로봇 및 기타 고밀도 산업용 응용 제품에 적합한 신호 및 전력 커넥터

스마트 공장은 모듈식 로봇 기계 개념을 활용하여 분산형 인텔리전스 및 제어를 실현함으로써 점점 더 자동화되고 있습니다. 이러한 제어 기능의 물리적 분산을 실현하기 위해서는 최신 공장의 환경적 요구 사항에 부합하는 안정적이고 안전한 커넥터를 보장하는 전선과 케이블을 통한 연결이 필수적입니다. 이러한 커넥터는 낮은 저항, 정격 전류를 처리할 수 있는 적절한 접점 표면, 진동과 충격에 견딜 수 있는 강력한 잠금 메커니즘을 갖춰야 합니다. 또한 조립과 수정이 쉬워 신속한 업데이트와 변경이 가능해야 합니다.

이 기사에서는 산업용 로봇과 공장 자동화의 연결 요구 사항에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 그런 다음 TE Connectivity AMP에서 제공하는 커넥터 계열을 소개하고, 이러한 응용 분야의 전력, 신호, 신뢰성 및 안전 요구 사항을 지원하기 위해 그 기능을 활용하는 방법을 살펴봅니다.

스마트 공장이란 무엇인가요?

스마트 공장은 디지털 방식으로 상호 연결된 기계, 로봇, 로컬 센서를 사용하여 제어, 실시간 데이터 수집, 분석, 의사 결정을 내리는 통합화된 시설입니다(그림 1). 이러한 공장은 점점 더 분산되고 모듈화되고 있으므로, 변화하는 생산 요구 사항을 충족하도록 쉽게 재구성할 수 있습니다. 모듈식 조직은 생산 유연성을 높이기 위해 로컬 제어 및 더 작은 크기의 기계를 선호합니다.

그림 1: 스마트 공장에서는 네트워크에 연결된 기계, 로봇 및 상호 연결된 센서를 사용하여 효율적인 작동을 보장합니다(이미지 출처: TE Connectivity AMP).

이러한 시설은 독립 또는 협업 로봇(코봇)이 장착된 모듈식 작업 공간을 사용하며, 무인 운반 차량(AGV) 또는 자율 이동 로봇(AMR)과 같은 모바일 로봇들이 작업 공간 간에 제품을 이동합니다. AMR과 AGV는 고정형 로봇과 달리 이동성이 뛰어나며 작업 공간 사이에서 회전하고 이동할 수 있다는 장점을 제공합니다. AGV, AMR, 코봇이 함께 작동하는 경우, 생산 라인에서 각기 다른 작업이 별도의 셀 내에서 진행될 수 있습니다. 로봇이 작업 공간 간에 피벗할 수도 있고 필요에 따라 로봇을 재배치할 수도 있으므로, 전반적인 효율성이 향상됩니다. 이러한 작업 공간은 열악한 환경에 위치한 경우가 많으므로 설계자는 로봇 및 기타 자동화 기계가 고온, 습도, 먼지, 부식성 화학물질, 충격과 진동에 노출될 수 있다는 점을 고려해야 합니다.

센서는 모든 작업을 모니터링합니다. 설계에 따라, 센서를 유선으로 사용할 수도 있고 무선으로 사용할 수도 있습니다. 무선 센서는 일반적으로 산업용 사물 인터넷(IIoT)을 통해 연결됩니다. 모바일 로봇도 IIoT를 사용하여 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

전자 시스템에서 흔히 그렇듯이, 업계 트렌드는 로봇, 기계, 센서, 컨트롤러의 소형화를 지향하고 있습니다. 작은 크기와 가벼운 무게 덕분에 전력 요구 사항이 줄어들고, 더 많은 바닥 공간이 확보되어 생산량이 증대됩니다. 또한 이를 통해 부피 효율이 높은 부품을 필요로 하는 소형 인쇄 회로 기판(PC 기판)도 실현됩니다.

