JP2020533934A - 回転軸の電圧を低減する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

回転軸の電圧を低減する方法及び装置を開示する。接地ブラシシステム例は、回転軸における電流を低減し、接地ブラシシステムは、モーター軸に近接させて配置されるブラシ組立体であって、このブラシ組立体がモーター軸に近接配置されたとき該モーター軸に導通する導電性フィラメントを有する、ブラシ組立体と、ベース液及び導電性粒子を含む導電性コーティングであって、導電性フィラメントとモーター軸との間の電気経路を提供するように導電性フィラメントの少なくともそれぞれの部分を被覆する、導電性コーティングとを備える。

Description

この開示は、包括的には電気モーター保護に関し、より詳細には、回転軸の電圧低減方法及び装置に関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、2018年8月2日出願の米国仮特許出願第62/713,965号「METHODS AND APPARATUS TO MITIGATE ELECTRICAL VOLTAGE ON A ROTATING SHAFT」及び2017年9月11日出願の米国仮特許出願第62/556,754号「METHODS AND APPARATUS TO MITIGATE ELECTRICAL VOLTAGE ON A ROTATING SHAFT」の優先権を主張する。米国仮特許出願第62/713,965号及び米国仮特許出願第62/556,754号は、本明細書の一部をなすものとして引用する。

少なくとも１つの図面に実質的に例示、説明し、また特許請求の範囲に一層完全に記載するように、回転軸の電圧を低減する方法及び装置が開示される。

本開示による接地ブラシシステム例を有するモーターの斜視図である。 図１の接地ブラシシステムで使用することができる軸カラー例の斜視図である。 図１のモーター及び接地ブラシシステムの断面図である。 軸と、軸と摺動接触している接地面との間にコーティングが塗布されている、別の接地システム例を示す図である。 図３Ａの接地ブラシの斜視図である。 図１〜図４の接地ブラシシステムを含むファンアレイシステム例のブロック図である。 従来の軸電圧低減システムと比較したブラシ接地システム例の性能を示すグラフである。

図は、必ずしも正確な尺度で描かれていない。適切な場合は、同様な又は同一の参照番号を用いて同様の又は同一の構成要素を指す。

電気モーターにおいて、一般的には可変速駆動装置によって駆動される三相モーターにおいて、軸誘導電圧が発生する。可変速駆動装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）技術を利用してＡＣモーターの速度を変更し、それにより、以前はより高価なＤＣモーターが使用されていた応用においてより安価なＡＣモーターの使用が可能になる。可変速駆動装置を備えるＡＣモーターの使用に対する欠点は、可変速駆動装置によってより高いコモンモード電圧（ＣＭＶ）が発生し、それにより軸誘導電流が増大するということである。

モーター軸の電圧により、軸の軸受を通ってモーターフレームまで、その後、アースまでの電流の流れがもたらされる。モーターが作動している間、軸受は、電流の流れに対する抵抗が高くなり、それにより、軸表面に電荷が蓄積する。短期間にわたり、ＣＭＶにより、電荷は高レベルに蓄積することになる。電荷が、時に軸上の玉軸受を通る最も電気抵抗の低い経路の閾値を超えると、電気エネルギーの瞬間的なバースト又は放電がその経路に沿って通過する。放電により、その経路に沿って放電加工（ＥＤＭ）がもたらされる可能性があり、それにより、最も抵抗の低い経路が軸受を通る場合、軸受レース及び軸受の玉の表面に損傷がもたらされる可能性がある。電気エネルギーバーストにより溶融クレーターが生成され、クレーター形成からの微粒子が密封された軸受内部に残る。溶解クレーター及び軸受内の微粒子材料の両方が、軸受の自由な回転を妨げるように作用し、それにより、機械的損傷及び早期の軸受故障に至る可能性がある。

この問題を克服しようとして多くの低減技術が使用されてきた。従来の技法としては、導電性軸受グリースの使用、軸受の絶縁、並びに銅／燐のブラシ及びファラデーシールドの使用が挙げられる。別の従来の技法は、電流が連続的にアースに流れるようにするばね式銅ブラシを使用して軸を接地するというものである。しかしながら、銅ブラシは、急速に摩滅し、頻繁な定期点検及び交換が必要である可能性がある。

モーター軸は、腐食しやすくかつさびやすく、それは、従来の軸接地装置の動作を妨げる。従来の軸接地装置は、モーターの寿命に対して急速に摩損する傾向がある。従来の軸接地装置は軸腐食を受けやすく、それは、軸からアースへの放電経路を妨げることにより軸接地リングの有効性を阻害する可能性がある。軸における腐食蓄積、及びブラシと軸との間の他の障壁により、電流の流れが低減し、ブラシ及び軸にわたって、及び／又はモーター軸受にわたって、又はモーターによって駆動される取り付けられた機器における歯車若しくは軸受等にわたって、電気エネルギーのバーストがもたらされる。ばね式ブラシはまた、ブラシと軸表面との間の交互の摩擦関係に起因して振動する傾向もある。いかなる理由からでもブラシの振動により、望ましくないスパーキング、及び／又は軸受及び／又は下流の機器を通る電流の流れの増大がもたらされる可能性がある。

