スルーホールスリップリングを使用する理由

スルーホールスリップリングは、ケーブル、シャフト、または油圧ラインが中央の穴を通過できるようにしながら、継続的な電力と信号の伝送を可能にします。このスペース効率の高い設計により、回転機械の回転を絡めたり制限したりする可能性がある外部配線が不要になります。-

標準のスリップリングは機器の周囲に取り付けられるため、取り付けと配線のために追加のスペースが必要です。対照的に、スルーホールスリップリングは既存のシャフトまたはプロファイルに直接統合されます。ユニットを回転コンポーネントの上にスライドさせて固定します。-補助的な取り付け構造は必要ありません。

これは、機器を改造するときに最も重要です。既存の50mmドライブシャフトを備えた包装機は改造の必要がありません。 50 mm のボアを持つスリップリングを選択し、シャフト上でスライドさせて、回路を接続します。代替方法では、取り付け金具を追加するためにドライブトレインを分解する必要があります。

through hole slip ring

中空シャフト構造により、大幅なスペースの節約が実現します。標準のスリップリングには、取り付けブラケット、保護ハウジング、ケーブル配線経路が必要です。これらのコンポーネントにより、通常の設置ではマシンの設置面積が 40 ～ 60 mm 増加します。

スルーボア設計により、このオーバーヘッドが排除されます。中央の開口部には、冷却ライン、空気圧チューブ、光ファイバーケーブル、機械シャフトなどを通過する必要があるコンポーネントが収容されます。-医療用 CT スキャナは、患者サポートケーブルを表面実装ユニットの周囲ではなく、口径 70 mm のスリップリングを通して配線することにより、80- 120 mm の半径方向クリアランスを獲得します。

風力タービンは、その原理を産業規模で実証します。マルチ-発電機のスルーホールスリップリングは動力伝達を処理し、油圧ラインは同じ中央ボアを通過してブレードピッチを制御します。これらのシステムを分離するには、取り付けポイントが重複し、ナセルの体積が増加する必要があります。

360 度を超えて回転する機器は、ケーブルがねじれるという根本的な問題に直面します。数回回転すると、機械的ストレスによりワイヤの絶縁が劣化します。故障モードは、抵抗が徐々に増加し、信号が断続的に発生し、回路が完全に故障します。-

スルーホールスリップリングは、ブラシ{0}}と-の接触技術によってこの問題を解決します。固定ブラシは、回転数に関係なく、回転する導電性リングとの電気的接続を維持します。包装ラインは、毎日 24 時間、ケーブルの摩耗なしに 1 時間あたり 500 回転を完了できます。

運用上の影響は定量化できます。スリップリングのないワイヤーリールでは、3 ～ 5 回転ごとに手動でケーブルを巻き戻す必要があります。貫通穴スリップリングを使用すると、同じリールがメンテナンス間隔の合間に数か月間連続して動作します。生産スループットが向上し、必要な労働力が減少します。

従来のスリップリングを使用して機械を改造するには、多くの場合、大幅な分解が必要になります。取り付けポイントを作成し、ケーブルの配線を変更し、場合によってはドライブコンポーネントを変更する必要があります。産業用機器の設置時間は 4 ～ 8 時間です。

スルーボアスリップリングはこのプロセスを合理化します。取り付け手順には 3 つのステップが含まれます。リングをシャフト上に配置し、クランプねじで固定し、ワイヤ端子を接続します。通常、合計インストール時間は 45 ～ 90 分かかります。

注目すべきはクランプ機構。ほとんどの設計では、シャフトまたはプロファイルに圧縮されるラジアル止めネジが使用されます。中実シャフトの場合、取り付け穴にネジを切ると、振動に耐えるぴったりとした接続が作成されます。-ネジロック剤を滴下すると、高速運転時のネジの緩みを防ぎます。-

