KR20210145656A - 클립 장착형 전도체를 가진 베어링용 복합 절연체 및 전도체 어셈블리 - Google Patents

클립 장착형 전도체를 가진 베어링용 복합 절연체 및 전도체 어셈블리 Download PDF

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니콜라스 베루엣
폴 펠리시아노
마티유 허버트
토미 줄리언
진 에이 코바치
토마스 페로틴
데이비드 크리스토퍼 뤼브스키
안토니 시모닌
콜린 스나이더
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본원은 샤프트와 하우징 사이에 배치 가능한 베어링용의 복합된 전기 절연체 및 전도체 어셈블리 이다. 환형 절연체는 베어링에 대해 배치 가능하며, 외부 링과 하우징 사이의 전류 흐름을 방지하도록 구성된다. 전기 전도체는 전도체가 베어링에 결합하게 절연체와 분리 가능하게 계합된 리테이너(들)와, 외부 반경방향 단부 및 내부 반경방향 단부를 갖는다. 전도체 외부 반경방향 단부 및/또는 외부 단부와 내부 단부 사이의 전도체의 일부분은 하우징과 전도성 계합을 할 수 있고, 그리고 전도체 내부 반경방향 단부는 샤프트와 전도성 계합을 하여 샤프트와 하우징 사이에 전기 전도성 경로를 제공한다. 바람직하게, 전도체는 절연체의 절연체 요홈과 계합할 수 있는 아치형 리테이너 클립을 가진 전도성 디스크, 및 샤프트 외부 표면과 계합된 전도성 파이버를 구비하는 브러시 서브어셈블리를 포함한다.

Description

클립 장착형 전도체를 가진 베어링용 복합 절연체 및 전도체 어셈블리{COMBINED INSULATOR AND CONDUCTOR ASSEMBLY FOR BEARINGS WITH CLIP-MOUNTED CONDUCTOR}
본 발명은 베어링에 관련한 것으로, 보다 상세하게는 전류 또는 전하가 베어링을 통과하는 것를 방지하기 위한 접지 장치(grounding devices)에 관한 것이다.
모터, 발전기 및 이와 유사한 장치와 같은 전기 기계에 사용되는 베어링은 전류 또는 전하가 베어링을 통과하는 경우 손상될 수 있으며, 그것은 특히 베어링 궤도(raceways)에 해로운 것이다. 접지 브러시와 같은 장치는 전류용 대체 경로(alternative path)를 제공하여, 전류가 베어링을 통과하는 것을 방지하게 개발된 것이다. 이런 장치들은 흔히 샤프트의 전체 외부 표면에 대해 원주방향으로 이격된 복수의 전도성 파이버를 포함하여 파이버의 매우 견고한 솔리드 링을 형성하여서, 전류가 샤프트와 하우징 사이의 파이버를 통과하는 것이다. 다른 장치 또는 메커니즘에는 전류가 베어링을 통과하는 것을 방지하기 위해 베어링을 전기적으로 절연하는 것이 제공되며, 절연 코팅 또는 덮개를 포함할 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 샤프트와 하우징 사이에 배치 가능한 베어링용 복합 전기 절연체 및 전도체 어셈블리(combination electrical insulator and conductor assembly)이며, 상기 베어링은 내부 링, 외부 원주 표면과 대향 제 1 및 제 2 축방향 단부(opposing first and second axial ends)를 가진 외부 링, 및 상기 링 사이의 복수의 롤링 요소를 구비하고, 상기 하우징은 내부 원주 표면을 갖는다. 어셈블리는, 외부 링 주위에 배치될 수 있고 외부 링과 하우징 사이의 전류 흐름을 방지하게 구성된 환형 절연체를 포함한다. 전기 전도체는 베어링, 외부 반경방향 단부, 및 내부 반경방향 단부와 전도체가 결합하기 위한, 절연체와 분리 가능하게 계합된(releasably engaged) 적어도 하나의 리테이너를 구비한다. 전도체 외부 반경방향 단부 및/또는 외부 단부와 내부 단부 사이에 전도체의 일부분은 하우징과 전도성으로 계합될 수 있고, 그리고 전도체 내부 반경방향 단부는 샤프트와 하우징 사이에 전기 전도성 경로(electrically conductive path)를 제공하도록 샤프트에 전도성으로 계합될 수 있다.
