KR20200019615A - 전류 방출용 방출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계의 로터 부분, 특히 샤프트로 구현되는 로터 부분으로부터 기계의 스테이터 부분 내로 전류를 방출하기 위한 방출장치(10)로서, 상기 방출장치는 접촉 요소(12), 지지부(13) 및 스프링 기구(14)를 포함하고, 상기 지지부는 전기 전도성 방식으로 스테이터 부분에 연결될 수 있고, 상기 접촉 요소는 탄소를 주성분으로 하여 제조되고, 상기 접촉 요소는 축 방향 이동 방식으로 상기 지지부 상에 수용되고 전기 전도성 방식으로 연결되며, 슬라이딩 접촉부를 수립하는 역할을 하는 상기 접촉 요소의 슬라이딩 접촉 표면(15) 및 상기 샤프트의 축 방향 샤프트 접촉 표면 사이에 전기 전도성 슬라이딩 접촉부(17)를 수립하기 위해 상기 스프링 기구에 의해 접촉력이 상기 접촉 요소에 적용될 수 있으며, 상기 접촉 요소는 디스크-형상이고, 상기 슬라이딩 접촉 표면은 적어도 환형이고 상기 샤프트 접촉 표면에 대해 동축으로 배치가능하다.

Description

전류 방출용 방출장치

본 발명은 기계의 로터 부분(rotor part), 특히 샤프트로 구현되는 로터 부분으로부터 기계의 스테이터 부분(stator part) 내로 전류를 방출하기 위한 방출장치(discharge device), 그리고 방출장치를 포함하는 기계에 관한 것으로서, 방출장치는 접촉 요소(contact element), 지지부(support) 및 스프링 기구(spring mechanism)를 포함하고, 지지부는 전기 전도성 방식(electrically conductive manner)으로 스테이터 부분에 연결될 수 있고, 접촉 요소는 탄소로 주성분으로 하여 제조되고, 접촉 요소는 축 방향으로 이동가능한 방식(axially movable manner)으로 지지부 상에 수용되고 전기 전도성 방식으로 연결되며, 접촉 요소의 슬라이딩 접촉 표면(sliding contact surface) - 상기 슬라이딩 접촉 표면은 슬라이딩 접촉부를 수립하는(establsh) 역할을 한다 - 및 샤프트의 축 방향 샤프트 접촉 표면 사이에 전기 전도성 슬라이딩 접촉부가 수립될 수 있도록 접촉력이 스프링 기구에 의해 접촉 요소에 적용될 수 있다.

전술한 종류의 방출장치들은 종래 기술로부터 각각의 다른 실시예들 형태로 공지되어 있다. 특히 카본 브러시(carbon brushes)가 저주파 직류 전류(low-frequency direct currents)를 방출하는데 사용되는 것으로 공지되어 있으며, 상기 카본 브러시는 샤프트 주위에 방사상 분포로 슬립 링(slip ring) 상에 배치되고 연선(stranded wires)의 연결을 통해 스테이터에 전기적으로 연결된다. 전기 저항이 낮기 때문에, 지지부 또는 브러시 홀더(brush holder)에 수용된 카본 브러시는 전류를 직접 방출할 수 있으므로 샤프트의 베어링 포인트(bearing points)를 가로지르는 바람직하지 않는 전류 통로를 피할 수 있는 데, 이러한 전류 통로는 스폿 용접으로 인해 베어링 링(bearing rings) 또는 베어링 몸체(bearing bodies)의 표면 손상의 원인이 된다.

"샤프트(shaft)"라는 용어는 "로터 부분(rotor part)" 또는 "축(axle)"이라는 용어와 동의어로 사용된다. 따라서, "샤프트"라는 용어는 이것을 통해 전류가 기계의 고정된 스테이터 부분 또는 기계 부분으로 방출될 수 있는 모든 회전 기계 부분을 말한다.

또한, 방출장치는 교류(alternating currents) 또는 작동 전류(operating current)가 휠축(wheel axles)을 통해 흐를 수 있는 철도 기술(railway technology)에 자주 사용된다. 예컨대, DE 10 2010 039 847 A1은 전기 전도성 단부 캡(electrically conductive end cap)이 한 쌍의 휠의 샤프트 또는 휠축의 축 방향 단부에 장착되며 브러시 홀더에 의해 지지되고 축 방향으로 샤프트에 대해 배치되는 복수의 카본 브러시와 접촉될 수 있는 방출장치를 개시한다. 각각의 카본 브러시는 연선을 통해 접지 케이블에 직접 연결되며 스프링은 카본 브러시의 접촉 표면을 슬라이딩하는데 접촉력을 가하기 위해 사용된다.

일반적으로 자동차와 같은 전기 기계(electric machines)에서 전류 방출을 위한 유사한 조치가 필요하다. 모터 구동 샤프트 또는 연결된 기어 샤프트 또는 다른 기능 구성요소들에서, 연속적으로 변동하는 교류 전압 또는 전류 및 고주파 전류 펄스가 발생할 수 있으며, 이는 로터 샤프트 또는 기어 샤프트의 베어링 포인트를 손상시킬 가능성이 있으므로 방출장치가 일반적으로 필요한 이유이다. 그러나, 공지된 방출장치는 설계 상 많은 설치 공간을 필요로 한다는 단점이 있다. 카본 브러시 대신에 섬유 또는 와이어 그물(wire meshes)이 사용되는 해결 방안이 공지되어 있지만, 섬유 및 와이어 그물은 슬라이딩 접촉부의 접촉 표면이 매우 작기 때문에 고 전이 저항(high transition resistance)을 가지며 작은 전류만이 방출될 수 있다. 그러나, 샤프트와 큰 접촉 표면을 형성하기 위해, 복수의 카본 브러시가 필요하며, 이는 어떻게 그들이 배치되어 있는지에 따라, 각각은 비교적 큰 설치 공간 및 대응하는 설치 작업을 가지는 브러시 홀더를 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전이 저항이 낮고 설치 공간이 적으면서 설치가 용이한 방출장치를 제안하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 방출장치 및 청구항 23의 특징을 가지는 기계에 의해 달성된다.

