CN101567608A - 用于电刷磨损记录电路的开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电刷磨损记录电路的开关，具体而言，提供了一种适合于用于电刷磨损监控记录电路的开关(20)，该电路通过电容性装置提供开关。该开关包括固定零件和移动零件。固定零件包括带有表面(23)的开关板(21)，而移动零件包括安装于电刷(2)上的电容性标记(13)，其中，电容性标记(13)包括固定在电刷钩(16)上的带有表面(18)的电容板(17)。开关板(17，21)及其表面(18，23)构造且布置成当电刷的磨损移动板(17、21)的表面(18，23)，从而使它们彼此面对时，开关(20)的电容随之增加，使得电刷的磨损改变开关的状态。

Description

用于电刷磨损记录电路的开关
技术领域
本公开涉及用来在诸如电动机或交流发电机的电机中传输电流的电刷，更尤其涉及被设计以优先磨损的电刷。更具体而言，本发明涉及用于识别严重的电刷磨损的记录电路之中的开关。
背景技术
电刷装置(brush gear)机构被广泛地用在某些发动机、发电机、以及其它转动的电力机械中，以在固定零件和转动零件(换向器或滑环)之间传导电流。为了避免或尽量减小典型地由铜或黄铜构成的转动零件的磨损，电刷由诸如碳和石墨的柔软材料制成，以便于优先磨损。由于完全磨损的电刷可能引发导致机械零件故障的电弧，因而监控电刷磨损以确保电刷不磨损至超过最低限度是重要的。
一个公认的监控电刷磨损的方法为，将电刷组件安装于带有可视检查装置的电刷外壳中，使操作者能够进行检查。然而，由于人为因素，仍然发生机械故障。出于包括成本降低在内的其它原因，可能期望用自动化监控至少补充这样的监控。因此，发展了仪表化的电刷监控系统。
监控由电刷供给的激励电压是一种已知的监控电刷磨损的方法。例如，GB 1564384提供了监控激励电压的标志的方法，该标志针对由电刷电弧产生的不寻常的高能噪声尖峰。该方法通过使用连接到各电刷上的传感器并使用比较算法和过滤装置来分析数据，从而达成此目的。US 4451786和CA 1194112也教导了具有类似缺点的类似方法，这些缺点包括：监控故障情况(即电弧)而不是电刷磨损，因而该方法是反应性的，而不是预防性的。更多的缺点还包括这样的事实，即监控涉及复杂的标志过滤和解读，因而易出现错误。这些方法本身还缺乏利用一个传感器来监控多个电刷的能力。
JP6141513提供了另一种电刷监控方法，该方法利用电刷的电标志，仅依赖电枢电流的输入和电枢旋转数来计算电刷磨损。由于该方法并不直接测量或检测电刷磨损，因而该方法的精确度受到限制，并且，尽管分析简单，但每个受监控的电刷依然需要一个传感器。
大型机械典型地具有30个或更多的电刷，所以，为了改进本身的监控可靠性并简化维护和安装，具有尽可能少的传感器对于这些系统是有利的。因而，所引用教导的每个受监控的电刷均需有一个传感器的要求使所有以上的教导均有缺点。
DE 3417711A1提供了另一种能够监控多个电刷的磨损的电刷磨损监控系统。该系统的开关装置安装在各电刷支架上并包括偏向电刷上的旋转杆。该杆还包括触点，当电刷磨损时，该触点通过该杆的旋转运动而移向支持着电刷的电刷支架。当电刷磨损至某一点时，触点接触电刷支架。这具有闭合电刷磨损记录电路的效果，从而能够触发电刷磨损警报。
DE 8600934U1提供了另一种能够通过使用旋转臂来监控多个电刷的磨损的电刷磨损监控系统，该旋转臂随着电刷的磨损移动而旋转，从而在电刷磨损点闭合开关。
DE 19758235A1提供了另一种包括安装于电刷上的棒的电刷磨损监控系统。该系统使用的原理是当棒因电刷磨损而移动时传感器检测安装于棒上的源。该源被公开为磁化环，传感器为磁性液体传感器或光学液体传感器。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种改进后的开关，该开关用于触发针对电机的磨损电刷警报。
