王冠中

1　概述

導電滑環(huán)又稱為集電環(huán)、旋轉節(jié)、轉接器等，是一種能在相對轉動物體上傳遞能量、控制、通信等信號裝置，利用滑動滑環(huán)與電刷滑動接觸實現(xiàn)信號傳遞，是各種精密轉動裝置、慣導裝置等設備關鍵部件之一，特別是360度無限制的不停旋轉，同時滿足信號的傳輸，可廣泛應用于航空航天、軍事、設備自動化、大型轉動機構、風力發(fā)電等一些設備上。

我單位大型回轉支撐轉動天線采用的精密導電滑環(huán)部件，是我臺轉動天線轉動部分內器件的電力供給以及天線控制信號傳輸?shù)闹袠?，是轉動天線的三大核心部件之一。該旋轉節(jié)性能穩(wěn)定，具有導電率高、接觸電阻小、磁阻高、阻抗匹配好、精度高、噪聲低的特點。

2　導電滑環(huán)的結構原理

精密導電滑環(huán)由滑環(huán)體、電刷、固定支架、軸承及其它輔助元件組成。精密導電滑環(huán)是利用導電環(huán)的滑動接觸、靜電耦合或電磁耦合，在固定座架轉動部件與滾動或滑動元件之間傳遞電能、控制、通信等信號的精密傳輸裝置。滑環(huán)體通常安裝在轉動裝置的旋轉軸線中心，由旋轉裝置部分和固定裝置部分組成。其中，上端旋轉裝置部分連接轉動設備的旋轉部分，跟隨其轉動，所以稱為“轉子”：固定裝置部分連接轉動裝置的底座支撐固定部分，稱為“定子”。導電滑環(huán)整體依靠彈力接觸搭接技術、良好的滾動搭接技術、精確的選材、嚴密的密封保護等級、巧妙的結構設計等，構成穩(wěn)定可靠的旋轉傳輸系統(tǒng)。通過滑動接觸將信號傳遞到上方旋轉部分，解決無導電滑環(huán)而產生的線路纏繞等問題，同時又不影響設備狀態(tài)的檢測和控制。

3　轉動天線導電滑環(huán)的主要技術指標

滑環(huán)的主要技術指標有：絕緣性、接觸電阻、動態(tài)接觸電阻、保護等級、抗瞬斷能力、抗電磁干擾性能、摩擦力矩等。

3.1滑環(huán)的絕緣性

滑環(huán)由許多環(huán)道組成，其絕緣性能要良好，環(huán)間距離過大會導致滑環(huán)的總體尺寸太長，距離過小會導致絕緣、耐壓低，一般取1.5～3mm為宜，根據轉動天線對滑環(huán)環(huán)道的要求其絕緣電阻要大于100MΩ，耐壓500V而不被擊穿；其抗電強度能夠達到：功率環(huán)2000MΩ，通信、控制環(huán)500MΩ的要求。

3.2滑環(huán)的接觸電阻

滑動環(huán)槽與電刷的接觸要可靠和適度，而且兩個材料的選材要匹配，當設備轉動時，滑動表面的線速度是電刷線速度的幾十至上千倍，相對來說電刷更容易磨損；但當電刷材料硬度遠高于環(huán)槽硬度時，在環(huán)槽上會出現(xiàn)同樣的磨損，尤其是在高溫環(huán)境下，更易產生過度磨損，減少設備使用壽命，給維護帶來不便。

電刷對環(huán)槽的壓力也影響接觸電阻的大小，但壓力太大，超過摩擦力矩，接觸部分磨損較大，減少設備的使用壽命。

滑環(huán)的接觸電阻越大，信息傳輸效果越差，接觸壓降越大，溫度就越高，越容易熔毀滑環(huán)，我臺轉動天線滑環(huán)由黃銅制成，表面鍍覆多層貴金屬，具有良好的導電、導熱、抗氧化、抗硫化、耐磨性、抗熔焊等性能，設計呈“II”型，便于電刷與環(huán)槽對稱雙接觸，利用電刷的彈性壓力與環(huán)槽滑動接觸來傳遞信號。轉動天線滑環(huán)采用的功率環(huán)分別為：11MΩ、35MΩ；控制、通信環(huán)210MΩ的要求。

3.3滑環(huán)的動態(tài)接觸電阻

滑環(huán)的表面光潔度、滑環(huán)的轉動速度、環(huán)道直徑等都會影響滑環(huán)的動態(tài)阻抗，動態(tài)接觸電阻越小，設備運行越穩(wěn)定，轉動天線滑環(huán)采用的功率環(huán)分別為：5MΩ、10MΩ；控制、通信環(huán)15MΩ的要求。

3.4滑環(huán)的保護等級

滑環(huán)要求全屏蔽全密封，屏蔽材料選用1J79，滑環(huán)保護等級：IP54；其中63A和16A滑環(huán)接地必須內部鉚接在定子和轉子上確保接地的持續(xù)性。定子和轉子的外部需要有50mm²的接地點。為了保證良好的接觸，該點必須是平整的，不能有涂漆和絕緣處理。

3.5滑環(huán)的抗瞬斷能力

瞬斷是表征精密導電滑環(huán)性能的重要指標，一般要求順段時間為小于10ms。

3.6滑環(huán)的抗電磁干擾性能

在我單位的大型轉動裝置中，精密導電滑環(huán)是處在通過大電流、高功率、高頻的條件下工作，該裝置本身又是一個線路密集、空間狹小的密封裝置內，因此各個信號間存在互感、互容現(xiàn)象，易產生靜電感應、磁場感應，我臺設備線路輸出高頻3MHz-30MHz，功率高達750kW的能量，采用對保護信號的辦法進行保護，并將干擾源本身加屏蔽以削弱干擾，并將屏蔽線屏蔽層接地。當干擾源電壓較高，頻率較高時，宜采用電磁屏蔽，可用導電材料做屏蔽；轉動天線滑環(huán)的電噪聲性能，功率環(huán)分別為：10、20（1kHz，uV/mA）；控制、通信環(huán)30（1kHz，uV/mA）的要求。

結語

與其它精密導電滑環(huán)的相比，轉動天線的導電滑環(huán)工作在高頻、大功率、高電壓狀態(tài)下，其本身尺寸大，技術要求高，對其維護水平要求較高，所以定期進行指標測試是設備處于良好狀態(tài)的基本保證。

（來源：中國新技術新產品）