KR20220011124A - 통공형 슬립링의 상태 모니터링 시스템과 방법 - Google Patents
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Abstract
슬립링 조립체는 회전자를 회전가능하게 지지하는 고정자를 갖는 하우징을 포함한다. 회전자는 회전자 축을 통하여 연장되는 각각의 전도체에 전기적으로 연결된 전도성 디스크를 포함한다. 고정자는 전도성 디스크에 활동가능하게 전기적으로 결합하는 브러쉬를 포함한다. 하나 이상의 브러쉬는 고정자를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 고정자 전도체에 전기적으로 연결된다. 전기적인 경로가 고정자 전도체, 브러쉬, 전도성 디스크 및 축의 각 전도체에서 연장되어 형성되어 있다. 스마트보드는 고정자에 연결되며 슬립링 조립체의 작동을 모니터링하고 외부 소스에 신호를 제공하도록 구성된 전자적인 구성요소를 포함한다. 스마트보드는 고정자 전도체에 존재하고 유용한 전력에 전기적으로 연결되고 이에 의하여 전력이 공급된다.
Description
본 발명은 통공형 슬립링(slip ring)의 상태 모니터링 시스템과 방법에 관한 것이다. 본 발명은 2019년 5월 10일자 출원된 미국 가특허출원 제62/846,306호에 대한 우선권을 주장하는 출원으로 그 전체가 본 발명에 참조된다.
슬립링은 고정장치와 회전장치 사이에 전류 또는 전압의 교류가 이루어질 수 있도록 하는 하나 이상의 전기적인 연결부, 전선관 또는 경로를 포함하는 전기기계적인 장치이다. 회전전기코넥터 또는 회전전기조인트로 알려진 이러한 슬립링은 전형적으로 작동중에 자유롭게 회전될 수 있도록 구성되어 있다. 또한 슬립링은 조립체로 적층되거나 조합되어 다수의 전선관이 회전인터페이스를 통하여 동시에 이송될 수 있다.
슬립링은 이들의 이러한 기능 때문에 턴테이블(turntables), 인덱스 테이블(index tables) 및 로봇 등과 같은 회전형 자동화시스템 또는 제어시스템을 포함하는 다양한 분야에 사용된다. 또한 풍력터빈, 반도체처리장치, 프린팅 플라스틱 몰딩장치, CT 및 MRI 의료용 스캐너, 위성통신장비, 음료처리장치 및 산업용 와셔 등에도 슬립링이 사용된다.
하나의 전형적인 구성에 있어서, 전기적인 슬립링은 링(전도체 링)에 대하여 슬라이딩 접촉자(브러쉬)를 고정함으로써 작동한다. 일측 부분, 전형적으로 브러쉬는 고정되어 있는 반면에 타측 부분, 전형적으로 전도체 링은 회전한다. 전도체 링이 다수의 채널을 제공하기 위하여 적층될 때, 절연체 링이 인접한 전도체 링 사이에 삽입된다. 브러쉬와 전도체에 대한 리드선(lead wires)은 내부로 연장되어 슬립링의 양측에서 장치에 전기적으로 연결이 이루어질 수 있도록 한다. 일반적으로, 전도체 링은 회전자(rotor)에 착설되고 일측 단부에 회전자를 통하여 축방향으로 연장된 리드선이 연결되어 있다. 브러쉬는 하우징에 착설된 브러쉬 홀더에 의하여 고정된다. 하우징의 내부에서 일련의 볼 베어링이 회전자를 지지한다. 커버와 단부캡이 장치를 밀봉한다. 하우징, 회전자, 커버 및 단부캡 등과 같은 구조적인 구성요소는 온도, 무게, 크기, 견고성 및 비용 등과 같은 적용조건에 기반하여 선택되는 금속 및 비금속 물질로 만들어진다. 브러쉬, 전도체 링 및 전기적인 코넥터 등과 같은 전기적인 구성요소는 통상적으로 전류밀도, 전압강하, 회전속도, 온도, 저항변화, 대역폭, 특정임피던스 등과 같은 이들의 기능적인 조건에 기반하여 선택되는 전도성 물질로 만들어진다.
