깨끗한 신호 전송을 위한 와이어 브러시 슬립 링

와이어 브러시 슬립 링은 지속적으로 회전하는 인터페이스를 통해 전력, 신호 및 많은 경우 데이터를 전송합니다. 회전 시스템이 전통적인 카본 브러시 설계에서 생성되는 탄소 먼지 없이 컴팩트한 패키지에서 안정적인 접촉이 필요할 때 선택됩니다. 그러나 기본 업그레이드는 아닙니다. 고강도-전류 전송, 마모성 환경 또는 특수 RF 라인의 경우 다른 접점 설계가 더 적합한 경우가 많습니다.

이 가이드는 슬립 링 응용 엔지니어링 관점에서 작성되었습니다. 와이어 브러시 접촉이 어떻게 작동하는지, 어디에 위치하는지, 구매자가 실제로 무게를 측정하는 치수에 대해 카본 브러시 슬립 링과 비교하는 방법, 그리고 견적을 내기 전에 공급업체에 필요한 정보가 무엇인지 설명합니다. 선택 과정에서 가장 자주 묻는 질문에 대한 FAQ와 함께 현실적인 매개변수를 사용한 작업 예제가 마지막에 포함되어 있습니다.

와이어 브러시 슬립 링이란 무엇입니까?

와이어 브러시 슬립 링은 고정 구조물과 회전 구성 요소 사이의 전기 연결을 유지하는 전기 기계 어셈블리입니다. 이 기능은 모든 사용자가 공유합니다.전기 슬립 링; 차이점은 접촉에 있습니다.

각 전도성 링에 단일 탄소 블록을 누르는 대신 와이어 브러시 디자인은 가늘고 탄력 있는 전도성 와이어 묶음을 사용합니다. 각 와이어는 자체 접점이며 여러 와이어가 동일한 링에 동시에 연결됩니다. 이 다-접점은 설계의 전기적 및 기계적 동작 대부분의 원천입니다. 접촉 저항 변화 감소, 신호 라인의 전기적 잡음 감소, 전도성 탄소 먼지가 주변 메커니즘에 유입되지 않는 마모 프로필 등이 있습니다.

와이어 브러시 접점은 기술 문헌에서 파이버 브러시 또는 멀티{0}}파이버 브러시 접점이라고도 하며, 특히 아주 미세한 귀금속 합금 와이어가 낮은 레벨 신호 회로에 사용되는 경우-더욱 그렇습니다.

와이어 브러시 접촉이 실제로 작동하는 방식

슬립 링에는 고정 하우징(고정자)과 회전 샤프트 또는 슬리브(회전자)가 있습니다. 전도성 링은 회전하는 면에 위치합니다. 브러시 블록은 고정된 면에 위치하며 각 블록은 하나의 링을 누르는 와이어 묶음을 고정합니다. 로터가 회전함에 따라 전류 또는 신호는 브러시 와이어를 통해 링으로 전달되고 로터 밖으로는 회전 장비에 장착된 모든 장치로 연결됩니다.

대부분의 카탈로그에서 인정하는 것보다 더 중요한 세 가지 세부 사항은 다음과 같습니다.

• 유효 연락처 수.단일 탄소 블록에는 하나의 주요 접촉 패치가 있을 수 있습니다. 와이어 번들은 동일한 링에 10개에서 수십 개의 독립적인 마이크로{1}}접점을 가질 수 있습니다. 진동이나 오염으로 인해 일부가 일시적으로 들리더라도 다른 일부는 여전히 전도 중입니다. 이것이 센서, 인코더 및 저{4}}전압 디지털 라인에 와이어 브러시 접점을 매력적으로 만드는 이유입니다.
• 와이어당 접촉 압력.각 와이어는 가볍습니다. 총 수직력은 카본 브러시에 비해 낮기 때문에 접촉 표면의 마찰 토크와 열이 줄어듭니다. 단점은-단일 전선이 큰 전류를 전달할 수 없다는 점입니다. 높은-전류 회로는 병렬 링 또는 더 넓은 브러시 그룹으로 처리됩니다.
• 재료 페어링.브러시 와이어는 신호 회로용으로 일반적으로 귀중한{0}}금속 합금(은- 또는 금- 기반)인 반면, 링 표면은 보완 도금을 사용합니다. 페어링은 서비스 수명 동안 접촉 저항 안정성을 제어하며 슬립 링이 백만 번 회전한 후에도 여전히 사양을 충족하는지 여부를 결정하는 가장 큰 단일 요소입니다.