바람직하게, 전도체는 베어링에 축방향으로 인접하도록 절연체와 결합된 전기 전도성 디스크를 포함한다. 디스크는 중심선, 하우징 내부 표면과 계합할 수 있는 외부 반경방향 단부, 샤프트의 일부분을 수용하기 위한 중앙 개구를 한정하는 내부 반경방향 단부, 및 적어도 하나의 리테이너를 제공하는 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 아치형 클립을 갖는다. 각각의 클립은 절연체의 환형 요홈(groove)과 계합되어 디스크를 베어링과 분리 가능하게 결합한다. 환형 전도성 브러시 서브어셈블리는 전도성 디스크와 결합되고 중심선 및 복수의 전기 전도성 파이버를 포함하며, 상기 전도성 파이버는 중심선에 대해 원주방향으로 이격되고 전도성 디스크의 내부 단부로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 각각의 전도성 파이버는 샤프트와 디스크 사이에 전도성 경로를 제공하도록 샤프트 외부 표면과 접촉할 수 있는 내부 단부를 갖는다.
전술한 요약 및 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 설명할 목적으로 바람직한 실시예의 구성을 도면에 도시했다. 그러나, 본 발명은 도시된 구성요소의 정확한 배치 및 수단에 한정되지 않는 것으로 이해해야 한다.
도 1은 베어링에 설치된 본 발명에 따른 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 정면도이다.
도 3은 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 측면 평면도이다.
도 4는 샤프트 상에 그리고 하우징 내에 설치된, 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 축선 단면도이다.
도 5는 전도체의 리테이너를 통해 취해진 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 일부분의 절취된 축선 단면도이다.
도 6은 도 5의 상부 부분의 절취된 확대도이다.
도 7은 도 6의 일부분을 더욱 확대한 도면이다.
도 8은 도 4의 상부 부분의 절취된 확대도이다.
도 9는 설치 과정 중에 절연체로부터 분리된 전도체를 나타내는, 도 7의 어셈블리의 일부분의 절취된 확대도이다.
도 10은 다른 적용 예에 설치하여 나타낸 복합 절연체 및 전도체 어셈블리의 절취된 축선 단면도이다.
다음 설명에서 사용하는 특정 기술용어는 편의상 사용할 뿐이며 그 기술용어로 제한하지 않는 것이다. "내부", "내측으로", "외부", "외측으로" 의 단어는 각각 설명되는 요소의 지정된 중심선 또는 기하학적 중심을 향한 방향과 그로부터 멀어지는 방향을 가리키며, 그 특정 의미는 기술되는 문맥에서 쉽게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연결된" 및 "결합된" 의 단어는 각각 2개 부재 사이에 다른 부재가 그 사이에 개재되지 않은 직접 연결된 것 그리고, 하나 이상의 다른 부재가 그 사이에 개재된 부재들(members) 사이의 간접 연결된 것을 포함하는 의미이다. 용어는 위에서 구체적으로 언급한 단어, 그 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함하는 것이다.
이제 도면을 참조하여 설명하면, 전체적으로 유사한 번호는 유사한 요소를 지칭하는데 사용했으며, 도 1 내지 도 10은 중심 축(Ac)에 대해 회전 가능한 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 배치 가능한 베어링(1)용의 복합된 전기 절연체 및 전도체 어셈블리(10)를 도시했다. 베어링(1)은 내부 링(4), 각각 대향하는 제 1 및 제 2 축방향 단부(5a, 5b)와 외부 표면(5c)을 가진 외부 링(5), 및 상기 링(4, 5) 사이에 배치된 복수의 롤링 요소(6)를 포함한다. 샤프트(2)는 외부 원주 표면(2a)을 갖는다. 상기 외부 원주 표면(2a)은 샤프트(2) 자체 또는 샤프트(2)에 설치된 슬리브(sleeve) 또는 다른 구성요소(도시되지 않음)에 의해 제공되며, 적어도 상기 표면(2a)은, 바람직하게는 전체 샤프트(2) 및/또는 슬리브/구성요소는 전기 전도성이다. 또한, 하우징(3)은 보어(bore)(7)를 한정하는 내부 원주 표면(3a)을 갖고, 그 표면은 메인 하우징(3) 자체의 표면이거나 하우징(3) 내에 배치된 환형 구성요소일 수 있다. 바람직하게, 베어링(1), 샤프트(2), 및 하우징(3)은 모터 또는 기타 전기 기계(예: 발전기) 또는 전하를 축적하거나 전류를 전달할 가능성이 있는 회전 부품을 가진 기타 기계의 구성요소이다. 기본적으로, 복합된 절연체 및 전도체 어셈블리(10)는 베어링 외부 링(5)에 대해 배치될 수 있는 환형 절연체(12)와, 전도체(14)를 베어링(1)에 결합시키기 위해 절연체(12)와 분리 가능하게 계합된 적어도 하나의 리테이너(16)를 가진 전기 전도체(14)를 포함한다.
