浅谈精密导电滑环在大型回转支撑转动天线中的应用

王冠中

1　概述

导电滑环又称为集电环、旋转节、转接器等，是一种能在相对转动物体上传递能量、控制、通信等信号装置，利用滑动滑环与电刷滑动接触实现信号传递，是各种精密转动装置、惯导装置等设备关键部件之一，特别是360度无限制的不停旋转，同时满足信号的传输，可广泛应用于航空航天、军事、设备自动化、大型转动机构、风力发电等一些设备上。

我单位大型回转支撑转动天线采用的精密导电滑环部件，是我台转动天线转动部分内器件的电力供给以及天线控制信号传输的中枢，是转动天线的三大核心部件之一。该旋转节性能稳定，具有导电率高、接触电阻小、磁阻高、阻抗匹配好、精度高、噪声低的特点。

2　导电滑环的结构原理

精密导电滑环由滑环体、电刷、固定支架、轴承及其它辅助元件组成。精密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元件之间传递电能、控制、通信等信号的精密传输装置。滑环体通常安装在转动装置的旋转轴线中心，由旋转装置部分和固定装置部分组成。其中，上端旋转装置部分连接转动设备的旋转部分，跟随其转动，所以称为“转子”：固定装置部分连接转动装置的底座支撑固定部分，称为“定子”。导电滑环整体依靠弹力接触搭接技术、良好的滚动搭接技术、精确的选材、严密的密封保护等级、巧妙的结构设计等，构成稳定可靠的旋转传输系统。通过滑动接触将信号传递到上方旋转部分，解决无导电滑环而产生的线路缠绕等问题，同时又不影响设备状态的检测和控制。

3　转动天线导电滑环的主要技术指标

滑环的主要技术指标有：绝缘性、接触电阻、动态接触电阻、保护等级、抗瞬断能力、抗电磁干扰性能、摩擦力矩等。

3.1滑环的绝缘性

滑环由许多环道组成，其绝缘性能要良好，环间距离过大会导致滑环的总体尺寸太长，距离过小会导致绝缘、耐压低，一般取1.5～3mm为宜，根据转动天线对滑环环道的要求其绝缘电阻要大于100MΩ，耐压500V而不被击穿；其抗电强度能够达到：功率环2000MΩ，通信、控制环500MΩ的要求。

3.2滑环的接触电阻

滑动环槽与电刷的接触要可靠和适度，而且两个材料的选材要匹配，当设备转动时，滑动表面的线速度是电刷线速度的几十至上千倍，相对来说电刷更容易磨损；但当电刷材料硬度远高于环槽硬度时，在环槽上会出现同样的磨损，尤其是在高温环境下，更易产生过度磨损，减少设备使用寿命，给维护带来不便。

电刷对环槽的压力也影响接触电阻的大小，但压力太大，超过摩擦力矩，接触部分磨损较大，减少设备的使用寿命。

滑环的接触电阻越大，信息传输效果越差，接触压降越大，温度就越高，越容易熔毁滑环，我台转动天线滑环由黄铜制成，表面镀覆多层贵金属，具有良好的导电、导热、抗氧化、抗硫化、耐磨性、抗熔焊等性能，设计呈“II”型，便于电刷与环槽对称双接触，利用电刷的弹性压力与环槽滑动接触来传递信号。转动天线滑环采用的功率环分别为：11MΩ、35MΩ；控制、通信环210MΩ的要求。

3.3滑环的动态接触电阻

滑环的表面光洁度、滑环的转动速度、环道直径等都会影响滑环的动态阻抗，动态接触电阻越小，设备运行越稳定，转动天线滑环采用的功率环分别为：5MΩ、10MΩ；控制、通信环15MΩ的要求。

3.4滑环的保护等级

滑环要求全屏蔽全密封，屏蔽材料选用1J79，滑环保护等级：IP54；其中63A和16A滑环接地必须内部铆接在定子和转子上确保接地的持续性。定子和转子的外部需要有50mm²的接地点。为了保证良好的接触，该点必须是平整的，不能有涂漆和绝缘处理。

3.5滑环的抗瞬断能力

瞬断是表征精密导电滑环性能的重要指标，一般要求顺段时间为小于10ms。

3.6滑环的抗电磁干扰性能

在我单位的大型转动装置中，精密导电滑环是处在通过大电流、高功率、高频的条件下工作，该装置本身又是一个线路密集、空间狭小的密封装置内，因此各个信号间存在互感、互容现象，易产生静电感应、磁场感应，我台设备线路输出高频3MHz-30MHz，功率高达750kW的能量，采用对保护信号的办法进行保护，并将干扰源本身加屏蔽以削弱干扰，并将屏蔽线屏蔽层接地。当干扰源电压较高，频率较高时，宜采用电磁屏蔽，可用导电材料做屏蔽；转动天线滑环的电噪声性能，功率环分别为：10、20（1kHz，uV/mA）；控制、通信环30（1kHz，uV/mA）的要求。

结语

与其它精密导电滑环的相比，转动天线的导电滑环工作在高频、大功率、高电压状态下，其本身尺寸大，技术要求高，对其维护水平要求较高，所以定期进行指标测试是设备处于良好状态的基本保证。

（来源：中国新技术新产品）