電旋轉連接器標準分析研究

Analysisand Research on Standardsfor Electrical Rotary Connectors

YANG Fan SHI Yi LI Yan WANG Jue （China Electronics StandardizationInstitute）

Abstract：Thispaperanalyzes the developmentstatus of electricalrotaryconnectorsboth domesticalland internationaly. It pointsoutthatcurrntlythere isnounifed international standard forelectricalrotaryconnectors.Although China has establishdastandardssystemforelectricalconnectors，there isstillalackofsystematicregulationsspecificallytargeting electricalrotaryconnectors.Basedontheproductcharacteristicsofelectricalrotaryconnectors，this papercarriesoutthe developmentofnational militarystadards，andclarifiestheirclassification，performanceindicators，qualityassurance provisions，and model naming rules.Theaimis to provide unified standardsforthedesign，production，andapplication of electrical rotaryconnectors to met the high-performance and high-reliability requirements of modern electronic equipment.

Keywords：electricalrotaryconnectors;standards;performanceindicators;high-performance;high-reliability

0 引言

機械旋轉與電氣信號傳輸的關鍵部件，使用在系統緊密結合又相對旋轉運動的兩個部分之間實現功率信號、電信號的傳輸]，廣泛應用于車載、機電旋轉連接器（又稱電滑環）是一種用于實現載、艦載、宇航等軍用通信系統以及其他電子設備中。隨著現代電子技術的飛速發展，電旋轉連接器的性能和可靠性對整個系統的正常運行至關重要。目前，國內外開展了大量的電旋轉連接器的研制工作，但未形成統一的標準來保證其質量一致性。本文在分析國內外電旋轉連接器產品結構、研制和應用實際的基礎上，開展標準研究工作，為研制單位、用戶和檢測單位提供了電旋轉連接器的設計、生產和應用的依據。

1 工作原理

電旋轉連接器通常由導電環、彈性刷、絕緣安裝板、殼體、軸承等結構組成，如圖1所示，其中，常見的電旋轉連接器其尾部一般通過線纜與旋轉部件連接。其工作原理是利用彈性刷的彈性壓力與導電環的圓環面或凹槽接觸，完成電流、信號等介質的對接。當機械部分360度無限制連續旋轉時，導線需連接到旋轉部件上，電旋轉連接器可解決導線纏繞問題，實現兩個相對轉動機構的圖像、數據信號及動力傳遞。其內部由旋轉部分與靜止部分組成，通過彈性刷觸點形成通路，傳輸各類電流信號。因此，導電環和彈性刷是影響電旋轉連接器電氣信號傳輸質量的重要結構。

2產品研制情況

2.1國外產品研制情況

國外主要研制生產電旋轉連接器的企業有Moflon、Moog等，其產品整體結構類似，技術難點部分主要集中在彈性刷和導電環之間的接觸涉及、材料選擇以及絕緣安裝板的結構設計等部分，該部分往往為專利集中區。

Moflon公司產品類型較多，主要在工業自動化、新能源、醫療等領域應用較多，其旋轉類產品按照傳輸介質不同分為電滑環、流體滑環、光滑環，其中電滑環按照外形結構、傳輸型號類型等要素分為多個系列，例如，常見的過孔式電旋轉連接器為MT系列，其型號按照內徑、外徑、環路數分為多個型號，部分精密產品旋轉壽命可達1.5億轉，最高轉速可達 1000rpm ，產品指標見表1。

Moog公司產品主要在航空航天、國防、高端工業領域應用較多，其產品類型超過1000余種，可為惡劣的商業、工業、航空航天和軍事環境提供相應產品。產品分類原則與其他公司類似，按照傳輸介質、結構等要求分為不同系列。其中過孔式電旋轉連接器使用了纖維刷技術，與傳統滑環技術相比，該技術每個刷束有多個接觸點，且具有低接觸力和低接觸磨損率的優點，此外，纖維刷不需要潤滑，幾乎不會產生磨損碎片。某些電旋轉連接器除了電信號外，還可以傳輸其他信號，例如，某些小尺寸的電旋轉連接器數據傳輸速率可達50Mbit/s，特殊設計的電旋轉連接器可以傳輸從DC到1000MHz的寬帶信號。

2.2國內產品研制情況

國內電旋轉連接器起步較晚，近年來技術持續突破，國內主要研制廠家包括中航光電、電科十四所、航天電器等公司，目前產品最高旋轉壽命可達1.5億轉，工作溫度可達 -55～85^°C ，其他常規性能指標見表2。電旋轉連接器目前已經廣泛應用于航空、航天、艦船、兵器、電子、石油、醫療、安防、風電等諸多領域，在產品選型時，其關鍵電氣性能指標包括絕緣電阻、介質耐電壓、接觸電阻旋轉變化量等，關鍵機械性能指標包括旋轉力矩、機械壽命等，關鍵環境性能指標包括濕熱、振動、沖擊等。

3標準內容分析

3.1電旋轉連接器標準現狀

目前國際上，對于光旋轉連接器有相關標準，但對于電旋轉連接器尚未形成相關標準，我國在電連接器領域已經建立了一套較為完善的標準體系，本次依據電旋轉連接器產品特點，結合電連接器產品指標體系狀況，開展了相關國家軍用標準的研制工作。

