(57)【要約】  シャフト接地及びモニタリングシステムは、回転シャフトと摺動係合可能な接地部材を具備していてもよい。電気センサは、回転シャフトから接地部材を通ってグランドに流れる電気の指標を与える電気的パラメータを検出するために、接地部材と結合されるように構成されてもよい。プロセッサは、電気センサと動作可能に結合され、回転シャフトの複数回の回転中に、回転シャフトの異なる回転位置で取得された複数のサンプリング点において、電気センサからのデータを受信して解析してもよい。プロセッサは、回転シャフトの１回の回転によって、電気センサからのデータの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるように構成されてもよい。
2020521977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトを有する機器用のシャフト接地及びモニタリングシステムであって、
前記回転シャフトと摺動電気接触するように構成され、グランドに接続されるように構成された接地部材と、
前記接地部材を流れる電気の指標を与える電気的パラメータを検知するように構成された電気センサと、
前記電気センサと動作可能に結合され、前記電気的パラメータを表す前記電気センサからのデータを受信して解析するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと動作可能に結合され、前記電気センサにより与えられた前記データを代表するものである、前記プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されたメモリと、
を備え、
前記プロセッサが、前記電気センサからの前記電気的パラメータの値を周期的にサンプリングして前記値を前記メモリに記録するようにさらに構成され、
前記プロセッサが、前記電気センサからの前記電気的パラメータの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている、シャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項２】
前記プロセッサが、前記電気センサからの前記電気的パラメータの前記値をサンプリングして前記値を周期的トリガに応答して前記メモリに記録するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項３】
前記周期的トリガが、前記回転シャフトの回転速度に基づく、請求項２に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項４】
前記周期的トリガが、前記回転シャフトの回転位置に基づく、請求項２に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項５】
前記周期的トリガが、前記電気センサからの前記電気的パラメータの瞬時値の各連続サンプリングが連続波形の異なる部分を含むように、増分遅延を含む、請求項２に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項６】
前記電気センサからの前記電気的パラメータの前記値が、前記電気センサからの前記電気的パラメータを表す波形の振幅を含む、請求項１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項７】
前記電気センサが、電流センサまたは電圧センサを含む、請求項１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項８】
前記プロセッサが、前記回転シャフト上で何らかの異常または閾値状態が発生している可能性がある場所を決定するために、前記回転シャフトの相対位置に対して前記再構成波形を相関させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項９】
前記プロセッサが、シャフト回転速度の指標と既知のサンプリングレートとを利用することにより、前記回転シャフトの相対位置に対して前記再構成波形を相関させるようにさらに構成されている、請求項８に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記電気センサからの前記電気的パラメータの値を周期的にサンプリングして前記値を前記メモリに記録する場合に、前記電気センサからの前記電気的パラメータの前記値と時間的にアラインさせた対応するシャフト回転位置も前記メモリに記録するようにさらに構成され、
前記プロセッサが、前記時間的にアラインさせた記録済みのシャフト回転位置を使用することにより、前記回転シャフトの相対位置に対して前記再構成波形を相関させるようにさらに構成されている、請求項８に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項１２】
回転シャフトおよび前記回転シャフトと電気接触して位置決めされた接地部材を有する機器用のモニタリングシステムであって、
前記回転シャフト中の電圧を検知するように構成された電圧センサと、
前記電圧センサと動作可能に結合され、前記電圧センサにより検知された電圧を示すデータを受信して解析するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと動作可能に結合され、前記電圧センサにより与えられた前記データを示す、前記プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されたメモリと、
を備え、
前記プロセッサが、前記電圧センサからの電圧を示す前記データの値を周期的にサンプリングして前記値を前記メモリに記録するようにさらに構成され、
前記プロセッサが、前記電圧センサからの電圧を示す前記データの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている、モニタリングシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記電圧センサからの電圧を示す前記データの前記値をサンプリングして前記値を周期的トリガに応答して前記メモリに記録するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のモニタリングシステム。
【請求項１４】
前記周期的トリガが、前記回転シャフトの回転速度および角度位置の両方または一方に基づく、請求項１３に記載のモニタリングシステム。
【請求項１５】
前記周期的トリガが、前記電圧センサからの電圧を示す前記データの値の各連続サンプリングが連続波形の異なる部分を含むように、増分遅延を含む、請求項１３に記載のモニタリングシステム。
【請求項１６】
前記電圧センサからの電圧を示す前記データの前記値が、前記電圧センサからの電圧を示すデータを表す波形の振幅を含む、請求項１２に記載のモニタリングシステム。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【請求項１８】
回転シャフトおよび前記回転シャフトと電気接触して位置決めされた接地部材を有する機器用のモニタリングシステムであって、
前記回転シャフト中の電気的パラメータを検知するように構成された電気センサと、
前記電圧センサと動作可能に結合され、前記電気センサにより検知された前記電気的パラメータを示すデータを受信して解析するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと動作可能に結合され、前記電気センサにより与えられた前記データを示す、前記プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されたメモリと、
を備え、
前記プロセッサが、直前のサンプリングに対応する前記回転シャフトの角度位置から回転方向にオフセットした前記回転シャフトの前記角度位置に特定のサンプリングが対応するように、前記回転シャフトの回転速度と関連付けられているサンプリングレートで、前記電気センサからの前記電気的パラメータを示す前記データの値を周期的にサンプリングするようにさらに構成され、前記プロセッサは各値を前記メモリに記録し、
