JP2023533715A - 油の中の回転シャフト上の電圧を軽減するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

粘性流体にさらされた又は油に浸漬された油に富んだ環境における回転シャフト上の電圧を軽減する、システム及び方法が開示される。例示的な接地ブラシアセンブリは、ブラシアセンブリがシャフトに近接して配置されたときに、回転シャフトと電気的に接触するよう回転シャフトを囲む粘性媒体を通って延在するように構成される、複数の導電性フィラメントを備える。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
この出願は、「Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｏ Ｍｉｔｉｇａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｏｎ Ａ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｓｈａｆｔ Ｉｍｍｅｒｓｅｄ Ｉｎ Ｏｉｌ」と題され、２０２０年７月１日に出願された米国仮特許出願第６３／０４６，９９３号の優先権及び利益を主張するものである。上に挙げた米国出願の開示全体は引用により全ての目的のために本開示の一部をなす。

背景
モーターが作動している間等、回転シャフトを採用する用途においては、モーターシャフト又は下流機器の導電性要素における電荷の蓄積が、軸受又は限定するものではないが下流機器におけるギア歯等の他の運動接触インターフェースを通した放電に導き、機械的損傷及び早期の軸受故障又は運動接触インターフェースの故障に帰着し得る。この問題を克服するために、接地への経路を有する回転シャフトに接触する導電性ブラシを含む、いくつかの軽減技術が使用されてきた。しかしながら、シャフトが油等の流体の存在下で回転する場合、乾燥環境において電圧を軽減する従来の方法は、十分な保護を提供しないものとなり得る。

概要
粘性流体にさらされた（例えば浸漬された、塗布された、汚染された等）環境において動作する接地アセンブリ又はリングの使用によって、回転シャフト上の電圧を軽減するシステム及び方法が開示され、実質的に、特許請求の範囲においてより完全に規定されているように、図のうちの少なくとも１つによって図示され、図のうちの少なくとも１つと関連して説明される。

図１は、本開示の態様に係る、シャフトの周りの例示的な接地ブラシアセンブリの図である。

図１Ａは、本開示の態様に係る、シャフトの周りの代替的な例示的な接地ブラシアセンブリを示す図である。

図１Ｂは、本開示の態様に係る、シャフトの周りの代替的な例示的な接地ブラシアセンブリを示す図である。

図２Ａ－２Ｅは、本開示の態様に係る、接地ブラシアセンブリにおける例示的なフィラメントパターンを示す図である。 図２Ａ－図２Ｅは、本開示の態様に係る、接地ブラシアセンブリにおける例示的なフィラメントパターンを示す図である。

図２Ｆ－２Ｇは、本開示の態様に係る、接地ブラシアセンブリにおける例示的なフィラメントパターンを示す図である。

図３は、本開示の態様に係る、図１の接地ブラシアセンブリの斜視図である。

図４は、本開示の態様に係る、環状本体によって画定された別の例示的なブラシリングアセンブリを示す図である。

図は、必ずしも縮尺通りではない。適切な場合には、類似する又は同一の構成要素を参照するために、類似する又は同一の参照番号が使用される。

詳細な説明
接地リングアセンブリの使用により、粘性流体にさらされる油環境において、回転シャフト上の電圧を軽減する、システム及び方法が開示される。特に、従来の繊維よりも硬い繊維で作られた導電性フィラメントを採用した、接地リング又はアセンブリが開示される。例えば、繊維は、より大きな直径を有し、より硬い材料で作られ、及び／又は特定の加工処理（例えば、限定するものではないが押出し成形又は引抜き成形等のプロセスにおいて、限定するものではないがナイロン、ポリエステル、ビニルエステル、又はエポキシ等のポリマー母材材料とともに結合させられた、複数の小さい繊維の複合体）によって調製されてもよい。繊維の硬さ、強度及び／又は表面特性の違い、並びに粘性流体にさらされる環境において有効なシャフト接地装置として機能するために必要な所望の属性のため、繊維は従来の繊維よりも長くてもよい（例えば接地アセンブリの中心に近い内側に（径方向に又はその他の方向に）延在する）。例えば、繊維は、従来の繊維とは異なる態様で、回転シャフトと接触する（例えば重なる、締まり嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）する、相互作用する等）ように（例えば回転中にシャフトに接触する及び／又はシャフトの表面と整列するように曲がる又は撓むように）構成されている。特に、重なりによる繊維の曲がり／撓みは、導電性が達成されるように（繊維とシャフトとの間における粘性流体の膜の存在下であっても、また、高いシャフト速度においても、低い油温度においても）、粘性流体を切断する（及び／又は回転の間の粘性流体からの圧力に耐える）のに十分な繊維への圧力に帰着する。換言すれば、開示される、より硬い及び／又はより長い繊維は、回転シャフトに独特の態様で接触し、粘性流体の膜を通り抜けながらも、各フィラメントが容易に折れたり早く摩耗したりすることなく曲がることを可能とする。したがって、過度の接触圧力なしに油膜を貫通することによって、回転シャフトと繊維との間に残る油膜の層の厚さは、電荷軽減を可能にする又は電荷軽減のための回転シャフトへの直接の接触を提供するための閾値厚さを下回るレベルにまで減少させられる。したがって、繊維は、粘性流体にさらされた（例えば浸漬された、塗布された、汚染された等）環境内で適切な放電を提供して、シャフト電圧による電気的な軸受損傷及びその他の機器損傷を軽減し、適切な長寿命を提供する。閾値厚さは、粘性流体のタイプ、粘性流体の特性、及び／又はシャフトの回転中に粘性流体によって生成される膜、シャフトの表面仕上げ、シャフトのｒｐｍ、シャフトのサイズ、及び／又はその他の電気機械的要因に依存し得る。

