JP2018509873A - コンベアベルトで駆動される発電機 - Google Patents

Abstract

発電機は、中心軸線を有するステータと、ロータとを有する。ステータは、コンベアベルト支持構造の一部で支持されるように構成されかつ適用される。ステータは、中心軸線に整合し、コンベアベルトローラのシャフトの少なくとも一部を受入れるように構成されかつ適用される開口を有する。ロータは、ロータ及びコンベアベルトローラが中心軸線の回りを共同して回転できる様式で、コンベアベルトローラに接続されるように構成されかつ適用される。ロータは、ステータを囲み、複数の永久磁石を有する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許出願番号第１４／６４０，８１０号、表題「Ｃｏｎｖｅｙｏｒ Ｂｅｌｔ Ｄｒｉｖｅｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」、２０１５年３月６日出願の優先権を主張するものであり、その開示の全体が参照することにより、本願に包含される。

連邦政府により支援される研究または開発に関する陳述
適用無し

付属書
適用無し

発明の背景
発明の分野
本発明は、発電機及びこれに関連する方法に関連する。より具体的には、本発明は、バルク材料のコンベアベルト組立体のコンベアベルトローラに取付けられ、このローラの回転で駆動されるように構成される発電機に関連する。

全体的な背景
バルク材料のコンベアベルト組立体に沿う種々のポイントに種々の目的で電気を供給する必要のあることがよくある。このような目的の１つは、コンベアベルト組立体の種々の部材の動きをモニタするためである。しかし、バルク材料のコンベアベルト組立体には、何マイルも長いものがある。このようなコンベアベルト組立体の極端な長さのため、コンベアベルトの全長に沿って電線を延設することにより、電気を供給することが実際的でないことがよくある。

この問題に対処するため、コンベアベルトの動きで駆動される発電機が使用されてきた。いくつかの場合には、コンベアベルト組立体の遊動ローラが、発電機の内側に取付けられた特別なローラで置き換えられている。しかし、このような特別なローラをコンベアベルト組立体内に用いることは、いくつかの欠点を有する。これは、特別なタイプのローラの製造及び生産を必要とする。更に、発電機が特化したローラサイズ内にある場合は、ローラが適正な動作を停止する可能性、及び／または、摩擦が火災の危険を生じさせる可能性がある。

他の場合には、標準の発電機は、機械エネルギを発電機に伝達する種々の駆動シャフトを配置することにより、コンベアベルトを介して駆動されている。しかし、このような構成も、いくつかの重大な欠点を有する。コンベアベルト組立体は、鉱石等の埃っぽいバルク材料を搬送することが多い。したがって、塵埃が駆動シャフト及び発電機に堆積する傾向がある。これは、最終的には発電機の故障を生じさせる複数の作動上の問題となることが多い。

発明の概要
本発明は、発電機を使用するコンベアベルト組立体に現在存在する問題のいくつかに対処し、解決する。本発明の発電機は、従来のコンベアベルトの遊動ローラに直接接続される。更に、発電機のロータは、発電機のロータとステータとの間の抵抗トルクが閾値トルクを超え、または、発電機が完全に動かなくなる場合に、その遊動ローラに対して回転方向にスリップするように構成するのが好ましい。この利点及び他の利点が、本発明により提供される。

本発明の１つの態様では、バルク材料コンベアベルト組立体の回転するコンベアベルトローラから電気を起こす発電機は、ステータとロータとを有する。ステータは、中心軸を有し、コンベアベルト支持構造の一部により、ステータの第１軸端から支持されるように構成されかつ適用される。ステータは、ステータがコンベアベルトローラの端部を、コンベアベルト支持構造の一部から構造的に支持することができるような様式で、コンベアベルトローラの端部を支持するように構成されかつ適用される対向する第２軸端を有する。ステータは、更に、中心軸線の回りで周方向に離隔した電機子巻線を有する。ロータは、ステータを囲み、ロータがステータの回りをコンベアベルトローラで回転駆動できるような様式で、コンベアベルトローラに作動可能に接続されるように構成されかつ適用される。ロータは、ステータの中心軸線の回りで周方向に離隔する複数の永久磁石を有する。