该目的通过本发明的一个优选实施例而达成。本说明书还包括其它有利的实施例。
本发明基于电容开关的通常构思，以通过安装于电刷上的标记来识别磨损电刷。该开关具有这样的优点，即，由于不要求物理的接触，因而开关记录电路在物理上独立于电刷电路且该开关不受一般在其中安装有电刷的电刷外壳内找到的污垢影响。相应地，一方面提供用于电刷磨损监控记录电路的开关，其中，该开关具有电容以及断开和闭合的状态。该开关具有固定零件和移动零件。固定零件具有带有表面的开关板，而移动零件包括电容性标记，该电容性标记安装于电刷上，以便于电容性标记在电刷磨损方向上随着电刷的磨损移动而移动，并且，该电容性标记包括具有表面的电容板。电容板表面和开关板表面基本上彼此平行，而将电容性标记在电刷上安装成使得电刷磨损使表面彼此接近，从而彼此面对以增加板之间的电容，由此改变开关状态。
在一个方面，电容板表面和开关板表面基本上平行于电刷磨损方向。
在一个方面，电容性标记与电刷绝缘，且开关形成为具有检测装置的交流供电的记录电路的一部分，该检测装置构造成通过检测源于到记录电路的供电且受开关的电容影响的频率来检测开关状态的改变。
在一个方面，开关包括形成开关的两端的两个开关板和两个电容板，该电容板安装在电刷上，在电刷上构造且布置成通过电刷磨损而插入两个开关板之间。该插入增加板之间的电容。典型地，电容性标记还包括连接两个电容板的导通板，该导通板构造成通过其建造材料而在电容板之间提供电连续性。
在另一个方面，电刷在使用中具有带有频率成分的电刷电压，且安装在电刷上的电容性标记与电刷成电连通。开关形成记录电路的一部分，该记录电路具有检测装置，检测装置通过检测受开关的电容影响的电刷电压的频率成分来检测开关状态的改变。
在一个方面，开关包括：多个电容性标记和一个开关板，各电容性标记带有一个电容板且分离地安装在电刷上。典型地，该一个开关板的大小设置成并且多个电容板相对于开关板布置成使得多个电容板中的任一个电容板能够改变开关状态。
在另一个方面，或者是上述电容板或各电容板、上述开关板或各开关板被绝缘体覆盖，或者是上述电容板或各电容板和上述开关板或各开关板两者都被绝缘体覆盖。这防止因布置或者由污垢带来的桥接而导致的开关板和电容板之间的接触。这样，改善了开关的可靠性。
在又一个方面，上述或各电容板表面的表面积＞200mm2且典型地＜2500mm2。这确保开关的板的大小被设置为足够大，以确保用于开关的充足的电容，但不大到这些板不能装配于电刷外壳的有限空间内的程度。
本发明的其它目的和优点通过结合相关附图的以下说明将变得明显，其中，通过图示和示例，公开了本发明的实施例。
附图说明
在下文中，参照相关附图，通过示例来更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1是本发明的带有多个电容开关的电刷监控系统的示意图；
图2是图1的监控系统的电容性电刷标记的具体图；以及
图3是另一示范性的电容开关配置的示意图。
部件列表
2  电刷
4  转动的机械零件
6  阻抗装置
8  检测装置
12 磨损的电刷
13  电容性标记
14  被绝缘体覆盖的电容板
15  传导板
16  电刷钩
17  电容板
18  电容板表面
19  闭合的开关
20  开关
21  开关板
22  被绝缘体覆盖的开关板
23  开关板表面
WD  电刷磨损方向
具体实施方式
现参照附图，描述本发明的优选实施例，其中，在所有的附图中，使用相似的参考标号指代相似的要件。在以下的描述中，出于说明的目的，阐述了大量具体细节，以便于彻底地理解本发明。然而，很显然的是，不需要这些具体细节也可以实施本发明。