隨著武器裝備的自動化、智能化發展，國防武器系統的不斷更新換代，尤其是智能無人設備的發展，各大軍工總體單位陸續提出了用于旋轉傳輸的電連接器需求，結構形式上有甩線式和接連接器式等形式，主要在旋轉狀態下傳輸大功率電流或低頻信號如：422、CAN總線、1553B，主要應用于智能監測、武器觀瞄、炮塔轉動、導彈導引制導等多種不同的軍用設備中。而我國現在的電旋轉連接器缺乏系統性、規范性的接口標準來規范電旋轉連接器，需要制定相應的通用規范來統一電旋轉連接器的性能水平要求和質量保證規定，確定產品的連接方式、性能指標、考核方法、安裝方式、端接方式和型號命名規則等內容，提高軍用接口的標準化程度和質量水平，滿足軍用設備自動化、智能化發展要求。

國內生產電旋轉連接器廠家不下百余家，應用領域遍布海陸空及通信、風力發電等領域，但國家有關主管部門迄今為止尚未頒布有關電旋轉連接器的國軍標。由于缺少統一的標準，各生產廠商在研發工作中就不可避免地會出現一些差異。比如：電性能參數規定不統一、測試方法不一致等等。目前這些問題已經困擾了用戶和制造廠家，在行業內和相關產業領域造成人力和物力的浪費。由于產品規格和質量標準的差異將使不同廠商產品之間無法實現互換，直接妨礙技術競爭，最終可能削弱整個產業的產品競爭力。調研國外相關產品，也沒有統一的標準，因此，迫切需要為此類產品制定統一、規范的國軍標通用規范，促進該產品的發展。

3.2標準適用范圍

電旋轉連接器應用于系統緊密結合又相對旋轉運動的兩個部分之間實現功率信號、電信號的傳輸，同時又能滿足地面、機載、水下、空間等應用環境的特殊要求。本標準規定了電旋轉連接器（又稱電滑環）的分類、通用要求和質量保證規定等，適用于電旋轉連接器的研制、生產、考核和驗收。

3.3產品分類

電旋轉連接器目前一般可以按照接觸件種類、端口結構和使用環境進行分類。其中，按接觸件種類可以分為信號接觸件和功率接觸件；按端接形式可以分為尾纜（成纜或散線）、連接器端口和以上結構的混裝；按使用環境可以分為地面、機載、艦載和宇航。

3.4產品性能指標

以應用需求和功能需求為基礎，標準規定了電旋轉連接器在電性能、機械性能、環境適應性方面的要求。例如，接觸電阻、接觸電阻旋轉變化量、介質耐電壓、絕緣電阻等電性能指標，以及旋轉力矩、機械壽命等機械性能指標，都是確保連接器可靠工作的關鍵因素。環境性能則包括高溫工作、低溫工作、高溫貯存、低溫貯存、溫度沖擊、濕熱、振動、沖擊等多個方面，這些性能要求確保了連接器在各種極端環境下的穩定性和可靠性。

3.5質量保證規定

本標準為首次編制的產品通用規范，其中鑒定檢驗項目、分組和檢驗順序，以及A組檢驗、B組檢驗和周期檢驗的檢驗項目、分組和檢驗順序在參考GJB599B—2012《耐環境快速分離高密度小圓性電連接器通用規范》、GJB598B—2011《耐環境快速分離圓形電連接器通用規范》的基礎上，結合產品本身特性及主要應用環境制定。但根據電旋轉連接器自身的特點，對部分試驗的細則進行明確，例如，部分電性能、機械、耐環境性能測試標準定的確定與規定，以及部分試驗條件的細化。

標準涉及的性能測試方法中，接觸電阻、耐電壓、絕緣電阻、溫度沖擊、振動、沖擊、潮濕、鹽霧、低氣壓、熱真空釋氣試驗方法使用GJB1217A一2009《電連接器試驗方法》中相應試驗方法，近端串擾、遠端串擾、誤碼率、眼圖試驗方法使用GJB9386—2018《電連接器數據傳輸性能測試方法》，低溫工作試驗方法使用GJB150.4A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第4部分：低溫試驗》，高溫工作試驗方法使用GJB150.3A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第3部分：高溫試驗》，霉菌試驗方法使用GJB150.10A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第10部分：霉菌試驗》，其余試驗方法根據實際情況制定。

3.6型號命名

本標準基于產品在選用和使用過程中必要、關鍵特征在型號命名中的體現，型號命名由主稱代號、安裝方式、外徑、環路數等要素組成（如圖2所示），能夠指導用戶更加方便、直觀的選取產品，同時也能夠規范不同廠家相同產品主要關鍵特征的命名方式。

4結論

電旋轉連接器作為現代電子設備中的關鍵部件，其性能和質量直接影響到整個系統的正常運行。《電旋轉連接器通用規范》的制定，為電旋轉連接器的設計、生產和應用提供了統一的標準和規范。通過對標準內容的詳細解讀，可以看到該標準在材料選擇、設計結構、性能要求、質量保證等方面都做出了明確的規定，確保了電旋轉連接器在各種環境下的可靠性和穩定性。在未來的發展中，應繼續關注國際標準的動態，結合我國的實際情況，不斷優化和提升電旋轉連接器的標準水平，以滿足日益增長的市場需求和應用要求。

參考文獻

[1] 倪海萍，李道元，張林，等.旋轉傳輸技術研究[J]九江學院學報，2015（1）：31-34.

[2] 薛萍，陳少兵，劉麗.電滑環中的導電環和電刷[J].光纖與電纜及其應用技術，2012（1）：11-13.

[3]徐明，李超.光電組合式滑環在雷達系統中的應用[J].電子機械工程，2011，27（1）：44-46.