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導電滑環的內部結構和使用范圍(Structure and Applications of Electrical Slip Rings)

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機械設備已經充斥著各個行業,機械設備的發展也帶來相對應的行業的發展,在現在來說對于機械最有用的配件就是滑環,滑環可用于任一要求無限制連續旋轉時從固定結構到旋轉結構傳輸電源和數據信號的系統中,可以保證信號和電源的傳送,不會象電纜傳輸因為旋轉過多而攪斷。滑環,傳送能源與信號的電氣部件,已經越來越受到各行各業的重視。下面一起來詳細了解一下導電滑環的構造及其原理。   

導電滑環屬于電接觸滑動連接應用范圍,它又稱集電環、或稱旋轉關節、旋轉電氣接口、滑環、集流環、回流環、線圈、換向器、轉接器,是實現兩個相對轉動機構的圖像、數據信號及動力傳遞的精密輸電裝置。特別適合應用于無限制的連續旋轉,同時又需要從固定位置到旋轉位置傳送功率或數據的場所。導電滑環由彈性材料-電刷、滑動觸點表面材料-導電環、絕緣材料、粘結材料、組合支架、精密軸承、防塵罩及其他輔助件等組成。電刷采用貴金屬合金材料,呈“II”型與導電環環槽對稱雙接觸,借助電刷的彈性壓力與導電環環槽滑動接觸來傳遞信號及電流。   

一、目前國際上采用的滑環技術分為以下三種:   

1、復合電刷塊技術,一般采用碳刷,銅刷,銀/石墨/二硫化鉬的刷塊等形式。   

2、采用進口貴金屬合金絲。   

3、纖刷技術,纖刷是指一種特殊的滑行電氣接觸設計。纖刷簡單的說就是將多根金屬纖絲(線)進行校準并裝進一個金屬管里。在這個懸臂設計中,纖刷束的散狀的,無束縛的一端依附在環道表面的槽里。   

二、導電滑環的用途:   

1、導電滑環,多使用于多功能、高性能、高精密、多元連續旋轉運功的高端工業電氣設備或精密電子設備之中,如:航天設備、雷達通訊設備、醫療設備、自動加工設備、冶煉設備、礦山設備、電纜設備、游樂設備、展示設備、智能攝像頭、化學反應釜、晶體爐、線材絞線機、風車、機械臂、機器人、盾構機、旋轉門、測量儀、航模、特種汽車、特種輪船等。滑環為這些機電設備實現復雜運動提供可靠的能源與信號傳輸方案。也可以說:滑環,是高級智能運動設備的標志。   

2、導電滑環,還可以根據使用情況制作成各種特殊外形,混合傳輸電源、光源、流體壓力源,或與其它電氣元件配裝使用,如:特殊異形、超大外形,連體齒輪、鏈輪、皮帶輪、插頭,電源與光源混合,電源與壓力流體混合,配裝光、電、聲、溫傳感器、光纖收發器、壓力表、氣動元件等,組合成一種多功能的電氣件總成,以達到節省空間、簡化設計結構的特殊要求。   

三、導電滑環的種類:   

滑環結構分為圓柱式、圓盤式。圓柱式滑環的環道是沿著圓柱的軸心排列的,就象螺栓上的螺紋一樣。圓盤式滑環的環道是同心的,就象在唱機唱片上的溝一樣。目前大部分都采用圓柱式滑環,除非受到高度限制,才會選用圓盤式滑環。在奔聯導電滑環分為:過孔式滑環系列、風電滑環系列、水銀滑環系列、光纖滑環系列、盤式滑環系列、高速滑環系列、分體式滑環系列、光電組合滑環系列、電液(氣)組合滑環系列、高頻滑環系列、高清滑環系列、防水滑環系列、耐高溫滑環系列、大電流導電滑環系列、大口徑滑環系列、微型過孔滑環系列、特殊定制滑環系列、進口導電滑環系列。

導電滑環的工作原理:        

隨著我國現代化工業化水平不斷的提高,導電滑環已廣泛應用于各個領域。什么是導電滑環?導電滑環的工作原理是怎樣的呢?導電滑環也叫:集電環、電氣旋轉接頭、滑環、集流環、回流環、線圈、換向器、轉接器;屬于電接觸滑動連接應用范疇,實現兩個相對轉動機構的圖像、數據信號及動力傳遞的精密輸電裝置。  