他の従来の方法は、水銀回転カップリングの使用を含み、それは、水銀を含有することに加えて、高い電流及び／又は急速に変化する電圧が存在するとき、接点において腐食し、それにより、経時的に導電性が低下し及び／又は極端な場合は水銀が放出されることになる。水銀回転カップリングはまた、高価なかつ場合によっては信頼性の低いシール機構も必要とし、狭い範囲の使用可能な温度を必要とする。

従来のマイクロファイバーブラシのインピーダンスは、一般に、軸受保護には十分に低いが、信号のメイク／ブレイクの性質及び全体的な導電性により、いくつかの特定の環境（例えば、ＡＭ帯域比受信機の近く）では接続された機器からの理想的な干渉より高くなり、及び／又はデータ伝送応用に対して許容可能であるより大きい電気雑音がもたらされる。限定されないが電気自動車、軍事通信等、いくつかの特に要求が厳しい応用では、電流低減のための従来のマイクロファイバーブラシ技法の設置中における許容可能な程度の摩耗生成物又は遊離性汚染物質は達成することが困難である。他の従来の技法は、ブラシ用にカーボンブロック、銅線又は他の導電性材料を使用することを含む。当該他の従来の導電性ブラシは、中期間の信頼性及び長期間の信頼性が許容可能でない（例えば、必要な点検間隔は、業界によっては短すぎる）。従来の導電性ブラシは著しい塵埃を発生させ、それは、周囲環境に排出される。いくつかの応用では、導電性ブラシによって放出される固有の、一定の摩耗微粒子は好ましくない。高周波導電性を必要とする多くの応用に対して、高周波インピーダンスは高すぎる。機械的動きに対する抵抗を克服するために必要な出力は、従来の導電性ブラシの場合、いくつかの応用に対して理想的である出力より高い。

開示する接地ブラシシステム例は、回転軸における電流を低減し、モーター軸に近接させて配置されるブラシ組立体であって、このブラシ組立体がモーター軸に近接配置されたとき該モーター軸に導通する導電性フィラメントを有する、ブラシ組立体と、ベース液及び導電性粒子を含む導電性コーティングであって、導電性フィラメントとモーター軸との間の電気経路を提供するように導電性フィラメントの少なくともそれぞれの部分を被覆する、導電性コーティングとを備える。

いくつかの接地ブラシシステム例は、モーター軸に取り付けられたカラーを更に備え、導電性フィラメントはカラーを介してモーター軸と電気的に接触している。いくつかの例では、カラーは、少なくともカラーと導電性フィラメントとの接触領域において導電性コーティングによって被覆されている。

いくつかの例では、モーター軸は、少なくともモーター軸と導電性フィラメントとの接触領域において導電性コーティングによって被覆されている。いくつかの接地ブラシシステム例では、導電性粒子は、粉末状金属又は炭素のうちの少なくとも一方を含む。いくつかの例では、ベース液は油を含む。いくつかの例では、導電性フィラメントは、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼又は導電性プラスチックのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの例では、導電性フィラメントは、モーター軸との直接接触、軸カラーを介する、軸延長部を介する、軸スタブを介する、又はギヤボックス軸を介するのうちの少なくとも１つによってモーター軸に導通する。

いくつかの接地ブラシシステム例では、ブラシ組立体は、モーター軸に取り付けられ、導電性フィラメントは、モーター軸から半径方向外向きに延在している。いくつかの例では、ベース液はフェニルエーテルポリマー由来の油を含む。いくつかの例では、導電性コーティングは、モーター軸の回転により導電性フィラメントの少なくとも一部に分散される。いくつかの接地ブラシシステム例では、ブラシ組立体は、モーター軸と電気的アースとの間の電気経路を提供するように電気的アースに結合される。

いくつかの例では、ブラシ組立体はモーター軸の周囲に取り付けられ、導電性フィラメントは半径方向に前記モーター軸へ向けて延在している。いくつかの接地ブラシシステム例では、ブラシ組立体はモーター軸に近接させて取り付けられ、導電性フィラメントは軸方向に前記モーター軸へ向けて延在している。いくつかの例では、導電性フィラメント及び導電性コーティングは、軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、モーター軸に導通する軸受の過度の電流腐食に起因する故障を防止する。いくつかの例では、導電性フィラメント及び導電性コーティングは、軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、モーター軸に導通する軸受における漏電腐食による故障を防止する。

