特開 2023-24732 電気機械の１つ以上の構成要素の状態を監視するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023024732

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】電気機械の１つ以上の構成要素の状態を監視するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 13/00 20060101AFI20230209BHJP

【ＦＩ】

H02K13/00 X

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022207862

(22)【出願日】2022-12-26

(62)【分割の表示】P 2021518583の分割

【原出願日】2019-10-03

(31)【優先権主張番号】62/741,152

(32)【優先日】2018-10-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515041468

【氏名又は名称】カッツフォース インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＵＴＳＦＯＲＴＨ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】カッツフォース、ロバート エス．

(72)【発明者】

【氏名】カッツフォース、ダスティン エル．

(72)【発明者】

【氏名】ブルーイ、ダグラス クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】シャーフ、マイケル リー

(72)【発明者】

【氏名】ハリソン、デイビッド ウィリアム ドルーリー

(57)【要約】

【課題】改良された電気機械のカーボンブラシの摩耗状態を監視するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】システムは、上面、上面と反対側の下面、及び上面から下面までの長さを有するカーボンブラシであって、使用中にカーボンブラシの下面が摩耗するにつれて長さは初期の長さから減少する、カーボンブラシと、コイル状部分とコイル状部分から延びる長尺状部分とを有するばねであって、ばねはカーボンブラシの下面を電気機械の回転する導電性表面と接触させる力を提供するように構成される、ばねと、カーボンブラシの上面に連結されたスペーサであって、スペーサはばねのコイル状部分とカーボンブラシの上面との間に配置される、スペーサと、センサを含む摩耗状態モニタとを備える。センサは使用中にカーボンブラシの下面が摩耗するにつれてカーボンブラシの長さの初期の長さからの減少量を測定するように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンブラシの摩耗状態を監視するためのシステムであって、
上面、前記上面と反対側の下面、及び前記上面から前記下面までの長さを有するカーボンブラシであって、使用中にカーボンブラシの前記下面が摩耗するにつれて前記長さは初期の長さから減少する、カーボンブラシと、
コイル状部分と前記コイル状部分から延びる長尺状部分とを有するばねであって、前記ばねは前記カーボンブラシの前記下面を電気機械の回転する導電性表面と接触させる力を提供するように構成される、ばねと、
前記カーボンブラシの前記上面に連結されたスペーサであって、前記スペーサは前記ばねの前記コイル状部分と前記カーボンブラシの前記上面との間に配置される、スペーサと、
センサを含む摩耗状態モニタであって、前記センサは使用中に前記カーボンブラシの前記下面が摩耗するにつれて前記カーボンブラシの前記長さの初期の長さからの減少量を測定するように構成される、摩耗状態モニタと、を備える、システム。

【請求項2】

前記スペーサは、前記カーボンブラシの前記上面における相補的な係合構造と係合するように構成された係合構造を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記スペーサは、前記カーボンブラシの前記上面内に配置されたボア内に延びるように構成されたピンを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記センサは、前記ばねの前記コイル状部分の角度変位を測定する、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記センサは、前記ばねの前記コイル状部分内に配置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記摩耗状態モニタは、磁石に対する前記センサの角度位置を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記センサは、前記磁石によって生成される磁場の変化を検知するように構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記摩耗状態モニタは、前記ばねの前記コイル状部分に配置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記スペーサは凹状の受け台を規定し、前記ばねの前記コイル状部分は前記受け台に載置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記センサは無線信号をサイトモニタに送信するように構成され、前記無線信号は前記カーボンブラシの長さの減少に関連する情報を提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記摩耗状態モニタは、所定のスケジュールを使用して前記カーボンブラシについての摩耗状態情報を前記サイトモニタに伝達するように構成される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記サイトモニタは、所定の間隔で前記摩耗状態モニタから前記カーボンブラシについての摩耗状態情報を受信するようにプログラムされる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記センサは、前記カーボンブラシの動的振動を検知するように構成された加速度計を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

前記摩耗状態モニタは、前記カーボンブラシが摩耗するにつれて弧角を通じて回転するように構成され、前記弧角は、前記カーボンブラシが摩耗する量と相関する、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

前記摩耗状態モニタは回転軸の周りを回転し、摩耗状態モニタが回転しても、前記回転軸は前記カーボンブラシの上面から一定の距離である、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

カーボンブラシの摩耗状態を監視するための方法であって、
磁石に対するセンサの角度位置を、前記磁石によって生成される磁場の変化を前記センサで検知することによって検出するステップと、
使用中にブラシホルダアセンブリのカーボンブラシの長さが減少するにつれて、前記センサによって検知された前記磁場の変化に基づいて、前記ブラシホルダアセンブリのばねのコイル状部分の角度変位を判定するステップであって、前記ばねは前記カーボンブラシを電気機械の回転する導電性表面に接触させる力を提供するように構成される、ステップと、
前記ばねの前記コイル状部分の前記角度変位に基づいて、前記カーボンブラシの摩耗状態を判定するステップと、を含む、方法。

【請求項17】

前記ばねの前記コイル状部分と前記カーボンブラシとの間に配置されるスペーサをさらに備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記スペーサは凹状の受け台を規定し、前記ばねの前記コイル状部分は前記受け台に載置される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

無線信号を前記センサからサイトモニタに送信するステップをさらに含み、前記無線信号は前記カーボンブラシの長さの減少に関連する情報を提供するように構成される、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

前記無線信号は、所定の間隔で前記サイトモニタに送信される、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概ね、電気機器で使用され得るブラシ及びブラシホルダアセンブリ、及び／又はスリップリングアセンブリを監視するための監視システムに関する。より具体的には、本開示は、センサを使用してブラシホルダアセンブリ内のブラシの摩耗及び／又は電気機器のスリップリングの状態を監視する監視装置、アセンブリ、システム、及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器のブラシの目的は、静止接触表面から可動接触表面に、又はその逆に電流を流すことである。ブラシ及びブラシホルダは、発電機、電気モータ、及び／又はスリップリングアセンブリ等の電気機器に使用することができ、あるいはスライド接続アプリケーション、例えば回転クレーン等の回転機械上のスリップリングアセンブリ、又はモノレール上の線形スライド接続に使用され得る。多くの電気機器のブラシは、導電性表面又は電流を流すための表面と接触するように適合された、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で作られたブロック又は他の構造である。ブラシから導電性のリード線又はシャントが延びており、ブラシから他の導電性部材へ、及び／又は他の導電性部材からブラシへの電気経路を提供する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

いくつかの設計では、ブラシボックスタイプのブラシホルダ、又は他のタイプのブラシホルダは、動作中に電気機器の可動接触表面と接触するブラシを支持するために使用され得る。ブラシ及びブラシボックスは、ブラシがブラシボックス内でスライドして、ブラシとブラシが接触する可動接触表面との間の継続的な接触を提供するように設計し得る。動作中に、電気機器の１つ以上の構成要素を交換する必要があること、電気機器の１つ以上の構成要素に検査又は注意が必要なこと、及び／又はメンテナンスを実行することが必要であることを示し得る、異常及び／又は閾値状態が発生する可能性がある。例えば、異常及び／又は閾値状態は、１つ以上のブラシ、ブラシホルダ、ばね、シャント、整流子、集電リング、及び／又は他の構成要素を交換する必要があること、１つ以上のブラシ、ブラシホルダ、ばね、シャント、整流子、集電リング、及び／又はその他の構成要素を検査する必要があること、及び／又はメンテナンスを実行する必要があることを示し得る。異常及び／又は閾値状態の発生を注視するために、電気機器の１つ以上の構成要素を監視することが有利であろう。さらに、異常及び／又は閾値状態の発生を作業者及び／又は技術者に警告すること、及び／又は技術者の介入をスケジュールすることは有利であろう。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、センサを使用してブラシホルダアセンブリ内のブラシの摩耗及び／又は電気機器のスリップリングの状態を監視する監視装置、アセンブリ、システム、及び方法に向けられる。