와이어 브러시 접점이 여전히 마모되어 있습니다. 거래는 "마모 없음" 대 "탄소 마모"가 아닙니다. - 하우징 내부에 남아 있는 미세한 금속 마모 대 주변 메커니즘으로 빠져나갈 수 있는 탄소 미립자입니다.
 

와이어 브러시 슬립 링이 그 자리를 차지하는 곳

와이어 브러시 디자인은 일반적으로 다음 중 하나 이상이 참일 때 지정됩니다.

• 시스템은 마모된 카본 브러시의 노이즈 플로어를 견딜 수 없는 저전압 신호, 인코더 피드백 또는 데이터 라인을 전달합니다.
• 주변 환경은 미립자(광학 시스템, 의료 영상, 반도체 취급, 클린룸)에 민감합니다.
• 수직 또는 방사형 공간이 좁고 짧은 스택 높이가 최대 전류 용량보다 더 중요합니다.
• 유지 관리 액세스가 좋지 않습니다. - 서비스가 개입되기 전에 장치를 수만 시간 동안 실행해야 합니다.
• 전원 회로와 신호 회로는 단일 소형 하우징을 공유해야 합니다.

주요 요구 사항이 회로당 수백 암페어인 경우, 환경이 심하게 마모되거나 화학적으로 부식되는 경우 또는 특수 솔루션(예:광섬유 슬립 링또는 데이터 링크에는 RF 로터리 조인트가 필요합니다.

와이어 브러시 대 카본 브러시 슬립 링

두 가지 연락 스타일 모두 작동합니다. 문제는 어느 것이 애플리케이션의 전기적, 기계적, 서비스 제약 조건에 맞는지입니다. 전통적인카본 브러쉬 슬립 링많은 중부하 회전 전력 응용 분야에서 여전히 정답입니다.{0}} 와이어 브러시는 다른 지형에서 승리합니다.

엔지니어링 참고 사항: 애플리케이션이 소량의 고전류 전력과 다수의 저전압- 신호 라인을 결합하는 경우 일반적으로 와이어 브러시 -를 결정하고 드물게 고전류 회로는 접점 전환 기술이 아닌 병렬 링을 통해 처리됩니다.

전기적 세부 사항이 중요한 일반 애플리케이션

일반 애플리케이션 카테고리는 나열하기 쉽습니다. 다음이 더 유용합니다. 각 장치에 필요한 일반적인 회로 조합과 사양을 주도하는 경향이 있습니다.

산업 자동화: 인덱싱 테이블, 로터리 필러, 라벨링 터렛

포장 라인의 회전식 인덱싱 테이블이나 라벨링 터렛에는 일반적으로 24V DC 제어 전원, 소수의 디지털 I/O 라인, 1개 또는 2개의 인코더 채널이 필요하며 때로는 필드버스 연결도 필요합니다. 와이어 브러시 접점은 신호 측에 적합합니다. 듀티 사이클이 높고(하루에 여러 교대) 유지 관리 기간이 짧습니다. 콤팩트관통-구멍 슬립 링와이어 브러시 접점 세트를 사용하는 것은 중앙 보어가 공압 또는 기계식 샤프트를 통과할 수 있도록 하기 때문에 일반적인 구성입니다.

감시, EO/IR 및 팬{0}}틸트 카메라 플랫폼

지속적으로 회전하는 카메라 플랫폼은 DC 전원, 모터 드라이브 라인, 제어 신호 및 비디오 또는 이더넷 링크를 전송합니다. 신호 무결성이 사양을 좌우합니다. 모든 접촉 소음은 이미지 아티팩트 또는 패킷 손실로 나타납니다. 결정은 "어떤 유형의 브러시"인지가 아니라 - "어떤 차폐 전략과 채널 분리가 필요한지"입니다.

로봇 공학, ROV, UAV 짐벌 및 회전 엔드 이펙터

여기서는 작고 낮은-토크 설계가 가장 중요합니다. EOAT를 운반하는 로봇 손목은 무거운 슬립 링을 감당할 수 없습니다. 와이어 브러시 접촉의 낮은 마찰 토크와 작은 엔벨로프는 다음과 같은 결정 요인입니다.USB 또는 이더넷 신호 채널페이로드의 경우.

테스트 및 측정 설비

회전식 테스트 고정 장치, 계측 동력계, 자동차 부품 테스트 장비는 낮은{0}}레벨 아날로그 신호, 열전대 입력, 때로는 고속-디지털 라인을 전달합니다. 접촉 소음은 적입니다. 슬립 링 내의 재료 페어링 및 차폐는 브러시 폼 팩터 자체보다 더 중요합니다.

