CN101151780A - 轴电流控制电刷环装置 - Google Patents

Abstract

一种轴电流控制电刷环装置，其包括杯和固定于杯内的电刷环装置。杯以干涉配合方式固定在电机面板上所形成的凹部中或者依靠卡具附着在面板上。挡油环可以连接在电刷环装置上。

Description

轴电流控制电刷环装置

相关申请的相互参照

本申请要求2005年4月20日提交的美国第60/673,308号临时申请的优先权，并且是2004年6月25日提交的第10/877,112号共同待决的美国专利的部分延续申请，上述专利要求2003年10月6日提交的第60/508,949号临时申请的美国专利和也是2003年10月6日提交的第60/508,950号临时申请的美国专利的优先权，并且是2003年11月14日提交的第10/714,295号共同待决的美国专利的部分延续申请，该专利要求2003年3月17日提交的第60/455,301号临时申请的美国专利的优先权。

技术领域

本发明通常涉及用于控制交流变速电机或者直流电机、发电机以及其它旋转轴所产生的轴电流的接地装置，具体的说，涉及非接触的接地装置。

背景技术

轴感应电流产生于电机中，并通常产生于由变速驱动器驱动的三相电机中。变速驱动器利用脉宽调制技术来改变交流电机的速度，从而允许廉价的交流电机用于以前使用较贵的直流电机的应用中。使用具有变速驱动器的交流电机的缺点是：由变速驱动器产生较高的共模电压(CMV)，这增加了轴感应电流。

电机轴上的电压感应出电流，电流流经轴承到达机架，然后流到大地。当电机运转时，轴承变得更阻碍电流流动，从而导致电荷积聚在轴表面。在较短时间段后，CMV导致电荷积聚到较高水平。由于电荷超过最小电阻路径的阈值水平，所以通常通过主轴上的滚珠轴承的电能经该轴承释放或瞬时涌动。该释放引起放电加工(EDM)，这可能损坏轴承座圈的表面和轴承中的滚珠。电能涌动产生熔坑，且熔坑形成所产生的微粒遗留在密封轴承内部。轴承中的熔坑和微粒材料起到干扰轴承的自由流畅转动的作用，这可引起物理损伤和永久轴承失效。

已经使用多种缓解措施以试图克服该问题。已知的尝试包括使用导电的轴承润滑脂、使轴承绝缘以及使用铜/磷电刷和法拉第罩板。常用的较经济方法是使用向大地提供连续电流的装有弹簧的铜电刷来使轴接地。但是铜电刷磨损快并且需要频繁的、定期的维护和更换。此外，积聚在轴上的氧化物和电刷与轴之间的其它障碍物减小了电流并导致穿过电刷和轴的电能涌动。因电刷和轴表面之间的摩擦粘结/滑动关系改变，装有弹簧的电刷也趋于振动。无论因何而产生的电刷振动皆可导致不希望出现的火花。

上述第10/877,112号专利公开了在轴周围的支架中包括导电细丝的用来减缓电机轴上的电流的接地电刷。该电刷可用作非接触离子发生器以减小隔离的轴或隔离的滚动体上的电荷量。

技术上需要的是一种接地系统，其可以被延长使用周期地有效使用，需要极小的维护或者更换，并且可轻松快捷地安装在新的电机装置里，作为现有电机的一项改进。

发明内容

本发明提供接地电刷装置，这种装置可以被压配合到电机的改进的端板上或者被卡在电机轴上以改进应用，而不是改进电机端板。

本发明的一个方面提供轴电流控制电刷环装置，其用于具有面板和轴的电机。该装置包括具有外区段、内挡板和外唇缘的杯。电刷装置位于杯中并保持于内挡板和唇缘之间。电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在内板和外板之间的多个细丝。细丝具有放射状向里延伸超过内板和外板的末端。其中带有电刷装置的杯围绕轴设置且固定在面板上。

本发明的另一个方面提供具有杯的轴电流控制电刷环装置，所述杯具有外区段、内挡板和外唇缘。电刷装置位于杯中并保持于内挡板和唇缘之间。电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在内板和外板之间的多个细丝。细细丝具有放射状向里延伸超过内板和外板的末端。

