KR20210124904A - 고정된 전도체를 가진 베어링을 위한 복합 절연체 및 전도체 조립체 - Google Patents

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KR20210124904A
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니콜라스 베루이트
파울 펠리치아노
마티유 휴베르트
토미 줄리엥
진 에이. 코박스
토마스 페로틴
크로스토퍼 데이비드 립스키
앤소니 시모닌
콜린 스나이더
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명은 샤프트 및 하우징 사이에 배치될 수 있는 베어링을 위한 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체에 관한 것으로서, 상기 조립체는, 베어링 외부 링 주위에 배치될 수 있고 외부 링과 하우징 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성되고 중심선 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열되고 축방향으로 연장되는 돌출부를 포함하는 환형 절연체를 포함한다. 전도체가 바람직하게는 하우징 내측 표면과 결합될 수 있는 외부 방사형 단부를 갖는 전도성 디스크, 샤프트를 수용하기 위한 중앙 개구를 형성하는 내부 반경방향 단부 및 디스크가 절연체에 대해 축방향으로 고정되도록 복수의 돌출부 중 개별적인 하나를 각각 수용하는 개구를 포함한다. 환형 전도성 브러시 하위조립체가 전도성 디스크와 결합되고 샤프트 및 디스크 사이에 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면과 접촉할 수 있는 복수의 전기 전도성 섬유를 포함한다.

Description

고정된 전도체를 가진 베어링을 위한 복합 절연체 및 전도체 조립체{COMBINED INSULATOR AND CONDUCTOR ASSEMBLY FOR BEARINGS WITH FIXED CONDUCTOR}
본 발명은 베어링에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전류 또는 전하가 베어링을 통과하는 것을 방지하기 위한 접지 장치에 관한 것이다.
전기 기계, 가령, 모터, 발전기 및 이와 유사한 장치들에 사용되는 베어링은 전류 또는 전하가 베어링을 통과하면 손상될 수 있으며, 이는 특히 베어링 레이스웨이(raceway)에 해롭다. 접지 브러시와 같은 장치가 전류를 위한 대체 경로를 제공하고 그에 따라 이러한 전류가 베어링을 통과하는 것을 방지하기 위해 개발되어 왔다. 이러한 장치는, 전류가 샤프트 및 하우징 사이의 섬유를 통과하도록, 상대적으로 강성의 섬유 링을 형성하기 위해 샤프트의 전체 외측 표면에 대해 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 전도성 섬유를 포함한다. 전류가 베어링을 통과하는 것을 방지하기 위해 베어링을 전기적으로 절연하는 그 밖의 다른 장치 또는 메커니즘이 제공되며 절연 코팅 또는 커버링을 포함할 수 있다.
한 양태에서, 본 발명은 샤프트 및 하우징 사이에 배치될 수 있는 베어링을 위한 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체에 관한 것으로서, 상기 베어링은, 내부 링, 외주 표면 및 대향하는 제1 및 제2 축방향 단부를 갖는 외부 링, 및 상기 링들 사이에서 복수의 롤링 요소를 포함하고, 하우징은 내주 표면을 가진다. 상기 조립체는 외부 링 주위에 배치 가능하고 외부 링 및 하우징 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성된 환형 절연체를 포함한다. 전기 전도체가 절연체와 고정 결합되고 내부 반경방향 단부 및 외부 반경방향 단부를 가지기 때문에, 전도체 외부 반경방향 단부(11b) 및/또는 내부 및 외부 단부 사이의 전도체의 한 부분은, 각각, 하우징과 전도적으로 결합 가능하고, 전도체 내부 반경방향 단부는 샤프트 및 하우징 사이에 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면과 결합될 수 있다.
