王冠中
1 概述
導電滑環又稱為集電環、旋轉節、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，利用滑動滑環與電刷滑動接觸實現信號傳遞，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的中樞，是轉動天線的三大核心部件之一。該旋轉節性能穩定，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 導電滑環的結構原理
精密導電滑環由滑環體、電刷、固定支架、軸承及其它輔助元件組成。精密導電滑環是利用導電環的滑動接觸、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，構成穩定可靠的旋轉傳輸系統。通過滑動接觸將信號傳遞到上方旋轉部分，解決無導電滑環而產生的線路纏繞等問題，同時又不影響設備狀態的檢測和控制。
3 轉動天線導電滑環的主要技術指標
滑環的主要技術指標有：絕緣性、接觸電阻、動態接觸電阻、保護等級、抗瞬斷能力、抗電磁干擾性能、摩擦力矩等。
3.1滑環的絕緣性
滑環由許多環道組成，其絕緣性能要良好，環間距離過大會導致滑環的總體尺寸太長，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環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2000MΩ，通信、控制環500MΩ的要求。
3.2滑環的接觸電阻
滑動環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槽硬度時，在環槽上會出現同樣的磨損，尤其是在高溫環境下，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，我臺轉動天線滑環由黃銅制成，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，便于電刷與環槽對稱雙接觸，利用電刷的彈性壓力與環槽滑動接觸來傳遞信號。轉動天線滑環采用的功率環分別為：11MΩ、35MΩ；控制、通信環210MΩ的要求。
3.3滑環的動態接觸電阻
滑環的表面光潔度、滑環的轉動速度、環道直徑等都會影響滑環的動態阻抗，動態接觸電阻越小，設備運行越穩定，轉動天線滑環采用的功率環分別為：5MΩ、10MΩ；控制、通信環15MΩ的要求。
3.4滑環的保護等級
滑環要求全屏蔽全密封，屏蔽材料選用1J79，滑環保護等級：IP54；其中63A和16A滑環接地必須內部鉚接在定子和轉子上確保接地的持續性。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滑環的抗瞬斷能力
瞬斷是表征精密導電滑環性能的重要指標，一般要求順段時間為小于10ms。
3.6滑環的抗電磁干擾性能
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；轉動天線滑環的電噪聲性能，功率環分別為：10、20（1kHz，uV/mA）；控制、通信環30（1kHz，uV/mA）的要求。
結語
與其它精密導電滑環的相比，轉動天線的導電滑環工作在高頻、大功率、高電壓狀態下，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的基本保證。
（來源：中國新技術新產品）