在本发明的又一方面，本发明提供具有电机面板、从面板向外延伸电机轴的电机；轴电流控制电刷环装置设置在轴周围且固定在面板上。轴电流控制电刷环装置包括具有外区段、内挡板和外唇缘的杯。电刷装置位于杯中并保持于内挡板和唇缘之间。电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在内板和外板之间的多个细丝。细丝具有放射状向里延伸超过内板和外板的末端。其中具有电刷装置的杯包围电机轴且该杯被固定在电机面板上。

本发明的一个优点是提供有效的导电电刷装置以减小电机上的轴电流。

本发明的另一优点是提供用于电机轴的接地装置，接地装置有效地起到延长不进行维修、维护或者修理的时间周期的作用。

本发明的另一优点是提供导电电刷装置，该导电电刷装置具有改进的导电性，通过其中部件的精确的、最优定位，提高了这种装置的接地性能。

本发明的又一优点是提供用于电机上的接地装置，容易适合不同大小的电机。

本发明的再一优点是提供轴电流控制电刷环装置，其能在生产中快速便捷的安装到新电机中或不对于电机进行重大改变而改进现有电机。

本发明的其它特征和优点通过参照下面的详细描述、权利要求和附图将对本领域技术人员更加明显，其中，相同参考数字用于表示相同特征。

附图说明

图1是具有根据本发明的轴电流控制电刷环装置的剖视图；

图2是安装在电机面板的钻孔上的轴电流控制电刷环装置的剖面图；

图3是图1所示中的轴电流控制电刷环装置的一部分的的放大剖视图；

图4是根据本发明的轴电流控制电刷环装置的与具有挡油环的电机一同使用的剖视图；

图5是根据本发明的轴电流控制电刷环装置的部分剖视图，显示了使用夹具来改进电机上的环装置的连接系统。

在详细说明本发明实施方案前，应当理解，本发明不限于应用在下面说明书中所描述或图中所示的构造细节和部件配置中。本发明可以具有其他实施方案，并能以多种方式实施或执行。还应当理解，在此使用的措词和术语用于说明而不应当认为是限制。“包括”、“包含”及其变型的使用意味着包括此后所列对象及其等同物，以及另外的对象及其等同物。

具体实施方式

现在更具体地参照附图并特别参照图1，标记10表示根据本发明的轴电流控制电刷环装置。电刷环装置10安装于电机12(图2)上并具体安装于电机12的面板14上以用于消除可积聚于电机12的轴16上的电荷。应该理解，电刷环装置10可被提供为多种不同尺寸以在不同类型的电机中和不同直径的轴16上使用。

电刷环装置10通常为环形，围绕轴16。电刷环装置10固定于面板14上并可操作地安装于主轴16和面板14之间。电刷环装置10持续操作，以通过将电荷从主轴16转移到面板14和电机12的接地线圈，来消除在电机12的运行过程中积聚于电机轴16上的电荷。

电刷环装置10包括环形杯20和位于其中的电刷装置22。杯20包括外区段24，内挡板26和外唇缘28。外区段24、内挡板26和外唇缘28一同形成环形壳或其中放置有电刷装置22的类似通道的杯20。杯20由导电材料制成并具有必要的机械性能以便将该装置安装在面板14上，这将在下文中说明。因此杯20可由铝、不锈钢、青铜、黄铜或者其他合适的材料制成。

电刷装置22包括可以单独地布置为大体连续的环形环或圆弧状地围绕轴16的成束的多个单个纤维细丝30。每条细丝30具有纤细、如头发状的结构并且由碳纤维、不锈钢、导电塑料例如丙烯酸或尼龙纤维制成，或者是具有足够小的直径以在电场存在时引起离子化的任何其它导电纤维类型的细丝。细丝30通常具有小于约150微米的直径。细丝30的直径最好在约5微米到约100微米范围内细丝。

参照局部放大图3，细丝30或其构成的束固定在环形内板32和环形外板34之间。细丝30的末端部分延伸过环形内板32和环形外板34的内径。细丝30或者其构成的束可由导电粘接剂、粘接带或其他合适方法(未图示)固定在内板32和外板34上。细丝30也可选择直接抵靠安装在内板32和外板34的面对的表面上，并安装压配合于杯20里，唇缘28支撑电刷装置22抵靠在内挡板26上。

