JP-7855269-B2 - ブラシホルダアセンブリ

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Inventors

カッツフォース、ロバートエス．
シュルツ、カーティスジェレミー

Assignees

カッツフォースインコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260508
Application Date: 20250114
Priority Date: 20201201

Claims (14)

ブラシアセンブリであって、上面および下面を有する単一のカーボンブラシと、第１のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延びる、第１のリードワイヤと、第２のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第２のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延びる、第２のリードワイヤと、第３のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第３のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延びる、第３のリードワイヤと、前記第１のリードワイヤに取り付けられる導電性端子であって、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域及び第２の端部領域が前記導電性端子から離れる方向に延びている、導電性端子と、を備え、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域は、単一の継ぎ合わせ接合部で前記第２のリードワイヤの第１の端部領域と接合され、前記第１のリードワイヤの第２の端部領域は、単一の前記継ぎ合わせ接合部で前記第３のリードワイヤの第１の端部領域と接合され、前記第２のリードワイヤの第２の端部領域及び前記第３のリードワイヤの第２の端部領域は、単一の前記カーボンブラシに接合され、前記継ぎ合わせ接合部は、前記導電性端子と前記カーボンブラシとの間に位置しているとともに、前記導電性端子および前記カーボンブラシの両方から離間した位置に設けられている、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記導電性端子は、前記第１のリードワイヤの中間領域に固定されている、ブラシアセンブリ。
請求項２に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第１のリードワイヤの中間領域は、前記導電性端子に超音波溶接されている、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記継ぎ合わせ接合部は、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域及び第２の端部領域を、前記第２のリードワイヤの第１の端部領域と前記第３のリードワイヤの第１の端部領域とに溶接することによって形成される、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第２のリードワイヤの第２の端部領域が、第１の位置で前記カーボンブラシの上面に埋め込まれ、第３のリードワイヤの第２の端部領域が、第２の位置で前記カーボンブラシの上面に埋め込まれ、前記第１の位置が前記第２の位置から離間している、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記継ぎ合わせ接合部が磨耗マークを有しており、該磨耗マークが、前記カーボンブラシの磨耗による減少を判断するための基準点として用いられる、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記導電性端子が、第１の導電性金属層と第２の導電性金属層との間に位置する内側コア層を有している、ブラシアセンブリ。
請求項７に記載のブラシアセンブリにおいて、前記内側コア層が鋼を含んでいる、ブラシアセンブリ。
請求項８に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第１の導電性金属層、前記第２の導電性金属層または前記第１の導電性金属層と前記第２の導電性金属層との両方が銅を含んでいる、ブラシアセンブリ。
請求項１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第１のリードワイヤは、前記継ぎ合わせ接合部から延びるループ部分を形成する、ブラシアセンブリ。
ブラシアセンブリであって、上面および下面を有する単一のカーボンブラシと、第１のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延びる、第１のリードワイヤと、第２のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第２のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延び、前記第２のリードワイヤの第２の端部領域は単一の前記カーボンブラシに固定されている、第２のリードワイヤと、第３のリードワイヤであって、第１の端部領域、第２の端部領域を含み、前記第３のリードワイヤの第１の端部領域から第２の端部領域にまで連続的に延び、前記第３のリードワイヤの第２の端部領域は単一の前記カーボンブラシに固定されている、第３のリードワイヤと、前記第１のリードワイヤの中間領域に取り付けられる導電性端子であって、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域及び第２の端部領域が前記導電性端子から離れる方向に延びている、導電性端子と、前記導電性端子と前記カーボンブラシとの間に位置しているとともに、前記導電性端子および前記カーボンブラシの両方から離間した位置に設けられている、単一の継ぎ合わせ接合部と、を備え、単一の前記継ぎ合わせ接合部は、前記第１のリードワイヤの中間領域において前記継ぎ合わせ接合部から延びる部分をループ状にして、前記第１のリードワイヤの第１の端部領域及び第２の端部領域を、前記第２のリードワイヤの第１の端部領域と前記第３のリードワイヤの第１の端部領域とにそれぞれ溶接することによって形成されている、ブラシアセンブリ。
請求項１１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第１のリードワイヤの中間領域は、前記導電性端子に超音波溶接されている、ブラシアセンブリ。
請求項１１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記第２のリードワイヤの第２の端部領域が、第１の位置で前記カーボンブラシの上面に埋め込まれ、前記第３のリードワイヤの第２の端部領域が、第２の位置で前記カーボンブラシの上面に埋め込まれ、前記第１の位置が前記第２の位置から離間している、ブラシアセンブリ。
請求項１１に記載のブラシアセンブリにおいて、前記継ぎ合わせ接合部が磨耗マークを有しており、前記磨耗マークが、前記カーボンブラシの磨耗による減少を判断するための基準点として用いられる、ブラシアセンブリ。