開示するいくつかの接地ブラシシステム例は、モーター軸に導通する軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、回転軸における電流を低減し、モーター軸から電圧を放電して、モーター軸に導通する軸受における電気的損傷による故障を防止する複数の導電性フィラメントと導電性コーティングとを備える。いくつかの例では、導電性フィラメント及び導電性コーティングは、軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、モーター軸に導通する軸受の過度の電流腐食に起因する故障を防止する。いくつかの例では、導電性フィラメント及び導電性コーティングは、軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、モーター軸に導通する軸受における漏電腐食による故障を防止する。

面の間の導電性を促進する、開示される装置例は、接地基準に結合される導電性面と、この導電性面に塗布された、フェニルエーテルポリマー由来の油を含むベース油と、このベース油によって支持された複数の微粒子であって、導電性面とこの導電性面を介して接地すべき第２面との間に電流を伝導するようにベース油の導電性を増大させる複数の微粒子とを備える。

ここで図面、特に図１をより詳細に参照すると、接地ブラシシステム１０が、モーター１２のハウジング面板１４に接して、モーター１２に設置されている。接地ブラシシステム例１０は、モーター１２の軸１６の上に蓄積する可能性がある電荷を放散させる。接地ブラシシステム１０は、異なるタイプのモーターでかつ異なる直径の軸１６の上で使用されるように種々の異なるサイズで提供することができる。接地ブラシシステム１０はまた、タービンの回転軸、コンベヤ、並びに電荷を蓄積する可能性がある他の組立体及び構築物でも使用することができる。開示する例の使用は電気モーターに限定されず、モーター１２は、単に１つの好適なかつ有利な使用として、示されかつ記載されている。

接地ブラシシステム例１０は、軸カラー２０及びブラシリング組立体２２を備える。軸カラー例２０は、軸１６の上に取り付けられかつ軸１６を包囲する。ブラシリング組立体２２は、取付プレート２４を介してモーター面板１４に固定されている。いくつかの例では、軸カラー２０は、軸１６が軸カラー２０を含むように、軸１６に一体化されている。本明細書で用いる軸は、軸カラー、軸延長部、軸スタブ、ギヤボックス軸、及び／又は軸と電気的に連続しており回転移動を受ける他の任意の部品を含むことができるが、必須ではない。すなわち、別段の指定がない限り、軸と電気的に接触していることは、直接軸１６と、軸カラーと、軸延長部と、軸スタブと、ギヤボックス軸と、及び／又は、軸１６と一体化しているか軸１６に取り付けられているかに関わらず、軸と電気的に連続しており回転移動を受ける他の任意の部品とのうちの任意の電気的接触を含むことができる。

ブラシリング組立体２２は、概して軸１６を包囲し、軸１６と取付プレート２４との間に作動的に配置されて、モーター１２のアースを通して、モーター１２の動作中にモーター軸１６上に蓄積する静電荷及び／又は他の電荷を直接又は間接的に放散させる。

軸カラー２０は、回転面における電流を低減する接地ブラシシステム１０の有効性を向上させることができる。カラー例２０は、例えば、銀、金、銅又はニッケル等、高導電性材料から作製されるか又はそうした材料で被覆されている。好ましくは、材料は、高導電性であるとともに、腐食及び他の導電性を劣化させる現象に対して抵抗性がある。代替的に、カラー２０は、より安価な導電性材料から形成することができ、及び／又はブラシリング組立体２２と電気的に相互作用する位置において、カラー２０の外面を高導電性かつ耐劣化材料で被覆することができる。

図２に示すように、カラー例２０は、アンカーリング２６と、アンカーリング２６に隣接する接触リング２８とを含む。接触リング２８は、接触リング２８の外面に配置された、例えば金、銀、銅及びニッケル等の高導電性材料の高導電性層３０を含む。カラー例２０の内径は、軸１６の外面と係合する。代替的に、ねじ穴３４に受け入れられる止めねじ３２等を介して、軸１６にカラー２０を固定することができる。ねじ３２は、カラー２０と軸１６との間に密接な電気的接触を確立する。他の例では、カラー２０は、軸１６に対してカラー２０の直接的な電気的接触を提供するように軸１６に対して締め付けられた２つ以上のセグメントから構成することができる。いくつかの例では、高導電性層３０は、接地すべき回転軸又は他の可動部品の表面に直接設けることができる。例えば、導電性インク又は塗料を使用し、表面に直接塗布することができる。

カラー例２０は、カラー２０と軸１６との間に導電性を確立するように軸１６に固定されている。改良応用では、軸１６の表面を洗浄して、酸化、汚れ及び／又は他の導電性制限物質を除去することができる。モーター１２の使用中に軸１６の上に蓄積する電荷は、層３０も組み込むように止めねじ３２、アンカーリング２６及び接触リング２８等を通して、軸１６とカラー２０との間に確立された直接的な物理的接触により、軸１６からカラー２０に移動する。

