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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(54)【発明の名称】貫通孔スリップリング状態監視システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02K 13/00 20060101AFI20241119BHJP
H02K 11/25 20160101ALI20241119BHJP
H02K 11/35 20160101ALI20241119BHJP
H02K 11/215 20160101ALI20241119BHJP
【ＦＩ】
H02K13/00 X
H02K13/00 K
H02K11/25
H02K11/35
H02K11/215
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021567066
(86)(22)【出願日】2020-05-07
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-21
(86)【国際出願番号】 US2020031913
(87)【国際公開番号】W WO2020231749
(87)【国際公開日】2020-11-19
【審査請求日】2023-04-05
(31)【優先権主張番号】62/846,306
(32)【優先日】2019-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/869,200
(32)【優先日】2020-05-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】596016627
【氏名又は名称】デューブリン カンパニー、エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100080791
【弁理士】
【氏名又は名称】高島 一
(74)【代理人】
【識別番号】100136629
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 光宜
(74)【代理人】
【識別番号】100125070
【弁理士】
【氏名又は名称】土井 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100121212
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 弥栄子
(74)【代理人】
【識別番号】100174296
【弁理士】
【氏名又は名称】當麻 博文
(74)【代理人】
【識別番号】100137729
【弁理士】
【氏名又は名称】赤井 厚子
(74)【代理人】
【識別番号】100151301
【弁理士】
【氏名又は名称】戸崎 富哉
(74)【代理人】
【識別番号】100170184
【弁理士】
【氏名又は名称】北脇 大
(74)【代理人】
【識別番号】100155675
【弁理士】
【氏名又は名称】光明寺 大道
(72)【発明者】
【氏名】ペトロウ、アントン エー．
(72)【発明者】
【氏名】ハン、ルー
(72)【発明者】
【氏名】ジャキミウ、マット
【審査官】永田 勝也
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５１２６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１８９１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５７－０４５２７４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭５６－１０３９５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０５４５７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１４５５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５１８９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０５４６８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１２８１２２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １３／００
Ｈ０２Ｋ １１／２５
Ｈ０２Ｋ １１／３５
Ｈ０２Ｋ １１／２１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スリップリングアセンブリであって、中空円筒形ハウジングを含み、
１つまたは複数の導電性ディスクを含むロータを含み、前記ロータは、前記中空円筒形ハウジング内に配置された前記ロータであって、１つまたは複数の導電性ディスクのそれぞれが、シャフトの少なくとも一部を通って延びるそれぞれの導体に電気的に接続されており、
前記中空円筒形ハウジングに接続された固定子を含み、前記固定子は、前記固定子に接続された１つまたは複数のブラシを含み、前記１つまたは複数のブラシは、前記ロータの前記１つまたは複数の導電性ディスクにスライド可能かつ電気的に係合し、前記１つまたは複数のブラシは、前記固定子を通って少なくとも部分的に延びている固定子導体に電気的に接続されており、
ここで、１つまたは複数の電気経路が定義され、前記１つまたは複数の固定子導体、前記１つまたは複数のブラシ、前記１つまたは複数の導電性ディスク、および、前記シャフト内の前記それぞれの導体から延びており、
前記固定子上および前記中空円筒形ハウジング内で前記スリップリングアセンブリの内部に取り付けられたスマートボードを含み、前記スマートボードは、前記スリップリングアセンブリの動作状態を示すデータを収集し、処理し、かつ、受信機に送信するように構成された電子部品を含んでおり、前記受信機は前記スリップリングアセンブリの動作を監視するように構成されており、