誘導されるシャフト電圧は、電気モーター、変速機等を含む、様々な用途で経験される。いくつかのシャフトの接地は、比較的小さな導電性フィラメントを有する乾燥環境で実装される。接地は、低いインピーダンスにより可能となるものであり、回転シャフトと接触することのない電流の軽減さえも可能とする。

対照的に、油に富んだ又は油に浸漬された環境においては、従来の導電性フィラメントは、油によって提供される力又は電流を経験し（例えば膜、動いている油中の電流を介して等）、したがって、回転シャフトと接触しないものとなり得る。さらに、従来の導電性フィラメントは、油膜の存在により（例えば増大した距離、インピーダンス等により）シャフトと電気的に連通しないこととなるおそれがあり、フィラメントは、或る特定の閾値量を超えて曲げられたときに損傷するおそれがあり、及び／又は、従来の導電性フィラメントの向きは、油からの圧力によりシャフトの回転中に周期的に又はランダムに変化するおそれがある。例えば、油に対する圧力は、回転シャフトと繊維との間に油膜を形成し、油膜が次いで、回転シャフトの放電に対する繊維の効果を低減させる距離にまで繊維を偏向させる。

粘性流体の存在は、繊維及び／又は繊維の束が飽和を経験するように、繊維を流体で被覆する可能性があり、このことは、繊維の接触及びそれゆえ接地軽減に影響を与え得る。さらに、飽和すると、従来の繊維が完全な動作効力に戻るためには、粘性流体が繊維の束から完全に又は部分的に移動しなければならない。有利にも、開示される繊維は、飽和の影響を受けにくく（より大きな直径及び／又はより硬い繊維、及び／又は束の中の及び／又は接地リングの周りの繊維の構成等の、物理的特性による）、或るレベルの飽和が達成されると、粘性流体は、開示される繊維から従来の繊維よりも容易に移動する。

誘導されるシャフト電圧は、電気モーターにおいて、また一般的には可変速度駆動装置によって駆動される三相モーターにおいて経験される。可変速駆動装置は、ＡＣモーターの速度を変化させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）技術を利用する。可変速駆動装置を伴うＡＣモーターの使用の欠点は、可変速駆動装置によってコモンモード電圧（ＣＭＶ）が発生し、適切な電圧軽減がない場合、有害な軸受電流を増大させることである。いくつかの例が、ＡＣ及び／又は回転シャフトに関して開示されるが、開示される接地アセンブリは、軸受の両端にゼロでない電圧差を経験し得る、様々なシステムに適用され得る。例えば、ゼロでない電圧差は、リニア軸受、ギアボックス、及び／又はブラシレスＤＣモーター等の他のモーターの両端に形成される場合があり、また、モーター巻線へのスイッチング電流に基づいてシャフト電圧を同様に経験する場合があり、これらは、開示される接地アセンブリを採用することによって効果的に軽減され得る。

回転モーターシャフトの例においては、モーターシャフト上の電圧は、寄生電流又はその他の不要な電流を、シャフト軸受を通してモーターフレームに流し、次いで接地へと流す。短時間のうちに、ＣＭＶは、電荷を高レベルに蓄積させる。電荷が電気抵抗の最も小さい経路の放電閾値を超えると、時にはシャフトを支持する軸受における転動体（例えばボール、針、流体、バビット等）を通して、電気エネルギーの瞬間的なバースト又は放電が、経路に沿って通過する。例えば、電気又は電流の漏れ侵食が、閾値限界（例えば電圧、電流等）を超える電流の通過に応答して、接触面に損傷を引き起こし得る。放電は、経路に沿って放電加工（ＥＤＭ）を引き起こし、最も低いインピーダンスの経路が軸受を通る場合、軸受レースの表面及び軸受内の転動体を損傷させ得る。電気エネルギーのバーストは、融合クレーターを形成し、クレーター形成による微粒子が軸受内部に残る。軸受内の融合クレーター及び微粒子物質はともに、軸受の自由回転を乱すように作用し、機械的損傷及び早期の軸受故障に導き得る。いくつかの開示される例は、モーターシャフトを参照しながら説明されるが、導電性フィラメントはまた、回転シャフトアセンブリ内で寄生電圧の蓄積を経験する任意の用途で電気的な接触をなすために使用され得る。

この問題を克服する試みにおいて、多くの軽減技術が使用されてきた。従来技術は、導電性軸受グリースを使用することと、軸受を絶縁することと、銅／リンのブラシ及びファラデーシールドを使用することとを含む。別の従来技術は、ばね付勢された固体ブラシ（例えば銅、銀グラファイト等）を使用してシャフトを接地し、接地への連続的な電流を提供することである。しかしながら、ばね付勢されたブラシは急速に摩耗し得るため、頻繁で定期的な点検及び交換を必要とし、また高周波をあまり伝導しない。ばね付勢されたブラシはまた、ブラシとシャフト表面との間の交互の摩擦関係により、振動する傾向がある。ブラシの振動は、原因が何であれ、低減させられた表面接触により、望ましくない火花、及び／又は、軸受及び／又は下流機器を通る増大させられた電流に帰着し得る。さらに、これらの技術の多くは、著しい粘性流体又は油の侵入にさらされると動作できず、しばしば非常に低い最高速度制限を有するか、又は全く機能しない。

