công nghệ khổng lồ|ngành công nghiệp mới|Ngày 8 tháng 1 năm 2025
1. Tổng quan về Vòng trượt dẫn điện
1.1 Định nghĩa
Vòng trượt dẫn điện, còn được gọi là vòng thu, giao diện điện quay, vòng trượt, vòng thu, v.v., là các bộ phận cơ điện quan trọng thực hiện việc truyền năng lượng điện và tín hiệu giữa hai cơ chế quay tương đối. Trong nhiều lĩnh vực, khi thiết bị có chuyển động quay và cần duy trì việc truyền tải điện, tín hiệu ổn định thì vòng trượt dẫn điện trở thành bộ phận không thể thiếu. Nó phá vỡ những hạn chế của kết nối dây truyền thống trong các tình huống xoay, cho phép thiết bị xoay 360 độ mà không bị hạn chế, tránh các vấn đề như vướng dây và xoắn. Nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, tự động hóa công nghiệp, thiết bị y tế, sản xuất điện gió, giám sát an ninh, robot và các ngành công nghiệp khác, mang lại sự đảm bảo chắc chắn cho các hệ thống cơ điện phức tạp khác nhau để đạt được chuyển động quay đa chức năng, độ chính xác cao và liên tục. Có thể gọi đây là “trung tâm thần kinh” của các thiết bị thông minh cao cấp hiện đại.
1.2 Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc cốt lõi của vòng trượt dẫn điện dựa trên công nghệ kết nối quay và truyền dòng điện. Nó chủ yếu bao gồm hai phần: bàn chải dẫn điện và vòng trượt. Phần vòng trượt được lắp trên trục quay và quay cùng trục, còn chổi dẫn điện được cố định ở phần đứng yên và tiếp xúc chặt với vòng trượt. Khi dòng điện hoặc tín hiệu cần được truyền giữa các bộ phận quay và bộ phận cố định, một kết nối điện ổn định được hình thành thông qua tiếp điểm trượt giữa chổi dẫn điện và vòng trượt để tạo thành vòng dòng điện. Khi thiết bị quay, vòng trượt tiếp tục quay và điểm tiếp xúc giữa chổi dẫn điện và vòng trượt liên tục thay đổi. Tuy nhiên, do áp suất đàn hồi của chổi và thiết kế kết cấu hợp lý nên cả hai luôn duy trì tiếp xúc tốt, đảm bảo năng lượng điện, tín hiệu điều khiển, tín hiệu dữ liệu,… có thể được truyền đi liên tục và ổn định, nhờ đó đạt được nguồn điện và thông tin không bị gián đoạn. tương tác của vật quay trong quá trình chuyển động.
1.3 Thành phần cấu trúc
Cấu trúc của vòng trượt dẫn điện chủ yếu bao gồm các bộ phận chính như vòng trượt, chổi dẫn điện, stato và rôto. Vòng trượt thường được làm bằng vật liệu có đặc tính dẫn điện tuyệt vời, chẳng hạn như hợp kim kim loại quý như đồng, bạc và vàng, không chỉ đảm bảo điện trở thấp và truyền dòng hiệu quả cao mà còn có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tốt. với ma sát quay dài hạn và môi trường làm việc phức tạp. Bàn chải dẫn điện hầu hết được làm bằng hợp kim kim loại quý hoặc than chì và các vật liệu khác có khả năng dẫn điện tốt và tự bôi trơn. Chúng có hình dạng cụ thể (chẳng hạn như loại "II") và được tiếp xúc kép đối xứng với rãnh vòng của vòng trượt. Với sự trợ giúp của áp suất đàn hồi của bàn chải, chúng vừa khít với vòng trượt để đạt được khả năng truyền tín hiệu và dòng điện chính xác. Stator là bộ phận đứng yên, kết nối năng lượng cấu trúc cố định của thiết bị và hỗ trợ ổn định cho chổi dẫn điện; Rôto là bộ phận quay, được kết nối với cấu trúc quay của thiết bị và quay đồng bộ với nó, dẫn động vòng trượt quay. Ngoài ra, nó còn bao gồm các thành phần phụ trợ như vật liệu cách điện, vật liệu kết dính, giá đỡ liên hợp, vòng bi chính xác và tấm che bụi. Vật liệu cách điện được sử dụng để cách ly các đường dẫn khác nhau nhằm ngăn ngừa đoản mạch; vật liệu kết dính đảm bảo sự kết hợp ổn định giữa các thành phần; giá đỡ kết hợp mang các thành phần khác nhau để đảm bảo độ bền kết cấu tổng thể; vòng bi chính xác làm giảm lực cản ma sát quay và cải thiện độ chính xác và độ trơn tru khi quay; tấm che bụi chặn bụi, hơi ẩm và các tạp chất khác xâm nhập và bảo vệ các bộ phận chính xác bên trong. Mỗi bộ phận bổ sung cho nhau để đảm bảo vòng trượt dẫn điện hoạt động ổn định và đáng tin cậy.
