МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ ЖИДКОСТНОЙ ТОКОСЪЕМНИК

Устройство относится к радиоэлектронике, точнее к области радиолокации, и может быть использовано при передаче и приеме электрических сигналов от подвижной части антенн к неподвижной части антенно-фидерных трактов радиолокационных станций.
Известны многоканальные вращающиеся жидкостные токосъемники, предназначенные для передачи сигналов по электрическим цепям. Элементом цепи, предназначенном для передачи сигналов между подвижной и неподвижной частями токосъемника, являются контактные пары, состоящие из внутренних, наружных токопроводящих экранных колец, конструкция и размеры которых устанавливаются ОСТ 4Г 0.772.201-82. Количество контактных пар токосъемника определяется числом передаваемых сигналов. В ОСТе 4Г 0.772.201-82 приведены два типа конструкций контактных пар для передачи сигналов. Одна пара позволяет передавать сигналы с током до 5А, напряжением до 380 В и частотой до 20 кГц, другая пара предназначена для передачи сигналов с током до 0,5 А, напряжением до 220 В и частотой до 2 МГц.
Приведенная в ОСТе 4Г 0.772.201-82 конструкция токосъемников накладывает ограничения на параметры передаваемых сигналов.
Известен многоканальный вращающийся жидкостной токосъемник - блок 394ФТ01, разработанный ОАО «ВНИИРТ». Конструкторская документация УВАИ.467386.006. Год выпуска на ОАО «М3 РИП» с 1987 года по настоящее время. Токосъемник состоит из металлического корпуса с крышкой, внутри которого расположена контактная колонка, содержащая как слаботочные (до 2,5 А), так и сильноточные цепи (до 10 А). Для увеличения максимально допустимого тока по цепи 220 В, 400 Гц до 10 А, в блоке 394ФТ01 две контактные пары с током до 5 А объединены в одну цепь.
Недостатком данного токосъемника является ограничение максимального рабочего тока силовых цепей до 10 А. Он не предназначен для передачи высокочастотных сигналов.
Известен многоканальный вращающийся жидкостной токосъемник - блок 644ФТ01, разработанный ОАО «ВНИИРТ». Конструкторская документация УВАИ.468556.001.
На фиг.1 показан общий вид блока 644ФТ01. Токосъемник состоит из трех отдельных, установленных друг на друга металлических корпусов 1, 7, 14 с крышками 2, 8, 15, внутри которых расположены функционально независимые контактные колонки. В верхней части каждого корпуса расположены заливные отверстия 3, 9, 16 для заливки диэлектрической жидкости и смотровые окна 4, 10, 17 для контроля уровня жидкости, залитой в корпус. В нижней части каждого корпуса находятся штуцеры 5, 11, 18 для слива диэлектрической жидкости. Для передачи электрических сигналов и токов используются высокочастотные соединители 6, 12, шпильки 19, низкочастотные соединители 13.
Первая колонка состоит из сильноточных цепей напряжением 220 В, 400 Гц и током потребления 90 А. Для обеспечения повышенного рабочего тока потребления в данном блоке в два раза увеличен диаметр сильноточных колец. Сильноточные кольца имеют попарное объединение в одну цепь. Для уменьшения переходного сопротивления сильноточных колец, пружинные контактные кольца состоят из трех колец разного диаметра и образуют три ряда контактов. Для обеспечения равномерности усилия при вращении и снижения момента вращения блока кольца сделаны разрезными и состоят из трех сегментов.
Вторая колонка - комбинированная, состоит из цепей для передачи слаботочных сигналов на низкой частоте и цепей для передачи высокочастотных сигналов (12 МГц, 24 МГц).
Третья колонка состоит из цепей для передачи сигналов на видеочастоте.
Вторая и третья колонки конструктивно выполнены в строгом соответствии с ОСТ 4Г 0.772.201-82.
Недостатком данного токосъемника является сложная конфигурация из-за использования трех корпусов и большие потери сигнала в высокочастотных цепях.
Предлагаемой полезной моделью решаются задачи: увеличения частотного диапазона и максимального рабочего тока силовых цепей многоканального вращающегося жидкостного токосъемника, оптимизации конструкции токосъемника, минимизации потерь сигнала и получения высокой развязки между каналами в высокочастотных цепях.
Для достижения указанного технического результата в многоканальный вращающийся жидкостный токосъемник, состоящий из металлического корпуса с крышкой, с расположенной в нем контактной колонкой с контактными парами для передачи определенного типа сигналов, дополнительно введены в высокочастотных цепях передачи сигналов RC элементы, обеспечивающие согласование на высокой частоте и увеличение максимальной рабочей частоты (рабочие частоты 24 МГц, 30 МГц, 60 МГц) и применяется оригинальная схема раскладки контактных колец, позволяющая объединить в едином корпусе высокочастотные, силовые и слаботочные цепи в одной контактной колонке.
Отличительными признаками предлагаемого многоканального вращающегося жидкостного токосъемника от указанного выше известного токосъемника являются: объединение высокочастотных, низкочастотных, силовых и слаботочных цепей в одной контактной колонке, расположенной в одном корпусе, наличие согласующих RC элементов в высокочастотных цепях.
