CN110301087B - 电刷模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于旋转电机、特别是用于电流激励同步电机的电刷模块(10)，所述电刷模块(10)具有用于与所述电机的滑环(11)建立电接触的至少两个电刷(12)，所述电刷模块(10)具有壳体装置(13)和用于容纳和支撑电刷(12)的电刷保持器(14)，其中壳体装置(13)具有用于收集电刷(12)的电刷灰尘的收集装置(21)。替代地，壳体装置(13)构造成使得电刷保持器(14)彼此间隔开，壳体装置(13)在壳体装置(13)的面向滑环(11)的壳体部分上在电刷保持器(14)之间至少部分地形成空气间隙。

Description

电刷模块
技术领域
本发明涉及一种用于旋转电机的电刷模块和电机，特别是电流激励同步电机，该电刷模块具有用于与电机的滑环建立电接触的至少两个电刷，该电刷模块具有壳体装置和用于容纳和支撑电刷的电刷保持器。
背景技术
这种电刷模块是众所周知的，通常用于向电流激励同步电机的旋转轴传输电。与电刷模块的电刷电接触的滑环设置在轴上。电刷容纳在电刷保持器中，或者容纳在所谓的电刷筒(brush quiver)中，使得它们相对于轴在径向方向上可移动；弹簧在电刷上施加弹簧力，推动电刷抵靠滑环。因为电刷模块具有至少两个电刷，所以电刷模块可以与两个滑环建立电接触，这两个滑环例如可以被不同地极化。电刷本身通常由碳或带有小部分金属的石墨(如果适用)制成，并通过绞合线供电。
在电机操作期间，电刷的材料不断磨损，这意味着电刷不断消耗并且长度缩短。磨损的颗粒进入电刷模块的环境，并以电刷灰尘或石墨灰尘的形式沉积在那里。
不利的是，电刷灰尘形成导电灰尘表面，而导电灰尘表面又形成电荷的所谓的泄漏路径。例如，电刷灰尘可能在电机的金属部件和电刷或电刷保持器之间形成泄漏路径(接地故障)。此外，泄漏路径可以形成在两极之间，或电刷之间，或电刷保持器之间(短路)。在接地故障的情况下，电压被传输到电机的导电部件或电机的环境，并且在短路的情况下，在电极之间传输，这导致电机和/或驱动所述电机所需的电力电子设备的故障。虽然众所周知，与电流激励同步电机连接，电能也可以在没有物理接触的情况下传输到转子，例如通过感应耦合，但是由于它们的技术复杂性，这些系统比电刷模块昂贵得多。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种电刷模块或包括电刷模块的电机，其避免形成泄漏路径。
该目的通过具有权利要求1的特征的电刷模块、具有权利要求13的特征的电刷模块和具有权利要求18的特征的电机来实现。
根据本发明的用于旋转电机，特别是用于电流激励同步电机的电刷模块具有用于与电机的滑环建立电接触的至少两个电刷，电刷模块具有壳体装置和用于容纳和支撑电刷的电刷保持器，其中壳体装置具有用于收集电刷的电刷灰尘的收集装置。
特别地，电刷模块构造成使得不仅电刷保持器设置在相应的滑环上，而且壳体装置还容纳和支撑电刷或电刷保持器。因此，该至少两个电刷一起支撑在壳体装置上。根据本发明，壳体装置具有用于电刷的电刷灰尘的收集装置。收集装置构造成使得在电机操作过程中或滑环旋转期间从电刷磨损的电刷灰尘和(如果适用的话)从滑环磨损的颗粒进入收集装置。因此，电刷灰尘被收集装置吸收，或者至少其主要部分以受控的方式被收集和存储。以这种方式，可以防止大量的电刷灰尘沉积在电刷或电刷保持器的区域中，从而在电刷或电刷保持器或电机的其他导电部件或环境之间形成漏电路径。总的来说，通过这种方式可以有效地防止由于电刷磨损而导致的电机的潜在故障。
