Union rotative électrique

Un joint électrorotatif, également appelé connecteur électrique rotatif ou bague coulissante, est un dispositif électromécanique conçu pour assurer une transmission continue de puissance, d'énergie électrique, de données ou de signaux de commande entre les parties fixes et tournantes d'une machine ou d'un appareil rotatif. Ces dispositifs sont essentiels pour les applications nécessitant la transmission de signaux électriques ou de données d'un système fixe à une pièce tournante sans interruption ou usure due au mouvement de rotation.

La structure centrale d'une union rotative électrique se compose généralement de plusieurs composants clés: anneaux conducteurs, brosses électriques, matériaux isolants et éléments d'étanchéité. Les anneaux conducteurs sont généralement fabriqués en matériaux durables tels que le cuivre ou les métaux précieux, fournissant une surface de contact fiable pour les brosses électriques. Ces brosses, souvent en carbone ou graphite, maintiennent le contact avec les anneaux conducteurs pendant la rotation, permettant la transmission de signaux électriques ou de courant. Les matériaux isolants sont utilisés pour isoler électriquement les anneaux et les brosses, empêchant les courts-circuits et assurant un fonctionnement sûr.

Les assemblages étanches sont essentiels pour protéger les pièces internes des contaminants, de l'humidité et de la poussière qui peuvent affecter les performances et la durée de vie de votre équipement. Les éléments d'étanchéité sont conçus pour résister aux conditions environnementales dans lesquelles le joint rotatif motorisé fonctionne, garantissant que l'unité continue à fonctionner efficacement même dans des conditions difficiles.

Les unions rotatives électriques sont largement utilisées dans diverses industries, y compris la robotique, les éoliennes, les bobines de câbles, l'équipement médical, les machines industrielles et l'aérospatial. Ces dispositifs sont particulièrement cruciaux dans les systèmes où les pièces doivent tourner en continu, comme dans les pales rotatives d’une éolienne, ou dans les systèmes automatisés où les données et l’énergie doivent être transmises des unités de commande fixes aux composants mobiles.

La transmission continue assurée par le joint rotatif motorisé élimine le besoin de câblage traditionnel qui peut se casser ou s'user au fil du temps en raison de mouvements répétés. Cela garantit des opérations plus efficaces et plus durables dans les applications critiques, réduisant les temps d'arrêt et les coûts de maintenance. La capacité de transmettre simultanément de l'énergie et des données rend les joints tournants électriques polyvalents, capables de mettre en œuvre des systèmes de contrôle avancés et d'intégrer des capteurs, des caméras et d'autres équipements dans les pièces tournantes.

Fonctions de base

Haute fiabilité

Les joints électrorotatifs permettent une transmission fiable de l'énergie électrique grâce à un contact précis entre les brosses en métal précieux et les bagues conductrices. Avec des brosses en alliage d'or pur à 99,99% (comme auni10), leurs propriétés antioxydantes restent stables jusqu'à 400 ° C avec une résistance de contact aussi faible que 0,1 mΩ. La surface de la bague conductrice est traitée à l'échelle nanométrique (RA ≤ 0,4 µm) et la compensation de pression dynamique par un ressort à force constante assure un contact stable de la rotule électrique pendant les rotations successives.

Son système d'étanchéité adopte une combinaison de "structure de labyrinthe + anneau d'étanchéité en caoutchouc fluoré" pour résister à l'intrusion d'eau et de poussière de niveau IP67. Un cas d'application dans l'industrie chimique montre que dans un environnement corrosif contenant des ions Cl-, l'Union rotative électrique maintient une résistance à l'isolation de > 100MΩ après 18 mois de fonctionnement continu.

Faible frottement et longue durée de vie

Le système de roulement de l'Electrical Rotary Union est la clé pour atteindre un faible frottement. Les roulements à billes en céramique de haute précision (grade ISO P4) avec pistes de nitrure ionique réduisent le coefficient de frottement à 0,0015. Le type de roulement d'air Union rotative électrique tourne avec un support de film d'air de 0,1 mm, et la durée de vie théorique peut atteindre 100 000 heures.

Capacité d'intégration multicanal

La conception hiérarchique de l'Union rotative électrique permet la transmission parallèle de plusieurs types de signaux. Par exemple, le modèle 24 canaux utilisé dans un certain plateau tournant d'essai automobile intègre:

Alimentation électrique 24V/10A 6 canaux

Signal de thermocouple à 8 canaux (précision ± 0,1 ℃)

Bus CAN 4 canaux (500 kbps)

Vidéo HDMI 2.0 2 canaux ( 4K@60Hz )

Canal d'air comprimé à 4 canaux (0,7 MPa)

Ce haut niveau d'intégration fait des joints rotatifs électriques un composant central de la robotique industrielle, des dispositifs médicaux et d'autres domaines.

Anti-interférence et blindage

Le système de blindage tridimensionnel de l'Electrical Rotary Union comprend:

Substrat d'anneau conducteur en alliage magnétique doux (μ > 10000)

Ligne de signal blindée tordue (12-16 torsions par pouce)

Couvercle en acier inoxydable 304 (épaisseur 2mm)

Lors d'un essai d'entraînement du moteur, le bruit du signal a atteint 2,3 Vpp lorsque le blindage n'était pas utilisé, et est tombé à 0,15 Vpp après que la fonction de blindage de l'Union rotative électrique ait été activée, répondant pleinement aux exigences de la norme ISO 16750-4.

