Rapporto di ricerca sui collettori rotanti conduttivi: principio, applicazioni e approfondimenti di mercato

Tecnologia gigante|novità del settore|8 gennaio 2025

1. Panoramica dei collettori rotanti conduttivi

1.1 Definizione

I collettori rotanti conduttivi, noti anche come anelli collettori, interfacce elettriche rotanti, collettori rotanti, anelli collettori, ecc., sono componenti elettromeccanici chiave che realizzano la trasmissione di energia elettrica e segnali tra due meccanismi relativamente rotanti. In molti campi, quando l'apparecchiatura ha un movimento rotatorio e deve mantenere una trasmissione stabile di potenza e segnali, i collettori rotanti conduttivi diventano un componente indispensabile. Rompe i limiti dei tradizionali collegamenti via cavo negli scenari rotanti, consentendo all'apparecchiatura di ruotare di 360 gradi senza restrizioni, evitando problemi come l'aggrovigliamento e la torsione dei cavi. È ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale, nell'automazione industriale, nelle apparecchiature mediche, nella generazione di energia eolica, nel monitoraggio della sicurezza, nei robot e in altri settori, fornendo una solida garanzia per vari sistemi elettromeccanici complessi per ottenere un movimento rotatorio multifunzionale, ad alta precisione e continuo. Può essere definito il "centro nevralgico" delle moderne apparecchiature intelligenti di fascia alta.

1.2 Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento principale del collettore rotante conduttivo si basa sulla trasmissione di corrente e sulla tecnologia di connessione rotante. È composto principalmente da due parti: spazzole conduttive e anelli collettori. La parte dell'anello collettore è installata sull'albero rotante e ruota con l'albero, mentre la spazzola conduttiva è fissata nella parte stazionaria ed è a stretto contatto con l'anello collettore. Quando è necessario trasmettere corrente o segnale tra parti rotanti e parti fisse, si forma una connessione elettrica stabile attraverso il contatto strisciante tra la spazzola conduttiva e l'anello collettore per creare un circuito di corrente. Mentre l'apparecchiatura ruota, l'anello collettore continua a ruotare e il punto di contatto tra la spazzola conduttiva e l'anello collettore continua a cambiare. Tuttavia, grazie alla pressione elastica della spazzola e al design strutturale ragionevole, i due mantengono sempre un buon contatto, garantendo che l'energia elettrica, i segnali di controllo, i segnali dati, ecc. possano essere trasmessi in modo continuo e stabile, ottenendo così un'alimentazione e informazioni ininterrotte interazione del corpo rotante durante il movimento.

1.3 Composizione strutturale

La struttura del collettore rotante conduttivo copre principalmente componenti chiave come collettori rotanti, spazzole conduttive, statori e rotori. Gli anelli collettori sono generalmente realizzati con materiali con eccellenti proprietà conduttive, come leghe di metalli preziosi come rame, argento e oro, che non solo possono garantire una bassa resistenza e una trasmissione di corrente ad alta efficienza, ma hanno anche una buona resistenza all'usura e alla corrosione per far fronte con attrito di rotazione a lungo termine e ambienti di lavoro complessi. Le spazzole conduttive sono per lo più realizzate in leghe di metalli preziosi o grafite e altri materiali con buona conduttività e autolubrificazione. Hanno una forma specifica (come il tipo "II") e sono simmetricamente a doppio contatto con la scanalatura dell'anello collettore. Con l'aiuto della pressione elastica della spazzola, si adattano saldamente all'anello collettore per ottenere una trasmissione accurata di segnali e correnti. Lo statore è la parte stazionaria, che collega l'energia strutturale fissa dell'apparecchiatura e fornisce un supporto stabile per la spazzola conduttiva; il rotore è la parte rotante, che è collegata alla struttura rotante dell'attrezzatura e ruota in sincronia con essa, facendo ruotare l'anello collettore. Inoltre, comprende anche componenti ausiliari come materiali isolanti, materiali adesivi, staffe combinate, cuscinetti di precisione e coperture antipolvere. I materiali isolanti vengono utilizzati per isolare vari percorsi conduttivi per prevenire cortocircuiti; i materiali adesivi garantiscono una combinazione stabile tra i componenti; le staffe combinate trasportano vari componenti per garantire la resistenza strutturale complessiva; i cuscinetti di precisione riducono la resistenza all'attrito rotazionale e migliorano la precisione e la scorrevolezza della rotazione; i coperchi antipolvere impediscono l'ingresso di polvere, umidità e altre impurità e proteggono i componenti interni di precisione. Ogni parte si completa a vicenda per garantire il funzionamento stabile e affidabile dell'anello collettore conduttivo.