특정적으로, 절연체(12)는 일반적으로 관형 또는 원통형이고, 중심선(13) 및 바람직하게는 중심선(13)에 대해 원주방향으로 연장되는 환형 요홈(18)을 가지며, 베어링 외부 링(5)과 하우징(3) 사이 그리고 상기 링(5)과 전도체(14) 사이 및 그에 따라 베어링(1)을 통과하는 전류 흐름을 방지하도록 구성된다. 즉, 절연체(12)는 전기 절연재료로 형성되거나 또는 후술하는 바와 같이 하나 이상의 전기 절연 층을 갖는다. 전도체(14)는 중심선(15)(절연체 중심선(13)과 동축), 외부 반경방향 단부(14a), 및 내부 반경방향 단부(14b)를 가지며, 적어도 하나의 리테이너(16)가 바람직하게 전도체 외부 반경방향 단부(14a)에 배치되어 제공된다. 바람직하게, 전도체(14)는 각각 외부 반경방향 단부(14a)에 배치되고 중심선(15)에 대해 원주방향으로 이격된 복수의 리테이너(16)를 갖고, 각각의 리테이너(16)는 하우징 내부 표면(3a)과 전도성 계합(conductively engageable)을 하여 하우징(3)과 전도체(14)의 잔여부(remainder) 사이에 별개의 전도성 경로(conductive path)를 제공한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 각각 외부 및 내부 반경방향 단부(14a, 14b) 사이에 전도체(14)의 일부분은 예를 들어 하우징(3)의 반경방향 견부(3b)(도 10) 또는 기계의 구성요소(7)(도 10)(예: 스프링, 핀 등)와의 접촉을 통해 하우징(3)과 전도성 계합을 할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전도성 계합"의 용어는 계합된 부재들 사이, 특별하게는 전도체(14)와 하우징(3) 사이로 전류를 흐르게 하기 위해서 하나 이상의 중간개재 구성요소 또는 부재와의 직접 접촉을 통해 또는 접촉을 통해 전기 전도성 경로를 확립하는 것을 의미한다. 또한, 각각의 리테이너(16)는 바람직하게 후술하는 바와 같이, 전도체(14)의 잔여부와 연결된 제 1 레그 부분(22) 및 제 1 레그 부분(22)에 대해 편향 될 수 있고 제 2 레그 부분(24)을 구비하는 아치형 클립(20)을 포함하며, 제 2 레그 부분은 절연체 환형 요홈(18) 내에 배치되는 자유 단부(24a)를 갖는다.
복합된 절연체/전도체 어셈블리(10)가 베어링(1)에 장착되고, 부차적으로 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 설치되면, 전도체(14)의 외부 반경방향 단부(14a)는 바람직하게 하우징(3)과, 양호하게는 내부 표면(3a)과, 가장 양호하게는 상술한 바와 같이 복수 리테이너(16)의 계합을 통해, 전도성으로 계합되며, 그리고/또는 전도체(14)의 중간 부분이 전술한 바와 같이 계합된다. 전도체(14)의 내부 반경방향 단부(14b)는 샤프트 외부 표면(2a)과 바람직하게는 아래에서 추가로 상세히 설명되는 바와 같이 양호한 복수의 전도성 파이버(26)를 통해 전도성 계합을 하게 된다. 이와 같이, 전도체(14)는 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 전기 전도성 경로를 제공하여, 베어링(1)으로부터 떨어져서 샤프트(2)에 전류 또는 전하를 분리하여 흐르게 하는 분로(shunt) 기능을 한다. 따라서, 복합 절연체 및 전도체 어셈블리(10)는 베어링(1)을 통하는 직접 전류의 흐름을 막고(즉, 절연체(12)로 인한) 그리고 전도체(14)에 의한 베어링(1)에 인접한 전류용의 대체 경로를 제공하여 베어링(1)을 보호하는 목적의 역활을 한다. 위에서 기본 구조 및 기능을 설명 했으므로, 아래에서는 어셈블리의 이러한 구성요소와 기타 다른 구성요소에 대해서 자세히 설명한다.
계속하여 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 절연체(12)는 바람직하게, 베어링 외부 링(5)의 제 1 축방향 단부(5a)와 결합되며 바람직하게 아래에 설명되는 바와 같이 성형되며 결합 요홈(18)을 제공하는 절연 링(30)과, 외부 링(5)에 대해 배치되고 상기 절연 링(30)과 결합하는 관형 절연체 바디(32)를 포함한다. 절연 링(30)은 절연재료, 바람직하게는 유리 충전 나일론 및 가장 바람직하게는 PA66-GF35 로 제조되지만, 임의의 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다.