メンテナンスへのアクセスも同様のロジックに従います。ブラシアセンブリの交換が必要な場合は、クランプを緩め、ユニット全体をスライドさせてシャフトから外します。シャフトをベアリングから外したり、結合されているコンポーネントを取り外したりする必要はありません。これにより、メンテナンスの時間が数時間から数分に短縮されます。

through hole slip ring

スルーホールスリップリングは、標準構成で 3mm ～ 800mm のボア直径全体で動作します。ボア-と-の外径の比率は通常 1:2.5 から 1:4.5 の範囲であり、構造の完全性とスペース効率のバランスがとれています。

回路容量はサイズに応じて変化します。 25.4 mm ボアのユニットは通常、1 回路あたり 10 A で 6 ～ 12 回路を処理します。より大きな 158mm ボアモデルは、10A で 36 回路、または 2A で 108 回路をサポートし、より高い電流要件に合わせて並列接続が可能です。

動作速度は標準設計で 1,200 RPM に達しますが、実際の限界はアプリケーションによって決まります。 60 RPM で回転するセキュリティカメラは、温度制限をはるかに下回って動作します。 800 RPM での高速包装アプリケーションでは、ブラシの材質の選択と熱放散に注意する必要があります。-

ほとんどの産業用モデルの温度範囲は -30 度から +80 度までです。これは、冬には屋外の風力タービン、夏には密閉された機械に対応します。特殊ユニットは断熱スリーブを備えた高温蒸気用途向けに +150 度まで拡張します。

ブラシ-のインターフェースは耐用年数と信号品質を決定します。最新のスルーボアスリップリングは、回路ごとに複数の接触点を備えたファイバーブラシ技術を使用しています。これにより、シングルポイントカーボンブラシと比較して、より広い表面積にわたって摩耗が分散されます。-

貴金属接点は-通常は金-金または銀-銀の組み合わせ-です。磨耗を最小限に抑え、腐食に耐えます。金接点は、接触抵抗の安定性が重要となる低電流信号アプリケーションに適しています。-銀は、より低い電圧降下でより大きな電流を処理します。

電気ノイズレベルは接触品質を示します。 -適切に設計されたユニットは、50 RPM で接触抵抗を 70 ミリオーム未満に維持します。この低い抵抗により、データ伝送アプリケーションにおける信号の劣化が防止され、電源回路における I²R の発熱が軽減されます。

予想耐用年数は、ブラシの材質、接触圧、動作速度に応じて、5,000 万回転から 2 億 3,000 万回転の範囲です。 10 RPM で連続回転するデバイスの場合、1 億回転は約 19 年間の動作に相当します。

ロボティクスとオートメーション

回転するリストやターンテーブルを備えた産業用ロボットには、電力と制御信号の同時伝送が必要です。 6 軸ロボットアームでは、無制限の回転が必要な各ジョイントにスルーボアスリップリングが使用されます。中空シャフトにより、グリッパー作動用の空気圧ラインが電力ケーブルと同じ回転軸を通過できるようになります。

医用画像処理

CT スキャナは、高電圧の電力供給とギガビットのデータレートを維持しながら、患者の周りで X 線源と検出器を回転させます。{{1} 100mm 以上のボアを備えたスルーボアスリップリングは、50+ 回路を伝送しながら患者支持構造に対応します。この設計により、イメージング開口部を妨げるケーブルループが排除されます。

風力エネルギー

タービン発電機は二重給電非同期設計を採用しており、ローター巻線には外部電流が必要です。{0}連続 200 ～ 400A サービスに耐えるスルーボアスリップリングは、固定パワーエレクトロニクスを回転ローターコイルに接続します。同じボアにブレードピッチ制御用の油圧ラインが配線され、複数のシステムが統合されます。

CNCマシニングセンター

5 軸 CNC 機械の回転テーブルには、位置フィードバック、モーター電力、および冷却剤の供給が同時に必要です。回転テーブル軸に取り付けられた貫通穴スリップリングは、冷却剤ラインが中央穴を通過する間、電力伝送を処理します。この統合されたアプローチによりセットアップ時間が短縮され、外部ケーブル管理が不要になります。

侵入保護 (IP) 評価は、耐環境性を定義します。標準の貫通穴スリップリングは、IP51 保護機能を備えた状態で出荷されます。-防塵性と滴下水に対する耐性を備えています。これは屋内の産業環境に適しています。