他の従来の方法は、水銀ロータリーカップリングを使用することを含み、このことは、水銀を含むことに加えて、高い電流及び／又は急速に変化する電圧の存在下で接点において腐食し、時間の経過に伴う導電性の低下、及び／又は、極端な場合には、水銀の放出につながる。水銀ロータリーカップリングはまた、高価で潜在的に信頼性の低い封止機構を必要とし、狭い使用可能温度範囲及び低い最高使用速度を必要とする。

例えば潤滑剤として粘性流体又は油が使用される場合、乾燥したブラシを使用して電流を軽減する従来の方法は、その高い表面積対接触圧力比が、乾燥したブラシをシャフト電圧軽減のためには厚すぎる油の境界層上に乗せるため、十分な保護を提供しないものとなり得る。したがって、開示される例示的な接地ブラシアセンブリのシステム及び方法は、油潤滑剤、冷却液、又は溶剤等の粘性媒体の存在下で、回転シャフトにおける電流を軽減する。接地ブラシアセンブリは、ブラシアセンブリがシャフトに近接して配置されたときに、回転シャフトと電気的に接触するように回転シャフトを囲む粘性媒体を通って延在するように構成される、複数の導電性フィラメントを含む。

いくつかの例においては、回転シャフトは、腐食及び錆にさらされ、油、潤滑剤又はその他の処理剤を用いて処理され得る。いくつかの例においては、回転シャフトは、回転シャフトを冷却剤、水、ガス、微粒子等の様々な流体にさらし得る、他の機械的な構成要素と協働して動作し得る。このような潤滑油、冷却剤及び／又はその他の媒体の存在は、従来のシャフト接地装置の動作を妨げ得る。シャフトの回転の間、このような油は、繊維との接触によって分散及び／又は変位させられ得る。油の変位は、油の量を閾値より少ない量に減少させ、それにより、油の量が、所望の潤滑及び／又は防食の利点を提供するには不十分なものとなり得る。本開示に開示されるように構築及び／又は配置された繊維を有するリング（例えば接地又は非接地）を採用することによって、油の量は、動作中にシャフト上に潤滑膜が残ることを確実にするような所望のレベル（例えば閾値レベルより高い）に維持され得る。したがって、繊維の特性（例えば長さ、直径、硬さ、表面領域の幾何学的形状、密度、複合作用、リング上の配置等）は、所望の結果（例えば油の特定の閾値レベル）を達成するように油の分散を調整及び／又は最適化するよう調節され得る。

有利には、開示される接地リングを採用することにより、流体又はその他の媒体がシャフトに接触して接地への経路を遮断する可能性のために他の方法では実用的でなかった環境において、回転シャフトが配置され得る。開示される接地リングによって、油又はその他の媒体により汚染された回転シャフトの表面との接触が強化され、拡大された様々な使用例を可能とする。

開示される例においては、接地ブラシアセンブリは、粘性媒体又は流体の存在下で回転シャフトにおける電流を軽減するように構成され、接地ブラシアセンブリは、ブラシアセンブリがシャフトに近接して配置されたときに、回転シャフトと電気的に接触するよう回転シャフトを囲む粘性媒体を通って延在するように構成される、複数の導電性フィラメントを備える。

いくつかの例においては、粘性媒体は、油等の流体である。いくつかの例においては、粘性媒体は、シャフトの回転中に、導電性フィラメントの少なくとも一部との接触を通して加えられる力によって、シャフトの周りに分散させられるように構成される。

いくつかの開示される例においては、接地ブラシアセンブリは、油の存在下で回転シャフトにおける電流を軽減するように構成される。接地ブラシアセンブリは、第１の剛性を有する第１の複数の導電性フィラメントと、第２の剛性を有する第２の複数の導電性フィラメントであって、１つ以上の導電性フィラメントが、ブラシアセンブリがシャフトに近接して配置されたときに、回転シャフトと電気的に導通するよう油を通って延在するように構成される、第２の複数の導電性フィラメントとを備える。

いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメントは、第１の直径又は第１の長さを有し、第２の複数の導電性フィラメントは、第２の直径又は第２の長さを有する。例においては、ブラシアセンブリは、シャフトに装着されるように構成され、第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメントは、アセンブリの内径面からシャフトに向かって径方向内方に延在するように構成される。例においては、第１の複数の導電性フィラメント及び第２の複数の導電性フィラメントは、内径面の周りに等間隔で分散させられる。例においては、第１の複数の導電性フィラメントは、第１の分散パターンで内径面の周りに分散させられ、第２の複数の導電性フィラメントは、第１の分散パターンで内径面の周りに分散させられる。例においては、第２の複数が第２の密度で内径面の周りに分散させられる。