Предлагаемый многоканальный вращающийся жидкостной токосъемник иллюстрируется чертежами, представленными на сриг.2-5.
На фиг.2 показан продольный разрез многоканального вращающегося жидкостного токосъемника.
На фиг.3 - вид сверху многоканального вращающегося жидкостного токосъемника.
На фиг.4 - продольный разрез контактных пар высокочастотных цепей.
На фиг.5 - продольный разрез параллельного соединения двух контактных пар сильноточных цепей (45 А).
Диаметр многоканального вращающегося жидкостного токосъемника 404 мм, высота - 595 мм.
Рабочее положение многоканального вращающегося жидкостного токосъемника - вертикальное, транспортное - горизонтальное.
Многоканальный вращающийся жидкостной токосъемник (фиг.2, 3) содержит металлический корпус 1 с крышкой 2, с расположенной в нем контактной колонкой 20, с заданным типом и количеством контактных пар, обеспечивающих передачу низкочастотных сильноточных, слаботочных, видеочастотных и высокочастотных сигналов. Корпус 1 токосъемника сочленен с антенной системой и вращается вместе с ней относительно неподвижной части антенного модуля изделия,
а центральная часть 21 токосъемника неподвижна, т.е. при вращении подвижной части опорно-поворотного устройства изделия вращается корпус 1 токосъемника с наружными кольцами 22, а центральная часть 21 и внутренние кольца 25 остаются неподвижными. В верхней части корпуса установлено заливное отверстие 3, к которому в изделии подсоединяется шланг для перелива диэлектрической жидкости и смотровое окно 4, с нанесенными на него температурными рисками.
В нижней части токосъемника установлены штуцер 5 с ниппелем для слива жидкости из токосъемника, крепежный фланец 23 и посадочный центрирующий поясок 24, посредством которых токосъемник устанавливается на опорно-поворотное устройство изделия.
Многоканальный вращающийся жидкостной токосъемник обеспечивает передачу электрических сигналов и токов, приведенных в таблице 1.
Таблица 1
Наименование электрических цепей
Род тока, вид сигнала
Ток нагрузки, А
Напряжение (мощность), В (Вт)
Частота f<sub>0</sub>, Гц
Сильноточные
Переменный
45
220
400
Сильноточные
Постоянный
10
27
-
Слаботочные
Постоянный
3
27
-
Видеочастотные
Аналоговый
0,6
4,5
4·10<sup>6</sup>
Высокой частоты (ВЧ)
Аналоговый
(0,32)
60·10<sup>6</sup>30·10<sup>6</sup>24·10<sup>6</sup>
Увеличение максимального рабочего тока силовых цепей (220 В, 400 Гц) до 45А решается путем параллельного соединения двух контактных пар (фиг.4, 5) с кольцами 22, 25, имеющих три ряда пружинных контактов 26. Кольца 22, 25 выполнены неразрезными для получения большей площади контакта и обеспечения минимального переходного сопротивления. Необходимые равномерность переходного сопротивления и величина момента вращения обеспечиваются за счет качества центровки и уменьшения диаметра контактных колец 22, 25 по отношению к блоку 644ФТ01.
Минимальный диаметр колец 22, 25 напрямую связан с их внутренним диаметром, определяемым диаметром внутреннего отверстия токосъемника, предназначенного для пропускания низкочастотных и высокочастотных кабелей для передачи сигналов через токосъемник. Диаметр колец 22, 25 выбран в соответствии с ОСТ 4Г 0.772.201-82, что и определило минимально возможный диаметр токосъемника.
Увеличение частотного диапазона контактных пар с кольцами 22, 25 достигается введением трансформаторов 27, согласующих сопротивления, которые позволяют обеспечить согласование и минимальные потери в рабочих диапазонах частот.
0
Кольца промежуточной частоты в полосе частот f±10% имеют прямые потери не более 1,5 дБ и развязку между каналами не менее 40 дБ.
Развязка между высокочастотными каналами достигается их конструктивным разносом за счет схемы раскладки контактных колец и введением дополнительных согласующих RC элементов 28 между высокочастотными и видеосигнальными цепями.
Кабели от наружных колец 22 заделаны в высокочастотные соединители 6, а провода слаботочных, сильноточных колец в низкочастотные соединители 13, устанавливаемых по периметру корпуса 1 токосъемника. Для подключения сильноточных цепей на 45 А предусмотрены специальные контактные шпильки 19.
Выводы кабелей от контактных колец через подшипниковый узел 29 герметизированы.
На подшипниковом узле 29 токосъемника для герметизации контактной колонки снизу подшипника установлены уплотнительные манжеты 30 по ГОСТ 8752-79, исключающие просачивание жидкости через подшипниковый узел 29 наружу. В верхней части токосъемника ниже подшипникового узла 29, но выше уровня жидкости установлен сапун 31.
На внешней стороне вращающегося корпуса поз.1 установлена панель 32 из изоляционного материала с установленными на ней высокочастотными соединителями 6 для присоединения к ним кабелей (высокочастотных и видеочастотных); низкочастотные соединители 13 для присоединения сильноточных (10 А) и слаботочных цепей.
Возможность получения указанного технического результата подтверждается изготовлением опытного образца многоканального вращающегося жидкостного токосъемника и проведением предварительных испытаний.