第一节 电路旋转连接器产品定义及基本属性
一、产品定义、性能
1、定义
电路旋转连接器又叫导电滑环,导电滑环属于电接触滑动连接应用范畴,它又称集电环、或称旋转关节、旋转电气接口、滑环、集流环、回流环、线圈、换向器、转接器,是实现两个相对转动机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置。特别适合应用于无限制的连续旋转,同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或数据的场所。
电路旋转连接器包括功率环、信号环、视频环、中频环。
2、性能
当选择滑环时需考虑以下重要性能规格:
1)旋转时的工作速度rpm
2)电路通道,信号通道(电路,环和通道数都是同义的,如果有一条回路或地线,那么它是一条分开的电路,有些滑环一条电路能被其它路使用,因此仅仅计算一次)
3)动力电路,信号电路的最大电压,最大电流
4)信号的种类(这点非常重要)
5)工作温度
6)防护等级(既密封要求)
二、产品所属 行业 界定
电路旋转连接器属于电力电子元器件制造 行业 。
电力电子元器件制造指用于电能变换和控制(从而实现运动控制)的电子产品的制造。
包括:电力半导体器件:整流管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应器件、场控双极型复合器件、静电感应器件(SIT)、电力半导体模块、电力半导体组件;电力集成电路:普通稳压电路、开关电源控制电路、DC-DC变换器等;电子设备用机电元件:连接器、插入式电子元件插座及其附件、端接件及接线装置、连接器线缆组件、电子设备用面板元件、电子设备用小型管状熔断器等;继电器、继电保护及自动化装置等;电力电子装置及相关配套件。
第二节 电路旋转连接器产品应用概况
一、产品主要应用领域
国内几十年前已有成熟的设计技术及成熟的制作工厂,主要传输大电流,采用碳刷紧靠铜环的技术。缺点:局限于传输大电流,而且,因磨擦产生大量碳合金粉,需要定期清理或更换碳刷。由于现代精密电子与精密机电产品的迅猛发展,精密电滑环应运而生。
精密导电滑环属于高科技产品,一直以来被应用于尖端军事领域,是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件。随着我国经济的不断发展,民用领域也越来越多的涉足使用此类产品,用于工业自动系统控制中。在国外先进发达国家,该类产品已逐渐由军用产品转化为民用产品,近几年已实现了标准化、批量化生产,被广泛应用于安防、工厂自动化、电力、金融、仪表、航空、军事、运输、建筑等机电设备上。
二、产品应用成熟度 分析
电路现转连接器的设计制造开始较早,目前精密电路现转连接器都已经得到广泛应用,产品在各主要应用 行业 的应用已经逐渐走向成熟。
第三节 电路旋转连接器产品发展历程
军用电路旋转连接器可划分为以下三个阶段;即仿苏、仿苏向仿美转移、仿美兼独立研制三阶段。
1、第一阶段(建国初期至上世纪六十年代)
我国军用连接器生产企业始建于新中国成立初期。最早建立的军用电连接器专业生产厂是创建于1957年的沈阳117厂,是建国初期由苏联专家援建的重点建设项目之一。当时主要仿制现役飞机使用的原苏联三、四十年代的连接器产品。
第二个五年计划五八年大跃进至六十年代末期,在“我们也要搞人造卫星”、“备战、备荒、为人民”等政治口号感召下,根据当时政治形势和经济发展的需要,在“独立自主、奋发图强”发展国防事业的方针指针下,在国内航空、航天、电子系统,相继建立了以796厂、853厂、855厂等为代表的电子信息系统连接器专业生产厂,以158厂、188厂等为代表的航空系统连接器专业生产厂,以825厂、693厂、3419厂、165厂等为代表的航天系统连接器专业生产厂。但建立这些军用连接器专业生产厂的目的宗旨,都是为当时我国“两弹、一星”等重型工程配套服务。基本上都是以仿制为主;仿制当时国外引进的战术导弹、战机、舰艇、装甲车等军用装备上所急需配套使用的连接器。
当时主要以生产仿苏产品为主。。以第一代低密度标准型圆形电连接器为代表,航空系统有P系列、PR系列和PD系列,航天系统有Y2系列、Y4系列等上世纪50年代仿苏产品。其产品基本特征是外壳为压铸铝合金,插头插座连接方式为螺纹连接,插头插座和导线的端接方式为焊接,插孔为直开槽开口式插孔,接触件最小规格直径为1.5mm的低密度产品,适用的环境温度:P系列普通圆形连接器为-60℃~+50℃,PR系列普通圆形耐热连接器为-60℃~+150℃,PD系列普通圆形低压连接器为-60℃~+50℃,工作电压为DC30V。这几个系列连接器安装方式仅有法兰盘前安装,有密封和穿墙密封品种,尾部附件有屏蔽或非屏蔽的直式和弯式品种。
