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电滑环有哪些种类?

Administrator: Date:2021-07-16

电滑环有哪些种类?


考虑到滑环的广泛用途,已经开发出采用不同配置和材料的各种接触技术。 目前有 5 种主要的联系类型。
导电块
液态金属
纤维刷
无线
光纤


下面就由锦南技术为大家来分析这几种滑环结构的优缺点。


导电块滑环

导电块滑环(也称为碳刷滑环)可能是最简单的配置。 它们首先用于低技术应用,通常用于传输功率或简单信号。 刷子由形状与环接触的块组成。 块体材料可以从用于电力传输的经典石墨到用于信号传输的更复杂的贵金属合金。 电刷通常装有弹簧,以在受到冲击和振动的情况下与环保持接触并补偿磨损。 这种技术的磨损率很高,需要定期维护以防止导电灰尘聚集在滑环中。


优点 缺点
高电路功率密度

持续维护

由于电刷和环可单独提供,因此可轻松为内部机械组件定制 不适合复杂的信号传输(编码器、现场总线应用等)
低成本
在有灰尘的情况下可能会产生火花
高动态电阻变化(噪音)
触点电路的尺寸与电源电路相似

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液态金属滑环

这曾经是最常用的类型,因为它在小封装中具有高性能。 它不使用刷/环配置。 相反,它使用导电液态金属在静态和旋转组件之间传输功率和信号。 汞是用于此目的的最常见液态金属。 现在,有时使用镓 (Ga) 合金。

但是,由于 RoHS 对重金属的使用有限制,并且如果金属泄漏也会有毒,因此该技术目前仅用于少数市场。

优点 缺点
高电流密度电路

RoHS限制

低成本 超过10个电路的复杂配置
免维护

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纤维刷滑环

这是目前使用最广泛的类型,因为它具有极大的使用灵活性,使其适用于从大功率传输到高频信号传输的广泛应用。刷子可以是用于小胶囊滑环(带胎体)的单纤维,或用于较大滑环的多纤维。多纤维电刷滑环提供最佳的使用寿命和触点质量:由于触点之间的低摩擦,减少了磨损和灰尘。

多纤维刷由一束细金属丝组成,由于其柔韧性,可确保高接触质量和低磨损。在这种情况下,对于导电块技术,可以使用各种接触材料和基板来优化性能。钢和其他常见金属的合金通常用于电力传输,而回火金合金用于信号传输。金用于后一种应用,因为它不会氧化,因此接触的质量不会随着时间的推移而降低。

优点 缺点
优质的体积电流比

受磨损(很小)

免维护 比导电块的解决方案成本更高
高频电信号传输(高达10GHz)
无RoHS限制
低动态电阻变化(噪音)
无火花/灰尘
多达数百个电路的复杂配置

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无线/非接触式滑环

无线滑环是一种新型产品。它们基于电容或电感耦合的原理工作,通过高频激励线圈来传输功率和信号,旋转和静态组件之间不接触,如果需要,也可以用特殊材料将它们分开。一般来说,它们的效率低于其他解决方案,效率损失与耦合组件之间的距离成正比。实际上,这种解决方案还不是很普遍。它的主要优点包括无磨损和具有高密封/保护等级的配置的可能性。另一方面,它们只能传输高达 150 W 的功率,效率低,并且需要有源电子设备来激励线圈。现场总线数据传输通常配备集成到电子设备中的 Wi-Fi 或蓝牙模块。这意味着每个现场总线连接都需要自己的模块,如果没有可用的商业解决方案,则必须针对特定应用进行开发。这种类型的滑环可用于以高转速和难以维护为特征的利基应用。

优点 缺点
无磨损

低电量

免维护 效率低
高防护等级 有源电子
自定义选项少

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光纤滑环(或 FORJ - 光纤旋转接头)

光纤旋转接头是电子滑环的光学等效物。这些设备可以使一根或多根光纤连续旋转,而不会影响沿光纤传输的信号。 FORJ 广泛用于医疗系统 (OCT) 和其他需要无扭曲光缆的应用。双通道和多通道 FORJ 有数百项专利,但只有少数具有商业可行性。FORJ 是具有特定目标的无源组件:优化沿光纤的信号传输,并在两端之一旋转时将损耗降至最低。以下特征对于评估 FORJ 的质量至关重要:

· 插入损耗 (IL):与所有传输线一样,不同材料(包括耦合液)的耦合或 FORJ 的机械公差会导致功率损耗(以 dB 为单位)。很明显,一个设计良好的 FORJ 必须最大限度地减少这种损失。高质量 FORJ 的 IL 对于单通道单元约为 0.5-1 dB,对于多通道单元约为 3 dB。

·Insertion Loss Variation (wow):这是在 FORJ 转子相对于其定子的完整旋转过程中 IL 的变化。一个设计良好的 FORJ 每转会有 +/- 0.25 dB 的变化。 wow 也可以用作 FORJ 诊断中的参数。

· 回波损耗 (RL):测量反射信号功率(在这种情况下从 FORJ 到信号源)。 RL 与前面的参数一样重要;这是因为几乎所有激光器都对光反射敏感,这会导致其发射光谱发生变化,从而产生功率抖动。设计良好的 FORJ 的 RL 应该是 SM 光纤的 60 dB 左右,MM 光纤的 40 dB 左右。

对于单通道 FORJ(无论是 SM 还是 MM),它们相对简单的机械结构使其尺寸非常紧凑,同时允许高转速(通常高达 10000 rpm)和出色的可靠性,性能下降几乎可以忽略不计。

 

另一方面,多通道 FORJ 的机械结构要复杂得多,当需要非常高的性能时,这些单元通常必须手动进行光学对准。

虽然它不会导致信号完全丢失,但对准不良会产生不良的二次影响,例如高度依赖于波长的 IL 或 RL、高 PMD(偏振模色散)和高串扰(光通道之间的干扰)。在 1310 nm 到 1550 nm 的波长范围内 0.5-1 dB 的 IL 变化通常是可以接受的。同样,由于正交偏振模式的不同传输速度,PMD 测量脉冲的伸长率。 PMD 不是 1 Gbit/s 以下带宽的一个因素。

 

选择 FORJ 的另一个重要因素是它的大小。 FORJ 通常并入其他旋转部件(滑环、RF 旋转接头等)并占据旋转组件的中心。因此,FORJ 的尺寸是整个组件整体尺寸的重要因素。较小的 FORJ 将导致成本较低的成品系统。

 

FORJ 也可用于潜艇应用,其中必须考虑和补偿不同深度的压力增加。填充液也可用作润滑剂并匹配转子/定子界面处的系数。

  

优点 缺点
可靠的无损传输

高成本

高频
紧凑的结构尺寸

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