SU1115150A1

SU1115150A1 - Multichannel contactless current collector

Info

Publication number: SU1115150A1
Application number: SU833615107A
Authority: SU
Inventors: Михаил Наумович Барингольц; Ростислав Антонович Харжевский; Надежда Владимировна Кухта
Original assignee: Предприятие П/Я В-8117
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1984-09-23

Abstract

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 перпендикул рны оси вращени , неподвижна , а друга вращаетс , а также соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца, вращающиес и неподвижные, плоскости которых перпендикул рны оси вращени , отличающийс тем, что, с целью повышени надежности за счет стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот и уменьшени 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 83A MULTICHANNEL NONCONTACT CURRENT, containing in each channel primary and secondary windings concentrically placed on non-magnetic frames, with one 556 f of the windings, the plane, the turns of which are perpendicular to the axis of rotation, fixed, and the other rotating, and also coaxially arranged between the channels metallic shells rings, rotating and stationary, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation, characterized in that, in order to increase reliability due to the stability of the transmission of the amplitude of signals in the p range Frequency and size reduction of the current collector, the current collector windings are made in the form of rings, and two resistors and a capacitor are inserted into each channel, with the capacitor and the first resistor connected in parallel with the primary winding and S through serially connected to the (L second resistor at the input terminals of the channel JV JV “S 83

Description

Изобретение относитс к электротехнике и радиотехнике и предназначено дл передачи сигналов промежуточных частот с неподвижного объекта на вращающийс , или наоборот, на пример, в радиолокационной технике. Известен бесконтактный токосъемник индуктивного типа, осуществл к ц передачу сигналов промежуточных час тот между вращающимис 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 вращающуюс и неподвижную обмотки, размещенные на немагнитных держател х. При этом одна из обмоток разделена на две одинаковые катущки, которые расположены по обе стороны другой .обмотки вдоль оси вращени l , Однако больщие размеры токосъемника вдоль оси вращени обуславливают значительные габариты многоканального бесконтактного токосъемника , выполненного на его базе. Известен бесконтактный многоканальный токосъемник, предназначенный дл передачи сигналов промежуточных частот с неподвижного объекта на вра щающийс 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, вл ющих с 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 вращени (около 20 мм на каждый канал), сложность технологии изготовлени , а так же узка полоса пропускани ограничивает область его использовани . Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс 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 перпендикул рны оси вращени ,. неподвижна, а друга вращаетс , а также соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца , в)ращаю1диес и неподвижные, плоскости которых перпендикул рны оси вращени . Такой многоканальный индуктивный токосъемник позвол ет одновременно передавать с вращающегос на неподвижный объект несколько сигналов, действу при этом как вращающийс воздушный трансформатор. Металлические экранные кольца выполн ют роль электромагнитного экрана, обеспечива разв зку соседних кана-пов з . Однако обмотки каналов, известного токосъемника при больших диаметрах витков (что зачастую требуетс на практике) характеризуютс значительными величинами собственной емкости (GO) i Так, при среднем диаметре D(.p 15 см простой многослойной намотки собственна 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 искажени м амплитуды передаваемого гармо ничеокого сигнала , при изменении его частоты или к искажени м спектра передаваемого широкополосного сигнала. Кроме того, входное сопротивление канала носит индуктивный характер и с ростом частоты его модуль возрастает . Это приводит к нарушению согласовани входного сопротивлени , канала токосъемника с внутренним сопротивлением источника сигнала (или С волновым сопротивлением соединительного кабел ). Таким образом, с изменением частоты передаваемого гармонического сигнала нарушаютс услови оптимальной передачи мощности о.т источника сигнала в токосъемник , следствием чего вл ютс искажени амплитуды передаваемого сигнала в диапазоне рабочих частот. Вместе с тем прототип характеризуетс существенными размерами обмоток в направлении оси врЕцдени (ширина каркаса с обмоткой около 10 мм). При большом числе каналов это. обусловливает значительные габариты всего токосъемника в целом. Целью изобр.етени вл етс повышение надежности за счет стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот и уменьшение габаритов токосъемника. Поставленна цель достигаетс 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 перпендикул рны оси вращени , неподвижна , а друга вращаетс , а такжеThe invention relates to electrical engineering and radio engineering and is intended for transmitting intermediate frequency signals from a fixed object to a rotating one, or vice versa, for example, in radar technology. A inductive type contactless current collector is known, which transmits intermediate signals between rotating and. fixed objects. Such a current collector can be used as a typical single-channel section in a multi-channel current collector, made up of a set of identical sections. It contains rotating and stationary windings placed on non-magnetic holders. In this case, one of the windings is divided into two identical coils, which are located on both sides of the other winding along the axis of rotation l. However, the large dimensions of the current collector along the axis of rotation cause the large dimensions of the multichannel non-contact current collector. A contactless multichannel current collector is known for transmitting intermediate frequency signals from a fixed object to a rotating one or vice versa. each channel of which contains concentrically located stator and rotor sections made of a dielectric material with a metallized outer surface, the interacting surfaces of the stator and rotor sections are made in the form of annular metal strips constituting cylindrical capacitors, the screen disks are made of a dielectric material with metallized surface. To the capacitor plates are connected inductors. . However, the significant dimensions of the device in the direction of the axis of rotation (about 20 mm per channel), the complexity of the manufacturing technology, as well as the narrow bandwidth limits its use. The closest to the technical essence of the invention is an inductive type multichannel contactless current collector that contains in each channel primary and secondary windings concentrically placed on non-magnetic frames, one of the windings whose planes of turns are perpendicular to the axis of rotation,. stationary, and the other is rotating, as well as metal screen rings coaxially located between the channels, c) and stationary, whose planes are perpendicular to the axis of rotation. Such a multichannel inductive current collector allows simultaneously transmitting several signals from a rotating to a stationary object, acting as a rotating air transformer. The metal screen rings act as an electromagnetic screen, ensuring the separation of the adjacent channels. However, the windings of the channels known to the current collector with large diameters of coils (which is often required in practice) are characterized by significant values of their own capacitance (GO). As a result, as the frequency W of the transmitted signal increases, the power P of dielectric losses on capacitance P - wCptgS, where tgS is the loss tangent, increases. This leads to distortions of the amplitude of the transmitted harmonic signal, when its frequency or distortion of the transmitted broadband signal.In addition, the input impedance of the channel is inductive in nature and its modulus increases with frequency, which leads to a violation of the input impedance of the current collector channel with the internal impedance of the signal source cable.) Thus, with a change in the frequency of the transmitted harmonic signal, the conditions for the optimal transfer of power from the signal source to the current ISRC, resulting in amplitude distortion are transmitted signal in the operating frequency range. At the same time, the prototype is characterized by substantial dimensions of the windings in the direction of the axis of rotation (the width of the frame with the winding is about 10 mm). With a large number of channels it is. causes a significant overall dimensions of the current collector. The purpose of the invention of the shade is to increase the reliability due to the stability of transmitting the amplitude of the signals in the operating frequency range and reducing the dimensions of the current collector. The goal is achieved by the fact that t a multichannel contactless current collector containing in each channel primary and secondary windings concentrically placed on non-magnetic frames, one of the windings whose plane of turns is perpendicular to the axis of rotation is stationary, and the other is rotating, and