図示した例は、軸カラー２０を備えるように示されているが、カラー２０を省略することができ、又は軸１６の一部であるとみなすことができるということを理解して、軸１６に関して本明細書に開示する例も記載する。言い換えれば、接地ブラシシステム１０は、軸１６と直接電気的に接触することができ、及び／又は１つ以上の中間層及び／又は面を介して軸１６と電気的に接触することができる。

図３Ａに示すように、ブラシリング組立体例２２は、環状本体４０と、環状本体４０内に配置されたブラシ組立体４２とを含む。環状本体４０は、外側セグメント４４、内側セグメント４６及び基部４８を含む。外側セグメント４４、内側セグメント４６及び基部４８は、合わせて、内部にブラシ組立体４２が配置される環状チャネルを形成する。環状本体例４０は、限定されないが、アルミニウム、ステンレス鋼、青銅及び／又は銅を含む金属、及び／又は導電性プラスチック等の導電性材料から作製される。

ブラシ組立体例４２は、複数の個々の繊維状導電性フィラメント５０を含み、それら導電性フィラメント５０は、実質的に連続した環状リングに、及び／又は軸１６の周囲に周方向に配置された複数のフィラメント束に個々に配置することができる。いくつかの例では、各フィラメント５０は、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼、導電性プラスチック、又は他の任意の導電性繊維型フィラメントから作製された、細い、毛髪状フィラメントである。いくつかのこうした例では、導電性フィラメント５０は、概して、約１５０ミクロン未満の直径を有する。導電性フィラメント５０は、約５ミクロン〜約１００ミクロンの範囲内の直径を有することができる。代替的に、導電性フィラメント５０は、軸１６と接触して保持される導電性材料のより大きい繊維とすることができる。いくつかの例では、導電性フィラメント５０は、付加製造等により、環状本体４０と一体化されている。

導電性フィラメント例５０は、アンカー構造体５２により本体４０内に固定されている。アンカー構造体例５２は、導電性であり、導電性フィラメント５０が間に保持されるプレート等、締付構造体の形態とすることができる。代替的に、アンカー構造体５２は、本体４０内に導電性フィラメント５０を固定する、導電性プラスチック、導電性接着剤等の充填材料の導電体とすることができる。導電性フィラメント５０の先端部５４の一部は、アンカー構造体５２の内面５６を越えて、外側セグメント４４及び内側セグメント４６の（ブラシ組立体及び／又はアンカー構造体５２に対して）半径方向内向きに軸１６に向かって延在している。細い、軽量の導電性フィラメント５０は、動作中に著しい摩耗なしに軸１６から電荷を直接移動させるために軸１６と物理的に接触する。

他のいくつかの例では、導電性フィラメント５０は、軸１６（又は軸１６と電気的に連続している他の回転面）に取り付けることができる。こうした例では、導電性フィラメント５０は、電気的アース（又は他の適切な放電箇所）に結合された外部導体と電気的に接触するように、軸１６から半径方向外向きに及び／又は軸方向に延在している。いくつかの他の例では、導電性フィラメント５０は、軸１６の端部（又は、軸１６と電気的に連続している他の回転面）に隣接して取り付けられ、軸１６と電気的に接触するように軸１６（又は他の回転面）の軸方向に少なくとも部分的に向けられる。

導電性フィラメント例５０は、軸１６を完全に取り囲み、軸電圧をアースに流す。いくつかの例では、導電性フィラメント５０は、軸１６及び／又は接触リング２８に適合するように徐々に摩耗する。導電性フィラメント５０が軸１６と適合するように摩耗すると、導電性フィラメント５０の摩耗速度は実質的に低下し、導電性フィラメントは、導電性コーティングを介してモーター軸１６及び／又は接触リング２８との電気的接触を維持する。導電性コーティングは、腐食を防止するか又は実質的に低減させ、軸電圧を有効に低減するように高導電性軸面を確保する。

取付プレート例２４は、限定されないが、アルミニウム、ステンレス鋼、青銅及び銅を含む金属等の導電性材料から作製される。取付プレート２４は、導電性プラスチックから作製することもできる。この例では、環状本体４０は、クランプ６０及び／又はねじ及び／又はボルト６２によって取付プレート２４に保持されている。図３Ａの例は、ねじ６２が関連付けられた３つのクランプ６０を備える。より多いか又は少ないクランプ６０及び関連するねじ６２を使用することができ、及び／又は環状本体４０を取付プレート２４に又は取付プレート２４に接して固定する他の構造もまた使用することができる。いくつかの例では、取付プレート２４及び環状本体４０は、単一体として作製するか又は単一体に製造することができる。しかしながら、取付プレート２４及び環状本体４０を別個のただし接続された構造体として維持することにより、点検のために分解することができる。例えば、モーター１２から取付プレート２４を分離することなくクランプ６０を緩めることにより、環状本体４０を取り外すことができる。