壳体装置可以至少完全围绕电刷，优选地完全围绕电刷和电刷保持器。如果壳体装置构造成使得电刷或与滑环电接触的电刷的端部由壳体装置容纳，则可以防止电刷灰尘进入壳体装置外部的电刷的环境。在这种情况下，收集装置可以集成在壳体装置内。此外，每个电刷可以分配有自己的收集装置。原则上，收集装置可以与壳体装置分离并插入壳体中。替代地，收集装置可以由壳体装置形成。壳体装置也可以被这样构造，即除了电刷之外，它完全围绕电刷保持器，从而防止电刷灰尘的不希望的逸出。此外，壳体装置可以仅部分地围绕电刷保持器。
壳体装置可以构造成同轴地部分地、优选完全地围绕滑环。例如，壳体装置可以具有圆环区段的形状，或者可以适于轴的圆形形状。壳体装置也可以以完全圆形环的方式构造，并且可以在径向方向上完全围绕滑环。
因此，壳体装置可以以防尘或很大程度上防尘的方式相对于环境密封。这样，可以防止电刷灰尘从壳体装置逸出到滑环的环境中，从而防止潜在地形成朝向电机的其他导电部件的泄漏路径。例如，可以使用迷宫式密封、密封唇、刷式密封或其他合适的密封来实现对旋转轴的基本防尘密封。然而，可以提供环境和壳体装置内部之间的空气交换，例如用于冷却目的。
收集装置可以具有用于收集电刷灰尘的兜部，在滑环的旋转方向上，兜部可以设置在电刷的下游。从电刷上磨损的电刷灰尘通常将在滑环的旋转方向传输，因此其中可以收集所述电刷灰尘的兜部或兜部状凹部可以设置在电刷的下游。兜部可以由壳体装置形成或者也可以与其分离。由于电刷灰尘收集在兜部中，灰尘可以以受控的方式沉积在兜部中，而不会形成泄漏路径。
兜部可以由在旋转方向上延伸的肋形成。肋可以与滑环同轴地延伸，肋为电刷灰尘的粘附提供了特别大的表面。肋可以由壳体装置形成或者可以插入壳体装置中。
此外，收集装置可以具有吸收电刷灰尘的材料。所述材料可以是多孔或透气材料，诸如纺织物材料，特别是非织造织物。非织造织物可以吸纳或吸收大量的电刷灰尘，使得电刷灰尘不能容易地从非织造织物上分离。这确保了电刷灰尘不能被收集装置再次释放，诸如由于振动。吸收材料可以设置在收集装置的兜部中或兜部上，或者设置在壳体装置的壁上。此外，为了清洁目吸收材料可以是可更换的。
壳体装置可以由两个圆环形壳体半部组成。圆环形壳体半部可以相互配合，或者也可以在径向方向上彼此相对旋转。当壳体半部具有相同的设计时，它们的生产尤其具有成本效益。可选地，壳体装置也可以由至少两个圆区段形状的壳体半部组成，在这种情况下，壳体半部的分割平面在轴向方向上延伸。关于电刷的设置，每个壳体半部可以容纳至少一个电刷。
壳体装置可以形成电刷保持器和/或收集装置。如果壳体装置通过注射成型诸如由塑料制成，则电刷模块的生产特别具有成本效益。在这种情况下，电刷保持器的筒可以简单地形成为壳体装置中的凹部，并且收集装置可以形成为壳体装置内的简单兜部。
电刷保持器可以相对于滑环在轴向方向上彼此间隔开。特别地，如果至少两个滑环分别电连接到一个电刷上，这是可能的。
此外，可以提供用于与滑环建立电接触的至少两个电刷，在这种情况下，各自的电刷保持器可以相对于滑环在径向方向上彼此间隔开。例如，两个电刷保持器可以以相对于滑环轴向对称的方式彼此相对设置。在这种情况下，在电刷之间或电刷保持器之间形成可能的泄漏路径是相当地更困难的。
电刷保持器可以在壳体装置上以彼此最大的相对距离设置。举例来说，基于壳体装置的设计，电刷保持器可以在轴向方向上和径向方向上均尽可能远地彼此间隔开。
根据本发明的用于旋转电机、特别是用于电流激励同步电机的替代电刷模块具有用于与电机的滑环建立电接触的至少两个电刷，电刷模块具有壳体装置和用于容纳和支撑电刷的电刷保持器，其中壳体装置构造成使得电刷保持器彼此间隔开，壳体装置在壳体装置的面向滑环的壳体部分上在电刷保持器之间至少部分地形成空气间隙。
因此，电刷保持器容纳在共享的壳体装置中或由共享的壳体装置形成，壳体装置的设计使得在电刷保持器之间形成空间。由于电刷的电刷灰尘可能沉积在壳体装置的面向滑环的壳体部分上，特别地，壳体装置设计成使得它在所述壳体部分上在电刷保持器之间形成空气间隙。即使电刷灰尘沉积在壳体装置的面向滑环的壳体部分上，沉积的电刷灰尘的量也必须足够大，才能跨越所述空气间隙，以便在电刷之间或电极之间形成泄漏路径。然而，空气间隙的尺寸设计成使得它很难被电刷灰尘填充或跨越。这样，通过壳体装置的简单设计，可以防止由电刷灰尘形成泄漏路径。