2. Vantaggi e caratteristiche dei collettori rotanti conduttivi

2.1 Affidabilità della trasmissione di potenza

In condizioni di rotazione continua dell'apparecchiatura, l'anello collettore conduttivo mostra un'eccellente stabilità di trasmissione della potenza. Rispetto al metodo tradizionale di collegamento dei cavi, quando le parti dell'apparecchiatura ruotano, i cavi ordinari sono molto facili da impigliarsi e attorcigliarsi, causando danni alla linea e rotture del circuito, interrompendo la trasmissione di potenza e compromettendo seriamente il funzionamento dell'apparecchiatura. L'anello collettore conduttivo crea un percorso di corrente affidabile attraverso il contatto scorrevole preciso tra la spazzola e l'anello collettore, che può garantire la fornitura continua e stabile di corrente indipendentemente dalla rotazione dell'apparecchiatura. Ad esempio, in una turbina eolica, le pale ruotano ad alta velocità con il vento e la velocità può raggiungere più di dieci giri al minuto o anche di più. Il generatore deve convertire continuamente l’energia eolica in energia elettrica e trasmetterla alla rete elettrica. L'anello collettore conduttivo installato nella cabina ha una capacità di trasmissione di potenza stabile per garantire che durante la rotazione ininterrotta e a lungo termine delle pale, l'energia elettrica venga trasmessa uniformemente dall'estremità rotante del rotore del generatore allo statore stazionario e alla rete elettrica esterna , evitando interruzioni della produzione di energia causate da problemi sulla linea, migliorando notevolmente l’affidabilità e l’efficienza della generazione di energia del sistema di generazione di energia eolica e gettando le basi per la fornitura continua di energia pulita.

2.2 Design compatto e installazione conveniente

L'anello collettore conduttivo ha un design strutturale sofisticato e compatto e presenta vantaggi significativi nell'utilizzo dello spazio. Man mano che le moderne attrezzature si evolvono verso la miniaturizzazione e l'integrazione, lo spazio interno diventa sempre più prezioso. I tradizionali collegamenti elettrici complessi occupano molto spazio e possono anche causare problemi di interferenza sulla linea. I collettori rotanti conduttivi integrano più percorsi conduttivi in ​​una struttura compatta, riducendo efficacemente la complessità del cablaggio interno dell'apparecchiatura. Prendiamo come esempio le fotocamere intelligenti. Devono ruotare di 360 gradi per catturare immagini e trasmettere contemporaneamente segnali video, segnali di controllo e alimentazione. Se si utilizza il cablaggio ordinario, le linee risultano disordinate e si bloccano facilmente in corrispondenza dei giunti rotanti. Gli anelli collettori microconduttivi integrati, che di solito hanno solo pochi centimetri di diametro, possono integrare la trasmissione del segnale multicanale. Quando la telecamera ruota in modo flessibile, le linee sono regolari e facili da installare. Può essere facilmente integrato nella stretta custodia della fotocamera, che non solo soddisfa i requisiti funzionali, ma rende anche il dispositivo complessivo semplice nell'aspetto e compatto nelle dimensioni. È facile da installare e implementare in vari scenari di monitoraggio, come telecamere PTZ per il monitoraggio della sicurezza e telecamere panoramiche per case intelligenti. Allo stesso modo, nel campo dei droni, al fine di ottenere funzioni come la regolazione dell'assetto di volo, la trasmissione di immagini e l'alimentazione per il controllo di volo, i collettori rotanti conduttivi compatti consentono ai droni di ottenere molteplici trasmissioni di segnali e potenza in uno spazio limitato, riducendo il peso e garantendo allo stesso tempo prestazioni di volo e miglioramento della portabilità e dell'integrazione funzionale delle apparecchiature.

2.3 Resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e stabilità alle alte temperature

Di fronte ad ambienti di lavoro complessi e difficili, i collettori rotanti conduttivi hanno un'eccellente tolleranza con materiali speciali e lavorazione squisita. In termini di selezione dei materiali, i collettori rotanti sono per lo più realizzati con leghe di metalli preziosi resistenti all'usura e alla corrosione, come oro, argento, leghe di platino o leghe di rame trattate in modo speciale. Le spazzole sono realizzate con materiali a base di grafite o spazzole in metalli preziosi con buona autolubrificazione per ridurre il coefficiente di attrito e ridurre l'usura. A livello del processo di produzione, viene utilizzata una lavorazione meccanica di precisione per garantire che le spazzole e gli anelli collettori si adattino perfettamente e entrino in contatto in modo uniforme, e la superficie sia trattata con rivestimenti o placcature speciali per migliorare le prestazioni protettive. Prendendo come esempio l’industria dell’energia eolica, le turbine eoliche offshore si trovano per lungo tempo in un ambiente marino con elevata umidità e nebbia salina. La grande quantità di sale e umidità nell’aria è estremamente corrosiva. Allo stesso tempo, la temperatura nel mozzo della ventola e nella cabina varia notevolmente durante il funzionamento e le parti rotanti sono in continuo attrito. In condizioni di lavoro così difficili, il collettore rotante conduttivo può resistere efficacemente alla corrosione e mantenere prestazioni elettriche stabili con materiali di alta qualità e tecnologia protettiva, garantendo una trasmissione di potenza e segnale stabile e affidabile della ventola durante il suo ciclo di funzionamento decennale, riducendo notevolmente il frequenza di manutenzione e riduzione dei costi operativi. Un altro esempio è l'attrezzatura periferica del forno fusorio dell'industria metallurgica, che è piena di alte temperature, polvere e gas acidi e alcalini forti. La resistenza alle alte temperature e alla corrosione del collettore rotante conduttivo gli consente di funzionare stabilmente nella distribuzione del materiale rotante, nella misurazione della temperatura e nei dispositivi di controllo del forno ad alta temperatura, garantendo un processo di produzione regolare e continuo, migliorando la durata complessiva del attrezzature e riducendo i tempi di inattività causati da fattori ambientali, fornendo un solido supporto per il funzionamento efficiente e stabile della produzione industriale.

