关于计算机断层扫描仪滑环电刷架及其成型方法的技术探讨

李琪

摘要：目前,大型发电机组转子电刷普遍采用模块化组件式结构设计,一般由沿转子滑环均匀分布的固定式刷架和可移动式电刷盒组成，极大地方便了运行维护。但是目前常见的计算机断层扫描仪滑环电刷架大多采用厚铜覆铜板做为载体，该材质成本较高严重增加了计算机断层扫描仪滑环电刷架的成本。针对这个问题本文围绕计算机断层扫描仪滑环电刷架及其成型方法进行技术探讨。（注：“计算机断层扫描仪”简称“扫描仪”）

关键词：电刷架、成本、技术

引言

近些年滑环技术的应用领域不断地扩大，除了在工业方面使用之外，在医疗器械方面的使用也是越来越广泛。在过去的10年中，电子计算机断层扫描技术日渐成熟，所需功能急剧增加，包括心脏病学，肿瘤学和急症护理等，对数据生成，传输和处理系统提出了强大的无伪影成像的要求。当前扫描仪已发展到多排螺旋扫描阶段,必须采用滑环技术,几乎清一色的采用了低压滑环技术,高压滑环技术基本淘汰出局。

扫描仪设备的面世,对医学成象中所显示的细微结构的清晰度和可靠性是其它任何成象设备无可比拟的。因此,在临床医学中解决了不少过去难以解决的问题，大大推进了医学各科的发展。扫描仪设备中电刷和滑环作为导电滑环的重要组成部分，具有刷丝数量多、刷丝精细、间距微小等特点。电刷压力是电刷对滑环的弹性作用力，压力的额大小直接影响电刷滑环的接触电阻和摩擦力矩的大小，压力越大，接触电阻越小，摩擦力矩就越大。而目前扫描仪滑环电刷架的成本问题及其成型方法问题成为了目前需要探讨的话题。

1、扫描仪滑环背景

大型盘式滑环用于滑环高度方向空间有限的应用场合。例如在医疗器械，测量，测试，印刷和纺织行业。目前扫描仪中的扫描仪滑环一般采用的既是该类大型盘式滑环。其中扫描仪旋转工作时，其上部件需要80kW以上的大功率电能。因此扫描仪滑环需要能够通过大的工作电流，一般为120A通道。受机器尺寸限制，扫描仪滑环功率环每个通道需要6～10个碳刷并联作为电流拾取部件。其中电刷需要使用电刷架来固定。目前市场上多采用厚铜覆铜板做为载体，这样成本较高。

因此设计低成本的高载流扫描仪滑环电刷架极其制作方法显得尤为必要。本文的主要目的就是解决现有技术中的问题，研究出了扫描仪滑环电刷架及其成型方法。主要目的一是研究出的扫描仪滑环电刷架，能够降低成本。目的二是扫描仪研究出滑环电刷架成型方法，能够以较低的成本制作出扫描仪滑环电刷架。

2、扫描仪滑环低压滑动环盘片结构及改进思路

在低压滑环盘片形式的碳刷结构当中，有电源刷和数据刷制作形成的分体刷架，同时将电源刷架在扫描架的左下角通风位置安装，则对其进行维修会比较方便。这种设计结构的特点是:

(1)故障率较低;

(2)电源刷架被安排在左下角的通风位置国;

(3) 将数据刷和电源刷分开，但存在一定的缺陷，对碳刷进行使用，可能会导致其被污染，一定要对其进行定期维护。

在低压滑环盘片形式的碳刷结构当中，有的将电源刷和数据刷制成整体刷架，在刷架的外环位置属于信号和数据刷，而内环部分则是电源刷；主要是将电源架安装在扫描架的后侧左侧中下部位，同时在滑环的外面装上用金属或者非金属材料制作而成的防护盖，确保表面看不到滑环。此结构存在以下优点:

(1)整体结构设计相对紧凑;

(2)机器性能比较稳定;

(3)具有良好的防尘效果;

(4)电刷架下部分相邻。

改进思路在于:

(1)最好将电源刷和信号刷分开,或者将两者安装在不同位置。

(2)电刷架下部分相邻位置，最好使用金属材料进行覆盖。碳刷和滑环之间相互摩擦之后，存在很多碳粉掉下或者飞溅到金属防护盖上面，例如，对机房温湿度控制的不够好，或者不能对其定期养护等。如果碳粉沉积太多，或者通风不畅，可能会导致手刷架周围绝缘主值逐渐降低，从而对低放电，最终导致生拉弧现象。这时会导致电刷架被烧坏，还有可能将金属防护盖烧坏。

3、新型扫描仪滑环电刷架结构

新型扫描仪滑环电刷架，包括架体和刷握，架体上开设有导电通道及供刷握安装放置的刷握安装孔，架体包括酚醛树脂板、及设置于酚醛树脂板上的铜板，铜板表面上还设有茶色半透明环氧树脂层。刷握安装孔设置于导电通道内，且导电通道形状适配扫描仪滑环上导电滑环形状，该刷握安装孔沿导电通道形状均匀排列。导电通道设置有四个，导电通道内设有5或6个。

新型扫描仪滑环电刷架结构前视示意图

新型
扫描仪滑环电刷架结构俯视示意图

新型扫描仪滑环电刷架结构俯视示意图A处放大图

图中，1架体、2导电通道、3刷握、4茶色半透明环氧树脂层、5铜板、6酚醛树脂板

4、新型扫描仪滑环电刷架成型方法

新型扫描仪滑环电刷架成型方法其特征在于：

(1)将酚醛树脂板与铜板裁切成长宽相等的长方体；其中酚醛树脂板厚度为8mm，该铜板为H59铜板、且厚度为2mm。长方体的大小与扫描仪滑环大小相适配。

(2)在酚醛树脂板的一侧表面均匀涂抹胶水；

(3)将涂抹后的酚醛树脂板与铜板相互粘贴形成架体，并等待胶水固化；将酚醛树脂板与铜板相互粘贴具体操作方式为：将涂抹后的酚醛板与铜板同时置于真空袋中，抽真空的同时将铜板滑动到与酚醛板对齐的位置并按压铜板使胶水均匀分布，实现酚醛树脂板与铜板相互粘贴形成架体，而后取出架体等待胶水固化。胶水为3M DP760环氧树脂。

(4)在架体上铣削加工出所需要的导电通道和刷握安装孔；

(5)将刷握插入刷握安装孔中，使用感应加热设备对刷握与铜板进行锡焊；通过控制感应加热设备的功率及加热时间将锡焊温度控制在245±5℃。焊锡需要均匀分布在焊缝圆周上，并漫出焊缝1～2mm。

(6)对铜板表面再浇注一层茶色半透明环氧树脂。茶色半透明环氧树脂需要完全覆盖铜板及焊缝。

5、新型扫描仪滑环电刷架实施过程

新型扫描仪滑环电刷架，包括架体和刷握，该架体成长方体状，架体上开设有导电通道，该导电通道设有4个、且各个导电通道形状适配扫描仪滑环上导电滑环形状，该导电通道开设于架体一侧，该导电通道实际为开设于架体一侧的凹槽，该凹槽内供导电体安装放置。其中导电通道内开设有刷握安装孔，该安装孔贯穿架体设置，且各导电通道内设有5个或6个刷握安装孔，其中刷握分别安装在各刷握安装孔内。4个导电通道位置适配于扫描仪滑环上导电滑环形状，且成圆弧形，其中3个导电通道的刷握安装孔设有6个，1个导电通道的刷握安装孔设有5个。其中架体由酚醛树脂板和铜板相互粘贴构成，铜板裸露在外一侧表面上还设有茶色半透明环氧树脂层，以很好的防止材料氧化并提高绝缘性能。

6、结语

新型扫描仪滑环电刷架及其成型方法通过酚醛树脂板与铜板相互粘贴来代替现有的厚铜覆铜板，减少了铜的使用，降低了成本。新型扫描仪滑环电刷架及其成型方法通过将涂抹后的酚醛树脂板与铜板相互粘贴形成架体，并等待胶水固化的粘贴方式，增强了粘贴的牢固性，使得整体架体结构更加牢固稳定。新型扫描仪滑环电刷架及其成型方法通过茶色半透明环氧树脂涂抹于铜板表面且完全覆盖铜板及焊缝，可以很好的防止材料氧化并提高绝缘性能。使用该电刷架成型方法，制作方便，降低成本，且整体结构稳定耐用。

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