2. Ưu điểm và đặc điểm của vòng trượt dẫn điện
2.1 Độ tin cậy truyền tải điện
Trong điều kiện thiết bị quay liên tục, vòng trượt dẫn điện thể hiện độ ổn định truyền tải điện tuyệt vời. So với phương pháp đấu nối dây truyền thống, khi các bộ phận của thiết bị quay, các dây dẫn thông thường rất dễ bị vướng, xoắn, gây hư hỏng đường dây, đứt mạch, làm gián đoạn quá trình truyền tải điện và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của thiết bị. Vòng trượt dẫn điện tạo ra một đường dẫn dòng điện đáng tin cậy thông qua tiếp xúc trượt chính xác giữa chổi than và vòng trượt, điều này có thể đảm bảo cung cấp dòng điện liên tục và ổn định cho dù thiết bị có quay như thế nào. Ví dụ, trong tuabin gió, các cánh quạt quay với tốc độ cao theo gió và tốc độ có thể đạt tới hơn mười vòng quay mỗi phút hoặc thậm chí cao hơn. Máy phát điện cần liên tục chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện và truyền tải vào lưới điện. Vòng trượt dẫn điện lắp trong cabin có khả năng truyền tải điện ổn định đảm bảo trong quá trình cánh quạt quay trong thời gian dài và không bị gián đoạn, năng lượng điện được truyền trơn tru từ đầu rôto máy phát quay đến stato đứng yên và lưới điện bên ngoài , tránh tình trạng gián đoạn phát điện do sự cố đường dây gây ra, cải thiện đáng kể độ tin cậy và hiệu suất phát điện của hệ thống phát điện gió, đồng thời đặt nền móng cho việc cung cấp năng lượng sạch liên tục.
2.2 Thiết kế nhỏ gọn, lắp đặt thuận tiện
Vòng trượt dẫn điện có thiết kế kết cấu tinh xảo và nhỏ gọn, đồng thời có những ưu điểm đáng kể trong việc tận dụng không gian. Khi thiết bị hiện đại phát triển theo hướng thu nhỏ và tích hợp, không gian bên trong ngày càng trở nên quý giá. Các kết nối dây phức tạp truyền thống chiếm nhiều không gian và cũng có thể gây ra sự cố nhiễu đường dây. Vòng trượt dẫn điện tích hợp nhiều đường dẫn điện vào một cấu trúc nhỏ gọn, giúp giảm hiệu quả độ phức tạp của hệ thống dây điện bên trong thiết bị. Lấy máy ảnh thông minh làm ví dụ. Chúng cần xoay 360 độ để thu hình ảnh và truyền tín hiệu video, tín hiệu điều khiển và nguồn điện cùng một lúc. Nếu sử dụng hệ thống dây điện thông thường, các đường dây sẽ lộn xộn và dễ bị tắc ở các khớp quay. Các vòng trượt dẫn điện siêu nhỏ tích hợp, thường có đường kính chỉ vài cm, có thể tích hợp truyền tín hiệu đa kênh. Khi camera xoay linh hoạt, các đường nét đều đặn, dễ lắp đặt. Nó có thể dễ dàng tích hợp vào vỏ máy ảnh hẹp, không chỉ đáp ứng các yêu cầu về chức năng mà còn làm cho tổng thể thiết bị có hình thức đơn giản và kích thước nhỏ gọn. Dễ dàng cài đặt và triển khai trong nhiều tình huống giám sát khác nhau, chẳng hạn như camera PTZ để giám sát an ninh và camera toàn cảnh cho ngôi nhà thông minh. Tương tự, trong lĩnh vực máy bay không người lái, để đạt được các chức năng như điều chỉnh tư thế bay, truyền hình ảnh và cung cấp năng lượng điều khiển chuyến bay, các vòng trượt dẫn điện nhỏ gọn cho phép máy bay không người lái đạt được nhiều tín hiệu và truyền tải điện trong một không gian hạn chế, giảm trọng lượng mà vẫn đảm bảo hiệu suất bay và cải thiện tính di động và tích hợp chức năng của thiết bị.
2.3 Chống mài mòn, chống ăn mòn và ổn định nhiệt độ cao
Đối mặt với môi trường làm việc phức tạp và khắc nghiệt, vòng trượt dẫn điện có khả năng chịu đựng tuyệt vời với các vật liệu đặc biệt và tay nghề tinh xảo. Về mặt lựa chọn vật liệu, vòng trượt hầu hết được làm bằng hợp kim kim loại quý chống mài mòn và chống ăn mòn, chẳng hạn như hợp kim vàng, bạc, bạch kim hoặc hợp kim đồng được xử lý đặc biệt. Bàn chải được làm bằng vật liệu gốc than chì hoặc bàn chải kim loại quý có khả năng tự bôi trơn tốt giúp giảm hệ số ma sát và giảm mài mòn. Ở cấp độ quy trình sản xuất, gia công chính xác được sử dụng để đảm bảo rằng bàn chải và vòng trượt vừa khít và tiếp xúc đồng đều, đồng thời bề mặt được xử lý bằng lớp phủ hoặc mạ đặc biệt để nâng cao hiệu suất bảo vệ. Lấy ngành công nghiệp điện gió làm ví dụ, các tua-bin gió ngoài khơi ở trong môi trường biển có độ ẩm cao, muối cao trong thời gian dài. Lượng lớn muối và độ ẩm trong không khí có tính ăn mòn cực kỳ cao. Đồng thời, nhiệt độ trong trục quạt và cabin dao động rất lớn khi hoạt động, các bộ phận quay chịu ma sát liên tục. Trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy, vòng trượt dẫn điện có thể chống ăn mòn một cách hiệu quả và duy trì hiệu suất điện ổn định bằng vật liệu chất lượng cao và công nghệ bảo vệ, đảm bảo nguồn điện và truyền tín hiệu ổn định và đáng tin cậy của quạt trong chu kỳ hoạt động kéo dài hàng thập kỷ, giảm đáng kể tần suất bảo trì và giảm chi phí vận hành. Một ví dụ khác là thiết bị ngoại vi của lò luyện kim trong ngành luyện kim, nơi chứa đầy nhiệt độ cao, bụi và các khí axit và kiềm mạnh. Khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn của vòng trượt dẫn điện cho phép nó hoạt động ổn định trong các thiết bị phân phối vật liệu quay, đo nhiệt độ và điều khiển của lò nhiệt độ cao, đảm bảo quá trình sản xuất trơn tru và liên tục, cải thiện độ bền tổng thể của lò thiết bị, giảm thời gian ngừng hoạt động do các yếu tố môi trường gây ra, hỗ trợ vững chắc cho hoạt động sản xuất công nghiệp hiệu quả và ổn định.