屋外用途では、より高度な保護が求められます。 IP65 ユニットは噴流水や粉塵の侵入を完全に遮断し、風力タービンや海洋設備に適しています。 IP68 等級により、水中ロボットの浸漬が可能になりますが、特殊なシーリングが必要となり、コストが増加し、口径が制限されます。

ハウジングの材質は耐久性に影響します。 ABS プラスチックハウジングは、低コストで一般産業用途に適しています。金属ハウジング-通常はアルミニウムまたはステンレス鋼-）は衝撃に耐え、温度範囲を広げます。ステンレス鋼は、耐食性が重要となる食品加工または化学環境で必要になります。

スルーボアスリップリングは、適切な回路設計と材料により多様な信号タイプに対応します。電源回路には、電流容量の大きい銅リングが使用されています。信号回路には、データの完全性を維持するために正確なインピーダンス制御とシールドが必要です。

スリップリングを介したイーサネット伝送では、100 Mbps ～ 1 Gbps の機能を持つツイストペア回線を使用します。{0} CAT5e または CAT6 仕様が適用され、信号の劣化を防ぐために最大回転速度が制限されます。 100Mbps で PLC 通信を送信する包装機は、300 RPM で確実に動作します。

熱電対信号には特別な考慮が必要です。スリップリングの銅-から-への移行により熱電接合が生じ、測定誤差が生じます。メーカーは等温設計や基準接点補償を通じてこの問題に対処し、誤差を 0.5 度未満に低減しています。

高周波 RF 信号には、正確なインピーダンスマッチングが必要です。-同軸スリップリング回路は、慎重なリング形状と材料の選択により 50 オームのインピーダンスを維持します。アプリケーションには、回転レーダーアンテナや衛星通信システムが含まれます。

標準のボアサイズは業界の慣例に従い、12.7 mm、25.4 mm、38.1 mm、50 mm、およびそれ以上の増分になります。これらの標準化された寸法は、機械の一般的なシャフトサイズと一致しています。カスタムの穴径も利用できますが、コストと納期が増加します。

回路数の柔軟性により、単一ユニット内で電源回路と信号回路を混在させることができます。一般的な構成では、モーターとサーボドライブ用に 10A で 6 つの回路と、センサーと制御用に 2A で 12 つの回路を組み合わせることができます。メーカーは過熱を防ぐために総熱容量を指定しています。

フランジの取り付けオプションは、円形、四角形、カスタムパターンの間で異なります。フランジのスタイルは、マシンの取り付けインターフェイスと一致する必要があります。円形フランジはシンプルなクランプ取り付けに適しており、四角形フランジはインデックス位置決めのための回転位置合わせを提供します。

ケーブル長はステータ側、ロータ側ともに300mmが標準となります。ケーブルが長いとスペースが消費されて設置の柔軟性が低下し、ケーブルが短いと密集したアセンブリでの接続が複雑になります。入力と出力に合わせて色分けされたケーブルにより、設置が簡素化され、配線ミスが減少します。-

スルーボアスリップリングは多くの用途でメンテナンスフリーとなりますが、ブラシが摩耗すると最終的には修理が必要になります。{0}電気ノイズを監視することで早期に警告します-抵抗が 70mΩ から 120mΩ に増加すると、ブラシの劣化を示します。

ブラシの交換には通常、スリップリングの初期価格の 15 ～ 25% の費用がかかります。ブラシ自体は安価ですが、分解とテストの手間がかかるため、総サービスコストが増加します。計画的なダウンタイム中にメンテナンスを計画すると、生産への影響が軽減されます。

動作環境はサービス間隔に大きく影響します。清潔で温度管理された環境により、1 億回転を超える耐用年数が実現します。-ほこりの多い環境や振動の多い環境では、回転数が 30{7}}5,000 万回転に低下する可能性があります。{4} IP 定格のエンクロージャは過酷な条件下でも寿命を延ばしますが、初期費用がかかります。

