты и через ВП 18 обратной стороны платы 15 соединяются с центральными жилами радиочастотных кабелей (РК) 3. Среднее НТК 17 (корпусной проводник), выполняющее роль экрана, с обратной стороны платы 15 областью контакта (фиг.7) электрически соединено с диском 10, который в свою очередь через вал 4 токосъемника связан с его корпусом. Кроме того, корпусной проводник НТК 17 через ВП 18 соединяется с экранирующей оплеткой РК 3.

Для сигналов низкочастотного диапазона (фиг.8) в платах 15 все НТК являются сигнальными и электрически развязаны от корпуса токосъемника. В связи с этим количество каналов, проходящих через одну сторону диска 10, увеличивается.

Щетки 8 (фиг.9, 10, 11) выполнены из изоляционного материала и состоят из корпуса 20, крышки 21, втулок 22 с контактами 26, пружины 23, монтажных проводов 24, монтажных лепестков 25. Щетки 8 крепятся к ротору 1 параллельно плоскостям плат 15. Каждая из втулок 22 щетки 8 имеет по два впаянных контакта 26 и под воздействием пружины 23, расположенной внутри щетки 8, обеспечивает постоянный контакт с НТК платы 15 в процессе работы. Область Д, между контактами 26 втулок 22, заполнена антифрикционной смазкой, облегчающей режим скольжения и связывающей продукты износа контактов, предотвращая замыкание НТК. Втулки 22 щеток 8, располагаясь попарно над каждым из НТК печатных плат 15, соединяются между собой монтажным проводом, обеспечивая съем тока четырьмя контактами 26. Одна из втулок 22 каждой группы соединяется монтажным проводом 24 с монтажным лепестком 25 для подключения к разъемам 14 токосъемника. Такая конструкция щетки 8 позволяет производить ее замену в процессе эксплуатации без трудоемкой разборки токосъемника - достаточно только снятия крышки 9.

Предлагаемый дисковый многоканальный токосъемник работает следующим образом.

При вращении корпуса токосъемника, с закрепленными на нем щетками 8, относительно неподвижного вала 4, установленного в подшипниках 7, 11, с расположенными на нем дисками 10 с платами 5 и изолированными прокладками 16, зафиксированными шпонкой 5, происходит трение между контактами 26 щеток 8 и наружных токоведущих колец 17 печатных плат 15.

Электрические сигналы с подвижной или неподвижной части объекта (в зависимости от конкретного конструктивного построения) поступают по проводам и кабелям РК 3, расположенным между валом 4 и дисками 10, на ВП обратной стороны печатной платы 15. Через металлизированные отверстия 19 электрические сигналы, поступая на НТК платы 15, «снимаются» контактами 26 щеток 8, далее по монтажным проводам 24 щеток 8 поступают на монтажные лепестки 25. Внутренний монтаж токосъемника обеспечивает передачу электрических сигналов с лепестков 25 на разъемы 14. Передача сигналов происходит в месте контакта НТК печатных плат 15 и контактов 26 щеток 8.

Таким образом, расположение с двух сторон на диске плат с наружными токоведущими кольцами сокращает габаритные размеры дискового многоканального токосъемника в осевом направлении и обеспечивает развязку по напряжению каналов противоположных плат одного диска и смежных плат смежных дисков. Расположение корпусного проводника между сигнальными проводниками и соединение его с корпусом токосъемника позволяет получить развязку по напряжению между смежными каналами по радиусу. Исключение электромагнитного влияния сигнальных проводников плат в осевом направлении обеспечивается экранирующими свойствами материала диска. Наружные проводники плат покрыты материалом Н3Р_Д3 с последующей полировкой, что приводит к увеличению износоустойчивости ресурса и снижению переходного сопротивления до 0,01...0,03 Ом в месте контакта проводника платы со щеткой. Конструкция токосъемника позволяет производить замену щеток в процессе эксплуатации без трудоемкой его разборки, достаточно только снятия крышки. Помехи, вызванные наличием паразитной электромагнитной связи между НТК, в диапазоне промежуточной частоты уменьшаются за счет экранирующих свойств среднего НТК, электрически связанного с корпусом токосъемника.

В материалах данной заявки рассматривается вариант конструктивного построения токосъемника с 3 НТК на одной стороне платы с обеспечением свободного центра вала для решения других конструктивных задач. С изменением в сторону уменьшения внутреннего диаметра вала, ширины НТК и шага между ними на одной стороне платы при тех же габаритах можно расположить большее количество НТК.