3. Phân tích lĩnh vực ứng dụng
3.1 Tự động hóa công nghiệp
3.1.1 Robot và cánh tay robot
Trong quá trình tự động hóa công nghiệp, việc ứng dụng rộng rãi robot và cánh tay robot đã trở thành động lực chính giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và tối ưu hóa quy trình sản xuất, trong đó vòng trượt dẫn điện đóng một vai trò không thể thiếu. Các khớp của robot và cánh tay robot là những nút quan trọng để đạt được chuyển động linh hoạt. Các khớp này cần xoay và uốn cong liên tục để hoàn thành các nhiệm vụ hành động phức tạp và đa dạng như cầm nắm, xử lý và lắp ráp. Vòng trượt dẫn điện được lắp đặt tại các khớp nối và có thể truyền tín hiệu điện và điều khiển ổn định đến động cơ, cảm biến và các bộ phận điều khiển khác nhau trong khi các khớp nối quay liên tục. Lấy ngành sản xuất ô tô làm ví dụ, trong dây chuyền sản xuất hàn thân ô tô, cánh tay robot cần hàn và lắp ráp các bộ phận khác nhau vào khung thân xe một cách chính xác và nhanh chóng. Việc quay tần số cao của các khớp của nó đòi hỏi nguồn điện và truyền tín hiệu không bị gián đoạn. Vòng trượt dẫn điện đảm bảo cánh tay robot thực hiện trơn tru theo các chuỗi hành động phức tạp, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của quá trình hàn, cải thiện đáng kể mức độ tự động hóa và hiệu quả sản xuất của sản xuất ô tô. Tương tự, trong ngành hậu cần và kho bãi, robot dùng để phân loại và xếp hàng hóa sử dụng vòng trượt dẫn điện để đạt được chuyển động khớp linh hoạt, xác định và lấy hàng hóa chính xác, thích ứng với các loại hàng hóa và cách bố trí lưu trữ khác nhau, đẩy nhanh doanh thu hậu cần và giảm chi phí lao động.
3.1.2 Thiết bị dây chuyền sản xuất
Trên dây chuyền sản xuất công nghiệp, nhiều thiết bị có chứa các bộ phận quay và vòng trượt dẫn điện hỗ trợ chính để duy trì hoạt động liên tục của dây chuyền sản xuất. Là một thiết bị phụ trợ chế biến thông dụng, bàn quay được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất như đóng gói thực phẩm và sản xuất điện tử. Nó cần phải xoay liên tục để đạt được quá trình xử lý, thử nghiệm hoặc đóng gói sản phẩm nhiều mặt. Vòng trượt dẫn điện đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục trong quá trình quay của bàn quay và truyền tín hiệu điều khiển chính xác đến các thiết bị cố định, cảm biến phát hiện và các bộ phận khác trên bàn để đảm bảo tính liên tục và chính xác của quá trình sản xuất. Ví dụ, trên dây chuyền đóng gói thực phẩm, bàn xoay điều khiển sản phẩm hoàn thành việc đóng gói, niêm phong, dán nhãn và các quy trình khác theo trình tự. Hiệu suất truyền ổn định của vòng trượt dẫn điện giúp tránh thời gian ngừng hoạt động do cuộn dây hoặc gián đoạn tín hiệu, đồng thời cải thiện hiệu quả đóng gói và tốc độ chất lượng sản phẩm. Các bộ phận quay như con lăn và bánh xích trong băng tải cũng là những ứng dụng của vòng trượt dẫn điện. Nó đảm bảo truyền động ổn định của động cơ, để nguyên liệu của dây chuyền sản xuất có thể được truyền tải trơn tru, phối hợp với các thiết bị thượng nguồn và hạ nguồn để vận hành, cải thiện nhịp độ sản xuất chung, mang lại sự đảm bảo vững chắc cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn , và là một trong những thành phần cốt lõi để sản xuất hiện đại đạt được hiệu quả và ổn định.
3.2 Năng lượng và điện
3.2.1 Tua bin gió
Trong lĩnh vực sản xuất điện gió, các vòng trượt dẫn điện là trung tâm chính đảm bảo hoạt động ổn định và phát điện hiệu quả của các tuabin gió. Tua bin gió thường bao gồm cánh quạt gió, vỏ bọc, tháp và các bộ phận khác. Rôto gió thu năng lượng gió và điều khiển máy phát điện trong vỏ bọc quay và tạo ra điện. Trong số đó, có chuyển động quay tương đối giữa trục tuabin gió và vỏ bọc, vòng trượt dẫn điện được lắp đặt ở đây để đảm nhận nhiệm vụ truyền công suất và tín hiệu điều khiển. Một mặt, dòng điện xoay chiều do máy phát tạo ra được truyền đến bộ chuyển đổi trong vỏ bọc thông qua vòng trượt, chuyển hóa thành điện năng đáp ứng yêu cầu nối lưới rồi truyền lên lưới điện; mặt khác, các tín hiệu lệnh khác nhau của hệ thống điều khiển, chẳng hạn như điều chỉnh bước cánh, điều khiển độ lệch của vỏ bọc và các tín hiệu khác, được truyền chính xác đến bộ truyền động trong trung tâm để đảm bảo rằng tuabin gió điều chỉnh trạng thái vận hành của nó theo thời gian thực theo sự thay đổi tốc độ gió và hướng gió. Theo dữ liệu của ngành, tốc độ cánh quạt của tuabin gió loại megawatt có thể đạt tới 10-20 vòng quay mỗi phút. Trong điều kiện quay tốc độ cao như vậy, vòng trượt dẫn điện, với độ tin cậy tuyệt vời, đảm bảo rằng số giờ sử dụng hàng năm của hệ thống điện gió được tăng lên một cách hiệu quả và giảm tổn thất phát điện do sự cố truyền tải, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với thúc đẩy kết nối lưới điện năng lượng sạch quy mô lớn và hỗ trợ chuyển đổi cơ cấu năng lượng.
