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図面 (4)

課題・解決手段

回転シャフト(16)などの移動体上の電流を低減させるための改良された接地ブラシシステム(10)が、この移動体に取り付けられ、かつブラシ集成体と関連して移動体から地面へ電流を導く導電層(30)を含む。

概要

背景

シャフト誘導電流は、電動モータ、通常は可変ドライバによって駆動される三相モータにおいて経験されるところである。可変速ドライバは、ACモータの速度を変化させるパルス幅変調技術を利用しており、それにより以前はより高価なDCモータが使用されていた種々の適用分野において、より安価なACモータの使用が可能になった。可変速ドライバを有するACモータを使用することの欠点は、可変速ドライバによってより高い同相電圧(CMV)が発生し、それによりシャフトの誘導電流が増大することである。

モータシャフト電圧によって、シャフトのベアリングを通ってモータフレームへ、そして地面へ流れる電流が生じる。モータが運転している間、ベアリングは電流に対して高い抵抗となり、その結果、シャフト表面上に電荷蓄積される。短期間にCMVによって、電荷は高レベルに蓄積される。電荷が、最も電気抵抗の小さい経路(時にはシャフト上のボールベアリングを通る)の域値ベルを超えると、瞬間的な突発又は放電電気エネルギーが経路を通る。放電によって、経路に沿って放電加工(EDM)が生じ得、最も電気抵抗の小さい経路がベアリングを通る場合、軸受けレースの表面及びベアリングのボールが破損することがある。突発電気エネルギーによって溶融クレータが形成され、クレータ形成で生じた微粒子密封されたベアリング内に残存する。溶融クレータ及びベアリング内の微粒子材料の両方がベアリングの自由な回転を妨げるように作用し、このことによってベアリングの物理的な破損及び早期の故障を引き起こし得る。

この問題を克服しようとして使用されてきた多くの低減技術が知られている。公知の試みとしては、導電性のベアリンググリースの使用、ベアリングの絶縁、並びに銅/リンブラシ及びファラデーシールドの使用が挙げられる。一般的な、やや費用効率の良い解決法は、バネ付勢銅ブラシを用いてシャフトを接地し、電流を絶えず地面に流すことである。しかし、銅ブラシは早く摩耗し得、頻繁で定期的な点検及び交換が必要となる。さらに、シャフトに蓄積する酸化物及びブラシとシャフトとの間のその他の障害物により電流が低下し、そして電気エネルギー突発がブラシとシャフトに生じる。また、バネ付勢ブラシは、ブラシとシャフト表面との間の交番摩擦が交互に起きることによって振動しがちである。ブラシの振動は、原因が何であれ、望ましくないスパークを発生し得る。

シャフトを包囲するホルダー内導電性フィラメントを含む接地ブラシを使用することが知られている。薄いフィラメントを有するブラシは、絶縁シャフト又は絶縁ローラ上の電荷を減少させる非接触電離装置として使用され得る。又、薄くて軽いフィラメントは、回転シャフト又は他の可動表面に対する接触導体として使用され得る。しかし、非接触電離装置又は接触導体のどちらとしても、薄フィラメント接地ブラシの有効性は、それが相互作用する表面の特性によって損なわれ得る。シャフト又は他の表面の腐食は、性能に悪影響を与え得る。新しいモータの接地性能は、時間が経つにつれてシャフトの腐食と共に減少し、そしてこの型の接地システムを追加導入することは、モータシャフトが腐食した場合に問題となり得る。

概要

回転シャフト(16)などの移動体上の電流を低減させるための改良された接地ブラシシステム(10)が、この移動体に取り付けられ、かつブラシ集成体と関連して移動体から地面へ電流を導く導電層(30)を含む。

目的

可変速ドライバを有するACモータを使用することの欠点は、可変速ドライバによってより高い同相電圧(CMV)が発生し、それによりシャフトの誘導電流が増大することである

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

動体のための接地ブラシシステムにおいて、該接地ブラシシステムは、該物体に取り付けられる導電層と、該導電層に対面する導電体と、該導電体に接続され、該導電層と電気的に接続する遠位端部を有する導電フィラメントとを具備し、前記導電体は設置されることを特徴とする接地ブラシシステム。