【0005】

カーボンブラシの摩耗状態を監視するための例示的なシステムは、第１の端部、第１の端部と反対側の第２の端部、及び第１の端部から第２の端部までの長さを有するカーボンブラシを含むブラシホルダアセンブリを含む。使用中にカーボンブラシの第１の端部が摩耗するにつれて、前記長さは初期の長さから減少する。ブラシホルダアセンブリはまた、カーボンブラシに連結された摩耗状態モニタを含む。摩耗状態モニタは、センサを含む。摩耗状態モニタは、カーボンブラシの長さが減少するにつれて回転するように構成される。センサは、摩耗状態モニタが回転する際の摩耗状態モニタの角度変位を測定するように構成される。摩耗状態モニタの測定された角度変位は、カーボンブラシの長さの減少量と相関する。

【0006】

加えて又は代替的に、ブラシホルダアセンブリは、第１の端部及び第２の端部を有するばねを含み、第１の端部は摩耗状態モニタに連結される。ばねは、カーボンブラシを電気機械の回転する導電性表面と接触させる力を提供するように構成される。

【0007】

加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは、摩耗状態モニタの外周面の周りに延びる円周方向の溝を含み、ばねは溝内に配置される。
加えて又は代替的に、ばねのコイル状部分は、摩耗状態モニタが回転するにつれて、摩耗状態モニタの外周面に巻き付くように構成される。

【0008】

加えて又は代替的に、ブラシホルダアセンブリは、コイル状部分とコイル状部分から延びる長尺状部分とを有するばねを含み、摩耗状態モニタはコイル状部分内に配置される。
加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは、摩耗状態モニタの外周面の周りに延びる円周方向の溝を含み、ばねのコイル状部分は溝内に配置される。

【0009】

加えて又は代替的に、ブラシホルダアセンブリは、ばねのコイル状部分とカーボンブラシの第２の端部との間に配置されるスペーサを含む。
加えて又は代替的に、スペーサは磁石を含み、センサは磁石の磁場を検知するホール効果センサ（Hall effect sensor）である。

【0010】

加えて又は代替的に、スペーサは凹状の受け台を規定し、ばねのコイル状部分は受け台に載置される。
加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは回転軸の周りを回転し、摩耗状態モニタが回転しても、回転軸はカーボンブラシの第２の端部から一定の距離である。

【0011】

加えて又は代替的に、センサは回転式磁気エンコーダ（rotary magnetic encoder）である。
加えて又は代替的に、センサは無線信号をサイトモニタに送信するように構成され、無線信号はカーボンブラシの長さの減少に関連する情報を提供するように構成される。

【0012】

カーボンブラシの摩耗状態を監視するための別の例示的なシステムは、ハンドルに連結されたブラシホルダを含む。ブラシホルダは開口部を含み、カーボンブラシはブラシホルダの開口部内に配置される。このシステムはまた、使用中にカーボンブラシの第１の端部が摩耗するにつれて、カーボンブラシを開口部内で移動させる力をカーボンブラシに対して加えるばねを含む。このシステムは、ばねのコイル状部分内に配置され、カーボンブラシの第１の端部が摩耗するにつれて回転するように構成される摩耗状態モニタをさらに含む。

【0013】

加えて又は代替的に、このシステムは、摩耗状態モニタのハウジング内に配置されるセンサをさらに含み、センサは、摩耗状態モニタが回転する際の摩耗状態モニタの角度変位を測定するように構成される。

【0014】

加えて又は代替的に、摩耗状態モニタの測定された角度変位は、カーボンブラシが摩耗した量と相関する。
加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは回転軸の周りを回転し、摩耗状態モニタが回転しても、回転軸はカーボンブラシの上面から一定の距離である。

【0015】

加えて又は代替的に、ばねは、ばねのコイル状部分からカーボンブラシの側面に沿って延びる長尺状部分を含む。
加えて又は代替的に、ばねの長尺状部分の端部は、ブラシホルダに取り外し可能に連結される。

【0016】

加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは、摩耗状態モニタの外周面の周りに延びる円周方向の溝を含み、ばねのコイル状部分は溝内に配置される。
加えて又は代替的に、ばねの一部は、摩耗状態モニタが回転するにつれて、摩耗状態モニタの外周面に巻き付くように構成される。

【0017】

加えて又は代替的に、摩耗状態モニタは、カーボンブラシが摩耗するにつれて弧角（arc angle）を通じて回転するように構成され、弧角は、カーボンブラシが摩耗する量と相関する。

【0018】

別の実施形態は、カーボンブラシの摩耗状態を監視するための方法である。この方法は、使用中にカーボンブラシの長さが減少するにつれて摩耗状態モニタが回転する際に、カーボンブラシに隣接して配置され、かつセンサを備える摩耗状態モニタの角度変位を判定することと、カーボンブラシの摩耗状態を摩耗状態モニタの角度変位に基づいて判定することと、を含む。

【0019】

加えて又は代替的に、この方法は、カーボンブラシの摩耗状態を閾値と比較することをさらに含む。
加えて又は代替的に、この方法は、カーボンブラシの摩耗状態の表示をユーザに伝達することをさらに含む。

【0020】

いくつかの実施形態、態様、及び／又は例の上記の概要は、本開示の各実施形態又はすべての実装を説明することを意図するものではない。以下の図及び詳細な説明は、これらの実施形態をより具体的に例示している。

【0021】

本開示の態様は、添付の図面に関する様々な実施形態の後述する詳細な説明を考慮してより完全に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、電気機械の構成要素に隣接して配置された例示的なブラシ監視システムを示す図である。

【図2】図２は、ブラシ上のスペーサに隣接して配置された摩耗状態モニタ及びばねの例を示す図である。

【図3】図３は、図２に示されるブラシホルダアセンブリの構成要素の分解図である。

【図4】図４は、図４に示される摩耗状態モニタ及びばねの端面図である。

【図5】図５は、図４に示される摩耗状態モニタ及びばねの側面図である。

【図6】図６は、図４に示される摩耗状態モニタの分解図である。

【図7】図７は、第１の摩耗状態での例示的なブラシホルダアセンブリの側面図である。

【図8】図８は、第２の摩耗状態での例示的なブラシホルダアセンブリの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示は、様々な改良及び代替形態を受け入れるものの、それぞれの詳細については図面中に一例として示しており、以下に詳しく説明する。しかし、この意図は、本開示の態様が説明される特定の実施形態に限定されることではないことを理解されてたい。逆に、この意図は、本開示の主旨及び範囲に含まれるすべての改良物、均等物、及び代替物を網羅することである。

【0024】

以下に定義された用語について、これらの定義は、特許請求の範囲又は本明細書の他の場所で異なる定義が与えられていない限り、適用されるものとする。
本明細書において、すべての数値は、明示的に示されているか否かを問わず、「約」という用語によって修飾されるものとみなす。「約」という用語は、記載された値に対して当業者が同等と考えるであろう（すなわち、同じ機能又は結果を有する）範囲の数字を概ね表す。多くの場合、「約」という用語は、最も近い有効数字に丸められる数字を含み得る。

【0025】

端点による数値範囲の記載は、該範囲内のすべての数字を含む（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む。）。
様々な構成要素、特徴及び／又は仕様に関係するいくつかの適切な寸法、範囲、及び／又は値が開示されるが、本開示によって刺激される当業者は、所望の寸法、範囲、及び／又は値が、明示されるものから逸脱してもよいことを理解するであろう。

【0026】

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるように、単数形の表現は、内容が他に明白に示されない限り、複数の指示対象を含む。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるように、用語「又は」は、特に明確な記載がない限り、通常その意味において「及び／又は」を含んで使用される。

【0027】

以下の詳細な説明は、異なる図面の同様の要素には同じ参照符号が付与される図面を参照して読まれるべきである。詳細な説明及び図面は、縮尺が必ずしも正確なものではなく、例示的な実施形態を示すものであり、本開示の範囲を限定するように意図されるものではない。図示の実施形態は、例示に過ぎないものと意図される。任意の例示的な実施形態の選択される特徴は、特に反対の記載が明示されない限り、追加的な実施形態に組み込まれ得る。

