CN106100246A - 用于电机的接地设备及其组装方法 - Google Patents

Abstract

一种用于具有旋转部件和静止部件的电机的接地设备，包括由非导电材料制造的芯部以及连接至芯部并从其延伸的多个导电纤维。多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过多个导电纤维流向静止部件。

Description

用于电机的接地设备及其组装方法

技术领域

本发明的领域主要涉及接地设备，并且更具体地，涉及用于在旋转轴上具有杂散静电电荷的电机的接地设备。

背景技术

至少一些已知的电机，如无刷交流(BLAC)永磁电机，由脉宽调制(PWM)技术驱动并在线圈和转子之间产生电容电荷。该电容电荷会在电机轴中产生主要由感应产生的电流。

其它已知的电机，如三相电机，由在电机轴上感应电压或静电电荷的变速驱动器来驱动。一些变速驱动器使用脉宽调制技术来改变AC电机的速度，其允许在使用更加昂贵的DC电机的应用中使用比较廉价的AC电机。使用具有变速驱动器的AC电机的缺点是由变速驱动器产生的较高的共模电压(CMV)，其可在轴上增加感应电流。

在一些已知的电机中，电机轴上的电压或电荷感应出电流通过轴承流向电机框并随后流向大地。当电机在运转时，轴承变得较为阻抗电流流过，导致在轴表面上产生电荷积累。短时间过后，电荷可以形成高电平。随着电荷超过最小电抗路径的阈值电平，如通过轴上的滚球轴承，电能通过该最小电抗路径释放。该放电会导致放电加工，如果最小电抗路径穿过轴承的话，这会影响轴承中轴承座圈和滚球的表面。该放电可产生熔坑，并且来自熔坑形成物的颗粒物可保留在密封轴承的内部。轴承中的熔坑和颗粒材料均会扰乱轴承自由流动的旋转，这会减少轴承和/或电机的运行寿命。

多种缓解的技术已经被用于克服该问题。这些技术包括导电轴承润滑脂，轴承绝缘，以及使用各种用金属或其它材料将轴接地的电刷。该电刷通常安装在刚性保持件上，可能比较昂贵而且需要冗长的安装工序。此外，该电刷安装在电机的外部并因此暴露于电机的外部环境中。

发明内容

一方面，提供一种用于具有旋转部件和静止部件的电机的接地设备。该接地设备包括芯部和被连接至该芯部并从其延伸的多个导电纤维。该多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以便旋转部件上的静电电荷通过该多个导电纤维流向静止部件。

另一方面，提供一种电机。电机包括旋转部件，连接至大地的静止部件，以及导电连接在旋转部件与静止部件之间的接地设备。该接地设备包括芯部和连接至该芯部并从其延伸的多个导电纤维。该多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过该多个导电纤维流向静止部件。

又一方面，提供一种组装电机的方法。该方法包括提供旋转部件，将静止部件连接至大地，以及将接地设备设置在旋转部件与静止部件之间。该接地设备包括芯部和连接至该芯部并从其延伸的多个导电纤维。该多个导电纤维的至少一部分被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过该多个导电纤维流向静止部件。

附图说明

图1是示例电机的横截面侧视图。

图2是图1所示电机的所选部件的分解图。

图3是与图1所示电机一起使用的示例接地设备的顶部视图。

图4是图3所示接地设备的透视图。

图5是具有接地设备的电机的另一个合适实施例的横截面侧视图。

图6是图5所示电机的分解图。

图7是具有接地设备的电机的另一个合适实施例的横截面侧视图。

图8是图5所示电机的所选部件的分解图。

具体实施方式

静电电荷容易在电机的旋转部件上累积。这些电荷通常穿过用于支撑电机旋转部件的轴承而减少轴承的运行寿命。接地设备可用于将静电电荷排放至大地。一种该接地设备包括芯部和多个连接至该芯部的导电纤维，使得纤维可以从该芯部延伸。该多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至电机的静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过该多个导电纤维流向静止部件，并且流向大地。如此，本文描述的接地部件基本上可以防止轴承产生电弧并增加了电机的使用寿命。

图1是示例电机10的横截面侧视图，该电机可作为发电机或电动机运行。图2是电机10的所选部件的分解图。在示例实施例中，电机10被连接至风扇或离心式鼓风机(未示出)以通过气体处理系统移动气体，用于吹动空气流过冷却线圈，和/或用于在空调/冰箱系统内部驱动压缩机。更具体地，电机10可用于移动气体的应用中，该应用气体的移动用于加热、通风以及空调(HVAC)工业中，例如，用于使用1/5马力(hp)至1hp电机的住宅应用中。可替换地，电机10用于液泵应用中。电机10还可用于商业和工业应用和/或用于空调应用中的密封式压缩机电动机中，其中电机10具有大于1hp的额定等级。尽管本文上下文描述了气体处理系统，但电机10可啮合任意合适的工作部件并且被构造为驱动该工作部件。