前記プロセッサが、前記電気センサからの電圧を示す前記データの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている、モニタリングシステム。
【請求項１９】
前記サンプリングレートが、直前のサンプリングに対応する前記回転シャフトの角度位置から回転方向に前進した前記回転シャフトの前記角度位置に特定のサンプリングが対応するように、前記回転シャフトの前記回転速度と関連付けられている、請求項１８に記載のモニタリングシステム。
【請求項２０】
前記サンプリングレートが、直前のサンプリングに対応する前記回転シャフトの角度位置から回転方向に後退した前記回転シャフトの前記角度位置に特定のサンプリングが対応するように、前記回転シャフトの前記回転速度と関連付けられている、請求項１８に記載のモニタリングシステム。
【請求項２１】
前記電気センサが、電圧センサを含む、請求項１８に記載のモニタリングシステム。
【請求項２２】
前記電気的パラメータを示す前記データの前記値が、前記電圧センサからの電圧を示すデータを表す波形の振幅を含む、請求項２１に記載のモニタリングシステム。
【請求項２３】
前記プロセッサが、前記再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている、請求項１８に記載のシャフト接地及びモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、浮遊電圧の発生の影響を受けやすい回転シャフトを有する機器の１つまたは複数の構成要素をモニタリングするためのモニタリングシステムに関する。より詳細には、本開示は、浮遊電圧が発生する回転シャフトを有する機器の１つまたは複数の構成要素（接地装置等）をモニタリングするモニタリング装置、アセンブリ、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機、電動機、風車ギアボックス等のギアボックス、圧縮機、ポンプ等、およびこれらに限定されない、回転シャフトを具備する多くの機器においては、浮遊電圧が回転シャフトに発生する場合がある。正しく機能していない装置による浮遊電圧は別として、すべての回転シャフトは本質的に、回転子と固定子との間の磁界分布の非対称性、シャフト中の残留磁束、励起、および帯電によって電界を発生する。これらの浮遊電圧は最終的に、回転シャフトを支持する軸受等の構造を通じて回転シャフトから出ていく可能性がある。これが時間とともに、機器の軸受および他の構成要素または軸受もしくは他の構成要素に損傷を与え得る。
【０００３】
軸受および関連する構成要素等の構造を電流が流れないように、接地装置の使用によって、回転シャフトを接地する場合がある。このような接地装置は、機器の回転シャフトを接地するように構成された接地ブッシュ、接地ストラップ、接地ロープ、および他の接地部材を具備し得る。海事用途においては、さもなければ腐食を引き起こす可能性があるガルバニック作用（ｇａｌｖａｎｉｃ  ａｃｔｉｖｉｔｙ）を回避するために、推進シャフトが接地装置を具備し得る。接地装置が正しく作動していることを確実にするために、接地装置の性能をモニタリングすることが求められている。また、機器内の潜在的な欠陥等の問題を検出して診断するために、接地装置を流れる電流をモニタリングすることも求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、浮遊電圧に曝される回転シャフトを具備する発電機、電動機、ギアボックス、圧縮機、ポンプ、駆動シャフト、車軸、または他の機器用の接地装置の性能をモニタリングするいくつかの代替設計、材料、および方法を対象とする。
【０００５】
したがって、本開示の例示的な一実施形態は、回転シャフトを有する機器用のシャフト接地及びモニタリングシステムである。このシャフト接地及びモニタリングシステムは、回転シャフトと摺動電気接触するように構成され、グランドに接続されるように構成された接地部材を備える。電気センサは、接地部材を流れる電気の指標を与える電気的パラメータを検知するように構成されている。プロセッサは、電気センサと動作可能に結合され、電気的パラメータを表す電気センサからのデータを受信して解析するように構成されている。メモリは、プロセッサと動作可能に結合され、電気センサにより与えられたデータの代表的なものであり得る、プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されている。プロセッサは、電気センサからの電気的パラメータの値を周期的にサンプリングして該値をメモリに記録するとともに、電気センサからの電気的パラメータの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている。
【０００６】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、電気センサからの電気的パラメータの値をサンプリングして該値を周期的トリガに応答してメモリに記録するようにさらに構成されている。
【０００７】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、周期的トリガは、回転シャフトの回転速度に基づく。
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、周期的トリガは、回転シャフトの回転位置に基づく。
【０００８】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、周期的トリガは、電気センサからの電気的パラメータの瞬時値の各連続サンプリングが連続波形の異なる部分を含むように、増分遅延を含む。
【０００９】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、電気センサからの電気的パラメータの値は、電気センサからの電気的パラメータを表す波形の振幅を含む。
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、電気センサは、電流センサまたは電圧センサを含む。
【００１０】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、回転シャフト上で何らかの異常または閾値状態が発生している可能性がある場所を決定するために、回転シャフトの相対位置に対して再構成波形を相関させるようにさらに構成されている。
【００１１】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、シャフト回転速度の指標と既知のサンプリングレートとを利用することにより、回転シャフトの相対位置に対して再構成波形を相関させるようにさらに構成されている。
【００１２】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、電気センサからの電気的パラメータの値を周期的にサンプリングして該値をメモリに記録する場合に、電気センサからの電気的パラメータの値と時間的にアラインさせた対応するシャフト回転位置もメモリに記録するようにさらに構成されており、また、プロセッサは、時間的にアラインさせた記録済みのシャフト回転位置を使用することにより、回転シャフトの相対位置に対して再構成波形を相関させるようにさらに構成されている。
【００１３】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている。
【００１４】