본 발명은 슬립링 조립체의 건전성 상태를 감지하기 위한 시스템과 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 슬립링 조립체의 건전성 상태를 감지하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다. 한 실시예에서, 다양한 전기 및 전자 구성요소를 포함하는 기판이 슬립링 조립체의 내부에 착설되고, 슬립링의 작동상태를 나타내는 데이터를 수집하고 처리하며, 슬립링의 작동과 작동상태를 모니터링하는데 사용되는 수신기에 전달한다. 유리하게, 한 실시예에서, 기판의 전기 및 전자 구성요소에는 전원에 의하여 제공되는 전력이 인가된다. 이러한 전원은 배터리 또는 외부전원이 요구되지 않는 슬립링을 통하여 전달되는 내부전원이거나, 또는 예를 들어, 유선전원연결을 통하는 전달되는 외부전원일 수 있다. 기판은 슬립링 조립체에 원시작동데이터 또는 처리된 작동데이터를 제공하고, 또한 슬립링 조립체와 기판 자체의 구성요소 모두의 고장상태(fault conditions)을 진단하고 전송할 수 있다. 통신은 예를 들어 블루투스 또는 근거리통신과 같은 무선연결 또는 유선연결을 통하여 수행된다. 또한 기판은 기판 및/또는 슬립링 조립체의 작동상태를 나타내는 가시적인 표시를 슬립링 조립체의 외부에 제공할 수 있다.
한 실시예에서, 기판은 빛의 존재와 빛의 강도를 검출할 수 있게 구성된 광검출기를 포함한다. 이러한 광검출기는 슬립링 조립체의 브러쉬에 인접하거나 이러한 브러쉬에 대하여 가시적인 선상에 놓이도록 배치되어 스파크의 존재에 의하여 나타나는 브러쉬의 고장이 있는 경우에 스파크에 의하여 발산되는 빛이 검출될 수 있도록 한다. 또한 기판은 온도센서, 습도센서, 홀효과센서(hall effect sensor) 등과 같은 부가적인 센서를 포함할 수 있다. 홀효과센서는 회전하는 링에 배치된 자석에 대한 접근을 감지함으로써 회전수와 회전속도가 모니터될 수 있다. 기판에 포함되어 작동하는 데이터처리 소프트웨어는 여러 센서에 의하여 제공된 신호나 기타 다른 정보를 비교하여 슬립링 조립체의 건전상태 또는 작동상태를 계산하고 평가할 수 있도록 한다. 예를 들어, 연속적인 회전수에 대하여 브러쉬에서의 일정한 스파크의 발현은 브러쉬 또는 링의 고장 또는 예상되는 고장을 나타내는데 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 슬립링 조립체의 건전성 상태를 감지하기 위한 시스템과 방법을 제공한다.
도 1은 내부구성요소를 보이기 위하여 커버를 제거하여 내부에 착설된 센서기판을 보인 본 발명에 따른 슬립링 조립체의 사시도.
도 2는 도 1의 슬립링 조립체의 단면도.
도 3은 도 1에서 보인 슬립링 조립체의 고정링에 착설된 센서기판을 보인 일부분의 사시도.
도 4는 도 1의 센서기판의 예시적인 설명도.
도 5는 본 발명에 따른 네트워크의 개요도.
도 6은 본 발명에 따른 상태흐름도.
도 2는 도 1의 슬립링 조립체의 단면도.
도 3은 도 1에서 보인 슬립링 조립체의 고정링에 착설된 센서기판을 보인 일부분의 사시도.
도 4는 도 1의 센서기판의 예시적인 설명도.
도 5는 본 발명에 따른 네트워크의 개요도.
도 6은 본 발명에 따른 상태흐름도.