이제 도 4 내지 도 10에 도시된 도면을 참조하면, 일반적으로 원형인 절연 링(30)은, 베어링 외부 링 제 1 축방향 단부(5a)에 대면(against) 배치된 내부 축방향 단부(30a)와, 대향 외부 축방향 단부(30b), 및 보어(30c)를 한정하는 내부 원주 표면(34)을 갖는다. 부가로, 링(30)은 또한 외부 링 외부 표면(5c)과 대체로 동일한 높이의 제 1 외부 원주 표면 섹션(36)과, 반경방향으로 더 큰 제 2 외부 원주 표면 섹션(38)과, 제 1 및 제 2 원주 표면 섹션(36, 38) 사이에서 연장되는 반경방향 정지 표면(37)을 갖는다. 복수의 아치형 돌출부(39)(도 8)는 제 1 외부 표면 섹션(36)으로부터 반경방향 외측으로 연장되고 내부 축방향 단부(30a)에 인접하여 배치되며, 각각의 돌출부(39)는 후술하는 바와 같이 관형 바디(32)의 요홈(42) 내에 배치될 수 있다. 또한, 환형 요홈(18)은 바람직하게 도면에 도시된 바와 같이 제 2 외부 표면 섹션(38)으로부터 반경방향 내측으로 연장되지만, 다르게는 내부 원주 표면(34)으로부터 반경방향 외측으로 연장될 수 있다(도시되지 않은 구조). 또한, 링(30)은 추가로 외부 축방향 단부(30b)와 제 2 외부 표면 섹션(38) 사이에서 연장되는 챔퍼(chamfer)(30d)를 갖는다.
계속하여 도 4 내지 도 10에 도면을 참고하여 설명하면, 대체로 원형의 원통형인 관형 절연체 바디(32)는, 각각 대향하는 내부 및 외부 원주 표면(33, 35) 및 각각 대향하는 제 1 및 제 2 축방향 단부(32a, 32b)를 갖는다. 바람직하게 알루미늄으로 형성되는 절연체 바디(32)는, 원주 표면(33, 35) 중 하나 또는 둘 모두에 형성되는, 바람직하게는 양극 산화처리로 형성되는 적어도 하나의 산화층을 구비하지만, 대안적으로 상기 층은 적절한 절연재료(예: 리지드 폴리머 또는 세라믹) 또는 다른 양극 산화 금속재료로 형성될 수 있는 것이다. 바디(32)의 내부 원주 표면(33)은 베어링 외부 링(5)의 외부 표면(5c)에 대해 배치될 수 있고, 그리고 외부 원주 표면(35)은 바람직하게 베어링(1)과 어셈블리(10)를 축방향으로 유지하도록 하우징 내부 표면(3a)과 마찰식으로 계합 가능하지만, 상기 외부 표면(35)은 단순히 마찰식 계합 없이 하우징 내부 표면(3a)에 대면하여/내부에(against/within) 배치되는 것이다.
또한, 관형 바디(32)는, 바디 제 2 축방향 단부(30b)로부터 내측으로 연장되고 외부 링 제 2 축방향 단부(5b)에 대면하여 배치될 수 있는 레디알 플랜지(40)를 갖는다. 바디(32)는 제 1 축방향 단부(32a)가 외부 링(5)에 설치될 때 외부 링 제 1 축방향 단부(5a)로부터 축방향 외측으로 이격지도록 크기가 이루어져 있어서, 내부 표면(33)의 일부분(33a)이 외부 링 제 1 단부(5a)를 넘어 연장된다. 환형 요홈(42)은 내부 표면(33)으로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 외부 링 제 1 축방향 단부(5a)에 인접하게 위치된다. 절연체(12)가 베어링 외부 링(5)에 대해 설치되면, 관형 바디 내부 표면(33)의 부분(33a)은 링(30)의 제 1 외부 표면 섹션(36)에 대해 배치되고, 관형 바디 제 1 축방향 단부(32a)는 링 반경방향 정지 표면(37)에 대면하여 배치되고, 그리고 복수의 링 돌출부(39)는 관형 바디 환형 요홈(42) 내에 배치된다.
