如何挑選工業應用的撓性纜線

我最近參加了當地創客空間的機器人展覽。參展設備的獨創性和多樣性令人驚歎。我對 Spot 特別印象深刻；這是 Boston Dynamics 推出的一款像狗一樣的機器人，但我必須承認，在動作上並不太像狗，令我感到困惑。

這次經驗讓我想起在活動式機械中分配電力和數據的難題。從拾放系統等成熟應用，到協作機器人等新興領域，都需要頻繁將纜線彎曲和扭轉。這對於專為靜態應用而設計的普通佈線來說是個問題。當反覆彎曲時，這些纜線會因為各種因素而衰退。例如：

• 纜線護套可能會因為纜線管理系統或其他環境因素的磨損而受損。
• 絕緣和護套材料可能會因反覆應變而破裂或斷裂。
• 導線和屏蔽層可能會斷裂，特別是在需要連續彎曲纜線的複雜運動應用中。

在惡劣環境中，因具有磨耗性或腐蝕性材料以及極端溫度，會加劇這種衰退的影響。這些環境危害會削弱護套和絕緣材料的效果而容易失效。

採用由外而內的設計理念，有助於確保此類應用的使用壽命。例如：

• 首先要確保纜線護套能耐受外部環境危害。
• 判斷是否需要屏蔽系統，並確認其可耐受預期的應變。
• 確保纜線具有合適的內部結構，包括可用於反覆彎曲的導線。

我們將詳細研究這些因素。

挑選耐用的纜線護套材料

工業環境用的撓性纜線纜通常採用聚氯乙烯 (PVC)、聚氨酯 (PUR) 或熱塑性彈性體 (TPE) 組成的護套。雖然每種材料都有優點，但 TPE 對大多數環境危害具有出色的抵抗力(圖 1)。TPE 更以其卓越的撓性而著稱，可承受反覆彎曲而不會裂開或斷裂。

圖 1：TPE 對大多數環境危害具有出色的抵抗力。(圖片來源：Alpha Wire)

這些優勢可以在 Alpha Wire 的 Xtra-Guard Flex TPE 纜線中看到。這些纜線的額定彎曲次數為 100 萬次，並具有 Oil Res I/II 和 FT4 阻燃等級，可針對製造機器人和運動控制等應用提供高可靠性和效能。

這些纜線提供功率受限的線架纜線 (PLTC) 或線架纜線 (TC) 款式。PLTC 和 TC 等級表示纜線可以直接在線架或管道中鋪設，無需任何額外保護，即使在戶外環境中也是如此，因此可簡化安裝並降低成本。

Alpha Wire 還提供 Xtra-Guard 連續撓性 TPE 控制纜線，可用於滾動撓曲應用，例如龍門架系統。這些纜線具有更堅固的結構，可承受極端應力。

在屏蔽材料的靈活性和有效性之間取得平衡

電磁干擾 (EMI) 屏蔽的選擇令人眼花撩亂。工程師必須從眾多材料中挑選，例如銅和鋁，以及多種結構方法，例如箔片和編織。每個選項在屏蔽效果、機械韌性、成本和重量方面都有所折衷。

有個將折衷降至最低的方法就是使用屏蔽組合。例如，Alpha Wire 獨有的 Supra-Shield 就採用鋁／聚酯／鋁箔和鍍錫銅編織屏蔽層，可達到 75% 的覆蓋率。如圖 2 所示，箔片和編織屏蔽層的組合可提供出色的 EMI 性能，同時維持優異的撓性。

圖 2：Supra-Shield 結合箔片和編織屏蔽層，可達到卓越效能。(圖片來源：Alpha Wire)

耐久設計的導線

撓性纜線的導線應採用絞合設計，以確保使用壽命 (圖 3)。這種設計可分散撓曲產生的應力，而非集中在單點上，因此可減少金屬疲勞和斷裂風險。所有 Xtra-Guard Flex TPE 纜線均採用絞線設計，提供 10 至 20 AWG 尺寸與 2 至 12 條導線數。

圖 3：在此所示的絞合導線可分散應力，以減少金屬疲勞。(圖片來源：Alpha Wire)

結論

在佈線方面，活動式機械具有獨特的難題。要確保纜線可耐受這些應用及工作環境的嚴酷考驗，對於系統的使用壽命和可靠性來說至關重要。如本文所述，TPE 等材料具有出色的抵抗力和撓性，而 Alpha Wire 的 Supra-Shield 等創新屏蔽系統可在不犧牲耐用度的情況下，提供最佳的 EMI 效能。此外，在纜線中使用絞合導線，可確保承受應用的應力。