本開示の別の例示的な実施形態は、回転シャフトおよび該回転シャフトと電気接触して位置決めされた接地部材を有する機器用のモニタリングシステムである。このモニタリングシステムは、回転シャフト中の電圧を検知するように構成された電圧センサと、該電圧センサと動作可能に結合され、該電圧センサにより検知された電圧を示すデータを受信して解析するように構成されたプロセッサとを備える。メモリは、プロセッサと動作可能に結合され、電圧センサにより与えられたデータを示す、プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されている。プロセッサは、電圧センサからの電圧を示すデータの値を周期的にサンプリングして該値をメモリに記録するとともに、電圧センサからの電圧を示すデータの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている。
【００１５】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、電圧センサからの電圧を示すデータの値をサンプリングして該値を周期的トリガに応答してメモリに記録するようにさらに構成されている。
【００１６】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、周期的トリガは、回転シャフトの回転速度および角度位置の両方または一方に基づく。
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、周期的トリガは、電圧センサからの電圧を示すデータの値の各連続サンプリングが連続波形の異なる部分を含むように、増分遅延を含む。
【００１７】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、電圧センサからの電圧を示すデータの値は、電圧センサからの電圧を示すデータを表す波形の振幅を含む。
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている。
【００１８】
本開示の別の例示的な実施形態は、回転シャフトおよび該回転シャフトと電気接触して位置決めされた接地部材を有する機器用のモニタリングシステムである。このモニタリングシステムは、回転シャフト中の電気的パラメータを検知するように構成された電気センサと、該電圧センサと動作可能に結合され、該電気センサにより検知された電気的パラメータを示すデータを受信して解析するように構成されたプロセッサとを備える。メモリは、プロセッサと動作可能に結合され、電気センサにより与えられたデータを示す、プロセッサにより処理されたデータを格納するように構成されている。プロセッサは、直前のサンプリングに対応する回転シャフトの角度位置から回転方向にオフセットした回転シャフトの角度位置に特定のサンプリングが対応するように、回転シャフトの回転速度と関連付けられているサンプリングレートで、電気センサからの電気的パラメータを示すデータの値を周期的にサンプリングするようにさらに構成され、プロセッサは各値をメモリに記録する。プロセッサは、電気センサからの電圧を示すデータの周期的サンプリング値のコンパイルを表す再構成波形を経時的に生じさせるようにさらに構成されている。
【００１９】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、サンプリングレートは、直前のサンプリングに対応する回転シャフトの角度位置から回転方向に前進した回転シャフトの角度位置に特定のサンプリングが対応するように、回転シャフトの回転速度と関連付けられている。
【００２０】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、サンプリングレートは、直前のサンプリングに対応する回転シャフトの角度位置から回転方向に後退した回転シャフトの角度位置に特定のサンプリングが対応するように、回転シャフトの回転速度と関連付けられている。
【００２１】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、電気センサは、電圧センサを含む。
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、電気的パラメータを示すデータの値は、電圧センサからの電圧を示すデータを表す波形の振幅を含む。
【００２２】
上記いずれかの実施形態の追加または代替として、プロセッサは、再構成波形を解析することにより、発生している可能性がある異常または閾値状態を探索するようにさらに構成されている。
【００２３】
いくつかの実施形態に関する上記概要は、開示されている各実施形態または本開示のあらゆる実施態様の説明を意図したものではない。以下の図面および発明を実施するための形態は、これらの実施形態の一部をより詳細に例示する。
【００２４】
本発明は、添付の図面と併せて種々実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮することによって、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】シャフト上に位置決めされたシャフト接地装置を有する、電気機械の回転機構の一部の斜視図である。
【図２】電気機械のシャフト周りに位置決めされた図１のシャフト接地装置の側面図である。
【図３】電気機械のシャフト周りに位置決めされた図１のシャフト接地装置の断面図である。
【図４】図２の調整可能なロープガイドおよび接地ロープの断面図である。
【図５】接地モニタリングシステムを内蔵した発電機の模式図である。
【図５Ａ】接地モニタリングシステムを内蔵した別の発電機の模式図である。
【図５Ｂ】接地モニタリングシステムを内蔵した風力機械の模式図である。
【図６】回転シャフト用のモニタリングシステムの模式図である。
【図７】回転シャフト用のモニタリングシステムの模式図である。
【図８】回転シャフト用のモニタリングシステムの模式図である。
【図９】回転シャフト用のシャフト接地及びモニタリングシステムの模式図である。
【図１０】同等の時間サンプリングを用いた波形取得のグラフィック表示である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、さまざまな改良および代替形態を受け入れられるものの、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。ただし、この意図は、本発明の態様が記載の特定の実施形態に限定されることではないことが了解されるものとする。逆に、この意図は、本発明の主旨および範囲に含まれるすべての改良物、同等物、および代替物を網羅することである。
【００２７】
以下に定義する用語について、これらの定義は、特許請求の範囲また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、明示的に指定されているか否かを問わず、用語「およそ」によって修飾されるものと仮定する。用語「およそ」は、記載の値に対して当業者が同等と考えるであろう（すなわち、同じ機能または結果を有する）範囲の数字を大略的に表す。多くの場合、用語「およそ」は、最も近い有効数字に丸められる数字を含み得る。
【００２８】
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（たとえば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）。
本明細書および添付の特許請求の範囲において、単数で記載した構成要素は、文脈上の別段の明確な定めのない限り、複数の構成要素を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲において、用語「または（もしくは）」は、文脈上の別段の明確な定めのない限り、「および／または」を含む意味で大略的に採用される。
【００２９】
