集電器

滑線系統(tǒng)中最主要的部件

集電器從字面上理解，這就是收集器。在電子器件內(nèi)，有時(shí)把用來收集電子的電極，例如受電子束所投射的電極叫做集電器（即集電極）。在發(fā)電機(jī)內(nèi)，則是將用來把電機(jī)內(nèi)所產(chǎn)生的交變電流轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)電流，即變成方向恒定而大小在變化著的電流的裝置叫做集電器。

產(chǎn)品介紹

集電器是滑線系統(tǒng)中最主要的部件之一。集電器是滑觸線系統(tǒng)中集電側(cè)拾取電能的主要裝置，它通過集電刷與導(dǎo)軌的滑動(dòng)接觸，將電能直接傳導(dǎo)至用電器，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動(dòng)供電。集電器由機(jī)械結(jié)構(gòu)的張力裝置和直接與導(dǎo)軌滑動(dòng)接觸的集電刷兩部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)的張力裝置決定集電刷與導(dǎo)軌的滑動(dòng)接觸壓力和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，集電刷則是導(dǎo)軌滑動(dòng)接觸拾取電能的導(dǎo)體，它的性能和導(dǎo)電質(zhì)量以及材料結(jié)構(gòu)成分的優(yōu)劣，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行質(zhì)量。種類

集電器的種類很多，測試中常用的有：拉線式、電刷式和感應(yīng)式等。前兩種是接觸式集電器，后一種是非接觸式集電器。拉線式集電器拉線式集電器的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 拉線式集電器在圓軸1上固定有膠木內(nèi)環(huán)2，在它的槽上鑲有集流環(huán)3，并和貼在軸上的應(yīng)變片相連接；這樣，電信號由集流環(huán)3、拉線4、絕緣板5、接線柱6，輸?shù)綔y量儀器上。拉線4靠彈簧7張緊，保證與集流環(huán)接觸良好。這種集電器適用于線速度比較低（≤4米/秒）、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短的情況。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工藝要求不高、接觸可靠，但磨損大，壽命低。電刷式集電器電刷式集電器可分為徑向刷式和端面刷式兩種。徑向刷式以集流環(huán)的圓周面與電刷接觸，而端面刷式以集流環(huán)的側(cè)面與電刷接觸，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。集電器的內(nèi)環(huán)1固定在被測的旋轉(zhuǎn)軸上，其上有三個(gè)（適用于半橋測量）或四個(gè)（適用于全橋測量）集流環(huán)3，它們之間以及與內(nèi)環(huán)間互相絕緣，并且和貼在軸上的應(yīng)變片用導(dǎo)線相連接。外殼上固定有互相絕緣的電刷2，用彈簧4將電刷壓在集流環(huán)上，同時(shí)每個(gè)電刷上都有引出線。這樣，回轉(zhuǎn)軸上的電信號，就通過集流環(huán)與電刷的接觸，傳送到測量儀器上。