3.2.2 Sản xuất nhiệt điện và thủy điện
Trong các kịch bản sản xuất nhiệt điện và thủy điện, các vòng trượt dẫn điện cũng đóng một vai trò quan trọng. Máy phát tua bin hơi nước lớn của nhà máy nhiệt điện tạo ra điện bằng cách quay rôto của nó ở tốc độ cao. Vòng trượt dẫn điện được sử dụng để kết nối cuộn dây rôto động cơ với mạch tĩnh bên ngoài để đạt được đầu vào ổn định của dòng điện kích thích, thiết lập từ trường quay và đảm bảo máy phát điện phát điện bình thường. Đồng thời, trong hệ thống điều khiển các thiết bị phụ trợ như máy cấp than, máy thổi, quạt gió cảm ứng và các máy móc quay khác, vòng trượt dẫn truyền truyền tín hiệu điều khiển, điều chỉnh chính xác các thông số vận hành thiết bị, đảm bảo hoạt động ổn định cấp nhiên liệu, thông gió. và tản nhiệt, đồng thời duy trì hiệu suất đầu ra của bộ máy phát điện. Trong sản xuất thủy điện, tua bin quay với tốc độ cao dưới tác động của dòng nước, dẫn động máy phát điện để tạo ra điện. Vòng trượt dẫn điện được lắp đặt trên trục chính của máy phát điện để đảm bảo truyền các tín hiệu điều khiển như công suất đầu ra, điều chỉnh tốc độ và kích thích. Các loại trạm thủy điện khác nhau, chẳng hạn như trạm thủy điện thông thường và trạm thủy điện tích năng, được trang bị vòng trượt dẫn điện có thông số kỹ thuật và hiệu suất khác nhau tùy theo tốc độ tua-bin và điều kiện vận hành, đáp ứng nhu cầu của các kịch bản sản xuất thủy điện đa dạng từ cột nước thấp và công suất lớn. lưu lượng lên cao và lưu lượng nhỏ, đảm bảo cung cấp điện ổn định và cung cấp dòng điện ổn định cho phát triển kinh tế - xã hội.
3.3 Bảo mật và giám sát thông minh
3.3.1 Camera thông minh
Trong lĩnh vực giám sát an ninh thông minh, camera thông minh cung cấp sự hỗ trợ cốt lõi cho việc giám sát toàn diện và không có góc chết, đồng thời các vòng trượt dẫn điện giúp chúng vượt qua nút thắt về cung cấp điện quay và truyền dữ liệu. Camera thông minh thường cần xoay 360 độ để mở rộng trường giám sát và thu hình ảnh theo mọi hướng. Điều này đòi hỏi trong quá trình quay liên tục, nguồn điện phải ổn định để đảm bảo camera hoạt động bình thường, đồng thời có thể truyền tín hiệu video độ phân giải cao và hướng dẫn điều khiển trong thời gian thực. Các vòng trượt dẫn điện được tích hợp tại các khớp xoay/nghiêng của camera để đạt được khả năng truyền tải đồng bộ nguồn, tín hiệu video và tín hiệu điều khiển, cho phép camera quay linh hoạt đến khu vực mục tiêu và cải thiện phạm vi giám sát cũng như độ chính xác. Trong hệ thống giám sát giao thông đô thị, camera bóng thông minh tại nút giao thông sử dụng vòng trượt dẫn điện quay nhanh để ghi lại luồng giao thông và vi phạm, cung cấp hình ảnh thời gian thực phục vụ điều hành giao thông và xử lý tai nạn; trong cảnh giám sát an ninh của công viên và cộng đồng, camera tuần tra môi trường xung quanh theo mọi hướng, phát hiện kịp thời các tình huống bất thường và phản hồi về trung tâm giám sát, nâng cao khả năng cảnh báo an ninh và duy trì hiệu quả an toàn trật tự công cộng.
3.3.2 Hệ thống giám sát radar
Hệ thống giám sát radar đảm nhận các nhiệm vụ quan trọng trong các lĩnh vực quốc phòng quân sự, dự báo thời tiết, hàng không vũ trụ, v.v. Vòng trượt dẫn điện đảm bảo anten radar quay ổn định và liên tục để đạt được khả năng phát hiện chính xác. Trong lĩnh vực trinh sát quân sự, các radar phòng không mặt đất, radar trên tàu… cần phải xoay ăng-ten liên tục để tìm kiếm và theo dõi các mục tiêu trên không. Vòng trượt dẫn điện đảm bảo radar được cung cấp điện ổn định cho máy phát, máy thu và các bộ phận cốt lõi khác trong quá trình quét quay. Đồng thời, tín hiệu phản hồi mục tiêu được phát hiện và tín hiệu trạng thái thiết bị được truyền chính xác về trung tâm xử lý tín hiệu, cung cấp thông tin tình báo theo thời gian thực cho chỉ huy chiến đấu và giúp bảo vệ an ninh vùng trời. Về dự báo thời tiết, radar thời tiết truyền sóng điện từ tới khí quyển thông qua chuyển động quay của ăng-ten, nhận tiếng vang phản xạ từ các mục tiêu khí tượng như hạt mưa và tinh thể băng, đồng thời phân tích điều kiện thời tiết. Vòng trượt dẫn điện đảm bảo hệ thống radar hoạt động liên tục, truyền dữ liệu thu thập được theo thời gian thực và hỗ trợ bộ phận khí tượng dự đoán chính xác những thay đổi về thời tiết như lượng mưa và bão, tạo cơ sở chính cho việc phòng ngừa và giảm nhẹ thiên tai và hộ tống con người. sản xuất và đời sống trên các lĩnh vực khác nhau.