【0028】

図１は、ブラシホルダアセンブリ１１０、サイトモニタ１２０、及び／又は遠隔監視機器１５０，１６０を含む遠隔監視サイト１４０を含み得る例示的なブラシ監視システム１００を示す。場合によっては、ブラシホルダアセンブリ１１０は、本明細書に援用する、「BRUSH HOLDER APPARATUS, BRUSH ASSEMBLY, AND METHOD」という名称の米国特許第７０３４４３０号明細書に記載されているブラシホルダアセンブリに実質的に類似していてもよい。しかし、例示的なブラシ監視システム１００は、様々なブラシホルダアセンブリの構成のいずれを受け入れてもよい。したがって、この意図は、例示的なブラシ監視システム１００を、産業用発電機等の電気機器における任意の所望のブラシホルダアセンブリ構成と組み合わせて使用し得ることである。例えば、例示的なブラシ監視システム１００は、米国特許第６７３１０４２号明細書、米国特許第５７５３９９２号明細書、米国特許第５６２１２６２号明細書、米国特許第５４６３２６４号明細書、米国特許第５３９７９５２号明細書及び米国特許第５２５６９２５号明細書に開示されている、ブラシホルダアセンブリ、ブラシホルダ、及び／又はブラシと一緒に使用してもよい。これら文献のそれぞれは、本明細書に援用する。

【0029】

図１は、第１の端面３４及び第２の端面３５と、それらの間に延びた長さとを含むブラシ２４を示す。第２の端面３５は、電気機械（例えば、集電リング、スリップリング、又は整流子）の回転構成要素１５の導電性表面１２と電気的に接触し、そこから電流を伝導し得る。さらに、いくつかの例では、図１は、ブラシ２４の１つ以上の側面がブラシホルダ２２（例えば、ブラシボックス）によって囲まれ得、それにより、ブラシホルダ２２は、回転構成要素１５の導電性表面１２に向かうブラシ２４の直線的又は長手方向の動きをガイドするための複数のガイド面を含み得ることを示す。換言すれば、ブラシ２４は、ブラシ２４が摩耗するにつれて、ブラシホルダ２２の複数のガイド面によって規定される開口内で直線的に移動し得る。いくつかの実施形態では、ブラシホルダ２２は箱の形態をとることはできないが、ブラシ２４の直線的又は長手方向の動きをガイドするために、ブラシ２４の１つ以上の側面又はその一部に当接する、及び／又は、ブラシ２４の１つ以上の側面又はその一部を包囲する、及び／又は、ブラシ２４内又はその一部の中に延在するか、あるいは貫通する、溝、棒又は柱等の１つ以上のガイド面を含むことが企図される。

【0030】

図１はさらに、ブラシホルダ２２が、取り付けブロック７０等の別の構造に取り付けられるように構成かつ適合された取り付け梁２６に固定され得ることを示す。ブラシホルダアセンブリ１１０は、ブラシ２４を電気機械の回転構成要素１５の表面等の導電性表面１２と接触させて配置するように構成され得る。ブラシ２４は、ブラシ２４の第２の端面３５が導電性表面１２と係合するように、ブラシホルダ２２の下端から延在し得る。取り付け梁２６は、オーバセンタ係合機構、スライド係合のためのスロット付き又は溝付き係合機構、又は導電性表面１２に対してブラシ２４を容易に係合及び係合解除するための他の機構を含み得る。他の実施形態では、ブラシホルダアセンブリ１１０は、ブラシホルダ２２を静止状態に保持する別の構造にしっかりと取り付けられたブラシホルダ２２、又は任意の所望の配置で別の構造に取り付けられたブラシホルダ２２を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、ブラシホルダ２２は、固定構造にボルト締め又は溶接してもよい。そのようなブラシホルダのいくつかは、米国特許第６７３１０４２号明細書、米国特許第５７５３９９２号明細書、米国特許第５６２１２６２号明細書、米国特許第５４６３２６４号明細書、米国特許第５３９７９５２号明細書及び米国特許第５２５６９２５号明細書に開示されている。これらの文献は、本明細書に援用する。

【0031】

図１に示すように、取り付け梁２６は、互いにヒンジ連結又はピボット連結された上側梁部材２７及び下側梁部材２８を含み得る。上側梁部材２７と下側梁部材２８が互いに整列している（例えば、上側梁部材２７の長手方向軸が下側梁部材２８の長手方向軸と平行である）場合、ブラシホルダ２２は、ブラシ２４が導電性表面１２に隣接する又は接触するように、係合された又はロックされた位置にあると考えられ得る。上側梁部材２７が下側梁部材２８から傾斜している（例えば、上側梁部材２７の長手方向軸が下側梁部材２８の長手方向軸に対して斜めである）場合、ブラシホルダ２２は、ブラシ２４が導電性表面と非隣接である、間隔を空ける、又は導電性表面１２と直接電気的に接触しないように、係合解除された又はアンロックされた位置にあると考えられ得る。取り付け梁２６は、使用中に取り付けブロック７０に取り外し可能に連結され得る。いくつかの実施形態では、取り付け梁２６は、取り付けブロック７０とスライド可能に係合、連動、又は取り外し可能に連結され得る。取り付けブロック７０は、例えば、導電性表面１２に対して取り付けブロック７０を静止状態に（すなわち、一定の距離で）維持する別の構造に連結、固定、又は別の構造から延在し得る。

【0032】

いくつかの実施形態では、導電性表面１２に対するブラシ２４の係合及び係合解除を容易にするように、ハンドル２１をブラシホルダ２２に取り付けてもよい。例えば、ハンドル２１は、ハンドル２１の動きが下側梁部材２８に対して上側梁部材２７を駆動（例えば、旋回、スライド、解放）させるように、上側梁部材２７に取り付けられ得る。ハンドル２１は、取り外し可能なハンドルであり得る、あるいはハンドル２１は、上側梁部材２７又はブラシホルダ２２の別の部分に恒久的に取り付けられ得る。

【0033】

図１はさらに、ブラシホルダアセンブリ１１０が摩耗状態モニタ５０及びスペーサ３０を含み得ることを示す。スペーサ３０は、ブラシ２４の第１の端面３４に取り付けられ得る。追加的に、図１は、摩耗状態モニタ５０がばね２９に連結され得ることを示す。いくつかの例では、ばね２９の一部は摩耗状態モニタ５０の一部の周りに巻かれ、ばねの長尺状部分はコイル状部分から延在し得る。以下、摩耗状態モニタ５０、スペーサ３０及びばね２９のさらなる詳細な説明がされる。

【0034】

いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、ブラシ２４の「摩耗状態」に対応する様々なパラメータを収集及び／又は測定する１つ以上のセンサを含み得る。例えば、摩耗状態モニタ５０は、ブラシ２４が回転構成要素１５の導電性表面１２と接触している間に、ブラシ２４が摩耗する程度を測定及び／又は伝達する１つ以上のセンサを含み得る。いくつかの例では、センサはまた、ブラシホルダアセンブリ１１０（その個々の構成要素を含む）及び／又はブラシ２４の振動及び／又は温度、及び／又は例えばブラシ２４を流れる電流を測定し得る。

【0035】

場合によっては、摩耗状態モニタ５０は、ばね２９とは異なり、ブラシホルダアセンブリ１１０の構成要素の表面に隣接して配置され得る。例えば、摩耗状態モニタ５０は、ブラシホルダ２２、下側梁部材２８、上側梁部材２７上に又は隣接して、及び／又はブラシホルダアセンブリ１１０のハンドル２１上に又は隣接して配置され得る。場合によっては、摩耗状態モニタ５０は、ハンドル２１の一部又はブラシホルダアセンブリ１１０の他の構成要素に恒久的及び／又は取り外し可能に組み込まれ得る。いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、ばね２９からフリーであり得る。

【0036】

上記のように、いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、ばね２９の表面に隣接して、又はばね２９のコイル状部分内等、ばね２９内に取り付けられ得る。ばね２９は、ブラシ２４、摩耗状態モニタ５０、又はブラシ２４と摩耗状態モニタ５０の両方に張力を提供し、ブラシ２４を回転構成要素１５の導電性表面１２に向けて接触させるように付勢する定力ばねを含み得る。換言すれば、ばね２９は、スリップリング、整流子等の電気機械の回転構成要素にブラシ２４を係合させる力を提供するように設計されたコイル状部分を含み得る。