Compact et léger

L'Union électrique rotative spécifique à la médecine (tel que le modèle de diamètre extérieur φ12mm) intègre 4 sources d'alimentation + 2 signaux USB 3.1 et pèse moins de 20g. La précision de l'espacement des points de contact du réseau de brosses fabriquée par son procédé MEMS atteint ±5μm, ce qui convient pour les micro dispositifs tels que les endoscopes. La conception modulaire augmente l'efficacité d'installation de l'Electrical Rotary Union de 60 %.

Fonctions principales

Transmission de puissance

Alimente les équipements rotatifs (tels que les plateaux tournants, les centrifugeuses), supportant une puissance élevée (telle que plus de 100A) ou une basse tension (telle que l'alimentation logique 5V).

Transmission de signaux

Transmettre des signaux analogiques (par exemple, des données de capteur), numériques (par exemple, des impulsions de codeur) ou à haute fréquence (par exemple, vidéo, RF).

Intégration multimédia

Certains modèles intègrent des canaux fluide/gaz (tels que l'huile hydraulique, l'air comprimé) pour réaliser une transmission intégrée "électrique-liquide-gaz".

Surveillance en temps réel

La surveillance de l'état en temps réel des pièces tournantes (par exemple, la température, les vibrations) et le contrôle à distance sont réalisés via des canaux de signalisation.

Champs d'application

Fabrication industrielle

Bras de robot: transmet des signaux de puissance et de contrôle, prend en charge le mouvement coordonné multi-axes.

Plateau tournant et dispositif d'indexation: utilisé pour les tables de travail rotatives des machines-outils CNC et des machines de coupe laser.

Équipement d'enroulement: tels que les systèmes d'enroulement continu des machines à papier et des machines à imprimer.

Matériel médical

Scanner tomographique : transmission de puissance et de données entre racks rotatifs et systèmes stationnaires.

Robots chirurgicaux : tels que la transmission de signal de haute précision du système Da Vinci.

Endoscope médical : joints rotatifs micro-électriques intégrés pour soutenir l'image et l'alimentation en énergie.

Énergie et protection de l'environnement

éoliennes: transmission de puissance entre les pylônes et les pales tournantes.

Équipements de traitement des eaux usées: tels que la connexion électrique des aérateurs rotatifs.

Aérospatiale

Système de guidage de missile : interaction du signal entre le corps rotatif du missile et le capteur.

Gimbal UAV: alimentation et contrôle stable de la caméra.

Équipement spécial

Antenne radar : connexion entre réseau rotatif et unité de traitement du signal.

Manèges: systèmes d'éclairage et de contrôle pour les grandes roues et les carrousels.

Entretien et soins

Inspection quotidienne

Processus de nettoyage

Nettoyez régulièrement la surface de la bague conductrice du joint rotatif électrique à l'aide d'une brosse antistatique à air comprimé de qualité industrielle (0,4 MPa). Pour les joints tournants électriques de qualité médicale, ils doivent être utilisés dans une salle blanche de classe ISO 5 pour éviter la contamination par des particules. Des mesures réelles ont montré qu'un nettoyage toutes les 100 heures de fonctionnement permettait de maintenir les fluctuations de la résistance de contact à ± 0,05 mΩ près.

Spécifications de lubrification

Utilisez une graisse à base de lithium à haute température (Klüber BE41-152) pour remplir quantitativement les roulements de l'Union rotative électrique. Dans le cas d'un plateau tournant d'usine d'acier, un plan de reconstitution de graisse de 2g a été strictement mis en œuvre toutes les 500 heures, prolongant la durée de vie de l'Electrical Rotary Union à 8 ans.

Surveillance de l'usure

Use a laser displacement sensor (accuracy ±0.02mm) to monitor the brush wear of the Electrical Rotary Union. When the remaining length of the gold alloy brush is <2mm, it needs to be replaced, and the threshold value of the silver graphite brush is 3mm.

Regular maintenance

Sealing performance test

Perform IP67 waterproof test on the Electrical Rotary Union every year. In a case of an offshore drilling platform, after the seal ring was found to be leaking due to aging, the fluororubber seal ring (Shore hardness 70A) was replaced to restore the protection performance of the Electrical Rotary Union.

Insulation resistance test

Use a 500V megohmmeter to test the insulation resistance of each channel of the Electrical Rotary Union (≥500MΩ in a humid environment).

Dynamic balance calibration

High-speed Electrical Rotary Union (＞5000RPM) requires dynamic balance test every quarter.

Troubleshooting

Poor contact diagnosis

When the voltage drop of the Electrical Rotary Union is ＞0.2V or the temperature rise is ＞5℃, check the brush pressure (standard value 2.5-4N). If there is an oxide layer (thickness ＞0.5μm), use 0000# metallographic sandpaper to polish the conductive ring.

EMI interference solution

If the signal noise exceeds the limit, check the continuity of the shielding layer of the Electrical Rotary Union (resistance < 0.1Ω).

Troubleshooting of abnormal temperature rise

When the temperature is > 80℃, measure the current of each channel of the Electrical Rotary Union (should not exceed 80% of the rated value). If the load is normal but the temperature rise is abnormal, it may be due to bearing failure (clearance > 0.05mm) or grease carbonization. Replace the bearing assembly and clean the oil circuit.