Дисковый многоканальный токосъемник используется в составе, разрабатываемой в настоящее время Нижегородским НИИ радиотехники, радиолокационной станции кругового обзора для передачи электрических сигналов между вращающейся антенны РЛС и неподвижной аппаратурой приема и обработки радиолокационных сигналов. Заявляемый дисковый многоканальный токосъемник успешно прошел испытания и обеспечивает развязку по напряжению каналов противоположных плат одного диска не менее 45dB, смежных плат и смежных дисков не менее 55dB, между смежными каналами по радиусу не менее 35dB.

Источники информации

1. «Контактный токосъемник» Авторское свидетельство SU №1365201, заявка №4049873 с приоритетом от 03.04.1986 г., МПК H 01 R 39/42.

2. «Токосъемное устройство» Авторское свидетельство SU №1265898, заявка №3832644 с приоритетом от 30.12.1984 г., МПК Н 01 R 39/08.

3. Поворотный многоканальный электрический соединитель» Авторское свидетельство SU №1234904, заявка №3463222 с приоритетом от 05.07.1982 г., МПК H 01 R 39/00.

Claims

1. Дисковый многоканальный токосъемник для передачи сигналов между неподвижной частью объекта и его вращающейся частью, содержащий корпус токосъемника с укрепленными на нем щетками с контактами, пакет дисков, имеющих внутренние посадочные отверстия, которыми они устанавливаются на вал, при этом в посадочном отверстии диска установлены проводники, соединенные с проводниками, расположенными в дисках, токоведущие кольца, расположенные на каждом из дисков и сопряженные с соответствующими контактами щеток, отличающийся тем, что диски выполнены из алюминиевого сплава с кольцевыми проточками с двух сторон для установки вновь вводимых изоляционных прокладок и печатных плат двух типов, для работы в диапазонах промежуточной и низкой частот, при этом печатные платы выполнены с двусторонней печатью, где на лицевой стороне расположены наружные токоведущие кольца, а на обратной стороне соосно наружным токоведущим кольцам расположены внутренние проводники, а также вновь введены съемные крышки с двух противоположных сторон токосъемника для доступа к щеткам, а с двух других сторон с разъемами, подключенными к щеткам.

2. Дисковый многоканальный токосъемник по п.1, отличающийся тем, что токоведущие кольца выполнены на двустороннем фольгированном изоляционном материале методом печати и покрыты износоустойчивым материалом с низким переходным сопротивлением от 0,01 Ом до 0,03 Ом.

3. Дисковый многоканальный токосъемник по п.1, отличающийся тем, что для сигналов промежуточной частоты два крайних наружных токоведущих кольца, изолированные от диска, выполнены сигнальными, и через внутренний проводник обратной стороны платы соединяются с центральными жилами радиочастотных кабелей, корпусной проводник, выполняющий роль экрана, с обратной стороны платы областью контакта электрически соединен с диском, который через вал токосъемника связан с корпусом токосъемника, кроме того, корпусной проводник через внутренний провод соединяется с экранирующей оплеткой радиочастотных кабелей.

4. Дисковый многоканальный токосъемник по п.1, отличающийся тем, что для сигналов низкой частоты все наружные токоведущие кольца выполнены сигнальными и электрически развязаны от корпуса токосъемника.

5. Дисковый многоканальный токосъемник по п.1, отличающийся тем, что щетки выполнены из изоляционного материала, расположены в промежутках между дисками с диаметрально противоположных сторон, крепятся параллельно плоскостям печатных плат и развернуты на 180° относительно друг друга.

6. Дисковый многоканальный токосъемник по п.5, отличающийся тем, что каждая щетка состоит из корпуса, крышки, втулок с контактами, пружин, монтажных проводов, монтажных лепестков, втулки попарно расположены над каждым из наружных токоведущих колец печатных плат, каждая из втулок имеет по два впаянных контакта и под воздействием пружины обеспечивает постоянный контакт с наружными токоведущими кольцами, одна из втулок каждой группы соединена монтажным проводом с монтажным лепестком для подключения к разъемам токосъемника, и соединены между собой монтажным проводом, обеспечивающим съем тока четырьмя контактами, область между контактами втулок заполнена антифрикционной смазкой.