기계의 로터 부분, 특히 샤프트로 구현되는 로터 부분으로부터 상기 기계의 스테이터 부분 내로 전류를 방출하기 위한 본 발명에 따른 방출장치는, 접촉 요소, 지지부 및 스프링 기구를 포함하고, 지지부는 전기 전도성 방식으로 스테이터 부분에 연결될 수 있고, 접촉 요소는 탄소를 주성분으로 하여 제조되고, 접촉 요소는 축 방향으로 이동가능한 방식으로 지지부 상에 수용되고 전기 전도성 방식으로 연결되며, 접촉 요소의 슬라이딩 접촉 표면(sliding contact surface) - 상기 슬라이딩 접촉 표면은 슬라이딩 접촉부를 수립하는(establsh) 역할을 한다 - 및 샤프트의 축 방향 샤프트 접촉 표면 사이에 전기 전도성 슬라이딩 접촉부가 수립될 수 있도록 접촉력이 스프링 기구에 의해 접촉 요소에 적용될 수 있으며, 접촉 요소는 디스크-형상이고(disk-shaped), 슬라이딩 접촉 표면은 적어도 환형, 바람직하게는 원형이고, 상기 샤프트 접촉 표면에 대해 동축으로 배치될 수 있으며, 상기 지지부는 베이스 플레이트를 가지며, 스프링 요소는 베이스 플레이트와 접촉 요소의 접촉 압력 측면 사이에 배치되며, 상기 접촉 압력 측면은 상기 슬라이딩 접촉 표면을 가지는 접촉 표면 측면과 대면하지 않는다.

따라서, 방출장치는 기계의 회전축 또는 축에 장착되도록 구성된다. 방출장치는 샤프트의 축 방향 단부에 배치될 수 있고 샤프트의 축 방향 단부에서 샤프트의 축 방향 샤프트 접촉 표면 또는 샤프트의 단부 면과 접촉 요소 사이의 접촉부를 수립함으로써 전기 전도성 슬라이딩 접촉부를 수립할 수 있다. 스프링 기구에 의해, 샤프트의 회전축 방향으로 축 방향으로 작용하는 접촉력이 접촉 요소에 적용될 수 있고, 접촉 요소의 슬라이딩 접촉 표면이 샤프트 접촉 표면에 대해 가압되도록 한다. 접촉 요소는 디스크-형상, 즉 디스크 또는 플레이트 형상으로 구현되기 때문에, 접촉 요소가 축 방향에 대해 비교적 짧거나 얇아서, 종래의 접촉 스트립(contact strip)에 비해 설치 공간이 절약될 수 있다. 또한, 접촉 요소의 디스크 형상 또는 플레이트 형상은 접촉 요소가 적어도 환형의 슬라이딩 접촉 표면으로 구현될 수 있도록 하며, 이어서 샤프트 접촉 표면에 대해 동축으로 배치될 수 있다. 슬라이딩 접촉 표면의 원 형상은 샤프트 또는 샤프트 접촉 표면의 회전의 결과이다. 따라서, 저 전이 저항(low transition resistance)의 슬라이딩 접촉부가 수립되도록 허용하는 비교적 큰 슬라이딩 접촉 표면이 구현될 수 있다. 그러나 접촉 요소의 디스크 형상 또는 플레이트 형상은 또한 접촉 요소의 윤곽이 슬라이딩 접촉 표면을 넘어 돌출되도록 선택될 수 있다. 따라서, 접촉 요소는 또한 다각형일 수 있고 여전히 원형 슬라이딩 접촉 표면을 가질 수 있다. 슬라이딩 접촉부의 연마 마모(abrasive wear)는 큰 슬라이딩 접촉 표면에 비해 감소하기 때문에, 접촉 요소는 또한 종래기술로부터 공지된 바와 같은 더 작은 슬라이딩 접촉 표면 및 긴 길이를 가진 접촉 요소보다 실질적으로 더 빨리 마모되지 않고 디스크-형상이거나 얇을 수 있다. 또한, 단일 디스크-형상의 접촉 요소가 충분히 큰 슬라이딩 접촉부를 수립할 수 있기 때문에 저 전이 저항(low transition resistance)을 달성하기 위해 더 이상 샤프트 상에 복수의 접촉 요소를 장착할 필요가 없다. 따라서, 방출장치는 작은 설치 공간이 필요하고 또한 설치하는데 용이하다.

