CN111095690A - 缓解旋转轴上的电压的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了用于缓解旋转轴上的电压的方法和设备。示例性接地电刷系统缓解旋转轴中的电流,该接地电刷系统包含:被配置成邻近电机轴布置的电刷组件,该电刷组件具有被配置成当该电刷组件邻近电机轴布置时与该电机轴电连接的导电细丝;以及包含基础液体和导电颗粒的导电涂层,其中导电涂层覆盖导电细丝的至少相应部分,以便在导电细丝和电机轴之间提供电气路径。

Description

缓解旋转轴上的电压的方法和设备
相关申请
本专利要求2018年8月2日提交的标题为“用于缓解旋转轴上的电压的方法和设备(METHODS AND APPARATUS TO MITIGATE ELECTRICAL VOLTAGE ON A ROTATING SHAFT)”的美国临时专利申请序列号62/713,965和2017年9月11日提交的标题为“用于缓解旋转轴上的电压的方法和设备(METHODS AND APPARATUS TO MITIGATE ELECTRICAL VOLTAGE ON AROTATING SHAFT)”的美国临时专利申请序列号62/556,754的优先权。美国临时专利申请序列号62/713,965和美国临时专利申请序列号62/556,754的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及电机保护,并且更具体地涉及用于缓解旋转轴上的电压的方法和设备。
发明内容
公开了用于缓解旋转轴上的电压的方法和设备,基本上如至少一幅附图所示和结合至少一幅附图所描述的,并在权利要求中更完整地阐述的那样。
附图说明
图1是根据本公开的具有示例性接地电刷系统的电机的立体图。
图2是可用于图1的接地电刷系统中的示例性轴肩挡圈的立体图。
图3A是图1的电机和接地电刷系统的横截面图。
图3B示出了另一示例性接地系统,其包括施加在轴和与轴滑动接触的接地表面之间的涂层。
图4是图3A的接地电刷的立体图。
图5是包括图1-4的接地电刷系统的示例性风扇阵列系统的框图。
图6是示出示例性电刷接地系统与传统轴电压缓解系统相比的性能的曲线图。
附图不一定按比例绘制。在合适的情况下,相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。
具体实施方式
在电机中经历感应的轴电压,并且通常在由变速驱动器驱动的三相电机中经历感应的轴电压。变速驱动器利用脉宽调制(PWM)技术来改变AC电机的速度,从而允许在以前曾使用较昂贵的DC电机的应用场合中使用较便宜的AC电机。使用具有变速驱动器的AC电机的缺点是,通过变速驱动器产生较高的共模电压(CMV),这增加了轴感应的电流。
电机轴上的电压使得电流通过轴承流到电机机架,然后流到地面。当电机运行时,轴承变得对电流具有更大的阻抗,导致在轴表面上积累电荷。在短时间内,CMV使电荷累积到高水平。当电荷超过最小电阻路径的阈值时——该最小电阻路径有时通过轴上的滚珠轴承——电能的瞬时爆发或放电沿着该路径通过。放电可导致沿路径的放电侵蚀(EDM),如果最小电阻路径通过轴承,则放电侵蚀会损坏轴承座圈的表面和轴承中的滚珠。电能爆发产生熔化坑,并且来自坑形成的颗粒停留在密封轴承内部。轴承中的熔融坑和颗粒材料都会干扰轴承的自由旋转,这会导致机械损坏和过早的轴承失效。
已经使用了许多缓解技术来试图克服这个问题。传统技术包括使用导电轴承润滑脂、使轴承绝缘,以及使用铜/磷电刷和法拉第屏蔽。另一种传统技术是使用弹簧施力的铜电刷将轴接地,该铜电刷向地面提供连续的电流。然而,铜电刷可能很快磨损,因此需要频繁、定期的维护和更换。
电机轴遭受腐蚀和生锈,这中断了传统轴接地装置的操作。传统的轴接地装置相比电机的寿命有迅速磨损的趋势。传统的轴接地装置易受轴腐蚀的影响,这可能由于中断从轴到地面的放电气路径而妨碍轴接地环的有效性。在轴上的腐蚀物累积以及电刷和轴之间的其他障碍物减少了电流流动,并导致在电刷和轴上,和/或电机轴承上或由电机驱动的附接设备中的齿轮或轴承等上的电能爆发。由于电刷和轴表面之间的交替出现的摩擦关系,弹簧施力的电刷也有振动的趋势。无论什么原因,电刷的振动都会导致不期望的火花和/或增加流过轴承和/或下游设备的电流。