도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 구조에서는, 바람직한 2-피스 절연체(12)가 다음과 같은 방식으로 베어링 외부 링(5)에 대해 설치된다. 절연체 바디(32)는 먼저 베어링 제 2 축방향 단부(5b)를 관형 바디(32)의 제 1 축방향 단부(32a)에 삽입한 다음, 플랜지(40)가 링 제 2 단부(5b)와 마주 접하고 그리고 절연체 바디 제 1 축방향 단부(32a)가 베어링 링 제 1 축방향 단부(5a)로부터 이격될 때까지 링 외부 표면(5c)에 대해 바디 내부 표면(33)을 활주 시켜서 베어링 외부 링(5)에 대해 설치된다. 다음, 절연 링 내부 축방향 단부(30a)가 베어링 링 제 1 축방향 단부(5a)에 대하여 접촉할 때까지 링 내부 축방향 단부(30a)를 관형 바디 제 1 축방향 단부(32a)에 삽입함으로서, 베어링 외부 링(5)에 절연 링(30)이 설치된다. 이 시점에서는, 절연 링 돌출부(39)(도 8)가 관형 바디 요홈(42) 내에 배치되고 그리고 관형 바디 제 1 단부(32a)가 링 정지 표면(37)과 마주 접하게 된다. 바람직하게, 절연 링(30)은 베어링(1)에 대해 절연체(12)를 고정적으로 유지하기 위해 베어링 외부 링(5)에 (예를 들어, 열을 가함으로써) 성형된다.
다시 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 전도체(14)는 바람직하게 상술한 바와 같이, 베어링(1)에 축방향으로 인접하게 있도록 절연체(12)와 결합된(즉, 리테이너(들)(16)를 통해) 전기 전도성 디스크(50), 및 디스크(50)와 결합되고 샤프트(2)와 접촉 가능한 복수의 전도성 파이버(26)를 제공하는 브러시 서브어셈블리(52)를 포함한다. 보다 구체적으로 설명하면, 전도성 디스크(50)는 중심선(51), 리테이너(16)를 제공하는 외부 반경방향 단부(50a), 샤프트(2)의 일부분을 수용하는 중앙 개구(54)를 한정하는 내부 반경방향 단부(50b), 및 대향 제 1 및 제 2 축방향 단부(50c, 50d)를 각각 갖는다. 또한, 전도성 브러시 서브어셈블리(52)는 중심선(53)을 갖고, 그리고 전도성 파이버(26)는 중심선(53)에 대해 원주방향으로 이격되고 전도성 디스크(50)의 내부 단부(50b)로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 각각의 전도성 파이버(26)는 바람직하게 탄소로 형성되고 샤프트(2)와 디스크(50) 사이에 전도성 경로를 제공하도록 샤프트 외부 표면(2a)과 접촉 가능한 내부 단부(26a)를 갖는다. 디스크(50)가 브러시 서브어셈블리(52)와 하우징(3) 사이에 전도성 경로를 제공하는 구성으로, 샤프트(2)상의 모든 전류 또는 전하는 베어링(1)을 통하지 않고 어셈블리(10)를 통해 흐르도록 향하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 대체로 원형인 전도성 디스크(50)는 바람직하게 전도성 금속재료, 가장 바람직하게는 알루미늄으로 형성되지만, 임의의 다른 적절한 재료(예를 들어, 저탄소 강)로 형성될 수도 있다. 리테이너(16)에는 바람직하게, 디스크 외부 단부(50a)로부터 외측으로 연장되고 일반적으로 제 2 축방향 단부(50d)로부터 축방향으로 연장되는 전도성 디스크(50)의 복수의 일체형 아치형 부분(도시되지 않음)이 제공된다. 아치형 부분은 각각 구부러져 중앙 힌지 부분(25)으로 연결된 제 1 및 제 2 레그 부분(22, 24)을 갖는 하나의 클립(20)을 형성하며, 상기 제 2 레그 부분(24)은 후술하는 바와 같이 전도체(14)를 절연체(12)에 설치할 때 힌지 부분(25)에 대해 대체로 반경방향 외측으로 편향될 수 있다. 바람직하게, 디스크(50)가 가진 원형 플랜지(55)는, 디스크 내부 반경방향 단부(50b)로부터 축방향으로 그리고 제 2 축방향 단부(50d)로부터 멀어져서 베어링(1)을 향하는 방향으로 연장된다. 부가하여, 전도성 디스크(50)는 또한 바람직하게 중심선(51)에 대해 원주방향으로 이격된 복수의 장착 탭(58)을 포함하며, 각각의 장착 탭(58)은 브러시 서브어셈블리(52)와 계합하여 서브어셈블리(52)를 디스크(50)에 결합시킨다.
