Vòng trượt bàn chải dây để truyền tín hiệu sạch

Vòng trượt bàn chải dây truyền năng lượng, tín hiệu và trong nhiều trường hợp là dữ liệu qua một giao diện quay liên tục. Chúng được chọn khi hệ thống quay cần tiếp xúc ổn định trong một gói nhỏ gọn, không có bụi carbon do thiết kế chổi than truyền thống tạo ra. Tuy nhiên, chúng không phải là bản nâng cấp mặc định. Đối với-việc truyền dòng điện cường độ cao, môi trường mài mòn hoặc đường RF chuyên dụng, thiết kế tiếp điểm khác thường sẽ phù hợp hơn.

Hướng dẫn này được viết từ góc độ kỹ thuật ứng dụng vòng trượt. Nó giải thích cách thức hoạt động của điểm tiếp xúc với chổi than, vị trí của nó, cách so sánh với các vòng trượt của chổi than về kích thước mà người mua thực sự cân nhắc và thông tin mà nhà cung cấp của bạn cần trước khi báo giá. Một ví dụ hoạt động với các tham số thực tế được bao gồm ở cuối cùng, cùng với Câu hỏi thường gặp cho các câu hỏi xuất hiện thường xuyên nhất trong quá trình lựa chọn.

Vòng trượt bàn chải dây là gì?

Vòng trượt bàn chải dây là một cụm cơ điện duy trì kết nối điện giữa cấu trúc đứng yên và bộ phận quay. Chức năng được chia sẻ bởi mọi ngườivòng trượt điện; sự khác biệt nằm ở sự liên lạc.

Thay vì một khối carbon duy nhất được ép vào mỗi vòng dẫn điện, thiết kế bàn chải dây sử dụng một bó dây dẫn điện có lò xo mảnh. Mỗi dây là một điểm tiếp xúc riêng và một số dây chạy đồng thời trên cùng một vòng. Điểm tiếp xúc đa điểm này là nguồn gốc của hầu hết hoạt động về điện và cơ của thiết kế: biến đổi điện trở tiếp điểm thấp hơn, nhiễu điện trên đường tín hiệu thấp hơn và cấu hình hao mòn không thải bụi cacbon dẫn điện vào cơ cấu xung quanh.

Tiếp điểm chổi than đôi khi được gọi là chổi sợi hoặc tiếp điểm chổi sợi đa-trong tài liệu kỹ thuật, đặc biệt khi dây hợp kim kim loại-quý rất tốt được sử dụng cho các mạch tín hiệu-mức thấp.

Bàn chải dây thực sự hoạt động như thế nào

Vòng trượt có vỏ cố định (stato) và trục quay hoặc ống bọc ngoài (rôto). Các vòng dẫn điện nằm ở phía quay. Các khối chổi nằm ở phía cố định, mỗi khối giữ bó dây ép vào một vòng. Khi rôto quay, dòng điện hoặc tín hiệu đi qua dây chổi, vào vòng và ra rôto dẫn đến bất cứ thứ gì được gắn trên thiết bị quay.

Ba chi tiết quan trọng hơn hầu hết các danh mục thừa nhận:

• Số lượng liên hệ hiệu quả.Một khối cacbon có thể có một miếng tiếp xúc chính. Một bó dây có thể có từ mười đến vài chục điểm tiếp xúc vi mô-độc lập trên cùng một vòng. Nếu một số bị nhấc lên tạm thời do rung động hoặc bị nhiễm bẩn, thì một số khác vẫn đang hoạt động. Đây chính là lý do khiến việc tiếp xúc với bàn chải dây trở nên hấp dẫn đối với các cảm biến, bộ mã hóa và đường dây kỹ thuật số điện áp thấp-.
• Áp suất tiếp xúc trên mỗi dây.Mỗi dây đều nhẹ. Tổng lực bình thường thấp so với chổi than, giúp giảm mômen ma sát và nhiệt ở bề mặt tiếp xúc. Sự cân bằng-là bất kỳ dây dẫn nào cũng không thể truyền dòng điện nặng; mạch dòng điện cao-được xử lý bằng các vòng song song hoặc nhóm chổi than rộng hơn.
• Ghép nối vật liệu.Dây chổi thường là các hợp kim kim loại-quý (dựa trên bạc{1}} hoặc vàng-) dành cho mạch tín hiệu, trong khi bề mặt vòng sử dụng lớp mạ bổ sung. Việc ghép nối kiểm soát độ ổn định điện trở tiếp xúc trong suốt thời gian sử dụng và đó là yếu tố lớn nhất quyết định liệu vòng trượt có còn đáp ứng thông số kỹ thuật sau một triệu vòng quay hay không.

