集电器

滑线系统中最主要的部件

集电器从字面上理解，这就是收集器。在电子器件内，有时把用来收集电子的电极，例如受电子束所投射的电极叫做集电器（即集电极）。在发电机内，则是将用来把电机内所产生的交变电流转换为脉动电流，即变成方向恒定而大小在变化着的电流的装置叫做集电器。

产品介绍

集电器是滑线系统中最主要的部件之一。集电器是滑触线系统中集电侧拾取电能的主要装置，它通过集电刷与导轨的滑动接触，将电能直接传导至用电器，从而实现系统的移动供电。集电器由机械结构的张力装置和直接与导轨滑动接触的集电刷两部分组成。机械结构的张力装置决定集电刷与导轨的滑动接触压力和机构的稳定性，集电刷则是导轨滑动接触拾取电能的导体，它的性能和导电质量以及材料结构成分的优劣，将直接影响整个系统设备的安全运行质量。种类

集电器的种类很多，测试中常用的有：拉线式、电刷式和感应式等。前两种是接触式集电器，后一种是非接触式集电器。拉线式集电器拉线式集电器的结构原理如图1所示。

图1 拉线式集电器在圆轴1上固定有胶木内环2，在它的槽上镶有集流环3，并和贴在轴上的应变片相连接；这样，电信号由集流环3、拉线4、绝缘板5、接线柱6，输到测量仪器上。拉线4靠弹簧7张紧，保证与集流环接触良好。这种集电器适用于线速度比较低（≤4米/秒）、运转时间短的情况。其优点是结构简单、工艺要求不高、接触可靠，但磨损大，寿命低。电刷式集电器电刷式集电器可分为径向刷式和端面刷式两种。径向刷式以集流环的圆周面与电刷接触，而端面刷式以集流环的侧面与电刷接触，其结构原理如图2所示。集电器的内环1固定在被测的旋转轴上，其上有三个（适用于半桥测量）或四个（适用于全桥测量）集流环3，它们之间以及与内环间互相绝缘，并且和贴在轴上的应变片用导线相连接。外壳上固定有互相绝缘的电刷2，用弹簧4将电刷压在集流环上，同时每个电刷上都有引出线。这样，回转轴上的电信号，就通过集流环与电刷的接触，传送到测量仪器上。

图2 电刷式集电器径向刷式集电器的结构简单、使用方便，但接触电阻不太稳定，所以只适用于转速低和精度要求不太高的情况。端面刷式集电器是靠侧面接触，接触电阻比较稳定，适用于转速较高和精度要求高的情况。在设计集电器时应注意以下几点：①集流环和电刷的材料要选择合适，保证接触电阻小和摩擦系数小。对于一般的集电器，集流环可用紫铜制作，电刷用石墨一铜合金制作。对予测量精度高的集电器，集流环最好用纯银或蒙乃尔合金，电刷用石墨一银合金。②每个集流环上电刷数目的多少会影响接触电阻的大小和稳定性，电刷数目过少工作不可靠，过多会使集电器结构复杂，一般以对称地配置2～4个为宜。③电刷与集流环之间的接触压力也影响接触电阻的大小和稳定性，压力过小接触电阻大且不稳定，过大会引起摩损发热、降低寿命，一般压力在60～80之间为宜。④在同一集流环上各电刷的压紧弹簧，最好应具有各自不同的固有频率，以保证在强烈振动时，几个电刷不致同时弹起，能保持良好接触。感应式集电器感应式集电器又称回转变压器式或无触点式集电器。它的工作原理是利用电磁感应将旋转部分的测量电信号传到固定部分上去，免去了各种接触点，所以不存在接触电阻等问题。这种集电器的电原理图和结构如图3所示。贴在被测轴上的四片应变片接成全桥式电路；应变仪的供桥电压通过输入变压器接到电桥的输入端A、C上，电桥的输出信号由输出端B、D通过输出变压器而输出。变压器的次级绕组和变压器的初级绕组，固定在集电器的内套筒l上与被测轴一同旋转，变压器的初级绕组和变压器的次级绕组，固定在不旋转的外壳体2上，见图3b。变压器的线圈绕组放在由工业纯铁制成的磁路环5、6、7和8中，线圈由漆包线绕成。和间有非磁性材料制成的屏蔽环3、4，其功用是防止两变压器之间互相干扰。套筒1和外壳2亦由非磁性材料制成。

图3 感应式集电器产品结构

集电器是自整角机、旋转变压器等产品的关键部件之一。按结构分为整体式集电器和装配式集电器两类。六十年代以前，由于引出线的耐热性不够（塑压工艺要150～200℃以上）等原因，所以主要采用装配式集电器。这种结构的集电器由绝缘套筒、绝缘片、以及焊有导电片的银合金环等零件组成。各零件单独加工和塑压，然后装配起来，用缩醛烘干胶液或电木漆粘接而成。绝缘垫片常用夹布胶木板冲制成型，绝缘套筒一般用酚醛压塑料压制而成。近年来，随着新型绝缘材料的不断涌现，塑压新工艺、新技术的不断采用，塑压时耐高温的引出线也已经解决，如采用聚四氟乙烯绝缘线等。这样，可直接用塑料将导电环和引出线朔压为一体，成为整体或集电器结构。如图4所示为20号机座旋转变压器的集电器。

图4 20号机座旋转变压器的集电器这种结构零件少，一次塑压成型，生产效率高。装配式集电器在新产品中已经少见。下面简要介绍整体式集电器。对于整体式集电器，开始一段时间多用热固性塑料成型结构和塑压方法，问题是容易产生断线，相间或对地短路，合格率不高，生产效率也较低。现在，多采用热塑性增强涤纶材料，注射成型工艺方法，应用效果良好。整体式集电器主要技术要求包括：（1）有足够的机械强度，在塑料体绝缘层较薄的情况下，也能保证在机械加工和装配过程中不破裂。（2）有较高的电气绝缘性能。能在正常状态或湿热带条件下，有较高的绝缘电阻。（3）集电器中的镶件和引线较多，所以设计的整体结构型式和尺寸应适合于注射成型工艺，塑压后，不允许脱焊、断线。（4）选用的塑料耐热性要好，保证在要求的高温条件下集电器的尺寸稳定。由此可见，集电器是一个体积小，引线和镶件（导电环）较多，电气性能、机械性能要求较高的部件。制造工艺