内板32和外板34是由导电材料制成，用于从细丝30传导转移电荷到杯20，且也可由铝、不锈钢、青铜、黄铜和其他合适的材料制成。环形罩板36位于外板34的外侧，其直径的中心开口小于内板32和外板34，仅微微大于轴16的直径。因此，罩板36覆盖并保护细丝30，但是与其是间隔关系，由外板34的厚度分离并与细丝30有间隔。罩板36与轴16有最低限度的间隔以至于在罩板36和轴16间只保持很小间隙38，以使电刷装置22免受污染物影响。

图2说明电刷环装置10安装在面板14的方式。详细的说，面板14包括具有适当直径的精加工凹部40以压配合容纳杯20。电刷装置22安装于杯20中，唇缘28向里折叠以将电刷装置22的组件压到杯20中。将电刷环装置10的已完成的组件被压入凹部40中并干涉配合保持于其中。唇缘28具有倾斜方向，并且是从面板14的外表面和外板34稍微向外，以使污染物远离电刷装置22。沿面板14落下的任何液体或者碎片由唇缘28向外转移。凹部40的静加工便于使细丝30相对于轴16精确地、最佳地定位以实现轴电流控制电刷环装置10的最佳性能。杯20在内挡板26和外区段24的连接处可以是锥形或具有倒角以便于将杯20插入到凹部40中。

在安装时，细丝30可直接接触轴16以作为接地电刷，以使电荷从轴16直接转移到电刷环装置10上。或者，细丝30可最低限度地与轴16间隔，从而当积聚在轴16上的电荷产生电场时，产生离子场，以允许电荷从轴16间接传输到细丝30。在另一适当的设置中，当电机10停止工作或以低速运行时，细且轻的细丝30接触轴16。由于轴16的速度在启动和使用过程中增加，所以气流使细丝30远离轴16移开。消除或减少细丝30和轴16之间的摩擦接触的时间周期减小了磨损并延长了细丝30的寿命。面板14与大地电连接，且积聚在轴16上的电荷经电刷环装置10在产生电弧前流入大地。

图4表示在杯20的外唇缘上具有挡油环42的本发明的另一实施例。本领域技术人员都知道挡油环42是一项常规设计。挡油环42被安装在轴16上以随其旋转。接触挡油环42的液体或碎片将由旋转的挡油环的离心力作用向外抛出且远离电刷装置22。任何落到面板14上液体或碎片被唇缘28阻挡在挡油环42的外表面，如上述描述的被驱出。

图5表示本发明又一实施例，其中多个夹具50将轴电流控制电刷环装置10支撑在面板14上的工作位置。虽然仅显示有一个夹具50，但是应当被理解可以使用围绕装置10定位的几个夹具50。轴电流控制电刷环装置10抵靠在面板14的外表面52安装。夹具50包括抵靠外表面52的底座54和基本上垂直底座54并沿着外区域24的侧面延伸的冒口56。环形钩形末端58重叠并接合外唇缘28。钩形末端58靠接罩板36和唇缘28以将电刷环装置10稳固地抵靠在面板14上。螺杆或者螺钉形式的紧固件60容纳在面板14上的孔62中。夹具50可以象弹簧一样设置，以使电刷环装置10用力顶住面板14。应该理解，可以使用多个夹具50，但是也可以使用环形的夹持环。环形设计中，不需要单个部件是环形以不间断的完全围绕电刷环装置10延伸。单个或多个底座54，冒口56和钩形末端58可以是多重分段的或连续的环。例如，多个各个冒口段可使用在环状底座54和环状钩形末端58之间或同分段的底座或分段的钩形末端一起使用。环状冒口56可以同分段的底座和/或分段的钩形末端一起使用。

使用夹具50或上述描述的其各种变体中的一种，环装置10可以在电机上进行快速且容易地改进，除了为容纳紧固件60而钻适当的孔62外，不需要改动电机。这种改进是快捷又简单的。