前記スマートボードの前記電子部品は、前記ブラシの動作を監視するように配置された複数のセンサを含み、
前記複数のセンサは、湿度センサ、粒子センサ、およびスパークセンサを含み、かつ、
前記スマートボードは、電源に電気的に接続され、前記電源によって電力が供給される、
スリップリングアセンブリ。
【請求項2】
前記中空円筒形ハウジングは、前記ロータおよび前記固定子を環境から隔離するように配置されている、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項3】
前記ロータがさらに、少なくとも２つの導電性ディスクを含み、かつ、前記少なくとも２つの導電性ディスクが前記シャフトに沿って配置されて積み重なりを形成し、前記スリップリングアセンブリは、前記積み重なりの前記少なくとも２つの導電性ディスクと交互に積層し、配置された１つまたは複数の絶縁ディスクを含む、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項4】
前記電源が、前記スマートボード上に配置された電池と、前記固定子導体の少なくとも１つに接続された導体によって提供される電力と、前記スマートボードと前記中空円筒形ハウジングの外部にある電源との間を接続した導体によって提供される電力とのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項5】
さらに、前記固定子に接続されたベアリングを含み、前記ベアリングは、前記中空円筒形ハウジング内で前記シャフトを回転可能に支持する、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項6】
前記複数のセンサがさらに、磁場センサ、および温度センサを含む、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項7】
前記スパークセンサは、前記１つまたは複数のブラシのうちの１つで電気アークとして放出される光放射の存在および強度を感知するように構成された光センサである、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項8】
前記スパークセンサは、前記中空円筒形ハウジング内のオゾンおよび窒素酸化物のうちの少なくとも１つの存在を感知するように構成されたガスセンサである、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項9】
前記スマートボードの前記電子部品はさらに、１つまたは複数のメモリデバイス、プログラム可能なプロセッサ、電力調整回路、無線情報送信回路、および無線情報受信機回路を含む、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項10】
前記スマートボードの前記電子部品は、前記プログラム可能なプロセッサに関連する２つの視覚的インジケータをさらに含み、前記２つの視覚的インジケータは、視覚的情報を提供するために前記プログラム可能なプロセッサからの信号に応答して動作するように構成される、請求項９に記載のスリップリングアセンブリ。
【請求項11】
前記中空円筒形ハウジングは、エンドキャップを含み、前記エンドキャップは、電磁透過性材料から作製される、請求項１に記載のスリップリングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
提出された関連出願への相互参照
この特許出願は、２０１９年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８４６，３０６号への優先権を主張し、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
この特許出願は、２０１９年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８４６，３０６号への優先権を主張し、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
発明の背景
スリップリングは、固定デバイスと回転デバイスとの間で電流または電圧を伝達するように動作する１つまたは複数の電気接続部、導管、または経路を含む電気機械装置である。
回転電気コネクタまたは回転電気ジョイントとしても知られているスリップリングは、通常、動作中に自由に回転するように構成されている。スリップリングは、固定デバイスと回転デバイスの間で１つの導管を移すために使用され得る。スリップリングは、多数の導管が回転するインターフェースを介して同時に移されるように、積み重ねられたり、アセンブリに結合されたりすることもある。
スリップリングは、固定デバイスと回転デバイスとの間で電流または電圧を伝達するように動作する１つまたは複数の電気接続部、導管、または経路を含む電気機械装置である。
回転電気コネクタまたは回転電気ジョイントとしても知られているスリップリングは、通常、動作中に自由に回転するように構成されている。スリップリングは、固定デバイスと回転デバイスの間で１つの導管を移すために使用され得る。スリップリングは、多数の導管が回転するインターフェースを介して同時に移されるように、積み重ねられたり、アセンブリに結合されたりすることもある。
【0003】
それらが提供する機能のために、スリップリングは、通常、回転の自動化、または、ターンテーブル、インデックステーブル、およびロボットなどの制御システムを含む、様々な用途で使用される。風力タービン、半導体加工、印刷によるプラスチック成形、ＣＴおよびＭＲＩの医療スキャナー、衛星通信、飲料加工、および工業用洗浄機も、一般的なスリップリングの用途である。
【0004】
典型的な構成では、電気スリップリングは、リング（導体リング）に対してスライド接点（ブラシ）を保持することによって機能する。一方の部分（通常はブラシ）は、静止しており、もう一方の部分（通常は、導体リング）は、回転する。多数のチャネルを提供するために、導体リングが、積層される時、絶縁リングを隣接する導電リングの間に挿入してもよい。ブラシと導体リングへのリード線は、内部で終端し、スリップリングの両側にあるデバイスへの電気接続関係を提供する。