바람직하게는, 절연체는 중심선 및 중심선을 따라 축방향으로 연장되고 중심선 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 돌출부를 가진다. 전도체는 바람직하게는 디스크를 절연체와 고정 결합시키기 위해 절연체의 복수의 돌출부 중 개별적인 하나를 각각 수용하는 복수의 개구를 갖는 전기 전도성 디스크를 포함한다. 디스크는 하우징 내측 표면과 결합될 수 있는 외부 반경방향 단부 및 샤프트의 한 부분을 수용하기 위한 중앙 개구를 형성하는 내부 반경방향 단부를 갖는다. 또한, 전도체는 바람직하게는 전도성 디스크와 결합되고 중심선 및 복수의 전기 전도성 섬유를 포함하는 환형 전도성 브러시 하위조립체를 포함한다. 전도성 섬유는 중심선에 대해 외주 방향으로 이격되어 배열되고 전도성 디스크의 내부 단부로부터 반경방향으로 내부를 향해 연장되며, 각각의 전도성 섬유는 샤프트 및 디스크 사이에 전도성 경로를 제공하기 위하여 샤프트 외측 표면과 접촉할 수 있는 내부 단부를 가진다.
앞에 기술한 요약 및 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 기술한 하기 내용들은 첨부도면들을 참조하여 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시하기 위해 바람직한 실시예들이 도면에 개략적으로 도시된다. 하지만, 본 발명은 도시된 정확한 장치 및 기기들에만 제한되지 않음을 이해해야 한다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 복합 절연체 및 전도체 조립체의 투시도로서, 베어링 상에 설치된 것을 도시하며;
도 2는 복합 절연체 및 전도체 조립체의 측면 평면도;
도 3은 복합 절연체 및 전도체 조립체의 횡단면도로서, 하우징 내에 있고 샤프트 상에 설치된 것을 도시하며;
도 4는복합 절연체 및 전도체 조립체의 축방향 횡단면도;
도 5는 도 4의 상측 부분을 보다 확대하여 도시한 도면;
도 6은 도 5의 한 부분을 보다 확대하여 도시한 도면;
도 7은 전도성 디스크 및 전도성 브러시 하위조립체의 측면 평면도;
도 8은 도 7의 라인 8-8을 따라 절단한 도면;
도 9는 도 7의 라인 9-9를 따라 절단한 도면;
도 10a와 도 10b 및 전체적으로 도 10은, 각각, 조립 동안 절연체의 구성 요소들의 축방향 횡단면도;
도 11a와 도 11b 및 전체적으로 도 11은, 각각, 절연체 상에 전도체가 조립되는 3 단계 동안 절연체 및 전도체의 축방향 횡단면도;
도 12는 전도체의 브러시 하위조립체 및 전도성 디스크가 없는 상태로 설치된 절연체의 투시도;
도 13은 전도체가 설치된 상태로 설치된 절연체의 투시도;
도 14는 복합 절연체 및 전도체 조립체의 축방향 횡단면도로서, 샤프트 상에 설치되고 하우징 내에 있으며, 기계 구성 요소에 의해 결합된 것을 도시한다.
하기 기술 내용에서, 제한하려는 것이 아니라 오직 편의상 제공되는 특정 용어들이 사용된다. 용어 "내측", "내부를 향해" 및 "외측", "외부를 향해"는, 기술되는 요소의 기하학적 중심 또는 중앙선을 향하거나 이들로부터 멀어지는 방향을 의미하며, 그 특정의 의미들은 설명 내용으로부터 명백할 것이다. 추가로, 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 용어 "연결된" 및 "결합된"은 각각 그 사이에 삽입된 그 밖의 다른 임의의 부재들 없이 두 부재들 사이의 직접 연결 및 하나 이상의 다른 부재들이 그 사이에 삽입되는 간접 연결을 포함하는 것으로 이해하면 된다. 이러한 용어들은, 위에서 특정적으로 언급된 용어들과, 그 파생 용어들 및 이들과 유사한 용어들을 포함한다.
이제 상세하게 도면을 참조하면, 유사한 도면부호가 명세서 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타내는 데 사용되며, 도 1-14에는 하우징(3) 및 중심축(AC) 주위로 회전 가능한 샤프트(2) 사이에 배열될 수 있는 베어링(1)을 위한 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체(10)가 도시된다. 베어링(1)은 내부 링(4), 각각, 대향하는 제1 및 제2 축방향 단부(5a, 5b)를 갖는 외부 링(5), 및 외측 표면(5c), 및 링(4, 5) 사이에 배치된 복수의 롤링 요소(6)를 포함한다. 샤프트(2)는 외주 표면(2a)을 갖고 하우징(3)은 보어(7)를 형성하는 내주 표면(3a)을 갖는다. 바람직하게는, 베어링(1), 샤프트(2) 및 하우징(3)은 모터 또는 그 밖의 다른 전기 기계(예를 들어, 발전기) 또는 전하를 축적하거나 전류를 전달할 수 있는 회전 부품이 있는 임의의 그 밖의 다른 기계의 구성 요소들이다.