3. Analisi del campo applicativo

3.1 Automazione industriale

3.1.1 Robot e bracci robotici

Nel processo di automazione industriale, l'applicazione diffusa di robot e bracci robotici è diventata una forza trainante fondamentale per migliorare l'efficienza produttiva e ottimizzare i processi produttivi, e i collettori rotanti conduttivi svolgono un ruolo indispensabile in questo. Le articolazioni dei robot e dei bracci robotici sono i nodi chiave per ottenere movimenti flessibili. Queste articolazioni devono ruotare e piegarsi continuamente per completare compiti complessi e diversificati, come la presa, la manipolazione e l'assemblaggio. Gli anelli collettori conduttivi sono installati sui giunti e possono trasmettere stabilmente segnali di potenza e controllo a motori, sensori e vari componenti di controllo mentre i giunti ruotano continuamente. Prendendo come esempio l'industria manifatturiera automobilistica, nella linea di produzione della saldatura della carrozzeria automobilistica, il braccio del robot deve saldare e assemblare in modo accurato e rapido varie parti nel telaio della carrozzeria. La rotazione ad alta frequenza delle sue articolazioni richiede una trasmissione ininterrotta di potenza e segnale. L'anello collettore conduttivo garantisce l'esecuzione regolare del braccio del robot in sequenze di azioni complesse, garantendo la stabilità e l'efficienza del processo di saldatura, migliorando notevolmente il grado di automazione e l'efficienza produttiva della produzione automobilistica. Allo stesso modo, nel settore della logistica e dello stoccaggio, i robot utilizzati per lo smistamento e la pallettizzazione delle merci utilizzano collettori rotanti conduttivi per ottenere movimenti articolari flessibili, identificare e afferrare con precisione il carico, adattarsi a diversi tipi di carico e layout di stoccaggio, accelerare il turnover logistico e ridurre i costi di manodopera.

3.1.2 Attrezzature della linea di produzione

Sulle linee di produzione industriale, molti dispositivi contengono parti rotanti e i collettori rotanti conduttivi forniscono un supporto fondamentale per mantenere il funzionamento continuo della linea di produzione. Essendo una comune attrezzatura ausiliaria di lavorazione, la tavola rotante è ampiamente utilizzata nelle linee di produzione come l'imballaggio alimentare e la produzione elettronica. Ha bisogno di ruotare continuamente per raggiungere molteplici aspetti di lavorazione, test o confezionamento dei prodotti. L'anello collettore conduttivo garantisce la fornitura continua di energia durante la rotazione della tavola rotante e trasmette accuratamente il segnale di controllo alle attrezzature, ai sensori di rilevamento e ad altri componenti sulla tavola per garantire la continuità e l'accuratezza del processo di produzione. Ad esempio, sulla linea di confezionamento alimentare, la tavola rotante guida il prodotto per completare in sequenza i processi di riempimento, sigillatura, etichettatura e altri processi. Le prestazioni di trasmissione stabili del collettore rotante conduttivo evitano i tempi di inattività causati dall'avvolgimento della linea o dall'interruzione del segnale e migliorano l'efficienza dell'imballaggio e il tasso di qualificazione del prodotto. Le parti rotanti come rulli e ruote dentate nel trasportatore sono anche gli scenari di applicazione del collettore rotante conduttivo. Assicura la trasmissione stabile della forza motrice del motore, in modo che i materiali della linea di produzione possano essere trasmessi senza intoppi, collabora con le apparecchiature a monte e a valle per funzionare, migliora il ritmo di produzione complessivo, fornisce una solida garanzia per la produzione industriale su larga scala ed è uno dei componenti fondamentali per la produzione moderna per ottenere una produzione efficiente e stabile.

3.2 Energia ed elettricità

3.2.1 Turbine eoliche

Nel campo della produzione di energia eolica, i collettori rotanti conduttivi sono il fulcro fondamentale per garantire il funzionamento stabile e la produzione efficiente di energia delle turbine eoliche. Le turbine eoliche sono solitamente composte da rotori eolici, gondole, torri e altre parti. Il rotore eolico cattura l'energia eolica e fa ruotare il generatore nella navicella per generare elettricità. Tra questi, c'è un movimento rotatorio relativo tra il mozzo della turbina eolica e la gondola, e qui è installato l'anello collettore conduttivo per svolgere il compito di trasmettere segnali di potenza e controllo. Da un lato, la corrente alternata generata dal generatore viene trasmessa al convertitore nella navicella attraverso l'anello collettore, convertita in potenza che soddisfa i requisiti di connessione alla rete e quindi trasmessa alla rete elettrica; D'altro canto, vari segnali di comando del sistema di controllo, come la regolazione del passo delle pale, il controllo dell'imbardata della navicella e altri segnali, vengono trasmessi accuratamente all'attuatore nel mozzo per garantire che la turbina eolica regoli il suo stato operativo in tempo reale in base cambiamenti nella velocità e nella direzione del vento. Secondo i dati del settore, la velocità delle pale di una turbina eolica della classe megawatt può raggiungere i 10-20 giri al minuto. In condizioni di rotazione ad alta velocità, il collettore conduttivo, con la sua eccellente affidabilità, garantisce che le ore di utilizzo annuale del sistema di energia eolica siano effettivamente aumentate e riduce la perdita di generazione di energia causata da guasti alla trasmissione, il che è di grande importanza per promuovere la connessione alla rete su larga scala di energia pulita e assistere la trasformazione della struttura energetica.