いくつかの例においては、油は、シャフトと第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメントのうちの１つ以上との間に膜を形成する。例においては、油は、シャフトの回転中に、第１の複数の導電性フィラメント及び第２の複数の導電性フィラメントの少なくとも一部との接触を通して加えられる力によって、シャフトの周りに変位させられるように構成される。例においては、シャフトの回転中に、第１の複数の導電性フィラメントと油との接触は、油に対する第１の力に帰着し、第２の複数の導電性フィラメントと油との接触は、油に対する第２の力に帰着する。

いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメントのうちの１つ以上は、複合繊維を含む。例においては、第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメントは、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼、織物繊維、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。

いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメントは、シャフトとの直接の接触、シャフトカラーを介した接触、シャフト延長部を介した接触、シャフトスタブを介した接触、又はギアボックスを介した接触のうちの少なくとも１つによって、シャフトと電気的に接触するように構成される。

いくつかの例においては、接地ブラシアセンブリは、電気的接地と結合されて、シャフトと電気的接地との間に電気的経路を提供するように構成される。

いくつかの開示される例においては、ブラシアセンブリは、流体潤滑剤を回転シャフトの周りに分散させるように構成され、ブラシアセンブリは、ブラシアセンブリがシャフトに近接して配置されたときに、回転シャフトに接触して、流体潤滑剤において圧力を発生させて、閾値厚さを有する膜の中で回転シャフトの周りに流体潤滑剤を分散させるように構成される、複数のフィラメントを備える。

ここで図面及び特に図１をより具体的に参照すると、接地ブラシアセンブリ１０は、非限定的な例として挙げる、油潤滑剤、グリース、水、微粒子状汚染物質、及び／又はガス等の粘性媒体又は流体１２の存在下で、シャフト１６（例えばモーター１２のもの）上に設置される。例示的な接地ブラシアセンブリ１０は、シャフト１６上に蓄積し得る電荷を放散させる。接地ブラシアセンブリ１０は、種々の直径のシャフト１６上での使用のために、様々な異なるサイズで提供され得る。接地ブラシアセンブリ１０は、モーター、タービン、コンベヤ、並びに電荷を蓄積し得る他のアセンブリ及び構造を含む、様々な回転シャフト上で使用され得る。

ブラシリングアセンブリ１０は、全体としてシャフト１６を囲み、１つ以上の導電性フィラメント（例えば第１の複数の導電性フィラメント６０及び／又は第２の複数の導電性フィラメント６２）が、（例えばモーター、タービン、ギア等の）動作中に、シャフト１６上に蓄積する静電荷、コモンモード電圧、及び／又はその他の電荷を、直接に又は接地を通して間接的に、放散させるよう動作可能に構成される。

開示される例においては、シャフト１６は、油又はその他の粘性流体若しくは媒体の存在下で回転する。従来の導電性フィラメントは、油の存在のため、シャフトと接触しないこととなり得る。例えば、油がフィラメントとシャフトの間に障壁を形成するおそれがあり、回転中にフィラメントを変形させる圧力を形成して、それによりシャフトとの接触が壊される。さらに、油の存在は、インピーダンスを増大させ、シャフトとフィラメントとの間の電気的な連続性を更に制限し得る。

第１の複数のフィラメント６０は、他のフィラメント繊維よりも大きな直径を有するように設計される。これに加えて又は代替として、フィラメントは、他のフィラメント繊維よりも長くてもよく、及び／又は、より大きな材料硬さ（例えばより剛性の高い材料）を有してもよい。

いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０は、第２の複数の導電性フィラメント６２と混合するように、外側セグメント４４と内側セグメント４６との間のチャネル内に分散させられる。例えば、第２の複数のフィラメント６２は、第１の複数のフィラメントとは異なる寸法、例えば、より小さい又は大きい直径を有する、第１の複数のフィラメント６０よりも短い又は長いものとする、及び／又は可撓性がより大きい又は小さいものとすることができる。第１のフィラメント及び第２のフィラメントの間に形成された空間は、油が流れるための経路を形成し、それによって、シャフトとフィラメントとの間における油の膜の蓄積を回避する。油の蓄積を回避することにより、第１のフィラメント又は第２のフィラメントのうちの１つ以上は、シャフトに接触して、そこに蓄積された電荷を放散させることが可能となる。したがって、油膜を貫通することによって、回転シャフトと繊維との間に残る油膜の層の厚さは、電荷の軽減を可能にする閾値厚さよりも小さいレベルにまで減少させられる。したがって、これらの繊維は、油又はその他の粘性流体にさらされた（例えば浸漬された、塗布された、汚染された等）環境内で適切な放電を提供し、適切な長寿命を提供する。閾値厚さは、油のタイプ、及び油及び／又はシャフトの回転中に油によって生成される膜の特性に依存し得る。いくつかの例においては、第１の複数のフィラメント６０は、第２の複数のフィラメント６２とは異なる材料タイプを有する。いくつかの例においては、第１の複数のフィラメントと第２の複数のフィラメントとは、同じ材料タイプのものである。いくつかの例においては、フィラメント（例えば第１及び／又は第２の複数のフィラメント）の１つ以上の束は、様々な材料タイプを含み得る。