슬립링 조립체(100)의 외부를 보인 사시도가 도 1에 도시되어 있으며, 그 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 슬립링 조립체(100)은 중공원통형의 하우징(102)(도 2에 도시하였음)을 포함하는바, 이 하우징은 도 1에서는 내부의 구성요소를 보이기 위하여 제거하였다. 일부 실시예에서, 하우징(102)은 외부로부터 보호하기 위하여 슬립링 조립체(100)의 내부구조를 밀폐한다. 도 1 및 도 2에서, 슬립링 조립체(100)는 축(108)을 따라 중간에 절연디스크(106)를 두고 교대로 배치되는 하나 이상의 전도성 디스크(104)를 포함한다. 각 전도성 디스크(104)는 전형적인 방식으로 축(108)(도시하지 않았음)을 통하여 연장되거나 이에 일체로 구성된 각 전도체에 전기적으로 연결되어 있다. 고정자(110)는 내부에서 축(108)을 회전가능하게 지지하는 베어링(112)을 포함한다. 고정자(110)는 또한 전도성 디스크(104)에 활동가능하게 접촉하고 있으나 전기적으로 결합되는 브러쉬(114)를 포함한다. 브러쉬(114)는 고정자(110)를 통하여 연장된 전도체(도시하지 않았음)에 전기적으로 연결되어 있어 하나 이상의 전기적인 경로가 고정자 전도체로부터 브러쉬(114), 전도성 디스크(104) 및 축(108)을 통하여 연장되는 한편, 축(108)이 고정자(110)에 대하여 회전하거나 그 반대로 고정자가 축에 대하여 회전한다.
축(108)과 고정자(110)는 여러 구조물의 조립체로 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 축(108)은 통공(118)이 연장된 종공봉(116)의 조립체이다. 허브(hub)(120)가 중공봉(116)의 양단에 배치되고 종공봉(116)에 회전가능하게 결합되어 있다. 유사하게, 고정자(110)는 하우징(102)과 베어링(112)을 지지하는 림(rim)(122)을 포함한다. 도 1에서 보인 바와 같이, 고정자(110)는 볼트(128)가 삽입되는 볼트 런너(bolt runner)(126)를 포함하는 하나 이상의 체장구조물(124)을 포함하며, 여기에서 볼트는 슬립링 조립체(100)의 종축선 L을 따라서 일부는 브러쉬(114)를 지지하고 다른 일부는 디스크(104)(106)를 지지한다. 고정자(110)의 전도체에 대하여, 브러쉬(114)는 하우징(102)내에 연장되고 브러쉬(114)에 전도체를 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있는 탭(130)에 연결된다.
도시된 실시예에서, 슬립링 조립체(100)는 스마트보드(smart board)(200)를 더 포함하고, 이 스마트보드는 도 3에서 보인 바와 같이 고정자(110)의 림(122)에 착설되고, 이후 상세히 설명되는 바와 같이 슬립링 조립체(100)의 작동을 모니터링할 수 있도록 작동하고 여러 신호를 외부소스에 제공하는 다양한 전자 구성요소를 포함한다. 스마트보드(200)는 배터리 또는 스마드보드(200)에 유선으로 연결될 수 있는 외부전원에 의하여 제공되는 전력으로 작동된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 한쌍의 전도체(202)가 적당한 전압을 인가하는 각 탭(130)에 연결되어 슬립링 조립체(100)의 작동중에 내부적으로 전력을 스마트보드(200)에 인가한다.
고정자(100)의 단부에 착설된 스마트보드(200)의 외형이 도 3에 도시되어 있고, 스마트보드(200)의 상세도가 도 4에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 스마트보드(200)는 회로기판(204)을 포함하며 이에 다양한 전기 및 전자 구성요소가 배치되어 있다. 도시된 실시예에서, 스마트보드(200)는 홀효과센서(206)와 같은 자기장센서, 온도 및 습도센서(208)와, 도 3에서 빛의 존재와 강도를 감지할 수 있도록 구성된 광센서로서 구현된 스파크 센서(210)를 포함한다. 센서의 형태와 모니터링되는 구조물에 대한 물리적인 접근성 또는 센서의 가시선(可視線)에 따라서 회로기판(204)의 일측면 또는 타측면에 부가적인 센서가 착설되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 스파크 센서(210)는 슬립링 조립체(100)의 밀폐된 내부공간에서 스파크 또는 아크의 발생후에 충분히 오랫동안 감지될 수 있을 만큼 슬립링 조립체(100)의 내부에 남아 있을 수 있는 아크에 의하여 발생되고 아크 발생중에 슬립링 조립체(100)의 내부에서 발견되는 구성요소와 물질의 이온화 또는 분해를 검출할 수 있도록 구성된 적당한 형태의 센서일 수 있다. 이러한 물질은 가시광선, 적외선 또는 자외선 스펙트럼, 오존, 산소, 질소산화물, 미립자 등이 방출되는 빛의 섬광을 포함할 수 있다. 스파크 센서(210)로 사용될 수 있는 센서의 예는 City Technology의 부품번호 75-153123130659의 센서, Amphenol SGX Sensortech SGX-4OX의 센서, SPEC Sensors, LLC의 부품번호 968-041의 센서, Sensirion AG의 부품번호 SGP30-2.5K의 센서 및 기타 유사한 센서를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 스파크 센서(210)는 회로기판(204)에서 브러쉬를 향하는 면에 착설될 수 있다.