3.2.2 Generazione termoelettrica e idroelettrica

Negli scenari di generazione termica e idroelettrica, anche i collettori rotanti conduttivi svolgono un ruolo chiave. Il grande generatore a turbina a vapore di una centrale termoelettrica genera elettricità facendo ruotare il rotore ad alta velocità. L'anello collettore conduttivo viene utilizzato per collegare l'avvolgimento del rotore del motore con il circuito statico esterno per ottenere un ingresso stabile della corrente di eccitazione, stabilire un campo magnetico rotante e garantire la normale generazione di energia del generatore. Allo stesso tempo, nel sistema di controllo di apparecchiature ausiliarie quali alimentatori di carbone, ventilatori, ventilatori a tiraggio indotto e altri macchinari rotanti, l'anello collettore conduttivo trasmette segnali di controllo, regola accuratamente i parametri operativi dell'apparecchiatura, garantisce un funzionamento stabile dell'alimentazione di carburante, della ventilazione e la dissipazione del calore e mantiene l'efficienza del rendimento del gruppo elettrogeno. In termini di produzione di energia idroelettrica, la girante della turbina ruota ad alta velocità sotto l’impatto del flusso d’acqua, spingendo il generatore a generare elettricità. L'anello collettore conduttivo è installato sull'albero principale del generatore per garantire la trasmissione di segnali di controllo come potenza erogata, regolazione della velocità ed eccitazione. Diversi tipi di centrali idroelettriche, come le centrali idroelettriche convenzionali e le centrali elettriche con pompaggio, sono dotati di collettori rotanti conduttivi di diverse specifiche e prestazioni a seconda della velocità della turbina e delle condizioni operative, soddisfacendo le esigenze di scenari diversificati di generazione di energia idroelettrica da salti bassi e grandi flusso ad alta prevalenza e piccolo flusso, garantendo una fornitura stabile di elettricità e iniettando un flusso costante di energia nello sviluppo sociale ed economico.

3.3 Sicurezza e monitoraggio intelligenti

3.3.1 Telecamere intelligenti

Nel campo del monitoraggio intelligente della sicurezza, le telecamere intelligenti forniscono il supporto fondamentale per il monitoraggio a tutto tondo e senza angoli morti, e gli anelli collettori conduttivi aiutano a superare il collo di bottiglia dell'alimentazione elettrica rotante e della trasmissione dei dati. Le telecamere intelligenti di solito devono ruotare di 360 gradi per espandere il campo di monitoraggio e catturare immagini in tutte le direzioni. Ciò richiede che durante il processo di rotazione continua, l'alimentazione possa essere stabile per garantire il normale funzionamento della telecamera e che i segnali video ad alta definizione e le istruzioni di controllo possano essere trasmessi in tempo reale. Gli anelli collettori conduttivi sono integrati sui giunti della panoramica/inclinazione della telecamera per ottenere una trasmissione sincrona di potenza, segnali video e segnali di controllo, consentendo alla telecamera di ruotare in modo flessibile verso l'area target e migliorare la portata e la precisione del monitoraggio. Nel sistema di monitoraggio del traffico urbano, la telecamera sferica intelligente all'incrocio utilizza anelli di contatto conduttivi per ruotare rapidamente per catturare il flusso del traffico e le violazioni, fornendo immagini in tempo reale per il controllo del traffico e la gestione degli incidenti; nelle scene di monitoraggio della sicurezza di parchi e comunità, la telecamera pattuglia l'ambiente circostante in tutte le direzioni, rileva situazioni anomale in tempo e invia feedback al centro di monitoraggio, migliora le capacità di avviso di sicurezza e mantiene efficacemente la sicurezza e l'ordine pubblico.

3.3.2 Sistema di monitoraggio radar

Il sistema di monitoraggio radar svolge compiti importanti nei settori della difesa militare, delle previsioni meteorologiche, dell'aerospaziale, ecc. L'anello collettore conduttivo garantisce la rotazione stabile e continua dell'antenna radar per ottenere un rilevamento accurato. Nel campo della ricognizione militare, i radar di difesa aerea terrestri, i radar di bordo, ecc. necessitano di ruotare continuamente l'antenna per cercare e tracciare bersagli aerei. L'anello collettore conduttivo garantisce che il radar sia alimentato stabilmente al trasmettitore, al ricevitore e ad altri componenti principali durante il processo di scansione rotante. Allo stesso tempo, il segnale dell’eco del bersaglio rilevato e il segnale dello stato dell’apparecchiatura vengono trasmessi accuratamente al centro di elaborazione del segnale, fornendo informazioni in tempo reale per il comando di combattimento e aiutando a difendere la sicurezza dello spazio aereo. In termini di previsioni meteorologiche, il radar meteorologico trasmette onde elettromagnetiche nell'atmosfera attraverso la rotazione dell'antenna, riceve echi riflessi da obiettivi meteorologici come gocce di pioggia e cristalli di ghiaccio e analizza le condizioni meteorologiche. L'anello collettore conduttivo garantisce il funzionamento continuo del sistema radar, trasmette i dati raccolti in tempo reale e assiste il dipartimento meteorologico nella previsione accurata dei cambiamenti meteorologici come precipitazioni e tempeste, fornendo una base fondamentale per la prevenzione e la mitigazione dei disastri e la scorta umana. produzione e vita in campi diversi.