本発明の他の態様では、コンベアベルトローラは、主ボディと発電機とを有する。主ボディは、コンベアベルト組立体のコンベアベルトに係合するように構成されかつ適用され、回転軸線を確定する円筒状外面を有する。発電機は、主ボディの軸端部分に接続され、ステータとロータとを有する。ロータは、回転軸線の回りをステータに対して回転するように構成されかつ適用される。ステータは、回転軸の回りで周方向に離隔した複数の電機子巻線を有する。ロータは、円筒状の外面と複数の永久磁石とを有する。ロータの円筒状外面及び主ボディの円筒状外面は、等しい径を有する。永久磁石は、回転軸線の回りで周方向に離隔する。ロータの円筒状外面及び永久磁石は、ステータの電機子巻線を囲む。主ボディは、ローラの回転でロータをステータに対して回転駆動できるような様式で、ロータに接続される。

本発明の更に他の態様は、発電機を介して、支持構造からコンベアベルトローラを支持することに向けられている。発電機は、ロータとステータとを有する。ロータは、ステータの回りを回転するように構成される。本方法は、コンベアベルトローラの軸端部分を、ステータの軸端部分を介して支持することを包含する。本方法は、更に、ステータがコンベアベルトローラを支持構造から間接的に支持する様式で、ステータの対向する軸端を支持構造から支持することを包含する。

本発明の更なる特徴及び利点、ならびに、本発明の作動は、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

本発明による発電機を含むコンベアベルト組立体の一部の斜視図を示す。 図１に示すコンベアベルト組立体の前面図を示す。 明瞭にするためにコンベアベルトを省略した状態の図１及び２に示すコンベアベルト組立体の斜視図を示す。 図１〜３に示す発電機及びローラ組立体の展開図を示す。 図１〜４に示す発電機の断面図を示す。 永久磁石またはロータで囲まれたステータの一部の斜視図を示す。

明細書内及び図面内の参照番号は、対応する事項を示す。

詳細な説明
本発明による発電機１０の好ましい実施形態を図に示す。発電機１０は、ステータ１２とロータ１４とを有する。発電機１０は、更に、複数の永久駆動磁石１６、ドライブドグ１８及びドライブカップリング２０を備えることが好ましい。

ステータ１２は、中心軸線２２、中央シャフト２４及び電機子巻線２６を有する。ステータ１２は、コンベアベルト支持構造２８の剛性部分で支持されるように構成されかつ適用されている。ステータ１２は、ステータのシャフト２４を介してコンベアベルト支持構造２８の一部により支持される。電機子巻線２６は、ステータ１２のシャフト２４から延びかつ取り囲む電機子ティース３０の回りに巻かれる。軸方向通路３２がステータ１２のシャフト２４を通して延び、巻線２６に接続されるリード線３４の管路として作用する。リード線３４は、発電機１０から延び、発電機から電気を送出する。ステータ１２のシャフト２４の反対側軸端は、中心軸線２２と整合する凹部３６を有する。凹部３６は、コンベアベルトローラ３８のシャフトの端部を受入れかつ支持する（以下により詳細に説明するように）ように構成されかつ適用されており、円筒状、六角形状またはシャフトの端部を支持するために適した他の任意の形状とすることができる。したがって、ステータ１２は、コンベアベルト支持構造から、コンベアベルトローラの１つを支持するように適用される。ステータ１２は、更に、ステータ１２のシャフト２４に強固に取付けられる（好ましくは、圧入または接着剤を介して）第１端部キャップ４０及び第２端部キャップ４２を有するのが好ましい。

ロータ１４は、外側円筒状ケース４４と複数の永久磁石４６とを有する。永久磁石４６は、円筒状ケース４４の内面に取付けられ、ステータ１２の中心軸線２２の回りで互いに周方向に離隔して配置される。ロータ１４は、更に、第１内側キャップ４８と、軸方向に離隔した第２内側キャップ５０とを有する。第１及び第２内側端部キャップ４８，５０は、ステータ１２のシャフト２４に向けて半径方向内方に延びるが、しかし、環状間隙を形成するようにシャフトに係合する手前で終端する。