取付プレート例２４は、モーター１２内に及び／又はモーター１２を通って軸方向に延在するねじ棒又はボルト６４によってモーター１２に接続されている。ボルト６４は、取付プレート２４に設けられた細長いスロット６６内に受け入れられる。取付プレート２４は、モーター１２に対して調整可能に位置決め可能とすることができ、及び／又は異なる直径のモーターにおいて、軸１６から異なる半径方向距離に位置決めされたボルト６４を受け入れるために使用することができる。図示する例では、３つのボルト６４及び関連するスロット６６が示されている。しかしながら、モーター１２に対する異なるサイズ及び構造に適応するように、異なる構成の取付プレート２４を設けることができる。

導電性フィラメント例５０は、導電性コーティング５８で被覆され、それにより、軸にわたって電気を伝導する導電性フィラメント５０の利益が促進される。図３Ａの例では、導電性コーティング５８は、導電性コーティング５８に対する高導電性と回転軸１６からの導電性経路に対する腐食保護とを提供するように合わせて構成されたベース流体及び導電性粒子を含む。導電性コーティングを実施するために使用することができる導電性粒子例としては、銀、金又は炭素構造体等の粉末状金属、及び／又は他の任意の粉末、剥片、フィブリル、高アスペクト比短繊維等を挙げることができる。使用することができる流体例としては油が挙げられ、その中に導電性粒子を、懸濁させ（例えば、実質的に均一に懸濁させ）、混合し、及び／又は溶解させることができる。ベース液は、石油、植物性、動物性、シリコーン及び／又はポリマー由来の油等の油とすることができる。ベース液を実施するために使用することができる油の種類例としては、５Ｒ４Ｅポリフェニルエーテル等、フェニルエーテルポリマー由来の油が挙げられる。ベース油（例えば、フェニルエーテルポリマー由来の油）は、導電性コーティング５８が使用される環境に基づき（例えば、予期される及び／又はあり得る温度範囲に基づき）選択することができる。いくつかの例では、ベース油５Ｒ４Ｅポリフェニルエーテルは、高温であっても、接触面からの導電性コーティングの移動を防止するように選択される。いくつかの例では、ベース油４Ｒ４Ｅポリフェニルエーテルは、軸接地装置の耐用年数にわたり導電性コーティングの劣化が最小限で、接地装置における最小限のアーク放電に適応するように選択される。いくつかの例では、導電性粒子は、導電性コーティング５８の０体積％を超えかつ５０体積％以下であり、ベース油が残りを構成する。いくつかのこうした例では、導電性粒子は、導電性コーティング５８の１０体積％〜５０体積％であり、ベース油が残りを構成する。いくつかのこうした例では、導電性粒子は、導電性コーティング５８の１０体積％〜４０体積％であり、ベース油が残りを構成する。

導電性コーティング５８は、接地ブラシシステム１０の導電性を向上させ、接地ブラシシステム１０の電流容量を増大させ、接地ブラシシステム１０の有効インピーダンスを低下させ、瞬間毎のかつ経時的なインピーダンス変動を低減させる。さらに、導電性コーティング５８は、軸１６における腐食を低減させ（例えば、過酷な環境において経時的な導電性が向上することになる）、経時的に軸受グリースからの微小な汚染からの導電性低下に対する影響の受けやすさを低減させ、及び／又は通常の動作条件下での軸受、歯車、及び／又はモーター軸１０に関連する他の可動部品における電気アーク放電の可能性を低減させるか又はなくすことができる。導電性コーティング例５８は、接地ブラシシステム１０を使用して接地される装置からの電磁干渉（ＥＭＩ）放射を低減させ、データ伝送のために雑音信号を低減させ（例えば、高周波干渉を低減させ）、導電性フィラメント５０の通常はすでに相当な機械的寿命を延長し、運転中のインピーダンス変動を低減させ、従来の接地システムと比較して点検間隔の間の時間を実質的に延長し、及び／又は摩耗粒子放射を低減させることができる。

図３Ａに示すように、導電性コーティング５８は、図３Ａの上半分に示すように、導電性フィラメント５８の全体に及び／又は導電性フィラメント５８の長さの一部に沿って、塗布することができる。さらに又は代替的に、導電性コーティング５８は、図３Ａの下半分に示すように、導電性フィラメント５０と軸１６との間の接触面に（例えば、導電性フィラメントの先端に及び／又は軸１６に直接）塗布することができる。いくつかの例では、導電性コーティング５８は、導電性フィラメント５０及び／又は軸１６、カラー２０、及び／又は軸１６と電気的に連続している他の接触面のうちの１つ以上の部分に塗布される。そして、導電性コーティング５８は、（例えば、導電性フィラメント５０及び／又は軸１６の表面のコーティングを含む部分を、他の導電性フィラメント５０及び／又は軸１６の表面の部分と接触しかつ接触しないように移動させることにより）軸１６の回転を介して他の導電性フィラメント５０及び／又は軸１６の表面に分散させることができる。