第一代圆形电连接器的缺点是重量重、体积大,插合分离速度慢,且品种单一,选用余地少。随着军用装备的研制和电子技术的发展,除老型号,特别是一些仿前苏联战术导弹、战机、装甲车等军用装备上仍有所应用外,由于体积、重量和功能等已不适应现代要求,正在逐步退出应用领域。
2、第二阶段(上世纪六十年代至九十年代)
上世纪七、八十年代我国改革开放初期,为保证许多新型武器装备系统研制所急需配套的军用连接器需求,针对当时产品设计、工艺水平相对较低,生产过程质量控制能力较差的现状,根据全面质量管理的思路,对-些从事军用电子元器件的企业,实行了“专人、专批、专线、专机、专料、专筛、专检”的高可靠“七专”管理。制订了一整套包括低频、高频电连接器在内的“七专”电子元器件验收技术条件。但鉴于当时生产工艺手段相对落后,同批产品质量一致性差。尽管用户在使用前进行了“百里挑一”的严格筛选检验,但在实际使用中仍经常出现各种质量问题。产品使用可靠性得不到保证。形成了沿用至今的军用连接器质量等级分类;即七专级(G)、军品级(J)和普通级(M)三级。本着产品优质优价的原则,七专级的电连接器价格通常高达普通级的10倍以上。
该阶段为由仿苏向仿美转移阶段。以第二代中密度小型圆形电连接器为代表,代表产品有YB系列、X系列、XK系列、XKE系列、XL系列、XC系列、ZH-8525系列、ZH-83723系列、Q系列、Y11系列、Y27系列等小型圆形焊接型电连接器。其中除X系列、XL系列和ZH-83723系列为螺纹连接,Y27为推拉连接外,其余均为卡口连接。
上世纪六十年代开始研制第二代圆形连接器。当时基本参照美标电连接器和原苏联电连接器进行仿制。其中焊接型电连接器上世纪六十年代开始研制,六十年代中期投入使用。而压接型电连接器是在七十年代初开始研制,七十年代中期完成设计定型,八十年代初投入批量生产。其典型产品是电子信息部796厂等国内著名的大型电连接器专业生产厂,按GJB598(相当于MIL-C-26482)研制生产的YB系列I(焊接式)、系列II(压接式)电连接器,它广泛应用于航空、航天等军用武器装备上。
第二代圆形连接器基本特征是:
1)插头插座连接方式有螺纹连接、卡口连接和推拉连接三种,但以卡口连接为主。
2)插针、插孔和导线的端接方式有焊接,也有压接。
3)插孔有开口型和闭口型二种,但以闭口型插孔为主。
4)阳接触件(插针)最小工作直径为1mm,为中密度电连接器。
5)电连接器适用的环境温度为-60℃~+150℃。
6)电连接器有非密封、密封和穿墙密封等类别;安装方式有方盘和圆盘,方盘有部件插座和电缆插座,并有前安装和后安装二种;为防错插有正常键位和四种变键位;尾部附件有直式、弯式和屏蔽等品种。
与第一代圆形电连接器相比,第二代圆形连接器有以下技术进步;
1)电连接器密度增加,即体积和重量相对减少。这对航空、航天电连接器选用是非常重要的考虑因素。例如P28型电连接器与XK27型外形尺寸相当,P28最多仅能安装7对直径为1.5mm的接触件,而XK27最多可安装32对1.5mm的接触件。若额定电流要求不是很高,一套XK27型电连接器可以代替四套P28型电连接器。
2)电连接器的连接方式增加了卡口连接。螺纹连接的优点是连接可靠性高,适用于长期处于强振动环境,但缺点是插合分离速度慢,连接不方便。卡口连接的优点是连接环最多转动120o就可实现插合分离,很方便。故卡口连接电连接器又称为快速分离电连接器。故选用时除长期处于强烈振动环境采用螺纹连接电连接器外,其余常选用卡口连接电连接器。
3)接触件与导线端接方式除焊接外,还采用压接。
压接与焊接相比有以下优点:
(1)焊接质量很大程度上取决于操作者的水平,操作水平低会出现虚焊和假焊。而压接质量主要靠压接工具保证,采用压接工艺具有良好的端接质量和可靠性。
(2)随电连接器密度增高,针孔间距减小,给焊接带来越来越大难度。而压接是将针孔在外面先与导线端接好后再装入插头或插座,避免了密度增高带来的难度。
(3)焊接后需将焊剂清洗,高密度产品难清洗,残留焊剂易造成腐蚀。而压接不需清洗,也无任何气体挥发,有利于改善操作环境。