請求項2

前記ブラシ集成体略環状である請求項1の接地ブラシシステム。

請求項3

前記導電層は環状カラー上の環状層である請求項1の接地ブラシシステム。

請求項4

前記導電フィラメントは前記導電層からわずかに隔てられる請求項1の接地ブラシシステム。

請求項5

前記導電フィラメントは前記導電層に物理的に接している請求項1の接地ブラシシステム。

請求項6

前記導電層は導電性プラスチック、金、銀、銅、及びブロンズを含む高導電性材料の群から選択される高導電性材料である請求項1の接地ブラシシステム。

請求項7

ハウジング面板と、シャフトとを有するモータ用の接地ブラシシステムにおいて、該モータ面板に電気的に接続される本体と、該本体に電気的に接続され、かつ該本体に電気的に接続されかつ前記シャフトの近くに端部を有する導電フィラメントとを具備し、前記シャフト上に電気的に接続されるように配置され、かつ前記導電フィラメントの遠位端部と前記シャフトとの間に配置される導電性材料の層を含むカラーとを含むことを特徴とする接地ブラシシステム。

請求項8

前記導電性材料の層は、金、銀、銅及びブロンズを含む金属の群から選択される導電性かつ耐食性に優れる金属である請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項9

前記本体は前記面板に電気的に接続される取付プレートに電気的に接続される請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項10

前記取付プレートは、導電性プラスチック、アルミニウムステンレス鋼、銅、及びブロンズを含む材料の群から選択される高導電性材料である請求項9に記載の接地ブラシシステム。

請求項11

前記取付プレートは細長い溝を有し、かつ該溝を通り前記モータ内に延びるボルトを介して該モータに接続される請求項9に記載の接地ブラシシステム。

請求項12

前記カラーは、前記シャフトに係合するアンカーリング及び留めネジと、該アンカーリングに隣接する接触リングとを有し、前記導電性材料の層は該接触リングの外表面上に配置される請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項13

前記ブラシ集成体は前記シャフトを囲繞する請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項14

前記フィラメントの前記端部は、前記導電性材料の層からわずかに隔てられる請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項15

前記フィラメントの前記端部は、前記導電性材料の層と接触する請求項7に記載の接地ブラシシステム。

請求項16

モータハウジング面板と、該面板の外方に延びるモータシャフトと、該モータシャフトの周囲に配置され、かつ前記面板に固定される接地ブラシシステムとを含む電動モータにおいて、前記接地ブラシシステムが、上記モータシャフト上に配置される導電性カラーと、該導電性カラーを包囲するブラシ集成体を含み、該ブラシ集成体は該面板に電気的に接続され、かつ該カラーに向かって半径方向内向きに延びる端部を有する導電性フィラメントを有する電動モータ。

請求項17

前記カラーは導電性材料の層を有する請求項16に記載のモータ。

請求項18

前記層は導電性プラスチック、銀、金、銅、及びブロンズのうちの1つである請求項17に記載のモータ。

請求項19

前記フィラメントの前記端部は、該層に対して近接配置される請求項17に記載のモータ。

請求項20

前記フィラメントの前記端部が、該層に物理的に接触する請求項17に記載のモータ。

技術分野

0001

本発明は一般的には接地装置に関し、より詳細には、モータシャフトタービンシャフトなどの回転シャフト、及び電荷を生じるか又は電荷を蓄積し得る部品導電的に結合される他の可動部品を含む移動体のための接地装置に関する。

0002

なお本出願は、2007年4月23日に提出された米国仮出願番号60/925,833の利益を主張する。

背景技術

0003

シャフト誘導電流は、電動モータ、通常は可変ドライバによって駆動される三相モータにおいて経験されるところである。可変速ドライバは、ACモータの速度を変化させるパルス幅変調技術を利用しており、それにより以前はより高価なDCモータが使用されていた種々の適用分野において、より安価なACモータの使用が可能になった。可変速ドライバを有するACモータを使用することの欠点は、可変速ドライバによってより高い同相電圧(CMV)が発生し、それによりシャフトの誘導電流が増大することである。