图1和图3显示了适合于用在电刷磨损记录电路中的开关20的示范性的实施例。该开关20包括固定零件和移动零件。固定零件包括具有表面23的开关板21，而移动零件包括典型地经由电刷钩16而安装于电刷2上的电容性标记13。该电容性标记13还具有带有表面18的电容板17。当电刷2磨损时，电刷2的长度减小，使得所安装的电容性标记13在方向(即朝向电机4的旋转零件的方向)上随着电刷2的磨损移动而移动。在本说明书中，该方向被称为电刷磨损方向WD。在一个示范性的实施例中，电容板17和开关板21的表面18、23分别基本上彼此平行，且典型地基本上平行于电刷磨损方向WD。当电刷2磨损至预定的电刷磨损点时，电刷的磨损使电容板17的表面18与开关板21的表面23对准，使得表面18、23彼此面对。这可测量地增加了开关板21和电容板17之间的电容，使检测成为可能，其中，该检测可以被优选地启动电刷磨损警报的检测装置8标记为开关状态的改变。由于开关20的电容取决于开关板21从电容板17的位移，因而从断开至闭合以及从闭合至断开的开关状态的改变并不由板17、21之间的固定的相对位置限定，而是由所选择的任意电容值限定。
图1显示了也可以被应用于图3中所示的示范性的实施例的示范性的记录电路。该示范性的记录电路仅是一个适合的用于启动电刷磨损警报的记录电路。其它的记录电路可以结合所示范的开关20并提供相同的电刷磨损警报。典型地，除了开关20之外，记录电路还包括阻抗装置6和检测装置8，其中，检测装置8识别开关20的状态的改变。在一个示范性的实施例中，如图1所示，记录电路包含多个开关20，从而使得能够通过单个的记录电路来监控多个电刷2。在一个示范性的实施例中，电容板13与电刷电压绝缘，且记录电路为交流供电的电路。在该布置中，检测装置8检测源于记录电路的供电且受开关20的电容影响的频率，以启动电刷磨损警报。这样，记录电路独立于电刷电压和电机电路。
图1中所示的示范性的实施例的开关20包括形成开关20的两端的两个开关板21，而电容性标记13具有两个电容板17。板17、21和标记13布置成使得各开关板21与电容板17成对，其中，各成对的板17、21的表面18、23彼此大致平行。表面18、23的大致平行的性质使电容性标记13能够非接触地插入开关板21之间，并使得面对的开关板21和电容板17的表面23、18之间的紧密的间隙公差成为可能，从而提供开关20的可测量的电容。
图2显示了图1中所示的示范性的实施例的电容性标记13的放大图。该电容性标记13包括由传导板15相连的两个电容板17，其中，传导板15提供了电容板17之间的电连续性并用于作为用来将电容性标记13附连至电刷钩16上的安装板的次要目的。
在一个示范性的实施例中，如图3所示，呈其最简单的形式的开关20包括一个开关板21和电容性标记13。电容性标记13典型地通过电刷钩16而安装在电刷2上，并仅具有一个电容板17。在一个示范性的实施例中，开关包括一个开关板21和各安装在分离的电刷2上的多个电容性标记13(即，连接到电刷钩16上的电容板17)，其中，开关板21的大小被设置且电容性标记13的电容板17相对于开关板21布置，使得其中任何电容性标记13均能够改变开关状态。这典型地通过开关板21在垂直于电刷磨损方向WD的方向上延长，使得其延伸经过多个电容性标记表面18的磨损位置而达成。单个开关板21和多个电容性标记13的其它布置和构造也可以提供图3中所示的示范性的实施例的电容性开关。
在图3中所示的开关20的一个示范性的实施例中，电容性标记13与电刷2电连通，其中，当例如图1所示的检测装置8检测到受开关20的电容影响的电刷电压的频率成分时，开关状态发生改变。
开关20和电容性标记13的板17、21的表面积和分离距离限定开关20的电容，其中，板的最佳构造和可工作大小是这两个因素之间的折衷。出于安装的原因，优选板的大小因电刷外壳(未显示)的有限空间而保持为最小化，但这减小了开关电容。为了对此进行补偿，板的间隙可以变窄，但只能变窄有限的量。当电刷2磨损时，面对开关板表面23的电容板表面18的表面积优选为＞200mm2，更优选为＞700mm2，最优选为＞1000mm2，这时，在一个示范性的实施例中，达到适合的折衷。然而，为了防止干扰电刷2的工作，最大的电容板17的面积优选为不超过1500mm2，虽然在一些布置中，其可以大到2500mm2。