3.4 Thiết bị y tế
3.4.1 Thiết bị chụp ảnh y tế
Trong lĩnh vực chẩn đoán y tế, thiết bị chẩn đoán hình ảnh y tế là trợ thủ đắc lực giúp bác sĩ hiểu rõ hơn về tình trạng bên trong cơ thể con người và chẩn đoán bệnh một cách chính xác. Vòng trượt dẫn điện cung cấp sự đảm bảo chính cho hoạt động hiệu quả của các thiết bị này. Lấy thiết bị CT (chụp cắt lớp điện toán) và MRI (chụp cộng hưởng từ) làm ví dụ, bên trong có các bộ phận quay. Khung quét của thiết bị CT cần quay với tốc độ cao để dẫn động ống tia X quay xung quanh bệnh nhân nhằm thu thập dữ liệu hình ảnh chụp cắt lớp ở các góc khác nhau; nam châm, cuộn dây gradient và các thành phần khác của thiết bị MRI cũng quay trong quá trình chụp ảnh để tạo ra những thay đổi độ dốc từ trường chính xác. Vòng trượt dẫn điện được lắp đặt tại các khớp quay để truyền điện ổn định dẫn động các bộ phận quay hoạt động. Đồng thời, một lượng lớn dữ liệu hình ảnh thu thập được truyền về hệ thống xử lý máy tính theo thời gian thực để đảm bảo hình ảnh rõ ràng và chính xác, cung cấp cho bác sĩ cơ sở chẩn đoán đáng tin cậy. Theo phản hồi từ việc sử dụng thiết bị bệnh viện, vòng trượt dẫn điện chất lượng cao giúp giảm hiệu quả hiện tượng giả, gián đoạn tín hiệu và các vấn đề khác trong hoạt động của thiết bị hình ảnh, cải thiện độ chính xác chẩn đoán, đóng vai trò quan trọng trong sàng lọc bệnh sớm, đánh giá tình trạng và các liên kết khác, và bảo vệ sức khỏe cho người bệnh.
3.4.2 Robot phẫu thuật
Là đại diện công nghệ tiên tiến của phẫu thuật xâm lấn tối thiểu hiện đại, robot phẫu thuật đang dần thay đổi mô hình phẫu thuật truyền thống. Vòng trượt dẫn điện cung cấp hỗ trợ cốt lõi để thực hiện phẫu thuật chính xác và an toàn. Cánh tay robot của robot phẫu thuật mô phỏng chuyển động tay của bác sĩ và thực hiện các thao tác tinh vi trong không gian phẫu thuật hẹp, chẳng hạn như khâu, cắt và tách mô. Những cánh tay robot này cần xoay linh hoạt với nhiều bậc tự do. Vòng trượt dẫn điện được lắp đặt tại các khớp để đảm bảo cung cấp điện liên tục, cho phép động cơ điều khiển cánh tay robot di chuyển chính xác, đồng thời truyền tín hiệu phản hồi cảm biến, cho phép bác sĩ nhận biết thông tin phản hồi lực của vị trí phẫu thuật trong thời gian thực và nhận ra sự hợp tác giữa con người và máy móc.Hoạt động. Trong phẫu thuật thần kinh, robot phẫu thuật sử dụng hiệu suất ổn định của vòng trượt dẫn điện để tiếp cận chính xác các tổn thương nhỏ trong não và giảm nguy cơ chấn thương do phẫu thuật; Trong lĩnh vực phẫu thuật chỉnh hình, cánh tay robot hỗ trợ cấy ghép chân tay giả và cố định vị trí gãy xương, cải thiện độ chính xác và ổn định của phẫu thuật, đồng thời thúc đẩy phẫu thuật xâm lấn tối thiểu phát triển theo hướng chính xác và thông minh hơn, mang đến cho bệnh nhân trải nghiệm điều trị phẫu thuật với ít chấn thương hơn và nhanh hơn sự hồi phục.
IV. Tình trạng và xu hướng thị trường
4.1 Quy mô và tăng trưởng thị trường
Trong những năm gần đây, thị trường vòng trượt dẫn điện toàn cầu có xu hướng tăng trưởng ổn định. Theo dữ liệu từ các tổ chức nghiên cứu thị trường có thẩm quyền, quy mô thị trường vòng trượt dẫn điện toàn cầu sẽ đạt khoảng 6,35 tỷ RMB vào năm 2023 và dự kiến đến năm 2028, quy mô thị trường toàn cầu sẽ tăng lên khoảng 8 tỷ RMB với mức tăng trưởng gộp trung bình hàng năm tỷ lệ khoảng 4,0%. Xét về mặt phân bổ khu vực, khu vực Châu Á - Thái Bình Dương chiếm thị phần lớn nhất toàn cầu, chiếm khoảng 48,4% vào năm 2023. Điều này chủ yếu là do sự phát triển mạnh mẽ của Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc và các nước khác trong lĩnh vực sản xuất, công nghiệp thông tin điện tử, năng lượng mới, v.v. và nhu cầu về vòng trượt dẫn điện tiếp tục tăng cao. Trong số đó, Trung Quốc, với tư cách là cơ sở sản xuất lớn nhất thế giới, đã tạo động lực mạnh mẽ cho thị trường vòng trượt dẫn điện với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp như tự động hóa công nghiệp, an ninh thông minh và thiết bị năng lượng mới. Vào năm 2023, quy mô thị trường vòng trượt dẫn điện của Trung Quốc sẽ tăng 5,6% so với cùng kỳ năm ngoái và dự kiến sẽ tiếp tục duy trì tốc độ tăng trưởng đáng kể trong tương lai. Châu Âu và Bắc Mỹ cũng là những thị trường quan trọng. Với nền tảng công nghiệp sâu rộng, nhu cầu cao cấp trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và liên tục nâng cấp ngành công nghiệp ô tô, họ chiếm thị phần đáng kể lần lượt khoảng 25% và 20%, và quy mô thị trường đã tăng trưởng ổn định, về cơ bản là giống như tốc độ tăng trưởng của thị trường toàn cầu. Với sự tiến bộ nhanh chóng của xây dựng cơ sở hạ tầng và hiện đại hóa công nghiệp ở các nền kinh tế mới nổi, như Ấn Độ và Brazil, thị trường vòng trượt dẫn điện ở các khu vực này cũng sẽ cho thấy tiềm năng tăng trưởng to lớn trong tương lai và dự kiến sẽ trở thành điểm tăng trưởng thị trường mới.