도시된 실시예에서, 자기장 센서(206)는 절연디스크(106)에 착설되어 이와 함께 회전될 수 있는 자석(212)과 협동할 수 있게 구성되어 자석(212)은 축(108)의 매 회전시 마다 자기장 센서(206)에 근접하여 통과할 것이다. 회로기판(204)에는 다른 전자부품들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 회로기판(204)은 FRAM 메모리와 같은 하나 이상의 메모리장치, 프로그래머블 프로세서, 전력조절회로, 무선정보송수신기회로, 유선 전력 및/또는 정보전송코넥터, 실시간시계 등을 더 포함한다. 스마트보드(200)는 도시된 실시예에서 실시간으로 스마트보드(200)의 작동상태를 시각적으로 표시하고 슬립링 조립체(100)으로부터 외부에서 볼 수 있는 가시표시기인 발광다이오드 LED(216)를 더 포함한다. 스마트보드(200)의 여러 센서 및 기타 다른 전자장치를 작동시킬 수 있는 전력을 공급하기 위하여 전력선(214)이 전선관(202)에 의하여 탭(130)(도 1)에 연결될 수 있다. 정보전송 및 외부전력공급 등을 위한 부가적인 탭이 사용될 수도 있다.
스마트보드(200)에 대한 신호의 무선전송이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 슬립링 조립체(100)의 단부캡(110)은 플라스틱과 같이 전자기적으로 투과성인 물질로 만들어질 수 있다. 또한, LED(216)에 대한 가시적인 접근이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 하우징 및/또는 단부캡(110)의 부분이 투명, 반투명, 또는 적어도 불투명의 물질로 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 네트워크의 개요가 도 5에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 슬립링 조립체(100)는 스마트보드(200)를 갖는 것으로 보이고 있다. 슬립링 조립체(100)는 사용설비의 다른 기계부분에 착설되거나 결합되는 것으로 이러한 사용설비는 도면의 간명성을 위하여 도시하지 않았다. 스마트보드(200)는 이미 언급한 바와 같이 슬립링 조립체(100)의 여러 내부 구성요소로부터 슬립링 조립체(100)의 작동상태를 나타내는 정보를 수집하고 처리할 수 있다. 이러한 정보는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 원시데이터, 처리 또는 필터링된 데이터 및/또는 구성요소에서 장애의 존재 또는 임박한 징후에 대한 계산된 결론 또는 평가로써 무선으로 제공될 수 있다. 이러한 무선정보는 질문에 대한 응답으로 주기적으로 또는 간헐적으로 전송되는 연속스트림 또는 개별패킷의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 정보는 로컬 컴퓨터 시스템(310)에 국지적으로 제공되거나, 또는 사용장치(302), 셀룰러 게이트웨이(304), 인터넷(306), 클라우드(308) 등에 원격으로 제공될 수 있다.
도 6에는 스마트보드(200)에 포함되어 있고 여러 센서로부터 센서신호를 수신하고 이들 신호를 처리하며 결론 또는 계산된 값을 제공할 수 있도록 배치된 프로그래머블 콘트롤러를 위한 작동방식을 설명하기 위한 상태흐름도가 도시되어 있다. 한 실시예에서, 프로그래머블 콘트롤러의 여러 작동은 메모리장치에 저장되고 여러 기능을 수행하기 위하여 콘트롤러에 의하여 선택적으로 검색 및 실행되는 컵퓨터실행가능명령의 형태이다.