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部件之間傳遞電信號和電能傳遞的精密輸電裝置。廣泛應用于要求提供無限制、連續或斷續旋轉的設備上,提供多通路的旋轉動力、數據的機電系統。其大大簡化系統結構,避免導線在旋轉過程中造成扭傷。  

首先導電滑環在結構設計上要保證接觸可靠,保證所有的線路連續接通。導電滑環組件是由滑環體、電刷組件、固定支架、深溝球軸承等幾大重要部件構成,其每個部件的設計和制造工藝都會影響到滑環的使用壽命。其滑環芯軸導電環材料通常是采用紫銅、黃銅等材料,在導電環表面上還需鍍多層貴金屬物質,起到減少阻抗使金屬體在瞬間能迅速導通延長滑環耐磨壽命和降低電器噪音等優點,為保證電刷與導電滑環的導電環充分接觸,導電環又被設計成“U”形環。另外其內部的電刷組件采用的是貴金屬合金絲加工成型.電刷材料有:鈹銅、銀鎳合金、金鎳合金、銀石墨和銅石墨合成的電刷,電刷絲是靠彈性壓力與“U”形環槽的滑動接觸,以此來傳遞信號及電流的導通,因此,要求電刷所用材料的導電性能要非常好,彈性壓力對滑環的壓強要適當,減小滑環的偏心和晃動偏差、耐磨性好、摩擦力矩小、便于維護。還要考慮屏蔽、阻抗匹配、噪聲電壓等。  

導電滑環的應用領域:

1.研制和提供能量轉換機械,包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合于應用的機械能的各種動力機械,以及將機械能轉換為所需要的其他能量的能量變換機械。

2.研制和提供用以生產各種產品的機械,包括農、林、牧、漁業機械和礦山機械以及各種重工業機械和輕工業機械等。

3.研制和提供從事各種服務的機械,如物料搬運機械,交通運輸機械,醫療機械,辦公機械,通風、采暖和空調設備以及除塵、凈化、消聲等環境保護設備等。

4.研制和提供家庭和個人生活用的機械,如洗衣機、電冰箱、鐘表、照相機、運動器械和娛樂器械等。

5.實現兩個相對轉動機構的圖像、數據信號傳輸。

由于電纜通信傳輸是一種使用較早的傳統的傳輸方式,技術也比較成熟,已經是面臨淘汰的通信傳輸方式。像現在許多發達國家都已經停止對于電纜通信傳輸線路的建設,所以光纖通信傳輸將作為世界各國主要發展的通信傳輸方式。在實際應用中經常面對一些旋轉的部位,通常都可以使用一個光纖旋轉接頭——光纖滑環來解決。

光纖傳輸與電纜傳輸相比,光纖由于技術越來越成熟,生產量劇增,導致成本也越來越低,而電纜卻因為原料銅的價格不斷上漲而成本上升。光纖還有信息傳輸量大、穩定,長距離傳輸不損耗等特點。光纖傳輸就是將光波通過光導纖維傳送各種信息的傳輸方式。其原理就是先把各種信息轉換成電信號,再調制到激光發射器上,發出的激光束通過強弱來反映電信號的波動頻率,通過光纖輸送目標端,最好又還原回原來的原始信息供人使用。由于激光具有很強的方向性和單色性的特點,所以傳輸過程中對于外界的干擾和本身的損耗都是微乎其微的。現在光纖技術經過20多年的發展,經歷了短波多模、長波多模、短波單模三個階段,技術是也越來越成熟。在許多旋轉連接方面,通過光纖滑環完全可以解決。正是因為光纖所傳輸的是光信號,所以在用光纖滑環連接時,可以采用無接觸傳輸的方式,這樣滑環就可以處于無磨損狀態下工作,使用壽命會更長。可以適應各種惡劣的環境下使用,傳輸距離超過100Km光纖的數據連接。

目前,光纖滑環廣泛的應用于機器人、遠程控制系統,軍事、航空的各種設備,海底作業等等各種高科技、高要求的設施。隨著科技不斷的進步,光纖滑環還將會有更多的領域發揮作業。

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