4.2 Bối cảnh cạnh tranh
Hiện nay, thị trường vòng trượt dẫn điện toàn cầu có tính cạnh tranh cao và có nhiều người tham gia. Các công ty đứng đầu chiếm thị phần lớn nhờ tích lũy kỹ thuật sâu rộng, khả năng nghiên cứu và phát triển sản phẩm tiên tiến và kênh thị trường rộng khắp. Những gã khổng lồ quốc tế như Parker của Hoa Kỳ, MOOG của Hoa Kỳ, COBHAM của Pháp và MORGAN của Đức, dựa vào nỗ lực lâu dài của họ trong các lĩnh vực cao cấp như hàng không vũ trụ, quân sự và quốc phòng, đã làm chủ được các công nghệ cốt lõi , có hiệu suất sản phẩm tuyệt vời và có ảnh hưởng thương hiệu sâu rộng. Họ đang ở vị trí dẫn đầu trên thị trường vòng trượt dẫn điện cao cấp. Sản phẩm của họ được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quan trọng như vệ tinh, tên lửa và máy bay cao cấp, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp nghiêm ngặt nhất trong các tình huống có yêu cầu cực kỳ cao về độ chính xác, độ tin cậy và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt. Để so sánh, các công ty trong nước như Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical và Jiachi Electronics đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Bằng cách liên tục tăng cường đầu tư vào R&D, họ đã đạt được những đột phá về công nghệ ở một số phân khúc và lợi thế về hiệu quả chi phí sản phẩm của họ trở nên nổi bật. Họ đã dần chiếm lĩnh thị phần ở thị trường cấp thấp và trung cấp, đồng thời dần thâm nhập vào thị trường cao cấp. Ví dụ, tại các thị trường được phân khúc như vòng trượt khớp robot trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và vòng trượt tín hiệu video độ phân giải cao trong lĩnh vực giám sát an ninh, các công ty trong nước đã giành được sự ưu ái của nhiều khách hàng địa phương nhờ các dịch vụ được bản địa hóa và khả năng đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường. Tuy nhiên, nhìn chung, vòng trượt dẫn điện cao cấp của nước tôi vẫn có mức độ phụ thuộc nhất định vào nhập khẩu, đặc biệt là các sản phẩm cao cấp có độ chính xác cao, tốc độ cực cao và điều kiện làm việc khắc nghiệt. Rào cản kỹ thuật của các đại gia quốc tế tương đối cao, doanh nghiệp trong nước vẫn cần tiếp tục đuổi kịp để nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.
4.3 Xu hướng đổi mới công nghệ
Nhìn về tương lai, tốc độ đổi mới công nghệ của vòng trượt dẫn điện ngày càng tăng nhanh, cho thấy xu hướng phát triển đa chiều. Một mặt, công nghệ vòng trượt sợi quang đã xuất hiện. Với sự phổ biến rộng rãi của công nghệ truyền thông quang học trong lĩnh vực truyền dữ liệu, số lượng các tình huống truyền tín hiệu yêu cầu băng thông cao hơn và độ suy hao thấp hơn ngày càng tăng và các vòng trượt sợi quang đã xuất hiện. Nó sử dụng truyền tín hiệu quang để thay thế truyền tín hiệu điện truyền thống, tránh nhiễu điện từ một cách hiệu quả và cải thiện đáng kể tốc độ và công suất truyền. Nó dần dần được quảng bá và áp dụng trong các lĩnh vực như kết nối xoay ăng-ten của trạm gốc 5G, giám sát video độ phân giải cao và thiết bị viễn thám quang học hàng không vũ trụ có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng tín hiệu và tốc độ truyền và dự kiến sẽ mở ra kỷ nguyên truyền thông quang học của công nghệ vòng trượt dẫn điện. Mặt khác, nhu cầu về vòng trượt tốc độ cao và tần số cao ngày càng tăng. Trong các lĩnh vực sản xuất tiên tiến như sản xuất chất bán dẫn và kiểm tra độ chính xác điện tử, tốc độ của thiết bị không ngừng tăng lên và nhu cầu truyền tín hiệu tần số cao là cấp thiết. Việc nghiên cứu và phát triển các vòng trượt thích ứng với việc truyền ổn định tín hiệu tốc độ cao và tần số cao đã trở thành chìa khóa. Bằng cách tối ưu hóa vật liệu chổi than và vòng trượt, đồng thời cải thiện thiết kế cấu trúc tiếp điểm, có thể giảm điện trở tiếp xúc, hao mòn và suy giảm tín hiệu khi quay tốc độ cao để đáp ứng việc truyền tín hiệu tần số cao cấp GHz và đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả . Ngoài ra, vòng trượt thu nhỏ cũng là một hướng phát triển quan trọng. Với sự gia tăng của các ngành công nghiệp như Internet of Things, thiết bị đeo và thiết bị y tế vi mô, nhu cầu về vòng trượt dẫn điện với kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và tích hợp đa chức năng đã tăng cao. Thông qua công nghệ xử lý micro-nano và ứng dụng vật liệu mới, kích thước của vòng trượt được giảm xuống mức milimet hoặc thậm chí micron, đồng thời các chức năng cấp nguồn, dữ liệu và truyền tín hiệu điều khiển được tích hợp để cung cấp năng lượng lõi và tương tác tín hiệu hỗ trợ các thiết bị vi thông minh, thúc đẩy các ngành công nghiệp khác nhau hướng tới thu nhỏ và trí thông minh, đồng thời tiếp tục mở rộng ranh giới ứng dụng của vòng trượt dẫn điện.