Bàn chải dây tiếp xúc vẫn bị mòn. Sự thay đổi không phải là "không mài mòn" hay "hao mòn carbon" - mà là sự mài mòn kim loại mịn nằm bên trong vỏ so với các hạt carbon có thể thoát ra các cơ chế xung quanh.
 

Vòng trượt bàn chải dây ở đâu kiếm được vị trí của chúng

Thiết kế bàn chải dây thường được chỉ định khi có ít nhất một trong những điều sau đây là đúng:

• Hệ thống mang theo các tín hiệu điện áp-thấp, phản hồi của bộ mã hóa hoặc các đường dữ liệu không thể chịu được mức nhiễu nền của chổi than bị mòn.
• Môi trường xung quanh rất nhạy cảm với các hạt (hệ thống quang học, hình ảnh y tế, xử lý chất bán dẫn, phòng sạch).
• Không gian dọc hoặc hướng tâm chật hẹp và chiều cao ngăn xếp ngắn quan trọng hơn công suất hiện tại tối đa.
• Khả năng truy cập bảo trì kém - thiết bị phải chạy hàng chục nghìn giờ trước khi có bất kỳ sự can thiệp dịch vụ nào.
• Mạch điện và mạch tín hiệu phải dùng chung một vỏ nhỏ gọn.

Thiết kế này không phù hợp khi yêu cầu chủ yếu là hàng trăm ampe trên mỗi mạch, khi môi trường bị mài mòn hoặc ăn mòn hóa học nặng hoặc khi một giải pháp chuyên dụng nhưvòng trượt sợi quanghoặc khớp quay RF là cần thiết cho liên kết dữ liệu.

Bàn chải dây và vòng trượt bàn chải carbon

Cả hai kiểu liên hệ đều hoạt động. Câu hỏi đặt ra là cái nào phù hợp với các ràng buộc về điện, cơ khí và dịch vụ của ứng dụng. Một truyền thốngvòng trượt chổi thanvẫn là câu trả lời đúng trong nhiều ứng dụng năng lượng quay-nặng; bàn chải dây chiến thắng trên các địa hình khác nhau.

Lưu ý kỹ thuật: khi một ứng dụng kết hợp một lượng nhỏ dòng điện-cao với nhiều đường tín hiệu điện áp-thấp, quyết định thực tế thường là chổi than - và mạch điện-cao hiếm gặp được xử lý bằng các vòng song song chứ không phải bằng công nghệ tiếp xúc chuyển mạch.

Các ứng dụng phổ biến, với chi tiết điện quan trọng

Các danh mục ứng dụng chung rất dễ liệt kê. Những gì tiếp theo sẽ hữu ích hơn: sự kết hợp các mạch điển hình mà mỗi thiết bị cần và yếu tố nào có xu hướng thúc đẩy thông số kỹ thuật.

Tự động hóa công nghiệp: Bàn lập chỉ mục, Máy rót quay, Tháp ghi nhãn

Bàn lập chỉ mục quay hoặc tháp ghi nhãn trong dây chuyền đóng gói thường cần nguồn điện điều khiển 24 V DC, một số đường I/O kỹ thuật số, một hoặc hai kênh mã hóa và đôi khi là kết nối fieldbus. Tiếp điểm bàn chải dây phù hợp với phía tín hiệu; chu kỳ làm việc cao (nhiều ca mỗi ngày) và thời gian bảo trì ngắn. nhỏ gọnvòng trượt xuyên qua-lỗvới bộ tiếp điểm chổi than là cấu hình phổ biến vì lỗ khoan trung tâm cho phép trục khí nén hoặc trục cơ khí đi qua.