Description

本開示は、電気機器および／またはスリップリングアセンブリに使用できるブラシおよびブラシホルダアセンブリに概して関する。より詳細には、本開示は、導電性の可動面と接触した状態でブラシを保持するように構成されたブラシホルダアセンブリに関する。電気機器におけるブラシの目的は、電流を固定接点から可動接触面に、またはその逆に流すことである。ブラシおよびブラシホルダは、発電機、電気モータおよび／またはスリップリングアセンブリ等の電気機器や、回転クレーンやモノレールのリニアスライド接続等の回転装置上のスリップリングアセンブリ等のスライド接続用途で使用される。多くの電気機器のブラシは、グラファイト、カーボングラファイト、エレクトログラファイト、金属グラファイト等の導電性材料からなるブロックまたは他の構造体であり、導電性表面または電流を通す表面と接触するように構成されている。導電性のリードワイヤまたは分路がブラシから延びて、別の導電性部材のブラシへの電気経路および／またはブラシからの電気経路を形成している。いくつかの設計では、動作中に電気機器の可動接触面と接触するブラシを支持するために、ブラシ筐体型のブラシホルダまたは他の種類のブラシホルダが使用される。ブラシおよびブラシ筐体は、ブラシ筐体内でのブラシの摺動を可能として、ブラシが接触する可動接触面とブラシとの間の接触を継続させるように設計されている。本明細書では、ブラシ、ブラシホルダ、関連部品ならびにブラシ、ブラシホルダおよび関連部品の製造方法について説明する。電気装置の回転部品に隣接して配置された例示的なブラシホルダアセンブリの説明図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリの各部品の分解図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリのブラシアセンブリを示す図。例示的なブラシホルダアセンブリの図３に示すブラシアセンブリの分解図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤを示す図。ブラシホルダアセンブリで使用するために成形された図５のリードワイヤを示す図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリの端子を示す図。図５または６のリードワイヤに対する図７の端子の結合を示す図であり、製造工程においてリードセグメントに固定される前の状態を示す図。図８に示す端子とリードワイヤとを互いに固定した後の状態を示す図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリの追加のリードワイヤを示す図。ブラシホルダアセンブリで使用するために成形された図１０の部品を示す図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリのブラシに取り付けられた後の図１０のリードワイヤを示す図。図１の例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤの端部を共に固定するための固定具の例を示す図。図１３に示す例示的な固定具に沿って配置された例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤの、共に固定される前の状態を示す図。図１４に示すブラシホルダアセンブリのリードワイヤの、共に固定された後の状態を示す図。図１５に示す例示的なブラシホルダのブラシアセンブリの正面図。図１５に示す例示的なブラシホルダのブラシアセンブリの側面図。電気装置の回転部品に隣接して配置された例示的なブラシホルダアセンブリの説明図。別の例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤに取り付けられた端子を示す図。図１８に示す例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤの、共に固定される前の状態を示す図。図１９に示す例示的なブラシホルダアセンブリのリードワイヤの、共に固定される前に例示的な固定具に沿って位置決めされた状態を示す図。