在一个示范性的实施例中，开关板21或电容板17，或者开关板22和电容板14两者被绝缘体覆盖。图1中显示了由绝缘体覆盖的板14、22的示例。该绝缘体防止板14、22的接触，以及带有导电污垢介质的闭合开关19的板14、22之间的间隙的桥接，接触和桥接均干涉开关20的电容，其中，导电污垢介质一般在电刷组件典型地所处的外壳(未显示)内找到。
虽然在本文中，以被认为是最实际且最优选的实施例来展示并描述了本发明，但是，应当承认，能够在本发明的范围内进行变化，本发明的范围不限于本文中所描述的细节，而是与所附的权利要求的全部范围一致，从而包括任何以及所有等价的设备和装置。

Claims (10)

1.一种用于电刷磨损监控记录电路的开关(20)，其中，该开关(20)具有断开和闭合的状态，并且其特征在于，该开关包括：
固定零件，其具有带有表面(23)的开关板(21)；以及
移动零件，其包括电容性标记(13)，该电容性标记安装于电刷(2)上，使得所述电容性标记(13)在电刷磨损方向(WD)上随着电刷(2)的磨损移动而移动，该电容性标记具有带有表面(18)的电容板(17)，
其中，该电容板表面(18)和开关板表面(23)基本上彼此平行，并向所述开关(20)提供电容，并且，所述电容性标记(13)安装于所述电刷(2)上，使得电刷磨损使所述表面(18，23)彼此接近，从而彼此面对以增加板(17，21)之间的电容，由此改变开关状态。
2.如权利要求1所述的开关(20)，其特征在于，所述电容板表面(18)和所述开关板表面(23)基本上平行于所述电刷磨损方向(WD)。
3.如权利要求1或2所述的开关(20)，其特征在于，所述电容性标记(13)与所述电刷(2)绝缘，且所述开关(20)形成具有检测装置(8)的交流供电的记录电路的一部分，该检测装置构造成通过检测源于到所述记录电路的电源且受所述开关(20)的电容影响的频率来检测开关状态的改变。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的开关(20)，其特征在于，所述开关(20)包括：
形成所述开关(20)的两端的两个开关板(21)；以及
包括两个电容板(17)的所述电容性标记(13)，该电容板(17)构造且布置成以便通过电刷磨损而插入所述两个开关板(21)之间，由此该插入增加所述开关板(21)和所述电容板(17)之间的电容。
5.如权利要求4所述的开关(20)，其特征在于，所述电容性标记(13)还包括将所述两个电容板(17)相连的导通板(15)，该导通板(15)构造成在所述电容板(17)之间提供电连续性。
6.如权利要求1所述的开关(20)，其特征在于，
所述电刷(2)在使用中具有带有频率成分的电刷电压，
所述电容性标记(13)与所述电刷(2)电连通，以及
所述开关(20)形成具有检测装置(8)的记录电路的一部分，
其中，所述检测装置(8)构造成通过检测受所述开关(20)的电容影响的电刷电压的频率成分来检测开关状态的改变。
7.如权利要求6所述的开关(20)，其特征在于，所述开关(20)包括：
多个电容性标记(13)，各电容性标记(13)带有一个电容板(17)且分离地安装在电刷(2)上；以及
一个开关板(21)，
其中，所述一个开关板(21)的大小被设置并且所述多个电容板(17)相对于所述开关板(21)布置成使得所述多个电容板(17)中的任一个电容板(17)均能够改变开关状态。
8.如权利要求1到7中的任一项所述的开关(20)，其特征在于，或者所述电容板或各电容板(17)、所述开关板或各开关板(21)被绝缘体覆盖，或者所述电容板或各电容板(17)以及所述开关板或各开关板(21)两者被绝缘体覆盖。
9.如权利要求1到8中的任一项所述的开关(20)，其特征在于，所述电容板表面或各电容板表面(18)的表面积＞200mm2。
10.如权利要求9所述的开关(20)，其特征在于，所述电容板表面或各电容板表面(18)的表面积＜2500mm2。
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