3.4 Attrezzature mediche

3.4.1 Apparecchiature per l'imaging medico

Nel campo della diagnosi medica, le apparecchiature di imaging medicale rappresentano un potente assistente per i medici che consentono loro di comprendere meglio le condizioni interne del corpo umano e diagnosticare accuratamente le malattie. I collettori rotanti conduttivi forniscono garanzie fondamentali per il funzionamento efficiente di questi dispositivi. Prendendo come esempio le apparecchiature per TC (tomografia computerizzata) e MRI (risonanza magnetica), all'interno sono presenti parti rotanti. Il telaio di scansione dell'apparecchiatura TC deve ruotare ad alta velocità per far ruotare il tubo a raggi X attorno al paziente per raccogliere dati di immagine tomografica da diverse angolazioni; anche i magneti, le bobine di gradiente e altri componenti dell'apparecchiatura MRI ruotano durante il processo di imaging per produrre cambiamenti precisi del gradiente del campo magnetico. I collettori rotanti conduttivi sono installati sui giunti rotanti per trasmettere stabilmente l'elettricità per far funzionare le parti rotanti. Allo stesso tempo, una grande quantità di dati di immagine raccolti viene trasmessa in tempo reale al sistema di elaborazione computerizzata per garantire immagini chiare e precise, fornendo ai medici una base diagnostica affidabile. Secondo il feedback sull'uso delle apparecchiature ospedaliere, i collettori rotanti conduttivi di alta qualità riducono efficacemente gli artefatti, le interruzioni del segnale e altri problemi nel funzionamento delle apparecchiature di imaging, migliorano l'accuratezza diagnostica, svolgono un ruolo importante nello screening precoce delle malattie, nella valutazione delle condizioni e in altri collegamenti, e tutelare la salute dei pazienti.

3.4.2 Robot chirurgici

Essendo la tecnologia all’avanguardia rappresentativa della moderna chirurgia mini-invasiva, i robot chirurgici stanno gradualmente modificando il modello chirurgico tradizionale. Gli anelli di contatto conduttivi forniscono il supporto principale per un'implementazione chirurgica accurata e sicura. I bracci robotici dei robot chirurgici simulano i movimenti della mano del medico ed eseguono operazioni delicate in uno spazio chirurgico ristretto, come sutura, taglio e separazione dei tessuti. Questi bracci robotici devono ruotare in modo flessibile con più gradi di libertà. Sui giunti sono installati anelli di contatto conduttivi per garantire un'alimentazione continua, consentendo al motore di azionare i bracci robotici per muoversi con precisione, trasmettendo al contempo segnali di feedback del sensore, consentendo ai medici di percepire le informazioni di feedback di forza del sito chirurgico in tempo reale e di realizzare collaborazione uomo-macchina.Operazione. In neurochirurgia, i robot chirurgici utilizzano le prestazioni stabili dei collettori rotanti conduttivi per raggiungere con precisione le minuscole lesioni nel cervello e ridurre il rischio di traumi chirurgici; nel campo della chirurgia ortopedica, i bracci robotici assistono nell'impianto di protesi e nel fissaggio dei siti di frattura, migliorano la precisione e la stabilità chirurgica e promuovono la chirurgia mini-invasiva per svilupparsi in una direzione più precisa e intelligente, offrendo ai pazienti un'esperienza di trattamento chirurgico con meno traumi e più velocemente recupero.

IV. Stato e tendenze del mercato

4.1 Dimensioni e crescita del mercato

Negli ultimi anni, il mercato globale dei collettori rotanti conduttivi ha mostrato un trend di crescita costante. Secondo i dati di autorevoli istituti di ricerca di mercato, la dimensione globale del mercato dei collettori rotanti conduttivi raggiungerà circa 6,35 miliardi di RMB nel 2023 e si prevede che entro il 2028 la dimensione del mercato globale salirà a circa 8 miliardi di RMB con una crescita media annua composta. tasso di circa il 4,0%. In termini di distribuzione regionale, la regione Asia-Pacifico occupa la maggiore quota di mercato globale, rappresentando circa il 48,4% nel 2023. Ciò è dovuto principalmente al vigoroso sviluppo di Cina, Giappone, Corea del Sud e altri paesi nei settori della produzione, industria dell'informazione elettronica, nuova energia, ecc., e la domanda di collettori rotanti conduttivi continua ad essere forte. Tra questi, la Cina, in quanto maggiore base manifatturiera al mondo, ha impresso un forte slancio al mercato dei collettori rotanti conduttivi con il rapido sviluppo di settori quali l'automazione industriale, la sicurezza intelligente e le nuove apparecchiature energetiche. Nel 2023, la portata del mercato cinese dei collettori rotanti conduttivi aumenterà del 5,6% su base annua e si prevede che continuerà a mantenere un notevole tasso di crescita in futuro. Anche l’Europa e il Nord America sono mercati importanti. Con le loro profonde basi industriali, la domanda di fascia alta nel campo aerospaziale e il continuo miglioramento dell'industria automobilistica, occupano una quota di mercato considerevole, rispettivamente di circa il 25% e il 20%, e la dimensione del mercato è cresciuta costantemente, che è fondamentalmente la stesso tasso di crescita del mercato globale. Con il progresso accelerato della costruzione di infrastrutture e della modernizzazione industriale nelle economie emergenti, come India e Brasile, anche il mercato dei collettori rotanti conduttivi in ​​queste regioni mostrerà un enorme potenziale di crescita in futuro e si prevede che diventi un nuovo punto di crescita del mercato.