軸１６からフィラメント５０への電荷の移動は、軸１６にフィラメント５０を接触させることによって直接、及び／又は導電性コーティング５８を介して軸１６とフィラメント５０との間の導電によって間接的に発生する。電荷は、フィラメント５０から本体４０及び取付プレート２４を通ってモーター１２のハウジング面板１４及び接地接続部まで移動することができる。したがって、軸１６の上に蓄積する電荷は、アーク放電が発生する可能性がある前に、接地ブラシシステム１０を通ってアースまで放散される。本明細書で用いる「接地」という用語は、接地装置が軸１６とモーター固定子／枠との間の電圧差の低減をもたらすのを可能にする任意の回路経路を指す。開示する例では、接地は、モーター軸受、及び／又は歯車、軸受等の下流機器に対して有効な保護を提供する。

層３０と導電性フィラメント５０との間の関係及びそれらの性能は、物理的接触、及び軸１６から導電性コーティング５８を介する直接の移動のために合わせて適切に機能する材料を選択することによって最適化することができる。存在する場合、カラー２０は、軸１６の露出面が経時的に腐食する場合であっても、軸１６との良好な電気的接触を確立しかつ維持し、カラー２０、特に層３０の特性は、接地ブラシシステム１０によって高レベルの性能を維持する。

導電性フィラメント例５０及び導電性コーティング５８は、軸１６と電気的に連続しているモーター軸受を、こうした軸受の完全なＬ−１０寿命に対して電気的損傷から保護する。例えば、軸受の少なくともＬ−１０寿命に対して、ＩＳＯ１５２４３：２０１７セクション５．４．２に定義されているように、過度の電流腐食に起因する故障から、及び／又は、ＩＳＯ１５２４３：２０１７セクション５．４．３に定義されているように、漏電腐食に起因する故障から、軸１６と電気的に連続している軸受を保護するために、導電性フィラメント５０は十分な数とすることができ、導電性コーティング５８は、十分な導電性を有するようにできる。言い換えれば、導電性フィラメント例５０及び導電性コーティング５８は、軸受故障の原因として過度の電流腐食及び／又は漏電腐食を実質的になくすことができる。軸受のＬ−１０寿命は、そのタイプの軸受の例の９０％が残存する耐用時間を指し、応用によって変化する。

開示した例は、モーター軸に関して上述したが、導電性フィラメント５０及び導電性コーティング５８は、電流移動のためにスリップリング内で電気的に接触するためにも使用することができる。

図３Ｂは、軸１６と、軸１６と摺動接触している接地面６４との間にコーティング６２が塗布されている、別の軸接地システム例６０を示す。接地面例６４は、放電を可能にするように接地基準に電気的に結合されている。いくつかの例では、接地面６４にコーティング６２を設け、その後、モーター軸１６と接触するように設置し又は他の方法で位置決めすることができる。

コーティング例６２は、上記で開示した導電性コーティング例５８（例えば、ベース流体と微粒子との組合せ）のうちの任意のものと同様又は同一とすることができる。コーティング６２は、軸１６及び／又は（例えば、フィラメント５０なしに）軸１６と摺動接触して配置された接触面６４に塗布することができる。軸１６及び／又は面６４の回転により、コーティング６２は、摺動接触しているが被覆されていない面６４及び軸１６の部分まで分散することができる。

図３Ｂでは、面例６４は軸１６を取り囲むリングとして示すが、他の例では、面６４は、軸１６の周囲全体には届かない部分で、軸１６の長さに沿って複数の場所で、及び／又は軸１６の端部で、軸１６と接触する。上述したように、面６４と軸１６との間の接触は、軸カラー、軸延長部、軸スタブ、ギヤボックス軸、及び／又は軸１６と電気的に連続しており回転移動を受ける他の任意の部品のうちの任意のものとの接触を含むことができる。

コーティング例６２は、図３Ａの接地ブラシシステム１０と同じか又は同様の利点及び利益を提供し、それには、ＶＦＤ誘導軸電圧の低減及び／又は除去、モーター軸受寿命の改善、軸１６の腐食、さび、汚染及び／又は酸化の低減、電磁干渉、高周波干渉及び／又は信号雑音の低減、及び／又は保守間隔の延長が挙げられる。

図４は、図３Ａのブラシ組立体４２の斜視図である。図４に示すように、ブラシ組立体４２は、外側セグメント４４と、内側セグメント（不可視）と、基部４８と、導電性コーティング５８を有する導電性フィラメント５０とを含む。図４の導電性フィラメント例５０は、基部４８の内周６８にわたって組になって又は均一に配置することができる。導電性コーティング５８は、導電性フィラメント５０の接触する先端に、又は導電性フィラメントの長さに沿って均一に塗布することができる。