соосно расположенные между каналами металлические экранные кольца, вращающиес и неподвижные, плоскости которых перпендикул рны оси вращени , 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.metal screen rings, rotating and stationary, coaxially located between the channels, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation, the current collector windings are made in the form of rings, and two resistors and a capacitor are inserted into each channel, the capacitor and the first resistor are connected in parallel to the primary winding and connected in series with The second resistor is connected to the input terminals of the channel.

Так как обмотки каналов токосъемника выполнены в виде колец, плоскости которых перпендикул рны оси врщени , то распределенные межвитковые емкости обмоток отсутствуют. Собственные емкости обмоток, обусловленные в данном случае лишь емкост ми между обмотками .и экранными кольцами , минимальны. Это позвол ет существенно ослабить зависимость диэлектрических потерь передаваемого сигнала от частоты.Since the windings of the current collector channels are made in the form of rings, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation, there are no distributed interturn capacitances of the windings. The own capacitances of the windings, due in this case only to the capacitances between the windings and screen rings, are minimal. This allows one to substantially weaken the dependence of the dielectric loss of the transmitted signal on the frequency.

При этом уменьшаютс искажени его амплитуды в диапазоне рабочих частот, т.е. повышаетс стабильность передачи амплитуды сигнала. Кроме того, введение в каждый канал двух резисторов и конденсатора позвол ет установить модуль полного входного сопротивлени канала |/(.B диапазоне рабочих частот равным внутреннему сопротивлению источника сигнала (или волновому сопротивлению соединительного кабел , т.е. обеспечить оптимальные услови передачи сигнала. При этом, подбира величину сопротивлени второго введенного резистора , можно установить необходимое значение iZgjj на центральной часто-те рабочего диапазона.This reduces the distortion of its amplitude in the operating frequency range, i.e. increased stability of signal amplitude transmission. In addition, the introduction into each channel of two resistors and a capacitor allows you to set the input channel impedance modulus | / (. B operating frequency range equal to the internal resistance of the signal source (or impedance of the connecting cable, i.e. provide optimum signal transmission conditions. When By selecting the resistance value of the second inserted resistor, you can set the required value iZgjj in the central frequency of the operating range.