いくつかの例においては、導電性フィラメントは、エポキシ中に被覆されるか、又はその他の方法で処理されて、硬さを改善し及び／又はシャフトが回転するときに粘性流体を変位及び／又は分散させる。さらに、粘性流体環境内の完全な又は部分的な複合作用による、異なる隣接する繊維又は繊維束との相互作用により、個々の繊維又は繊維の束は、動けなくなる見込み及び／又は閾値レベルを超えて変形する見込みが低くなる。繊維間の部分的な複合作用はまた、硬さを増大させて粘性流体の膜を貫通することを助けるように働くこととなる。いくつかの例においては、複数のフィラメントのうちの１つ以上（例えば各束内及び／又は束間のもの）は、繊維間でより大きな複合作用が達成されるように（完全複合作用まで及びそれを含む）接着されてもよく、接着された繊維（複数の場合もある）を更に硬くし得る。

いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０は、曲げの角度に基づいて、変形の閾値量内で等、望ましい態様で変形することが可能であり、繊維又はその一部により経験される歪み又は力は、繊維の特性（例えば直径、長さ、材料タイプ、材料強度、処理プロセス等）及び／又は環境の特性（例えば温度、アセンブリ１０とシャフト１６の表面との間の距離、流体粘性、インピーダンス等）を含む様々な要因に基づいて最適化され得る。この調整は、適切なシャフト電圧軽減を提供しつつ、繊維が最小限の摩耗を経験するように、接触圧を最適化するのに役立つ。導電性フィラメント６０、６２は、回転方向にかかわらず、回転シャフトの表面に追従するように曲がる又は撓むように構成される。図１に示されるように、シャフト１６は時計回りに回転しており、それにより、図の上部においてシャフトに接触するフィラメントが観察者から離れる方向に曲がり、下部においてシャフトに接触するフィラメントが観察者に向かって曲がる。いくつかの例においては、シャフトは、時計回り方向にも反時計回り方向にも回転するように構成され、フィラメントにその曲げを反転させる又はさせないこととなり得る。したがって、開示されるアセンブリの動作及び利点は、単一の方向又は反転する方向に回転するシャフトに適用可能である。

図１に示されるように、第１の複数の導電性フィラメント６０が第２の複数の導電性フィラメント６２よりも大きな長さ及び直径を有するような、異なる繊維の混合物が示される。いくつかの例においては、より長く、より太い繊維が単独で使用されてもよく、シャフト１６の回転中に、シャフト１６との接触及び／又は粘性流体又は油の変位を最適化するために、様々な分散パターンのうちの１つ以上が採用されてもよい。繊維の数は、いくつかの実施形態においては、図示されたものよりもかなり多くてもよく、また近接度はかなり近くてもよく、図面は、視覚的な明確さのために、より大きな間隔及びより少ない数の繊維を示していることは、理解されるべきである。図１に示されるように、第１の複数の導電性フィラメント６０及び第２の複数の導電性フィラメント６２は、回転中にシャフト１６の表面と接触するように構成される。本開示に開示されるように、フィラメントは、媒体１２を通って延在するのに十分な力で、シャフト１６に対してフィラメントの端部を付勢する長さ及び強さを有する。

いくつかの例においては、繊維の特性は、材料の硬さ、繊維の直径、及び繊維の露出長、並びにその結果の適切な接触圧力におけるシャフト１６との繊維の重なりに基づいて、最適化される。いくつかの例においては、繊維又は繊維の束の直径は、約２８マイクロメートル（０．００１１インチ）の束として提供される（例えば約７．６マイクロメートル（０．０００３インチ）の他の直径よりも大きい）。しかしながら、いくつかの用途は、（例えば個々の繊維又はその束について）より小さい又はより大きい直径を採用してもよい。

図１Ａは、本開示の態様に係る、シャフト１６の周りに配置された、２つの代替の例示的な接地ブラシアセンブリ１０Ａ及び１０Ｂを示す。図１Ａにおいて、類似する又は同一の構成要素を指すために、類似する又は同一の参照番号が使用され、代替の構成要素間を区別するために、「Ａ」又は「Ｂ」が付されている。

特に、例示的な接地ブラシアセンブリ１０Ａは、単一の側部セグメント４４Ａを提供し、反対側で第１の複数の導電性繊維６０及び第２の複数の導電性繊維６２を露出させている。例示的な接地ブラシアセンブリ１０Ｂは、内側又は外側の側部セグメントなしで本体４０Ｂの内径面の表面から延在する、第１の複数の導電性繊維６０及び第２の複数の導電性繊維６２を示す。

図１Ｂは、シャフト１６の周りに配置された例示的な接地ブラシアセンブリ１０の側面図を示している。図示されるように、複数のフィラメント６０、６２は、フィラメントの端部がシャフト１６の表面１７に接触すると、変形させられる又は曲げられる。図１Ｂの例においては、フィラメント６０はフィラメント６２よりも大きな長さを有しており、それにより、フィラメント６２と比較してフィラメント６０のほうが、変形量が大きくなる。