ステータ１２に対するロータ１４の組立ては、一対の軸受５２と、一対の環状弾性シール５４と、少数のｃクリップ／ｅクリップ５６とを使用する。ロータ１４をステータ１２に組み付ける前に、最も内側のｃクリップ５６を、ステータのシャフト２４に形成した環状溝にはめ込むことができる。この後、その第１及び第２端部キャップ４０，４２を除いてステータ１２を完全に組立て、その第１及び第２内側キャップ４８，５０を除いてロータ１４を完全に組立てた状態で、ロータをステータの回りに軸方向に摺動させる。軸方向に位置決めされると、ロータ１４の永久磁石４６が電機子ティース３０及びステータ１２の巻線２６を囲む。この後、ロータ１４の第１及び第２内側キャップ４８，５０を、ケースの内面に形成されたストッパ（これは、内側キャップを軸方向に正確に位置決めする）に当たるまで、ロータの円筒状ケース４４内に摺動させることができる。内側キャップ４８，５０は、この後、円筒状ケース４４内に圧入するのが好ましい（これに代え、内側キャップを円筒状ケースに取付ける他の方法を使用することもできる）。次に、ロータの内側キャップ４８，５０とステータ１２のシャフトとの間の環状間隙内に、軸受５２を挿入する。内側ｃクリップ５６が軸受５２の過度の進入を阻止する。この後、外側ｃクリップ５６を、ステータ１２のシャフト２４に形成された追加の環状溝内に嵌めこみ、軸受５２を軸方向所定位置に固定する（これは、更に、ステータ１２に対してロータ１４を軸方向所定位置に固定することになる）。更に、この段階で、シール５４を、ケースの内面に形成された追加ストッパに当たるまで、ロータ１４の円筒状ケース４４内に滑り込ませることができる。上記を完了した状態で、ステータの端部キャップ４０，４２を、外側ｃクリップ５６に係合するまで、シャフト２４上に軸方向に圧入することができる（この点で、これらは、更にシール５４に係合し、僅かに圧縮する）。端部キャップ４０，４２をシャフト２４上に圧入した状態で、ステータ１２に対するロータ１４の組み付け工程が完了する。

ドライブドグ１８は、半径方向突起を設けたリング状であり、ドライブカップリング２０は、ドライブドグを囲むように構成される。両者を合わせた状態で、ドライブドグの半径方向突起及びドライブカップリングは、ロータ１４の円筒状ケース４４内に形成された対応する凹部と噛合うように構成される。したがって、ロータ１４は、ステータ１２に対してドライブドグ１８と共に回転するように構成される。ドライブカップリング２０は、ポリウレタンまたは他のかなりの弾性材料で形成される。トルクの振動を吸収すること（後述する）に加え、ドライブカップリングは、ドライブドグ１８と外側ケース４４との間の製造公差を構成することができる。ドライブ磁石１６は、ロータ１４から離隔する方向を向くドライブドグ１８の軸方向側に形成された凹部内に固定される。ドライブ磁石１６は、周方向に離隔しかつステータ１２の中心軸線２２を囲むことが好ましい。

発電機１０は、ローラ３８のシャフト５８をステータ１２のシャフト２４に形成された凹部３６内に挿入することにより、コンベアベルトの遊動ローラ３８（これは、軸対称であるのが好ましい）に接続される。これに続いて、ドライブ磁石１６は、ローラとドライブとの間にねじり摩擦を生じさせる様式で、ドライブドグ１８をローラ３８の主円筒状ボディ６０に磁気的に取付ける。したがって、ローラ３８が回転すると、抵抗トルクがねじり摩擦に打ち勝たない限りは、ねじり摩擦を介して発電機１０のロータ１４をそれと共に回転させる。これは、ロータとステータ１２との間の回転摩擦がねじり摩擦を越えたときに、ローラ３８に対してロータ１４が回転方向にスリップするのを可能とする。

ローラ３８及び発電機１０の組立体は、この後、ローラ３８のシャフト５８及びステータ１２のシャフト２４を介して、コンベアベルト支持構造２８に固定することができる。したがって、コンベアベルト支持構造２８に固定されたときに、ローラ３８のシャフト５８の一方の軸端は、支持構造２８で直接支持され、ローラ３８のシャフト５８の他方の端部は、発電機１０のステータ１２を介して間接的にこの構造に支持される。ロータ１４の円筒状外側ケース４４は、ローラ３８上のコンベアベルト６２が発電機１０の方向に軌道を外れた場合に、ベルト６２が発電機１０のロータ１４上に部分的に乗るように、ローラ３８の円筒状主ボディ６０の径と相応する径を有することが好ましい。

上記に鑑み、コンベアベルトがローラ３８に乗り上げたときに、発電機１０のロータ１４がローラと共に回転し（上述のように、回転方向にスリップしない限り）、これにより、ステータ１２の巻線２６に交流電流が発生する（これを、電力を必要とするものに、リード線が送出する）ことが理解される。これが生じるときに、ステータ１２の回りにロータ１４を駆動するために必要なトルクは、ステータの巻線２６に対するロータの磁石４６の回転位置にしたがって僅かに変化する。この不均一なトルクは、このような剛性部材が互いに直接係合する場合に、ドライブドグ１８とロータ１４のケース４４との間にコギングを生じる可能性がある。このようなコギングは、ドライブドグ１８を急速に摩耗させる可能性がある。しかし、ドライブカップリング２０はポリウレタンで形成されているため、かなりの弾性があり、ドライブドグ１８と外側ケース４４との間の不均一なトルクを吸収し、これにより、このような摩耗を防止する。