壳体装置可以具有单个壳体主体，同时形成电刷保持器。然而，原则上，壳体装置也可以由多个壳体主体组成，诸如每个电刷保持器一个壳体主体。
空气间隙可以形成在壳体主体中，并且长度可以大于等于5mm。利用所述长度的空气间隙，几乎排除了电刷灰尘跨越形成泄漏路径。空气间隙可能有几厘米长。
壳体主体中的空气间隙也可以以这样的方式形成，即空气间隙的宽度根据在电刷处的假定操作电压形成。假定的操作电压是假定为常规操作时在电刷处的最大操作电压。根据标准IEC 60243，可以容易地基于空气的1kV/mm的假定介电强度计算宽度或最小宽度。
如果电刷保持器或电刷具有磨损检测报告装置，这是特别有利的。报告装置可以是电刷保持器上的开关或触点的形式，其可以检测电刷的长度，或者是电刷内由特定磨损程度触发的触点的形式。
根据本发明的电机，特别是电流激励同步电机，具有根据本发明的电刷模块。根据从属于装置权利要求的权利要求，电机的其他有利实施例是显而易见的。
附图说明
在下文中，将参考附图更详细地解释本发明的优选实施例。
图1是电刷模块的第一实施例的剖视图；
图2是电刷模块的第二实施例的透视局部视图；
图3是图1的电刷模块的剖视图；
图4是电刷模块的第三实施例的纵向剖视图；
图5是电刷模块的第四实施例的侧视图。
具体实施方式
图1示出了在电流激励同步电机的滑环11上的电刷模块10的示意性剖视图。电刷模块10具有用于与滑环11建立电接触的两个电刷12和包括电刷保持器14的壳体装置13。电刷12以这样的方式安装在电刷保持器14中，即它们在电刷保持器14的纵向轴线15的方向上可移动，并且被弹簧(未示出)推靠在滑环11上，例如螺旋弹簧、板簧或恒力弹簧。电刷保持器14相对于彼此从滑环11的轴线16偏移角度α。壳体装置13是圆环形状的，并且具有外壳体壁17，外壳体壁17形成内部18，内部18以基本上防尘的方式相对于环境19密封。具有密封元件(未示出，密封开口20)的开口20形成在壳体壁17中，用于电线(未示出)的通过。用于收集电刷12的电刷灰尘的收集装置21形成在壳体装置13内。收集装置由肋22、23、24形成，肋22、23、24分别形成兜部25、26和27。肋22至24基本上在滑环11的旋转方向上延伸，该方向由箭头28指示。从图3中可以看出，当滑环11旋转时，电刷灰尘在箭头29的方向上被输送远离电刷12并进入兜部25、26和27。
如图2所示，电刷模块30也可以具有由两个壳体半部32组成的壳体装置31(未完全示出)。壳体半部32形成收集装置33(在手边的情况中)。
图4示出了具有在滑环36上的电刷35的电刷模块34。电刷模块34具有壳体装置37，该壳体装置37包括至少两个壳体半部38。在每个壳体半部38内形成筒39，该筒39与恒力弹簧40一起形成电刷保持器41。邻近电刷保持器41，多个肋43、44和45形成在壳体半部38的侧表面42上，所述肋43、44和45形成用于电刷灰尘的收集装置46的兜部(未示出)。收集装置46的封闭盖未示出。
图5示出了电刷模块47，电刷模块47包括两个电刷48和形成壳体主体50的壳体装置49。壳体主体50支撑在电流激励同步电机(未示出)上的固定凸片51上。另外，壳体主体50形成两个电刷保持器52和53。空气间隙55形成在电刷保持器52和53之间，位于壳体装置49或壳体主体50的面朝滑环的壳体部分54中。任何可能沉积在电刷48区域中的电刷灰尘都不能跨越空气间隙55的宽度(B)或空气间隙55的长度(L)，因此潜在的短路被空气间隙55有效地防止。

Claims (14)

