Устройство передачи электрических сигналов мощности с переменными частотами и фазами от неподвижного блока к вращающемуся блоку

 

Описано устройство передачи электрических сигналов мощности с различными частотами и фазами от неподвижного блока к вращающемуся блоку. Первичную обмотку вращающегося трансформатора запитывают от источника электроэнергии постоянной частоты, а вторичная обмотка питает источник со срезом импульсов, тогда как цифровое запоминающее устройство посылает цифровой сигнал, содержащий необходимые характеристики, который после преобразования в аналого-цифровом преобразователе усиливают в усилителе, при этом уменьшаются габариты. 15 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается устройства передачи электрических сигналов мощности с переменными фазами и переменой частотой от неподвижного блока к вращающемуся блоку.

Из патента Франции FR-A 2521766 известно использование вращающегося трансформатора для передачи электрической мощности от неподвижной к вращающейся части, причем на первой неподвижной части магнитопровода трансформатора крепится первичная обмотка, а на второй части - вращающейся относительно первой - крепится вторая обмотка. Данное известное устройство предназначено для передачи периодической электрической мощности с постоянной частотой (обычно промышленной частотой мощности 50 и 400 Гц) и известной формой (в данном случае - синусоидальной).

Однако данное устройство не позволяет получить на вращающейся части электрический сигнал, форма, частота и фаза которого изменялись бы в широком диапазоне. Действительно для достижения оптимального коэффициента полезного действия необходимо использовать резонансную установку. Сдвиг фаз между напряжением и током осуществляется известным способом с применением конденсатора, в первичном контуре. Включение второго конденсатора во вторичный контур затруднено по технологическим причинам, связанным с его объемом и скоростью вращения вращающегося блока. Отсюда следует, что невозможно получить постоянную мощность на зажимах вторичного контура, если частота питающего тока меняется от 0 до 10000 Гц. Кроме того, невозможно передавать различные сигналы, не увеличивая количество трансформаторов.

В основу настоящего изобретения поставлена задача устранить недостатки, присущие вышеуказанным устройствам. В соответствии с этим согласно изобретению первичную обмотку запитывают от источника с постоянной частотой, а вращающийся блок дополнительно содержит источник питания, названный источником питания со срезом импульса, который принимает мощность вторичной обмотки, запоминающее устройство с цифровой памятью, состоящее на цифровой матрицы, которое вырабатывает в виде тактового импульса записанный в запоминающее устройство цифровой сигнал, содержащий необходимые характеристики, аналого-цифровой преобразователь, принимающий указанный записанный цифровой сигнал, и усилитель, усиливающий полученный аналоговый сигнал до требуемой величины.

В предпочтительном варианте исполнения матрица цифровой памяти содержит n колонок, состоящих из m элементов, которые определяют соответственно разрешающую способность по периоду и по амплитуде записанного сигнала.

Указанное запоминающее цифровое устройство может быть постоянным запоминающим устройством, устройством со стираемой памятью, устройством с программируемой памятью или, наконец, с динамичной памятью.

В предпочтительном варианте выполнения устройство согласно изобретению дополнительно включает счетчик, который дает приращение в n колонок и повторно выполняет цикл от последней до первой колонки, контур возврата к нулевой позиции и регистр исходного положения.

Согласно лучшему варианту выполнения изобретения система автоматического регулирования позволяет передавать с внешней стороны устройства рабочие параметры, вводимые в цифровой форме. Такая передача может быть осуществлена посредством электрооптического контура, предпочтительно включенного во вращающийся трансформатор, посредством электромагнитного излучения в гамме радиочастот или посредством инфракрасного излучения.

В целях удобства и лучшего восприятия рассмотрен случай с неподвижным и вращающимся блоками, что, однако, очевидно, что существенным фактором является относительная угловая скорость между двумя блоками. Следовательно, необходимо учитывать, что настоящее изобретение в равной степени относится и к случаю, когда оба блока являются вращающимися, в одном или в разных направлениях с относительными угловыми скоростями, которые могут изменяться в широком диапазоне.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения со ссылками на фиг. 1 - 5, на которых фиг. 1 изображает в качестве примера вращающийся трансформатор известного типа, фиг. 2 - схему передающего устройства в соответствии с изобретением, фиг. 3 - схему счетчика используемого в устройстве согласно изобретению, фиг. 4 - вращающийся вспомогательный трансформатор, обеспечивающий передачу данных электрическим способом, фиг. 5 - общий вид установки, включающей множество идентичных систем, способных вырабатывать различные сигналы.