【0037】

いくつかの例では、ばね２９は、ブラシホルダ２２の一部及び／又はブラシホルダアセンブリ１１０の取り付け梁２６に取り付けられ得る。場合によっては、ばね２９の第１の端部３２は、ブラシホルダ及び／又は取り付け梁２６に取り外し可能に連結され得、ばね２９の長尺状部分は、ブラシ２４と取り付け梁２６との間でブラシ２４の側面に沿って延びる。したがって、いくつかの実施形態では、ばね２９の長尺状部分は、ブラシ２４とブラシホルダアセンブリ１１０の取り付け梁２６との間でブラシ２４の一側面に沿って、ブラシ２４の上面３４上に配置されたばね２９のコイル状部分まで延在し得る。ばね２９における反対側の第２の端部３３は、ばね２９のコイル状部分の内部に配置され得る。

【0038】

場合によっては、摩耗状態モニタ５０はまた、摩耗状態情報をユーザに伝達するための１つ以上のインジケータ５５（例えば、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、スピーカ、又はＬＥＤ及び／又はスピーカの組み合わせ）を含み得る。場合によっては、摩耗状態モニタ５０は、インジケータ５５を介して、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５の摩耗状態についての情報をユーザに伝達可能で有り得る。場合によっては、摩耗状態モニタ５０は、サイトモニタ１２０及び／又は同サイト又は遠隔地に配置されたプログラミング機器（例えば、コンピュータ１５０、タブレット１６０、スマートフォン等）等の外部機器からメッセージを受信可能であり得る。メッセージは、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５についての摩耗状態情報を送信するためのコマンド、又は摩耗状態モニタ５０によって使用される情報を変更するためのコマンド等のコマンドを含み得る。例えば、ユーザは、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５の摩耗状態情報を判定するために使用される１つ以上の閾値を変更すること、及び／又は命令、テーブル及び／又は類似のものをダウンロードすることによって摩耗状態モニタ５０をプログラムし直すことを希望できる。

【0039】

上記のように、いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、ブラシ２４の摩耗状態に関する情報を測定及び／又は収集し得る。特に、摩耗状態モニタ５０は、導電性表面１２に接触するブラシ２４の第２の端面３５が摩耗した程度（すなわち、ブラシホルダアセンブリ１１０に取り付けられたときの初期の長さからある時点までのブラシ２４の長さの減少量）に関する情報を測定及び収集するように設計され得る。ブラシ２４の第２の端面が回転構成要素１５との接触を維持するので、ブラシ２４の第２の端面３５が摩耗し、それによってブラシ２４の全長が短くなることが理解されよう。

【0040】

上記のように、ばね２９は、ブラシホルダ２２によって規定される開口に沿って直線的に向けられる力をブラシ２４に加え得る。さらに、ブラシ２４がブラシホルダ２２内で長さが減少するにつれて、摩耗状態モニタ５０は、ばね２９のコイル内で回転し得、一方、摩耗状態モニタ５０の回転軸は、回転構成要素１５の導電性表面１２に向かうブラシ２４の直線的な移動に伴って、直線的に移動する。追加的に、センサは、摩耗状態モニタ５０内に配置され得、ブラシ２４がブラシホルダアセンブリ１１０に取り付けられたときの初期位置からの、又は任意の他の所望の期間における、摩耗状態モニタ５０の回転の程度（例えば、全角度距離及び／又は全弧長）を表すデータを測定及び収集し得る。（摩耗状態モニタ５０内に配置された）センサによって測定された回転量は、ブラシ２４がブラシホルダ２２内で平行移動する（例えば、短くなる）ときのブラシ２４の直線的又は長手方向の動きと等価にすることも、比例させることも、さもなければそれらを表すことも可能であり、したがって、ブラシ２４の初期の長さからの減少量と等価にすることも、比例させることも、さもなければそれらを表すことも可能であり得ることが理解されよう。

【0041】

場合によっては、センサは、摩耗状態モニタ５０の回転を、ブラシ２４の摩耗状態、及び／又は、導電性表面１２及び／又は回転構成要素１５の摩耗状態と関連付け得る。センサによって測定された値（例えば、摩耗状態モニタ５０の回転量）は、回転構成要素１５の導電性表面１２に対するブラシ２４の第１の端部の位置に対応し得る。場合によっては、センサによって測定された値は、ブラシ２４の任意の所望の時間間隔又は摩耗期間にわたって得られた値に対応し得る。値（例えば、摩耗状態モニタ５０の初期位置からの回転量）は、ブラシ２４の摩耗状態及び／又は機械についての他の診断情報を判定するために、１つ以上の所定の閾値と比較され得ることが理解されよう。

【0042】

例えば、場合によっては、摩耗状態モニタ５０（その中に配置されたセンサを含む）は、ブラシ２４の振動を監視するように構成され得る。ブラシ２４の振動は、電気機械の回転構成要素１５の１つ以上の欠陥、摩耗、又は他の変形に起因する可能性がある。例えば、スリップリングが変形したり、不均一に摩耗したりして、スリップリングの１つ以上の部分が真円から外れ得る。ブラシ２４が回転構成要素１５の回転中に１つ以上の位置でこれらの欠陥に遭遇すると、欠陥は、回転速度及び／又は回転構成要素１５（例えば、スリップリング、整流子等）の導電性表面１２における欠陥の数に対応する速度でブラシ２４を振動させ得る。いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０の一時的な角度変位（transient angular displacement）は、電気機械の回転構成要素１５の振動又は他の変形における閾値変化に対応及び／又は相関し得る。本明細書で使用される場合、「一時的な角度変位」は、振動方式での摩耗状態モニタ５０の回転方向の瞬間的な変化を意味する。したがって、いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０の（振動の閾値変化に対応し得る）一時的な角度変位に対応する情報が収集され、サイトモニタ１２０に送信されて、ブラシ２４が過度の振動を受けているか否かが判定され得る。

【0043】

同様に、摩耗状態モニタ５０内に配置されたセンサ（又は別個の温度センサ）は、ブラシ２４、電気機械の他の構成要素、及び／又はブラシホルダアセンブリ１１０を囲む周辺気温の温度に関連する情報を測定及び収集し得ることが理解されよう。さらに、収集された温度値は、監視及び／又は１つ以上の所定の温度閾値と比較され得、それにより、温度閾値は、電気機械の１つ以上の構成要素に対して実施されるべき検査及び／又はメンテナンスの必要性を示す信号をサイトモニタ１２０に送信するようにセンサを動作させ得る。例えば、場合によっては、温度閾値は、測定された温度が摂氏１２５度の閾値温度等の閾値温度を超えたときに信号を送信するように設定され得る。換言すれば、温度センサが摂氏１２５度を超える温度（例えば、周辺気温、電気機械の構成要素の温度等）を測定する場合、サイトモニタ１２０に信号を送信して、電気機械の１つ以上の構成要素に対して実施されるべき検査及び／又はメンテナンスの必要性を担当者に警告し得る。他の例では、閾値温度は、例えば、摂氏１００度から摂氏１４０度の範囲、摂氏１１０度から摂氏１３０度の範囲、又は摂氏１２０度から摂氏１３０度の範囲に設定され得る。

【0044】

場合によっては、サイトモニタ１２０は、１つ以上のブラシホルダアセンブリ１１０の摩耗状態、及び／又はスリップリング又は電気機械の他の回転構成要素の摩耗状態を監視するために、電気機械の近くに配置され得る。サイトモニタ１２０は、ブラシホルダアセンブリ１１０のブラシ２４の摩耗状態を監視可能であり得る。場合によっては、サイトモニタ１２０は、１つ以上の電気機械に関連する２つ以上のブラシホルダアセンブリ１１０のブラシ２４の動きを監視可能であり得る。例えば、サイトモニタ１２０は、通信リンク１１５（無線リンク）を介して、ブラシホルダアセンブリ１１０の摩耗状態モニタ５０等、特定の電気機械に関連する１つ以上又は複数の摩耗状態モニタ５０に通信可能に連結され得る。サイトモニタ１２０は、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５の摩耗状態についての情報を提供する処理データ及び／又は生データを受信するように構成され得る。例えば、サイトモニタ１２０は、ブラシ２４が電気機械に取り付けられた後のある時点で、摩耗状態モニタ５０の初期位置からの回転量に対応するセンサから受け取った値についての情報を受信し得る。しかし、他の例では、サイトモニタ１２０は、センサによって取得された値、及びその値と１つ以上の所定の閾値との間の比較についての情報を受信し得る。場合によっては、通信リンク１１５は、無線周波数（ＲＦ）通信リンク、音声ベースの通信リンク（例えば、超音波通信リンク）、及び／又は光通信リンク（例えば、赤外線（ＩＲ）通信リンク、可視光通信リンク等）を含み得る。場合によっては、サイトモニタ１２０は、将来におけるブラシ２４の推定突出状態を予測又は判定するように構成され得る。