0004

モータシャフトの電圧によって、シャフトのベアリングを通ってモータフレームへ、そして地面へ流れる電流が生じる。モータが運転している間、ベアリングは電流に対して高い抵抗となり、その結果、シャフト表面上に電荷が蓄積される。短期間にCMVによって、電荷は高レベルに蓄積される。電荷が、最も電気抵抗の小さい経路(時にはシャフト上のボールベアリングを通る)の域値ベルを超えると、瞬間的な突発又は放電電気エネルギーが経路を通る。放電によって、経路に沿って放電加工(EDM)が生じ得、最も電気抵抗の小さい経路がベアリングを通る場合、軸受けレースの表面及びベアリングのボールが破損することがある。突発電気エネルギーによって溶融クレータが形成され、クレータ形成で生じた微粒子密封されたベアリング内に残存する。溶融クレータ及びベアリング内の微粒子材料の両方がベアリングの自由な回転を妨げるように作用し、このことによってベアリングの物理的な破損及び早期の故障を引き起こし得る。

0005

この問題を克服しようとして使用されてきた多くの低減技術が知られている。公知の試みとしては、導電性のベアリンググリースの使用、ベアリングの絶縁、並びに銅/リンブラシ及びファラデーシールドの使用が挙げられる。一般的な、やや費用効率の良い解決法は、バネ付勢銅ブラシを用いてシャフトを接地し、電流を絶えず地面に流すことである。しかし、銅ブラシは早く摩耗し得、頻繁で定期的な点検及び交換が必要となる。さらに、シャフトに蓄積する酸化物及びブラシとシャフトとの間のその他の障害物により電流が低下し、そして電気エネルギー突発がブラシとシャフトに生じる。また、バネ付勢ブラシは、ブラシとシャフト表面との間の交番摩擦が交互に起きることによって振動しがちである。ブラシの振動は、原因が何であれ、望ましくないスパークを発生し得る。

0006

シャフトを包囲するホルダー内導電性フィラメントを含む接地ブラシを使用することが知られている。薄いフィラメントを有するブラシは、絶縁シャフト又は絶縁ローラ上の電荷を減少させる非接触電離装置として使用され得る。又、薄くて軽いフィラメントは、回転シャフト又は他の可動表面に対する接触導体として使用され得る。しかし、非接触電離装置又は接触導体のどちらとしても、薄フィラメント接地ブラシの有効性は、それが相互作用する表面の特性によって損なわれ得る。シャフト又は他の表面の腐食は、性能に悪影響を与え得る。新しいモータの接地性能は、時間が経つにつれてシャフトの腐食と共に減少し、そしてこの型の接地システムを追加導入することは、モータシャフトが腐食した場合に問題となり得る。

発明が解決しようとする課題

0007

この分野において必要とされるものは、不利な条件下でも長期間有効に使用され得、かつ追加導入品として設置されるか又は新しい装置に組み込まれ得る接地システムである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、接地ブラシシステム接触関係又は非接触関係のいずれでも、回転シャフト又は他の可動部品に対して電気的に接続され固定されたブラシと共に作用し得る、導電性部品を提供する。

図面の簡単な説明

0009

本発明に従う接地ブラシシステムを有するモータの斜視図である。
図1に示される接地ブラシシステムにおいて使用されるシャフトカラーの斜視図である。
図1に示されるモータ及び接地ブラシシステムの部分断面図である。

実施例

0010

本発明の他の特徴および利点は、以下の発明の詳細な説明、特許請求の範囲および図面の記載から、当業者には明らかとなろう。添付図面において同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。

0011

本発明の実施の形態を説明する前に、本発明は、以下の説明または添付図面の記された詳細に限定されない。本発明は、他の形態や種々の方法で実施することができる。また、ここで用いる文体や用語は説明のためのものであって、限定する趣旨ではない。本明細書中で用いられる「含む」「具備する」等の用語は、その後に列挙される事項および均等物並びに他の事項および均等物を包囲する意味である。

0012

ここで図面、特に図1をより詳細に参照すると、番号10は本発明に係る接地ブラシシステムを表わす。接地ブラシシステム10は、モータ12のシャフト16上に蓄積され得る電荷を消失させるために、モータ12上、特にモータ12のハウジング面板14に設置される。接地ブラシシステム10は、異なる型のモータに対し及び異なる直径のシャフト16に対して使用するために、種々の異なる大きさで提供され得ることを理解されたい。また、接地ブラシシステム10は、タービンコンベヤー、並びに電荷を蓄積し得る他の装置及び構造物の回転シャフト上で使用され得る。本発明の使用は電動モータに制限されず、そしてモータ12は本発明のための適切でかつ有利な1つの使用例としてのみ示され、かつ記載される。