电机10包括第一端12，第二端14，以及组件壳体16。电机10还包括静止组件18和旋转组件20。组件壳体16限定出电机10的内部22和外部24并且被构造为至少部分地包封和保护静止组件18和旋转组件20。静止组件18包括定子芯28，其包括多个齿30以及围绕定子齿30绕制的多个绕组32。在示例实施例中，静止组件18为三相定子组件并且定子芯28由高导磁材料制成的叠片堆形成。可替换地，静止组件18是固体和/或是单相定子组件。静止组件18是圆形、分段、软磁复合或卷式定子构造中的一种并且绕组32以能够使电机10执行如本文所述功能的任意合适方式被绕制在定子芯28上。

旋转组件包括永磁转子芯36，具有多个永磁体38，以及由第一轴承42和第二轴承44支撑的轴40。轴承42和44由弹簧机构46隔离。在示例实施例中，轴承42和44以及弹簧机构46被容置在形成在壳体16中的沉孔23中并基本上限定轴40。在示例实施例中，转子芯36由导磁材料制成的叠片堆形成。可替换地，转子芯36是固体芯。转子芯36基本上被容纳在定子芯28的中心孔中，以沿着旋转轴X旋转。图1为了简化用实线示出了转子芯36和定子芯28。尽管图1示出了三相电机，但本文描述的方法和装置可包括在具有任意相数的电机内部。

图3是与电机10(图1所示)一起使用的示例接地设备50的顶部视图。图4是接地设备50的透视图。在示例实施方式中，如图1所示，接地设备50围绕轴40定位并且基本上包括芯部52以及从其延伸的多个半导电或导电纤维54。在示例实施例中，接地设备50可旋转地固定并且与电机10的非旋转部件，如壳体16导电地接触和/或将其接地。可替换地，接地设备50接触电机10的任意非旋转部件，这使得接地设备50可以执行本文所述的功能。例如，接地设备50可被定位至电机架(未示出)，电机脚(未示出)，轴承孔(未示出)，电机框(未示出)，弹簧46，和/或定子芯28。

在示例实施例中，芯部52包括第一端56和第二端58并且由导电线形成。例如，芯部52由钢，铜，黄铜和/或其它金属制造。可替换地，芯部52由非导电材料制造，如但不限于，塑料。通常地，芯部52由能够使接地设备50执行本文所限定功能的任意合适的材料形成。在示例实施例中，芯部52由可变型材料制造并且被弯曲以形成环以使端部56和58连接在一起。可替换地，芯部52为连续形成的圆环，其不包括端部56和58。尽管在附图中接地设备50被示出为大致的圆环，但应当理解接地设备50还可以是弧形的，即仅为圆形的一部分。此外，接地设备50可包括一个或多个弧形段或基本球形的元件。通常地，接地设备50具有能够如本文所述那样使用的任意形状。

在示例实施例中，纤维54是导电纤维，其能够将从电机10的旋转部形成的电流转继至大地。例如，纤维54由钢，铜，黄铜和/或其它金属制造。可替换地，纤维54由非导电材料制造并包括导电覆层，如碳纤维或铜。通常地，纤维54由能够使接地设备50执行本文所述功能的任意合适的柔性、导电或半导电材料制造。例如，纤维54由铜和/或碳纤维制造。

在示例实施例中，纤维54螺旋地绕制在芯部52上并可具有任意合适的长度。可替换地，纤维54以能够使接地设备50执行本文所限定功能的任意合适方式被连接至芯部52。在示例实施例中，纤维54绕芯部52以近似360°延伸。在替换实施例中，纤维54绕芯部52近似180°延伸。在又一替换实施例中，纤维54绕芯部52在近似60°和近似90°之间延伸。然而，纤维54可绕芯部52以能够使接地设备50执行本文所述功能的任意合适方式延伸。

如图1所示，接地设备50绕轴40被定位在壳体内部22中的沉孔23中，以使接地设备50被包括在电机10的内部且不暴露在周围的环境中。如此，接地设备50不会暴露于能够减少接地设备50的使用寿命的湿气或颗粒物中(灰尘、污垢、残渣)。更具体地，接地设备50被定位在轴承42和44之间并且基本相对于弹簧机构46径向向内。接地设备50被定位以使多个纤维54的至少一部分同时接触轴40和壳体16。具体地，纤维54的至少一部分，如接地设备50的径向向外部分上的纤维54，延伸穿过并接触弹簧机构46并且还接触壳体16。可替换地，接地设备50绕轴40定位以使多个纤维54的至少一部分位于轴40紧密邻近部分的内部，以使轴40上的静电电荷可以放电至纤维54(即，纤维54电连接至轴40，但是不与轴40直接接触)。可替换地，纤维54的至少一部分与电机10的任意旋转部件接触。例如，纤维54可接触转子芯36的表面、转子端环(未示出)、和/或安装至轴40的风扇或毂(未示出)。通常地，接地设备50被定位在电机10的内部的能够使接地设备50将电荷从旋转部件排放至接地部件的任意合适位置。