図２０に示すブラシホルダアセンブリのリードワイヤの、共に固定された後の状態を示す図。電気装置の回転部品に隣接して配置された図２１に示す例示的なブラシホルダアセンブリの説明図。本開示の態様は様々な改変および代替形態が可能であるが、それらのうちの特定のものを例として図面に示し、詳細に説明する。しかしながら、本開示の態様は、記載された特定の実施形態に限定されない。本発明は、本発明の主旨および範囲内にあるすべての改変物、均等物および代替物を包含するものである。以下に定義する用語に関しては、別の定義が特許請求の範囲または本明細書に記載されている場合を除いて、以下の定義が適用される。本明細書において、全ての数値は、明示的に示されているか否かに関わらず、「約」という語によって修飾されるものと見なされる。「約」という語は、一般に、記載される値と同等である（すなわち、同じ機能または結果を有する）と当業者が見なす数値範囲を指す。多くの場合において、「約」という語は、最も近い有効数字に四捨五入された数を有している。上下限値による数値範囲の記載は、その範囲内のすべての数を含む（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４および５を含む）。様々な部品、特徴、および／または仕様に関するいくつかの最適な寸法、範囲および／または数値が開示されているが、当業者であれば、好適な寸法、範囲および／または数値が本明細書に明示されたものとは異なる場合もあることは、本明細書の開示内容から理解できる。本明細書および添付された特許請求の範囲において、単数形の「１つの」および「その」は、特に断らない限り、複数の対象物を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲において、「または」という用語は、特に断らない限り、「および／または」という意味を含むものとする。以下の記載においては図を参照するが、異なる図における類似する部品には同一の符号が付されている。開示の詳細な説明および図面は例示的実施形態を示すものであり、本発明の範囲を限定するものではない。また、図面は必ずしも縮尺どおりではない。例示的実施形態は、本発明の説明のみを意図する。特に断らない限り、例示的実施形態のある特徴は、別の実施形態に組み込み可能である。図１に、ブラシホルダアセンブリ１２を備えた例示的なシステム１０を示す。いくつかの点で、ブラシホルダアセンブリ１２は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ブラシホルダ装置、ブラシアセンブリおよび方法」と題する米国特許第７０３４４３０号明細書に記載されているブラシホルダアセンブリと類似性を有している。しかしながら、例示的なシステム１０は、本明細書で説明されるような特徴を備えている。図１に示すように、ブラシホルダアセンブリ１２は、内部にカーボンブラシ１４が配置されるブラシホルダ１６を有している。図１には、いくつかの例において、ブラシ１４の１つまたは複数の側面がブラシホルダ１６（例えば、ブラシ筐体）に包囲されることによって、回転部品２０の導電性表面１８に向かうブラシ１４の直線状または長手方向の移動を案内する複数のガイド面をブラシホルダ１６が有していることが示されている。つまり、ブラシ１４は、磨耗するにつれて、ブラシホルダ１６の複数のガイド面によって画定される開口部内を直線状に移動する。いくつかの実施形態においては、ブラシホルダ１６は箱状ではないが、溝、ポスト、支柱等の１つまたは複数のガイド面を有しており、ブラシ１４の直線状または長手方向の移動を案内するために、ブラシ１４の１つまたは複数の側面に当接しているか、かつ／もしくは、包囲しており、ならびに／または、ブラシ１４もしくはその一部分内において延在または貫通している。図１にさらに示すように、いくつかの実施形態においては、導電性表面１８に対するブラシ１４の係合および係合解除を容易にするために、ハンドル２２が、ホルダアセンブリ１２（ブラシホルダ１６を含む）に結合されるか、または別の方法でホルダアセンブリ１２に設けられる。