복합 절연체 및 전도체 조립체(10)는, 기본적으로, 베어링 외부 링(5) 주위에 배치될 수 있으며 베어링 외부 링(5)과 하우징(3) 사이에서, 따라서 베어링(1)을 통해 전류가 흐르는 것을 방지하는 환형 절연체(12), 및 절연체(12)와 고정 결합되고 내부 반경방향 단부(11a) 및 외부 반경방향 단부(11b)를 갖는 전기 전도체(11)를 포함한다. 전도체 외부 반경방향 단부(11b) 및/또는 내부 및 외부 단부(11a, 11b) 사이의 전도체(11)의 한 부분은, 각각, 하우징(3)과 전도적으로 결합 가능하고, 전도체 내부 반경방향 단부(11b)는 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면(2a)과 결합 가능하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전도적으로 결합 가능한(conductively engageable)"란, 결합 부재, 특히, 전도체(11) 및 하우징(3) 사이에서 전류가 흐를 수 있도록 하기 위하여, 직접 접촉을 통해 또는 하나 이상의 중간 구성 요소 또는 부재(7)(도 14 참조)와의 접촉을 통해 전기 전도성 경로를 구현하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 전도체(11)는 베어링(1)에 축방향으로 인접하도록 절연체(12)와 고정 결합된 전기 전도성 디스크(14) 및 디스크(14)와 결합되고 샤프트(2)와 접촉될 수 있는 복수의 전도성 섬유(18)를 갖는 브러시 하위조립체(16)를 포함하며, 디스크(14) 및 브러시 하위조립체(16)는 전도체(11)를 형성하는데, 이는 밑에서 상세하게 기술될 것이다.
보다 구체적으로, 절연체(12)는 베어링 외부 링(5)과 하우징(3) 사이에서, 따라서 베어링(1)을 통해 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성되고, 중심선(13) 및 중심선(12a) 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열되고 이를 따라 축방향으로 연장되는 복수의 돌출부(20)를 갖는다. 전도성 디스크(14)는 중심선(15), 하우징 내측 표면(3a)과 결합 가능하고 전도체 외부 반경방향 단부(11b)를 제공하는 외부 반경방향 단부(14a), 및 샤프트(2)의 한 부분을 수용하기 위한 중앙 개구(17)를 형성하는 내부 반경방향 단부(14b)를 갖는다. 더욱이, 전도성 브러시 하위조립체(16)는 중심선(16a)을 가지며 전도성 섬유(18)는 중심선(16a) 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열되고 전도성 디스크(14)의 내부 단부(14b)로부터 반경방향으로 내부를 향해 연장된다.
각각의 전도성 섬유(18)는 바람직하게는 탄소로 형성되고 샤프트(2)와 디스크(14) 사이에 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면(2a)과 접촉할 수 있는 내부 단부(18a)를 가지며, 섬유 내부 단부(18a)는 전체적으로 전도체(11)의 내부 단부(11a)를 제공한다. 디스크(14)가 브러시 하위조립체(16) 및 하우징(3) 사이에서 전도성 경로를 제공하도록 구성되기 때문에, 샤프트(2)상의 임의의 전류 또는 전하는 베어링(1)을 통하지 않고 조립체(10)를 통해 흐르도록 안내된다(directed). 따라서, 복합 절연체 및 전도체 조립체(10)는, 베어링(1)을 통한 직류 흐름(절연체(12)로 인한)을 방지하고 전도체(11)의 전도성 디스크(14) 및 브러시 하위조립체(16)에 의해 베어링(1)에 인접한 전류에 대한 대체 경로를 제공함으로써 베어링(10)을 보호하는 기능을 한다. 위에서 기본 구조 및 기능에 대해 설명 하였지만, 조립체의 그 밖의 다른 구성 요소들은 아래에서 상세히 논의된다.