본 발명에 따른 지지부는 베이스 플레이트를 가지며, 스프링 기구는 베이스 플레이트와 접촉 압력 측면 사이에 배치되고, 상기 접촉 압력 측면은 슬라이딩 접촉 표면을 가지는 접촉 표면 측면과 대면하지 않는다(facing away). 결과적으로, 스프링 요소는 베이스 플레이트 및 접촉 요소 사이에 간단히 배치된다. 방출장치의 특히 간단한 실시예에서, 그것은 서로 플러깅(plugged)될 수 있는 3개 이하의 구성요소로 구성될 수 있다. 이것은 방출장치의 조립을 특히 간단하게 한다. 만일 스프링 기구 또는 스프링 요소가 디스크 스프링과 같은 특히 평탄형 스프링(flat spring)인 경우, 방출장치의 설치 공간은 훨씬 더 감소될 수 있다. 베이스 플레이트는, 스크류식 결합(screwing) 연결되거나, 플러깅 연결되거나, 접착제로 연결하는 간단한 방식으로 기계의 스테이터 부분에 부착할 수 있다. 또한, 베이스 플레이트의 전기 전도성 연결은 스테이터 부분에 대한 상기 연결을 통해, 또는 베이스 플레이트에 대한 접지 케이블(grounding cable)의 직접 연결을 통해 구현될 수 있다.

디스크-형상의 접촉 요소의 외부 직경 또는 최대 외부 치수는 접촉 요소의 두께의 배수일 수 있다. 접촉 요소의 외부 치수/두께비는 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 또는 10:1일 수 있다.

예컨대, 샤프트의 축 방향 단부에 대한 접촉 요소의 단부 면 또는 슬라이딩 접촉 표면은 접촉 요소가 그 반경 방향 치수 면에서 축 방향 단부에서 샤프트의 직경을 넘어 돌출하는 크기일 수 있다. 또한, 슬라이딩 접촉 표면은 또한 완전한 원의 형상일 수 있다. 접촉 요소는 그 반경 방향 크기가 샤프트의 축 방향 단부의 직경에 근접하거나 대응하도록 구성될 수 있는데, 이것은 특히 큰 슬라이딩 접촉부가 형성될 수 있기 때문이다.

접촉 요소는 하나의 부품 형태(in one piece)로 구현될 수 있고, 주성분을 탄소로 하여 이루어질 수 있다. 예컨대, 접촉 요소는 압축(pressing) 및 소성(firing) 또는 소결(sintering)에 의해 생성되는 탄소 몰드(carbon mold)일 수 있다. 접촉 요소는 흑연, 카본 블랙(carbon black), 탄소 섬유(carbon fibers) 또는 이들 재료의 혼합물로 구성될 수 있고, 금속 철(metals iron), 니켈, 망간, 구리, 아연, 은, 알루미늄 및/또는 크롬 입자(chromium) 및 결합제(binder) 또는 결합제 상(binder phase)을 함유할 수 있다.

지지부는 금속, 바람직하게는 철, 알루미늄, 구리 또는 이들 재료의 합금으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 지지부는 예컨대, 사출 성형에 의해 또는 이들 재료로 제조된 반제품(semi-finished products)의 간단한 기계 가공에 의해 적은 비용으로 대량으로 용이하게 제조될 수 있다. 지지부는 예컨대, 스크류식 결합에 의해 고정되고 그리고 전기 전도성 방식으로 기계의 스테이터 부분 또는 하우징 부분에 직접 연결될 수 있다. 또한, 접지 케이블은 지지부에 쉽게 부착하거나 설치할 수 있다. 지지부는 하나의 부품 형태 또는 여러 부품 형태(multiple pieces)로 구현될 수 있다.

지지부 및 접촉 요소는 함께 접촉 요소의 회전에 대한 잠금을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 지지부는 고정 방식(fixed manner)으로 스테이터 부분에 부착될 수 있고 접촉 요소는 지지부 상에, 회전 샤프트에 대해 또한 고정 방식으로 배치될 수 있으며 샤프트와 접촉될 수 있다. 그 외에, 접촉 요소는, 특히 슬라이딩 접촉 표면의 동축 배열 및 환상 형태(annular shape)로 인해, 샤프트와 함께 회전할 수 있으며, 이는 샤프트와의 슬라이딩 접촉이 없을 수 있다는 것을 의미한다. 회전에 대한 잠금은 접촉 요소가 지지부 상에서 축 방향으로 이동할 수 있고 지지부에 대한 접촉 요소의 반경방향 이동이 방지되도록 형상-피팅 방식(form-fitting manner)으로 지지부 상의 접촉 요소를 간단히 수용함으로써 구현될 수 있다.

스프링 기구는 스프링 요소, 바람직하게는 나선형 스프링(spiral spring), 압축 스프링(compression spring), 디스크 스프링(disk spring), 판 스프링(leaf spring), 원추형 스프링(conical spring), 환형 스프링(annular spring) 또는 다이어프램 스프링(diaphragm spring)을 가질 수 있으며, 이는 슬라이딩 접촉 표면에 대해 또는 샤프트의 회전축에 동축으로 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 샤프트의 회전축 방향으로 작용하는 접촉 압력 또는 스프링 력이 스프링 기구에 의해 접촉 요소에 가해져서 접촉 력(contact force)을 수립하는 것이 가능하다.

접촉 요소는 상이한 재료 혼합물을 가지는 적어도 2개의 층으로 구성될 수 있다. 따라서, 접촉 요소는 상이한 물리적 특성 및 상이한 기능성을 가지는 적어도 2개의 층을 가질 수 있다.