一般に、導体リングはロータに取り付けられ、ロータを通って一端へと軸方向に延びるリード線で終端されている。ブラシは、ハウジングに取り付けられたブラシホルダによって固定されている。ハウジング内のボールベアリングのセットは、ロータを支持する。カバーとエンドキャップがデバイスを囲む。
ハウジング、ロータ、カバー、エンドキャップなどの構造部品は、温度、重量、サイズ、耐久性、コストなどの用途の要件に基づいて選択された金属および非金属材料で作製されている。
ブラシ、導体リング、電気コネクタなどの電気部品は、通常、電流密度、電圧降下、回転速度、温度、抵抗変動、帯域幅、特性インピーダンスなどの機能要件に基づいて選択された導電性材料で作製されている。
一般に、導体リングはロータに取り付けられ、ロータを通って一端へと軸方向に延びるリード線で終端されている。ブラシは、ハウジングに取り付けられたブラシホルダによって固定されている。ハウジング内のボールベアリングのセットは、ロータを支持する。カバーとエンドキャップがデバイスを囲む。
ハウジング、ロータ、カバー、エンドキャップなどの構造部品は、温度、重量、サイズ、耐久性、コストなどの用途の要件に基づいて選択された金属および非金属材料で作製されている。
ブラシ、導体リング、電気コネクタなどの電気部品は、通常、電流密度、電圧降下、回転速度、温度、抵抗変動、帯域幅、特性インピーダンスなどの機能要件に基づいて選択された導電性材料で作製されている。
【発明の概要】
【0005】
本開示は、スリップリングアセンブリの調子を感知するためのシステムおよび方法を説明する。一実施形態では、様々な電気部品および電子部品およびセンサをその表面に含むボードは、スリップリングアセンブリの内部に取り付けられ、スリップリングの動作状態を示すデータを収集、処理、および受信機に送信するように動作し、スリップリングの動作と動作状態を監視するために使用され得る。
有利には、一実施形態では、ボードの電気部品および電子部品には、電源によって提供される電力が供給される。電源は、例えば、バッテリーによって内部にあるか、または、外部電源が必要とされないようにスリップリングを介して送られるか、または、例えば、有線電源接続部を介して外部にある。
ボードは、スリップリングアセンブリの未処理または処理済みの動作データを提供する場合があり、スリップリングアセンブリとボード自体の部品の両方の故障状態を診断して送信することもできる。通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈや近距離無線通信などを介してワイヤレスで、または有線接続を介して実行される。ボードは、また、ボードおよび／またはスリップリングアセンブリの動作状態の視覚的表示をスリップリングアセンブリの外部へ提供してもよい。
有利には、一実施形態では、ボードの電気部品および電子部品には、電源によって提供される電力が供給される。電源は、例えば、バッテリーによって内部にあるか、または、外部電源が必要とされないようにスリップリングを介して送られるか、または、例えば、有線電源接続部を介して外部にある。
ボードは、スリップリングアセンブリの未処理または処理済みの動作データを提供する場合があり、スリップリングアセンブリとボード自体の部品の両方の故障状態を診断して送信することもできる。通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈや近距離無線通信などを介してワイヤレスで、または有線接続を介して実行される。ボードは、また、ボードおよび／またはスリップリングアセンブリの動作状態の視覚的表示をスリップリングアセンブリの外部へ提供してもよい。
【0006】
一実施形態では、ボードは、光の存在および強度を検出するように構成された光検出器を含む。光検出器は、スリップリングアセンブリのブラシに隣接して、またはそれに視覚的に沿って配置することができ、その結果、スパークの存在によって明らかになる可能性があるブラシの故障の場合に、スパークによって放出される光が検出され得る。
ボードは、また、温度センサ、湿度センサ、ホール効果センサなどのような追加のセンサを含み得る。ホール効果センサは、回転数および回転速度の表示を監視できるように、回転リング上に配置された磁石への近接を感知することができる。
ボード上に含まれ、動作する日付処理ソフトウェアは、スリップリングアセンブリの調子または動作状態を計算および推定するために、様々なセンサによって提供される信号または他の情報を相関させることができる。例えば、多数の連続する回転にわたってブラシにスパークが一貫して存在することを使用して、ブラシまたはリングの故障または差し迫った故障を示すことができる。
ボードは、また、温度センサ、湿度センサ、ホール効果センサなどのような追加のセンサを含み得る。ホール効果センサは、回転数および回転速度の表示を監視できるように、回転リング上に配置された磁石への近接を感知することができる。
ボード上に含まれ、動作する日付処理ソフトウェアは、スリップリングアセンブリの調子または動作状態を計算および推定するために、様々なセンサによって提供される信号または他の情報を相関させることができる。例えば、多数の連続する回転にわたってブラシにスパークが一貫して存在することを使用して、ブラシまたはリングの故障または差し迫った故障を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
スリップリングアセンブリ１００の概略図が図１に示されている。その断面図を図２に示す。スリップリングアセンブリ１００は、中空円筒形ハウジング１０２（図２に示されている）を含み、これは、その内部部品を説明するために、図１では、取り外されている。いくつかの実施形態では、ハウジング１０２は、スリップリングアセンブリ１００の内部構造を環境からシールするように配置されている。
図１および図２を参照して、スリップリングアセンブリ１００は、シャフト１０８に沿って絶縁ディスク１０６と交互に配置された１つまたは複数の導電性ディスク１０４を含む。