4.2 Il panorama competitivo

Allo stato attuale, il mercato globale dei collettori rotanti conduttivi è altamente competitivo e vi sono molti partecipanti. Le società principali occupano un'ampia quota di mercato grazie al loro profondo accumulo tecnico, alle capacità avanzate di ricerca e sviluppo dei prodotti e agli ampi canali di mercato. Giganti internazionali come Parker degli Stati Uniti, MOOG degli Stati Uniti, COBHAM della Francia e MORGAN della Germania, contando sui loro sforzi a lungo termine in campi di fascia alta come quello aerospaziale, militare e della difesa nazionale, hanno padroneggiato le tecnologie fondamentali , hanno eccellenti prestazioni del prodotto e hanno un'ampia influenza sul marchio. Sono in una posizione di leadership nel mercato dei collettori rotanti conduttivi di fascia alta. I loro prodotti sono ampiamente utilizzati in apparecchiature chiave come satelliti, missili e aerei di fascia alta e soddisfano gli standard di settore più rigorosi in scenari con requisiti estremamente elevati di precisione, affidabilità e resistenza ad ambienti estremi. In confronto, aziende nazionali come Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical e Jiachi Electronics si sono sviluppate rapidamente negli ultimi anni. Aumentando continuamente gli investimenti in ricerca e sviluppo, hanno raggiunto progressi tecnologici in alcuni segmenti e i vantaggi in termini di rapporto costo-efficacia dei loro prodotti sono diventati evidenti. Hanno gradualmente conquistato la quota di mercato dei mercati di fascia bassa e media e sono gradualmente penetrati nel mercato di fascia alta. Ad esempio, nei mercati segmentati come quelli dei collettori rotanti per giunti robot nel campo dell'automazione industriale e dei collettori rotanti per segnali video ad alta definizione nel campo del monitoraggio della sicurezza, le aziende nazionali hanno conquistato il favore di molti clienti locali con i loro servizi localizzati e la capacità di rispondere rapidamente alla domanda del mercato. Tuttavia, nel complesso, i collettori rotanti conduttivi di fascia alta del mio paese presentano ancora un certo grado di dipendenza dalle importazioni, soprattutto nei prodotti di fascia alta con alta precisione, altissima velocità e condizioni di lavoro estreme. Le barriere tecniche dei giganti internazionali sono relativamente elevate e le imprese nazionali devono ancora continuare a recuperare terreno per migliorare la loro competitività nel mercato globale.

4.3 Tendenze dell'innovazione tecnologica

Guardando al futuro, il ritmo dell’innovazione tecnologica dei collettori rotanti conduttivi sta accelerando, mostrando una tendenza di sviluppo multidimensionale. Da un lato è emersa la tecnologia dei collettori rotanti in fibra ottica. Con la diffusa diffusione della tecnologia di comunicazione ottica nel campo della trasmissione dei dati, il numero di scenari di trasmissione del segnale che richiedono una larghezza di banda maggiore e una minore perdita è in aumento e sono emersi i collettori rotanti in fibra ottica. Utilizza la trasmissione del segnale ottico per sostituire la tradizionale trasmissione del segnale elettrico, evita efficacemente le interferenze elettromagnetiche e migliora notevolmente la velocità e la capacità di trasmissione. Viene gradualmente promosso e applicato in campi come la connessione di rotazione dell'antenna della stazione base 5G, il pan-tilt di videosorveglianza ad alta definizione e le apparecchiature di telerilevamento ottico aerospaziale che hanno requisiti rigorosi sulla qualità del segnale e sulla velocità di trasmissione, e si prevede che introdurrà il era della comunicazione ottica della tecnologia conduttiva dei collettori rotanti. D'altra parte, la domanda di collettori rotanti ad alta velocità e ad alta frequenza è in crescita. Nei settori manifatturieri avanzati come la produzione di semiconduttori e i test di precisione elettronici, la velocità delle apparecchiature è in costante aumento e la domanda di trasmissione di segnali ad alta frequenza è urgente. La ricerca e lo sviluppo di collettori rotanti che si adattano alla trasmissione stabile del segnale ad alta velocità e ad alta frequenza è diventata la chiave. Ottimizzando i materiali della spazzola e dell'anello collettore e migliorando il design della struttura del contatto, è possibile ridurre la resistenza del contatto, l'usura e l'attenuazione del segnale durante la rotazione ad alta velocità per soddisfare la trasmissione del segnale ad alta frequenza di livello GHz e garantire il funzionamento efficiente dell'apparecchiatura . Inoltre, anche i collettori rotanti miniaturizzati rappresentano un'importante direzione di sviluppo. Con l'ascesa di settori quali l'Internet delle cose, i dispositivi indossabili e i microdispositivi medici, è aumentata la domanda di collettori rotanti conduttivi di piccole dimensioni, a basso consumo energetico e con integrazione multifunzionale. Attraverso la tecnologia di elaborazione micro-nano e l'applicazione di nuovi materiali, la dimensione dell'anello collettore è ridotta al millimetro o addirittura al micron e le funzioni di alimentazione, dati e trasmissione del segnale di controllo sono integrate per fornire potenza di base e interazione del segnale supporto per dispositivi micro-intelligenti, promuovere varie industrie verso la miniaturizzazione e l'intelligenza e continuare ad espandere i confini dell'applicazione dei collettori rotanti conduttivi.