其他传统方法包括使用汞旋转联接器,其除了包含汞之外,还在存在高电流和/或快速变化电压的情况下在触点处发生腐蚀,这导致电导率随着时间下降和/或在极端情况下导致汞泄漏。汞旋转联接器还需要昂贵且可能不可靠的密封机构,并且需要窄范围的可用温度。
传统微纤维电刷的阻抗通常足够低以用于轴承保护,但是信号的产生/断开性质和总电导率导致在某些环境(例如,接近AM带宽比接纳器)中来自连接的设备的高于理想的干扰和/或导致比数据传输应用可接受的电噪声更大的电噪声。在一些特别严格的应用中,例如但不限于电动车辆、军事通信等应用中,在安装用于电流缓解的常规微纤维电刷技术期间,本来容许程度的磨损产物或分散的污染物变得难以实现。其他传统技术包括对电刷使用碳块、铜线或其他导电材料。这些其他传统的导电刷受不可接受的中期可靠性和长期可靠性的影响(例如,对于某些产业来说,所需的维护时间间隔太短)。传统的导电刷产生大量的灰尘,这些灰尘被排放到周围环境中。在一些应用中,由导电刷释放的固有的、持续的磨损微粒是令人讨厌的。高频阻抗对于需要高频导电性的许多应用来说太高。对于传统导电电刷来说,克服对机械运动的阻力所需的功率比对于某些应用理想的功率更高。
所公开的示例性接地电刷系统缓解旋转轴中的电流,并且包括:被配置成邻近电机轴布置的电刷组件,该电刷组件具有导电细丝,该导电细丝被配置成当电刷组件邻近电机轴布置时与该电机轴电连接;以及包含基质液体和导电颗粒的导电涂层,其中导电涂层涂覆导电细丝的至少相应部分,以便在导电细丝和电机轴之间提供电气路径。
一些示例性接地电刷系统还包括安装到电机轴上的挡圈,其中导电细丝经由挡圈与电机轴电接触。在一些示例中,至少在挡圈与导电细丝之间的接触区域处用导电涂层涂覆挡圈。
在一些示例中,电机轴至少在电机轴与导电细丝之间的接触区域处涂覆有导电涂层。在一些示例性接地电刷系统中,导电颗粒包含粉末金属或碳中的至少一种。在一些示例中,基础液体包含油。在一些示例中,导电细丝包含碳纤维、镍、不锈钢或导电塑料中的至少一种。在一些示例中,这些导电细丝被配置成通过以下各项中的至少一项与该电机轴电连接:与该电机轴直接接触、经由轴肩挡圈、经由轴身、经由轴头,或经由齿轮箱轴。
在一些示例性接地电刷系统中,电刷组件被配置成安装在电机轴上,并且导电细丝被配置成从电机轴径向向外延伸。在一些示例中,基础液体包含苯基醚聚合物衍生的油。在一些示例中,导电涂层被配置成通过电机轴的旋转而分配到导电细丝的至少一部分。在一些示例性接地电刷系统中,电刷组件被配置成联接到电气接地点以在电机轴和电气接地点之间提供电气路径。
在一些示例中,电刷组件被配置成围绕电机轴安装,并且导电细丝被配置成朝向电机轴径向延伸。在一些示例性接地电刷系统中,电刷组件被配置成安装在电机轴附近,并且导电细丝被配置成朝向电机轴轴向延伸。在一些示例中,导电细丝和导电涂层被配置成至少在轴承的L-10寿命内防止由于与电机轴电连接的任何轴承的过量电流腐蚀而导致的故障。在一些示例中,导电细丝和导电涂层被配置成至少在轴承的L-10寿命内防止由于与电机轴电连接的任何轴承的电流泄漏腐蚀引起的失效。
一些公开的示例性接地电刷系统用于缓解旋转轴中的电流,并且包括多个导电细丝和导电涂层,该导电涂层被配置成从电机轴释放电压,以在与电机轴电连接的轴承的至少L-10寿命期间防止由于与电机轴电连接的任何轴承的电损坏而导致的失效。在一些示例中,导电细丝和导电涂层被配置成至少在轴承的L-10寿命内防止由于与电机轴电连接的任何轴承的过量电流腐蚀而导致的失效。在一些示例中,导电细丝和导电涂层被配置成至少在轴承的L-10寿命内防止由于与电机轴电连接的任何轴承的电流泄漏腐蚀引起的失效。
所公开的用于增进表面之间的电导率的示例装置包括:被配置成联接到接地基准的导电表面;包含苯基醚聚合物衍生的油并被施加到导电表面的基础油;以及由基础油携带的多个颗粒,该多个颗粒被配置成增加基础油的电导率,以在导电表面和拟经由导电表面接地的第二表面之间传导电流。
现在更具体地参考附图,特别地参考图1,接地电刷系统10靠着电机12的外壳面板14安装在电机12上。示例性接地电刷系统10耗散可能累积在电机12的轴16上的电荷。接地电刷系统10可以设置成各种不同的尺寸,用于不同类型的电机和不同直径的轴16上。接地电刷系统10还可以用在涡轮机、传送器的旋转轴上以及其他可能累积电荷的组件和结构上。所公开的示例的用途不限于电机,并且仅将电机12示出和描述为一种合适和有利的用途。