図２Ａ～図２Ｅの例に示されるように、第１の複数の導電性繊維６０及び第２の複数の導電性繊維６２は、外側セグメント４４と内側セグメント４６との間に形成された内径面によって画定されるチャネル内に分散させられてもよい。その結果の繊維間の離隔は、環境内の粘性流体を、繊維とシャフトとの界面から離れるよう動かすための空間を提供することによって、利点を提供し得る。いくつかの例においてはチャネル内にあると説明されているが、いくつかの例においては、フィラメント６０、６２は、外側又は内側セグメントなしで本体４８に固定されるものであり、本体の側面に固定されてもよいし、本体４８を通って延在してもよいし、又は別の適切な技術によって（図１Ａ及び図４の限定するものではない例において示されるように）固定されてもよい。これに加えて又は代替として、繊維は、特定の用途又は望ましい結果に依存して、いくつかの例においては実質的に径方向内側に配向されてもよく、実質的に中心に向かう角度ではない１つ以上の角度で配向されてもよく、２つ以上の配向を有する繊維又は繊維の束の混合であってもよく、連続又は不連続なものであってもよい。いくつかの例においては、連続的な繊維が、繊維の両端が本体に固定され、繊維の中央部がシャフトに接触するように撓められるような、ループを形成する。連続的な繊維は、一方の端部において本体に固定され反対側の端部においてシャフトに接触する不連続な繊維よりも、長い摩耗寿命を提供し得る。

図２Ａの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０及び第２の複数の導電性フィラメント６２のそれぞれの列が、本体４０の内径面にわたって並んで配置される。図２Ｂの例においては、単一の列が、チャネル内で第１の複数の導電性フィラメント６０及び第２の複数の導電性フィラメント６２からの繊維を交互に備える。図２Ｃの例においては、１つの列が、第１の複数の導電性フィラメント６０及び第２の複数の導電性フィラメント６２のそれぞれの束を交互に含む。図２Ｄの例においては、第１の複数の導電性繊維６０及び第２の複数の導電性フィラメント６２の導電性繊維は、様々であり得る。図示されるように、第１の複数の導電性フィラメント６０は、より大きな直径の繊維６０Ａを含んでもよく、この繊維は、繊維６０とパターンをなして配置されてもよい。同様に、第２の複数の導電性フィラメント６２は、より大きな直径の繊維６２Ａを含んでもよく、この繊維は、繊維６２とパターンをなして配置されてもよい。第２の複数の導電性フィラメント６２は、より大きな直径の繊維６２Ａを含んでもよく、この繊維は、繊維６２とパターンをなして配置されてもよい。

図２Ｅの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０の導電性繊維は、第２の複数の導電性フィラメント６２を囲むように配置される。いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０は、その結果の繊維の束の中心に配置された第２の複数の導電性フィラメント６２に隣接して及び／又はごく近接して配置されてもよい。例えば、第２の複数の導電性フィラメント６２は、引き抜き成形されるか、又はその他の態様で第１の複数の導電性フィラメント６０よりも大きな硬さを有していてもよい。それゆえ、図２Ｅに示される構成は、シャフト１６の回転中に、第１の複数の導電性フィラメント６２に付加的な強度を提供する。いくつかの例においては、第１の複数の導電性フィラメント６０は、第２の複数の導電性フィラメント６２よりも大きな直径のものであるが、繊維間の部分的な複合作用が提供する硬さから利益を得て、それによって、粘性流体の膜を通って延在しシャフト１６と電気接触するために必要とされる圧力を与える。

全体として等間隔で離隔されているように図示されているが、個々の繊維の間及び／又は繊維の束の間の距離は、外側セグメント４４及び内側セグメント４６の内壁（及び／又は外側又は内側セグメントがない場合には本体４８の側面）と個々の繊維及び／又は繊維の束との間の距離と同様に、調節されてもよい。

さらに、導電性フィラメントは、全体として丸い形状を有するものとして示されているが、非限定的な例として挙げる、実質的に平坦、長方形、三角形、楕円形を含む、他の幾何学的形状も企図される。形状及び／又は寸法は、粘性流体に対して特定の流れのパターン（例えば個々の繊維の間及び／又は繊維の束の間で）を開始するように、また、回転中にシャフトとの接触を促すために粘性流体油の存在下で特定の態様で変形するように、選択されてもよい。

図２Ｆ及び図２Ｇに示されるいくつかの例においては、ブラシリングアセンブリは、単一のタイプのフィラメントを（例えば図２Ａ～図２Ｅに示されるような）１つ以上の構成で有することができる。例えば、図２Ｆは、フィラメント（例えばフィラメントの束）６０Ａがフィラメント６０Ｂと比較して大きな長さを有し、これらの両方が共通の材料を含むことを示している。図２Ｇの例においては、フィラメント６２Ａがフィラメント６２Ｂと比較して大きな長さを有し、これらの両方が共通の材料を含む。他の変形は、長さに加えて又は長さの代わりに、非限定的な例として挙げる、フィラメントの直径、束の配置、環状本体４０の周りの分散を含み得る。さらに、複数の長さを有するフィラメントを有するものとして図示されているが、いくつかの例においては、フィラメントの一部又は全部（例えばフィラメント６０）が単一の長さを有する。

図３に示されているように、例示的なブラシリングアセンブリ１０は、環状本体４０内に配置されたブラシアセンブリ１０を含む複数の導電性フィラメント６０、６２を有する環状本体４０によって画定される。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、ブラシアセンブリ１０が中に配置される環状チャネルを形成する。例示的な環状本体４０は、限定するものではないが、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で作られる。