도 6에서 상태흐름은 단계 402에서 전원인가 또는 시작의 조건 또는 상태에서 시작한다. 활성화시에, 콘트롤러는 단계 404에서 펌웨어 업데이트에 대하여 질문할 수 있다. 최신 펌웨어 버전을 이용하는 정상적인 작동을 위하여, 콘트롤러는 단계 406에서 F-RAM과 같은 메모리장치로부터 현재의 센서 데이터를 판독할 수 있다. 그리고, 콘트롤러는 단계 408에서 데이터 연결을 대기할 수 있다. 이러한 시간에 LED(216)는 스마트보드가 연결할 준비가 되었음을 가시적으로 나타낼 수 있다.
콘트롤러와의 데이터 연결이 데이터를 제공하기 위한 다른 콘트롤러 또는 네트워크와 이루어졌는지 또는 이루어지지 않았는지의 여부에 관계없이, 콘트롤러는 단계 410에서 다양한 작업 또는 작동을 포함하는 작동상태에 진입한다. 이러한 작업과 작동은 장치에 대한 작동데이터를 획득하고 처리하며 생성할 수 있도록 연속적으로 수행될 수 있다. 이러한 데이터는 메모리장치에 저장되고 적당한 연결이 이루어졌을 때 외부에서 네트워크에 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 콘트롤러는 예를 들어 센서가 단계 412에서 센서작동을 진단하는 방법으로 그리고 장치(이 경우 슬립링 조립체 100)로부터 유용한 데이터를 수집하기 위하여 이들의 예상된 파라미터내에서 작동하는지의 여부를 확인하고 이러한 데이터를 메모리장치에 저장하도록 센서 데이터를 체크하며 이들을 매분마다 주기적으로 센서사양과 비교하는 것을 포함하는 데이터획득 프로세스를 시작할 수 있다. 수집된 센서 데이터를 이용하여, 콘트롤러는 장치의 여러 기능테스트를 수행할 수 있다.
기능테스트는 다함께 또는 임의의 순서에 따라 수행될 수 있다. 도 6에서 보인 실시예에서, 콘트롤러는 슬립링 조립체의 하나 이상의 브러쉬에서 아크발생을 테스트하는 아크 테스트(arcing test)를 수행한다(단계 414). 이러한 단계 414에서 아크 테스트 중에, 콘트롤러는 전기적인 아크발생의 존재와 아크발생에 의하여 생성되는 오존 또는 기타 다른 가스의 존재를 나타내는 빛 또는 아크발생의 징표가 존재하는지의 여부를 확인하기 위하여 빛센서와, 선택적으로 오존 센서, 질소산화물 센서 등과 같은 가스 센서를 체크한다. 아울러, 또는 빛 또는 가스 센서를 대신하여, 스마트보드는 브러쉬 또는 하우징 내에서 작동하는 다른 기계적인 구성요소의 열화(劣化)를 나타내는 슬립링 조립체 하우징내에서의 미립자 존재를 확인하는 미립자 센서를 더 포함할 수 있다. 이들 조건의 하나 또는 모두, 즉, 가스 및/또는 미립자의 존재가 감지되었을 때, 콘트롤러는 예를 들어 10 사이클과 같은 슬립링 조립체의 사전에 결정된 사이클 수 또는 회전수 동안에 이들 조건의 반복에 대하여 모니터링할 수 있다. 사전에 결정된 사이클 수 동안에 이들 조건이 존재할 때, 콘트롤러는 오류가 존재함을 확인하고 네트워크 상에 적당한 통지신호를 제공하며 가능한 경우 적색 가시표시기의 점등으로 장치에 가시적인 지시를 제공하거나 또는 작동장치의 주위에 있는 사용자에게 유사한 가시적 및/또는 가청적 통지로 경고할 수 있다.
또한 콘트롤러는 단계 416에서 온도 및/또는 습도 센서로부터의 신호를 모니터링함으로써 단계 416에서 온도 또는 습도 테스트를 수행할 수 있다. 한 실시예에서, 사전에 한정된 온도한계값을 초과하는 온도증가는 슬라이딩 구조 및 마찰에 결함이 있음을 나타낼 수 있다. 습도에 관련하여, 누설이 있을 수 있는 유체 또는 전기적인 신호를 전달하는 장치가 조합되거나, 장치에 진입하여 전달된 전기적인 신호 또는 전력에 간섭을 이르킬 수 있는 전도성 유체의 외부침입이 있을 수 있다. 아크테스트와 유사하게, 예를 들어 10 사이클과 같이 사전에 결정된 사이클 수 동안에 증가된 온도 및/또는 습도의 존재는 콘트롤러가 신호 및/또는 가시적 또는 가정적 경보를 이용하여 결합조건을 나타낼 수 있도록 유도할 수 있다.
