Вращающееся токосъемное устройство

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для передачи электрических сигналов, в том числе кодированных информационных сигналов высокоскоростных интерфейсов, на аппаратуру, из неподвижной части объекта в его вращающуюся часть при прямом и обратном обмене информацией.
Известны токосъемные устройства, где вращающимися являются как контактные кольца, так и проводящие кольца с гребенками в виде отогнутых лепестков [1].
Недостатком известной конструкции являются контактные пары, создающие электрический контакт, которые не обеспечивают полосу пропускания, необходимую при трансляции высокоскоростных интерфейсов, т.к. обладают большой переходной электрической емкостью между соседними контактными парами, участвующими в формировании среды передачи для данного интерфейса. Дополнительно, для уменьшения влияния коммутационных помех от сильноточных электрических цепей на слаботочные, установлен экран, что значительно усложняет конструкцию токосъемного устройства
Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому вращающемуся токосъемному устройству, взятому за прототип, является вращающееся токосъемное устройство, содержащее вращающиеся и неподвижные пакеты контактных пар, выполненных в виде неподвижных токопроводящих колец с пружинящими лепестками и контактирующими с ними вращающимися токопроводящими кольцами, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пакеты неподвижных токопроводящих колец и вращающихся токопроводящих колец с пружинящими лепестками [2].
Недостатком такого токосъемного устройства является большая переходная электрическая емкость между соседними парами, участвующими в формировании среды передачи для трансляции высокочастотных сигналов, ввиду большой площади токопроводящей поверхности контактных пар, выполненных в виде гребенок, представляющих собой обкладки конденсатора, электрическая емкость которого препятствует прохождению высокочастотных составляющих информационного сигнала.
Существенным недостатком конструкции токосъемного устройства является нестабильность электрических параметров контактных пар, выполненных в виде гребенок, а именно их частотных характеристик, ввиду зависимости положения токопроводящих колец, расположенных вдоль осей неподвижных направляющих, под давлением пружинящих лепестков гребенок, то есть периодически изменяющимся расстоянием между соседними контактными парами в пакете, и, как следствие, изменение электрической емкости между соседними контактными парами, участвующими в формировании среды передачи информационного сигнала при вращении.
Техническим результатом предложенной полезной модели является увеличение удельной емкости вращающегося токосъемного устройства за счет изменения конструкции пакета контактных пар и замены неподвижных колец с пружинящими лепестками на плоские упругие контакты в виде двухэлементных вилок, выполненных из пружинистого материала, например из бериллиевой бронзы, причем для улучшения пружинящих свойств ось симметрии элементов вилки совпадает с направлением проката материала, т.к. в этом направлении указанный материал имеет максимальные пружинистые свойства.
Технический результат достигается тем, что вращающееся токосъемное устройство содержит две и более пар ротор-статор, взаимодействующих между собой посредством контактных пар, выполненных в виде неподвижных вилок и вращающихся колец, собранных в пакет, состоящий, по крайней мере, из двух частей, одна из которых расположена на внешней стороне (наружный пакет) вращающегося токосъемного устройства, а вторая часть находится внутри наружного пакета, причем внутренний пакет контактных пар, предназначенный для трансляции высокоскоростных интерфейсов, имеет переходную электрическую емкость, между двумя соседними контактными парами, необходимой и достаточной величины для обеспечения широкой полосы пропускания канала, а наружный пакет контактных пар, предназначенный для передачи сигналов управления и сигнализации, имеет, по крайней мере, на порядок большую переходную электрическую емкость между соседними контактными парами, чем электрическая емкость между контактными парами внутреннего пакета и обеспечивает узкую полосу пропускания каналов, имеющих повышенный уровень электромагнитных коммутационных помех.
Сущность предлагаемого вращающегося токосъемного устройства поясняется чертежом фиг. 1.
Вращающееся токосъемное устройство содержит пакет (неподвижная часть) наружных щеткодержателей (поз. 1), коллектор наружный (поз. 2) с соосно расположенными контактными кольцами (вращающаяся часть), пакет внутренних (неподвижная часть) щеткодержателей (поз. 3) и коллектор внутренних (вращающаяся часть) контактных колец (поз. 4). Подшипник наружного коллектора (поз. 5) и подшипник внутреннего коллектора (поз. 6), под воздействием поводка (поз. 7), обеспечивают круговое вращение коллекторов вокруг оси (поз. 8) без ограничения угла поворота.
Разделение пакета контактных пар, по крайней мере, на две части с размещением одного пакета в другом таким образом, чтобы их оси вращения совпадали, позволяет разместить в отведенном объеме, по крайней мере, в два раза больше контактных пар, чем размещение одного пакета контактных пар над другим вдоль общей оси вращения. Предлагаемая конструкция вращающегося токосъемного устройства позволяет получить дополнительные полезные свойства у пакета контактных пар, размещенных внутри другого пакета и работающих в каналах передачи кодированной информации, для которых необходима широкая полоса пропускания канала. Формирование желаемой полосы пропускания канала достигается изменением изоляционного промежутка между соседними контактными парами, участвующими в передаче кодированной информации, применением изоляционных прокладок необходимой толщины и относительной диэлектрической проницаемости.
Для обеспечения электромагнитной совместимости сигналов наружного и внутреннего пакетов контактных пар, электрическая емкость между двумя соседними контактными парами наружного пакета, участвующими в передаче сигналов, по крайней мере на порядок больше, чем электрическая емкость между соседними контактными парами внутреннего пакета. Выполнение такого условия позволяет значительно уменьшить помехи, наводимые во внутреннем пакете и увеличить соотношение сигнал/шум в информационном канале, что способствует увеличению скорости передачи сигнала.
Источники информации
1. Патент РФ №2 267 840, кл. H01R 39/00, опубл. 20.06.2005.
2. Патент на полезную модель №63125, кл. H01R 39/08, опубл. 10.05.2007.