各導電性ディスク１０４は、典型的な方法でシャフト１０８（現在示されている）と統合されるか、またはシャフト１０８から伸びるそれぞれの導体に電気的に接続されている。
固定子１１０は、その中のシャフト１０８を回転可能に支持するベアリング１１２を含む。固定子１１０は、導電性ディスク１０４とスライド可能であるが電気的に係合するブラシ１１４をさらに含む。ブラシ１１４は、固定子１１０を通って延びる固定子導体に電気的に接続され、その結果、１つまたは複数の電気経路が、ブラシ１１４を介して、導電性ディスク１０４を介して、そしてシャフト１０８の導体を介して、固定子導体から延びる。一方、シャフト１０８は、固定子１１０に対して回転する、またはその逆である。
図１および図２を参照して、スリップリングアセンブリ１００は、シャフト１０８に沿って絶縁ディスク１０６と交互に配置された１つまたは複数の導電性ディスク１０４を含む。
各導電性ディスク１０４は、典型的な方法でシャフト１０８（現在示されている）と統合されるか、またはシャフト１０８から伸びるそれぞれの導体に電気的に接続されている。
固定子１１０は、その中のシャフト１０８を回転可能に支持するベアリング１１２を含む。固定子１１０は、導電性ディスク１０４とスライド可能であるが電気的に係合するブラシ１１４をさらに含む。ブラシ１１４は、固定子１１０を通って延びる固定子導体に電気的に接続され、その結果、１つまたは複数の電気経路が、ブラシ１１４を介して、導電性ディスク１０４を介して、そしてシャフト１０８の導体を介して、固定子導体から延びる。一方、シャフト１０８は、固定子１１０に対して回転する、またはその逆である。
【0009】
シャフト１０８および固定子１１０は、異なる構造のアセンブリから作製され得る。図示された実施形態では、シャフト１０８は、そこを通って延びる孔１１８を有する中空バー１１６のアセンブリである。
ハブ１２０は、中空バー１１６のいずれかの端部に配置され、中空バー１１６と回転可能に係合する。同様に、固定子１１０は、ハウジング１０２およびベアリング１１２を支持するリム１２２を含む。
図１に示すように、固定子１１０は、１つ又は複数の細長い構造１２４を含み、該１つ又は複数の細長い構造１２４は、ブッシュ１１４を支持しボルト１２８をそこに収容するボルトランナー１２６と、スリップリングアセンブリ１００の長手方向軸Ｌに沿ってディスク１０４および１０６を支持する他の構造と、を含む。固定子１１０の導体に関して、ブラシ１１４は、ハウジング１０２内に延在し、導体をブラシ１１４に電気的に接続するために使用することができるタップ１３０に接続されている。
ハブ１２０は、中空バー１１６のいずれかの端部に配置され、中空バー１１６と回転可能に係合する。同様に、固定子１１０は、ハウジング１０２およびベアリング１１２を支持するリム１２２を含む。
図１に示すように、固定子１１０は、１つ又は複数の細長い構造１２４を含み、該１つ又は複数の細長い構造１２４は、ブッシュ１１４を支持しボルト１２８をそこに収容するボルトランナー１２６と、スリップリングアセンブリ１００の長手方向軸Ｌに沿ってディスク１０４および１０６を支持する他の構造と、を含む。固定子１１０の導体に関して、ブラシ１１４は、ハウジング１０２内に延在し、導体をブラシ１１４に電気的に接続するために使用することができるタップ１３０に接続されている。
【0010】
図示された実施形態では、スリップリングアセンブリ１００は、図３に示されるように、固定子１１０のリム１２２に取り付けられたスマートボード２００をさらに含み、これは、以下に説明するように、スリップリングアセンブリ１００の動作を監視し、外部ソースに様々な信号を提供する様々な電子部品を含む。
スマートボード２００は、電池によって供給される、または、スマートボード２００へ配線された外部電源により供給される電力で動作され得る。図２に図示された実施形態で、一対の導体２０２は、それぞれのタップ１３０に接続される。それぞれのタップ１３０は、内部的にスマートボード２００へ電力を供給するため、スプリングアセンブリ１００の動作中に適切な電圧を伝える。
スマートボード２００は、電池によって供給される、または、スマートボード２００へ配線された外部電源により供給される電力で動作され得る。図２に図示された実施形態で、一対の導体２０２は、それぞれのタップ１３０に接続される。それぞれのタップ１３０は、内部的にスマートボード２００へ電力を供給するため、スプリングアセンブリ１００の動作中に適切な電圧を伝える。
【0011】
固定子１１０の端部に取り付けられたスマートボード２００の概略図が図３に示されている。スマートボード２００の概略図が図４に示されている。これらの図を参照すると、スマートボード２００は、様々な電気部品および電子部品が取り付けられている回路基板２０４を含むことが分かる。
示された実施形態では、スマートボード２００は、ホール効果センサ２０６などの磁場センサと、温度および湿度センサ２０８と、スパークセンサ２１０とを含む。スパークセンサ２１０は、光放射の存在および強度を感知するように構成された光センサとして、図３に具現化されている。
センサのタイプ、および、監視される構造体に対するセンサの物理的近接性または視線に応じて、追加のセンサが、回路基板２０４の一方の側または他方の側に取り付けられ、使用され得る。
例えば、一実施形態では、スパークセンサ２１０は、アークに起因するか、またはアークによって、またはアーク中に生成される、スリップリングアセンブリ１００内に見られる部品および材料のイオン化または分解を検出するように構成された適切なタイプのセンサであり得る。それらは、スリップリングアセンブリ１００の密閉された内部空間内でスパークまたはアークが発生した後に検出されるのに十分な長さで、スリップリングアセンブリ１００内に留まることができる。
このような材料には、可視、赤外線、または紫外線スペクトルで放出される光のフラッシュ、オゾン、酸素、窒素酸化物、粒子などが含まれる場合がある。