1 Введенные первый р.езистор и конденсатор обеспечивают минимальную неравномерность изменений модул полного входного сопротивлени в рабочем диапазоне частот: первый резистор - шунтиру первичную обмотку токосъемника, а конденсатор - компенсиру изменени |Zg,l , обусловленные индуктивностью обмотки. Таким образом, введение дополнительных эле ментов, двух резисторов и конденсатора позвол ет согласовать входное сопротивление канала токосъемника с внутренним сопротивлением источника сигнала (или волновым сопротивлением соединительного кабел ) в диапазоне рабочих частот. При этом уменьшаютс искажени амплитуды передавае .мого сигнала, т.е. повышаетс стабильность передачи амплитуды сигнала в диапазоне рабочих частот. 1 Introduced first resistor and capacitor provide minimal irregularity of the impedance modulus changes in the operating frequency range: the first resistor shunts the primary current of the current collector and the capacitor compensates the changes in | Zg, l due to the winding inductance. Thus, the introduction of additional elements, two resistors and a capacitor allows the input resistance of the current collector channel to be matched with the internal resistance of the signal source (or wave resistance of the connecting cable) in the operating frequency range. This reduces the amplitude distortion of the transmitted signal, i.e. The stability of the signal amplitude transmission in the frequency range is increased.

Вместе с тем, выполнение обмоток в виде концентрично расположенных колец, плоскость которых перпендикул рна оси вращени , позвол ет .сократить до минимума габаритные размеры токосъемника в направлении этой оси.At the same time, making windings in the form of concentrically arranged rings, the plane of which is perpendicular to the axis of rotation, makes it possible to reduce to a minimum the overall dimensions of the current collector in the direction of this axis.

Введение новых элементов не приводит к увеличению габаритов токосъемника в направлении оси вращени , так как имеетс возможность их установки в плоскости колец за пределами корпуса токосъемника.The introduction of new elements does not increase the dimensions of the current collector in the direction of the axis of rotation, since it is possible to install them in the plane of the rings outside the current collector case.

Увеличение при этом габаритов устройства в плоскости, перпендикул рной оси вращени , дл многоканальных токосъемников, как правило, несущественно . The increase in the dimensions of the device in a plane perpendicular to the axis of rotation for multichannel current collectors is usually not essential.

На фиг. 1 изображен многоканальны бесконтактный токосъемник, общий вид ( продольный разрез трех каналов); на фиг. 2 - электрическа принципиальна схема одного из каналов токосъемника .FIG. 1 shows a multichannel contactless current collector, a general view (longitudinal section of three channels); in fig. 2 - electrical schematic diagram of one of the current collector channels.

Устройство состоит из неподвижного вала 1, одновременно вл ющегос внешним корпусом токосъемника, и вращающегос вала 2 - внутреннего корпуса токосъемника. Каждый канал токосъемника содержит установленные в пространстве между валами неподвижный 3 и вращающийс 4 кольцевые каркасы . Каркасы выполнены из диэлектрического материала с минимальным значением диэлектрической проницаемости Е. В кольцевые пазы каркасов 3 и 4 уложены концентрично размещенные первична 5 и вторична 6 обмотки. Кажда обмотка представл ет собой кольцо (с разрезом) медного провода.The device consists of a fixed shaft 1, which is at the same time the external case of the current collector, and a rotating shaft 2 - the internal case of the current collector. Each channel of the current collector contains a fixed 3 mounted in the space between the shafts and a rotating 4 annular frames. The frames are made of a dielectric material with a minimum value of the dielectric constant E. In the annular grooves of the frames 3 and 4 are laid concentrically placed primary 5 and secondary 6 windings. Each winding is a ring (with a cut) of copper wire.

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 вращающиес 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.The terminals of the primary winding 5 are connected to the board 7, on which the channel input terminals, electrical elements 8 (capacitor and resistors) are installed, and wired. The board, together with the radio electronic elements, is enclosed in a shielding casing 9. Between the current collector channels there are stationary and rotating metal screen rings 10 and 11. The ring-gaskets 12 provide the necessary structural dimensions in the axial direction. The input cable 13 is connected to the board 7, and the output cable 14 to the outputs of the secondary winding 6.