0013

接地ブラシシステム10は、シャフト16を包囲するように該シャフト上に取り付けられるシャフトカラー20、及び取付プレート24を介してモータ面板14に固定されるブラシリング集成体22を含む。ブラシリング集成体22はカラー20を概ね包囲しみ、そしてシャフトカラー20と取付プレート24との間に動作可能なように配置されることで、モータ12の動作中にモータシャフト16に蓄積される静電気又は他の電荷をモータ12の接地部を通して消失させる。

0014

シャフトカラー20は、マイクロファイバー接地ブラシシステムの効率を高めて回転表面上の電流を低減するために用いられる。カラー20は、例えば、銀、金、銅又はニッケルなどの、高導電性材料から形成され、或いは、高導電性材料によって被覆される。望ましくは、材料は高導電性で、かつ腐食及び他の導電性を劣化させる現象に対し高い抵抗を示す。カラー20はこのような材料で形成することができるが、他方で、より安価な導電性材料で作成し、そしてブラシリング集成体22と電気的に影響しあう位置にあるカラーの外表面を、高導電性でかつ劣化抵抗性材料で被覆するようにしても良い。

0015

図示の好ましい実施態様において、カラー20はアンカーリング26及びアンカーリング26に隣接する接触リング28を含む。接触リング28は、例えばその外表面に金、銀、銅及びニッケルなどの高導電性材料の高導電層30を有する。カラー20の内径中にシャフト16の外表面がはめ込まれるように構成され得る。又は、カラー20は、ネジ穴34内に挿入される留めネジ32などを介してシャフト16に固定され得る。ネジ32は、カラー20とシャフト16とを密接に電気的接触させる。別の変形実施例によれば、カラー20はシャフト16に対して掴持される2つ以上の部分から構成して、シャフト16に対してカラー20を直接的に電気的接触させるようにすることができる。本発明のいくつかの適用例において、高導電層30を接地されるべき回転シャフト又は他の可動部品の表面上に直接設けても良いことも又、理解されたい。例えば、導電性インク又は塗料を、表面に直接塗布することもできる。

0016

ブラシリング集成体22は、環状本体40及びその中に配置されるブラシ集成体42を含む。本体40は、外側部分44、内側部分46、及び基部48を含む。外側部分44、内側部分46及び基部48は一緒になってブラシ集成体42を収容する環状チャネルを形成する。本体40は金属などの導電性材料で作成され、この金属としてはアルミニウムステンレス鋼ブロンズ及び銅が挙げられるがこれらに限定されない。本体40は又、導電性プラスチックで形成されても良い。

0017

ブラシ集成体42は、個々の繊維状導電性フィラメント50を複数有し、この導電性フィラメントは、実質的に連続するアンカーリング内か、又はシャフト16の周囲に設置される複数の繊維束中に個々に設置されても良い。1つの例示的な実施態様において、各フィラメント50は、炭素繊維、ステンレス鋼、アクリル又はナイロン繊維などの導電性プラスチック、あるいは電場が存在した場合に電離誘導することができるように十分小さい直径を有するその他の繊維型導電性フィラメントから形成される、微細毛髪状フィラメントである。このような実施態様において、導電性フィラメント50は一般に、約150ミクロンより小さい直径を有する。1つの実施例によれば、導電性フィラメント50は、約5ミクロンから約100ミクロンの範囲内の直径を有する導電性フィラメントである。あるいは、導電性フィラメント50は、層30に対して接触保持される、これより大径の導電性材料の繊維であっても良い。

0018

導電性フィラメント50は、固定構造部によって本体40内に固定される。固定構造部52は導電性であり、導電性フィラメント50を狭持する板などのクランプ構造体の形態であり得る。これとは別に、固定構造部52は、本体40内に導電性フィラメント50を固定する、導電性プラスチック、導電性接着剤などの充填材料導電体でも良い。導電性フィラメント50の遠位端54の部分は、固定構造部52の内表面56を超え、シャフト16及びシャフト16上のカラー20の層30に向って外側及び内側部分44、46の半径方向内方に延びる。滑らかな耐食層30と共に使用する場合、薄くて軽量の導電フィラメント50は、動作中の大幅な摩耗なしにシャフト16から電荷を直接移すために、層30に物理的に接触し得る。しかし、フィラメント50の遠位端54は、層30からわずかに隔てた関係で配置しても良く、その場合には、シャフト16上に蓄積する電荷によって電場が生成されると、電離場が形成され、シャフト16からフィラメント50への電荷の間接的な移動が可能となる。さらに別の適切な配置例では、微細で軽量なフィラメント50は、モータ12が休止中か又は低速で動作している場合に、層30に接触する。シャフト16の速度が始動時及び使用時に上昇すると、空気の流れがフィラメント50を層30から遠ざける。