前述的变动和修改都在本发明的范围之内。应当理解，在此公开和限定的发明可扩展到本文和/或附图提及或从中可明显得出的两个或多个独立特征的所有可选组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可选方面。在此描述的实施方案解释了实施本发明的已知最佳方式，并能使本领域技术人员应用本发明。应当认为权利要求包括了现有技术允许范围内的可选实施方案。

本发明的各种特征列于随附的权利要求中。

Claims (20)

1.一种轴电流控制电刷环装置，用于具有面板和轴的电机，所述装置包括：

杯，具有外区段、内挡板和外唇缘；

电刷装置，位于所述杯中并保持于所述内挡板和所述外唇缘之间，所述电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在所述内板和所述外板之间的多个细丝，所述细丝具有超过所述内板和外板放射状向里延伸的末端；及

所述杯中具有所述电刷装置，适合设置在电机轴周围且固定在电机面板上。

2.根据权利要求1所述的轴电流控制电刷环装置，所述杯固定在面板的凹部中。

3.根据权利要求1所述的轴电流控制电刷环装置，所述杯抵靠所述面板的表面固定。

4.根据权利要求1所述的轴电流控制电刷环装置，包括固定在面板上且保持所述杯抵靠在面板的外表面上的夹具。

5.根据权利要求4所述的轴电流控制电刷环装置，所述夹具包括接合在所述面板上的孔中的紧固件。

6.根据权利要求5所述的轴电流控制电刷环装置，所述夹具具有抵靠在面板的外表面上的底座、沿着所述区段从所述底座开始向外凸出的冒口和抵靠所述唇缘的钩形末端。

7.根据权利要求1所述的轴电流控制电刷环装置，所述电刷装置具有抵靠在所述外板处且由所述唇缘支撑的罩板。

8.根据权利要求7所述的轴电流控制电刷环装置，包括位于所述罩板外的挡油环。

9.根据权利要求8所述的轴电流控制电刷环装置，所述杯固定在面板上的凹部中。

10.根据权利要求8所述的轴电流控制电刷环装置，包括固定在面板上且保持所述杯抵靠在面板的外表面上的夹具。

11.根据权利要求10所述的轴电流控制电刷环装置，所述夹具具有抵靠在面板的外表面上的底座、沿着所述区段从所述底座开始向外突出的冒口和抵靠所述唇缘的钩形末端。

12.一种轴电流控制电刷环装置，包括：

杯，具有外区段、内挡板和外唇缘；及

电刷装置，位于所述杯中并保持于所述内挡板和所述唇缘之间，所述电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在所述内板和所述外板之间的多个细丝，所述细丝具有超过所述内板和外板放射状向里延伸的末端。

13.根据权利要求12所述的轴电流控制电刷环装置，所述电刷装置具有抵靠在所述外板处且由所述唇缘支撑的罩板。

14.根据权利要求13所述的轴电流控制电刷环装置，包括位于所述罩板外的挡油环。

15.一种电机，包括：

电机面板；

电机轴，从所述面板向外延伸；

轴电流控制电刷环装置，围绕所述轴设置，且固定在所述面板，所述轴电流控制电刷环装置包括：

杯，具有外区段、内挡板和外唇缘；及

电刷装置，位于所述杯中并保持于所述内挡板和所述唇缘之间，所述电刷装置具有环形内板、环形外板及固定在所述内板和所述外板之间的多个细丝，所述细丝具有超过所述内板和外板放射状向里延伸的末端；以及

所述杯中具有所述电刷装置，适合设置在电机轴周围且所述杯固定到所述电机面板上。

16.根据权利要求15所述的电机，包括在所述面板中形成的凹部，和干涉配合地固定到所述凹部中的所述杯。

17.根据权利要求15所述的电机，包括固定在面板的夹具并且所述夹具保持所述杯抵靠在所述面板的外表面。

18.根据权利要求17所述的电机，所述夹具具有抵靠在所述面板的所述外表面上的底座、沿着所述杯的所述外区段从所述底座向外突出的冒口和抵靠所述唇缘的所述夹具的钩形末端。

19.根据权利要求15所述的电机，所述电刷装置具有位于抵靠所述环形外板处且由所述唇缘支撑的罩板，所述罩板放射状向里超过所述环形外板延伸。

20.根据权利要求19所述的电机，包括位于所述罩板外的挡油环。

Images