층들은 축 방향으로 연속적으로 형성될 수 있고, 슬라이딩 접촉 표면은 60 중량% 미만의 구리 함량을 가지는 슬라이딩층(sliding layer)에 의해 형성될 수 있고 접촉 압력 측면은 80 중량% 초과의 구리 함량을 가지는 본딩층(bonding layer)에 의해 형성될 수 있으며, 팽창층(expansion layer)은 바람직하게는 슬라이딩층 및 본딩층 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 본딩층은 9 중량% 이상의 주석(tin) 또는 아연(zinc)의 첨가 및 3 중량% 이하의 흑연 함량으로 90 내지 99 중량%의 구리 함량을 가질 수 있으므로, 납땜 및 용접을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 본딩층은 무연 솔더(lead-free solder)로 특히 우수한 습윤성(wettability)을 나타내며 또한 용접이 가능하다. 또한, 본딩층은 100Mpa 이상의 높은 굽힘 강도(flexural strength)를 가지므로, 이는 본딩층에 인장(tensile), 전단(shear) 및 압축 기계 응력에 대해 고 저항(high resistance)을 제공한다. 또한, 슬라이딩층은 50 중량% 미만의 구리 함량을 가지거나 심지어 구리가 전혀 없을 수 있다. 이것은 마모가 적어 슬라이딩 특성이 우수하여 긴 수명 및 화학적 안정성을 초래한다. 구조적으로, 상이한 층들은 또한 그 등방성/이방성(isotropy/anisotropy) 측면에서 상이할 수 있다. 본딩층은 등방성일 수 있는 반면, 슬라이딩층은 등방성 또는 이방성일 수 있다. 이러한 경우에, 슬라이딩층에 사용된 흑연의 윤활 효과는 특히 슬라이딩 평면(sliding plane)에 평행한 바람직한 흑연 배향(graphite orientation)을 통해 최적으로 사용될 수 있다. 슬라이딩층의 열팽창 거동(thermal expansion behavior)은 등방성/이방성을 통해 조절될 수 있다. 선택적인 팽창층은 슬라이딩층과 본딩층의 열팽창 계수(thermal expansion coefficients) 사이의 임의의 차이를 균일하게 하는 역할을 할 수 있다.

접촉 요소는 소결에 의해 층들 사이에서 윤곽을 가지는 전이 영역(contoured transition zone)을 가지면서 구현될 수 있다. 접촉 요소가 소결에 의해 제조될 때, 각각의 층들은 적절히 선택된 분말 혼합물(powder mixtures)로부터 십게 형성될 수 있다. 또한, 윤곽(contour)은 각각의 층들 사이의 전이 영역에 형성될 수 있고, 이런식으로 층들은 축 방향으로 서로 맞물린다. 윤곽은 몰드에서 대응하는 윤곽을 가지는 다이(die)로 제1 층을 먼저 성형하고(compacting), 이어서 분말 혼합물 형태로 제2 층에 충진하고 그것을 성형함으로써 형성될 수 있다.

지지부는 적어도 하나의 안내 요소 조립체(guiding element assembly)를 가질 수 있는 데, 이것은 축 방향으로 연장되고 이것 상에서 접촉 요소가 축 방향으로 이동될 수 있다. 안내 요소 조립체는 축 방향으로 또는 샤프트의 회전축 방향으로 연속적인 프로파일을 형성하므로, 이에 따라 접촉 요소의 축 방향 변위성(axial displaceability)을 보장할 수 있다. 축 방향으로의 안내 요소 조립체의 길이는 접촉 요소가 스프링 기구에 의해 축 방향으로 변위될 때 접촉 요소가 안내 요소 조립체로부터 떨어지지 않고 연마 마모에 의해 부분적으로 또는 완전히 소비될 수 있는 길이일 수 있다.

그 둘레에서, 접촉 요소는 안내 요소 조립체 내로 삽입되는 안내 윤곽(guiding contour)을 가질 수 있다. 따라서, 안내 요소 조립체는 그 둘레에서 접촉 요소를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수 있다. 접촉 요소의 둘레 또는 안내 윤곽은 다각형이거나 부분적으로 또는 전체적으로 둥글 수 있다. 예컨대, 안내 요소 조립체가 결합되는 노치(notches) 또는 그루브(grooves)는 축 방향으로 둘레에 형성될 수 있다. 원칙적으로, 접촉 요소는 안내 요소 조립체에 의해서 그 둘레에서 단독으로 베이스 플레이트 상에 지지되는 방식으로 구성될 수 있다.

또한, 접촉 요소는 안내 요소 조립체 또는 샤프트의 안내핀이 결합할 수 있는 안내 리세스를 가질 수 있다. 안내 리세스는 접촉 요소의 종축을 따라 형성된 보어(bore)일 수 있으므로, 접촉 요소는 환형 슬라이딩 접촉 표면을 형성한다. 안내 리세스는 접촉 요소의 관통 홀(through hole) 또는 접촉 요소의 블라인드 홀(blind hole) 형상의 리세스일 수 있다. 선택적으로 또는 대안적으로, 안내 리세스는 접촉 요소 상의 중심 보어(centric bore)일 수 있으며, 이것은 접촉 요소가 안내핀 또는 샤프트의 계단형 직경(stepped diameter) 상으로 플러깅되는(plugged) 것을 허용한다. 따라서, 샤프트는 접촉 요소를 방사상으로 고정시키는 역할을 할 수 있다.

안내 리세스 및 안내 요소 조립체는 대응하는 단면을 가질 수 있다. 이는 접촉 요소가 안내되어 축 방향으로 변위될 수 있도록 한다. 또한, 선택된 단면 형상에 따라, 대응하는 단면은 회전에 대한 잠금을 형성할 수 있다. 예컨대, 단면은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형일 수 있다. 따라서, 둥근 보어 대신에, 회전에 대한 잠금을 함께 형성하는 다각형 안내 리세스 및 대응하는 형상의 안내핀이 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 틈새 끼워 맞춤(clearance fit)이 안내 리세스 및 안내 요소 조립체 사이에 형성될 수 있다.