이제, 도 4-6 및 10-12를 살펴보면, 절연체(12)는 바람직하게는 베어링 외부 링(5)의 제1 축방향 단부(5a)와 결합되고 축방향 돌출부(20)를 제공하는 절연 링(30) 및 외부 링(5) 주위에 배치되고 절연 링(30)과 결합된 관형 절연체 몸체(32)를 포함한다. 절연 링(30)은 절연 재료, 바람직하게는 유리가 충전된 나일론 및 가장 바람직하게는 PA66-GF35로 형성되지만, 임의의 그 밖의 다른 적절한 재료로 형성될 수도 있다. 바람직하게는, 절연 링(30)은 일반적으로 원형이고 베어링 외부 링(5)의 외측 표면(5c)의 한 부분 주위에 배치된 축방향 부분(34) 및 축방향 부분(34)으로부터 내부를 향해 연장되는 반경방향 부분(36)을 갖는다.
보다 구체적으로는, 링 축방향 부분(34)은 링 외측 표면(5c)의 부분 주위에 배치된 내주 표면(35A), 대향하는 외주 표면(35B) 및 환형 홈(37)을 갖는다. 환형 홈(37)은 외측 표면(35B)으로부터 반경방향으로 내부를 향해 연장되고, 절연체 중심선(13)에 대해 외주 방향으로 형성되며, 후술하는 바와 같이, 관형 몸체(32)의 환형 숄더(40)를 수용하도록 구성된다. 바람직하게는, 링 축방향 부분(34)은 후술하는 바와 같이 관형 몸체(32)와의 결합을 용이하게 하기 위해 각진 리드-인 에지(34a)를 더 갖는다.
또한, 링(30)의 반경방향 부분(36)은 베어링 외부 링(5)의 제1 축방향 단부(5a)에 대해 배치된 제1 축방향 단부(36a) 및 대향하는 제2 축방향 단부(36b)를 가지며, 복수의 돌출부(20)가 제2 축방향 단부(36b)로부터 축방향으로 연장된다. 바람직하게는, 각각의 돌출부(20)는, 링 반경방향 부분(36)과 일체로 형성된 내부 단부(38a) 및 리벳과 유사한 원형으로 형성된 헤드(39)를 갖는 대향하는 자유 외부 단부(38b)를 갖는 일반적으로 원형의 원통형 로드(38)로서 형성된다. 돌출부 헤드(39)는 후술하는 바와 같이, 돌출부(20) 상에 전도성 디스크(14)를 전체 적으로 고정 유지하고, 각각의 헤드(39)는 디스크(14)가 돌출부(20) 상에 조립된 후에 형성된다.
도 4-6 및 10-12에 도시된 바와 같이, 관형 절연체 몸체(32)는 일반적으로 원형의 원통형이고 각각 대향하는 내주 및 외주 표면(33A, 33B) 및 대향하는 축방향 단부(32a, 32b)를 각각 갖는다. 절연체 몸체(32)는 바람직하게는 알루미늄으로 형성되고, 바람직하게는 양극산화 처리(anodization)에 의해 형성된 내주 및 외주 표면(33A, 33B) 중 하나 또는 둘 모두로 형성된 하나 이상의 산화층을 갖는다. 하지만, 몸체(32)는 대안으로 또 다른 적절한 절연 재료(예를 들어, 경질 폴리머 또는 세라믹) 혹은 또 다른 양극산화 처리된 금속성 재료로 형성될 수 있다. 몸체(32)의 내주 표면(33A)은 베어링 외부 링(5)의 외측 표면(5c) 주위에 배치될 수 있고 외주 표면(33B)은 베어링(5)을 축방향으로 유지하기 위해 하우징 내측 표면(3a)과 결합될 수 있다. 또한, 관형 절연체 몸체(32)는 바람직하게는 제1 축방향 단부(32a)에 인접한 내측 표면(33A)으로부터 반경 방향으로 내부를 향해 연장되는 환형 숄더(40) 및 숄더(40)에 인접한 각진 결합 표면(42)을 갖는다. 바람직하게는, 플랜지(44)가, 베어링 축방향 단부(5b)를 절연하기 위해 베어링(5)의 제2 축방향 단부(5b)에 대해 배열될 수 있으며 절연체 몸체(32)의 제2 축방향 단부(32b)부터 반경방향으로 내부를 향해 연장된다.