圖2 電刷式集電器徑向刷式集電器的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但接觸電阻不太穩(wěn)定，所以只適用于轉(zhuǎn)速低和精度要求不太高的情況。端面刷式集電器是靠側(cè)面接觸，接觸電阻比較穩(wěn)定，適用于轉(zhuǎn)速較高和精度要求高的情況。在設(shè)計(jì)集電器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①集流環(huán)和電刷的材料要選擇合適，保證接觸電阻小和摩擦系數(shù)小。對于一般的集電器，集流環(huán)可用紫銅制作，電刷用石墨一銅合金制作。對予測量精度高的集電器，集流環(huán)最好用純銀或蒙乃爾合金，電刷用石墨一銀合金。②每個(gè)集流環(huán)上電刷數(shù)目的多少會(huì)影響接觸電阻的大小和穩(wěn)定性，電刷數(shù)目過少工作不可靠，過多會(huì)使集電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般以對稱地配置2～4個(gè)為宜。③電刷與集流環(huán)之間的接觸壓力也影響接觸電阻的大小和穩(wěn)定性，壓力過小接觸電阻大且不穩(wěn)定，過大會(huì)引起摩損發(fā)熱、降低壽命，一般壓力在60～80之間為宜。④在同一集流環(huán)上各電刷的壓緊彈簧，最好應(yīng)具有各自不同的固有頻率，以保證在強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，幾個(gè)電刷不致同時(shí)彈起，能保持良好接觸。感應(yīng)式集電器感應(yīng)式集電器又稱回轉(zhuǎn)變壓器式或無觸點(diǎn)式集電器。它的工作原理是利用電磁感應(yīng)將旋轉(zhuǎn)部分的測量電信號傳到固定部分上去，免去了各種接觸點(diǎn)，所以不存在接觸電阻等問題。這種集電器的電原理圖和結(jié)構(gòu)如圖3所示。貼在被測軸上的四片應(yīng)變片接成全橋式電路；應(yīng)變儀的供橋電壓通過輸入變壓器接到電橋的輸入端A、C上，電橋的輸出信號由輸出端B、D通過輸出變壓器而輸出。變壓器的次級繞組和變壓器的初級繞組，固定在集電器的內(nèi)套筒l上與被測軸一同旋轉(zhuǎn)，變壓器的初級繞組和變壓器的次級繞組，固定在不旋轉(zhuǎn)的外殼體2上，見圖3b。變壓器的線圈繞組放在由工業(yè)純鐵制成的磁路環(huán)5、6、7和8中，線圈由漆包線繞成。和間有非磁性材料制成的屏蔽環(huán)3、4，其功用是防止兩變壓器之間互相干擾。套筒1和外殼2亦由非磁性材料制成。

圖3 感應(yīng)式集電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

集電器是自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器等產(chǎn)品的關(guān)鍵部件之一。按結(jié)構(gòu)分為整體式集電器和裝配式集電器兩類。六十年代以前，由于引出線的耐熱性不夠（塑壓工藝要150～200℃以上）等原因，所以主要采用裝配式集電器。這種結(jié)構(gòu)的集電器由絕緣套筒、絕緣片、以及焊有導(dǎo)電片的銀合金環(huán)等零件組成。各零件單獨(dú)加工和塑壓，然后裝配起來，用縮醛烘干膠液或電木漆粘接而成。絕緣墊片常用夾布膠木板沖制成型，絕緣套筒一般用酚醛壓塑料壓制而成。近年來，隨著新型絕緣材料的不斷涌現(xiàn)，塑壓新工藝、新技術(shù)的不斷采用，塑壓時(shí)耐高溫的引出線也已經(jīng)解決，如采用聚四氟乙烯絕緣線等。這樣，可直接用塑料將導(dǎo)電環(huán)和引出線朔壓為一體，成為整體或集電器結(jié)構(gòu)。如圖4所示為20號機(jī)座旋轉(zhuǎn)變壓器的集電器。

圖4 20號機(jī)座旋轉(zhuǎn)變壓器的集電器這種結(jié)構(gòu)零件少，一次塑壓成型，生產(chǎn)效率高。裝配式集電器在新產(chǎn)品中已經(jīng)少見。下面簡要介紹整體式集電器。對于整體式集電器，開始一段時(shí)間多用熱固性塑料成型結(jié)構(gòu)和塑壓方法，問題是容易產(chǎn)生斷線，相間或?qū)Φ囟搪?，合格率不高，生產(chǎn)效率也較低。現(xiàn)在，多采用熱塑性增強(qiáng)滌綸材料，注射成型工藝方法，應(yīng)用效果良好。整體式集電器主要技術(shù)要求包括：（1）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在塑料體絕緣層較薄的情況下，也能保證在機(jī)械加工和裝配過程中不破裂。（2）有較高的電氣絕緣性能。能在正常狀態(tài)或濕熱帶條件下，有較高的絕緣電阻。（3）集電器中的鑲件和引線較多，所以設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)型式和尺寸應(yīng)適合于注射成型工藝，塑壓后，不允許脫焊、斷線。（4）選用的塑料耐熱性要好，保證在要求的高溫條件下集電器的尺寸穩(wěn)定。由此可見，集電器是一個(gè)體積小，引線和鑲件（導(dǎo)電環(huán)）較多，電氣性能、機(jī)械性能要求較高的部件。制造工藝