안내 요소 조립체가 슬라이딩 접촉 표면과 동축으로 배치될 수 있다. 이는 접촉 요소가 샤프트의 회전축에 대해 샤프트의 축 방향 단부에서 항상 중심적으로 배치될 수 있는 것을 보장한다. 결과적으로, 슬라이딩 접촉 표면의 무게 중심은 항상 샤프트 접촉 표면의 무게 중심에 대응할 수 있으며, 이 경우 두 무게 중심은 또한 샤프트의 회전축 상에 위치될 수 있다. 또한, 접촉 요소는 회전 대칭일 수 있다.

안내 요소 조립체는 적어도 하나의 안내 요소, 바람직하게는 복수의 안내 요소를 가질 수 있다. 안내 요소는 예컨대, 지지부의 간단한 핀 형상의 돌출부일 수 있다. 또한, 안내 요소는 또한 지지부의 스크류일 수 있다. 또한, 안내 요소는 다각형 단면을 가지는 돌출부일 수 있고 기본적으로 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 적절하다면, 전술한 단면 형상을 가지는 복수의 안내 요소가 사용될 수 있다.

안내 요소는 지지부의 베이스 플레이트에 일체형이거나 베이스 플레이트에 연결될 수 있다. 간단한 실시예에서, 안내 요소는 베이스 플레이트의 보어 내에 간단히 삽입되는 핀일 수 있다. 유사하게, 핀형 안내 요소는 돌출 방식으로 베이스 플레이트에 일체형일 수 있다. 또한, 베이스 플레이트는 스크류가 삽입되거나 스크류식 결합되는 중심 보어를 가질 수 있다.

만일 지지부가 일체로 몰딩된(molded) 안내 요소를 가질 경우, 지지부는 또한 하나의 부품 형태(in one piece)로 구현될 수 있다. 지지부는 사출 성형 또는 반제품의 가공(machining of a semi-finished product)에 의해 간단히 제조될 수 있다. 안내 리세스의 내부 표면은 안내 요소의 외부 표면과 전기 전도성 접촉(electrically conductive contact)할 수 있다. 이는 저 전이 저항(low transition resistance)으로 접촉 요소로부터 지지부로 전류가 전달되도록 한다. 만일 안내 요소가 보어인 경우, 예컨대, 보어의 내부 표면은 안내 요소로서 핀 또는 저널(journal)의 외부 표면과 전기 전도성 접촉할 수 있다. 내부 표면 및 외부 표면 또는 각각의 직경은 항상 저 전이 저항(low transition resistance)을 보장하는 틈새 끼워 맞춤(clearance fit)을 형성할 수 있다. 축 방향 변위성(Axial displaceability)는 접촉 요소의 탄소에 의해 그리고 결과적으로 내부 표면과 외부 표면의 유리한 마찰 쌍(friction pairing)에 의해 간단히 보장될 수 있다.

안내 요소는 샤프트 접촉 표면에 대해 동심으로 지지부 상에 배치될 수 있다. 결과적으로, 안내 요소는 또한 항상 샤프트 접촉 표면과 동심으로 배치될 수 있다.

추가로적으로 또는 대안적으로, 안내 요소는 샤프트 접촉 표면에 대해 편심되게(eccentrically) 지지부에 배치될 수 있다. 그러나, 그 경우에, 복수의 안내 요소는 존재해야 하며, 상기 안내 요소는 안내 요소가 샤프트의 회전축에 대해, 예컨대, 서로 등거리로 항상 균일하게 분포되는 방식으로 샤프트 접촉 표면에 편심되게 지지부 상에 배치되어야 한다.

축 방향으로 연장되는 적어도 하나의 그루브는 슬라이딩 접촉 표면에 형성될 수 있다. 예컨대, 센터 중심(centric center)으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 복수의 그루브는 또한 슬라이딩 접촉 표면에 형성될 수 있다. 그루브는 접촉 요소의 최대 마모 깊이(maximum wear depth)에 대응하는 깊이를 가질 수 있다. 그루브에 의해, 수립된 슬라이딩 접촉부 또는 연마 입자(abraded particles) 상의 오일은 그루브에서 수집되고 방사상으로 방출될 수 있다. 또한, 그루브는 나선형으로 진행될 수 있거나 슬라이딩 접촉 표면의 중심에 대해 패선트(passant) 방식으로 배치될 수 있다.

