슬립링 – metoree本番管理

슬립링이란?

슬립링은 회전체 외부에서 전력이나 전기 신호를 전달할 수 있는 회전 커넥터를 말합니다.

회전체에 배치된 금속 링과 고정측의 브러시를 통해 전력이나 신호를 전달합니다. 회전체의 진동이나 응력, 축력을 측정하고 미세한 신호를 전송하여 제어용으로 활용되고 있습니다. 회전체에 전원을 공급하는 리드선의 역할로 활용되기도 합니다.

슬립링의 설치는 크게 두 가지가 있는데, 축단 장착형과 중공형입니다. 축단 장착형은 회전체 말단에 장착합니다. 중공형은 회전축에 링 블록을 끼워 넣는 방식입니다. 또한, 링과 브러시가 일체형인 타입과 링과 브러시가 분리된 타입도 있습니다.

슬립링은 저속 회전용부터 20,000rpm의 고속용까지 다양하게 출시되어 있습니다. 또한, 대응 가능한 전력도 3,000A 이상의 대전류도 있어 실험, 개발용에서 설비용까지 폭넓게 사용되고 있습니다.

풍력발전기, 공작기계, 원심분리기, 교반기, 로봇팔, 크레인, 감시카메라 및 헬리콥터, 턴테이블, 드럼 히터, 레이더 안테나 등의 회전체 히터와 모터의 전원 공급에 사용됩니다.

또한, 반도체 제조 장비, CT 스캔과 같은 의료기기, 비파괴 검사, 음향 장비 등 다양한 용도로 사용됩니다. 회전체의 온도, 변형, 토크 측정에도 사용됩니다.

회전체의 턴테이블 등의 회전축에 링 모양의 전극 부분(링 유닛)이 달려 있습니다. 링 유닛의 외주나 측면에 브러시 모양의 전극 부분이 접촉하고, 접촉한 부분을 접점으로 하여 전력과 신호를 전송하는 구조입니다.

링 유닛이 회전해도 브러시와 항상 접점을 가지기 때문에 안정적인 전력 공급과 신호 전송이 가능합니다. 링 유닛에는 베어링이 있어 브러시 쪽을 지지하고 있습니다.

슬립링의 링과 브러시의 접촉부에는 구리, 은 등의 귀금속을 사용하여 누수 등의 걱정 없이 접촉 저항을 안정화할 수 있습니다. 링에는 청동, 은, 금 등이 사용되며, 브러시 부분에는 탄소, 구리, 은 합금 등이 사용됩니다.

전력이나 신호 배선이 많은 경우 슬립 링도 필연적으로 커질 수밖에 없습니다. 또한 어느 정도 마모되기 때문에 정기적인 유지 보수가 필요합니다.

슬립링은 브러시가 접점 역할을 함으로써 회전체 위의 전기기기에서 고정측으로 송수신하는 역할을 합니다. 브러시가 항상 회전체와 접촉하고 있기 때문에 회전체가 360° 어느 위치에 있더라도 배선이 꼬이거나 샤프트에 엉키지 않고 송수신할 수 있습니다.

회전체측과 고정측과의 송수신이 필요한 신호 수에 따라 브러시(접점)의 개수는 달라집니다. 따라서 통신 장비가 많으면 많을수록 브러시 개수가 많아지고, 결과적으로 슬립링 전체가 거대해집니다.

이 경우 시리얼 통신이나 자동차에 사용되는 CAN 통신을 사용하면 브러시 수를 줄일 수 있습니다.

슬립링의 단점은 브러시 마모로 인한 접촉 불량이 발생할 수 있다는 점입니다. 브러시는 물리적으로 회전체와 접촉하기 때문에 노화로 인해 접촉 불량이 발생할 수 있습니다.

특히 실외에서 사용하는 장비의 경우, 밀폐된 케이스로 보호되지 않은 경우 먼지나 물의 침입으로 인해 브러시가 조기에 손상될 수 있습니다. 따라서 몇 년에 한 번씩 브러시를 청소하거나 윤활제를 발라 수명을 연장하는 것이 일반적입니다.

이때 사용하는 윤활유는 전도성이 있는 것을 선택해야 한다. 전도성이 없는 경우 브러시 부분에서 통전 불량이 발생하여 회전체 측과 고정체 측의 통신 불량이 발생할 수 있으므로 주의해야 합니다.

브러시 부분의 수명은 일반적으로 1,000만 회전~1억 회전 정도이며, 제조사에 따라서는 5억 회전 정도까지입니다. 수명이 긴 장비에 사용하는 경우, 주기적으로 브러시부의 유지보수가 필요합니다.