감시 레이더, 안테나 및 회전 통신 플랫폼

안테나 포지셔너는 단일 회전 조인트에서 전력과 신호를 결합하는 경우가 많으며 때로는 고주파수 경로를 위한 전용 RF 회전 조인트와 함께 사용되기도 합니다.- 와이어 브러시 접점은 낮은-주파수 신호와 DC 전력을 깔끔하게 처리합니다.

와이어 브러시 슬립 링을 지정하는 방법

올바른 견적을 얻는 가장 빠른 방법은 제조업체에 문의하기 전에 6가지 차원에 걸쳐 애플리케이션을 정의하는 것입니다. 그 중 하나를 건너뛰는 것은 첫 번째 프로토타입 이후 재설계의 가장 일반적인 원인입니다.

1. 모든 회로를 별도로 나열

공급자에게 "10개 회로"와 같은 단일 숫자를 제공하지 마십시오. 항목별:

• 회로의 기능(모터 전원, 제어, 인코더 A/B/Z, 이더넷 쌍, 비디오 등)
• 연속 전류 정격 및피크/돌입 전류- 돌입 수치는 모터 및 솔레노이드 라인의 접점 크기를 결정합니다.
• 전압, AC 또는 DC 및 필수 절연
• 라인이 차폐되었는지 여부 및 차폐가 케이블과 함께 회전해야 하는지 아니면 하우징에서 종료되어야 하는지 여부

연속 전류와 피크 전류가 혼동되면 결과 설계가 과열되거나 필요한 것보다 더 높은 비용으로 초과 지정-될 것입니다.

2. 신호 및 데이터 유형을 정확하게 정의

"신호를 전달해야 합니다"는 사양이 아닙니다. 각 회선의 프로토콜, 속도 및 전기 표준을 식별합니다. 일반적인 사례에는 아날로그 0~10V 또는 4~20mA 센서 출력, RS-485 또는 CAN 버스, Profinet, EtherCAT, 100Base{10}}TX, 1000Base{11}}T, 비디오(HD-SDI, 아날로그 복합, GigE Vision) 또는 RF가 포함됩니다.

특히 이더넷은 단일 사양이 아닙니다. 100Mbps 고속 이더넷용으로 설계된 슬립 링이 반드시 통과하는 것은 아닙니다.기가비트 이더넷내부 임피던스 제어, 쌍 간의 누화 제어 및 적절한 차폐 없이 회전 접촉 경로에서. 전송 요구 사항은 다음에 정의되어 있습니다.IEEE 802.3 표준, 이러한 요구 사항에 대해 특성화되지 않은 슬립 링은 링크를 지원한다고 가정할 수 없습니다.

엔지니어링 참고 사항: 채널 레이아웃이 허용할 때마다 모터 및 솔레노이드 회로에서 이더넷 쌍을 멀리 배치하십시오. 혼합이 불가피한 경우 차폐 전략이 중요한 설계 선택이 됩니다. - 이 실제 개요를 참조하세요.슬립 링 신호 전송을 위한 차폐 솔루션.

3. 속도 및 듀티 사이클 확인

슬립 링은 일반적으로 연속 RPM으로 평가되지만 듀티 사이클에 따라 수명이 결정됩니다. 20RPM으로 연속적으로 회전하는 기계는 하루 24시간 내내 작동하는 300RPM 시스템보다 1년에 더 많은 회전수를 축적합니다. 제공하다:

• 최대 및 일반 RPM
• 연속운전 vs 간헐운전
• 방향(단- 또는 양방향)
• 수명이 다할 때까지 예상되는 총 작동 시간 또는 총 회전 수

4. 기계 봉투 지정

슬립 링이 준수해야 하는 모든 기계적 제약 조건을 나열하세요. 외경, 전체 높이, 필요한 관통 구멍 크기(있는 경우), 장착 인터페이스, 케이블 출구 방향 및 길이, 커넥터 기본 설정, 로터에 허용되는 토크 등이 있습니다. 수직 공간이 좁은 경우팬케이크 슬립 링와이어 브러시 접촉 방식은 적층형 원통형 디자인보다 더 잘 맞을 수 있습니다.

5. 환경 설명

작동 온도 범위, 습도, 먼지, 세척, 진동, 충격, 고도 및 부식성 대기는 모두 재료 선택, 밀봉 및 접점 페어링에 영향을 미칩니다. 필요한 침투 보호는 아래에 정의된 IP 코드로 명시되어야 합니다.IEC 60529; 각 숫자가 실제로 무엇을 의미하는지에 대한 내용은 다음을 참조하세요.슬립 링 IP 등급 해석.