なお、本明細書における「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「他の実施形態」等への言及は、記載の実施形態が１つまたは複数の特定の特徴、構造、および／または特性を含み得ることを示す。ただし、このような記載は、すべての実施形態がこれら特定の特徴、構造、および／または特性を含むことを必ずしも意味しない。また、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、および／または特性が記載されている場合、このような特徴、構造、および／または特性は、その反対の明確な記載がない限り、明示的に記載されているか否かを問わず、他の実施形態に関連して使用することも可能であることが了解されるものとする。
【００３０】
以下の詳細な説明は、図面を参照しつつ読むべきであり、異なる図面中の類似構造には同じ番号が付与されている。図面（必ずしも縮尺通りではない）は、例示的な実施形態を示しており、本開示の範囲を制限することは意図していない。
【００３１】
多様な機器は、固定されているかまたは大部分が固定されている導電体と接触する回転シャフトを具備する。例として、発電機および電動機を含む発電電動機械等の電気機械が挙げられるが、これに限定されない。例示を目的として、本開示は電気機械（たとえば、発電機）を参照するが、当然のことながら、本明細書に記載の概念は、他の装置にも等しく同様に適用可能である。回転シャフトを有する機器の別の例としては、風車ギアボックス等のギアボックス、ポンプ、圧縮機、駆動シャフト、車軸等が挙げられる。海事の推進システムも回転シャフトを利用する。図１〜図５は、シャフト接地及びモニタリングシステムを内蔵し得る電気機械２の説明図である。場合により、シャフト接地システムの性能をモニタリングすることで電気機械２の調子をモニタリングするように構成されたモニタリングシステムは、本明細書に記載のようなシャフト接地システムに組み込まれてもよい。場合により、モニタリングシステムは、たとえば既存のシャフト接地装置への追加または電気機械２に設置されたシャフト接地装置への具備が可能な、追加または改造システムであってもよい。他の例において、シャフトモニタリングシステムは、いかなるシャフト接地装置からも独立して利用されてもよい。
【００３２】
図１は、回転シャフト４等の回転機構を有する、電気機械２の一部を示している。電気機械２は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電機または電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機等の発電電動機械であってもよい。したがって、回転シャフト４は、摺動接続部との相互作用または摺動接続部の一部として電流が通過するように固定および可動導電体間の電気回路を完成させるように適応および構成された発電機の集電リングもしくは類似構造または電動機の整流子もしくは類似構造に接続される一方、電気的には隔離されていてもよい。たとえば、少なくとも一部のジェネレータまたはモータにおいて、集電リングまたは整流子は、ジェネレータまたはモータ内のブラシアセンブリまたはリギングによって回路を完成させるように適応または構成されている。回転シャフト４は、動力源から発電機の集電リングへの機械的エネルギーの伝達と、電動機の整流子からの機械的エネルギーの伝達と、の両方または一方が可能である。当業者には、回転シャフト４が使用されるジェネレータまたはモータの種類およびサイズまたは種類もしくはサイズに応じて、回転シャフト４のサイズおよび構成が変化し得ることが認識されよう。たとえば、いくつかの工業用途において、回転シャフト４の直径は、２５．４ｃｍ（１０インチ）以上、３０．４８ｃｍ（１２インチ）以上、３５．５６ｃｍ（１４インチ）以上、４０．６４ｃｍ（１６インチ）以上、４５．７２ｃｍ（１８インチ）以上、５０．８ｃｍ（２０インチ）以上、５５．８８ｃｍ（２２インチ）以上、または６０．９６ｃｍ（２４インチ）以上であってもよい。他の用途において、回転シャフト４の直径は、２５．４ｃｍ（１０インチ）以下、２０．３２ｃｍ（８インチ）以下、または１５．２４ｃｍ（６インチ）以下であってもよい。
【００３３】
回転シャフト４（その一部を図１に示す）は、接地装置と摺動電気接触するように構成された導電性外周面６を有する細長円筒状シャフトであってもよい。導電性の金属で構成されているが、電気が回転シャフト４を通過することは意図されておらず、また、回転シャフト４中の浮遊電圧によって、特にこれら浮遊電圧が通過しようとする場合に、軸受等の電気機器の構成要素が損傷を受ける可能性がある。場合によっては、回転シャフト４の近傍にシャフト接地装置２０が位置決めされて、回転シャフト４を接地してもよい。このようなシャフト接地装置２０は、２０１１年８月５日に出願された、「ＧＲＯＵＮＤＩＮＧ  ＲＯＰＥ  ＧＵＩＤＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＹＮＡＭＯ‐ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＭＡＣＨＩＮＥ」と題された米国特許第８４９３７０７号に詳しく記載されるとともに、これに含まれる主題に関連しており、その全体を本明細書に明示的に援用する。
【００３４】
取り付け具１０の使用により、回転シャフト４のごく近傍にシャフト接地装置２０を位置決めしてもよい。場合により、取り付け具１０は、基部８等の固定構造に取り付けられた第１の端部１２と、シャフト接地装置２０に取り付けられた第２の端部１４とを含んでもよい。このような取り付け具１０は、２０１１年８月５日に出願され、米国特許出願第２０１３／００３４３８０号として公開された、「ＭＯＵＮＴＩＮＧ  ＦＩＸＴＵＲＥ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＡＮ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＪＯＩＮＴ」と題された米国特許出願第１３／２０４１７６号に詳しく記載されるとともに、これに含まれる主題に関連しており、その船体を本明細書に明示的に援用する。ただし、取り付け具１０は、回転シャフト４のごく近傍にシャフト接地装置２０を位置決めする任意所望の構成であってもよいことが了解される。
【００３５】
シャフト接地装置２０は、該シャフト接地装置２０の構成要素を収容する電気ボックス２２を具備していてもよい。たとえば、電気ボックス２２は、回転シャフト４の導電性周面６と電気接触しているブラシ３２を含む１つもしくは複数のブラシホルダ３０または複数のブラシホルダ３０を具備していてもよい。また、ブラシホルダ３０は、該ブラシホルダ３０を電気ボックス２２から取り外すためのハンドル３４を具備していてもよい。場合により、ブラシホルダ３０は、米国特許第７０３４４３０号に記載のものに類似していてもよい。また、電気ボックス２２は、該電気ボックス２２からの電気の流れを制御するための制御ボックス２４を具備していてもよい。
【００３６】
また、シャフト接地装置２０は、電気ボックス２２から延びたロープガイド５０を具備していてもよい。たとえば、電気ボックス２２は、取り付け具１０のマウント２８とロープガイド５０とに固定（たとえば、ボルト締め）された第１および第２のサイドパネル２６を含んでもよい。
【００３７】
図２および図３に移って、ロープガイド５０は、回転シャフト４の導電性面６上の接地ロープ４０等、接地部材をガイドするように構成された調整可能なロープガイドであってもよい。たとえば、調整可能なロープガイド５０は、可変の曲率半径を有して回転シャフト４の曲率半径に密接に従うように、第１の曲率半径を有する第１の位置と第１の曲率半径よりも大きな第２の曲率半径を有する第２の位置との間で調整可能であってもよい。いくつかの実施形態において、調整可能なロープガイド５０は、該調整可能なロープガイド５０に可変の曲率半径を与えて回転シャフト４の曲率半径に密接に従うように構成されたコネクタ部５６と複数の連接部５２とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、コネクタ部５６および連接部５２の両方または一方は、ロープガイド５０の構成要素を電気的に絶縁させるポリマー材料（ポリマー材料の射出成型等）で構成されてもよい。
【００３８】
