전선꼬임방지 회전형커넥터인 슬립링에 대한 종류별 장/단점 및 슬립링의 전반적 개념 설명

안녕하십니까. 산업용 부품을 소개하는 쿠크다스베이더입니다.

오늘은 구체적으로 슬립링이 무엇이며 그 종류는 어떻게 되는지 알아보도록 하겠습니다.

슬립링이라는 부품이 예전보다는 많이 대중화되었으나 아직 존재를 모르는 분도 계시고

정확한 원리를 몰라 적용에 어려움을 느끼시는 분들이 많아서 간단히 소개하는 시간을 가져보겠습니다.

"슬립링이란? (Sliprings)"

 

고정부와 회전부 사이에서 전선의 꼬임 없이 한 방향으로 무한 회전을 하면서 전원, 신호 등을 전달하기 위한 전기 전자부품입니다.

사용하고자 하는 용도(기구적, 전기적)에 따라 아주 다양한 종류의 슬립링이 존재하며 아래 사진을 통해 한 번 더 설명을 드리겠습니다.

 

인덱스테이블 혹은 로테이팅 스테이지 위에 전기 전자적인 부품이나 장비가 올라가게 되고 여기에 전원이나 신호를 전달해야 하는 경우 슬립링을 적용하지 않았을 때 

첫 번째 사진과 같이 회전을 계속하게 되면 전선이 꼬이고 결국 끊어지게 되어 부득이 일정 방향 회전 후 정지/반대 방향으로 회전을 해야 합니다.

생산성 측면에서는 많이 비효율적인 방법이며 이를 해결하기 위해 두 번째, 세 번째 사진과 같이 슬립링을 적용하고 있습니다.


​슬립링의 종류가 정말 다양한데 크게 두 가지로 나누자면 접촉식/비접촉식으로 말씀드릴 수 있겠으며 각각의 장단점이 존재하고 적용하고자 하는 장비의 특성에 맞게 적용이 되어야 하겠습니다.


과거 오랜 기간 접촉식 슬립링이 주로 적용되어 왔으며 현재까지도 제일 대중화되어 있으나 비접촉식의 경우 아직 대중화되기엔 시간이 좀 더 필요할 듯하네요.


그럼 여기서 비접촉식 슬립링의 장단점을 간단히 얘기하자면,

[장 점]

1. 고속 회전이 가능 (접촉식의 경우 기구적으로 접촉하며 회전을 해야 하다 보니 물리적 한계가 존재)

2. 오랜 수명 (접촉을 하며 회전을 하지 않음으로 접촉부의 마모가 있을 수 없음으로)

3. 효율적인 공간 활용
(비교적 좁은 공간에서 많은 접점 수 확보 가능)


[단 점]


1. 고용량의 전원 전달이 어려움
(아직 시중의 제품들은 전원용으로 적용하기엔 전기적 용량이 많이 떨어짐)

2. 신호 및 통신의 간섭
(슬립링만 장착되면 모르나 주변 전기 전자부품과 인접하게 되면 그 간섭으로 인해 정상적인 기능을 못할 수도 있음)

3. 높은 금액 (고속 회전 등의 이유로 꼭 사용해야 하는 경우가 아니라면 접촉식 슬립링에 비해 고가)


현재 제일 대중적으로 많이 사용되고 있는 접촉식 슬립링에 대해 좀 더 알아보겠습니다.

종류가 많아 다 설명은 못 드리니 제일 일반적인 구조로 설명을 드리겠습니다.

 

일반적인 슬립링의 경우 Shaft + Brush-Block으로 구성되며 상단의 그림처럼 Brush-Block의 브러쉬가 Shaft Module의 Ring에 걸쳐진 체로 Shaft 가 회전하면서 전원 및 신호를 전달하게 됩니다.

Shaft Module 각각의 Ring Trace는 Wire에 연결되어 Module로 사출되어 하나의 Module을 구성하게 되며 Brush Block 또한 Brush 별로 Wire에 연결되어 외부로 나오게 됩니다.

 

물론 제조사 및 슬립링 종류에 따라 그 방법이 다를 수 있으며 Shaft의 Ring 및 Brush 가 슬립링의 Quality를 결정한다고 봐야겠지요.

 

 

과거에는 주로 카본 재질의 Metal Ring/Brush를 많이 사용해왔으며 현재까지도 많이 적용 중에 있지만 여러 가지 단점으로 다른 종류의 슬립링으로 대체되고 있는 실정입니다.

 

 

[Carbon Brush 슬립링의 단점]

1. 넓은 단면적을 통해 전원 및 신호를 전달하다 보니 회전 시 접촉저항이 커서 신호용으로는 부적합

2. 면과 면이 맞닿으면서 회전을 하다 보니 가루가 발생하게 되고 이러한 가루가 전원의 순간적인 Hunting 및 심할 경우 접점 간 쇼트를 유발할 수 있음.

3. 가루를 주기적으로 닦아줘야 하는 유지 보수의 번거로움

4. 고속 회전이 힘듦

 

​

 

[Carbon Brush 슬립링의 장점]

1. 면과 면이 접하며 회전을 함으로써 고용량의 전원을 전달하기에 용이

2. 비교적 낮은 단가로 전원용으로만 사용 시 고려 가능 이러한 단점들을 보완할 수 있는 슬립링이 위 그림의 Fiber Brush / Monofilament 타입의 Brush를 적용한 슬립링 입니다.

멀티 접점(100접점 이상)이 가능하며 보다 깨끗한 신호전달/유지 관리가 편하다는 등의 장점이 많아 폭넓게 적용이 되고 있습니다.

그 외에도 특이한 슬립링을 하나 소개해드리겠습니다.

그건 바로..... 수은슬립링 입니다.

 

물론 접점 수의 한계 및 비교적 높은 단가 등의 단점도 있지만 앞서 소개 드렸던 슬립링들의 장점들을 모두 모아놓은 슬립링이라고 말씀드릴 수 있겠네요.

 

수은슬립링에 대한 장착사례 및 장점은 아래의 영상들을 통해 확인 가능합니다.

고용량의 전원 전달이 가능하며 액체형 금속인  수은을 그대로 통과를 하다 보니 접촉저항이 극히 낮아 신호용으로도 최고의 슬립링 이라고 말씀드릴 수 있겠습니다.


이에 갈수록 높아지는 센서 및 통신 스펙에 부합 가능한 제품으로 현재 포장기, 라미네이터, 소형풍력발전기, 도금라인, 반도체/2차전지 생산설비, 환편기를 포함한 각종 FA장비에 적용되고 있습니다.


사용조건만 맞는다면 성능적/경제적으로 최고의 선택이라고 말씀드릴 수 있겠습니다.

그 외에도 자사에서는 앞에서 언급한 비접촉식 슬립링 제품도 있습니다.

 

물론 위에서 소개해드린 모든 종류의 슬립링은 각자의 특성을 가지고 있고 사용하고자 하는 용도에 따라 선택적으로 알맞게 적용이 필요한 슬립링들입니다.


이상 오늘의 포스팅을 마치겠습니다. 

읽어주셔서 대단히 감사합니다.