【0045】

いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、所定のスケジュール（例えば、１時間に１回又は１時間毎に、１日に１回又は１日毎に、１週間に１回又は１週間毎に、１週間に２回等）を使用して、ブラシ２４についての摩耗状態情報をサイトモニタ１２０に伝達するように構成され得る。いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０は、サイトモニタ１２０及び／又は遠隔監視機器１５０，１６０から受信したコマンドに応答して、ブラシ２４及び／又は電気機械の回転構成要素１５についての摩耗状態情報をサイトモニタ１２０に提供し得る。追加的に、サイトモニタ１２０は、所定の間隔でブラシ２４についての摩耗状態情報を受信するようにプログラムされ得る。場合によっては、所定の間隔は特定の値（例えば、１時間に１回又は１時間毎に、１日に１回又は１日毎に、１週間に１回又は１週間毎に、１週間に２回等）に固定され得、他の場合には、この間隔は、特定の摩耗状態に達した後に変化され得る。例えば、サイトモニタ１２０は、１つ以上のブラシ２４及び／又は回転構成要素１５が交換摩耗状態に近い摩耗状態に達するまで、摩耗状態モニタ５０から摩耗状態情報を、例えば１日１回等の第１の時間間隔で受信するように構成され得る。その時点で、摩耗状態モニタ５０は、１時間毎等の第２の短い時間間隔で、ブラシ２４から摩耗状態情報をサンプリングし得る。したがって、摩耗状態モニタ５０からの摩耗状態情報は、ブラシ２４が第１の摩耗状態に達するまで、第１の周波数でサイトモニタ１２０に伝達され得、その後、摩耗状態情報は、第１の周波数よりも大きな第２の周波数でサイトモニタ１２０に伝達され得る。

【0046】

サイトモニタ１２０は、ブラシ２４の状態及び／又は突出状態の表示を出力し得る。場合によっては、表示は、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５が十分に摩耗している及び／又は交換する必要があること、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５が損傷していること、故障が発生したか又は故障が差し迫っていること、又は他のメンテナンス又は検査を実施する必要があることを作業者、技術者及び／又は他の担当者に警告するように構成され得る。いくつかの実施形態では、表示は、メンテナンス又は検査のスケジューリング、メンテナンス又は検査を実行するための担当者の派遣、交換用ブラシ又は他の部品の配布／配送の注文及び／又はスケジューリング、メンテナンス担当者及び／又は製品配送の特定の場所へのルーティング、又は他の通知のための手配及び／又は実行すべきタスクのスケジューリングのために、使用され得る。

【0047】

ブラシ監視システム１００はまた、他のキーメンテナンス、ブラシホルダアセンブリ１１０の故障、及び／又は他の異常な状態を特定及び／又は通知するために使用され得る。例えば、電気設備のメンテナンスを実行する及び／又は動作を中断する必要性を示し得る過剰な加熱、アーク放電又は過剰な振動のインシデントは、ブラシ監視システム１００の１つ以上の構成要素によって特定及び／又は評価され得る。摩耗状態モニタ５０、サイトモニタ１２０、及び／又は遠隔監視機器１５０，１６０は、異常状態を是正しようとして、特定された異常状態に応答するための適切な応答を実行し得る。場合によっては、作業者は、異常状態を是正しようとして、ブラシ監視システム１００で特定された異常状態に応答するために適切な応答を実行し得る。

【0048】

場合によっては、サイトモニタ１２０は、無線リンク１２５及び／又は有線リンク１２７によってネットワーク１３０に通信可能に連結され得る。サイトモニタ１２０は、１つ以上のブラシ２４の摩耗状態についての情報を、ネットワーク１３０及び１つ以上の有線１３７及び／又は無線１３５の通信リンクを介して、遠隔監視サイト１４０の遠隔監視機器１５０，１６０に通信可能であり得る。有線リンク１２７，１３７及び／又は無線リンク１２５，１３５の通信リンクは、１つ以上の標準化された通信プロトコル（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ、ＢＡＣｎｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ等）、又は独自の通信プロトコルを使用して動作するように構成され得る。遠隔監視システムの例は、「MONITORING SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING THE CONDITION OF ONE OR MORE COMPONENTS OF AN ELECTRICAL DEVICE」という名称の米国特許第７７０５７４４号明細書、「BRUSH HOLDER ASSEMBLY MONITORING APPARATUS, ASSEMBLY, SYSTEM AND METHOD」という名称の米国特許第８６１８９４３号明細書、及び「SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING THE STATUS OF ONE OR MORE COMPONENTS OF AN ELECTRICAL MACHINE」という名称の米国特許第９２５２６４３号明細書に記載されている。これらの文献は、本明細書に援用する。遠隔監視サイト１４０は、１つ以上のユーザサイトから受信したデータを収集及び／又は分析するために、パーソナルコンピュータ１６０、ワークステーション、ラップトップ、タブレット１５０、スマートフォン等の１つ以上の遠隔モニタを含み得る。

【0049】

遠隔監視機器及び／又はサイトモニタ１２０は、ブラシホルダアセンブリ１１０のメンテナンスプログラムに統合され得、それにより、サイトモニタ１２０は、ブラシホルダアセンブリ１１０の１つ以上の構成要素の少なくとも状態を監視するように構成され得る。これを行うために、遠隔モニタ及び／又はサイトモニタ１２０は、特定の機械又は特定のサイトで各ブラシホルダアセンブリ１１０を識別し、及び／又は各ブラシホルダアセンブリ１１０及び／又はその構成要素についての設置日及び任意のサービス日、例えば、ブラシホルダアセンブリ１１０におけるブラシ２４の設置日を記憶するように構成され得る。いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０（又はブラシホルダアセンブリ１１０の他のセンサ）は、ブラシ２４又は電気機械の他の構成要素が取り外された及び／又は交換されたことを示す信号、及び／又は新しいブラシ２４が取り付けられたことの表示をサイトモニタ１２０に出力してもよい。構成要素の交換情報は、摩耗状態モニタ５０、ブラシアセンブリ１１０の１つ以上のセンサ、及び／又はサイトモニタ１２０によって収集及び監視され得る。

【0050】

場合によっては、ブラシ２４及び／又は電気機械の回転構成要素１５についての傾向情報を判定するために、ブラシホルダアセンブリ１１０に関連する摩耗状態モニタ５０から受信した１つ以上のパラメータが経時的に監視され得る。例えば、サイトモニタ１２０及び／又は遠隔モニタは、特定のブラシホルダアセンブリ１１０に設置されたブラシ２４及び／又は電気機械の特定の設置位置の平均寿命を含み得る傾向情報を判定し得る。サイトモニタ１２０及び／又は遠隔モニタは、ブラシ２４及び／又はブラシホルダアセンブリ１１０が最初に電気機械に設置されたときにブラシ２４の位置についての情報を記憶するように構成され得る。ブラシ２４が交換され、新しいブラシ２４がブラシホルダアセンブリ１１０に取り付けられるたびに、ブラシ２４の最終位置及び／又は交換日、ならびに初期位置及び／又は設置日を監視することによって、回転構成要素１５の摩耗状態についての情報を収集し得る。例えば、スリップリング、又は電気機械の他の回転構成要素は、初期外径測定値を有し得る。時間の経過とともに、通常の摩耗及び／又は環境条件（例えば、湿度、温度、研磨剤を含む混入物質等）に起因する摩耗を含む摩耗を利用して、回転構成要素１５の厚さ及び／又は外径に関連する摩耗状態が測定及び／又は予測され得る。場合によっては、ブラシ２４及び／又は回転構成要素１５の寿命を改善するための予防措置は、１つ以上の摩耗状態モニタ５０から受信する情報の分析によって取得され得る。例えば、ユーザは、温度、湿度レベル、及び／又は混入物質レベル等、電気機械付近の空間の１つ以上の環境条件を調整するようにアドバイスされ得る。