回転シャフト４の直径ひいては接地ロープ４０の長さに応じて、ロープガイド５０は、ヒンジ点６２で一体的に枢動可能に結合された１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の連接部５２を含んでもよい。たとえば、図示のロープガイド５０は、第１の連接部５２ａ、第２の連接部５２ｂ、第３の連接部５２ｃ、第４の連接部５２ｄ、および第５の連接部５２ｅを含み、第１のヒンジ点６２ａが第１および第２の連接部５２ａ、５２ｂ間、第２のヒンジ点６２ｂが第２および第３の連接部５２ｂ、５２ｃ間、第３のヒンジ点６２ｃが第３および第４の連接部５２ｃ、５２ｄ間、ならびに、第４のヒンジ点６２ｄが第４および第５の連接部５２ｄ、５２ｅ間に存在する。また、第１の連接部５２ａは、ヒンジ点６６でコネクタ部５６に対して枢動可能に結合されてもよい。このように調整可能な接地ロープガイドは、２０１１年８月５日に出願された、「ＧＲＯＵＮＤＩＮＧ  ＲＯＰＥ  ＧＵＩＤＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＹＮＡＭＯ‐ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＭＡＣＨＩＮＥ」と題された米国特許第８４９３７０７号に詳しく記載されるとともに、これに含まれる主題に関連しており、その全体を本明細書に明示的に援用する。
【００３９】
回転シャフト４をガイドするための電気的経路については、図３を参照して、より深く理解可能である。電気的経路には、銅または銅合金等の導電性材料で構成された、接地ロープ４０等の接地部材を含んでもよい。ロープガイド５０のチャネル７０を通って延びる接地ロープ４０は、回転シャフト４が回転している場合に回転シャフト４が接地ロープ４０に対して摺動するように、回転シャフト４の導電性面６に対して位置決めされてもよい。接地ロープ４０は、銅または銅合金のワイヤ等、導電性材料からなる複数のツイストマルチフィラーストランドで構成されてもよい。当然のことながら、ツイストマルチフィラーストランドは、回転シャフト４が接地ロープ４０に対して摺動する場合の自浄機能を提供してもよい。他の例では、接地ロープ４０が、異なる構成を有してもよい。本明細書において、用語「接地ロープ」には、ケーブル、ワイヤ、編組、バンド、ストラップ、または他の細長導電性構造等、導電性接地部材の代替構成を含む。
【００４０】
接地ロープ４０は、電気ボックス２２中の構成要素に結合された第１の端部４２と、回転シャフト４の回転方向で回転シャフト４の上に張り出した第２の端部４４とを含んでもよい。場合により、接地ロープ４０は、導電性面６と該接地ロープ４０との接触部分を越えて、該接地ロープ４０のおよそ２．５４〜５．０８ｃｍ（１〜２インチ）が接線に沿って延びるような長さを有してもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、接地ロープ４０の第１の端部４２は、電気ボックス２２のロープホルダ３０に固定されていてもよい。たとえば、接地ロープ４０の第１の端部４２は、場合により、ロープホルダ３０の２つのプレート間に締結されていてもよい。ロープホルダ３０の末端からは、電気経路が制御ボックス２４を通過して、接地ワイヤ３６およびグランド３８まで延びていてもよい。こうして、接地ロープ４０は、電気ボックス２２を通過する電気経路を通じてグランド３８に接続されることで接地されてもよい。他の実施形態において、接地ロープ４０の第１の端部４２は、ロープホルダ３０に取り付けられることなく、グランド３８（たとえば、接地ポスト）に直接取り付けられていてもよく、または、グランド３８に対して電気的に結合された別の構成要素に取り付けられていてもよい。
【００４２】
図４は、回転シャフト４の導電性面６に沿った位置決めのために接地ロープ４０を受容するように構成されたロープガイド５０に設けられたチャネル７０を示している。図から分かるように、ガイド部５２の第１の側の第１の側壁７６と分割壁７４との間に第１のチャネル７０が規定され、ガイド部５２の第２の側の第２の側壁７６と分割壁７４との間に第２のチャネル７０が規定されてもよい。チャネル７０は、互いに平行に延びて、回転シャフト４の外周の一部の周りに接地ロープ４０を位置決めしてもよい。これにより、チャネル７０は、回転シャフト４の導電性面６に対向するガイド部５２の底部へと開放されてもよい。
【００４３】
シャフト接地装置２０は、回転シャフト４の近傍に取り付けられて、電気機械２のシャフト４を電気的に接地してもよい。たとえば、接地ロープ４０は、回転シャフト４の導電性面６に接触して載置されてもよい。たとえば、接地ロープ４０は、該接地ロープ４０の自由な第２の端部４４が回転シャフト４の回転方向に延びた状態で、回転シャフト４を覆ってもよい。なお、場合によっては、（ロープガイド５０に設けられたチャネル７０の数に応じて）複数の接地ロープ４０が回転シャフト４を覆い、回転シャフト４の表面６と接触しているロープ４０を位置決めしてもよい。
【００４４】
また、調整可能なロープガイド５０は、ロープ４０が該ロープガイド５０のチャネル７０に沿って延びた状態で、回転シャフト４の周面６の一部の周りに位置決めされてもよい。ロープガイド５０が複数のチャネル７０を含む例においては、ロープ４０が、ロープガイド５０の各チャネル７０に位置決めされるとともに、各チャネル７０に沿って延びていてもよい。
【００４５】
ロープガイド５０の連接部５２の曲率半径が回転シャフト４の曲率半径に適合するとともに、連接部の下側縁部が回転シャフト４の表面６の近傍に位置決めされるように回転シャフト４の曲率半径を調整するために、ロープガイド５０の隣接する連接部５２が互いに枢動することによって、調整可能なロープガイド５０の曲率半径を調整してもよい。このように、ロープ４０は、回転シャフト４の外周の一部に沿って、ロープガイド５０のチャネル７０において円周方向および軸方向または円周方向もしくは軸方向に拘束されてもよい。
【００４６】
場合により、ロープガイド５０のコネクタ部５６および連接部５２は、同様なサイズにされた回転シャフト４に対応するように、２５．４ｃｍ（１０インチ）以下、２０．３２ｃｍ（８インチ）以下、または１５．２４ｃｍ（６インチ）以下の曲率半径を有する第１の最小限度から、同様なサイズにされた回転シャフト４に対応するように、２５．４ｃｍ（１０インチ）以上、３０．４８ｃｍ（１２インチ）以上、３５．５６ｃｍ（１４インチ）以上、４０．６４ｃｍ（１６インチ）以上、４５．７２ｃｍ（１８インチ）以上、または５０．８ｃｍ（２０インチ）以上の曲率半径を有する第２の最大限度まで調整されてもよい。場合により、連接部５２は、実質的に平坦に延びて、無限に大きな直径を有する回転シャフト４に対応するように調整されてもよい。このように、ロープガイド５０の調整可能性によって、場合により、１５．２４〜９１．４４ｃｍ（６〜３６インチ）の範囲、１５．２４〜６０．９６ｃｍ（６〜２４インチ）の範囲、１５．２４〜５０．８ｃｍ（６〜２０インチ）の範囲、１５．２４〜４５．７２ｃｍ（６〜１８インチ）の範囲、１５．２４〜４０．６４ｃｍ（６〜１６インチ）の範囲、１５．２４〜３５．５６ｃｍ（６〜１４インチ）の範囲、または１５．２４〜３０．４８ｃｍ（６〜１２インチ）の範囲の直径を有するシャフト４等、さまざまなサイズの回転シャフト４にロープガイド５０が取り付けられてもよい。
【００４７】
回転シャフト４の直径に対応するためにロープガイド５０が所望の曲率半径となるように調整されたら、ヒンジ点６２、６６の締結によって、隣接するガイド部５２間およびコネクタ部５６と第１のガイド部５２ａとの間のさらなる枢動を防止してもよい。ロープガイド５０および接地ロープ４０の追加的特徴は、２０１４年９月９日に出願された、「ＧＲＯＵＮＤＩＮＧ  ＲＯＰＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＳＨＡＦＴ  ＧＲＯＵＮＤＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＯＦ  Ａ  ＤＹＮＡＭＯ‐ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＭＡＣＨＩＮＥ」と題された米国特許第２０１５／００７０８１０号公報に見られ、その全体を本明細書に援用する。
