导电滑环工作原理及应用前景分析

导电滑环工作原理及应用前景分析

【摘要】导电滑环的主要作用是把静止设备上的信号传送到形影的旋转设备上，其应用较为广泛。本文主要介绍了导电滑环的工作原理，描述了导电滑环的分类及构成，以及选择导电滑环的几个重要参数，并分析了导电滑环在各领域的应用，提出了导电滑环的发展方向。

【关键词】导电滑环；工作原理；选择参数；应用领域随着我国工业化水平的提高，导电滑环已广泛应用于各个领域。导电滑环也叫做集电环、或称旋转关节、旋转电气接口、滑环、集流环、回流环、线圈、换向器、转接器，属于电接触滑动连接应用范畴，是实现两个相对转动机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置。导电滑环是利用导电环的滑动接触、静电耦合或电磁耦合，在固定座架转动部件与滚动或滑动部件之间传递电信号和电能传递的精密输电装置。广泛应用于要求提供无限制，连续或断续的360度旋转，提供多通路的旋转动力、数据和讯号时的所有机电系统。其大大简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤[1]。

1.导电滑环的工作原理

导电滑环组件是由滑环体、电刷组件、固定支架、同芯

球轴承等几大重要部件构成，其每大部件的设计和制造工艺都会影响到滑环的耐磨寿命。其滑环芯轴导电环材料通常是采用紫铜、黄铜、钱币银或金材料，在导电环表面上还需镀多层贵金属物质，起到减少阻抗使金属体在瞬间能迅速导通延长滑环耐磨寿命和降低电器噪音等优点，为保证电刷与导电滑环的导电环充分接触，导电环又被设计成“V”形环。另外其内部的电刷组件采用的是贵金属合金丝加工成型的，电刷材料有钯、金合金或镀金的线电刷和铜石墨合成的电刷，电刷丝是靠弹性压力与“V”形环槽的滑动接触，以此来传递信号及电流的导通，因此，要求电刷所用材料的导电性能要非常好，弹性压力对滑环的压强要适当，减小滑环的偏心和晃动偏差、耐磨性好、摩擦力矩小、便于维护。还要考虑屏蔽、阻抗匹配、噪声电压等[2-3]。

2.导电滑环分类、构成及主要参数

2.1 导电滑环分类

滑环结构分为圆柱式、圆盘式。圆柱式滑环的环道是沿着圆柱的轴心排列的，就象螺栓上的螺纹一样。圆盘式滑环的环道是同心的，就象在唱机唱片上的沟一样。目前大部分都采用圆柱式滑环，除非受到高度限制，才会选用圆盘式滑环。其由弹性材料-电刷、滑动触点表面材料-导电环、绝缘材料、粘结材料、组合支架、精密轴承、防尘罩及其他辅助件等组成。电刷采用贵金属合金材料，呈“II”型与导电环

环槽对称双接触，借助电刷的弹性压力与导电环环槽滑动接触来传递信号及电流。

2.2 导电滑环构成

目前国际上采用的滑环技术分为以下三种：①复合电刷块技术，一般采用碳刷，铜刷，银/石墨/二硫化钼的刷块等形式。②采用贵金属合金单丝，如AuNi9等。③纤刷技术，纤刷是指一种特殊的滑行电气接触设计。纤刷简单的说就是将单独的金属纤丝（线）进行校准并装进一个金属管里。在这个悬臂设计中，纤刷束的散状的，无束缚的一端依附在环道表面的槽里。

2.3 导电滑环选择参数

当选择滑环时需考虑以下重要性能规格[4-5]：①旋转时的工作速度rpm。②电路通道，信号通道（电路，环和通道数都是同义的，如果有一条回路或地线，那么它是一条分开的电路，有些滑环一条电路能被其它路使用，因此仅仅计算一次）。③动力电路，信号电路的最大电压，最大电流。

④信号的种类。⑤工作温度。⑥防护等级（既密封要求）。

3.导电滑环的应用领域

精密导电滑环属于高科技产品，一直以来被应用于尖端军事领域，是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件。随着我国经济的不断发展，民用领域也越来越多的涉足使用此类产品，用于工业自动系统控制中。在国外先进发达国家，

该类产品已逐渐由军用产品转化为民用产品，近几年已实现了标准化、批量化生产，被广泛应用于安防、工厂自动化、电力、金融、仪表、航空、军事、运输、建筑等机电设备上。如侦察飞机设备，防空雷达，火炮系统，预警天线，导弹测试系统上。

4.结语

我国的导电滑环技术现已是十分成熟，从曾经的单纯仿照国外的高质量滑环，到现在的自主立异描绘特别非标准滑环，导电滑环由量增转向质的腾跃，步入更高的台阶。导电滑环的详细布局也发生很大的改动，但是其根本布局相对比较稳定，没有进行十分大的改动。

随着经济的不断发展和对工业机械设备需求不断增加，人们对工业机械设备性能的日趋重视、对机械产品的需求也发生变化，这些因素都促使着工业机械行业创新产品不断涌现。导电滑环为复杂运动设备提供可靠能源与信号传输方案，是高级智能运动设备的标志，滑环也已成为机械设备中不可缺少的重要组成部分。高性能、系统结构简化的机械设备日益成为工业、军事、航空等机电设备发展的重点，伴随着科技技术的飞速发展和智能化改革不断深入，导电滑环技术越发成熟引领工业行业发展走入更智能化时代。

参考文献：

[1]杨莉红.导电滑环技术的研究[J].科技传播，2012，3.

[2]叶威，李双，胡国良.环刷刷丝接触压力检测系统设计[J].计测技术，2011，31（3）.

[3]朱岩峰，赵桂瑾，李贤兵.一种精密导电滑环瞬短瞬断检测方法的研究[J].科技资讯，2010，10（2）.

[4]郭景会，孙丽，孙方金.积叠式导电滑环的研制[J].航天工艺，2006，6（3）.

[5]冯永祥.提高导电滑环灌胶质量的方法和措施[J].中国船舶工业总公司，2008，8（6）.

作者简介：

余建军（1979-），男，山西大同人，工程师，主要研究方向为：贵金属材料丝、棒、管材加工及新产品研发。