【0051】

図２は、カーボンブラシ２４の上面の上に配置された、図１に示される摩耗状態モニタ５０、ばね２９及びスペーサ３０を示す。図３は、図２に示された摩耗状態モニタ５０、ばね２９及びスペーサ３０の分解斜視図を示す。明確化のため、図３は、図１及び図２に示されたそれらの向きと比較して、１８０度回転された後の摩耗状態モニタ５０、ばね２９及びスペーサ３０を示す。

【0052】

図２に示すように、いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０及びばね２９は、スペーサ３０における凹状の受け台内等、スペーサ３０内に入れ子にされ得る。スペーサ３０は、ばね２９のコイル状部分とカーボンブラシ２４の上面又は第１の端面３４との間に配置され得る。場合によっては、スペーサ３０は、スペーサ３０がブラシ２４と一緒に移動するように、ブラシ２４の第１の端面３４に取り付けられ得る。例えば、図３に示すように、スペーサ３０は、ブラシ２４の（図１に示される）第１の端面３４からブラシ２４内に延びるボアと係合するように設計されたピン部材３８等、１つ以上の突起を含み得る。例えば、ピン部材３８のそれぞれは、ブラシ２４の第１の端面３４内に配置された対応するボア内に延びるように設計され得る。ピン部材３８のそれぞれのボア内での係合は、スペーサ３０をブラシ２４に固定する機能を果たすことが理解されよう。他の例では、スペーサ３０は、ブラシの第１の端面３４における相補的な係合構造と係合するように構成された異なる係合構造を含み得る。例えば、スペーサ３０は、ブラシ２４の第１の端面３４に形成された対応する溝内に延びるように構成された１つ以上のレールを含み得る。

【0053】

摩耗状態モニタ５０は、第１の端部領域４０、第２の端部領域４２、及びそれらの間に延在する中間領域４３（図４参照）を含み得る。中間領域４３は、概ね円筒形状、又はブラシホルダアセンブリ１１０又はブラシホルダアセンブリ１１０内の他の取り付け位置への統合を容易にするように設計された他の形状であり得る。場合によっては、中間領域４３は、円筒形状の円周面を有し得る。第１の端部領域４０及び第２の端部領域４２のそれぞれは、中間領域４３の円周面から半径方向外向きに延在し得、それにより、ばね２９のコイル状部分が第１の端部領域４０と第２の端部領域４２との間に配置され得る溝又は凹んだ領域（図４にさらに示される）を形成する。

【0054】

上記のように、摩耗状態モニタ５０の中間部分４３は、ばね２９のコイル状部分内に捕捉されるように設計され得る。換言すれば、ばね２９の一部（すなわち、コイル状部分）は、摩耗状態モニタ５０の中間領域４３の周りに巻かれ（例えば、巻き付けられ）得る。図２に示すように、第１の端部領域４０及び第２の端部領域４２は、ばね２９が第１の端部領域４０と第２の端部領域４２との間に規定された溝から滑り落ちないことを確実にするために、ばね２９のコイル状部分の反対側に肩部を提供し得る。第１の端部領域４０及び／又は第２の端部領域４２は、摩耗状態モニタ５０が異なるサイズのばねのコイル状部分内に取り付けられることを可能にするように、取り外し可能であるか、構成可能であり得ることが理解されよう。例えば、取り外し可能及び／又は構成可能な第１の端部領域４０及び／又は第２の端部領域４２は、摩耗状態モニタ５０を、第１の幅及び第１のコイル直径を有するばね及び／又は第２の異なる幅及び／又は第２の異なるコイル直径を有するばねのコイル状部分内に取り付けることを可能にし得る。

【0055】

上記のように、センサは、摩耗状態モニタ５０内に配置され得、摩耗状態モニタ５０の初期位置からの回転の程度（例えば、全角度距離及び／又は全弧長）を判定するために使用され得る摩耗状態モニタ５０の現在の回転位置を表すデータを測定及び収集し得る。それにより、（摩耗状態モニタ５０内に配置された）センサによって測定された回転量は、ブラシ２４が（図１に示される）ブラシホルダ２２内で平行移動する（例えば、短くなる）ことに伴うブラシ２４の直線的又は長手方向の動きと等価にすることも、比例させることも、さもなければそれらを表すことも可能であり得る。特に、摩耗状態モニタ５０内に配置されたセンサは、該センサに隣接して配置された永久磁石に対する該センサの絶対角度位置を検出するように設計され得る。例えば、図２は、スペーサ３０に取り付けられた、又はその他の方法でスペーサ３０に組み込まれた磁石１４を示す。図２は、摩耗状態モニタ５０の中心軸とおおよそ一直線に配置された磁石１４を示し、磁石１４は、摩耗状態モニタ５０の他の部分に沿って及び／又はブラシホルダアセンブリ１１０の他の要素に沿って配置され得ることが企図される。図３は、いくつかの例では、摩耗状態モニタ５０の中間領域４３が、ばね２９のコイル状部分の内部に位置するばね２９の第２の端部３３との接続又は係合を容易にするために使用され得るタブ、肩部、又は開口部（図２において図示略）等の係合構造を含み得ることを示す。例えば、図３は、中間領域４３の外面から離れるように延びるボス（例えば、突起）１６を示す。ボス１４は、ばね２９の第２の端部３３に近接したばね２９の対応する開口部１８と嵌合するように構成された形状を有し得る。開口部１８は、ボス１６の断面形状に対応する形状を有していてもよい。例えば、ボス１６は、開口部１８の円形形状と嵌合するように設計された円形の断面形状を有し得る。しかし、図３は、円形形状を有するボス１６及び開口部１８を示す一方で、他の形状が企図されている。例えば、ボス１６及び開口部１８は、正方形、卵形、長方形、星形、三角形、又は他の任意の幾何学的形状を含み得る。ボス１６と開口部１８との係合は、ばね２９のコイル状部分の回転運動（例えば、巻き）が摩耗状態モニタ５０を同じ量だけ対応して回転させるように、摩耗状態モニタ５０をばね２９のコイル状部分と回転的に固定し得ることが理解されよう。

【0056】

他の実施形態では、中間領域４３の外面は、ばね２９のコイル状部分が中間領域４３の周りに巻かれるときに、ばね２９の第２の端部３３と係合するように構成された肩部又は隆起したエッジ部を含み得る。場合によっては、ばね２９の第２の端部３３は、その上に巻かれたコイルばね２９の層の下に捕らえられ得、これによりばね２９の第２の端部３３に半径方向内向きの圧縮力を加えて、中間領域４３の表面に対してばね２９の第２の端部３３を保持し得、ばね２９の第２の端部３３が摩耗状態モニタ５０にしっかりと固定されたままであることを確実にし得る。

【0057】

図３はさらに、ばね３２の第１の端部がそれ自体の上に折り返されてタブを形成し得ることを示し、タブはブラシホルダ及び／又は（図１に示される）取り付け梁２６に取り外し可能に連結されるように設計されている。換言すれば、タブ１９は、ブラシホルダ及び／又は取り付け梁２６の一部に係合する（例えば、挿入される）ように設計され得る。

【0058】

図３に示すように、スペーサ３０は、摩耗状態モニタ５０の円周断面と嵌合するように設計された凹状の受け台を規定する１つ以上の弧状表面３６を含み得る。換言すれば、スペーサ３０は、摩耗状態モニタ５０の外面の曲率半径と実質的に一致する曲率半径を有する１つ以上の凹面３６を含み得る。したがって、摩耗状態モニタ５０の一部は、スペーサ３０の凹状の受け台内に配置され得る。スペーサ３０は、ばね２９のコイル状部分をブラシ２４から離して配置するために、ばね２９のコイル状部分とブラシ２４の上面との間に配置され得る。

【0059】

追加的に、図３は、スペーサ３０が摩耗状態モニタ５０の第２の端部領域４２と係合するように設計された突起３４を含み得ることを示す。第２の端部領域４２は、突起３４と嵌合し、かつ突起３４の中心軸と一直線に配置された回転軸周りの摩耗状態モニタ５０の回転運動を許容にするように設計された凹部（図示略）を含み得ることが理解されよう。第２の端部の凹部内での突起３４の係合は、摩耗状態モニタ５０とスペーサ３０との間の回転運動を許容しつつ、摩耗状態モニタ５０とスペーサ３０との間に追加の固定を提供し得る。したがって、突起３４は、凹状の受け台における弧状表面３６と協働して、スペーサ３０と係合したときに摩耗状態モニタ５０が（上記のように）回転することを許容し得ることが理解されよう。