【００４８】
以上から、ロープガイド５０は、回転シャフト４の回転面６に沿って接地ロープ４０をガイドし得る。接地ロープ４０は、電気的な接地（たとえば、グランドへの接続）によって、回転シャフト４から浮遊電圧を取り除くことにより、電気機械２に悪影響を及ぼしかねない電気機械２の軸受および他の構成要素または軸受もしくは他の構成要素を流れる電流を防止することができる。
【００４９】
図５は、電気機械２の代表と考えられる発電機９１の模式図である。発電機９１は、タービン９３およびジェネレータ９５を具備する。回転シャフト４は、タービン９３とジェネレータ９５との間に延び、これらと一体的に回転して、タービン９３とジェネレータ９５との間で回転エネルギーを伝達する。信号取得アセンブリ９７が、たとえば図１〜図４に関して論じた接地アセンブリの代表であり得るシャフト接地アセンブリ９９に動作可能に結合されている。信号取得アセンブリ９７は、たとえば、回転シャフト４内の浮遊電圧に関する１つまたは複数の電気的パラメータを検知するように構成された１つまたは複数の電気センサを具備していてもよい。場合により、発電機９１は、追加の信号取得アセンブリおよびシャフトモニタリングアセンブリまたは追加の信号取得アセンブリもしくはシャフトモニタリングアセンブリをさらに具備していてもよい。場合によっては、たとえば、シャフトモニタリングアセンブリ１０１が、たとえば回転シャフト４と摺動接触する一方でグランドと電気接触し得ない（すなわち、グランドから電気的に隔離された）シャフト接触アセンブリ１０３に動作可能に結合されている。シャフトモニタリングアセンブリ１０１は、たとえば、回転シャフト４内の浮遊電圧に関する１つまたは複数の電気的パラメータを検知するように構成された１つまたは複数の電気センサを具備していてもよい。導管１０５によって、信号取得アセンブリ９７がシャフトモニタリングアセンブリ１０１と連通可能であるとともに、場合によっては、信号取得アセンブリ９７およびシャフトモニタリングアセンブリ１０１の両方または一方が、たとえば遠隔制御室または制御盤等の遠隔制御センターと連通可能である。遠隔制御センターは、現地に存在していてもよく、または、離れた場所に存在していてもよく、また、たとえばインターネットを介してアクセス可能であってもよい。
【００５０】
図５Ａは、電気機械２の代表と考えられる発電機９１ａの模式図である。発電機９１ａは、タービン９３およびジェネレータ９５を具備する。回転シャフト４は、タービン９３とジェネレータ９５との間に延び、これらと一体的に回転して、タービン９３とジェネレータ９５との間で回転エネルギーを伝達する。信号取得アセンブリ９７が、たとえば図１〜図４に関して論じた接地アセンブリの代表であり得るシャフト接地アセンブリ９９に動作可能に結合されている。信号取得アセンブリ９７は、たとえば、回転シャフト４内の浮遊電圧に関する１つまたは複数の電気的パラメータを検知するように構成された１つまたは複数の電気センサを具備していてもよい。場合により、発電機９１は、追加の信号取得アセンブリおよびシャフトモニタリングアセンブリまたは追加の信号取得アセンブリもしくはシャフトモニタリングアセンブリをさらに具備していてもよいが、すべての場合にこれが必要なわけではない。
【００５１】
図５Ｂは、電気機械２の代表と考えられる風力発電機１９１の模式図である。発電機１９１は、ギアボックス１９３およびジェネレータ９５を具備する。ブレードアセンブリ１９７がギアボックス１９３と係合して、ギアボックス１９３とジェネレータ９５との間に延びた回転シャフト４を駆動し、これらと一体的に回転することによって、ブレードアセンブリ１９７、ギアボックス１９３、およびジェネレータ９５間で回転エネルギーを伝達する信号取得アセンブリ９７が、たとえば図１〜図４に関して論じた接地アセンブリの代表であり得るシャフト接地アセンブリ９９に動作可能に結合されている。信号取得アセンブリ９７は、たとえば、回転シャフト４内の浮遊電圧に関する１つまたは複数の電気的パラメータを検知するように構成された１つまたは複数の電気センサを具備していてもよい。場合により、発電機９１は、追加の信号取得アセンブリおよびシャフトモニタリングアセンブリまたは追加の信号取得アセンブリもしくはシャフトモニタリングアセンブリをさらに具備していてもよいが、すべての場合にこれが必要なわけではない。
【００５２】
図６は、本開示の実施形態に係る、モニタリングシステム８１の模式図である。場合により、モニタリングシステム８１は、電気機械２（図１）と、図５、図５Ａ、もしくは図５Ｂの発電機９１と、の両方または一方に含まれてもよい。場合により、モニタリングシステム８１は、接地装置の有無を問わず、回転シャフト中の浮遊電圧の影響を受けやすい回転シャフトを具備した他の機器に用いられてもよい。場合により、モニタリングシステム８１は、独立型のモニタリングシステムまたは図１〜図４に関して記載した接地装置に対する付加もしくは改造の追加と考えられる。モニタリングシステム８１は、回転シャフト４と摺動電気接触するように構成されるとともに、回転シャフト４用の接地部材として用いられる場合にグランドに接続されるように構成された接地部材４０等の導電性部材を含む。電気センサ８５は、回転シャフト４から接地部材４０を通ってグランドに流れる電気の指標を与える電気的パラメータを検出するために、接地部材４０と結合されるように構成されている。場合によっては、電気センサ８５が電流センサである。場合によっては、電気センサ８５が電圧センサである。
【００５３】
プロセッサ８２は、電気センサ８５と動作可能に結合され、電気センサ８５からのデータを受信して解析するように構成されている。メモリ８８は、プロセッサ８２と動作可能に結合され、電気センサ８５により与えられたデータを代表する、プロセッサ８２により処理された情報を格納するように構成されている。場合により、メモリ８８は、電気センサ８５からの入力データをバッファリングするためにプロセッサ８２が使用する短期メモリを表してもよい。また、場合により、メモリ８８は、電気センサ８５により与えられたデータを代表する情報の、より長期の記憶にも用いられてもよい。
【００５４】
場合により、電気センサ８５は、回転シャフトの回転速度と関連付けられているサンプリングレートで、検出した電気的パラメータをプロセッサに対して周期的に提供するように構成されている。場合により、プロセッサ８２は、電気センサ８５により与えられた電気的パラメータの値を周期的にサンプリングするように構成されてもよい。場合により、電気センサ８５により与えられた電気的パラメータの値の連続サンプリング間の期間は、特定のサンプリング点に対応する回転シャフト４のシャフト角度位置が、後続のサンプリング点に対応する回転シャフト４のシャフト角度位置からオフセットするように選択してもよい。言い換えると、電気的パラメータの各連続サンプリングは、過去のサンプリング位置またはサンプリング点から角度オフセットした回転シャフト４周りの位置またはサンプリング点で取得されてもよい。サンプリング点は、たとえば回転シャフト４の回転ごとにプロセッサ８２が１つまたは複数の異なるサンプリング点を受信または処理するようにタイミング規定されてもよい。場合により、サンプリング点は、回転シャフト４の１回、２回、またはそれ以上の回転ごとにプロセッサ８２が１つの異なるサンプリング点を受信または処理するようにタイミング規定されてもよい。場合によっては、後続の波形が回転シャフト４の次の回転に対応するか、または、後続の波形が回転シャフト４のそれ以降の回転に対応するかに関わらず、各サンプリング点が後続の波形上の異なる点に対応するように、一連のサンプリング点がタイミング規定されてもよい。
【００５５】