만일 접촉 요소가 적어도 하나의 전기 전도성 연선 또는 유연한 평탄형 금속 테이프(flat metal tape)를 통해 지지부에 연결될 경우, 특히 양호한 전류의 방출이 가능하게 된다. 연선은 예컨대, 제조 동안 접촉 요소에 배치될 수 있거나 납땜(soldering) 또는 접착(gluing)에 의해 접촉 요소에 부착될 수 있다. 바람직하게는 접촉 요소는 접촉 요소의 둘레에 부착되고 등거리로 이격된 복수의 연선을 가진다. 또한, 연선은 단자(terminals) 또는 스크류(screws) 또는 납땜(soldering)에 의해 지지부에 쉽게 부착될 수 있다. 연선을 사용하면, 전이 저항은 더 줄어들 수 있다. 연선은 또한 기계의 스테이터 부분에 직접 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 기계는 본 발명에 따른 방출장치를 가진다. 기계의 유리한 실시예는 장치 청구항 1에 따른 청구항들의 특징으로부터 명백하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더 상세하게 설명한다.
도 1은 샤프트 상의 방출장치의 제1 실시예의 단면도이고;
도 2는 방출장치의 제1 실시예에 따른 접촉 요소의 평면도이고;
도 3은 도 2의 접촉 요소의 측면도이고;
도 4는 방출장치의 제1 실시예에 따른 베이스 플레이트의 평면도이고;
도 5는 도 4의 베이스 플레이트의 측면도이고;
도 6은 접촉 요소의 제2 실시예의 평면도이고;
도 7은 도 6의 접촉 요소의 측면도이고;
도 8은 베이스 플레이트의 제2 실시예의 평면도이고;
도 9는 도 8의 베이스 플레이트의 측면도이고;
도 10은 접촉 요소의 제3 실시예의 평면도이고;
도 11은 도 10의 접촉 요소의 측면도이고;
도 12는 접촉 요소의 제4 실시예의 평면도이고;
도 13은 도 12의 접촉 요소의 측면도이고;
도 14는 접촉 요소의 제5 실시예의 평면도이고;
도 15는 도 14의 접촉 요소의 측면도이고;
도 16은 접촉 요소의 제6 실시예의 평면도이고;
도 17은 도 16의 접촉 요소의 측면도이고;
도 18은 접촉 요소의 제7 실시예의 평면도이고;
도 19는 도 18의 접촉 요소의 측면도이고;
도 20은 접촉 요소의 제8 실시예의 평면도이고;
도 21은 도 20의 접촉 요소의 측면도이고;
도 22는 접촉 요소의 제9 실시예의 평면도이고;
도 23은 도 22의 접촉 요소의 측면도이고;
도 24는 접촉 요소의 제10 실시예의 평면도이고;
도 25는 도 24의 접촉 요소의 측면도이고;
도 26은 샤프트 상의 방출장치의 제2 실시예의 단면도이고;
도 27은 샤프트 상의 방출장치의 제3 실시예의 단면도이고;
도 28은 샤프트 상의 방출장치의 제4 실시예의 단면도이고;
도 29는 샤프트 상의 방출장치의 제5 실시예의 단면도이고;
도 30은 샤프트 상의 방출장치의 제6 실시예의 단면도이다.

도 1은 샤프트(11) 상의 방출장치(10)의 단면도를 도시한다.

방출장치(10)는 접촉 요소(12, contact element), 지지부(13, support) 및 스프링 기구(14, spring mechanism)로 구성된다. 접촉 요소(12)는 탄소로 주성분으로하여 이루어지고, 원형이며, 샤프트(11, shaft)의 단부 측면 또는 축 방향 샤프트 접촉 표면(16, shaft contact surface)과 접촉하는 슬라이딩 접촉 표면(15)을 가지며, 이에 의해 전기 전도성 슬라이딩 접촉부(17, electrically conductive sliding contact)가 수립된다. 스프링 기구(14)는 접촉 요소(12)의 접촉 압력 측면(19, contact pressure side)과 접촉하는 디스크 스프링(18, disk spring)에 의해 형성되고 샤프트(11)의 회전축(20)에 대해 축 방향으로 접촉 요소(12)에 접촉력을 가한다. 지지부(13)는 베이스 플레이트 상에 형성된 안내 요소(22, guiding element)를 구비한 베이스 플레이트(21, base plate)로 구성되며, 이러한 경우에는 원형이다. 환형으로 인해, 접촉 요소(12)는, 접촉 요소(12)가 회전축(20)에 대해 지지부(13) 상에서 축 방향으로 변위될 수 있는 방식으로 안내 요소(22)가 대응하여 구성되는 안내 리세스(23, guiding recess)를 가진다. 디스크 스프링(18)은 안내 요소(22) 쪽으로 끼워지고(plugged) 베이스 플레이트(21)에 대해 지지된다. 베이스 플레이트(21) 및 안내 요소(22)는 금속으로 하나의 부품 형태(in one piece)으로 구현되고, 전기 기계(미도시)의 고정된 구성요소에 부착된다. 전체적으로, 이러한 방식으로 접촉 요소(12)를 통해 샤프트(11)로부터 지지부(13)로 저 전이 저항(low transition resistance)을 가지는 양호한 전기 전도성 연결이 수립될 수 있다. 또한, 방출장치(10)는 전기 기계에 특히 신속하고 간단하게 설치될 수 있다.

도 2 및 도 3은 환상 및 회전 대칭인 접촉 요소(24)를 도시한다. 접촉 요소(24)는 단부 면(25, end face)에서 슬라이딩 접촉 표면을 형성한다.

도 4 및 도 5는 하나의 부품 형태로 구현되고, 핀 형상(pin-shaped) 또는 볼트 형상(bolt-shaped)인 일체형 안내 요소(29)를 가지는 직사각형 베이스 플레이트(28)를 가지는 지지부(27)를 도시한다. 도 2의 접촉 요소는 안내 요소(29)의 외부 표면(30, outer face) 쪽으로 끼워질 수 있다.

도 6 내지 도 9 를 결합하여 보면, 디스크 형상이고 안내 리세스(33)를 형성하는 중심 보어(32)를 가지는 접촉 요소(31)를 보여준다. 지지부(34)는 베이스 플레이트(35) 상의 안내 요소(36)로서 안내핀(37, guiding pin)을 가지며, 상기 안내핀(37)은 보어(32)에 대응한다. 또한, 안내핀(37)과 함께 안내 요소 조립체(39, guiding element assembly)를 형성하는 정사각형의 안내핀(38)이 베이스 플레이트(35)에 형성된다. 안내핀(38)은 접촉 요소(31)의 둘레(41, circumference)에서 그루브(40, groove)와 결합될 수 있으므로, 지지부(34) 상의 접촉 요소(32)에 대한 회전(42, rotation)에 대해 잠금을 형성한다.