0019

取付プレート24は、金属などの導電性材料で作成され、この金属としてはアルミニウム、ステンレス鋼、ブロンズ及び銅が挙げられるがこれらに限定されない。取付プレート24はまた導電性プラスチックで作成され得る。環状本体40は、複数のクランプ60及びネジ又はボルト62によって取付プレート24に固定される。図示実施態様では3個のこのようなクランプ60とそれに関連するネジ62が示されている。より多くの、又はより少ない数のクランプ60及びそれに関連するネジ62を使用しても良いこと、そして環状本体40を取付プレート24に対して固定するための、別の構造が使用されても良いことは、理解されるべきである。さらに別の実施態様において、取付プレート24及び環状本体40は、単一部品として作成又は製造され得る。しかし、取付プレート24と環状本体40とを別部品として構成しそれを接合するようにすると、補修時の分解が可能となる。例えば、環状本体40は、クランプ60を緩めることにより取付プレート24を分離することなく、モータ12から取り外し得る。

0020

取付プレート24は、モータ12内に軸方向に挿入されるか、及び/又は貫通されるネジ棒又はボルト64によって、モータ12に接合される。ボルト64は、取付プレート24に設けられる細長い溝66に受容される。従って、取付プレート24は、モータ12に対して可動式位置決めが可能であり、そして異なる直径のモータに対し、シャフト16から異なる半径方向距離に位置するボルト64を受け入れることができる。図示実施態様において、3個のボルト64及びそれに関連する溝66が示されるが、異なる大きさ及び構造のモータ12について適応し得るように、異なる形状の取付プレート24が提供され得る。

0021

カラー20はシャフト16に固定されて、両者間に電気的導伝性を確立する。部品の導入にあたっては、シャフト16の表面は、酸化物、汚れ、又は他の導電性を制限する物質を除去するために洗浄され得る。モータ12の使用中にシャフト16上に蓄積される電荷は、シャフト16とカラー20との間に築かれた直接的物理的接触(留めネジ32、アンカーリング26及び接触リング28の介在を含む)によって、シャフト16からカラー20まで移動し、層30にも蓄積する。層30からフィラメント50への電荷の移動は、層30に対するフィラメント50の接触により直接的に、又は層30とフィラメント50との間に間隔が設けられる場合には電離することによって間接的に起こる。電荷は、フィラメント50から本体40及び取付プレート24を通ってハウジング面板14及びモータ12の接地接続部まで移動し得る。シャフト16上に蓄積される電荷は、アーク放電が起こり得る前に接地ブラシシステム10を通って地面へと消失する。

0022

層30と導電フィラメント50との間の関係及びこれらの性能は、最小限の間隔で近づけて電離的間接移動させる場合、又は物理的に接触させて層30から直接移動させる場合のいずれについても、同時によく機能する材料を選択することによって、最適化され得る。例えシャフト16の露出した表面が時間の経過に伴い腐食したとしても、カラー20はシャフト16との良好な電気的接触を維持し、そしてカラー16及び特にその上の層30の性質は、接地ブラシシステム10によって高レベルの性能を維持する。

0023

前述した種々の変形及び変更は、本発明の範囲内である。本明細書中で開示されそして規定される発明は、明細書及び/又は図面に記載されるか又はこれらから自明である個々の特徴を2つ以上を組み合わせる全ての代替的な組み合わせに及ぶことを理解されたい。これらの全ての異なる組み合わせは、本発明の種々の態様を構成する。本明細書に記載される実施態様は、本発明を実施するために判っている最良の態様を説明し、当業者が本発明を利用することを可能にする。特許請求の範囲は、先行技術によって認められる範囲の代替実施態様を含むように解釈されるべきである。
本発明の種々の特徴は、上記の特許請求の範囲中に説明される。

0024

10接地ブラシシステム
12モータ
14面板
16シャフト
20シャフトカラー
22ブラシリング集成体
24取付プレート
26アンカーリング
28接触リング
30高導電層
40 環状本体
42ブラシ集成体
44 外側部分
46 内側部分
48 基部
50 繊維状導電性フィラメント
52固定構造部

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