カーボンダスト (カーボンブラシ設計) または金属粒子による汚染により、リング間に短絡が発生する可能性があります。定期的な検査と清掃により、この故障モードを防止できます。ファイバーブラシ技術により発生する破片が少なくなり、汚染が重要な用途における信頼性が向上します。

貫通穴スリップリングのコストは、製造の複雑さのため、等価回路数の標準スリップリングよりも高くなります。{0}}通常、20～40% 高くなります。 12 回路を備えた 25.4 mm ボアのユニットの価格は、仕様に応じて約 180 ドルから 350 ドルです。

コストの割増は、設置の簡素化とスペースの節約によって回収されます。取り付けブラケットとケーブル配線ハードウェアを排除すると、部品代が 50 ～ 150 ドル節約されます。設置時間が短縮され、3 ～ 6 時間の労力が節約されます。年間 50 台を生産する機械メーカーの場合、これは 10,000 ～ 20,000 ドルの節約に相当します。

高回転用途ではボア設計により運用コストが有利になります。{0}}ケーブル交換が不要になるため、ケーブルループに比べてメンテナンス間隔が 5 ～ 10 倍延長されます。ケーブルを四半期ごとに交換するパッケージングラインでは、1 サービスあたり 200 ドルの費用が年間 800 ドルかかります。 5 年間の耐用年数を持つスリップリングを使用すると、これが年間 160 ドルに削減されます。

カスタム構成では、リードタイムが標準ユニットの 2 ～ 4 週間から、カスタム設計の場合 6 ～ 10 週間に増加します。独自のボアサイズまたは回路要件を持つアプリケーションは、これらの遅延に直面します。開発中に標準ユニットを使用してプロトタイプを作成すると、プロジェクトが加速します。

まずはボアサイズから始めます-シャフトの直径を測定し、次の標準サイズを選択します。ボアが大きすぎるとアダプタースリーブが必要になり、取り付けが複雑になります。小さすぎると物理的に入りません。

予備を含む合計回路要件を計算します。アプリケーションに現在 8 回線が必要な場合は、交換せずに将来の追加に対応できるように 10 ～ 12 を指定してください。未使用の各回路の追加コストは最小限に抑えられますが、陳腐化は防止されます。

回路ごとの最大電流を慎重に考慮してください。 10A 回路を 9A で動作させると熱が発生し、寿命が短くなります。使用率が 80% になるように回路をサイズ設定します-5A 要件の場合は、10A 定格回路を使用する必要があります。

多くのアプリケーションでは、環境要因がコストの考慮事項を無効にします。気候管理された工場内の屋内ロボットは、IP51 保護に耐えます。{1}海洋環境の風力タービンには、追加コストにかかわらず、最低 IP65 が必要です。環境暴露による早期故障は、適切な初期仕様よりもコストが高くなります。

最新のユニットは、シールド回路を介して最大 1Gbps のイーサネットと USB プロトコルをサポートします。回転速度は信号品質に影響します-ギガビットイーサネットの場合、データ送信は最大 300-400 RPM まで確実に動作します。高速化には、インピーダンスが整合した特殊な設計が必要です。

標準的なメーカーは、産業用途向けに最大 800 mm のボアを提供しています。天体望遠鏡などの特殊な機器では、カスタム設計が数メートルにまで拡張されます。穴が大きくなると、構造の完全性を維持するために、それに比例してより大きな外径が必要になります。

無線ロータリージョイントは機械的摩耗を排除しますが、コストが 3-5 倍高く、伝送に大量の電力を消費します。これらは、密閉されたシステムや海底システムなど、メンテナンスへのアクセスが不可能な用途に適しています。スルーボアスリップリングは、アクセス可能な機器にとって優れたコストパフォーマンスを提供します。

シャフト上でリングをスライドさせるには、少なくとも一方の端からシャフトにアクセスできる必要があります。軸方向の取り外しを妨げるコンポーネントを備えたシャフト-（ベアリングハウジングや両端に連結されたギアボックスなど）-は、シャフトの分解が必要です。適切に取り付けるには、リングの軸方向寸法と取り付け金具に応じた適切なシャフト長も必要です。

スルーホールスリップリング