도 10 및 도 11은 오목부(44, depression)를 가진다는 점에서 도 6의 접촉 요소와 상이한 접촉 요소(43)를 도시한다. 오목부(44)는 슬리이딩 접촉 표면(45)에 형성되며, 접촉 요소(43)를 지지부 또는 베이스 플레이트에 부착하고 그것을 안내하는 역할을 할 수 있는 스크류(미도시)의 스크류 헤드를 수용하는 역할을 한다.

도 12 및 도 13은 접촉 요소(46)에 형성되고 샤프트(미도시)의 회전축(48, axis of rotation)에 대해 편심되고 등거리로 이격된 3개의 안내 리세스(47)를 가지는 접촉 요소(46)를 도시한다.

도 14 및 도 15는 슬롯 형상의 안내 리세스(50)를 가지는 접촉 요소(49)를 도시한다.

도 16 및 도 17은 다각형 안내 리세스를 가지는 접촉 요소(51)를 도시한다.

도 18 및 도 19는 그것의 둘레(54)에서 접촉 요소(53)로부터 나오고 지지부(미도시)에 연결될 수 있는 연선(55, stranded wires)(일부 도시됨)을 가지는 접촉 요소(53)를 도시한다. 중심 안내 리세스(56) 그리고 등거리에 위치한 연선(55)은 지지부 상의 접촉 요소(53)를 중심에 둔다.

도 20 및 21은 슬라이딩 접촉 표면(58)에서 샤프트(미도시)의 회전축(59)에 대해 반경 방향으로 연장되는 그루브(60)를 가진다는 점에서 도 2의 접촉 요소와 상이한 접촉 요소(57)를 도시한다. 그루브의 반경방향 깊이(T)는 접촉 요소(57)의 마모 길이(wear length)에 대응한다.

도 22 및 23은 비교적 작은 안내 리세스(62)를 가진다는 점에서 도 20의 접촉 요소와 상이한 접촉 요소(61)를 도시한다.

도 24 및 25는 샤프트(미도시)의 회전축(65)에 대해 패선트(passant) 방식으로 연장되는 그루브(64)를 가진다는 점에서 도 22의 접촉 요소와 상이한 접촉 요소를 도시하며, 이는 회전축(65)과 교차하지 않지만 여전히 반경 방향으로 배치되는 것을 의미한다.

도 26은 단부 면(68)에 중심 리세스(69)를 가지는 샤프트(67) 상의 방출장치(66)를 도시한다. 방출장치(66)는 베이스 플레이트(71) 및 안내 요소(73)로서 이에 부착된 스크류(72, screw)를 가지는 지지부(70), 스크류(72)의 스크류 헤드(76, screw head)를 수용하는 역할을 하는 오목부(75)를 가지는 방출장치(66)의 접촉 요소(74)로 구성된다. 또한 오목부(69)는 접촉 요소(74)가 마모될 때 스크류 헤드(76)가 단부 면(68)과 접촉하지 않을 정도로 충분히 크다. 접촉력을 가하기 위한 디스크 스프링(77)은 접촉 요소(74)와 베이스 플레이트(71) 사이에 배치된다.

도 27은 원추형 슬라이딩 접촉 표면(80)을 형성하는 접촉 요소(79)를 가지는 방출장치(78)를 도시한다. 또한 샤프트(81)는 슬라이딩 접촉 표면(80)과 일치하는 원추형 샤프트 접촉 표면(82)을 형성한다. 이러한 방식으로, 접촉 요소(79)는 샤프트(81)의 중심에 쉽게 둘 수 있다.

도 28은 단부 면(86)에 저널(85)을 가지는 샤프트(84) 상의 방출장치(83)를 도시한다. 방출장치(83)는 저널(85)에 연결되는 환형의 접촉 요소(87), 베이스 플레이트(89)를 가지는 지지부(88), 디스크 스프링(90) 및 그 둘레(92)에서 접촉 요소(87)로부터 나오고 베이스 플레이트(89)에 부착된 연선(91)을 포함한다. 따라서, 접촉 요소(87)와 베이스 플레이트(89) 사이에 특히 양호한 전기 전도성 연결이 수립될 수 있다.

도 29는 슬라이딩층(95, sliding layer) 및 본딩층(96, bonding layer)을 가지는 접촉 요소(94)를 가지는 점에서 도 1의 방출장치와 상이한 방출장치(93)를 도시한다. 슬라이딩층(95)은 60 중량% 미만의 구리 함량을 가지며, 본딩층(96)은 80 중량% 초과의 구리 함량을 가진다. 슬라이딩층(95)과 본딩층(96) 사이의 전이 영역(97, transition zone)은 윤곽을 가진다. 접촉 요소(94)는 상이한 분말(powder) 혼합물의 소결(sintering)에 의해 생성된다.

도 30은 슬라이딩층(100)과 본딩층(101)을 가지는 접촉 요소(99)를 가지며 그들 사이에 팽창층(102, expansion layer)이 형성된다는 점에서 도 29의 방출장치와 상이한 방출장치(98)를 도시한다. 팽창층(102)은 슬라이딩층(100)과 본딩층(101)의 상이한 열팽창 계수(thermal expansion coefficients)를 균일하게 한다.