콘트롤러는 앞서 언급한 바와 같이 예를 들어 분당회전수(RPM)로 나타내는 장치의 회전속도를 측정하기 위하여 회전링에 착설된 자석의 통과를 감지하는 자기장 센서로부터의 신호를 모니터링하고 클로킹(clocking)함으로써 속도테스트를 수행할 수 있다(단계 418). 측정된 속도는 장치의 최대속도한계값과 비교되고 장치가 그 설계속도내에서 작동하면 녹색표시기가 점등되거나 초과속도의 경우 적색표시기가 점등될 수 있다. 측정된 속도는 콘트롤러가 연결된 네트워크에 제공되는 신호로써 연속하여 제공될 수 있다.
콘트롤러는 예를 들어 장치의 사용수명중에 장치의 총회전수를 계산하고 이러한 총회전수를 장치의 설계목표와 비교함으로써 장치의 잔여설계수명을 모니터링할 수 있다(단계 420). 회전수는 앞서 언급한 바와 같이 회전디스크에 결합된 자석의 통과를 감지하는 자기장 센서를 이용하여 획득할 수 있다. 총회전수를 기반으로 하여, 콘트롤러는 총회전수가 한계값 이하일 때 녹색등을 점등하고, 총회전수가 한계값에 가까우면 황색등을 점등하며, 총회전수가 한계값을 초과하면 적색이나 오렌지색등을 점등하여 장치의 서비스 또는 교체가 요구됨을 나타낼 수 있다. 이들 표시는 또한 콘트롤러가 연결된 네트워크에 신호로써 제공될 수 있다. 여러 센서로부터 콘트롤러에 의하여 획득된 실패 또는 불완전한 데이터의 획득은 결함의 경우 장애해결을 용이하게 하기 위하여 타임 스탬프(time stamp)로 기록될 수 있다(단계 422).
본문에 인용된 간행물, 특허출원 및 특허에 인용된 자료를 포함한 모든 참고문헌은 각각의 참고문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 참고되고 본문에 전체적으로 제시된 것과 동일한 정도로 참고된다.
본 발명을 설명하는 내용(특히 다음 청구 범위에서)에서 용어 "이" 및 "그" 및 "저" 등을 의미하는 용어나 유사한 지시어의 사용은 문맥상 명백하게 다르게 의미하지 않는 한, 단수와 복수 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목을 열거한 다음 "적어도 하나의"라는 용어(예를 들어, A와 B의 적어도 하나)를 사용하는 것은 본문에 달리 언급이 없거나 명백히 제한을 두지 않는 한 열거된 항목으로부터 선택된 항목의 하나(A 또는 B)이거나 열거된 항목의 둘 이상을 조합한 것(A와 B)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는" 등의 용어는 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어로 해석되어야 한다(즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미 함). 본 명세서에서 값의 범위의 언급은 단지 다르게 지시되지 않는 한, 각각의 개별 값은 본문에서 개별적으로 인용된 것처럼 상기 범위내에 속하는 각각의 개별값을 개별적으로 지칭하는 방법으로서 기능하기 위한 것이다. 본문에 기술된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행 될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서의 어떤 언어도 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 주장되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 알려진 최상의 모드를 포함하여 본 발명의 바람직한 실시형태가 여기에 설명되었다. 이들 바람직한 실시형태의 변형은 상기 설명으로부터 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 당업자가 이러한 변형을 적절히 채택할 것을 기대하며, 본 발명자들은 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것과 다르게 본 발명을 실시할 것이다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법률에 의해 허용되는 바와 같이 여기에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 수정실시형태 및 이에 동등한 실시형태를 포함한다. 또한, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형실시형태에서 상기 기재된 요소의 임의의 조합은 본 발명에 포함된다.