ブラシ組立体例４２は、ＶＦＤ誘導軸電圧の影響を低減させるか又はなくす一方で、導電性フィラメント５０の真下の軸の腐食、さび及び／又は汚染の影響を低減する。導電性フィラメント及び導電性コーティング５８は、高導電性軸面を維持し、低軸電圧を、実質的に軸受放電閾値（例えば、NEMA MG1 part 31.4.4.3の下で１０ボルト〜４０ボルトピーク）未満で維持する。

図５は、図１〜図４の接地ブラシシステムを含むファンアレイシステム例５００のブロック図である。ファンアレイ（又はファン壁）は、平行な空気流路に配置された複数のより小さいファンホイールを使用する。可変速駆動装置（ＶＦＤ）を使用してダイレクトドライブ式プレナムファンにおける１つ又は複数のモーターが制御され、ダイレクトドライブ式プレナムファンは、温度、湿度及び／又は空気流の制御を可能にする広範囲の応用における冷却を提供するようにアレイで使用される。ＶＦＤは、ＶＦＤによって制御されるモーターの軸に迷走電圧を誘導する可能性がある。誘導電圧は、モーター軸受を通って放電し、ピッティング（すなわち、金属軸受面における小さい溶融クレーター）、フロスティング（すなわち、広がったピッティング）、フルーティング（すなわち、軸受レースにおける洗濯板状の隆起）及び／又は完全な軸受故障をもたらす可能性がある。

ファンアレイの過酷な温度及び湿度環境に起因して、ファンアレイで使用されるモーターの軸は腐食しやすくかつさびやすく、それにより、任意の軸接地装置の動作が妨げられる。従来の軸接地システムは、限られた保護しか提供せず、摩損し、又は、腐食により他の方法で急速に妨害される。従来の軸接地リングは軸腐食を受けやすく、それにより、軸からアースへの放電経路の導電性を低減させることにより軸接地リングの有効性が妨げられる可能性がある。

ファンアレイシステム例５００は、熱交換器５１２を介して１つ以上の体積体５１０に平行空気流路を提供する複数のモーター５０２、５０４、５０６、５０８を含む。モーター例５０２〜５０８には、本明細書に開示した図１〜図４のブラシ接地システム例１０が備えられている。ブラシ接地システム例１０は、導電性コーティング５８及び導電性フィラメント５０を使用してモーター５０２〜５０８の軸の腐食を低減する。フィラメントは、導電性を改善し、モーター軸受の完全なＬ−１０寿命に対してファンアレイモーター５０２〜５０８に対する電気的損傷に対する有効な保護を提供する。さらに、ブラシ接地システム１０は、高導電性軸面を導電性フィラメント５０と接触した状態で維持することにより、モーター５０２〜５０８の軸受を放電から保護し、その結果、軸電圧は、モーター５０２〜５０８の軸受の代わりに導電性が改善された軸接地リングで放電する。

ブラシ接地システム例を有するモーターを含むファンアレイに加えて、ブラシ接地システム例を有するモーターを提供することから利益を得ることができる他のシステムとしては、他の暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システム、危険な場所の（hazardous duty）モーター（例えば、米国電気工事規程（ＮＥＣ）規定を使用するクラスＩ、区分２環境までの環境、及び／又は国際的な等価な環境で使用されるモーター）、及び／又は、レーダー機器照準システムモーター等、無線伝送が使用される電気自動車応用等、ブラシ接地の目的が、電磁干渉、高周波干渉及び／又は信号雑音を低減させることである、電気的に感受性の高い応用におけるモーターが挙げられる。さらに又は代替的に、開示したブラシ接地システム例は、風力タービン発電機におけるモーター等のモーターに対する保守間隔を延長することができる。

図６は、従来の軸電圧低減システムと比較したブラシ接地システム例１０の性能を示すグラフ６００である。ファンアレイ応用において４つのブラシ接地システム例が試験され、トレース６０２、６０４、６０６、６０８は、本開示によるブラシ接地システムが備えられたモーターに対する、試験中のいくつかの時点で測定された軸電圧を示す。トレース６１０は、従来の電圧低減システムが備えられたモーターに対する同じ時点で測定された軸電圧を示す。図６に示すように、トレース６０２〜６０８は、従来のシステムが電圧低減性能を喪失する場合であっても、有効軸電圧低減を実証する。

電気モーター軸に関して例を上述したが、開示した接地ブラシシステム例は他の応用に使用することができる。

本明細書で使用する「及び／又は」は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上の項目を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。本明細書で使用する「例示的な」という用語は、非限定的な例、事例又は例証としての役割を果たすことを意味する。本明細書で使用する「例えば」という用語は、１つ以上の非限定的な例、事例又は例証のリストを開始する。