スパークセンサ２１０として使用できるセンサの例には、Ｃｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙセンサ部品番号７５－１５３１２３１３０６５９、Ａｍｐｈｅｎｏｌ ＳＧＸ Ｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈ ＳＧＸ－４ＯＸ、ＳＰＥＣ Ｓｅｎｓｏｒｓ、ＬＬＣセンサ部品番号９６８－０４１、Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ ＡＧセンサ部品番号ＳＧＰ３０－２．５Ｋ、および他の同様のセンサが含まれるが、これらに限定されない。スパークセンサ２１０は、ブラシに面する回路基板２０４の側面に取り付けられ得る。
示された実施形態では、スマートボード２００は、ホール効果センサ２０６などの磁場センサと、温度および湿度センサ２０８と、スパークセンサ２１０とを含む。スパークセンサ２１０は、光放射の存在および強度を感知するように構成された光センサとして、図３に具現化されている。
センサのタイプ、および、監視される構造体に対するセンサの物理的近接性または視線に応じて、追加のセンサが、回路基板２０４の一方の側または他方の側に取り付けられ、使用され得る。
例えば、一実施形態では、スパークセンサ２１０は、アークに起因するか、またはアークによって、またはアーク中に生成される、スリップリングアセンブリ１００内に見られる部品および材料のイオン化または分解を検出するように構成された適切なタイプのセンサであり得る。それらは、スリップリングアセンブリ１００の密閉された内部空間内でスパークまたはアークが発生した後に検出されるのに十分な長さで、スリップリングアセンブリ１００内に留まることができる。
このような材料には、可視、赤外線、または紫外線スペクトルで放出される光のフラッシュ、オゾン、酸素、窒素酸化物、粒子などが含まれる場合がある。
スパークセンサ２１０として使用できるセンサの例には、Ｃｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙセンサ部品番号７５－１５３１２３１３０６５９、Ａｍｐｈｅｎｏｌ ＳＧＸ Ｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈ ＳＧＸ－４ＯＸ、ＳＰＥＣ Ｓｅｎｓｏｒｓ、ＬＬＣセンサ部品番号９６８－０４１、Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ ＡＧセンサ部品番号ＳＧＰ３０－２．５Ｋ、および他の同様のセンサが含まれるが、これらに限定されない。スパークセンサ２１０は、ブラシに面する回路基板２０４の側面に取り付けられ得る。
【0012】
図示された実施形態では、磁場センサ２０６は、磁石２１２と協働するように配置される。磁石２１２は、絶縁ディスク１０６に取り付けられ、それと共に回転するように、配置される。そのことで、磁石２１２は、シャフト１０８の１回転あたり１回、磁場センサ２０６の近くを通過できる。
他の電子部品も回路基板２０４上に配置され得る。例えば、図示された実施形態では、回路基板２０４は、ＦＲＡＭメモリなどの１つまたは複数のメモリデバイス、プログラム可能なプロセッサ、電力調整回路、無線情報送信および受信回路、有線電源および／または情報送信コネクタ、リアルタイム計測など、をさらに含む。
スマート回路２００は、さらに、２つの視覚的インジケータ２１６を含み、これらは、図示された実施形態では、スマートボード２００の動作状態の視覚的表示をリアルタイムで提供し、スリップリングアセンブリ１００の外部から見える発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
スマート回路２００の様々なセンサおよび他の電子デバイスを動作するための電力を提供するため、電力リード２１４は、導管２０２によってタップ１３０（図１）に接続可能である。
情報送信、外部電力の受けるなどのための追加のタップも使用することができる。
他の電子部品も回路基板２０４上に配置され得る。例えば、図示された実施形態では、回路基板２０４は、ＦＲＡＭメモリなどの１つまたは複数のメモリデバイス、プログラム可能なプロセッサ、電力調整回路、無線情報送信および受信回路、有線電源および／または情報送信コネクタ、リアルタイム計測など、をさらに含む。
スマート回路２００は、さらに、２つの視覚的インジケータ２１６を含み、これらは、図示された実施形態では、スマートボード２００の動作状態の視覚的表示をリアルタイムで提供し、スリップリングアセンブリ１００の外部から見える発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
スマート回路２００の様々なセンサおよび他の電子デバイスを動作するための電力を提供するため、電力リード２１４は、導管２０２によってタップ１３０（図１）に接続可能である。
情報送信、外部電力の受けるなどのための追加のタップも使用することができる。
【0013】
スマートボード２００との間の信号の無線送信のやり取りを容易にするために、スリップリングアセンブリ１００のエンドキャップ１１０は、プラスチックなどの電磁透過性材料から作製され得る。さらに、ＬＥＤ２１６への視覚的アクセスを提供するために、ハウジングおよび／またはエンドキャップ１１０の一部は、透明、透光性または少なくとも半透明な材料から作製され得る。
【0014】
本開示によるネットワークの概略図が図５に示されている。この実施形態では、スマートボード２００をその上に有するスリップリングアセンブリ１００が示されている。スリップリングアセンブリ１００は、サービス設備内の他の機械に取り付けられるか、または関連付けられてもよいが、簡単にするためにそこから取り外されて示されている。
スマートボード２００は、前述のように、スリップリングアセンブリ１００の動作状態および／または動作状態を示す、スリップリングアセンブリ１００の様々な内部の部品からの情報を収集および処理することができる。
この情報は、以下に説明するように、未処理データ、処理済みデータ、またはフィルタリングされたデータとして、および／または部品の故障の存在または差し迫った兆候についての計算された結論または推定として、無線で提供され得る。