100: 슬립링 조립체, 102: 중공원통형 하우징, 104: 전도성 디스크, 106: 절연디스크, 108: 축, 110: 고정자, 112: 베어링, 114: 브러쉬, 116: 중공봉, 118: 통공, 120: 허브, 122: 림, 124: 체장구조물, 126: 볼트 런너, 128: 볼트, 130: 탭, 200: 스마트보드, 202: 전도체, 204: 회로기판, 206: 홀효과센서, 208: 온도 및 습도 센서, 210: 스파크 센서, 212: 자석, 214: 전력선, 216: LED, 302: 사용장치, 304: 셀룰러 게이트웨이, 306: 인터넷, 308: 클라우드, 310: 로컬 컴퓨터 시스템, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422: 단계
Claims (20)
- 슬립링 조립체에 있어서, 상기 슬립링 조립체가
중공원통형 하우징;
하나 이상의 전도성 디스크를 포함하는 회전자;
상기 하우징에 연결된 고정자; 및
상기 고정자에 연결된 스마트보드를 포함하고;
상기 회전자는 상기 중공원통형 하우징내에 배치되며, 각 상기 하나 이상의 전도성 디스크가 축의 일부를 통하여 연장된 각 전도체에 전기적으로 연결되고;
상기 고정자는 상기 고정자에 연결된 하나 이상의 브러쉬를 포함하며, 상기 하나 이상의 브러쉬는 상기 회전자의 상기 하나 이상의 디스크에 활동가능하게 전기적으로 결합되고, 상기 하나 이상의 브러쉬가 상기 고정자를 통하여 적어도 부분적으로 연장된 상기 고정자 전도체에 전기적으로 연결되며;
상기 하나 이상의 고정자 전도체, 상기 하나 이상의 브러쉬, 상기 하나 이상의 전도성 디스크와, 상기 축의 각 전도체를 통하여 하나 이상의 전기적인 경로가 연장되어 형성되고;
상기 스마트보드가 슬립링 조립체의 작동을 모니터링하고 외부소스에 신호를 제공할 수 있게 구성된 전자적인 구성요소를 포함하며;
상기 스마트보드가 전력소스에 전기적으로 연결되어 이에 의하여 전력이 공급되는 것;
을 특징으로 하는 슬립링 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 하우징이 주위환경으로부터 상기 회전자와 상기 고정자를 격리할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전도성 디스크가 적층체를 구성하도록 상기 축을 때라 배치되고, 상기 슬립링 조립체가 상기 적층체에서 상기 하나 이상의 전도성 디스크와 교대로 배치되는 하나 이상의 절연성 디스크를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 전력소스가 상기 스마트보드에 배치된 하나 이상의 배터리, 상기 하나 이상의 고정자 전도체에 연결된 전도체에 의하여 공급되는 전력과, 상기 스마트보드와 상기 하우징 외부의 전력소스 사이에 연결된 전도체에 의하여 공급되는 전력임을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 고정자에 연결된 베어링을 더 포함하고, 상기 베어링은 상기 중공원통형 하우징내에서 상기 축을 회전가능하게 지지함을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 스마트보드의 상기 전자적인 구성요소가 상기 브러쉬의 작동을 모니터링할 수 있도록 배치된 다수의 센서를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제6항에 있어서, 상기 스마트보드의 상기 전자적인 구성요소가 자기장 센서, 온도센서, 습도센서, 미립자센서와, 스파크 센서를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제7항에 있어서, 상기 스파크 센서가 상기 하나 이상의 브러쉬에서 전기적인 아크발생과 같이 발생되는 빛의 존재와 강도를 감지할 수 있도록 구성된 광센서임을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제7항에 있어서, 상기 스파크 센서가 상기 하우징내에서 산소와 질소산화물 중의 하나 이상의 존재를 감지할 수 있도록 구성된 가스 센서임을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 스마트보드의 상기 전자적인 구성요소가 하나 이상의 메모리장치, 프로그래머블 프로세서, 전력조절회로, 무선정보송신회로와, 무선정보수신회로를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제10항에 있어서, 상기 스마트보드의 상기 전자적인 구성요소가 프로그래머블 프로세서에 결합된 두 개의 가시표시기를 더 포함하고, 상기 두 개의 가시표시기는 가시적인 정보를 제공하기 위하여 상기 프로그래머블 프로세서로부터의 신호에 응답하여 작동할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 하우징이 단부캡을 포함하고, 상기 단부캡은 전자기적으로 투과성의 물질로 만들어짐을 특징으로 하는 슬립링 조립체.