例示的なブラシアセンブリ１０は、実質的に連続した環状リングの中に、及び／又はシャフト１６の周りに円周方向に配置された複数のフィラメントの束の中に、個別に配置されてもよい、複数の個別の繊維状導電性フィラメント（例えば第１の複数の導電性フィラメント６０及び／又は第２の複数の導電性フィラメント６２）を含む。いくつかの例においては、各フィラメントは、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼、導電性プラスチック、又はその他の、ニッケル被覆炭素繊維若しくは銅被覆鋼繊維等、そのハイブリッド若しくは複合物を含む、任意の導電性の繊維タイプのフィラメントから作られた、細い毛髪状のフィラメントである。

いくつかのこのような例においては、第１の複数の導電性フィラメント又は第２の複数の導電性フィラメント６２のうちの１つ以上が、約１５０ミクロン（マイクロメートル）未満の直径を有していてもよい。導電性フィラメントは、約５ミクロン～約１００ミクロンの範囲内の直径を有していてもよい。代替としては、導電性フィラメント６０、６２は、シャフト１６に接触して保持される導電性材料のより大きな繊維であってもよい。いくつかの例においては、導電性フィラメントは、付加製造によるもの等、環状本体４０と一体のものである。

例示的な導電性フィラメントは、導電性であり、導電性フィラメントが間に保持されるプレート等のクランプ構造の形をとってもよい、アンカー構造等の１つ以上の技術によって、本体４０内に固定される。代替としては、導電性フィラメントは、本体４０に導電性フィラメントを固定する、導電性プラスチック、導電性接着剤、又は非導電性不連続接着剤等の充填材料の導電体によって固定されてもよい。導電性フィラメントの遠位端の一部は、外側セグメント４４及び内側セグメント４６を越えて、シャフト１６に向かって内側に（例えば必ずしも直接にではないが接地ブラシアセンブリ１０に対して実質的に径方向内側に）延在してもよい。動作の間の著しい摩耗のない、シャフト１６からの電荷の直接的な伝達のために、薄くて軽量の導電性フィラメントが、シャフト１６に物理的に接触する。

いくつかの実施例においては、導電性フィラメント６０、６２は、シャフト１６を完全に包囲し、シャフト電圧を接地に通す。いくつかの例においては、導電性フィラメント６０、６２は、徐々に摩耗してシャフト１６にフィットする。導電性フィラメント６０、６２がシャフト１６にフィットするように摩耗したとき、導電性フィラメント６０、６２の摩耗速度は大幅に減少し、導電性フィラメントはモーターシャフト１６との電気接触を維持する。

シャフト１６から導電性フィラメント６０、６２への電荷の伝達は、シャフト１６に対する導電性フィラメント６０、６２の接触によって直接に起こる。電荷は、本体４０及び接地接続部を通して（例えばシャーシグラウンド、アースグラウンド、基準電圧等への経路を介して）、導電性フィラメント６０、６２から移動することができる。したがって、シャフト１６上に蓄積される電荷は、アーク放電が起こる前に、接地ブラシアセンブリ１０を通して接地へと放散させられる。本開示で使用する場合、「接地」という用語は、接地装置が、シャフト１６と軸受及び／又はギア又は軸受等の下流機器のうちの１つ以上との間の電圧差の減少をもたらすことを可能にする、任意の回路経路を指す。

例示的な導電性フィラメント６０、６２は、シャフト１６と電気的に導通しているモーター軸受を、このような軸受の全Ｌ－１０寿命の間、電気的損傷から保護する。例えば、導電性フィラメントは、少なくとも軸受のＬ－１０寿命の間、ＩＳＯ １５２４３：２０１７セクション５．４．２に定義されるような過剰電流侵食による故障から、及び／又はＩＳＯ １５２４３：２０１７セクション５．４．３に定義されるような電流漏れ侵食による故障から、シャフト１６と電気的に導通しているいずれの軸受をも保護するために、十分に多くてもよい。換言すれば、例示的な導電性フィラメント６０、６２は、軸受の故障の原因としての過剰電流及び／又は電流の漏れ腐食を実質的に排除し得る。軸受のＬ－１０寿命とは、そのタイプの軸受の実例の９０％が存続するサービスの時間を指し、用途によって異なる。

開示された実施例は、モーターシャフトを参照しながら以上に説明されたが、導電性フィラメントはまた、電流の伝達のためにスリップリング内で電気的な接触をなすために使用されてもよい。

図４は、環状本体４０内に配置された複数の導電性フィラメント７０を有する環状本体７２によって画定された、別の例示的なブラシリングアセンブリ７０を示す。実質的に単数の繊維で示されているが、いくつかの例示的なブラシリングアセンブリ７０は、導電性フィラメント７０に加えて又はその代替として、複数の導電性フィラメント及び／又はフィラメントタイプ（例えば導電性フィラメント６０、６２）を含んでもよい。いくつかの例においては、環状本体７２は、アセンブリ１０と同様の外側セグメント、内側セグメント及び基部を含み、これらは、導電性フィラメントがブラシを形成する環状チャネルを形成する。