V. Những cân nhắc chính
5.1 Lựa chọn vật liệu
Việc lựa chọn vật liệu của vòng trượt dẫn điện là rất quan trọng và liên quan trực tiếp đến hiệu suất, tuổi thọ và độ tin cậy của chúng. Nó cần được xem xét toàn diện dựa trên nhiều yếu tố như kịch bản ứng dụng và yêu cầu hiện tại. Về vật liệu dẫn điện, vòng trượt thường sử dụng hợp kim kim loại quý như đồng, bạc, vàng hoặc hợp kim đồng được xử lý đặc biệt. Ví dụ, trong thiết bị điện tử và thiết bị hình ảnh y tế có yêu cầu độ chính xác cao và điện trở thấp, vòng trượt hợp kim vàng có thể đảm bảo truyền chính xác tín hiệu điện yếu và giảm sự suy giảm tín hiệu do tính dẫn điện và chống ăn mòn tuyệt vời của chúng. Đối với động cơ công nghiệp và thiết bị năng lượng gió có khả năng truyền dòng điện lớn, vòng trượt hợp kim đồng có độ tinh khiết cao không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu mang dòng điện mà còn có chi phí tương đối dễ kiểm soát. Chất liệu cọ chủ yếu sử dụng chất liệu làm từ than chì và cọ bằng hợp kim kim loại quý. Bàn chải than chì có khả năng tự bôi trơn tốt, có thể làm giảm hệ số ma sát và giảm mài mòn. Chúng thích hợp cho các thiết bị có tốc độ thấp và độ nhạy cao đối với hiện tượng mất chổi than. Bàn chải kim loại quý (chẳng hạn như bàn chải hợp kim palladium và vàng) có độ dẫn điện mạnh và khả năng chống tiếp xúc thấp. Chúng thường được sử dụng trong các trường hợp chất lượng tín hiệu đòi hỏi tốc độ cao, độ chính xác cao và đòi hỏi khắt khe, chẳng hạn như các bộ phận quay điều hướng của thiết bị hàng không vũ trụ và cơ chế truyền wafer của thiết bị sản xuất chất bán dẫn. Vật liệu cách nhiệt cũng không nên bỏ qua. Những loại phổ biến bao gồm polytetrafluoroethylene (PTFE) và nhựa epoxy. PTFE có hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời, chịu nhiệt độ cao và ổn định hóa học mạnh. Nó được sử dụng rộng rãi trong các vòng trượt dẫn điện của khớp quay của thiết bị khuấy lò phản ứng hóa học và thiết bị thăm dò biển sâu ở nhiệt độ cao và môi trường axit và kiềm mạnh để đảm bảo cách điện đáng tin cậy giữa mỗi đường dẫn, ngăn ngừa sự cố ngắn mạch và đảm bảo ổn định hoạt động của thiết bị.
5.2 Bảo trì và thay thế chổi than dẫn điện
Là bộ phận dễ bị tổn thương chính của vòng trượt dẫn điện, việc bảo trì thường xuyên và thay thế chổi dẫn điện kịp thời có ý nghĩa rất lớn để đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường. Do chổi than sẽ dần mòn và sinh ra bụi trong quá trình tiếp xúc ma sát liên tục với vòng trượt, điện trở tiếp xúc sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dòng điện, thậm chí gây ra tia lửa điện, gián đoạn tín hiệu và các vấn đề khác, do đó cần phải có cơ chế bảo trì thường xuyên. thành lập. Nói chung, tùy thuộc vào cường độ vận hành thiết bị và môi trường làm việc, chu kỳ bảo trì dao động từ vài tuần đến vài tháng. Ví dụ, các vòng trượt dẫn điện trong thiết bị khai thác mỏ và thiết bị xử lý luyện kim bị ô nhiễm bụi nghiêm trọng có thể cần được kiểm tra và bảo trì hàng tuần; trong khi vòng trượt của thiết bị tự động hóa văn phòng với môi trường trong nhà và hoạt động ổn định có thể kéo dài đến vài tháng. Trong quá trình bảo trì, trước tiên phải tắt thiết bị, cắt dòng điện vòng trượt, sử dụng các dụng cụ và thuốc thử làm sạch đặc biệt để nhẹ nhàng loại bỏ bụi và dầu trên bề mặt chổi và vòng trượt để tránh làm hỏng bề mặt tiếp xúc; đồng thời kiểm tra áp suất đàn hồi của chổi đảm bảo vừa khít với vòng trượt. Áp suất quá cao có thể dễ dàng làm tăng độ mài mòn, còn áp suất quá ít có thể khiến tiếp xúc kém. Khi bàn chải bị mòn từ một phần ba đến một nửa chiều cao ban đầu thì nên thay thế. Khi thay thế bàn chải, hãy đảm bảo sử dụng các sản phẩm phù hợp với thông số kỹ thuật, mẫu mã và vật liệu ban đầu để đảm bảo hiệu suất tiếp xúc ổn định. Sau khi lắp đặt, điện trở tiếp điểm và độ ổn định vận hành phải được kiểm tra lại để ngăn ngừa lỗi thiết bị và tắt máy do sự cố chổi than, đồng thời đảm bảo quá trình sản xuất và vận hành suôn sẻ.