上述に鑑み、本発明は、従来技術を越えるいくつかの利点を有することが認められる。

本発明の範囲から逸脱することなく、ここに記載し、説明した構造及び方法に種々の変更を行うことが可能であるため、上述の説明に包含され、添付図面に示される全ての事項は、制限することよりも、むしろ説明として解釈すべきことを意味する。例えば、好ましい実施形態のドライブドグはロータの外側ケースとは異なっているが、ドライブドグは、ロータの外側ケースと一体にまたは永久的に結合される様式で形成することも可能である。代替的に、ドライブドグは、コンベアベルトローラの延長部とし、ロータに対して回転方向にスリップするように構成することも可能である。更に、発電機は、発電機がコンベアベルトローラと一体の様式に形成することもできる。このような実施形態では、ロータケースは、ローラの主ボディの一体的な延長部とすることも可能である。したがって、本発明の幅及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかに制限されるべきものではなく、添付した以下の請求の範囲及びその均等物にしたがってのみ確定されるべきものである。

本発明の部材を請求の範囲または発明の例示的な実施形態の上述の説明に導入したときに、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｈａｖｉｎｇ」の用語は、拡張可能なことを意図したものであり、列挙した部材以外の追加部材としてもよいことを意味することを理解すべきである。更に、用語「部分」は、適格性を有する事項または部材の一部または全てを意味するとして解釈すべきである。更に、第１、第２及び第３等の識別名の使用は、制約間におけるいかなる相対的位置または時系列を与える様式にも解釈すべきではない。更に、後の請求の範囲のあらゆる方法のステップが与えられる順序は、そのような順序が本質的である場合を除いて、そのようなステップを実行しなければならない順序を制限する様式で解釈すべきではない。

Claims (14)