(4)压接不需电源,更适用于野外操作。
但压接与焊接相比较,也有其缺点;端接部位位于连接器绝缘体内部,不如焊接那样直观便于检查。它的压接质量受线径、压接工具、压接力和保持器材料刚度和尺寸精度等多种因素影响,往往因某一芯压接导线送不到位,而怀疑所有孔位压接导线能否固定锁住,只得对每一孔位用压接导线进行“通测”,这是一项十分费工费时的操作。
4)插孔采用闭口式插孔,即插孔工作部位加一不锈钢套管,将插孔簧片套在套管中,保护插孔簧片免遭被大直径插针插入而损坏。规格越小的插孔越容易被损坏,故第二代圆形电连接器中采用了闭口式插孔。
5)电连接器的方盘插座除前安装外,增加了后安装品种。前安装即将插座尾端从安装面板前面穿过安装孔予以安装。当插座连接电缆后,尾端有电缆束,无法实现前安装,只能采用后安装,后安装给用户使用带来方便。
6)电连接器中增加了变键位品种,变键位就是改变这些键和槽的角度,通常插座壳体插合端内孔有五个键槽(一个主键槽、四个辅键槽),插头壳体插合端的外圆有五个键(一个主键、四个辅键),插头、插座插合时,靠这些键和槽进行径向定位,并起导向作用。第二代圆形电连接器中有变键位的品种不多,如YB系列压接式圆形电连接器就是有变键位的品种。因为变键位后,不同键位的插头、插座无法插合,可避免同一部位采用二个外型尺寸相同的插头错误插配(防误插)。
7)电连接器结构设计上,在插头、插座的绝缘体对接面之间增加了界面密封橡胶垫,在插头、插座尾部增加了封线体(橡胶件)使电连接器成为一个整体,防止灰尘和雨水侵入,并隔断了接触件间的空气隙,提高了电连接器的耐环境性能。
在第二代圆形连接器的发展进程中,也有我国自主知识产权的专利产品,如航天系统的693厂 研究 开发的Y27系列推拉式耐环境快速分离电连接器。它和螺纹连接和卡口连接相比,具有插合分离时产生金属多余物概率最小、定位锁紧耐振动装置可靠等优点,在90年代初,神舟飞船等重点型号研制初期,即被列入许多重点军用装备电子元器件“优选目录”,该系列产品1993年成为获得国家专利的产品。
在第二代圆形连接器的发展进程中,航空系统158厂等单位自行研制生产的由双曲线簧插孔接触件组装而成的各种型号矩形或圆形连接器,由于其具有插拔力小、接触电阻小、可靠性高等优点,在国内也有很高的知名度。它广泛应用于航空、航天、兵器、舰艇、雷达等军事装备系统中接触可靠性要求较高的部位。我国新引进和具有世界先进水平的某型号军用飞机,其机载舱内所有印制线路板连接,全部采用了线簧结构矩形连接器。
3、第三阶段(上世纪九十年代至今)
虽然第二代圆形电连接器比第一代有了很大的技术进步,但随着科学技术的发展、各种军用装备上选用的电连接器数量品种越来越多,要求体积小、重量轻、高密度、高可靠。于是又研制出了第三代圆形电连接器。
该阶段以仿美为主,兼有部分独立研制。以第三代高密度超小型圆形电连接器为代表,其代表产品为按GJB599(相当于MIL-C-38999)的系列I (卡口连接)、系列II(卡口连接)、系列III(快速防松脱螺纹连接)、系列IV(推拉螺纹连接)电连接器。目前,我国航天系统鉴于过去数十年导弹、卫星、飞船等定型试验成功积累的经验,在各重点型号电子元器件选用目录中,除少数新研制型号外,往往不选用新的标准电连接器。仍以选用第一、二代圆形电连接器为主,选用第三代的高密度超小型圆形电连接器还很少。而在我国航空系统中有明确定义;“在新研产品中要求以国军标GJB599为标准设计”,GJB599标准即等效于MIL-C-38999。
第三代圆形电连接器有MIL-C-27599、MIL-C-38999和MIL-C-81511三个规范,其基本特征是:
1)插头、插座连接方式初期为卡口连接,后在MIL-C-38999中增加了三头梯形螺纹连接和卡锁连接。
2)插孔、插针和导线端接有焊接和压接二种,MIL-C-27599为焊接型电连接器,MIL-C-38999和MIL-C-81511除玻璃烧结插座外,均采用压接端接方式。
3)电连接器为高密度超小型,即在其孔位排列中除有中密度外,还增加了高密度排列的品种,采用的接触件最小直径为0.76mm(22D#),接触件最小间距为2.16mm。
4)接触件装卸方式有单个后送后取,还有整体取出的。MIL-C-38999的四个系列和MIL-C-81511第III、IV系列为单个后送后取,MIL-C-81511的第I、II系列为整体取送。