この無線情報は、連続ストリームとして、又は、クエリに応答して定期的または断続的に送信される個別のパケットとして提供され得る。
情報は、ローカルコンピュータシステム３１０に、ローカルに提供されてもよく、または使用されたデバイス３０２、セルラーゲートウェイ３０４、インターネット３０６、クラウド３０８などにリモートで提供されてもよい。
スマートボード２００は、前述のように、スリップリングアセンブリ１００の動作状態および／または動作状態を示す、スリップリングアセンブリ１００の様々な内部の部品からの情報を収集および処理することができる。
この情報は、以下に説明するように、未処理データ、処理済みデータ、またはフィルタリングされたデータとして、および／または部品の故障の存在または差し迫った兆候についての計算された結論または推定として、無線で提供され得る。
この無線情報は、連続ストリームとして、又は、クエリに応答して定期的または断続的に送信される個別のパケットとして提供され得る。
情報は、ローカルコンピュータシステム３１０に、ローカルに提供されてもよく、または使用されたデバイス３０２、セルラーゲートウェイ３０４、インターネット３０６、クラウド３０８などにリモートで提供されてもよい。
【0015】
スマートボード２００に含まれ、様々なセンサから、センサ信号を受信し、それらの信号を処理し、結論または計算結果を提供するように配置されたプログラム可能なコントローラの動作スキームを説明するために、状態フロー図が図６に示されている。
一実施形態では、プログラム可能なコントローラの様々な動作は、メモリデバイスに格納され、コントローラによって選択的に検索および実行されて様々な機能を実行するコンピュータ実行可能命令の形式である。
一実施形態では、プログラム可能なコントローラの様々な動作は、メモリデバイスに格納され、コントローラによって選択的に検索および実行されて様々な機能を実行するコンピュータ実行可能命令の形式である。
【0016】
図６を参照すると、状態フローは、電源投入または開始条件または状態４０２において開始する。アクティベーション時に、コントローラは、４０４において、ファームウェアの更新を照会できる。
最新のファームウェアバージョンを使用する通常の動作の場合、コントローラは、４０６において、Ｆ－ＲＡＭデバイスなどのメモリデバイスから既存のセンサデータを読み取ることができる。
次に、コントローラは、４０８において、データ接続を待つことができる。この間、ＬＥＤ２１６は、スマートボードが接続の準備中であることを視覚的表示に示すことができる。
最新のファームウェアバージョンを使用する通常の動作の場合、コントローラは、４０６において、Ｆ－ＲＡＭデバイスなどのメモリデバイスから既存のセンサデータを読み取ることができる。
次に、コントローラは、４０８において、データ接続を待つことができる。この間、ＬＥＤ２１６は、スマートボードが接続の準備中であることを視覚的表示に示すことができる。
【0017】
コントローラとのデータ接続が、データを提供するために別のコントローラまたはネットワークと確立されているかどうかにかかわらず、コントローラは、様々なタスクおよび動作を含むことができる動作状態４１０に入る。
これらのタスクおよび動作は、デバイスに関連する動作データを取得、処理、および生成するために継続的に実行される場合がある。
そのようなデータは、適切な接続が確立された時に、メモリデバイスに格納され、ネットワークの外部に提供され得る。
図示された実施形態では、コントローラは、データ取得プロセスを開始することができる。たとえば、それは、４１２において、センサデータをチェックし、それらを毎分など、定期的にセンサ仕様と比較して、センサ動作を診断する方法として、期待されるパラメーター内で動作しているかどうかを決定することを含む。
そして、それは、また、デバイス－この場合はスリップリングアセンブリ１００－から有用なデータを収集し、そのデータをメモリデバイスに格納することを含む。
センサデータを収集すると、コントローラは、デバイスの様々な機能テストを実行できる。
これらのタスクおよび動作は、デバイスに関連する動作データを取得、処理、および生成するために継続的に実行される場合がある。
そのようなデータは、適切な接続が確立された時に、メモリデバイスに格納され、ネットワークの外部に提供され得る。
図示された実施形態では、コントローラは、データ取得プロセスを開始することができる。たとえば、それは、４１２において、センサデータをチェックし、それらを毎分など、定期的にセンサ仕様と比較して、センサ動作を診断する方法として、期待されるパラメーター内で動作しているかどうかを決定することを含む。
そして、それは、また、デバイス－この場合はスリップリングアセンブリ１００－から有用なデータを収集し、そのデータをメモリデバイスに格納することを含む。
センサデータを収集すると、コントローラは、デバイスの様々な機能テストを実行できる。
【0018】
機能テストは、並行してまたは任意の順序で実施することができる。図６に示される例示的な実施形態では、コントローラは、最初に、スリップリングアセンブリの１つまたは複数のブラシに対してアーク放電テスト４１４を実行することができる。
アーク放電テスト４１２の間、電気アークの存在、およびアーク放電によって生成される可能性のあるオゾンまたは別のガスの存在を示す、イルミネーションまたは、他のアークインジケータが存在するかどうかを判断するため、コントローラは、照明センサ、および任意選択で、オゾンセンサ、窒素酸化物センサなどのようなガスセンサをチェックすることができる。
付加的に、または、照明またはガスセンサの代わりに、スマートボードは、スリップリングアセンブリハウジング内の粒子の存在を決定する粒子センサをさらに含み得、これは、ハウジング内で動作するブラシまたは他の機械的部品の劣化の指標であり得る。
これらの条件の一方または両方、すなわちガスおよび／または粒子の存在が検出されると、コントローラは、所定のサイクル数またはスリップリングアセンブリの回転（例えば１０サイクル）の間、これらの条件の繰り返しを監視することができる。
