導(dǎo)電滑環(huán)技術(shù)的研究

楊莉紅

陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西寶雞 721006

1 接觸電阻的設(shè)計

如果導(dǎo)電滑環(huán)的接觸電阻比較大時，電流在接觸時的溫度就會大幅度增加，嚴重的情況下將會導(dǎo)致接觸壓降的增加以及刷絲和滑環(huán)出現(xiàn)熔焊的現(xiàn)象，這些問題都將會影響到導(dǎo)電滑環(huán)信息傳輸?shù)男Ч裕髮?dǎo)電滑環(huán)的接觸電阻愈小愈好。

滑環(huán)和刷絲接觸時的壓力、材料和形式都會對接觸電阻產(chǎn)生影響。

1）接觸材料對電阻的影響。導(dǎo)電滑環(huán)主要包括環(huán)刷和導(dǎo)電環(huán)兩個主要的部件。導(dǎo)電環(huán)不僅要具有很好的導(dǎo)熱性、耐磨性、抗氧化性、抗腐蝕性和抗熔焊性等性能，還有相當強的硬度和很高的熔點。經(jīng)過研究和試驗，選用金合金材料或加工性能好的黃銅做導(dǎo)電環(huán)比較好，可以在黃銅的表面鍍一層金、銠、鈀、鎳等金屬，這樣不僅具有良好的導(dǎo)電性能，還有很好的防腐蝕作用。環(huán)刷和導(dǎo)電環(huán)的接觸主要靠環(huán)刷上的刷絲來實現(xiàn)，而刷絲可以選用金鎳合金絲；

2）刷絲對滑環(huán)的壓力。環(huán)刷作為導(dǎo)電滑環(huán)的重要組成部件，具有刷絲數(shù)量多、刷絲精細、間距微小等特點。刷絲在和導(dǎo)電環(huán)接觸時對導(dǎo)電環(huán)的作用力就是刷絲對導(dǎo)電環(huán)的壓力。由力學和電學原理可知，壓力越大，刷絲和導(dǎo)電環(huán)的接觸電阻就越小，所以，在制作和使用的過程中，一般會使兩者的壓力比較大，以減小它們接觸時的電阻，從而提高工作的效率。但是，壓力過大也會造成接觸部分的磨損，不僅不能提高效率，還影響到正常的工作，因此，兩者之間的接觸壓力也要控制在一定的范圍內(nèi)，使其既不影響導(dǎo)電環(huán)和刷絲的正常工作，又能把電阻減小到最小值。經(jīng)過大量的試驗證明，兩者之間的接觸壓力控制在13g～18g之間比較好。

下面是導(dǎo)電環(huán)和刷絲之間接觸電阻的計算公式：

上式中：R’表示導(dǎo)電環(huán)和刷絲之間的接觸電阻

k’是具有固定值的參考系數(shù)，根據(jù)接觸部分材料性質(zhì)和接觸形式的變化具有不同的數(shù)值，但變化很小。在材料基本不變的情況下，如果導(dǎo)電環(huán)和刷絲采用點接觸的形式時，k’的變化范圍在0.15～0.19之間；如果是采用線接觸或者是面接觸的形式 ，k’的大小要比點接觸時要小，范圍是0.08～0.14 。由公式可知，k’和接觸電阻之間呈正比，也就是當其他因素不變時，k’越小，接觸電阻也會越小。在滑環(huán)的制作和使用中，我們可以根據(jù)這一原理，在其他因素不變的情況下，通過改變k’的大小來改變接觸電阻的大小。

n也是和導(dǎo)電環(huán)和刷絲的接觸有關(guān)的具有相對固定值的指數(shù)，隨著接觸形式等因素的變化而變化，點接觸時最小，為0.5，線接觸時為0.75；面接觸時最大，達到0.8，最高時達到1.0。

F是公式中變化最大的因素，指的是導(dǎo)電環(huán)和刷絲接觸時的壓力。由公式也可以得到上面的結(jié)論，既接觸時的壓力和接觸電阻成反比的關(guān)系，也就是壓力越大，電阻越小。試驗證明，導(dǎo)電環(huán)和刷絲之間最小的接觸電阻可以低至0.03Ω～0.05Ω。