在电机10的运行中，静电电荷产生在电机的旋转部件上，如轴40。接地设备50被定位在沉孔23内以使纤维54接触轴40。导电纤维54使静电电荷从轴40，通过纤维54，并放电至壳体16。壳体16作为大地或者电连接至大地中的一个并有效地将静电电荷输送出电机10至大地。在运行中，纤维54邻近轴40，位于接地设备50的径向内部上，从轴40传导静电电荷并将电荷输送至邻近壳体16的纤维54中，位于接地设备的径向外部上。如此，多个导电纤维54可操作地既将静电电荷远离电机10的旋转部件传导，又通过接触电机10的静止部件将电荷接地。此外，因为纤维54中的至少一个同时接触弹簧机构46和壳体16，因此静电电荷可通过这两个部件接地。如此，接地设备50将轴40上的静电电荷通过多个导电纤维54接地，而不是通过芯部52。在芯部52导电的实施例中，静电电荷的至少一部分通过径向内部纤维54与径向外部纤维54之间的芯部52传导。在芯部52非导电的实施例中，静电电荷仅通过纤维54传输以将电荷输送至壳体16中。

图5是具有接地设备50的电机100的另一个合适实施例的横截面侧视图，而图6是电机100的分解图。电机100在运行和组成上基本类似于电机10(如图1所示)，但电机100不包括轴，并且接地设备50邻近电机100的第二端14从轴承42和44向外定位。如此，接地设备50并不被定位在电机100中的轴承42和44之间。尽管图5示出了从轴承42和44向外定位的接地设备50，以使轴承42和44位于接地设备50和旋转组件20之间，但是接地设备50还可从轴承42和44向内定位，以使轴承42和44被定位在接地设备50与静止组件18之间。在一个实施例中，接地设备50接触一个轴承42(图5)或者同时两个轴承42和44(图1)。可替换地，接地设备50不接触轴承42或44中的任一个。在图5和6所示的实施例中，电机100还包括在第二端14处被连接至壳体16的灰尘盖102。灰尘盖102防止或者至少基本减少了颗粒物和湿气进入壳体内部22并被邻近的接地设备50所收集。

图7是具有接地设备150的电机200的另一个合适实施例的横截面侧视图，而图8是电机200的所选部件的分解图。电机200在运行和组成上基本类似于电机100(图5所示)，但电机200仅包括唯一一个轴承42并且不包括弹簧机构。此外，在电机200中，接地设备150被定位在由转子芯36限定的中心孔202内。

在图7和8所示的实施例中，接地设备150包括孔152、从孔152延伸的芯部154、以及从芯部154的端部延伸的多个纤维156。芯部154和纤维156都由导电材料形成。例如，芯部154和纤维156由钢，铜，黄铜，和/或其它金属制造。可替换地，芯部154和纤维156由非导电材料制造并且包括导电覆层，如碳纤维或铜。通常地，纤维156由能够使接地设备150执行如本文所述功能的任意合适的柔性、导电或半导电材料制造。在图7和8所示的实施例中，芯部154包括连接至壳体16的第一部分160以及延伸进中心孔202的第二部分162，使得部分160和162彼此垂直。

紧固件158用于将接地设备150连接至壳体16的外部表面204。具体地，表面204包括凹槽206，其容纳孔152和芯部154的第一部分160中的至少一个。纤维156从芯部154的第二部分162垂直延伸至转子芯36的中心孔202中。类似于电机100，电机200还包括基本覆盖孔202的灰尘盖208。

在电机200的运行时，静电电荷产生在电机200的旋转部件上，如转子芯36。接地设备150被定位在电机200内部以使纤维156接触转子芯36形成中心孔202的部分。导电纤维156便于将静电电荷从转子芯36放电至壳体16中。壳体16可被电连接至大地并有效地将静电电荷输送出电机10至大地。

本文描述了用于具有旋转部件和静止部件的电机的接地设备。该接地设备包括芯部和被连接至芯部并从其延伸的多个导电纤维。该多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过多个导电纤维流向静止部件。