一例として、場合により、電気センサ８５からの電気的パラメータがサンプリングされるサンプリングレートは、直前のサンプリングに対応する回転シャフト４の角度位置から回転方向に前進した（たとえば、角度オフセットした）回転シャフト４の角度位置に特定のサンプリングが対応するように、回転シャフト４の回転速度と関連付けられてもよい。場合により、電気センサ８５からの電気的パラメータがサンプリングされるサンプリングレートは、直前のサンプリングに対応する回転シャフト４の角度位置から回転方向に後退した（たとえば、角度オフセットした）回転シャフト４の角度位置に特定のサンプリングが対応するように、回転シャフト４の回転速度と関連付けられてもよい。
【００５６】
場合により、電気センサ８５により与えられた電気的パラメータをサンプリングする場合、プロセッサ８２は、電気センサ８５からの電気的パラメータの値をサンプリングして該値を周期的トリガに応答してメモリ８８に記録するように構成されてもよい。周期的トリガは、たとえば回転シャフト４の回転速度に基づいてもよい。場合により、周期的トリガは、回転シャフト４の回転（角度）位置に基づいてもよい。場合により、周期的トリガは、電気センサ８５からの電気的パラメータの瞬時値の各連続サンプリングが連続波形の異なる部分に対応するように、増分遅延を含んでもよい。場合により、電気センサ８５からの電気的パラメータの値は、電気センサ８５からの電気的パラメータを表す波形の振幅であってもよい。
【００５７】
場合により、プロセッサ８２は、回転シャフト上で何らかの異常または閾値状態が発生している可能性がある場所を決定するために、回転シャフトの相対位置に対して再構成波形を相関させるようにさらに構成されてもよい。何らかの異常または閾値状態が発生している場合は、考え得る問題が回転シャフト４上で生じている場所を把握することが有益となり得る。場合により、たとえば、プロセッサ８２は、回転シャフト４の相対位置に対して再構成波形を相関させるために、サンプルがどのくらいの頻度で取得されているかの把握と組み合わせてシャフト回転速度の指標を利用するようにさらに構成されてもよい。別の例として、場合により、プロセッサ８２は、電気センサ８５からの電気的パラメータの値を周期的にサンプリングして該値をメモリ８８に記録する場合、電気センサ８５からの電気的パラメータの値と時間的にアラインさせた対応するシャフト回転位置もメモリ８８に記録するようにさらに構成されている。そして、プロセッサ８２は、時間的にアラインさせた記録済みのシャフト回転位置を使用することにより、回転シャフト４の相対位置に対して再構成波形を相関させてもよい。
【００５８】
図７は、本開示の実施形態に係る、モニタリングシステム８０の模式図である。場合により、モニタリングシステム８０は、電気機械２（図１）に組み込まれてもよい。場合により、モニタリングシステム８０は、接地システムの有無を問わず、回転シャフト中の浮遊電圧の影響を受けやすい回転シャフトを具備した他の機器に用いられてもよい。場合により、モニタリングシステム８０は、独立型のモニタリングシステムまたは図１〜図４に関して記載した接地装置に対する付加もしくは改造の追加と考えられる。モニタリングシステム８０は、電流センサからのデータを受信するように構成可能であり、したがって電流センサからの入力８４と動作可能に結合可能なプロセッサ８２を具備する。場合により、プロセッサ８２は、電圧センサからのデータを受信するように構成可能であり、したがって電圧センサからの入力８６と動作可能に結合可能である。
【００５９】
本明細書において、連続サンプリングとは、繰り返しの間隔で発生するとともに順次的な一連のサンプルを与えるサンプリングである。たとえば、真に連続的なアナログ信号とは対照的に、デジタル信号は、サンプリング頻度の関数として繰り返しの間隔で発生するサンプリングのことを言う場合に本明細書に記載の連続サンプリングの定義を満たすものと考えられる。このため、連続サンプリングは、既知の間隔での繰り返しサンプリングのことを言ってもよい。
【００６０】
当然のことながら、電流センサからの入力８４および電圧センサからの入力８６の両方または一方はそれぞれ、データをプロセッサ８２に提供するデータチャネルを独立して表していてもよい。メモリ８８は、プロセッサ８２と動作可能に結合されてもよく、たとえば、電流センサからの入力８４および電圧センサからの入力８６の両方または一方から直接与えられたデータを格納（たとえば、バッファリング）するのに用いられてもよい。また、場合により、メモリ８８は、プロセッサ８２により処理されたことによってたとえば電流センサからの入力８４および電圧センサからの入力８６の両方または一方から与えられたデータを代表するものであり得るデータを格納してもよい。通信モジュール９０は、制御室９２等、電気機械２から離れた場所にデータを伝達するために、プロセッサ８２に対して動作可能に結合されてもよい。場合により、通信モジュール９０は、制御室９２からの命令等のデータを受信するために用いられてもよい。当然のことながら、制御室９２は、たとえば電気機械２の場所の近傍の現地制御室のことを言ってもよい。代わりに、場合により、制御室９２は、遠隔施設、クラウドベースのデータ収集システム、クラウドベースのモニタリングシステム等のことを言ってもよい。
【００６１】
図８は、本開示の実施形態に係る、モニタリングシステム９４の模式図である。場合により、モニタリングシステム９４は、電気機械２（図１）に含まれてもよい。場合により、モニタリングシステム９４は、接地装置の有無を問わず、回転シャフト中の浮遊電圧の影響を受けやすい回転シャフトを具備した他の機器に用いられてもよい。場合により、モニタリングシステム９４は、独立型のモニタリングシステムまたは図１〜図４に関して記載した接地装置に対する付加もしくは改造の追加と考えられる。モニタリングシステム９４は、図７に示すモニタリングシステム８０に関して説明したのと同じく、プロセッサ８２および該プロセッサ８２と動作可能に結合されたメモリ８８を具備する。モニタリングシステム９４は、電流センサ９６および電圧センサ９８等、１つまたは複数の電気的パラメータを検知するための１つまたは複数のセンサを具備しており、それぞれ、プロセッサ８２が電流センサ９６および電圧センサ９８それぞれからデータを受信できるように、プロセッサ８２と動作可能に結合されている。通信モジュール９０は、モニタリングシステム９４と制御室９２との間の通信を可能にする。電流センサ９６は、電流を検知するように構成されたいかなるセンサであってもよい。場合により、電流センサ９６は、ホール効果センサであってもよいが、すべての場合にこれが必要なわけではない。電圧センサ９８は、電圧を検出するように構成されたいかなるセンサであってもよい。
【００６２】
他の例において、モニタリングシステム９４は、電流センサ９６および電圧センサ９８の一方のみを具備していてもよく、電流センサ９６からの検知電流に基づいて電圧を計算するように構成されてもよく、または、電圧センサ９８からの検知電圧に基づいて電流を計算するように構成されてもよい。たとえば、電流が電圧と等しくなるように、１オームの抵抗器を有する電気シャントが用いられてもよいが、１０オームの抵抗器、１００オームの抵抗器、１０００オームの抵抗器等を有するシャント等、その他も同様に使用可能である。
【００６３】
図９は、モニタリングシステム１０２と組み合わせた、電気機械２（図１）を含むアセンブリ１００の模式図である。モニタリングシステム１０２は、導電性の接地部材４０中を流れる電流を検知または検出できるように接地部材４０の近傍または別様に接地部材４０に関連して配設された電流センサ９６を具備する。また、モニタリングシステム１０２は、回転シャフト４（図１）内の電圧を検知または検出できるように隔離接触部材６１の近傍または別様に隔離接触部材６１に関連して配設された電圧センサ９８を具備する。場合により、隔離接触部材６１は、グランドから電気的に隔離された第２の接地ロープ４０であってもよい。場合により、隔離接触部材６１は、接地された接地ロープ４０と接続された電気シャントを含んでもよい。場合によっては、電流および電圧の両方または一方の決定にシャントが用いられてもよい。当然のことながら、電流と電圧との関係は周知であるため、適切なサイズにされたシャントによって、電流および電圧を決定することができる。場合により、電圧センサ９８は、単一の電圧センサであってもよく、または、一対（以上）の異なる電圧センサであってもよく、また、回転シャフト４上の２つの異なる場所（回転シャフト４のタービン端および励起子端が挙げられるが、これらに限定されない）で回転シャフト４内の電圧を検知または検出するように構成されてもよい。