状態が所定のサイクル数の間存在する場合、コントローラは、故障が存在することを決定し、動作デバイスの周囲にいるユーザに警告するため、ネットワークを介して適切な通知信号を提供する。可能であれば、デバイス上に視覚的表示を提供し得る。視覚的表示は、例えば、赤い視覚的インジケータを示す、又は、同様の視覚的および／または聴覚的通知による。
アーク放電テスト４１２の間、電気アークの存在、およびアーク放電によって生成される可能性のあるオゾンまたは別のガスの存在を示す、イルミネーションまたは、他のアークインジケータが存在するかどうかを判断するため、コントローラは、照明センサ、および任意選択で、オゾンセンサ、窒素酸化物センサなどのようなガスセンサをチェックすることができる。
付加的に、または、照明またはガスセンサの代わりに、スマートボードは、スリップリングアセンブリハウジング内の粒子の存在を決定する粒子センサをさらに含み得、これは、ハウジング内で動作するブラシまたは他の機械的部品の劣化の指標であり得る。
これらの条件の一方または両方、すなわちガスおよび／または粒子の存在が検出されると、コントローラは、所定のサイクル数またはスリップリングアセンブリの回転（例えば１０サイクル）の間、これらの条件の繰り返しを監視することができる。
状態が所定のサイクル数の間存在する場合、コントローラは、故障が存在することを決定し、動作デバイスの周囲にいるユーザに警告するため、ネットワークを介して適切な通知信号を提供する。可能であれば、デバイス上に視覚的表示を提供し得る。視覚的表示は、例えば、赤い視覚的インジケータを示す、又は、同様の視覚的および／または聴覚的通知による。
【0019】
コントローラは、４１６において、温度および／または湿度センサからの信号を監視することによって、温度または湿度テストをさらに実行することができる。
一実施形態では、事前定義された温度限界を超える温度上昇は、滑り構造および摩擦が故障であると示し得る。
湿度に関しては、流体および電気信号を運び、漏れを経験している可能性がある複合デバイスがあり得るか、または、デバイスに入って、それにより移動される電気信号および電力に干渉する可能性がある導電性流体の外部侵入があり得る。
アーク放電テストと同様に、１０サイクルなどの事前定義されたサイクル数の間、温度および／または湿度が上昇すると、コントローラは、信号および／または視覚的または聴覚的アラートを使用して故障状態を発行するように促される場合がある。
一実施形態では、事前定義された温度限界を超える温度上昇は、滑り構造および摩擦が故障であると示し得る。
湿度に関しては、流体および電気信号を運び、漏れを経験している可能性がある複合デバイスがあり得るか、または、デバイスに入って、それにより移動される電気信号および電力に干渉する可能性がある導電性流体の外部侵入があり得る。
アーク放電テストと同様に、１０サイクルなどの事前定義されたサイクル数の間、温度および／または湿度が上昇すると、コントローラは、信号および／または視覚的または聴覚的アラートを使用して故障状態を発行するように促される場合がある。
【0020】
前述のように、たとえば、１分あたりの回転数（ＲＰＭ）で表されるデバイスの回転速度を決定するため、コントローラは、また、回転リングに取り付けられた磁石の通過を感知する磁場センサからの信号を監視および測定することによって、速度テスト４１８を実行することができる。
決定された速度は、デバイスの最高速度制限と比較され得、デバイスがその設計速度内で動作している間、緑色のインジケータが点灯し得、または速度超過の場合、赤色のインジケータが点灯し得る。
決定された速度は、また、コントローラが接続されているネットワーク上の信号として継続的に提供され得る。
決定された速度は、デバイスの最高速度制限と比較され得、デバイスがその設計速度内で動作している間、緑色のインジケータが点灯し得、または速度超過の場合、赤色のインジケータが点灯し得る。
決定された速度は、また、コントローラが接続されているネットワーク上の信号として継続的に提供され得る。
【0021】
コントローラは、また、例えば、その寿命の間のデバイスの総回転数をカウントし、総回転数をデバイスの設計目標と比較することによって、４２０において、デバイスの残りの設計寿命を監視することができる。
回転数は、前述のように、回転ディスクに協同する磁石の通過を感知する磁場センサを使用することによって取得することができる。
総回転数に基づいて、コントローラは、回転数が制限を下回ると緑色のライトを点灯し、回転数が制限に近づくと黄色を点灯し、回転数が制限を超えると、デバイスの点検または交換が必要であることを示す、赤またはオレンジを点灯させてもよい。
これらの表示は、コントローラが接続されているネットワークへの信号として提供され得る。様々なセンサからのコントローラによる失敗したデータ取得または不完全なデータ取得は、故障発生時のトラブルシューティングを容易にするために、４２２において、タイムスタンプでログに記録されてもよい。
回転数は、前述のように、回転ディスクに協同する磁石の通過を感知する磁場センサを使用することによって取得することができる。
総回転数に基づいて、コントローラは、回転数が制限を下回ると緑色のライトを点灯し、回転数が制限に近づくと黄色を点灯し、回転数が制限を超えると、デバイスの点検または交換が必要であることを示す、赤またはオレンジを点灯させてもよい。
これらの表示は、コントローラが接続されているネットワークへの信号として提供され得る。様々なセンサからのコントローラによる失敗したデータ取得または不完全なデータ取得は、故障発生時のトラブルシューティングを容易にするために、４２２において、タイムスタンプでログに記録されてもよい。
【0022】
本明細書で引用される刊行物、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献が個別にかつ具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載される場合と同程度に参照により本明細書に組み込まれる。
【0023】