1.一种用于旋转电机、特别地用于电流激励同步电机的电刷模块(10,30,34)，所述电刷模块具有用于与所述电机的滑环(11,36)建立电接触的至少两个电刷(12,35)，所述电刷模块具有壳体装置(13,31,37)和用于容纳和支撑所述电刷的电刷保持器(14,41)，
其特征在于，
所述壳体装置具有用于收集所述电刷的电刷灰尘的收集装置(21,33,46)，
所述收集装置(21,33,46)具有用于收集电刷灰尘的兜部(25,26,27)，在滑环(11,36)的旋转方向(28)上，所述兜部设置在所述电刷(12,35)的下游，
所述兜部(25,26,27)由在所述旋转方向(28)上延伸的肋(22,23,24,43,44,45)形成。
2.根据权利要求1所述的电刷模块，其特征在于，所述壳体装置(13,31,37)至少完全围绕所述电刷(12,35)，优选地，完全围绕所述电刷和所述电刷保持器(14,41)。
3.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述壳体装置(13,31,37)构造成至少部分地、优选完全地同轴地围绕滑环(11,36)。
4.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述壳体装置(13,31,37)以防尘的方式相对于环境(19)密封。
5.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述收集装置(21,33,46)具有吸收电刷灰尘的材料。
6.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述壳体装置(13,31,37)由两个圆环形壳体半部(32,38)组成。
7.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述壳体装置(13,31,37)形成所述电刷保持器(14,41)和/或所述收集装置(21,33,46)。
8.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述电刷保持器(14,41)相对于所述滑环(11,36)在轴向方向上间隔开。
9.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，提供了用于与滑环(11,36)建立电接触的至少两个电刷(12,35)，所述各自的电刷保持器(14,41)相对于所述滑环在径向方向上彼此间隔开。
10.根据权利要求1或2所述的电刷模块，其特征在于，所述电刷保持器(14,41)以最大相对距离设置。
11.一种用于旋转电机、特别地用于电流激励同步电机的电刷模块(47)，所述电刷模块具有用于与所述电机的滑环建立电接触的至少两个电刷(48)，所述电刷模块具有壳体装置(49)和用于容纳和支撑所述电刷的电刷保持器(52,53)，
其特征在于，
所述壳体装置构造成使得所述电刷保持器彼此间隔开，所述壳体装置在所述壳体装置的面向滑环的壳体部分(54)上在所述电刷保持器之间至少部分地形成空气间隙(55)，
所述壳体装置(49)具有单个壳体主体(50)并且形成电刷保持器(52,53)，
所述空气间隙(55)形成在所述壳体主体(50)中，并且所述空气间隙的宽度根据在所述电刷处的假定操作电压形成。
12.根据权利要求11所述的电刷模块，其特征在于，所述空气间隙(55)形成在所述壳体主体(50)中，并且长度大于等于5mm。
13.根据权利要求11或12所述的电刷模块，其特征在于，所述电刷保持器(14,41,52,53)或所述电刷(12,35,48)具有用于磨损检测的报告装置。
14.一种电机，特别是电流激励同步电机，其特征在于，所述电机具有根据前述权利要求中任一项所述的电刷模块(10,30,34,47)。
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