- 슬립링 조립체의 작동방법에 있어서, 상기 방법이
전도성 디스크를 갖는 회전자를 제공하는 단계;
브러쉬를 갖는 고정자를 제공하는 단계;
센서를 포함하는 전자적인 구성요소를 갖는 스마트보드를 제공하는 단계; 및
상기 슬립링 조립체의 작동상태를 진단하도록 상기 스마트보드를 이용하는 단계를 포함하고;
상기 전도성 디스크는 상기 회전자의 축을 따라 적어도 부분적으로 배치된 회전자 전도체에 전기적으로 연결되며;
상기 브러쉬는 상기 전도성 디스크에 전기적으로 활동가능하게 결합되고, 상기 브러쉬는 상기 고정자를 따라 적어도 부분적으로 배치된 고정자 전도체에 전기적으로 연결되며;
상기 스마트보드는 상기 고정자에 결합되어 있으며 상기 슬립링 조립체의 내외측에서 상기 고정자 전도체에 전기적으로 결합된 전력전도체에 전기적으로 연결되고 이로부터 전력이 공급되며;
상기 슬립링 조립체의 작동상태를 진단하도록 상기 스마트보드를 이용하는 상기 단계는
상기 슬립링 조립체의 전원인가상태를 시작하는 단계;
상기 스마트보드와 외부소스 사이에 데이터연결을 수립하는 단계;
상기 고정자에 가시적인 디스플레이를 이용하여 상기 스마트보드의 데이터연결상태의 가시적 표시를 제공하는 단계;
상기 센서로부터 센서 데이터를 획득하는 단계;
상기 센서 데이터를 센서 사양과 비교하는 단계; 및
상기 사양에 대한 상기 센서 데이터의 비교에 기반하여 상기 슬립링 조립체를 진단하는 단계;
에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법. - 제13항에 있어서, 상기 센서 데이터를 획득하는 단계가 섬광이 감지되었음을 나타내는 광센서의 표시를 획득하는 단계와, 상기 브러쉬의 하나에서 아크발생의 존재로서 섬광의 감지를 진단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
- 제13항에 있어서, 상기 센서 데이터를 획득하는 단계가 가스 센서로부터 가스의 존재가 감지되었음을 나타내는 표시를 획득하는 단계와, 상기 브러쉬의 하나에서 아크발생의 존재로서 가스의 존재를 진단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
- 제15항에 있어서, 상기 가스가 오존 및 질소산화물 중의 하나임을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
- 제13항에 있어서, 상기 센서 데이터를 획득하는 단계가 온도센서로부터 상승된 온도의 표시를 획득하는 단계와, 회전자 또는 고정자의 결함으로 인한 마찰을 나타내는 것으로 상승된 온도를 진단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
- 제13항에 있어서, 회전자에 자석을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 센서 데이터를 획득하는 단계가 자지장 센서에 대한 상기 자석의 접근을 감지하는 단계와, 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 회전을 나타내는 것으로 상기 자기장 센서에 대한 상기 자석의 접근을 처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
- 제18항에 있어서,
상기 자기장 센서로부터의 신호에 기반하여 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 회전속도를 계산하고,
상기 회전속도를 최대 회전속도에 비교하며,
상기 회전속도가 최대 회전속도 이하일 때 스마트보드에 배치된 점등장치를 이용하여 제1의 가시적인 표시를 제공하고,
상기 회전속도가 최대 회전속도를 초과할 때 제2의 가시적인 표시를 제공하는
프로그래머블 콘트롤러를 이용하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법. - 제19항에 있어서,
상기 자기장 센서로부터의 신호에 기반하여 상기 회전자의 회전수를 계산하고,
상기 회전수를 최대 회전수를 나타내는 슬립링 조립체의 사용수명과 비교하며,
상기 회전수가 상기 사용수명 이하일 때 상기 점등장치를 이용하여 제3의 가시적인 표시를 제공하고,
상기 회전수가 상기 사용수명을 초과할 때 상기 점등장치를 이용하여 제4의 가시적인 표시를 제공하는
프로그래머블 콘트롤러를 이용하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 슬립링 조립체의 작동방법.
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