Nền tảng camera giám sát, EO/IR và Pan{0}}Tilt

Các nền tảng camera quay liên tục truyền nguồn DC, đường truyền động cơ, tín hiệu điều khiển và liên kết video hoặc Ethernet. Tính toàn vẹn của tín hiệu chiếm ưu thế trong đặc điểm kỹ thuật: bất kỳ nhiễu tiếp xúc nào cũng hiển thị dưới dạng giả tạo hình ảnh hoặc mất gói. Quyết định hiếm khi là "loại bàn chải nào" - mà là "cần có chiến lược che chắn và tách kênh nào."

Robotics, ROV, Gimbals UAV và Bộ phận tác động đầu xoay

Thiết kế nhỏ gọn,{0}}mô-men xoắn thấp đóng vai trò quan trọng nhất ở đây. Cổ tay robot mang EOAT không thể mua được vòng trượt nặng. Mô-men xoắn ma sát thấp và đường bao nhỏ của tiếp điểm bàn chải dây là những yếu tố quyết định, cùng với sự kết hợp củaKênh tín hiệu USB hoặc Ethernetcho tải trọng.

Thiết bị kiểm tra và đo lường

Thiết bị thử nghiệm quay, máy đo lực kế và thiết bị thử nghiệm linh kiện ô tô mang tín hiệu tương tự mức-thấp, đầu vào cặp nhiệt điện và đôi khi là các đường kỹ thuật số tốc độ cao. Tiếng ồn liên lạc là kẻ thù. Việc ghép vật liệu và che chắn bên trong vòng trượt quan trọng hơn chính yếu tố hình dạng bàn chải.

Radar giám sát, ăng-ten và nền tảng liên lạc luân phiên

Bộ định vị ăng-ten thường kết hợp nguồn và tín hiệu trong một khớp quay duy nhất, đôi khi cùng với một khớp quay RF chuyên dụng cho đường dẫn tần số cao. Tiếp điểm bàn chải dây xử lý các tín hiệu tần số-thấp hơn và nguồn DC một cách sạch sẽ.

Cách chỉ định vòng trượt bàn chải dây

Cách nhanh nhất để có báo giá chính xác là xác định ứng dụng trên sáu khía cạnh trước khi liên hệ với nhà sản xuất. Bỏ qua bất kỳ một trong số chúng là nguyên nhân phổ biến nhất của việc thiết kế lại sau nguyên mẫu đầu tiên.

1. Liệt kê từng mạch riêng biệt

Đừng cung cấp cho nhà cung cấp một con số duy nhất như "10 mạch". Phân loại:

• Chức năng của mạch (công suất động cơ, điều khiển, bộ mã hóa A/B/Z, cặp Ethernet, video, v.v.)
• Đánh giá dòng điện liên tục vàdòng điện cực đại/kích động- số liệu khởi động là yếu tố xác định kích thước tiếp điểm trên đường dây động cơ và điện từ
• Điện áp, AC hoặc DC và cách ly cần thiết
• Đường dây có được che chắn hay không và tấm chắn phải xoay cùng với cáp hay kết thúc ở vỏ

Nếu nhầm lẫn giữa dòng điện liên tục và dòng điện cực đại, thì thiết kế thu được sẽ nóng hoặc vượt mức-được chỉ định với chi phí cao hơn mức cần thiết.

2. Xác định chính xác loại tín hiệu và dữ liệu

"Nó cần mang tín hiệu" không phải là một thông số kỹ thuật. Xác định giao thức, tốc độ và tiêu chuẩn điện cho từng tuyến. Các trường hợp phổ biến bao gồm đầu ra cảm biến analog 0–10 V hoặc 4–20 mA, bus RS-485 hoặc CAN, Profinet, EtherCAT, 100Base-TX, 1000Base-T, video (HD-SDI, analog composite, GigE Vision) hoặc RF.