유연하고 안정적인 전력 및 신호 커넥터

전선 간, 전선 기판 간 또는 전선 패널 간 커넥터는 전력 및 제어 신호를 안정적으로 전달해야 합니다. 커넥터가 작아질수록, 간격이 좁아지며 컨덕터 피치가 더 미세해집니다.

모듈식 설계는 본질적으로 유연합니다. 따라서 커넥터 솔루션은 자동화된 시스템만큼이나 적응력이 뛰어나야 합니다. 유연성의 필요성에 따라, 커넥터는 조립 과정에서의 잘못된 결합과 충격 및 진동으로 인한 우발적인 분리 이 2가지 모두를 방지하는 안전하고 편리한 잠금을 보장하도록 설계되어야 합니다.

TE Connectivity AMP의 Dynamic 계열 커넥터는 고밀도가 필요한 산업용 신호 및 전력 회로의 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 이 커넥터는 2.6A ~ 100A의 전류와 125V ~1000V의 전압을 처리하는 여러 커넥터 계열을 통해 이러한 요구 사항을 충족합니다. 전류 및 전압 정격에 따라 이 커넥터는 1.8mm ~ 24.5mm의 컨덕터 피치를 통해 고밀도 상호 연결을 제공합니다.

가장 콤팩트한 Dynamic 커넥터는 Mini 계열입니다. 전선 기판 간 응용 제품을 위한 이 ,계열의 접점 피치는 1.8mm이며 핀 개수는 12접점, 16접점, 20접점으로 제공됩니다. 22AWG ~ 26AWG의 전선 크기를 수용하며, 3A에서 250V AC(VAC)를 처리할 수 있는 정격입니다.

그 예로는 접점이 2.75mm의 행 사이 간격으로 2열로 배열된 12접점 리셉터클 하우징인 1-2834461-2(그림 2, 위)를 들 수 있습니다. 커넥터의 크기는 길이 19.3mm, 너비 15.7mm, 높이 8.35mm입니다.

그림 2: 12핀 Dynamic Mini 케이블 기판 간 리셉터클(위)과 헤더(아래) 소자입니다(이미지 출처: TE Connectivity AMP).

리셉터클 하우징은 TE Connectivity AMP 2834464-5 리셉터클 접점으로 채워져 있습니다. 26AWG 전선을 수용하는 주석 도금 구리 합금 크림프 와이어 단자입니다. 250V_AC 또는 125V_DC의 작동 전압에서 3A를 처리할 수 있는 정격입니다. 각 접점은 잠금 랜스를 통해 하우징에 고정됩니다. 또한 하우징에는 매립형 보조 잠금 장치가 장착되어 있어, 접점 단자의 잠금 메커니즘에 추가적인 보안을 제공합니다.

리셉터클은 12핀 표면 실장 헤더인 1-2834465-2와 결합됩니다(그림 2, 아래). 헤더의 길이는 19.3mm, 너비는 12.3mm, 높이는 8.7mm에 불과합니다. 헤더에는 완전히 덮여 있는 사각형 단면의 주석 도금 접점 핀이 포함되어 있습니다.

커넥터 쌍은 잘못된 삽입을 방지하기 위해 키잉(keyed) 처리되어 있으며, 리셉터클과 헤더가 완전히 결합되면 청각 및 촉각 피드백을 제공하는 잠금 래치가 있습니다. 래치는 커넥터 상단 아래에 묻혀 있어, 실수로 래치가 풀리는 것을 방지합니다. 측면 페그는 헤더에 기계적인 지지를 제공합니다.

Mini 계열 커넥터의 작은 크기와 높은 신뢰성은 산업 환경뿐만 아니라, 더 높은 진동 저항이 필요한 로봇 공학 및 자동차와 같은 기타 응용 분야의 요구 사항도 충족합니다.