Изображенный на фиг. 1 вращающийся трансформатор позволяет передавать электрическую мощность от неподвижного блока 1 к вращающемуся блоку 2. Указанный трансформатор состоит из первой части 3 магнитопровода, закрепленной в неподвижном блоке 1, внутри которого располагается первичная обмотка 4, и второй части 5, размещенной во вращающемся блоке 2, внутри расположена первичная обмотка 6. Части 3 и 5 арматуры расположены коаксиально и разделены между собой воздушным зазором, имеющим минимальную величину. Данный известный вид трансформатора позволяет легко передавать электрическую мощность промышленной частоты независимо от скорости вращения вращающейся части.

Вышеописанный вращающийся трансформатор используется для реализации устройства согласно изобретению, представленного на фиг. 2. Вторичная обмотка 6 передает электрическую мощность постоянной частоты синусоидальной формы на источник питания 8 со средом импульса известного типа, который запитывает постоянным током различные схемы, входящие в устройство согласно изобретению.

Согласно главной характеристике изобретения форма сигнала, которую хотят получить на вращающейся части, записывается в цифровое ЗУ 9. Последнее состоит из матрицы, содержащей n колонок по m элементов в каждой. Элементы m каждой колонки соответствуют значению аналогового сигнала, выраженному в двоичных единицах. Двоичная кодовая комбинация обеспечивает разрешающую способность амплитуды сигнала. "n" колонок соответствуют разрешающей способности периода.

Указанное цифровое ЗУ может быть постоянным запоминающим устройством (обычно называемым ROM), устройством со стираемой памятью (обычно называемым EPROM), устройством с программируемой памятью (обычно называемым PAL) или устройством с динамической памятью (обычно называемым RAM). С целью модификации сигнала, записанного в ROM, EPROM или PAL, необходимо вносить изменения в саму составляющую. Кроме того, в случае запоминающего устройства RAM сигнал может быть запрограммирован и стерт самой логической схемой, управляемой счетчиком, описываемым ниже.

Формообразование сигнала осуществляется аналого-цифровым преобразователем 10. Последний преобразует в напряжение значение двоичной кодовой комбинации, представленной на входе запоминающим устройством, т.е. изображением из m элементов одной из n колонок. Усилитель 11 мощности усиливает аналоговый сигнал, поступивший с преобразователя 10.

Генератор 12 тактовых импульсов, по существу "метроном" устройства, вырабатывает в момент подачи на него напряжения прямоугольный сигнал. Указанный генератор управляет счетчиком 13, более детальная схема которого представлена на фиг. 3.

Главная функция счетчика 13 заключается в приращении n колонок запоминающего устройства 9 и повторении цикла от последней до первой колонки, с последующей подачей кодовой двоичной комбинации каждой колонки на аналого-цифровой преобразователь 10. Для этой цели последний снабжен регистром 14 приращений. Последний может принимать на входе 15 пусковой сигнал, который может в любой момент остановить или возобновить процесс приращения.

Регистр 16 исходного положения содержит начальный порядок, который регистр 17 колонок должен взять за основу или при питании схемы, или с учетом порядка схемы 18 обнуления, которая, в свою очередь, может регулироваться на входе 19.

Регистр 16 исходного положения может принимать на входе 20 сигнал программирования.

Как указывалось выше, на устройство может быть подано некоторое количество направляющих сигналов. Последние поступают главным образом на входы 15 схемы 14 приращений, 20 схемы 16 исходного положения и 19 схемы 18 обнуления. Они также могут поступать на усилитель 11, коэффициент усиления которого предпочтительно выбирают в зависимости от напряжения, т.е. в зависимости от амплитуды полученного сигнала.

Представленный на фиг. 4 вращающийся трансформатор того же типа, что и трансформатор на фиг. 1, снабжен средствами, обеспечивающими электрооптическую связь между неподвижным блоком 1 и вращающимся блоком 2. В неподвижном и вращающемся магнитопроводе 5 по оси указанных средств предусмотрены отверстия. В отверстии неподвижной части располагают электролюминесцентный диод 20, который принимает сигналы управления в цифровой форме и передает их на оптическое волокно 21, в свою очередь связанное с непоказанным электрооптическим диодом, который обеспечивает передачу информации к вращающимся электронным схемам. Вышеописанный способ электрооптической передачи не является исчерпывающим.