Ethernet nói riêng không phải là một thông số kỹ thuật duy nhất. Vòng trượt được thiết kế cho Fast Ethernet 100 Mbps sẽ không nhất thiết phải vượt quaGigabit Ethernettrên đường tiếp xúc quay không có điều khiển trở kháng bên trong, nhiễu xuyên âm được kiểm soát giữa các cặp và che chắn đầy đủ. Các yêu cầu truyền tải được xác định trongTiêu chuẩn IEEE 802.3và vòng trượt không được đặc trưng theo các yêu cầu đó thì không thể được coi là hỗ trợ liên kết.

Lưu ý kỹ thuật: định tuyến các cặp Ethernet khỏi mạch động cơ và điện từ bất cứ khi nào bố cục kênh cho phép. Khi việc trộn lẫn là không thể tránh khỏi, chiến lược che chắn sẽ trở thành lựa chọn thiết kế quan trọng - hãy xem tổng quan thực tế này vềgiải pháp che chắn cho truyền tín hiệu vòng trượt.

3. Xác nhận tốc độ và chu kỳ làm việc

Vòng trượt thường được định mức cho tốc độ RPM liên tục, nhưng chu kỳ hoạt động sẽ quyết định tuổi thọ. Một cỗ máy quay liên tục với tốc độ 20 vòng/phút, 24/7, sẽ tích lũy nhiều vòng quay hơn trong một năm so với hệ thống 300 vòng/phút chạy một giờ mỗi ngày. Cung cấp:

• RPM tối đa và điển hình
• Hoạt động liên tục và không liên tục
• Hướng (đơn- hoặc hai chiều)
• Tổng số giờ hoạt động dự kiến ​​hoặc tổng số vòng quay đến hết tuổi thọ

4. Chỉ định phong bì cơ khí

Liệt kê mọi ràng buộc cơ học mà vòng trượt phải tôn trọng: đường kính ngoài, chiều cao tổng thể, yêu cầu thông qua-kích thước lỗ khoan nếu có, giao diện lắp đặt, chiều dài và hướng thoát cáp, tùy chọn đầu nối và mô-men xoắn cho phép trên rôto. Nếu không gian theo chiều dọc chật hẹp,vòng trượt bánh pancakevới tiếp xúc bằng bàn chải dây có thể phù hợp hơn so với thiết kế hình trụ xếp chồng lên nhau.

5. Mô tả môi trường

Phạm vi nhiệt độ hoạt động, độ ẩm, bụi, rửa trôi, rung, sốc, độ cao và không khí ăn mòn đều ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu, niêm phong và ghép nối tiếp xúc. Việc bảo vệ sự xâm nhập bắt buộc phải được nêu rõ dưới dạng mã IP được xác định trongIEC 60529; để biết ngữ cảnh về ý nghĩa của từng chữ số trong thực tế, hãy xem phần nàygiải thích xếp hạng IP của vòng trượt.

6. Quyết định sớm giữa tiêu chuẩn và tùy chỉnh

Mô hình catalog tiêu chuẩn sẽ phân phối nhanh hơn và rẻ hơn. MỘTvòng trượt tùy chỉnhhợp lý khi vỏ cơ khí, hỗn hợp mạch hoặc môi trường không thể được cung cấp bởi bộ phận nguyên bản -, điều này thường xảy ra đối với các thiết kế tín hiệu-và{2}}công suất hỗn hợp, nhỏ gọn. Sự cân bằng-được đề cập sâu hơn trong bài viết này vềvòng trượt tiêu chuẩn và tùy chỉnh.

Danh sách kiểm tra lựa chọn

Trước khi đưa ra RFQ, hãy xác nhận rằng bạn có thể trả lời từng mục trong danh sách này:

• Số lượng mạch chia theo chức năng
• Đối với mỗi mạch: dòng điện liên tục, dòng điện đỉnh/dòng khởi động, điện áp, AC hoặc DC
• Các giao thức và tốc độ tín hiệu (loại bộ mã hóa, fieldbus, tốc độ Ethernet, chuẩn video, tần số RF)
• Yêu cầu che chắn và nối đất cho mỗi mạch
• RPM tối đa, RPM điển hình, chu kỳ nhiệm vụ, hướng
• Tuổi thọ mục tiêu tính bằng giờ hoặc số vòng quay
• Đường kính ngoài, chiều dài tổng thể,-kích thước lỗ khoan, kiểu lắp
• Hướng thoát cáp, chiều dài cáp, loại đầu nối
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động
• Xếp hạng IP bắt buộc theo tiêu chuẩn IEC 60529, cộng với bất kỳ sự rửa trôi hoặc tiếp xúc với hóa chất nào
• Môi trường rung và sốc
• Yêu cầu tuân thủ (UL, CE, quân sự, y tế, v.v.)