도 5 및 도 10을 살펴보면, 상기 구조에서, 바람직한 2-부분 절연체(12)는 아래 방식으로 베어링 외부 링(5) 주위에 설치된다. 절연체 몸체(32)는 먼저 베어링 제2 축방향 단부(5b)를 관형 몸체(32)의 제1 축방향 단부(32a)에 삽입하고, 그 뒤 플랜지(44)가 링의 제2 단부(5b)에 대해 접할 때까지 몸체 내측 표면(33A)을 링 외측 표면(5c) 주위로 슬라이딩 이동시킴으로써, 베어링 외부 링(5) 주위에 설치된다. 그 뒤, 절연 링(30)은 도 10a에 도시된 바와 같이 베어링 제1 축방향 단부(5a)를 링 축방향 부분(34)의 자유 단부(34a)에 삽입함으로써 베어링 외부 링(5) 상에 설치된다. 축방향 부분(34)은, 링(32)의 각진 리드-인 표면(34b)이 숄더(40)가 링(30)의 리세스(37)에 걸릴 때까지(snap) 관형 몸체(32)의 제1 축방향 단부(32a)를 반경방향 외부를 향해 구부려지도록, 관형 몸체(32)를 향해 이동된다. 이 때, 각진 리드-인 표면(34b)은 절연체 몸체(32)의 각진 결합 표면(42)에 대해 배치되고 링 반경방향 부분(36)의 제1 축방향 단부(36a)는 도 10b에 도시된 바와 같이 베어링 외부 링(5)의 제1 축방향 단부(5a)에 대해 배치된다. 바람직하게는, 절연 링(30)은 베어링(1) 주위에 절연체(12)를 고정 유지하기 위해 베어링 외부 링(5)에 몰딩된다(예를 들어, 열을 제공함으로써).
도 5-9에 도시된 바와 같이, 전도성 디스크(14)는 일반적으로 원형이고 바람직하게는 전도성의 금속성 재료, 가장 바람직하게는 알루미늄으로 형성되지만, 임의의 그 밖의 다른 적절한 재료(예를 들어, 저탄소 강)로 형성될 수 있다. 디스크(14)는 또한 대향하는 제1 및 제2 축방향 단부(14c, 14d) 및 상기 축방향 단부(14c, 14d)들 사이에서 연장되고 중심선(15)에 대해 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 개구(22)를 갖는다. 각각의 디스크 개구(22)는 디스크(14)를 절연체(12)와 고정 결합하기 위해 절연체(12)의 복수의 돌출부(20) 중 개별적인 하나를 수용하고, 후술하는 바와 같이, 디스크 중심선(15)은 일반적으로 절연체 중심선(13)과 동축이다(coaxial). 또한, 전도성 디스크(14)는 바람직하게는 각각이 각각의 개구(22)에 인접하게 위치되고 디스크(14)의 외부 반경방향 단부(14a)로부터 축방향으로 연장되는 복수의 아치형 플랜지(50)를 갖는다. 각각의 플랜지(50)는 하우징 내측 표면(3a)과 전도적으로 결합되어 하우징(3)과 전도적으로 접촉되는 디스크(14)의 표면적을 증가시킨다.
또한, 디스크(14)는 바람직하게는 중심선(15) 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 장착 탭(52)을 포함하고, 각각의 장착 탭(52)은 브러시 하위 조립체(16)와 결합되어 브러시 하위조립체(16)가 디스크(14)와 결합된다. 바람직하게는, 각각의 장착 탭(52)은 직사각형 탭(52) 및 간극 홀(56)을 형성하기 위해 디스크(14)를 통해 절단에 의해(예를 들어, 다이 펀칭에 의해) 형성된다. 각각의 탭(52)은, 브러시 하위조립체(16)의 리테이너(60)(아래에서 설명 됨) 주위로 구부러지며, 각각의 결합된 장착 탭(52)은 일반적으로 브러시 하위조립체(16)를 디스크(14)에 고정 부착하기 위해 C-형태로 구성된다. 또한, 간극 홀(56)은 유체(예를 들어, 윤활제, 공기 등)가 전도성 디스크(14)를 통해 흘러 베어링(1) 안팎으로 통과할 수 있도록 통로를 제공한다.
