Elektryczne złącza obrotowe – slipringi, to urządzenia elektromechaniczne, które nieprzerwanie przesyłają energię i sygnały elektryczne z elementu statycznego do części obracającej się i odwrotnie. Takie urządzenia mają wiele nazw, w tym złącza obrotowe, elektryczne złącza obrotowe i slipringi.
Rozwiązanie to, dzięki swojej zdolności do ciągłego obrotu, znacznie upraszcza montaż i eliminuje potrzebę stosowania skomplikowanych systemów okablowania, które niosą ze sobą ryzyko uszkodzeń i przestojów. W rezultacie znacząco zmniejsza to również wymagania dotyczące konserwacji.
W zależności od technologii transmisji, slipringi mogą przesyłać energię, dane lub oba rodzaje sygnałów jednocześnie. Ich zdolność przesyłania energii waha się od mW do MW, w zależności od potrzeb aplikacji i konfiguracji, przesyłane dane mogą być cyfrowe lub analogowe, w tym dane o prędkości do 1 Gb/s w ramach sieci Ethernet.
Rodzaje slipringów
Biorąc pod uwagę szeroki zakres zastosowań złączy obrotowych, opracowano różnorodne technologie transmisji, które wykorzystują różne konfiguracje i materiały. Obecnie istnieją 4 główne typy technologii.
- Szczotki węglowe
- Ciekły metal
- Szczotki z włókien
- Technologie bezstykowe (np. pojemnościowe, indukcyjne)
Slipringi ze szczotkami węglowymi
Slipringi ze szczotką węglową są prawdopodobnie najprostszą konfiguracją. Są one używane przede wszystkim w aplikacjach o niskim poziomie zaawansowania technologicznego, zazwyczaj do przesyłania mocy lub prostych sygnałów. Szczotki składają się z bloków ukształtowanych tak, aby stykały się z pierścieniami. Materiał bloku może się różnić od klasycznego grafitu, służącego do przenoszenia mocy, do bardziej złożonych stopów metali szlachetnych, służących do transmisji sygnału. Szczotki są zwykle obciążone sprężyną, aby utrzymać kontakt z pierścieniami w przypadku wstrząsów i wibracji oraz w celu kompensacji zużycia. Technologia ta podlega szybkiemu zużyciu i wymaga regularnej konserwacji, aby zapobiec gromadzeniu się pyłu przewodzącego w złączu obrotowym.

Slipringi w technologii ciekłego metalu
Kiedyś był to najczęściej używany typ, ze względu na wysoką wydajność w małej obudowie. Nie wykorzystuje on konfiguracji szczotka/pierścień. Zamiast tego wykorzystuje przewodzący ciekły metal do przesyłania mocy i sygnałów między elementami statycznymi i obrotowymi. Najpopularniejszym ciekłym metalem wykorzystywanym w tym celu jest rtęć. Obecnie czasami stosuje się również stop galu (Ga).
Technologia ta jest jednak obecnie stosowana tylko na kilku rynkach ze względu na ograniczenia RoHS dotyczące stosowania metali ciężkich, a także dlatego, że metal jest toksyczny w przypadku wycieku.

Slipringi ze szczotkami z włókna
Jest to obecnie najczęściej stosowany typ szczotek ze względu na ich dużą elastyczność w użyciu, dzięki czemu nadają się one do szerokiego zakresu aplikacji. Mogą transmitować duże moce i sygnały o wysokiej częstotliwości. Szczotki mogą być jednowłóknowe dla niewielkich slipringów lub wielowłóknowe dla większych złączy. Slipringi ze szczotkami wielowłóknowymi oferują najdłuższą żywotność i jakość styku: zużycie i osadzanie się pyłu są zmniejszone ze względu na niskie tarcie między stykami.
Szczotki wielowłóknowe składają się z wiązki cienkich włókien metalowych, które zapewniają wysoką jakość styku przy niskim zużyciu. Również w tym przypadku, podobnie jak w przypadku technologii szczotek węglowych, można stosować różne materiały stykowe i podłoża w celu optymalizacji wydajności. Stopy stali i innych popularnych metali są zwykle stosowane do przenoszenia mocy, podczas gdy hartowany stop złota jest używany do transmisji sygnału. Złoto jest stosowane w tym drugim przypadku, ponieważ nie utlenia się, a jakość styku nie ulega pogorszeniu z upływem czasu.

Slipringi w technologiach bezstykowych
Bezstykowe złącza obrotowe to nowy rodzaj produktów. Działają one na zasadzie wykrywania pojemnościowego lub indukcyjnego. Przesyłają moc i sygnał poprzez wzbudzanie cewek z wysoką częstotliwością bez kontaktu między obracającymi się i statycznymi komponentami, które w razie potrzeby można również oddzielić specjalnymi materiałami. Ogólnie rzecz biorąc, są one mniej wydajne niż inne rozwiązania, a utrata wydajności jest wprost proporcjonalna do odległości między sprzężonymi komponentami. W rzeczywistości rozwiązanie to nie jest jeszcze bardzo rozpowszechnione. Jego główne zalety polegają na braku zużycia i możliwości zabudowy z wysokim stopniem ochrony. Z drugiej strony, mogą one przesyłać moc tylko do 150 W, mają niską sprawność i wymagają aktywnej elektroniki do wzbudzenia cewki. Transmisja danych w sieci Ethernet jest zazwyczaj zapewniana przez moduł Wi-Fi lub Bluetooth zintegrowany z elektroniką. Oznacza to, że każde połączenie Ethernet wymaga własnego modułu, a jeśli nie ma dostępnego rozwiązania komercyjnego, należy je opracować dla konkretnego zastosowania. Ten typ złącza obrotowego może być wykorzystywany w niszowych aplikacjach, charakteryzujących się wysoką prędkością obrotową i budową, która utrudnia dostęp w celu konserwacji slipringa.

Światłowodowe złącza obrotowe
Światłowodowe złącze obrotowe jest optycznym odpowiednikiem elektrycznego slipringa. Urządzenia te umożliwiają ciągły obrót jednego lub więcej włókien światłowodowych bez wpływu na sygnały przesyłane wzdłuż nich. Złącza światłowodowe są szeroko stosowane w aplikacjach medycznych i innych, w których niezbędne jest łącze światłowodowe przy ciągłym obrocie.

Źródło: What is a Slip Ring? – Servotecnica