本発明を説明する文脈において（特に以下の特許請求の範囲において）、用語「ａ（１つの）」および「ａｎ（１つの）」および「ｔｈｅ（その）」および「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ」（少なくとも１つの）」および同様の表示対象の使用は、本書に別段の記載がない限り、または文脈によって明確に矛盾しない限り、単数形と複数形の両方をカバーすると、解釈されるべきである。
１つ又は複数の用語のリストの前の「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」の用語の使用（例えば、「ＡおよびＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ」）は、本書に別段の記載がない限り、または文脈によって明確に矛盾しない限り、リストされた項目（ＡまたはＢ）から選択される１つの項目を意味する、または、リストされた項目（ＡおよびＢ）の２つ以上の任意の組み合わせを意味すると、解釈されるべきである。
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」）、これに限定されない（「ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ」を意味する）として解釈されるべきである。
本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別段の記載がない限り、範囲内にある各個別の値を個別に参照する簡略化された方法として役立つことを単に意図し、各個別の値は、本明細書に個別に記載されているかのように明細書に組み込まれる。
本明細書に記載のすべての方法は、本明細書に別段の表示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。
本明細書で提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語（例えば、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」の使用は、単に本発明をよりよく照らすことを意図しており、別段の請求がない限り、本発明の範囲を制限するものではない。
明細書のいかなる文言も、請求されていない要素が本発明の実施に不可欠であることを示すと解釈されるべきではない。
１つ又は複数の用語のリストの前の「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」の用語の使用（例えば、「ＡおよびＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ」）は、本書に別段の記載がない限り、または文脈によって明確に矛盾しない限り、リストされた項目（ＡまたはＢ）から選択される１つの項目を意味する、または、リストされた項目（ＡおよびＢ）の２つ以上の任意の組み合わせを意味すると、解釈されるべきである。
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」）、これに限定されない（「ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ」を意味する）として解釈されるべきである。
本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別段の記載がない限り、範囲内にある各個別の値を個別に参照する簡略化された方法として役立つことを単に意図し、各個別の値は、本明細書に個別に記載されているかのように明細書に組み込まれる。
本明細書に記載のすべての方法は、本明細書に別段の表示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。
本明細書で提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語（例えば、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」の使用は、単に本発明をよりよく照らすことを意図しており、別段の請求がない限り、本発明の範囲を制限するものではない。
明細書のいかなる文言も、請求されていない要素が本発明の実施に不可欠であることを示すと解釈されるべきではない。
【0024】
本発明の好ましい実施形態は、本発明を実施するために本発明者らに知られている最良のモードを含めて、本明細書に記載されている。
これらの好ましい実施形態の変形例は、前述の説明を読むと、当業者には明らかになるだろう。
本発明者らは、当業者がそのような変形例を適切に使用することを期待し、本発明者らは、本明細書に具体的に記載されている以外の方法で本発明を実施することを意図している。
したがって、本発明は、適用法によって許可されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された主題のすべての修正および同等物を含む。
さらに、そのすべての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書に別段の表示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、本発明に含まれる。
これらの好ましい実施形態の変形例は、前述の説明を読むと、当業者には明らかになるだろう。
本発明者らは、当業者がそのような変形例を適切に使用することを期待し、本発明者らは、本明細書に具体的に記載されている以外の方法で本発明を実施することを意図している。
したがって、本発明は、適用法によって許可されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された主題のすべての修正および同等物を含む。
さらに、そのすべての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書に別段の表示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、本発明に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