도 11-13을 살펴보면, 전도성 디스크(14)는, 각각의 돌출 로드(38)의 자유 단부(38b)가, 도 11A에 도시된 바와 같이, 디스크의 제2 축방향 단부(14d)로부터 개구(22)들 중 개별 개구에 삽입될 때까지, 디스크(14)를 베어링(1) 상에 설치된 절연체(12)를 향해 축방향으로 변위시킴으로써 절연체(12)와 결합된다. 그 뒤, 돌출부(20)는, 돌출부(20)의 외측 부분이 도 11B 및 12에 도시된 바와 같이 디스크 제1 축방향 단부(14c)로부터 외부를 향해 연장될 때까지, 디스크 개구(22)를 통과한다. 마지막으로, 돌출 로드(38)의 자유 단부(38b)는 바람직하게는 초음파 공정(ultrasonic process)에 의해 헤드(39)에 형성되거나 변형되는데, 헤드(39)는 디스크 제1 축방향 단부(14c)에 대해 배치되고 디스크(14)를 돌출부(22) 상에 고정 유지시켜, 도 11c 및 13에 도시된 바와 같이, 절연체(12)와 영구 결합된다.
이제, 도 2, 5, 8 및 9를 살펴보면, 전도성 브러시 하위조립체(16)는 바람직하게는 전술한 바와 같이 전도성 디스크(14)와 연결되고, 환형 홈(62)을 가진 개방된 내부 반경방향 단부(60a) 및 폐쇄된 외측 단부(60b)를 갖는 환형 리테이너(60)를 포함한다. 복수의 전도성 섬유(18) 각각은, 리테이너(60)로부터 샤프트(2)를 향해 반경방향으로 내부를 향해 연장되고 홈(62) 내에 배치된 외부 반경방향 단부(18a)를 가진다. 보다 구체적으로, 리테이너(60)는 외부 축방향 베이스(64) 및 2개의 대향하는 반경방향 레그(66)를 가지며, 리테이너(60)는 일반적으로 C-형태의 축방향 횡단면을 갖는다. 리테이너의 레그(66)는 바람직하게는 홈(62) 내에 섬유(18)를 유지하기 위해 전도성 섬유(18)의 외부 단부(18a)에 대해 클램핑 고정된다(clamp).
또한, 브러시 하위조립체(16)는 바람직하게는 리테이너 홈(62) 내에 배치된 원형 후프(68)를 포함하고, 복수의 전도성 섬유(18) 각각은 후프(68) 주위로 구부러진다. 그에 따라, 각각의 전도성 섬유(18)는 바람직하게는 일반적으로 U-형태 또는 V-형태이며 샤프트 외측 표면(2a)과 접촉할 수 있는 2개의 내부 단부(18b)를 갖는다. 하지만, 전도성 섬유(18) 각각은 외부 반경방향 단부(18a)로부터 내부 반경방향 단부(18b)까지 일반적으로 직선 스트랜드(미도시)로서 연장되도록 배열될 수 있다.
더욱이, 브러시 하위조립체(16)의 복수의 전도성 섬유(18)는 일반적으로 섬유의 연속 링(미도시)에 배열되거나 또는 바람직하게는 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 불연속(discrete) 섬유(18) 세트(19)로서 배열된다. 후자의 경우 즉 복수의 불연속 섬유 세트로서 배열되는 경우, 불연속 섬유(18) 세트(19)는, 샤프트(2)와 접촉할 수 있는 섬유 세트(19)가 짧은 길이의 섬유(18) 세트(21)에 의해 이격되어 배열되도록, 바람직하게는 섬유(18)의 연속 링을 포함하는 브러시 조립체(16)를 다이-커팅(die-cutting) 함으로써 형성된다. 또한, 각각의 전도성 섬유(18)는 바람직하게는 5 마이크로미터 또는 마이크론(5 μm) 내지 100 마이크론(100 μm) 범위 내의 직경을 갖는 크기로 형성된다. 각각의 전도성 섬유(18)는 바람직하게는 전술한 바와 같이 탄소로 형성되지만, 섬유(18)는 대안으로 임의의 적절한 전기 전도성 재료, 가령, 금속성 재료, 전도성 폴리머 등의 재료로 제조될 수 있다.