図１には、ブラシ１４が、第１の端面すなわち上端面２４と、第２の端面すなわち下端面２６と、これらの間に延びる長さとを有していることも示されている。第２の端面２６は、電気装置の可動（回転、摺動等）部品２０（例えば、コレクタリング、スリップリングまたは整流子）の導電性表面１８と電気的に接触して、導電性表面１８から電流を流す。ブラシホルダアセンブリ１２は、電気装置の回転部品２０の表面等の導電性表面１８と接触してブラシ１４を配置するように構成されている。ブラシ１４は、ブラシ１４の第２の端面２６が導電性表面１８と係合するように、ブラシホルダ１６の下縁から延びている。図１に示すように、ブラシアセンブリ１２は、互いにヒンジ結合または回動可能に結合された上部ビーム３０および下部ビーム３２を有している。上部ビーム３０と下部ビーム３２が互いに位置合わせされているとき（例えば、上部ビーム３０の長手方向軸が下部ビーム３２の長手方向軸と平行であるとき）は、ブラシ１４が導電性表面１８に隣接しているか、直接的に電気接触するように、係合またはロック位置にブラシホルダ１６が位置しているとみなすことができる。図１にさらに示すように、ブラシホルダアセンブリ１２は磨耗状態モニタ３８およびスペーサ４０を備えている。磨耗状態モニタ３８および関連する構造および機能の追加的な態様は、米国特許出願公開第２０２０／０１１２１３３号明細書および米国特許出願公開第２０２０／０１１２２２３号明細書に記載されており、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。スペーサ４０は、ブラシ１４の第１の端面２４に取り付けられている。さらに、図１に示すように、磨耗状態モニタ３８はばね４１に連結されている。いくつかの例では、ばね４１の一部が磨耗状態モニタ３８の一部の周囲にコイル状に巻かれ、ばね４１の長尺状部分がコイル状部分から延びている。したがって、磨耗状態モニタ３８は、ばね４１のコイル状部分内に配置される。このように、いくつかの例では、磨耗状態モニタ３８は、ばね４１の表面に隣接して取り付けてもよいし、ばね４１の内側、例えばばね４１のコイル状部分内等に取り付けてもよい。ばね４１は、ブラシ１４、磨耗状態モニタ３８またはブラシ１４および磨耗状態モニタ３８の両方に張力を与えて、ブラシ１４を回転部品２０の導電性表面１８に向かって付勢して接触させる定荷重ばねであってもよい。つまり、ばね４１は、ブラシ１４をスリップリングや整流子等の電気装置の回転部品２０と係合させる力をもたらすように設計されたコイル状部分を有している。図１にさらに示すように、ブラシホルダアセンブリ１２は、ブラシ１４から端子４２に電気を伝えるために、ブラシ１４の第１の端面２４からブラシホルダアセンブリ１２の１つまたは複数の異なる部品まで延びる導電性ワイヤアセンブリ３６を有している。例えば、導電性ワイヤアセンブリ３６は、ブラシ１４の第１の端面２４から延びて端子４２に取り付けられ、端子４２は、装着ブロック（図示せず）、下部ビーム３２の一部、上部ビーム３０の一部または下部ビーム３２および上部ビーム３０の両方の一部に取り付けられる。簡略化のために図示されていないが、いくつかの例では、下部ビーム３２は、装着ブロック（図示せず）等の別の構造に取り外し可能に係合している。前述したように、ブラシホルダアセンブリ１２は、ブラシ１４の導電性表面２６が回転部品２０の導電性表面１８に当接した状態を維持するように構成される。電気装置（例えば、コレクタリング、スリップリングまたは整流子）によって電流が生成されると、可動（回転、摺動等）部品２０を介してブラシ１４に電流が流れる。これによって、電流は導電性リードアセンブリ３６を介して端子４２まで伝わる。さらに、端子４２は装着ブロック（図示せず）と係合しているため、装着ブロックへの電流および装着ブロックからの電流を流すことができる。図２は、図１に示すブラシホルダアセンブリ１２の様々な部品の分解図である。具体的には、図２は、導電性リードアセンブリ３６、端子４２およびブラシ１４を示しており、これらはすべて、ブラシホルダアセンブリ１２の残りの部分から（見やすくするために）離して配置されている。図２の破線は、各部品（例