芯部和多个导电纤维被连接在一对轴承之间并相对于弹簧机构径向向内，以使多个导电纤维中的至少一个导电纤维延伸穿过弹簧机构并与静止部件电连接。

芯部包括连接至静止部件的第一部分以及被定位在由旋转部件限定的孔的内部的第二部分。多个导电纤维被连接至第二部分。

多个导电纤维为丙烯酸纤维，铜纤维，以及碳纤维中的至少一者。

多个导电纤维包括导电的铜覆层。

芯部由导电材料制造，例如但不限于，铜，黄铜，以及任意的金属材料。

芯部由非导电材料制造，如塑料。

芯部包括大致圆形、至少一个弧形段、以及至少一个大致球形元件中的至少一者。

多个导电纤维中的至少一个导电纤维在静止部件的内部接触至少一个轴承。

芯部和多个导电纤维被定位在形成于静止部件中的沉孔内。

芯部和多个导电纤维中的至少一个是柔性的。

而且本文还描述了一种电机，其包括旋转部件，连接至大地的静止部件，以及导电地被连接在旋转部件与静止部件之间的接地设备。接地设备包括芯部和连接至芯部并从其延伸的多个导电纤维。该多个导电纤维被构造为将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过多个导电纤维流向静止部件。

上述电机中的旋转部件包括轴和转子芯中的至少一者。

上述电机中的静止部件包括壳体和定子中的至少一者。

电机还包括连接至旋转部件的第一轴承，连接至旋转部件的第二轴承，以及定位在第一和第二轴承之间的弹簧机构。

上述电机中的接地设备被定位在第一和第二轴承之间并相对于弹簧机构径向向内，以使多个导电纤维中的至少一个导电纤维延伸穿过弹簧机构并与静止部件电连接。

可替换地，接地设备不被定位在第一和第二轴承之间。

芯部由非导电材料制造。

芯部包括大致圆形，至少一个弧形段，以及至少一个大致球形元件中的至少一者。

本文还描述了一种组装电机的方法。该方法包括提供旋转部件，将静止部件连接至大地，以及将接地设备定位在旋转部件与静止部件之间。该接地设备包括非导电芯部和多个连接至该芯部并从其延伸的导电纤维。该多个导电纤维的至少一部分被构造为将旋转部件电连接至静止部件以使旋转部件上的静电电荷通过该多个导电纤维流向静止部件。

本文提供有用于将电机旋转部件上的静电电荷接地的系统和方法。该系统包括可连接至电机的接地设备。该设备包括芯部和多个导电纤维，其可将静电电荷从电机释放至大地。该系统简易，廉价，并且可快速而简单地被安装到各种尺寸的电机上。

本文字描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实现本发明，包括制造并使用任何设备或系统并且实施任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员可以实现的其它示例。该其它示例意在落入权利要求的范围内，如果它们具有不异于权利要求文字语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言实质相同的等价结构元件。

Claims (10)

1.一种用于具有旋转部件和静止部件的电机的接地设备，所述接地设备包括：芯部；和连接至所述芯部并从所述芯部延伸的多个导电纤维，所述多个导电纤维被构造成将旋转部件电连接至静止部件，以使旋转部件上的静电电荷通过所述多个导电纤维流向静止部件。

2.根据权利要求1的接地设备，其中所述芯部和所述多个导电纤维被定位在形成于静止部件中的孔内。

3.根据权利要求1的接地设备，所述芯部和所述多个导线纤维相对于弹簧机构径向向内定位，其中所述多个导电纤维的至少一个导电纤维接触弹簧机构并电连接至静止部件。

4.根据权利要求1的接地设备，其中所述芯部由非导电材料制造。

5.根据权利要求1的接地设备，其中所述芯部包括大致圆形部分、至少一个弧形段、以及至少一个大致球形元件中的至少一者。

6.一种电机包括：旋转部件；连接至大地的静止部件；以及导电连接在所述旋转部件与所述静止部件之间的接地设备，其中所述接地设备包括：芯部；和连接至所述芯部并从所述芯部延伸的多个导电纤维，其中所述多个导电纤维被构造为将所述旋转部件电连接至所述静止部件，以使所述旋转部件上的静电电荷通过所述多个导电纤维流向所述静止部件。

7.根据权利要求6的电机，其中所述旋转部件包括轴、轴承内座圈、以及转子芯中的至少一者，并且其中所述静止部件包括壳体、弹簧机构、轴承外座圈、以及定子中的至少一者。

8.根据权利要求6的电机，进一步包括至少一个轴承，所述轴承包括内座圈和外座圈；壳体，所述壳体包括在所述壳体中形成的孔，其中所述至少一个轴承和所述接地设备被定位在所述孔内。

9.根据权利要求8的电机，其中所述接地设备邻近所述至少一个轴承定位，以使所述多个导电纤维接触所述外座圈和所述壳体中的至少一者以及所述内座圈。

10.根据权利要求8的电机，其中所述接地设备不接触所述至少一个轴承。