【0060】

図４は、第１の端部領域４０、第２の端部領域４２及びそれらの間に延在する中間領域４３を含む摩耗状態モニタ５０の端面図を示す。上記のように、図４は、中間領域４３の円筒形円周面を越えて半径方向外向きに延びる第１の端部領域４０及び第２の端部領域４２の両方の外周面を示す。上記のように、第１の端部領域４０、第２の端部領域４２のそれぞれの内面及び中間領域４３の円周面は、第１及び第２の端部領域４０，４２の内面が肩部を形成しつつ、ばね２９が配置され得る溝を規定し得る。

【0061】

図５は、上記の摩耗状態モニタ５０及びばね２９の側面図を示す。図５は、ばね２９が摩耗状態モニタ５０から離れて延びる長尺状部分を含み得、それによってばね２９の第１の端部３２が摩耗状態モニタ５０の外周面を越えて延びることを示す。上記のように、ばね２９の第１の端部３２（上記タブ１９を含む。）は、ブラシホルダ及び／又は取り付け梁２６に取り外し可能に連結され得、ばね２９の長尺状部分は、ブラシ２４と取り付け梁２６との間でブラシ２４の側面に沿って延びる。追加的に、図５は、摩耗状態モニタ５０の中間領域４３に巻き付くばね２９を示す。例えば、破線は、摩耗状態モニタ５０の中間領域４３に巻き付くばね２９を表し、それにより、ばね２９の第２の端部３３は、図３に関して上記したように、例えばボス１６及び開口部１８の接続を介して、摩耗状態モニタ５０に連結されるか、又は接触する。

【0062】

図６は、上記の摩耗状態モニタ５０の分解図を示す。図６に示すように、摩耗状態モニタ５０は、外部ハウジング５２を含み得る。外部ハウジング５２は、内部空洞５４を含み得る。空洞５４は、摩耗状態モニタ５０の１つ以上の内部構成要素を収容するように構成され得る。摩耗状態モニタ５０はまた、外部ハウジング５２と嵌合するように構成されたハウジング蓋６０を含み得る。換言すれば、蓋６０は、外部ハウジング５２にしっかりと取り付けられるように設計され得る。他の例では、外部ハウジング５２と蓋６０とを一体に固定するために、外部ハウジング５２は蓋６０に接着により結合又はスナップフィットされ得る。さらに、蓋６０は、蓋６０の壁厚全体にわたって延在する開口部７１を含み得る。

【0063】

追加的に、摩耗状態モニタ５０は、ボタン５９を含み得る。場合によっては、ボタン５９はバイトン（Viton）ボタンであり得る。ボタン５９は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を介して摩耗状態モニタ５０を別の機器とペアリングするために利用され得る。さらに、ボタン５９の一部は、蓋６０の開口７１を通って突出するように設計され得、それにより、摩耗状態モニタ５０を押し下げ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続を介して別の機器とペアリングするために、ボタン５９をアクセス可能とすることが理解されよう。外部ハウジング５２が蓋６０及びボタン５９と係合するとき、外部ハウジング５２、蓋６０及びボタン５９の組み合わせによって形成された空洞５４は、外部環境に対してシールされ得る。

【0064】

他の例では、ハウジング５２は、摩耗状態モニタ５０の内部構成要素を収容する摩耗状態モニタ５０の内部空洞を露出させるために、互いに分離可能な第１のハウジングセクション及び第２のハウジングセクションを含み得る。場合によっては、第１のハウジングセクション及び第２のハウジングセクションは、ヒンジ接続される（例えば、「二枚貝貝殻（clam shell）」構造で接続される）か、又は相互に移動可能であり得る。そのような場合、摩耗状態モニタ５０がばね２９のコイル状部分（例えば、らせんばね）内に配置されるとき、ばね２９によって提供される力は、第１のハウジングセクションを摩耗状態モニタ５０の第２のハウジングセクションに係合するための圧縮接続又はスナップフィット接続を容易にし得る。他の例では、第１及び第２のハウジングセクションを一体に固定するために、第１のハウジングセクションは第２のハウジングセクションに接着により結合又はスナップフィットされ得る。

【0065】

図６はさらに、摩耗状態モニタ５０が、電源５３（例えば、１つ以上の電池、コンデンサ、又はその両方）、及びセンサ５６（センサ５６は、図１に関して上記したセンサに対応し得ることに留意されたい。）をさらに含み得ることを示す。電源５３は、再充電可能及び／又は交換可能であり得る。

【0066】

場合によっては、センサ５６は、角度センサ５６及び／又は磁気エンコーダ５６として参照され得る。上記のように、センサ５６は、図２に関して上記した静止磁石１４に対する摩耗状態モニタ５０の回転（例えば、絶対角度位置）に対応する信号を生成し得る。例えば、センサ５６は、磁石１４によって生成される磁場の変化を検知できてもよく、したがって、摩耗状態モニタ５０の回転方向を判定することができる。摩耗状態モニタ５０の回転方向に対応するセンサ５６によって提供される信号は、例えばブラシ２４がブラシホルダアセンブリ１１０に取り付けられたときの摩耗状態モニタ５０の角度位置と、しばらくしてブラシ２４が摩耗したときの摩耗状態モニタ５０の角度位置との間等、２つの時点の間の摩耗状態モニタ５０の角度変位を判定するために比較され得る。これらの（摩耗状態モニタ５０の角度変位及び／又は回転方向に対応する）信号は、様々な通信方法を介してサイトモニタ１２０に通信され得る。場合によっては、センサ５６は、ブラシホルダ２２内のブラシ２４の動的振動を検知するように構成された加速度計を追加的に含み得る。例えば、センサ５６は、摩耗状態モニタ５０の角度変位及び／又は回転方向を検知することに加えて、ブラシ２４の動的振動に対応する摩耗状態モニタ５０の一時的な角度変位を検知し得る。

【0067】

追加的に、場合によっては、電源５３及び／又はセンサ５６は、摩耗状態モニタ５０の空洞５４内に配置され得、それにより、電源５３及び／又はセンサ５６は、摩耗状態モニタ５０と統合され得る。さらに、外部ハウジング５２が蓋６０及び第２のボタン部材５９と係合するとき、電源５３及びセンサ５６の両方が、外部ハウジング５２、蓋６０及び第２のボタン部材５９の組み合わせによって形成される空洞５４内でシールされ得ることが理解されよう。

【0068】

追加的に、図６は、摩耗状態モニタ５０が第１の発泡絶縁部材６１ａ及び第２の発泡絶縁部材６１ｂを含み得ることを示す。場合によっては、第１の発泡絶縁部材６１ａ及び第２の発泡絶縁部材６１ｂのそれぞれは、シリコーンから形成され得る。第１の発泡絶縁部材６１ａ及び／又は第２の発泡絶縁部材６１ｂを形成するために、他の材料が利用され得る。さらに、第１の発泡絶縁部材６１ａ及び第２の発泡絶縁部材６１ｂは、空洞５４内に配置されたときに、電源５３を絶縁するために利用され得る。換言すれば、空洞５４の内側に配置された場合、電源５３は、第１の発泡絶縁部材６１ａと第２の発泡絶縁部材６１ｂとの間に配置され得る。

【0069】

摩耗状態モニタ５０の電源５３は、センサ５６等の摩耗状態モニタ５０の１つ以上の構成要素に電力を供給して、摩耗状態モニタ５０の角度変位又は回転を表す値（これは、上記のように使用中のブラシ２４の長さの減少に比例する。）の測定及び生成を容易にするために使用され得る。換言すれば、摩耗状態モニタ５０は、ブラシ２４の摩耗に伴うブラシ２４の長さの減少に応じて回転するので、センサ５６は、摩耗状態モニタ５０の回転量又は角度変位の情報（例えば、データ）を検知、測定、及び収集し得、この情報はブラシ２４の長さの減少量に比例するか、又は相関する。摩耗状態モニタ５０は、摩耗状態モニタ５０の中心を通る回転軸周りに回転する。回転軸は、摩耗状態モニタ５０が回転する際のカーボンブラシ２４の第２の端部３４から一定の距離であり、したがって、回転軸は、ブラシ２４が摩耗して長さが減少するにつれてブラシ２４と一緒に平行移動する。