1. バルク材料用コンベアベルト組立体の回転するコンベアベルトローラから電気を起こす発電機であって、前記発電機は、
   中心軸線を有し、ステータの第１軸端によりコンベアベルト支持構造の一部で支持されるように構成されかつ適用されるステータを備え、前記ステータは、コンベアベルトローラの端部を、前記ステータが前記コンベアベルトローラの前記端部を前記コンベアベルト支持構造の前記一部から構造的に支持することができるような様式で、支持するように構成されかつ適用される対向する第２軸端を有し、前記ステータは、更に、前記中心軸線の回りで周方向に離隔する電機子巻線を有し、
   ステータを囲むロータを備え、前記ロータは、前記ロータが前記ステータの回りを前記コンベアベルトローラにより回転駆動できるような様式で、前記コンベアベルトローラに作動可能に接続されるように構成されかつ適用され、前記ロータは、前記ステータの前記中心軸線の回りで周方向に離隔した複数の永久磁石を有することを特徴とする発電機。
2. 前記ステータは、電気リード線と、その第１軸端から軸方向に延びるシャフトとを有し、前記シャフトは、前記前記ステータを前記コンベアベルト支持構造の一部から支持するように構成されかつ適用され、軸方向通路を有し、前記電気リード線は、前記電機子巻線に作動可能に接続され、前記シャフトの軸方向通路を通して延びる、請求項１に記載の発電機。
3. 前記ロータの前記永久磁石は、前記ステータの前記電機子巻線を囲み、前記ロータは、前記ステータの前記中心軸線を囲む軸受を介して、前記ステータに取付けられかつ支持される、請求項１に記載の発電機。
4. 前記発電機は、前記コンベアベルトローラの回転が前記ステータの回りで前記ロータの回転を可能とする様式に、前記ロータを前記コンベアベルトローラに磁気的かつ作動可能に取付けるように構成されかつ適用されるロータに作動可能に接続される少なくとも１つの永久駆動磁石を備え、前記少なくとも１つの駆動磁石はまた、前記ロータと前記ステータとの間のねじり摩擦が閾値を越えるときに、前記コンベアベルトローラに対して、前記ロータを回転方向にスリップ可能とするように構成されかつ適用される、請求項１に記載の発電機。
5. 前記発電機は、ドライブドグを有し、前記ドライブドグと前記ロータとは、前記ドライブドグが前記ロータを、前記ステータの回りで回転駆動できるように構成されかつ適用される噛合い形状を有し、前記少なくとも１つの駆動磁石は、前記ドライブドグに固定される、請求項４に記載の発電機。
6. 請求項１に記載の発電機と、コンベアベルトローラとを備え、前記コンベアベルトローラはシャフトを有し、前記ステータの前記第２軸端は凹部を有し、前記ローラの前記シャフトの一部は、前記ステータの前記凹部内に位置決めされ、前記ローラは、前記ロータに、前記ステータに対する前記ローラの回転が前記ロータを前記ステータの回りに回転させる様式で作動可能に接続され、前記ロータ及び前記ローラのそれぞれは、同じ径の外側円筒状面を有する組立体。
7. 前記発電機は、前記ロータに作動可能に接続される少なくとも１つの永久駆動磁石を有し、前記少なくとも１つの駆動磁石は、前記ローラが前記ロータにトルクを伝達可能とするねじり摩擦を前記ローラと前記ロータとの間に生成する様式で、前記ローラに前記ロータを作動可能に接続し、前記組立体は、前記ロータと前記ステータとの間の抵抗トルクがねじり摩擦を越えるときに、前記ロータが前記ローラに対して回転方向にスリップできるように構成されかつ適用される、請求項６に記載の組立体。
8. 前記発電機は、ドライブドグを有し、前記ドライブドグと前記ロータとは、前記ドライブドグと前記ロータとを一緒に回転方向にロックする噛合い形状を有し、前記少なくとも１つの永久駆動磁石は、前記ドライブドグに固定される、請求項７に記載の組立体。
9. 主ボディと発電機とを備え、前記主ボディは、コンベアベルト組立体のコンベアベルトに係合するように構成されかつ適用され、回転軸線を確定する円筒状外面を有し、前記発電機は、前記主ボディの軸端部分に接続され、前記発電機は、ステータとロータとを有し、前記ロータは、前記回転軸線の回りを前記ステータに対して回転するように構成されかつ適用され、前記ステータは、前記回転軸線の回りに周方向に離隔する複数の電機子巻線を有し、前記ロータは、円筒状外面と複数の永久磁石とを有し、前記ロータの前記円筒状外面及び前記主ボディの円筒状外面は、同じ径であり、前記複数の永久磁石は、前記回転軸線の回りに周方向に離隔し、前記ロータの前記円筒状外面と前記永久磁石とは前記ステータの電機子巻線を囲み、前記主ボディは、前記ローラの回転で前記ロータを前記ステータに対して回転駆動できる様式で、前記ロータに接続される、コンベアベルトローラ。
10. 前記コンベアベルトローラは、前記主ボディと、前記主ボディが前記ロータにトルクを伝達するのを可能とする前記ロータとの間にねじり摩擦を生成する様式で前記主ボディに前記ロータ作動可能に接続する少なくとも１つの永久磁石駆動磁石を有し、前記コンベアベルトローラは、前記ロータと前記ステータとの間の抵抗トルクがねじり摩擦を越えるときに、前記主ボディに対して前記ロータが回転方向にスリップできるように構成されかつ適用される、請求項９に記載のコンベアベルトローラ。
11. 前記ステータは、更に、電線とシャフトとを有し、前記電線は前記電機子巻線に作動可能に接続されかつこれから延び、前記シャフトは、軸方向通路を有し、前記電線は、前記シャフトの前記通路を通る、請求項９に記載のコンベアベルトローラ。
12. ロータとステータとを有し、前記ロータが前記ステータの回りを回転するように構成される発電機を介して、支持構造からコンベアベルトローラを支持する方法であって、前記方法は、
    前記コンベアベルトローラの軸端部分を、前記ステータの軸端部分を介して支持し、
    前記ステータが前記コンベアベルトローラを前記支持構造から間接的に支持する様式で、前記ステータの対向する軸端を前記支持構造から支持することを包含する。
13. 前記ステータは電機子巻線を有し、前記ロータは複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石は前記ステータと前記電機子巻線とを囲む、請求項１２に記載の方法。
14. 更に、前記ローラと、前記ローラが前記ロータにトルクを伝達するのを可能とするロータとの間にねじり摩擦を生成する様式で、かつ、前記ロータと前記ステータとの間の抵抗トルクがねじり摩擦を越えるときに、前記ローラに対して前記ロータが回転方向にスリップできる様式で、少なくとも１つの永久駆動磁石を介して、前記ロータに前記ローラを作動可能に接続することを包含する、請求項１２に記載の方法。

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