【００６４】
モニタリングシステム１０２は、たとえば、図７および図８に関して論じたプロセッサ８２、メモリ８８、および通信モジュール９０を収容した処理モジュール１０４を具備していてもよい。場合により、処理モジュール１０４は、たとえば検知された電圧および電流データまたは電圧もしくは電流データ、潜在的な異常または閾値状態に関するエラーおよび警報またはエラーもしくは警報を可視的に表示できるように、プロセッサ８２に対して動作可能に結合されたディスプレイ９１を具備していてもよいと考えられる。ディスプレイ９１は、たとえば再構成波形の表示に用いられてもよい。
【００６５】
場合により、潜在的な異常または閾値状態は、特定長さの時間よりも長く続く電流スパイクであってもよいし、おそらくは、電流閾値を超える電流レベルに達する電流スパイクであってもよい。これらの閾値は、プロセッサ８２にプログラムされてもよく、または、モニタリングシステム１０２に手動入力されてもよい。場合により、潜在的な異常または閾値状態は、電流スパイクと関連していなくてもよいが、代わりに、モニタリングシステム１０２からの追加の情報を求める、制御室９２（図６）から受信される命令に関してもよい。
【００６６】
場合により、プロセッサ８２は、サンプリングされたデータ点を代表する１つまたは複数の値を計算してもよく、また、該１つまたは複数の代表値をメモリ８８に保存してもよい。任意の多様な代表値が計算および保存されてもよい。たとえば、プロセッサ８２は、平均電流値およびピーク電流値の両方または一方を計算してもよい。また、場合により、プロセッサ８２は、特定の問題を示す特定のパターンを探索するために、再構成波形の波形解析を実行してもよい。たとえば、ゆっくりと上昇した後に急速放電する鋸歯状波形が、回転シャフト４上の静電気の形成および放出を示し得る。
【００６７】
図１０は、より高いサンプリングレートでのサンプリングの必要なく、複数の個々のデータ点から波形を再構成するために、比較的ゆっくりしたサンプリングレートにてどのように繰り返し波形の連続サンプリングが可能かについてのグラフィック表示１００である。図１０には、入力信号１０２のグラフィック表示を含む。入力信号１０２は、サンプリングされている実際のデータを表しており、回転シャフト４の後続の回転に対応する繰り返し波形を含む。周期的なトリガ信号１０４がサンプリング点を規定する。場合により、周期的なトリガ信号１０４は、０ボルトまたは１０ボルトの信号を含んでもよいが、これは例示に過ぎない。場合によっては、データをサンプリング可能な頻度を制限するリアーム時間１０６が存在してもよい。場合によっては、これがハードウェアによる制約であってもよい。場合によっては、これがソフトウェア制御されるものであってもよく、回転シャフト４の回転速度に少なくとも一部が基づいてもよく、また、所望の精度または再構成波形１０８を構成しているデータ点がどの程度密集しているかに少なくとも一部が基づいてもよい。リアーム時間は、回転シャフト４の１回転より長くてもよく、したがって、場合によっては波形の１サイクルより長くてもよい。場合によっては、各連続データサンプリング点でのサンプリングを遅らせるために、順次遅延１１０が用いられてもよい。
【００６８】
動作時には、トリガ信号１０４に応答して、「１」と標識されたサンプリング点１１２が作成される。次のトリガ信号１０４が発生した場合には、「２」と標識された次のサンプリング点１１４が作成される前に、順次遅延１１０が付加される。これは、「３」と標識されたサンプリング点１１６の後、「ａ−１」と標識されたサンプリング点１１８、さらには「ａ」と標識されたサンプリング点１２０が作成されるまで続く。検知パラメータ（電流または電圧）は、回転シャフト４の１０°以下の回転、５°以下の回転、４°以下の回転、３°以下の回転、２°以下の回転、または１°以下の回転等、回転シャフト４の１回未満の回転によって各サンプリング点１１２、１１４、１１６、１１８、１２０でサンプリングされてもよい。サンプリング点１１２、１１４、１１６、１１８、および１２０の相対位置を見れば当然のことながら、各サンプリング点は、入力信号１０２により表された波形上の異なる場所（回転シャフト４周りの異なる回転位置に対応する）に存在する。このことは、サンプリング点「１」、「２」、「３」、・・・「ａ−１」、および「ａ」の相対間隔において、再構成波形１０８においても見られる。したがって、再構成波形１０８は、回転シャフト４の複数回の回転中に取得された回転シャフト４の異なる回転位置における順次的なサンプリング点のコンパイルであって、一体的にコンパイルされた場合に、回転シャフト４の１回の回転全体にわたって検知パラメータ（電流または電圧）代表する再構成波形１０８を構成し得る。図示のように、再構成波形１０８は、元の入力信号１０２に対する妥当な近似を与える。回転シャフト４からの入力信号の繰り返し性のために、再構成波形１０８は、回転シャフト４の１回の回転全体にわたって検知パラメータ（電流または電圧）を代表するものであってもよい。たとえば、順次遅延１１０を短くすることによって、より精緻な近似が得られる。したがって、データサンプリング要件を抑えつつ、元の波形の妥当な近似を得ることができる。
【００６９】
場合によっては、図示のように、シャフトの１回転おきに一度サンプリング点が発生するように、周期的なトリガ信号１０４がタイミング規定され得る。代わりに、場合により、周期的なトリガ信号１０４は、シャフトの回転ごとに一度サンプリング点が発生するようにタイミング規定されてもよい。周期的なトリガ信号１０４は、必要に応じて、シャフトの回転ごとに複数のサンプリング点が可能となるようにタイミング規定されてもよい。他の例において、周期的なトリガ信号１０４は、必要に応じて、３回転ごと、４回転ごと、５回転ごと、６回転ごと、またはより低頻度でサンプリング点が発生するようにタイミング規定されてもよい。場合により、周期的なトリガ信号１０４のタイミングは、シャフトがどの程度急速に回転しているかの関数（すなわち、シャフトの回転速度の関数）であってもよいし、おそらくは、実際にサンプリングされている波形の予測可能性または予測不可能性の程度の関数であってもよい。場合によっては、性能の変化に対応するために、周期的なトリガ信号１０４のタイミングを実時間または近実時間で調整できると考えられる。たとえば、波形が変化しているように見える場合は、より高頻度のサンプリングが可能となるように、周期的なトリガ信号１０４のタイミングが調整されてもよい。
【００７０】
当業者には、本明細書において説明するとともに検討した特定の実施形態以外の多様な形態で本発明を表し得ることが認識されよう。したがって、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲および主旨から逸脱することなく、形態および詳細の逸脱が可能である。
【図１】
2020521977.tif 000003
【図２】
2020521977.tif 000004
【図３】
2020521977.tif 000005
【図４】
2020521977.tif 000006
【図５】
2020521977.tif 000007
【図５Ａ】
2020521977.tif 000008
【図５Ｂ】
2020521977.tif 000009
【図６】
2020521977.tif 000010
【図７】
2020521977.tif 000011
【図８】
2020521977.tif 000012
【図９】
2020521977.tif 000013
【図１０】
2020521977.tif 000014
【国際調査報告】
2020521977.tif 000015
2020521977.tif 000016
2020521977.tif 000017