바람직하게, 전도성 디스크(50)는 스탬핑 금속재료, 바람직하게는 상술한 바와 같은 알루미늄으로 형성되며, 먼저 다이 커팅하여 내부 단부(50b)를 한정하는 중앙 개구(54), 외부 단부(50a)에 대해 이격된 복수의 리테이너 부분, 및 복수의 직사각형 탭(58)과 인접한 간극 홀(59)을 형성한다. 간극 홀(59)은 유체(예를 들어, 윤활제, 공기 등)가 베어링(1)을 통과하게 하기 위해서 전도성 디스크(50)를 통해 흐르는 통로를 제공한다. 다음, 후속 성형 작업에서는 외부 아치형 부분을 구부러서 클립(20)을 형성하고 그리고 탭(58)을 브러시 서브어셈블리(52)의 리테이너(60)(아래에서 설명됨)에 대해 구부러서, 대체로 C-형태의 각각의 계합된 장착 탭(58)을 형성한다.
도 7 및 도 9를 참고로 하여 설명하면, 각 리테이너 클립 제 2 레그 부분(24)의 자유 단부(24a)가 절연체 링(30)의 챔퍼(30d)와 접촉할 때까지, 디스크(50)를 베어링(1)에 설치된 절연체(12)를 향하는 축방향으로 변위시키어, 전도성 디스크(50)를 절연체(12)와 결합시킨다. 디스크(50)가 베어링(1) 쪽으로 더 전진함에 따라, 자유 단부(24a)가 챔퍼(30d)를 따라 활주한 다음, 요홈(18) 내에 "스냅핑" 될 때까지 링 제 2 외부 표면 섹션(38)의 일부분을 따라 축방향으로 활주하여, 반경방향 외측으로의 변위가 이루어지도록, 각 클립(20)의 제 2 레그 부분(24)은 힌지 부분(25)에 대해 구부러 진다. 이 시점에서, 전도체(14)는 절연체(12)와 분리 가능하게 또는 제거 가능하게 결합된다. 결합 후, 전도체(14)는 디스크(50)를 절연체(12)로부터 멀어지는 방향으로 당겨서 요홈(18)으로부터 리테이너 클립(20)을 결합해제한 다음, 절연체 링(30)을 분리하여서 절연체(12)(따라서 베어링(1))로부터 제거할 수 있다.
이제 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 6, 및 도 10을 참고로 하여 설명하면, 전도성 브러시 서브어셈블리(52)는 바람직하게 전술한 바와 같이 전도성 디스크(50)와 연결된 환형 리테이너(60)를 포함한다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 환형 리테이너(60)는 환형 요홈(62)에 있는 개방된 내부 반경방향 단부(60a) 및 폐쇄된 외부 단부(60b)를 포함한다. 복수의 전도성 파이버(26)의 각각은 요홈(62) 내에 배치된 외부 반경방향 단부(26b)를 가지며 리테이너(60)로부터 샤프트(2)를 향하는 방향으로 반경방향 내측으로 연장된다. 보다 구체적으로 설명하면, 리테이너(60)가 외부 축방향 기초부(64) 및 2개의 대향 반경방향 레그(66)를 구비하여, 리테이너(60)는 대체로 C-형태의 축방향 단면을 갖는다. 리테이너 레그(66)는 바람직하게 요홈(62) 내에 파이버(26)를 유지하기 위해 전도성 파이버(26)의 외부 단부(26b)에 대해서 클램핑 된다.
또한, 브러시 서브어셈블리(52)는 바람직하게 리테이너 요홈(62) 내에 배치 된 원형 후프(hoop)(68)를 포함하고, 그리고 복수의 전도성 파이버(26)의 각각은 후프(68)에 대해 구부러진다. 따라서, 각각의 전도성 파이버(26)는 바람직하게 대체로 U-형태 또는 V-형태가 되며, 샤프트 외부 표면(2a)과 접촉할 수 있는 2개의 내부 단부(18a)를 갖는다. 그러나, 각각의 전도성 파이버(26)는 외부 반경방향 단부(18b)로부터 내부 반경방향 단부(18a)까지 대체로 직선적 스트랜드(strand)(도시하지 않음)로 연장되도록 배치될 수 있다.