V. Considerazioni chiave

5.1 Selezione dei materiali

La scelta del materiale dei collettori rotanti conduttivi è cruciale e direttamente correlata alle loro prestazioni, durata e affidabilità. Deve essere considerato in modo completo sulla base di molteplici fattori come scenari applicativi e requisiti attuali. In termini di materiali conduttivi, i collettori rotanti utilizzano solitamente leghe di metalli preziosi come rame, argento e oro o leghe di rame trattate in modo speciale. Ad esempio, nelle apparecchiature elettroniche e nelle apparecchiature di imaging medicale con requisiti di alta precisione e bassa resistenza, i collettori rotanti in lega d'oro possono garantire la trasmissione accurata di segnali elettrici deboli e ridurre l'attenuazione del segnale grazie alla loro eccellente conduttività e resistenza alla corrosione. Per i motori industriali e le apparecchiature eoliche con elevata trasmissione di corrente, i collettori rotanti in lega di rame ad elevata purezza non solo possono soddisfare i requisiti di trasporto di corrente, ma hanno anche costi relativamente controllabili. I materiali delle spazzole utilizzano principalmente materiali a base di grafite e spazzole in leghe di metalli preziosi. Le spazzole in grafite hanno una buona autolubrificazione, che può ridurre il coefficiente di attrito e ridurre l'usura. Sono adatti per apparecchiature a bassa velocità ed elevata sensibilità alla perdita delle spazzole. Le spazzole in metalli preziosi (come le spazzole in palladio e leghe d'oro) hanno una forte conduttività e una bassa resistenza di contatto. Sono spesso utilizzati in occasioni ad alta velocità, alta precisione e qualità del segnale esigenti, come parti rotanti di navigazione di apparecchiature aerospaziali e meccanismi di trasmissione di wafer di apparecchiature di produzione di semiconduttori. Anche i materiali isolanti non dovrebbero essere ignorati. Quelli comuni includono politetrafluoroetilene (PTFE) e resina epossidica. Il PTFE ha eccellenti prestazioni di isolamento, resistenza alle alte temperature e forte stabilità chimica. È ampiamente utilizzato nei collettori rotanti conduttivi dei giunti rotanti dei dispositivi di agitazione dei reattori chimici e delle apparecchiature di esplorazione di acque profonde in ambienti ad alta temperatura e fortemente acidi e alcalini per garantire un isolamento affidabile tra ciascun percorso conduttivo, prevenire guasti da cortocircuito e garantire stabilità funzionamento dell'apparecchiatura.

5.2 Manutenzione e sostituzione delle spazzole conduttrici

Essendo una parte vulnerabile dell'anello collettore conduttivo, la manutenzione regolare e la sostituzione tempestiva della spazzola conduttiva sono di grande importanza per garantire il normale funzionamento dell'apparecchiatura. Poiché la spazzola si usurerà gradualmente e produrrà polvere durante il contatto di attrito continuo con l'anello collettore, la resistenza di contatto aumenterà, influenzando l'efficienza della trasmissione corrente e causando anche scintille, interruzioni del segnale e altri problemi, quindi è necessario un meccanismo di manutenzione regolare. stabilito. In generale, a seconda dell'intensità di funzionamento dell'apparecchiatura e dell'ambiente di lavoro, il ciclo di manutenzione varia da alcune settimane a diversi mesi. Ad esempio, potrebbe essere necessario ispezionare e sottoporre a manutenzione ogni settimana i collettori rotanti conduttivi delle apparecchiature minerarie e delle apparecchiature di lavorazione metallurgica con grave inquinamento da polveri; mentre i collettori rotanti delle apparecchiature per l'automazione dell'ufficio con ambiente interno e funzionamento stabile possono essere estesi a diversi mesi. Durante la manutenzione, l'apparecchiatura deve essere prima spenta, la corrente dell'anello collettore deve essere interrotta e devono essere utilizzati strumenti e reagenti di pulizia speciali per rimuovere delicatamente polvere e olio dalla spazzola e dalla superficie dell'anello collettore per evitare di danneggiare la superficie di contatto; allo stesso tempo, controllare la pressione elastica della spazzola per assicurarsi che aderisca perfettamente all'anello collettore. Una pressione eccessiva può facilmente aumentare l'usura, mentre una pressione troppo bassa può causare uno scarso contatto. Quando la spazzola è usurata da un terzo alla metà della sua altezza originale, deve essere sostituita. Quando si sostituisce la spazzola, assicurarsi di utilizzare prodotti che corrispondano alle specifiche, ai modelli e ai materiali originali per garantire prestazioni di contatto costanti. Dopo l'installazione, la resistenza di contatto e la stabilità operativa devono essere nuovamente controllate per evitare guasti e arresti dell'apparecchiatura dovuti a problemi delle spazzole e per garantire processi di produzione e operatività regolari.