전도체(11)가 바람직하게는 전술하고 도면에 도시된 바와 같이 전도성 디스크(14) 및 브러시 하위조립체(16)를 포함하지만, 대안으로 전도체(11)는 샤프트(2) 및 하우징(3) 사이에 하나 이상의 전도성 경로를 제공할 수 있으며 절연체(12)와 고정 결합될 수 있는 임의의 그 밖의 다른 적절한 방식으로도 형성될 수 있다. 전도체(11)는, 브러시 하위조립체(16) 대신, 전도성 디스크(14)에 부착되고 샤프트(2)와 전도적으로 결합될 수 있는 전도성 재료의 강성 링(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 강성 링은 반경방향으로 내부를 향해 연장되는 돌출부에 의해 제공된 복수의 아치형 접촉 표면 섹션 또는 연속적인 내주 접촉 표면을 갖는다. 추가 대안예로서, 전도성 디스크(14)는 샤프트(2) 및 디스크(14) 사이에 직접적인 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면(2a)과 접촉할 수 있는 내부 단부(14b)를 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명된 바와 같이 일반적으로 기능할 수 있는 전도체(11)의 상기 구성들 및 그 밖의 다른 모든 적절한 구성들을 포함한다.
본 발명의 절연체/전도체 조립체(10)는 종래 기술에 공지된 장치보다 전류에 의한 손상으로부터 베어링(1)을 보호하는 데 더 효과적이다. 절연체(12)는 베어링(1)을 통해 샤프트(2) 및 하우징(3) 사이에 전압차(voltage difference)가 형성되는 것을 효과적으로 방지하며, 전류가 롤링 요소(6) 및 내부 및 외부 링(4, 5)을 통해 흐르는 것을 방지한다. 전류가 베어링(1)을 통과하지 않을 것이라는 것을 보장하기 위하여, 전도성 디스크(14) 및 브러시 하위조립체(16)는 샤프트(2) 상에서 임의의 전류 또는 전하가 전도성 섬유(18)를 통해 리테이너(60)로 통과하고, 리테이너(60)를 통해 전도성 디스크(14)로 통과하고 난 뒤, 디스크 외부 플랜지(50)를 통해 하우징(3)으로 통과하기 위한 대체 경로를 제공한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 환형 리테이너(60) 및/또는 전도성 디스크(14)의 한 표면 및 하우징(3)의 한 부분(예를 들어, 반경방향 숄더) 또는 하우징(3) 내에 배치된 기계의 구성 요소(7), 가령, 예를 들어 스프링, 핀 등의 사이의 축방향 접촉에 의해, 하우징(3)으로의 추가의 또는 대안의 전도성 경로가 제공될 수 있다. 따라서, 베어링(1)의 영역에서 샤프트(2)상의 임의의 전하 또는 전류는 둘 모두가 절연체(12)에 의해 베어링(1)을 통과하는 것을 방지하고, 전도체(11)의 전도성 디스크(14) 및 브러시 하위조립체(16)를 통과하도록 션트된다(shunted). 또한, 조립체(10)는 제조업체 또는 유통업체에 의해 베어링(1)에 설치될 수 있으며, 복합 절연체 및 전도체 조립체(10)를 갖는 베어링(1)은 하우징(3) 내에서 샤프트(2) 상에 설치될 준비가 된 전체 조립체로서 고객 또는 최종 사용자에게 제공될 수 있다.