또한, 브러시 서브어셈블리(52)의 복수의 전도성 파이버(26)는 대체로 연속한 파이버 링(도시하지 않음)에 배치되거나 바람직하게 복수의 원주방향으로 이격된 별개의 파이버(26) 세트(28)(a plurality of circumferentially spaced discrete sets of fibers)로 배치된다. 후자의 바람직한 경우에, 파이버(26)의 세트(28)는 바람직하게, 샤프트(2)와 접촉할 수 있는 파이버 세트(28)가 더 짧은 길이의 파이버(26)의 세트(29)에 의해 이격되도록, 파이버(26)의 연속한 링을 포함하는 브러시 서브어셈블리(52)를 다이 커팅하여서 형성된다. 또한, 각각의 전도성 파이버(26)는 바람직하게 5 마이크로미터 또는 미크론(5 μm) 내지 100 미크론(100 μm) 범위 내의 직경을 갖는 크기이다. 각 전도성 파이버(26)가 바람직하게 전술한 바와 같이 탄소로 형성되지만, 상기 파이버(26)는 선택적으로 금속재료, 전도성 중합체 등과 같은 임의의 적절한 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다.
전도체(14)가 바람직하게 전술하고 도면에 도시된 바와 같이 전도성 디스크(50) 및 브러시 서브어셈블리(52)를 포함하더라도, 상기 전도체(14)는 선택적으로, 절연체(12)와 결합 가능하고 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 하나 이상의 전도성 경로를 제공할 수 있는 임의의 다른 적정한 방식으로 형성될 수 있는 것이다. 예를 들어, 전도체(14)는 브러시 서브어셈블리(52) 대신, 전도성 디스크(50)에 부착되고 샤프트(2)와 전도성 계합을 할 수 있는 전도성 재료의 솔리드 링(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 상기 링은 연속한 내부 원주 접촉 표면 또는 반경방향 내측 연장 돌출부로 제공된 복수의 아치형 접촉 표면 섹션을 구비한다. 부가적인 대안으로, 전도성 디스크(50)는 샤프트(2)와 디스크(14) 사이에 직접적인 전도성 경로를 제공하게, 샤프트 외부 표면(2a)과 접촉할 수 있는 내부 단부(50b)를 갖고 형성될 수 있다. 본 발명의 범위는 본원에 기술된 바와 같이 일반적으로 기능할 수 있는 전도체(14)의 구성 및 모든 다른 적절한 구성을 포함한다.
본원의 절연체/전도체 어셈블리(10)는 이전에 공지된 장치에 비해 훨씬 효과적으로 베어링(1)을 전류에 의해 야기된 손상으로부터 보호하는 것이다. 절연체(12)는 베어링(1)을 통해 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 전압 차가 형성되는 것을 효과적으로 차단하여, 전류가 내부 및 외부 링(4, 5)과 롤링 요소(6)를 통해 흐르는 것을 방지한다. 추가적으로 전류가 베어링(1)을 통과하지 않도록 하기 위해, 전도성 디스크(50) 및 브러시 서브어셈블리(52)는, 샤프트(2)상의 임의의 전하 또는 전류가 전도성 파이버(26)를 통해 리테이너(60)로 통하고, 리테이너(60)를 통해 전도성 디스크(50)를 통한 다음, 리테이너 클립(20)을 통해 하우징(3)으로 통하는 대체 경로를 제공한다.
하우징(3)으로의 추가적 또는 대체적 전도성 경로에는, 하우징(3)의 일부분(예를 들어, 반경방향 견부) 또는 하우징(3) 내에 배치된 기계의 구성요소(7)(예를 들어 스프링, 핀 등)와, 도 10에 도시된 바와 같은 전도성 디스크(50)의 표면 및/또는 환형 리테이너(60)의 표면 과의 사이에 축방향 접촉이 제공될 수 있다. 따라서, 베어링(1) 영역에서의 샤프트(2)상의 임의의 전하 또는 전류는 절연체(12)에 의해 베어링(1)을 통과하는 흐름이 방지되고 그리고 브러시 서브어셈블리(52) 및 전도성 디스크(50)를 통과하도록 분로(shunt) 된다. 또한, 어셈블리(10)는 제조업자 또는 공급업자가 베어링(1)에 설치할 수 있으므로, 복합된 절연체 및 전도체 어셈블리(10)를 가진 베어링(1)이, 샤프트(2)상에 그리고 하우징(3) 내에 설치될 준비가 되어있는 전체 어셈블리로서 고객 또는 최종 사용자에게 제공 될 수 있는 것이다.