5.3 Test di affidabilità

Per garantire che il collettore rotante conduttivo funzioni in modo stabile e affidabile in scenari applicativi complessi e critici, sono essenziali severi test di affidabilità. Il test di resistenza è un progetto di test di base. Attraverso strumenti di misurazione della resistenza ad alta precisione, la resistenza di contatto di ciascun percorso del collettore rotante viene misurata in diverse condizioni di lavoro di rotazione statica e dinamica. Il valore di resistenza deve essere stabile e soddisfare gli standard di progettazione, con un intervallo di fluttuazione molto ridotto. Ad esempio, nei collettori rotanti utilizzati nelle apparecchiature elettroniche di test di precisione, variazioni eccessive nella resistenza di contatto causeranno un aumento degli errori nei dati di test, influenzando il controllo della qualità del prodotto. Il test di resistenza alla tensione simula lo shock ad alta tensione che l'apparecchiatura potrebbe incontrare durante il funzionamento. Una tensione di prova pari a più volte la tensione nominale viene applicata all'anello collettore per un certo periodo di tempo per verificare se il materiale isolante e lo spazio isolante possono resistere efficacemente, prevenire rotture dell'isolamento e guasti da cortocircuito causati da sovratensione nell'uso effettivo e garantire la sicurezza del personale e delle attrezzature. Ciò è particolarmente critico nei test sui collettori rotanti conduttivi che supportano sistemi di alimentazione e apparecchiature elettriche ad alta tensione. Nel campo aerospaziale, i collettori rotanti conduttivi dei satelliti e dei veicoli spaziali devono essere sottoposti a test approfonditi in ambienti simulati di temperature estreme, vuoto e radiazioni nello spazio per garantire un funzionamento affidabile in ambienti cosmici complessi e una trasmissione di segnale e potenza infallibile; i collettori rotanti delle linee di produzione automatizzate nelle industrie manifatturiere di fascia alta devono essere sottoposti a test di fatica a lungo termine e ad alta intensità, simulando decine di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di cicli di rotazione per verificarne la resistenza all'usura e la stabilità, ponendo solide basi per una produzione su larga scala e ininterrotta. Qualsiasi subdolo rischio di affidabilità può causare elevate perdite di produzione e rischi per la sicurezza. Test rigorosi sono la linea di difesa chiave per la garanzia della qualità.

VI. Conclusione e prospettive

Essendo un componente chiave indispensabile nei moderni sistemi elettromeccanici, i collettori rotanti conduttivi svolgono un ruolo vitale in molti campi come l'automazione industriale, l'energia e la potenza, la sicurezza intelligente e le apparecchiature mediche. Con il suo design strutturale unico e gli eccellenti vantaggi prestazionali, ha superato il collo di bottiglia della trasmissione di potenza e segnale delle apparecchiature rotanti, ha assicurato il funzionamento stabile di vari sistemi complessi e ha promosso il progresso tecnologico e l'aggiornamento industriale nel settore.

A livello di mercato, il mercato globale dei collettori rotanti conduttivi è cresciuto costantemente, con la regione Asia-Pacifico che è diventata la principale forza di crescita. La Cina ha dato un forte slancio allo sviluppo del settore con la sua enorme base manifatturiera e l’ascesa delle industrie emergenti. Nonostante la forte concorrenza, le aziende nazionali ed estere hanno dimostrato la loro abilità in diversi segmenti di mercato, ma i prodotti di fascia alta sono ancora dominati dai giganti internazionali. Le aziende nazionali stanno avanzando nel processo di spostamento verso lo sviluppo di fascia alta e riducendo gradualmente il divario.

Guardando al futuro, con la continua innovazione della scienza e della tecnologia, la tecnologia dei collettori rotanti conduttivi introdurrà un mondo più ampio. Da un lato, tecnologie all’avanguardia come i collettori rotanti in fibra ottica, i collettori rotanti ad alta velocità e ad alta frequenza e i collettori rotanti miniaturizzati brilleranno, soddisfacendo i severi requisiti di alta velocità, elevata larghezza di banda e miniaturizzazione in campi emergenti come come le comunicazioni 5G, la produzione di semiconduttori e l’Internet delle cose, e ampliando i confini dell’applicazione; D’altro canto, l’integrazione e l’innovazione tra domini diventeranno una tendenza, profondamente intrecciata con l’intelligenza artificiale, i big data e la tecnologia dei nuovi materiali, dando vita a prodotti più intelligenti, adattivi e adattabili ad ambienti estremi, fornendo un supporto chiave per esplorazioni all’avanguardia come l’aerospaziale, l’esplorazione delle profondità marine e l’informatica quantistica, e potenziando continuamente l’ecosistema globale dell’industria scientifica e tecnologica, aiutando l’umanità a muoversi verso un’era tecnologica più avanzata.