I При вращении вала 2 относительно неподвижного зала 1 входной сигнал, который поступает с кабел 13 через плату 7 с электрорадиоэлементами 8 на неподвижную первичную обмотку 5, передаетс на вращающуюс вторичную обмотку 6. Передача сигнала осуществл етс вследствие наличи индуктивной св зи между концентрично размещенными кольцами из провод щего материала, вл ющимис 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.When rotating shaft 2 relative to the fixed room 1, the input signal, which comes from cable 13 through the board 7 with radio electronic elements 8 to the stationary primary winding 5, is transmitted to the rotating secondary winding 6. The signal is transmitted due to the inductive coupling between concentrically placed rings from conductive material, which is the primary and secondary windings of the current collector channel. The screen rings 10 and 11 together with shafts 1 and 2 and the casing 9 provide electromagnetic shielding of the current collector channels.

Выполнение обмоток каналов токосъемника в виде концентрично расположенных провод щих колец выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как существенно уменьшаютс собственные емкост11 обмоток. В результате ослабл етс 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 уменьшаетс в 6-14 раз. Это приводит к повышению стабильности передачи амплитуды сигналов в 2-3 раза.The implementation of the windings of the current collector channels in the form of concentrically arranged conductive rings favorably distinguishes the proposed device from the prototype, since the own capacitances of the windings are significantly reduced. As a result, the dielectric loss of the transmitted signal is weakened by frequency, which reduces its distortion in the operating frequency range. Thus, when reducing the own capacitances of the windings from 60-70 to 5-10 pF, the change in the power of the transmitted signal due to dielectric losses decreases by 6-14 times. This leads to an increase in the stability of signal amplitude transmission by a factor of 2-3.

Использование новых элементов двух резисторов и конденсатора - позвол ет обеспечить оптимальные услови передачи мощности в токосъемник в диапазоне рабочих частот. в результате уменьшаютс искажени амплиту- «The use of new elements of two resistors and a capacitor allows to provide optimal conditions for the transfer of power to the current collector in the operating frequency range. as a result, the amplitude distortion is reduced.

ды передаваемого сигнала при изменении частоты.dy of the transmitted signal when the frequency changes.

Так, на изготовленном и исследованном макете введение новых элементов позвол ет в диапазоне частот, раном 20 МГц, повысить стабильность передачи амплитуды сигналов токосъемника в 2,4 раза.Thus, on the manufactured and tested layout, the introduction of new elements allows, in the frequency range, a wound of 20 MHz, to increase the stability of the transmission of the amplitude of the current collector signals by 2.4 times.

Повышение стабильности передачи амплитуды сигналов в диапазоне рабочих частот позвол ет использовать предлагаемое устройство в системах, где предъ вл ютс повышенные требовани к точности передачи сигналов.Improving the stability of the amplitude signal transmission in the operating frequency range allows the use of the proposed device in systems where there are increased demands on the accuracy of signal transmission.

Кроме того, использование устройства позвол ет, упростив конструкцию обмоток, уменьшить в несколько раз габариты токосъемника в направлении оси вращени , его металлоемкость и вес, упростить технологию изготовлени . В результате расшир етс область применени многоканальных беконтактных токосъемников.In addition, the use of the device allows, by simplifying the design of the windings, to reduce several times the dimensions of the current collector in the direction of the axis of rotation, its intensity and weight, and to simplify the manufacturing technology. As a result, the field of application of multichannel back contact collectors is expanded.

:с; 1Г:with; 1G

-0-0

tLZtLZ

ХX

Вращающа с частьRotating part

Claims

MULTI-CHANNEL NON-CONTACT SHOCK COVER, containing in each channel primary and secondary windings concentrically placed on non-magnetic frames, one of the windings, the plane of which is perpendicular to the axis of rotation, is stationary, and the other rotates, as well as metal screen rings rotating coaxially between channels and fixed, the plane of which is perpendicular to the axis of rotation, characterized in that, in order to increase reliability due to the stability of the transmission of the amplitude of the signals in the range of working parts from and reduce the current collector dimensions, winding of the current collector made in the form of rings, and each channel is introduced: two resistors and a capacitor, wherein the capacitor and the first resistor Con _with cheny parallel with the primary winding and 55 through the series-connected with them second resistor - to the input terminals of the channel.

SU „, .1115150

Fig!

115150 .2