本方法及び／又はシステムを、いくつかの特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。例えば、開示した例のシステム、ブロック及び／又は他の構成要素を、組み合わせ、分割し、再配置し、及び／又は他の方法で変更することができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法及び／又はシステムは、字義どおりにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。

１０ 接地ブラシシステム
１２ モーター
１４ ハウジング面板
１６ モーター軸
２０ 軸カラー
２２ ブラシリング組立体
２４ 取付プレート
２６ アンカーリング
２８ 接触リング
３０ 高導電性層
３４ ねじ穴
４０ 本体
４２ ブラシ組立体
４４ 外側セグメント
４６ 内側セグメント
４８ 基部
５０ 導電性フィラメント
５２ アンカー構造体
５４ 先端部
５６ 内面
５８ 導電性コーティング
６０ クランプ
６２ コーティング
６４ 接地面
６６ スロット
６８ 内周

Claims (20)

1. 回転軸における電流を低減する接地ブラシシステムにおいて、
   前記モーター軸に近接させて配置したときに、該モーター軸に導通する導電性フィラメントを有した、モーター軸に近接させて配置するブラシ組立体と、
   前記導電性フィラメントと前記モーター軸との間の電気経路を提供するように該導電性フィラメントの少なくともそれぞれの部分を被覆する、ベース液及び導電性粒子を含む導電性コーティングとを具備する接地ブラシシステム。
2. 前記モーター軸に取り付けられたカラーを更に備え、前記導電性フィラメントは前記カラーを介して前記モーター軸と電気的に接触している請求項１に記載の接地ブラシシステム。
3. 前記カラーは、少なくとも該カラーと前記導電性フィラメントとの接触領域において前記導電性コーティングによって被覆されている請求項２に記載の接地ブラシシステム。
4. 前記モーター軸は、少なくとも該モーター軸と前記導電性フィラメントとの接触領域において前記導電性コーティングによって被覆されている請求項１に記載の接地ブラシシステム。
5. 前記導電性粒子は、粉末状金属又は炭素のうちの少なくとも一方を含む請求項１に記載の接地ブラシシステム。
6. 前記ベース液は油を含む請求項１に記載の接地ブラシシステム。
7. 前記導電性フィラメントは、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼又は導電性プラスチックのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の接地ブラシシステム。
8. 前記導電性フィラメントは、前記モーター軸との直接接触、軸カラーを介する、軸延長部を介する、軸スタブを介する、又はギヤボックスを介するのうちの少なくとも１つによって前記モーター軸に導通する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
9. 前記ブラシ組立体は前記モーター軸に取り付けられ、前記導電性フィラメントは前記モーター軸から半径方向外向きに延在する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
10. 前記ベース液はフェニルエーテルポリマー由来の油を含む請求項１に記載の接地ブラシシステム。
11. 前記導電性コーティングは、前記モーター軸の回転により、前記導電性フィラメントの少なくとも一部に分散される請求項１に記載の接地ブラシシステム。
12. 前記ブラシ組立体は、前記モーター軸と電気的アースとの間の電気経路を提供するように電気的アースに結合される請求項１に記載の接地ブラシシステム。
13. 前記ブラシ組立体は、前記モーター軸の周囲に取り付けられ、前記導電性フィラメントは、半径方向に前記モーター軸へ向けて延在する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
14. 前記ブラシ組立体は、前記モーター軸に近接させて取り付けられ、前記導電性フィラメントは、軸方向に前記モーター軸へ向けて延在する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
15. 前記導電性フィラメント及び前記導電性コーティングは、該軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、前記モーター軸に導通する軸受の過度の電流腐食に起因する故障を防止する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
16. 前記導電性フィラメント及び前記導電性コーティングは、該軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、前記モーター軸に導通する軸受における漏電腐食による故障を防止する請求項１に記載の接地ブラシシステム。
17. 回転軸における電流を低減する接地ブラシシステムでにおいて、モーター軸から電圧を放電して、前記モーター軸に導通する前記軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、該モーター軸に導通する軸受における電気的損傷による故障を防止する複数の導電性フィラメントと導電性コーティングとを備える接地ブラシシステム。
18. 前記導電性フィラメント及び前記導電性コーティングは、該軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、前記モーター軸に導通する軸受の過度の電流腐食に起因する故障を防止する請求項１７に記載の接地ブラシシステム。
19. 前記導電性フィラメント及び前記導電性コーティングは、該軸受の少なくともＬ−１０寿命の間、前記モーター軸に導通する軸受における漏電腐食による故障を防止する請求項１７に記載の接地ブラシシステム。
20. 面の間の導電性を促進する装置において、
    接地基準に結合される導電性面と、
    前記導電性面に塗布され、フェニルエーテルポリマー由来の油を含むベース油と、
    前記ベース油によって支持された複数の微粒子であって、前記導電性面と該導電性面を介して接地すべき第２面との間に電流を伝導するように前記ベース油の導電性を増大させる複数の微粒子とを具備する装置。