5.3 Kiểm tra độ tin cậy
Để đảm bảo vòng trượt dẫn điện hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong các tình huống ứng dụng phức tạp và quan trọng, việc kiểm tra độ tin cậy nghiêm ngặt là điều cần thiết. Thử nghiệm kháng thuốc là một dự án thử nghiệm cơ bản. Thông qua các dụng cụ đo điện trở có độ chính xác cao, điện trở tiếp xúc của từng đường dẫn của vòng trượt được đo trong các điều kiện làm việc khác nhau của chuyển động quay tĩnh và động. Giá trị điện trở yêu cầu phải ổn định, đạt tiêu chuẩn thiết kế, có biên độ dao động rất nhỏ. Ví dụ, trong các vòng trượt được sử dụng trong thiết bị kiểm tra độ chính xác điện tử, sự thay đổi quá mức về điện trở tiếp xúc sẽ gây ra lỗi dữ liệu thử nghiệm tăng đột biến, ảnh hưởng đến việc kiểm soát chất lượng sản phẩm. Thử nghiệm điện áp chịu đựng mô phỏng sốc điện áp cao mà thiết bị có thể gặp phải trong quá trình vận hành. Điện áp thử nghiệm gấp nhiều lần điện áp danh định được đặt vào vòng trượt trong một khoảng thời gian nhất định để kiểm tra xem vật liệu cách điện và khe hở cách điện có thể chịu được nó một cách hiệu quả hay không, ngăn ngừa đánh thủng cách điện và hư hỏng ngắn mạch do quá điện áp trong sử dụng thực tế, và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thử nghiệm các vòng trượt dẫn điện hỗ trợ hệ thống điện và thiết bị điện cao áp. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, các vòng trượt dẫn điện của vệ tinh và tàu vũ trụ cần phải trải qua các thử nghiệm toàn diện trong môi trường nhiệt độ, chân không và bức xạ mô phỏng trong không gian để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong môi trường vũ trụ phức tạp cũng như truyền tải tín hiệu và năng lượng rõ ràng; Vòng trượt của dây chuyền sản xuất tự động trong các ngành sản xuất cao cấp cần phải trải qua các bài kiểm tra độ mỏi cường độ cao, thời gian dài, mô phỏng hàng chục nghìn hoặc thậm chí hàng trăm nghìn chu kỳ quay để xác minh khả năng chống mài mòn và độ ổn định của chúng, tạo nền tảng vững chắc cho sản xuất quy mô lớn, không bị gián đoạn. Bất kỳ rủi ro đáng tin cậy tinh vi nào cũng có thể gây ra tổn thất sản xuất cao và rủi ro an toàn. Kiểm tra nghiêm ngặt là tuyến phòng thủ quan trọng để đảm bảo chất lượng.
VI. Kết luận và triển vọng
Là thành phần quan trọng không thể thiếu trong các hệ thống cơ điện hiện đại, vòng trượt dẫn điện đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, năng lượng và điện năng, an ninh thông minh và thiết bị y tế. Với thiết kế cấu trúc độc đáo và lợi thế hiệu suất tuyệt vời, nó đã phá vỡ nút thắt về truyền tải điện và tín hiệu của thiết bị quay, đảm bảo hoạt động ổn định của các hệ thống phức tạp khác nhau và thúc đẩy tiến bộ công nghệ và nâng cấp công nghiệp trong ngành.
Từ cấp độ thị trường, thị trường vòng trượt dẫn điện toàn cầu đã phát triển ổn định, trong đó khu vực Châu Á - Thái Bình Dương trở thành động lực tăng trưởng chính. Trung Quốc đã tạo động lực mạnh mẽ cho sự phát triển của ngành với cơ sở sản xuất khổng lồ và sự nổi lên của các ngành công nghiệp mới nổi. Dù cạnh tranh khốc liệt, các doanh nghiệp trong và ngoài nước đều thể hiện được thế mạnh ở các phân khúc thị trường khác nhau nhưng sản phẩm cao cấp vẫn bị các đại gia quốc tế thống trị. Các công ty trong nước đang tiến lên phía trước trong quá trình hướng tới phát triển cao cấp và dần thu hẹp khoảng cách.
Nhìn về tương lai, với sự đổi mới không ngừng của khoa học và công nghệ, công nghệ vòng trượt dẫn điện sẽ mở ra một thế giới rộng lớn hơn. Một mặt, các công nghệ tiên tiến như vòng trượt sợi quang, vòng trượt tốc độ cao và tần số cao cũng như vòng trượt thu nhỏ sẽ tỏa sáng, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về tốc độ cao, băng thông cao và thu nhỏ trong các lĩnh vực mới nổi như như truyền thông 5G, sản xuất chất bán dẫn và Internet vạn vật, đồng thời mở rộng ranh giới ứng dụng; mặt khác, tích hợp và đổi mới liên miền sẽ trở thành xu hướng, gắn bó sâu sắc với trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn và công nghệ vật liệu mới, tạo ra các sản phẩm thông minh hơn, có khả năng thích ứng và thích ứng với môi trường khắc nghiệt hơn, mang lại sự hỗ trợ chính cho những khám phá tiên tiến như hàng không vũ trụ, thám hiểm biển sâu và điện toán lượng tử, đồng thời liên tục trao quyền cho hệ sinh thái ngành khoa học và công nghệ toàn cầu, giúp nhân loại hướng tới kỷ nguyên công nghệ cao hơn.
Thời gian đăng: Jan-08-2025