당업자라면, 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고도, 위에 기술된 실시예의 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술되거나 또는 통합된 특정 실시예들에만 제한되는 것이 아니라, 청구항들에서 정의된 것과 같이, 본 발명의 개념과 범위 내에 있는 변형예들을 다루기 위한 것으로 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 샤프트 및 하우징 사이에 배치될 수 있는 베어링을 위한 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체로서, 상기 베어링은, 내부 링, 외주 표면 및 대향하는 제1 및 제2 축방향 단부를 갖는 외부 링, 및 상기 링들 사이에서 복수의 롤링 요소를 포함하고, 하우징은 내주 표면을 가지며, 상기 조립체는:
    외부 링 주위에 배치 가능하고 외부 링 및 하우징 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성된 환형 절연체; 및
    내부 반경방향 단부 및 외부 반경방향 단부를 가지며 절연체와 고정 결합된 전기 전도체를 포함하되, 내부 및 외부 단부 사이의 전도체의 한 부분 및 전도체 외부 반경방향 단부 중 하나 이상은 하우징과 전도적으로 결합될 수 있으며, 전도체 내부 반경방향 단부는 샤프트 및 하우징 사이에 전도성 경로를 제공하기 위해 샤프트 외측 표면과 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  2. 제1항에 있어서:
    전도체는 중심선 및 중심선 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 개구를 가지고;
    절연체는 중심선 및 중심선을 따라 축방향으로 연장되고 중심선 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 돌출부를 가지며, 각각의 돌출부는 전도체 개구 중 개별적인 하나를 통해 연장되고 전도체를 절연체와 고정 결합하기 위해 전도체에 부착된 외부 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 절연체는:
    베어링 외부 링의 제1 축방향 단부와 결합되고, 전기 절연 재료로 형성되며, 복수의 돌출부를 제공하는 절연 링; 및
    베어링 외부 링의 외측 표면 주위에 배치될 수 있는 내주 표면 및 하우징 내측 표면과 결합 가능한 외주 표면, 절연 링과 결합된 제1 축방향 단부 및 대향하는 제2 축방향 단부를 갖는 관형 절연체 몸체를 포함하되, 절연체 몸체는 전기 절연 재료로 형성되거나 내측 및 외측 표면 중 하나 이상의 표면에 절연 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 절연 링은 베어링 외부 링의 외측 표면의 한 부분 주위에 배치된 축방향 부분 및 상기 축방향 부분으로부터 내부를 향해 연장되고 베어링 외부 링의 제1 축방향 단부에 대해 배치된 제1 축방향 단부 및 대향하는 제2 축방향 단부를 갖는 반경방향 부분을 가지며, 복수의 돌출부는 제2 축방향 단부로부터 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 절연 링은 환형 홈을 가지며, 관형 절연체 몸체의 제1 축방향 단부는 링과 절연체 몸체를 결합하기 위해 환형 홈에 배치된 환형 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  6. 제2항에 있어서, 전도체는:
    전기 전도성 디스크를 포함하되, 상기 전기 전도성 디스크는 전도체 외부 반경방향 단부를 제공하는 외부 단부, 샤프트의 한 부분을 수용하기 위한 중앙 개구를 형성하는 내부 반경방향 단부, 및 전도체 개구 중 개별적인 하나를 제공하는 복수의 관통 홀을 가지며;
    전도성 디스크와 결합되고 중심선 및 복수의 전기 전도성 섬유를 포함하는 환형 전도성 브러시 하위조립체를 포함하되, 전도성 섬유는 중심선에 대해 외주 방향으로 이격되어 배열되고 전도성 디스크의 내부 단부로부터 반경방향으로 내부를 향해 연장되며, 각각의 전도성 섬유는 샤프트 외측 표면과 접촉할 수 있고 전도체 반경방향 내부 단부를 제공하는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 전도성 디스크는 중심선 주위로 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 장착 탭을 포함하되, 각각의 장착 탭은 브러시 하위조립체와 캐리어를 결합하기 위해 브러시 하위조립체와 결합되는 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 전도성 브러시 하위조립체는 캐리어와 연결되고 환형 홈을 가진 내부 반경방향 단부를 갖는 환형 리테이너를 포함하되, 복수의 전도성 섬유 각각은 홈 내에 배치되고 리테이너로부터 샤프트를 향해 반경방향으로 내부를 향해 연장되는 외부 반경방향 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 브러시 하위조립체는 리테이너 내에 배치된 원형 후프를 추가로 포함하고, 복수의 전도성 섬유 각각은 각각의 섬유가 샤프트 외측 표면과 접촉할 수 있는 2개의 단부를 갖도록 후프 주위로 구부러지는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
  10. 제6항에 있어서, 브러시 하위조립체의 복수의 전도성 섬유는 외주 방향으로 이격되어 배열된 복수의 불연속 섬유 세트로 배열되는 것을 특징으로 하는 복합 전기 절연체 및 전도체 조립체.
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