6. 표준과 맞춤형 사이에서 조기 결정

표준 카탈로그 모델은 배송이 더 빠르고 저렴합니다. 에이맞춤형 슬립 링기계적 엔벨로프, 회로 혼합 또는 환경이 기본 부품-으로 처리될 수 없는 경우 정당화됩니다. 이는 종종 소형 혼합 전력-및-신호 설계의 경우입니다. 절충안은-다음 문서에서 더 자세히 다룹니다.표준 대 맞춤형 슬립 링.

선택 체크리스트

RFQ를 발행하기 전에 다음 목록의 각 항목에 답변할 수 있는지 확인하십시오.

• 기능별로 분류된 회로 수
• 각 회로에 대해: 연속 전류, 피크/돌입 전류, 전압, AC 또는 DC
• 신호 프로토콜 및 속도(인코더 유형, 필드버스, 이더넷 속도, 비디오 표준, RF 주파수)
• 회로당 차폐 및 접지 요구 사항
• 최대 RPM, 일반 RPM, 듀티 사이클, 방향
• 시간 또는 회전 단위의 목표 서비스 수명
• 외경, 전체 길이, 관통-보어 크기, 장착 스타일
• 케이블 출구 방향, 케이블 길이, 커넥터 유형
• 작동 온도 범위
• IEC 60529에 따른 필수 IP 등급과 세척 또는 화학물질 노출
• 진동 및 충격 환경
• 규정 준수 요구 사항(UL, CE, 군사, 의료 등)

작업 예: 전원 및 기가비트 이더넷을 갖춘 회전 검사 플랫폼
 

아래 매개변수는 예시입니다. - 이는 단일 고객 프로젝트가 아닌 자주 볼 수 있는 구성을 반영합니다.

• 애플리케이션:지속적으로 회전하는 광학 검사 터렛, 실내 클린룸-인접 구역
• 로터 페이로드:산업용 카메라, 링 라이트, 제어 보드, 주변 온도 센서
• 회로:2 × 5 A 연속 DC 전원(24 V), 1 × 기가비트 이더넷(4 연선), 2 × 디지털 I/O, 1 × 열전대 입력
• RPM:60RPM 연속, 양방향
• 듀티 사이클:하루 22시간, 주 6일
• 기계적 봉투:사용 가능한 스택 높이 50mm, 공압 라인의 관통 보어 25mm
• 환경:15~30도, 낮은 먼지, 세척 없음, IP54 충분
• 목표 서비스 수명:서비스 개입 전 최소 8,000시간

적합한 구성은 24V 전원 링과 분리된 내부 차폐 전용 채널로 라우팅되는 이더넷 쌍이 있는 관통형 보어 와이어 브러시 슬립 링입니다. 열전대 라인은 전원 링 하우징 반대쪽에 있는 낮은{3}}레벨 신호와 그룹화됩니다. 브러시 재료는 신호 측의 귀중한-금속 합금이고 두 개의 전원 링에 있는 더 무거운-듀티 쌍입니다.

이 예에서 설명하는 것은 와이어 브러시 접점이 일반적으로 "이더넷을 지원"한다는 것이 아니라 - 링크가 지속적으로 회전하는 접점에서 작동하도록 하려면 특정 채널 레이아웃, 차폐 계획 및 재료 쌍을 설계해야 한다는 것입니다.

일반적인 사양 실수

• 회선 수를 유일한 숫자로 취급합니다.두 개의 12회로 슬립 링 중 하나는 돌입 전류에 적합한 크기이고 다른 하나는 그렇지 않은 경우 완전히 다른 수명을 가질 수 있습니다.
• 속도 없이 "이더넷"을 지정합니다.100Base-TX와 1000Base-T는 슬립 링 내의 임피던스 제어 및 누화에 대한 요구 사항이 다릅니다.
• 환경을 과소평가합니다.벤치탑 프로토타입에서 작동하는 부품은 냉각수 연무 근처나 매일 응결 주기가 있는 실외 인클로저에 설치하면 몇 달 안에 고장날 수 있습니다.
• 표준 모델이 탑재된다고 가정합니다.케이블 출구 방향, 커넥터 유형 및 토크 범위는 종종 명백한 카탈로그 일치를 배제합니다.
• 고전류 전력을 위해 와이어 브러시를 기본으로 사용-함.수백 암페어의 강력한-단일 회로는 대부분의 경우 여전히 카본 브러시 영역입니다.