고전류용 커넥터

커넥터 크기가 더 커서, 더 높은 전류를 처리할 수 있습니다. Dynamic D1000 Slim 커넥터(그림 3)는 더 높은 전류가 필요한 경우에 사용될 수 있도록 설계되었습니다. 예를 들어 1-2366600-4는 2열, 4접점 플러그 하우징으로, 접점 피치가 2.7mm이고 행 사이 간격이 2mm입니다. 이 플러그 하우징은 전선 대 전선 인라인 연결을 위해 1-2366515-4 리셉터클 하우징과 결합됩니다. Mini 계열 커넥터와 마찬가지로, D1000에는 청각 및 촉각 피드백을 모두 제공하는 래치가 포함되어 있어 확실한 결합을 보장합니다. 리셉터클 및 탭 크림프 접점을 모두 사용할 수 있으며, 22AWG ~ 30AWG의 전선 크기를 처리할 수 있습니다. D1000 커넥터의 정격 전류는 선택한 전선 게이지에 따라 다르며 최대 8.3A입니다.

그림 3: 4접점 D1000 Slim 전선 간 커넥터 조립품입니다(이미지 출처: TE Connectivity AMP).

하우징은 적절한 결합을 보장하기 위해 수평 또는 수직 키잉으로 사용할 수 있습니다. 결합된 커넥터 세트의 크기는 길이 21.5mm, 너비 7.2mm, 높이 8.9mm입니다. 하우징에는 구성 및 배선 오류를 최소화하기 위해 행 식별과 키 유형이 모두 명확하게 표시되어 있습니다(그림 4).

그림 4: D1000 Slim 하우징에 사용되는 행 식별 및 키 방향 표시입니다(이미지 출처: TE Connectivity AMP).

현장 설치

Dynamic 계열에는 크림프 접점 버전 외에도 다양한 커넥터 유형이 포함됩니다. D-2970 계열(그림 5)과 같은 케이지 또는 스프링 클램프 커넥터도 제공됩니다. 크림프 접점 커넥터와 달리, 스프링 클램프 커넥터는 현장에서 쉽게 설치하거나 수정할 수 있습니다. 끝 절연이 제거된 전선을 커넥터 본체 전선 입력 포트에 삽입하면, 스프링이 장착된 클램프가 전선을 결합하여 제자리에 고정합니다. 릴리스 버튼을 누르면 삽입된 전선이 제거됩니다. 커넥터를 연결하거나 분리하는 데 공구가 필요하지 않습니다.

그림 5: 전선 기판 간 D-2970 계열 커넥터는 피복이 벗겨진 전선을 전선 입력 포트에 삽입하는 것만으로 배선이 가능하며 공구를 사용할 필요가 없습니다(이미지 출처: TE Connectivity AMP).

D-2970 계열의 예로는 2336491-4 4접점, 1열 헤더가 있으며, 2336488-4 4접점 리셉터클 커넥터와 결합하여 전선 PC 간 기판 조립에 사용할 수 있습니다. 커넥터 쌍은 5mm 접점 피치를 제공하고 14~24AWG 범위의 전선을 수용하며, 선택한 전선 게이지에 따라 최대 14A를 처리할 수 있습니다. 최대 300V의 전압에 대해 정격되어 있습니다.

헤더의 크기는 너비 22mm, 세로 34mm, 높이 18.7mm이며 리셉터클의 크기는 너비 24.9mm, 세로 14.8mm, 높이 9.8mm입니다.

결론

로봇 공학 및 공장 자동화를 위한 산업용 전력 및 신호 커넥터는 신뢰성, 안전성, 유연성 및 신호 무결성을 보장하기 위해 신중하게 선택해야 합니다. 설계자는 고밀도, 키형 하우징, 명확한 표시, 잠금 기능, 충격 및 진동 저항, 소형 크기 등의 기능을 제공하는 TE Connectivity AMP Dynamic 계열 커넥터를 사용하여, 광범위한 핀 구성의 제품들 중 가장 알맞은 옵션을 선택할 수 있습니다.