3）刷絲和滑環(huán)接觸形式的選擇。刷絲和滑環(huán)的主要接觸包括點接觸式、線接觸式和面接觸式三種形式。因為點接觸式產(chǎn)生的電阻較小，一般都采用點接觸的形式。但點接觸的接觸面很小，能通過的最大的電流流量也不能超過8安培。現(xiàn)今的導(dǎo)電滑環(huán)刷絲主要采用雙觸點接觸，基本上能夠滿足電流的通過需求。另有一種“柔性滾環(huán)”正在研發(fā)中，它采用多個柔性環(huán)同時接觸的形式來提高刷絲和導(dǎo)電環(huán)接觸的可靠性，提高工作效率。

但目前來看，想要傳送更大的電流，就要考慮采用線接觸和面接觸的形式。但由于線接觸和面接觸的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，資金花費也比較高，所以很少使用。

2 接觸電阻檢測

由于導(dǎo)電滑環(huán)通過刷絲和滑環(huán)的轉(zhuǎn)動進行工作，所以，對接觸電阻的檢測也要在動態(tài)下進行，既所謂的動態(tài)接觸電阻檢測。我們?yōu)樵擁棛z測專門制造了微型輸電裝置綜合測試系統(tǒng)，使用積分ADC技術(shù)，抑制了許多干擾源，可以對60通道導(dǎo)電環(huán)接觸電阻進行自動測試與數(shù)據(jù)處理。圖1是對刷絲和滑環(huán)的動態(tài)檢測示意圖。把要測驗的滑環(huán)安裝在檢測轉(zhuǎn)臺上，利用電機的轉(zhuǎn)動帶動檢測轉(zhuǎn)臺，從而使檢測轉(zhuǎn)臺上的滑環(huán)處于連續(xù)轉(zhuǎn)動的狀態(tài)。用微歐微伏表來檢測環(huán)路動態(tài)接觸電阻值。

如圖1所示，將被檢測滑環(huán)的環(huán)引線全部并聯(lián)焊接在一處，再把電刷引線（被測環(huán)路引線除外）并聯(lián)焊接在一處。把被檢測環(huán)路的電刷引線和其余并聯(lián)的電刷引線作為兩個檢測端，用微歐微伏表的“mΩ輸入四芯電纜線”把兩端進行連接，就可以對當前的動態(tài)接觸電阻進行檢測。

圖1 導(dǎo)電滑環(huán)接觸電阻檢測示意圖

在導(dǎo)電滑環(huán)的使用中，為了保證導(dǎo)電傳輸?shù)姆€(wěn)定性，動態(tài)接觸電阻的變化量要控制在 10mΩ以內(nèi)。但是在檢測的過程中，某一路環(huán)接觸電阻變化量大于10mΩ，不符合要求。對其原因進行分析后，總結(jié)為以下幾個方面：電刷絲和環(huán)槽的接觸不良；環(huán)槽表面的粗糙程度。

由此可見，根據(jù)上面提到的壓力大電阻小的原理，反過來也成理，接觸電阻過大的原因主要是刷絲和導(dǎo)電環(huán)的接觸不良導(dǎo)致的壓力過小造成的，所以，對壓力進行準確的確定具有重要的意義，只有壓力穩(wěn)定且合適了，才能保證滑環(huán)正常的工作。滑環(huán)環(huán)槽表面的粗糙程度也會影響到滑環(huán)接觸時的性能，從而造成接觸電阻的變化。由電學和力學原理和實驗可知，滑環(huán)環(huán)槽表面越粗糙，接觸電阻就會越大，滑環(huán)的使用性能和壽命就會受到影響。而影響滑環(huán)表面粗糙程度的因素很多，如壓力過大造成的滑環(huán)環(huán)槽的變形，使用時間過長，環(huán)槽和刷絲的長時間接觸造成的磨損等因素，都會影響到環(huán)槽表面的粗糙度，進而對電阻造成影響。另外，環(huán)槽和電刷的相互作用產(chǎn)生的電介質(zhì)由于具有導(dǎo)電作用，也會影響到接觸時的電阻值，所以，要定期對導(dǎo)電滑環(huán)進行檢查工作。主要看環(huán)槽表面是否具有一定的平整度，環(huán)槽里有沒有沉積的電介質(zhì)等影響到滑環(huán)的正常工作。

3 結(jié)論

本文在對接觸電阻設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，對動態(tài)接觸電阻進行了檢測試驗，總結(jié)了產(chǎn)生的問題及其原因和相應(yīng)的處理措施，從而保證導(dǎo)電滑環(huán)使用的可靠性和使用壽命。

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