Ví dụ đã hoạt động: Nền tảng kiểm tra luân phiên với nguồn điện và Gigabit Ethernet
 

Các tham số bên dưới mang tính minh họa - chúng phản ánh cấu hình mà chúng tôi thấy thường xuyên thay vì bất kỳ dự án khách hàng nào.

• Ứng dụng:Tháp kiểm tra quang học xoay liên tục, phòng sạch trong nhà-khu vực liền kề
• Tải trọng rôto:Camera công nghiệp, đèn vòng, bảng điều khiển, cảm biến nhiệt độ môi trường
• Mạch:2 × 5 Nguồn DC liên tục (24 V), 1 × Gigabit Ethernet (4 cặp xoắn), 2 × I/O kỹ thuật số, 1 × đầu vào cặp nhiệt điện
• vòng/phút:60 vòng/phút liên tục, hai chiều
• Chu kỳ nhiệm vụ:22 giờ mỗi ngày, 6 ngày mỗi tuần
• Phong bì cơ khí:Chiều cao ngăn xếp sẵn có là 50 mm, lỗ khoan xuyên suốt 25 mm-cho đường khí nén
• Môi trường:15–30 độ, ít bụi, không rửa trôi, đủ IP54
• Tuổi thọ mục tiêu:Tối thiểu 8.000 giờ trước khi có bất kỳ sự can thiệp dịch vụ nào

Cấu hình phù hợp là một vòng trượt bàn chải dây có lỗ xuyên- với các cặp Ethernet được định tuyến trên các kênh chuyên dụng, được bảo vệ bên trong, tách biệt với các vòng nguồn 24 V. Đường cặp nhiệt điện được nhóm với các tín hiệu mức-thấp ở phía đối diện của vỏ với các vòng nguồn. Chất liệu chổi than là một hợp kim kim loại-quý giá ở phía tín hiệu và một cặp-có nhiệm vụ nặng hơn trên hai vòng nguồn.

Điều mà ví dụ này minh họa không phải là tiếp điểm chổi than "hỗ trợ Ethernet" nói chung - mà là bố cục kênh, sơ đồ che chắn và ghép nối vật liệu cụ thể phải được thiết kế để làm cho liên kết hoạt động qua một tiếp điểm quay liên tục.

Các lỗi đặc điểm kỹ thuật phổ biến

• Xử lý số mạch là số duy nhất.Hai vòng trượt 12 mạch có thể có tuổi thọ hoàn toàn khác nhau nếu một vòng có kích thước phù hợp với dòng điện khởi động còn vòng kia thì không.
• Chỉ định "Ethernet" không có tốc độ.100Base-TX và 1000Base-T có các yêu cầu khác nhau về kiểm soát trở kháng và nhiễu xuyên âm trong vòng trượt.
• Đánh giá thấp môi trườngMột bộ phận hoạt động trong nguyên mẫu để bàn có thể bị hỏng sau vài tháng sau khi được lắp đặt gần màn sương làm mát hoặc trong khu vực ngoài trời có chu kỳ ngưng tụ hàng ngày.
• Giả sử một mô hình tiêu chuẩn sẽ gắn kết.Hướng thoát cáp, loại đầu nối và đường bao mô-men xoắn thường loại trừ sự trùng khớp rõ ràng trong danh mục.
• Mặc định dùng chổi quét dây để có dòng điện-cao.Một mạch đơn-nặng ở hàng trăm ampe vẫn là vùng sử dụng chổi than trong hầu hết các trường hợp.