본 기술분야의 통상의 기술자이면 그 광범위한 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 전술한 실시예를 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에 제한되지 않지만, 첨부된 청구범위에서 일반적으로 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 이루어지는 변경을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

Claims (10)

  1. 베어링이 내부 링, 외부 원주 표면과 대향 제 1 및 제 2 축방향 단부를 가진 외부 링, 및 상기 링 사이에 배치된 복수의 롤링 요소를 구비하고, 샤프트가 외부 원주 표면을 갖고, 그리고 하우징이 내부 원주 표면을 갖는, 샤프트와 하우징 사이에 배치 가능한 베어링용 복합 절연체 및 전도체 어셈블리이며, 상기 어셈블리는:
    상기 외부 링에 대해 배치 가능하고, 외부 링과 하우징 사이에 전류 흐름을 방지하게 구성된 환형 절연체; 및
    전도체가 베어링에 결합하게 절연체와 분리 가능하게 계합된 적어도 하나의 리테이너와, 외부 반경방향 단부, 및 내부 반경방향 단부를 가진 전기 전도체를 포함하며;
    상기 외부 반경방향 단부와 상기 외부 및 내부 단부 사이의 전도체의 일부분 중 적어도 하나는 상기 하우징과 전도성 계합을 할 수 있고, 그리고 상기 내부 반경방향 단부는 샤프트와 하우징 사이에 전기 전도성 경로를 제공하도록 샤프트와 전도성 계합을 할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체는 환형 요홈을 갖고, 그리고 상기 적어도 하나의 리테이너는, 상기 전도체와 연결된 제 1 레그 부분과 상기 제 1 레그 부분에 대해 편향될 수 있는 제 2 레그 부분 및 절연체 요홈에 배치된 자유 단부를 가진 아치형 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도체는 각각 전도체 외부 반경방향 단부에 배치되고 중심선에 대해 원주방향으로 이격된 복수의 리테이너를 가지며, 각각의 리테이너는 전도체와 하우징 사이에 별개의 전도성 경로를 제공하기 위해 하우징 내부 표면과 전도성 계합을 할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체는:
    베어링 외부 링의 제 1 축방향 단부와 결합되고 전기 절연재료로 형성된 절연 링; 및
    베어링 외부 링의 외부 표면에 대해 배치될 수 있는 내부 원주 표면, 하우징 내부 표면과 계합 가능한 외부 원주 표면, 절연 링과 결합된 제 1 축방향 단부, 및 대향 제 2 축방향 단부를 구비하는 관형 절연체 바디를 포함하며;
    상기 절연체 바디는 전기 절연재료로 형성되거나 또는 내부 및 외부 표면 중 적어도 하나에 절연 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 관형 절연체 바디는 내부 원주 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되고 제 1 축방향 단부에 인접하여 배치된 환형 요홈을 갖고, 그리고 상기 절연 링은 외부 원주 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되고 상기 링을 절연체 바디와 결합하게 절연체 바디 요홈 내에 배치된 환형 견부를 구비하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 전도체는:
    적어도 하나의 리테이너가 디스크 외부 단부와 연결되는, 외부 반경방향 단부와, 샤프트의 일부분을 수용하기 위한 중앙 개구를 한정하는 내부 반경방향 단부를 갖는 전기 전도성 디스크; 및
    전도성 디스크와 결합되고 중심선과 복수의 전기 전도성 파이버를 구비하는 환형 전도성 브러시 서브어셈블리를 포함하며;
    상기 전도성 파이버는 중심선에 대해 원주방향으로 이격되고 전도성 디스크의 내부 단부로부터 반경방향 내측으로 연장되고, 각각의 전도성 파이버는 샤프트와 디스크 사이에 전도성 경로를 제공하도록 샤프트 외부 표면과 접촉 가능한 내부 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전도성 디스크는 중심선을 갖고 그리고 부가로 상기 중심선에 대해 원주방향으로 이격된 복수의 장착 탭을 포함하며, 각각의 장착 탭은 브러시 서브어셈블리와 계합되어 브러시 서브어셈블리와 캐리어가 결합하게 한 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전도성 브러시 서브어셈블리는 캐리어와 연결되고 환형 요홈에 있는 내부 반경방향 단부를 갖는 환형 리테이너를 포함하고, 복수 전도성 파이버의 각각은 상기 요홈 내에 배치되는 외부 반경방향 단부를 갖고 리테이너에서 반경방향 내측으로 샤프트 쪽으로 연장되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 브러시 서브어셈블리는 부가로 리테이너 내에 배치된 원형 후프를 포함하고, 그리고 복수 전도성 파이버의 각각은 각각의 파이버가 샤프트 외부 표면과 접촉 가능한 2개의 단부를 갖도록 후프에 대하여 구부러지게 한 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 브러시 서브어셈블리의 복수 전도성 파이버는 복수의 원주방향으로 이격된 별개의 파이버 세트에 배치되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
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