図示されるように、例示的なブラシアセンブリ７０の導電性フィラメントは、実質的に連続した環状リングの中に個別に配置されてもよく、及び／又はシャフトの周りに円周方向に配置された複数のフィラメントの束の中に配置されてもよい。いくつかの例においては、各フィラメントは、本体７２の内部に向かって、なおかつ半径からオフセットされた角度で配向される。角度をつけられた繊維７４は、各繊維７４により経験される力、ひいては曲げが小さくなる（例えば径方向に配向された繊維と比較して）ように、繊維の遠位端のより平坦な部分上でシャフトと重なってもよい。したがって、導電性フィラメント７４は、異なる用途のために正確な異なる繊維束の直径を必要とすることなく、幾何学的硬さによって正しい接触圧力に調整されることによって、より少ない摩耗しか経験しないこととなり得る。

例示的な導電性フィラメントは、アセンブリ１０に関して説明されたもの等、１つ以上の技術によって本体４０内に固定される。有利にも、シャフトの回転が反転させられた場合にも、繊維７４がシャフトに接触する角度は、実質的に変化しない。

本開示において使用される場合、「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。本開示において使用される場合、「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。本開示において使用される場合、「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、或る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。

Claims (17)

1. 粘性媒体の存在下で回転シャフトにおける電流を軽減する接地ブラシアセンブリであって、複数の導電性フィラメントを備え、前記複数の導電性フィラメントは、前記ブラシアセンブリが前記シャフトに近接して配置されたときに、前記回転シャフトを囲む粘性媒体を通り延びて前記回転シャフトと電気的に接触するように構成されている、接地ブラシアセンブリ。
2. 前記粘性媒体は、油を含む、請求項１に記載の接地ブラシアセンブリ。
3. 前記粘性媒体は、前記シャフトの回転中に、前記導電性フィラメントの少なくとも一部との接触を通して加えられる力によって前記シャフトの周りに分散されるように構成されている、請求項１に記載の接地ブラシアセンブリ。
4. 油の存在下で回転シャフトにおける電流を軽減する接地ブラシアセンブリであって、
   第１の剛性を有する第１の複数の導電性フィラメントと、
   第２の剛性を有する第２の複数の導電性フィラメントと、
   を備え、
   １つ以上の導電性フィラメントが、前記ブラシアセンブリが前記シャフトに近接して配置されたときに、前記油を通り延びて前記回転シャフトと電気的に導通するように構成されている、
   接地ブラシアセンブリ。
5. 前記第１の複数の導電性フィラメントは、第１の直径又は第１の長さを有し、前記第２の複数の導電性フィラメントは、第２の直径又は第２の長さを有する、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
6. 前記ブラシアセンブリは、前記シャフトに装着されるように構成されており、前記第１の複数の導電性フィラメント又は前記第２の複数の導電性フィラメントは、前記アセンブリの内径面から前記シャフトに向かって径方向内向きに延びるように構成されている、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
7. 前記第１の複数の導電性フィラメント及び前記第２の複数の導電性フィラメントは、前記内径面の周りに均等に分散されている、請求項６に記載の接地ブラシアセンブリ。
8. 前記第１の複数の導電性フィラメントは、第１の分散パターンで前記内径面の周りに分散されており、前記第２の複数の導電性フィラメントは、第１の分散パターンで前記内径面の周りに分散されている、請求項６に記載の接地ブラシアセンブリ。
9. 第２の複数は、第２の密度で前記内径面の周りに分散されている、請求項６に記載の接地ブラシアセンブリ。
10. 前記油は、前記シャフトと前記第１の複数の導電性フィラメント又は前記第２の複数の導電性フィラメントのうちの１つ以上との間に膜を形成する、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
11. 前記油は、前記シャフトの回転中に、前記第１の複数の導電性フィラメント及び前記第２の複数の導電性フィラメントの少なくとも一部との接触を通して加えられる力によって、前記シャフトの周りに変位されるように構成されている、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
12. 前記シャフトの回転中において、前記第１の複数の導電性フィラメントと前記油との接触により前記油に対する第１の力が得られ、前記第２の複数の導電性フィラメントと前記油との接触により前記油に対する第２の力が得られる、請求項１１に記載の接地ブラシアセンブリ。
13. 前記第１の複数の導電性フィラメント又は前記第２の複数の導電性フィラメントのうちの１つ以上は、複合繊維を含む、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
14. 前記第１の複数の導電性フィラメント又は前記第２の複数の導電性フィラメントは、炭素繊維、ニッケル、ステンレス鋼、織物繊維、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４に記載の接地ブラシアセンブリ。
15. 前記第１の複数の導電性フィラメント又は前記第２の複数の導電性フィラメントは、前記シャフトとの直接接触、シャフトカラーを介した接触、シャフト延長部を介した接触、シャフトスタブを介した接触、又は、ギアボックスを介した接触のうちの少なくとも１つによって、前記シャフトと電気的に接触するように構成されている、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
16. 電気的接地と結合されて、前記シャフトと前記電気的接地との間に電気的経路を提供するように更に構成されている、請求項４に記載の接地ブラシアセンブリ。
17. 流体潤滑剤を回転シャフトの周りに分散させるブラシアセンブリであって、複数のフィラメントを備え、前記複数のフィラメントは、前記ブラシアセンブリが前記シャフトに近接して配置されたときに、前記回転シャフトに接触して前記流体潤滑剤に圧力を発生させ、前記流体潤滑剤を前記回転シャフトの周りに、閾値厚さを有する膜に分散させるように構成されている、ブラシアセンブリ。

Images