【0070】

例えば、場合によっては、センサ５６は、ブラシ２４が電気機器上に配置され、かつブラシ２４の初期位置等の摩耗がほとんどないときの第１の時点Ｔ_０において、ブラシ２４の第１の位置に対応する値を取得し得る。換言すれば、センサ５６は、初期の時点Ｔ_０における摩耗状態モニタ５０の角度位置を検知するために使用され得る。センサ５６は、ブラシが第１の量だけ摩耗した後の時点Ｔ_１において、ブラシ２４の位置に対応する値を取得し得る。換言すれば、センサ５６は、時点Ｔ_１における摩耗状態モニタ５０の角度位置を検知するために使用され得る。センサ５６は、ブラシが追加の量だけ摩耗した後の時点Ｔ₂,Ｔ_３,Ｔ_４等において、さらなるブラシ２４の位置に対応する追加の値を取得し得る。換言すれば、センサ５６は、さらなる時点Ｔ₂,Ｔ_３,Ｔ_４等における摩耗状態モニタ５０の角度位置を検知するために使用され得る。各時点の間の摩耗状態モニタ５０の角度変位は、ブラシ２４の長さの減少、したがってブラシ２４の現在の摩耗状態を判定するために、及び／又はブラシ２４の長さが将来閾値まで減少するときに突出させるために、使用され得る。場合によっては、閾値量は、ブラシ２４が所定の摩耗量（例えば、交換閾値に近づく、最大許容摩耗等）となるときに近似するブラシ長さに対応し得る。

【0071】

追加的に、場合によっては、センサ５６は、ブラシ２４の第１の摩耗状態に対応する第１の閾値と、ブラシ２４の第２の摩耗状態に対応する第１の閾値とは異なる第２の閾値とを検知するように構成され得る。例えば、第１の閾値は、所定の期間内（例えば、１週間以内）にブラシ２４を交換すべき摩耗状態を示す摩耗状態モニタ５０の全回転量又は全角度変位を含み得る。第２の閾値は、ブラシ２４をできるだけ早く交換する必要がある摩耗状態を示す摩耗状態モニタ５０の全回転量又は全角度変位に対応し得る。

【0072】

図７及び図８は、ブラシ２４の異なる特定可能な摩耗状態を表す異なる時点における、図１に示されるブラシホルダアセンブリ１１０の側面図を示す。簡略化のために、（図１に示される）スペーサ３０は、図７及び図８から取り外されている。追加的に、図７及び図８は、取り付け梁２６に固定されたブラシホルダ２２を含むブラシホルダアセンブリ１１０を示し、それにより、取り付け梁２６は、取り付けブロック７０に取り外し可能に取り付けられるように構成されている。さらに、図７及び図８は、図１に関して上記したように、係合位置で互いに回転可能に連結された上側梁部材２７及び下側梁部材２８を含む取り付け梁２６を示す。図７及び図８は、ハンドル２１と、ブラシ２４の両方に取り付けられ、そこから延びる導電性ワイヤ６２とを含むブラシホルダアセンブリ１１０をさらに示す。

【0073】

上記しかつ図７及び図８に示すように、ばね２９の端部領域は、摩耗状態モニタ５０の一部（例えば、中間領域）の周りに巻かれ、ばね２９の長尺状部分は、ばね２９の第１の端部３２を取り付け梁２６に連結しつつ、ブラシ２４の側面に沿って延在している。さらに、図７及び図８では見えないものの、センサ及び／又は電源は、（上記のように）摩耗状態モニタ５０内の内部空間（例えば、空洞）内に配置され得る。

【0074】

図７は、ブラシホルダアセンブリ１１０のブラシ２４が最初に電気機械に取り付けられたとき等、最初の時点Ｔ_０におけるブラシ２４の第１の形状（例えば、初期摩耗状態）を示す。図７は、（図１に関して上記したように）ブラシホルダ２２内に配置され、ブラシ２４の下面が回転構成要素１５の導電性表面１２と係合するブラシ２４を示す。追加的に、図７は、最初の時点Ｔ_０における初期位置で、ブラシ２４の第１の端面３４がハンドル２１に最も近いブラシホルダ２２の端部から距離Ｘ_１に配置されることを示す。ブラシホルダアセンブリ１１０が係合位置にあるとき、ばね２９は、ブラシ２４を回転構成要素１５の導電性表面１２と係合させるために、ブラシ２４の第１の端面３４に力を加え得ることが理解されよう。

【0075】

説明の便宜上、図７は、摩耗状態モニタ５０上に配置された「回転マーカ」６４を含む。簡略化のために、回転マーカ６４は、摩耗状態モニタ５０のほぼ「１２時」の位置に配置されているが、任意の所望の位置に配置することができる。回転マーカ６４は視認できるマーカである必要はないが、視認できるマーカを含めることは可能である。回転マーカ６４は、摩耗状態モニタ５０の回転方向のセンサ５６によって提供される位置信号を表し得る。

【0076】

図８は、ブラシ２４が一定期間にわたって回転構成要素１５の導電性表面１２と係合し、長さが減少した後等、のちの時点Ｔ_１におけるブラシ２４の第２の形状（例えば、第２の摩耗状態）を示す。上記のように、ばね２９は、ブラシ２４が回転構成要素１５の導電性表面１２に対して摩耗しても、ブラシ２４の第１の端面３４に力を加え続け得る。例えば、図８は、ハンドルに最も近いブラシホルダ２２の端部から距離Ｘ_２に配置されたブラシ２４の第１の端面３４を示す。距離「Ｘ_２」と図７に示される距離「Ｘ_１」との間の差は、ブラシ２４の長さの減少量（すなわち、ブラシ２４の長さがどれだけ短くなったか）を表すことが理解されよう。

【0077】

追加的に、上記のようにブラシ２４がブラシホルダ２２内で移動するとき、摩耗状態モニタ５０はブラシ２４が短くなった長さに比例して回転し得る。Ｔ_０での摩耗状態モニタ５０の初期回転位置とＴ_１での摩耗状態モニタ５０の回転位置との間の摩耗状態モニタ５０の回転又は角度変位θが図８に示される。追加的に、図８は、第２の位置にある回転位置マーカ６４を示し、摩耗状態モニタ５０の回転又は角度変位をさらに表す。摩耗状態モニタ５０の回転軸は、ブラシ２４が摩耗する間中、ブラシ２４の上面から一定の距離に留まっていることに留意されたい。

【0078】

上記のように、摩耗状態モニタ５０がブラシ２４の短縮（例えば、ブラシ２４の第２の端面３５の摩耗）に応じて回転すると、センサ５６は、摩耗状態モニタ５０の回転又は角度変位に関する情報を測定及び収集し得る。さらに、摩耗状態モニタ５０の回転又は角度変位に関するこの情報は、ブラシ２４の長さの減少量、ブラシ２４の現在の摩耗状態、ブラシ２４の摩耗率を判定する、及び／又は将来におけるブラシ２４の将来の摩耗状態を予測するために、分析され得る。ブラシ２４の状態に関するそのような情報及び／又はデータは、サイト監視機器１２０及び／又は遠隔監視機器１４０に通信され得る。遠隔監視機器１４０は、電気機械及びサイト監視機器１２０の地理的位置と同じ及び／又は異なる地理的位置に配置され得る。

【0079】

場合によっては、摩耗状態モニタ５０、サイトモニタ１２０及び／又は遠隔監視機器１４０は、ブラシ２４及び／又は電気機械の回転構成要素１５の平均余命を予測するための命令を処理可能なプロセッサを含み得る。場合によっては、プロセッサは、カーボンブラシの摩耗状態を特定、及び／又は電気機器の回転する電気的な構成要素（例えば、スリップリング、整流子等）の摩耗状態を特定するための命令を処理可能であり得る。

【0080】

当業者は、本開示の態様が本明細書に記載及び企図される特定の実施形態以外の様々な形態で実施し得ることを認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲に記載された本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細において発展させ得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】