Существует возможность использовать несколько электролюминесцентных диодов и несколько электрооптических диодов, скомбинированных различным образом с оптическими волокнами. Такой способ связи также может быть расширен. Например, существует возможность использовать радиоэлектрическую связь с антеннами, содержащими тонкие провода, расположенные соответственно относительно друг друга на неподвижных и вращающихся частях. Также может быть предусмотрена связь посредством инфракрасного излучения.

В устройстве, изображенном на фиг. 5, две идентичные схемы монолитно связаны с вращающейся частью, причем каждая из них располагает логической схемой 22 управления, принимающей сигнал от единственного тактового генератора 12. Такие логические схемы управления позволяют управлять изменением фаз от одного сигнала к другому, как это показано на схемах, расположенных в правой части фигуры.

Описанное устройство позволяет вырабатывать на вращающейся части периодический сигнал мощности определенной формы с полосой пропускания, которая может быть по меньшей мере 10 кГц. Данная полоса пропускания будет зависеть от частоты преобразования аналого-цифрового преобразователя, частоты датчика времени, количества колонок запоминающего устройства и, наконец, от полосы пропускания усилителя.

Формула изобретения

1. Устройство передачи электрических сигналов мощности с переменными частотами и фазами от неподвижного блока к вращающемуся блоку, включающее вращающийся трансформатор, первая часть магнитопровода которого является неподвижной, содержит первичную обмотку и размещена в неподвижном блоке, а вторая часть магнитопровода, выполненная с возможностью вращения, содержит вторичную обмотку и закреплена во вращающемся блоке, отличающееся тем, что первичную обмотку запитывают от электрического источника с постоянной частотой, при этом вращающийся блок содержит источник питания со срезом импульса, принимающий мощность вторичной обмотки, цифровое запоминающее устройство, состоящее из цифровой матрицы, содержащей n колонок памяти по m элементов, и вырабатывающее под действием импульса с генератора тактовых импульсов, хранимый в памяти цифровой сигнал, содержащий необходимые характеристики формы сигнала, который необходимо получить на вращающемся блоке, разрешающие способности периода и амплитуда которого заданы соответственно n колонками памяти и m элементами для каждого из указанных параметров, аналого-цифровой преобразователь, принимающий указанный хранимый в памяти цифровой сигнал, и усилитель, усиливающий полученный аналоговый сигнал до требуемой величины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровое запоминающее устройство представляет собой постоянное запоминающее устройство.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровое запоминающее устройство представляет собой запоминающее устройство со стираемой памятью.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровое запоминающее устройство представляет собой программируемое запоминающее устройство.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровое запоминающее устройство представляет собой динамичное запоминающее устройство.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что записанный в память динамического запоминающего устройства сигнал программируется и управляется логической системой.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что генератор тактовых импульсов вырабатывает прямоугольный сигнал, который определяет скорость выдачи данных запоминающим устройством.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно включает счетчик, который приращивает n колонок памяти и обеспечивает повторение цикла от последней до первой колонки.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что счетчик включает в себя схему обнуления.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что счетчик включает регистр исходного положения, который позволяет начинать цикл с определенной колонки памяти.

11. Устройство по любому из пп.1 - 10, отличающееся тем, что оно включает систему управления, позволяющую вводить в устройство рабочие параметры, в цифровой форме.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что система управления выполнена с возможностью подключения между неподвижным блоком и вращающимся блоком электрооптической схемы, содержащей электролюминесцентный диод, электронно-оптический диод и оптическое волокно.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что электрооптическая схема расположена внутри вращающегося трансформатора соосно с последним.

14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что система управления выполнена с возможностью подключения между неподвижным блоком и вращающимся блоком радиоэлектрических средств.

15. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что система управления выполнена с возможностью включения между неподвижным блоком и вращающимся блоком средства передачи посредством инфракрасного излучения.

16. Устройство по любому из пп.11 - 15, отличающееся тем, что вращающийся блок включает множество идентичных систем, выполненных с возможностью подачи различных сигналов, параметры которых регулируют с помощью регистра приведения в исходное положение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5