Claims (23)

1. 기계의 로터 부분, 특히 샤프트(11,67,81,84)로 구현되는 로터 부분으로부터 상기 기계의 스테이터 부분 내로 전류를 방출하기 위한 방출장치(10,66,78,83,93,98)로서, 상기 방출장치는 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99), 지지부(13,27,34,70,88) 및 스프링 기구(14)를 포함하고, 상기 지지부는 전기 전도성 방식으로 스테이터 부분에 연결될 수 있고, 상기 접촉 요소는 탄소를 주성분으로 하여 제조되고, 상기 접촉 요소는 축 방향으로 이동가능한 방식으로 상기 지지부 상에 수용되고 전기 전도성 방식으로 지지부에 연결되며, 슬라이딩 접촉부를 수립하는 역할을 하는 상기 접촉 요소의 슬라이딩 접촉 표면(15,26,45,58,80) 및 상기 샤프트의 축 방향 샤프트 접촉 표면(16,82) 사이에서 전기 전도성 슬라이딩 접촉부(17)를 수립하기 위해 접촉력이 상기 스프링 기구에 의해 상기 접촉 요소에 적용될 수 있는, 전류 방출용 방출 장치에 있어서,
   상기 접촉 요소는 디스크-형상이고, 상기 슬라이딩 접촉 표면은 적어도 환형이고 상기 샤프트 접촉 표면에 대해 동축으로 배치가능하며, 상기 지지부는 베이스 플레이트(21,28,35,71,89)를 가지며, 상기 스프링 요소는 상기 베이스 플레이트와 상기 접촉 요소의 접촉 압력 측면(19) 사이에 배치되며, 상기 접촉 압력 측면은 상기 슬라이딩 접촉 표면을 가지는 접촉 표면 측면과 대면하지 않는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는 하나의 부품 형태로 구현되고 탄소를 주성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 지지부(13,27,34,70,88)는 금속, 바람직하게는 철, 알루미늄, 구리 또는 이들 재료의 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
4. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부(13,27,34,70,88) 및 상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는 함께 상기 접촉 요소의 회전(42)에 대한 잠금을 형성하는 것을 특징으로 하는 방출장치.
   
5. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스프링 기구(14)는 스프링 요소, 바람직하게는 나선형 스프링, 압축 스프링, 디스크 스프링(18,77,90), 판 스프링, 원추형 스프링, 환형 스프링 또는 다이어프램 스프링을 가지며, 상기 스프링 요소는 상기 슬라이딩 접촉 표면(15,26,45,58,80)에 대해 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방출장치.
   
6. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는 상이한 재료 혼합물을 가지는 적어도 2개의 층(95,96,100,101,102)으로 구성된 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
7. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 층(95,96,100,101,102)은 축 방향으로 연속적으로 형성되고, 상기 슬라이딩 접촉 표면(15,26,45,58,80)은 60 중량% 미만의 구리 함량을 가지는 슬라이딩층(95,100)에 의해 형성되고, 상기 접촉 압력 측면(19)은 80 중량% 초과의 구리 함량을 가지는 본딩층(96,101)에 의해 형성되고, 바람직하게는 팽창층(102)이 상기 슬라이딩층 및 상기 본딩층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는 소결에 의해 상기 층(95,96,100,101,102) 사이에서 윤곽을 가지는 전이 영역(97)을 가지면서 구현되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
9. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부(13,27,34,70,88)는, 축 방향으로 연장되고 상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)가 축 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있는 적어도 하나의 안내 요소 조립체(39)를 가지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는, 둘레에서, 상기 안내 요소 조립체(39)에 삽입되는 안내 윤곽(guiding contour)을 가지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 접촉 요소(12,24,31,43,46,49,51,53,57,61,63,74,79,87,94,99)는 상기 안내 요소 조립체(39) 또는 상기 샤프트(11,67,81,84)의 안내핀(85)이 맞물리는 안내 리세스(23,33,47,50,52,56,62)를 가지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 안내 리세스(23,33,47,50,52,56,62) 및 상기 안내 요소 조립체(39)는 대응하는 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소 조립체(39)는 상기 슬라이딩 접촉 표면(15,26,45,58,80)과 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소 조립체(39)는 적어도 하나의 안내 요소(22,29,36,73), 바람직하게는 복수의 안내 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 안내 요소(22,29,36,73)는 상기 지지부(13,27,34,70,88)의 베이스 플레이트(21,28,35,71,89)와 일체이거나 상기 베이스 플레이트에 플러깅되는(plugged) 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 지지부(13,27,34,70,88)는 하나의 부품 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 리세스(23,33,47,50,52,56,62)의 내부 표면은 상기 안내 요소의 외부 표면(30)과 전기 전도성 접촉을 하는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소(22,29,36,73)는 상기 샤프트 접촉 표면(16,82)에 대해 동심으로 상기 지지부(13,27,34,70,88) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소는 상기 샤프트 접촉 표면에 대해 동심으로 상기 지지부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
20. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경 방향으로 연장되는 적어도 하나의 그루브(60,64)가 상기 슬라이딩 접촉 표면(58)에 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
21. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 요소(53,87)는 적어도 하나의 전기 전도성 연선(55,91) 또는 유연한 평탄형 금속 테이프를 통해 상기 지지부(88)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
    
22. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 접촉 표면(80)은 대응하는 형상의 샤프트 접촉 표면(82)과 접촉되도록 하기 위해 원추형, 바람직하게는 콘-형상(coen-shaped)인 것을 특징으로 하는 전류 방출용 방출장치.
23. 이전 청구항 중 어느 한 항에 따른 방출 장치(10,66,78,83,93,98)를 포함하는 기계.

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