5)有长壳体和短壳体两种;MIL-C-38999的I、III、IV系列和MIL-C-81511的I、III系列为长壳体,而MIL-C-38999的II系列和MIL-C-81511的II、IV系列为短壳体。
第三代圆形电连接器与第二代相比;增加了高密度品种,电连接器的体积、重量大幅下降。结构采用公认的优选结构,提高了电连接器可靠性。并且把不同密度的孔位排列、插座的各种连接方式都纳入同一规范中,由于品种齐全,避免了同一军用装备中选用几个系列电连接器,有利于使用维护。另外,在一个规范中尽管有几个系列,但接触件是通用的,压接工具和装卸工具是统一的,提高了接触件和工具的标准化程度。
第四节 政策、法规环境 分析
1、环氧树脂税率政策
为促进我国信息产业生产技术发展,从2008年1月1日起,我国继续对以下电子产品及电子产品生产用原材料实行现行暂定税率,主要有:印制电路板制造用光制抗蚀干膜、光导纤维用涂料、电极浆料(主要成分为银、镍或铜和有机溶剂)、溴的质量百分含量在18%及以上或进口CIF价格高于3800美元/吨的环氧树脂(如溶于溶剂、以纯环氧树脂折算溴的百分含量)、光通信用微光组件的玻璃毛细管、定位管(外径小于3nn)、显示管玻壳及其零件、覆铜板及印刷线路板用铜箔(厚度≤0.15毫米)、计算机直接制版机器、计算机直接制版机器用零件、静电感光式多功能一体机、幅宽>60cm的喷墨印刷设备(可与网络或自动数据处理设备连接)、幅宽>60cm的静电照相印刷设备(激光印刷机、可与网络或自动数据处理设备连接)、自动柜员机出钞器、功率不大于0.5瓦(圆柱形:直径不大于6毫米、高不大于25毫米;扁圆形:直径不大于15毫米,厚不大于5毫米)非用于激光视盘机机芯的微型电机、直流稳压电源(功率小于1000瓦,稳压系数低于万分之一,税号8471所列机器用除外)、具有变流功能的半导体模块、传声器(麦克风)及其座架、单喇叭及多喇叭音箱、闪速存储器型声音录放机、使用半导体媒体的其他声音录放装置、其他声音录制或重放设备、盒式磁带录音机或放声及其他零件、具有刻录功能的激光视盘机机芯,其他视频信号录制或重放设备的零件、激光视盘机的激光收发装置(激光头)、激光视盘机激光收发装置用的零件、车载音频转播器或发射器、声音录制或重放设备用其他零件、重放声音或图像信息的磁带、仅用于重放声音信息的已录制光盘、飞机机载雷达、不需外接电源收录(放)音组合机、不需外接电源无线电收音机、其他收录(放)音组合机、带时钟的收音机、其他收音机、彩色电视机零件(等离子组件及其零件除外)、音量不超过110dB的小型蜂鸣器、彩色液晶投影机的照明光源、彩色数据/图形显示管(屏幕荧光点间距小于0.4毫米)、电视显像管零件、其他阴极射线管零件、背投电视机显示屏(包括非涅耳透镜屏幕、双透镜屏幕和保护屏)、光通信用微光组件的光学元件(包括工作波长为800nm-1700nm的薄膜滤光片、自聚焦透镜、法拉第旋转片)、激光视盘机激光收发装置用的微型镜片、普通数码相机(单反相机除外)的镜头及摄录一体机镜头等。
2、为贯彻落实“十一五”高技术产业发展 规划 和信息产业发展 规划 ,全面落实科学发展观,推进节能降耗,促进电力电子技术和产业的发展,根据国家发改委《关于组织实施新型电力电子器件产业化专项有关问题的通知》,我国将实施电力电子器件产业专项政策,提高新型电力电子器件技术和工艺水平。
其主要内容包括:促进产业发展,满足市场需求,以技术进步和产业升级推进节能降耗;推动产、学、研、用相结合,突破核心基础器件发展的关键技术,完善电力电子产业链,促进具有自主知识产权的芯片和技术的推广应用;培育骨干企业,增强企业自主创新能力。
其主要支持的重点领域有:在芯片产业化方面,主要支持IGBT、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、快恢复二极管(FRD)、功率集成电路(PIC)、IGCT等产品的芯片设计、制造、封装测试和模块组装。
在模块产业化方面,主要支持电力电子器件系统集成模块,智能功率模块(IPM)和用户专用功率模块(ASPM)。
在应用装置产业化方面,重点围绕电机节能、照明节能、交通、电力、冶金等领域需求,支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置。
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