示例性接地电刷系统10包括轴肩挡圈20和电刷环组件22。示例性轴肩挡圈20安装在轴16上并围绕轴16。电刷环组件22经由安装板24固定到电机面板14。在一些示例中,轴肩挡圈20与轴16成一体,使得轴16包括轴肩挡圈20。如在本文所使用的,轴可以但不一定包括轴肩挡圈、轴身、轴头、齿轮箱轴,和/或与该轴建立电连接并且经受旋转运动的任何其他部件。也就是说,除非另有说明,否则与轴的电接触可包括以下任何电接触:直接与轴16电接触、与轴肩挡圈电接触、与轴身电接触、与轴头电接触、与齿轮箱轴电接触,和/或与与轴电连接并经受旋转运动的任何其他部件电接触,无论是与轴16成一体还是附接到轴16。
电刷环组件22总体围绕轴16,并且可操作地布置在轴16和安装板24之间,以直接或间接地通过电机12的接地使得在电机12运行期间累积在电机轴16上的静电荷和/或其他电荷耗散。
轴肩挡圈20可以增加接地电刷系统10用于缓解旋转表面上的电流的有效性。示例性挡圈20由高导电材料制成或涂覆有高导电材料,例如银、金、铜或镍。优选地,该材料既具有高导电性又对腐蚀和其他导电性劣化现象具有耐受性。可替代地,挡圈20可以由较便宜的导电材料构成和/或在挡圈20的外表面上在与电刷环组件22电相互作用的位置上涂覆有高导电和耐劣化材料。
如图2所示,示例性挡圈20包括锚环26和靠近锚环26的接触环28。接触环28包括设置在接触环28的外表面上的高导电材料(例如金、银、铜和镍)构成的高导电层30。示例性挡圈20的内径被配置成接合轴16的外表面。可替代地,挡圈20可以通过容纳在螺纹孔34中的定位螺钉32等固定到轴16。螺钉32在挡圈20和轴16之间建立亲密的电接触。在其他示例中,挡圈20可以是夹持在轴16上的两个或更多个区段,以提供挡圈20相对于轴16的直接电接触。在一些示例中,高导电层30可直接设置在旋转轴或其他待接地的移动部件的表面上。例如,可以使用导电油墨或涂料并直接涂覆到表面上。
示例性挡圈20固定到轴16上以在挡圈20和轴16之间建立传导。在改进的应用中,可以清洁轴16的表面以去除氧化物、污垢和/或其他限制传导的物质。通过在轴16和挡圈20之间建立的直接物理接触,在电机12的使用期间累积在轴16上的电荷,包括通过固定螺钉32,锚环26和接触环28,同样累积在层30中的电荷,从轴16传递到挡圈20。
虽然所展示的示例被图示为具有轴肩挡圈20,本文公开的示例也是参考轴16描述的,但应当理解,可以省略挡圈20或者可以将其视为轴16的一部分。换言之,接地电刷系统10可以经由一个或多个中间层和/或表面与轴16直接电接触和/或与轴16电接触。
如图3A所示,示例性电刷环组件22包括环形体40和设置在环形体40内的电刷组件42。环形体40包括外段44、内段46和基部48。外段44、内段46和基部48一起形成环形通道,电刷组件42设置在该环形通道中。示例性环形体40由导电材料制成,诸如包括但不限于铝、不锈钢、青铜和/或铜的金属,和/或导电塑料。
示例性电刷组件42包括多个单独的纤维状导电细丝50,其可以单独地布置在基本连续的环形环中,和/或布置在围绕轴16周向布置的多个细丝束中。在一些示例中,每根细丝50是由碳纤维、镍、不锈钢、导电塑料或任何其他导电纤维型细丝制成的精细的毛发状细丝。在一些这样的示例中,导电细丝50通常具有小于大约150微米的直径。导电细丝50可以具有在大约5微米到大约100微米范围内的直径。或者,导电细丝50可以是与轴16保持接触的较大的导电材料纤维。在一些示例中,导电细丝50,例如通过增材制造与环形体40成一体。
示例性导电细丝50通过锚固结构52固定在本体40内。示例性锚固结构52是导电的,并且可以是夹持结构的形式,例如在其间保持导电细丝50的板。或者,锚固结构52可以是诸如导电塑料、导电粘合剂等填充材料的导电体,用于将导电细丝50锚固在本体40中。导电细丝50的远端54的部分延伸超过锚固结构52的内表面56,并朝向轴16(相对于电刷组件和/或锚固结构52)径向向内地延伸超过外段44和内段46。在操作期间,薄的、重量轻的导电细丝50物理地接触轴16,用于从轴16直接转移电荷而没有显著的磨损。
在一些其他示例中,导电细丝50可以安装到轴16(或与轴16电连接的其他旋转表面)。在这样的示例中,导电细丝50从轴16径向向外和/或轴向延伸,以与联接到电气接地点(或其他适当的放电点)的外部导体电接触。在一些其他示例中,导电细丝50靠近轴16的端部(或与轴16电连接的其他旋转表面)安装,并且至少部分地沿轴16(或其他旋转表面)的轴向方向取向,以与轴16形成电接触。
示例性导电细丝50完全包围轴16并将轴电压引导到地面。在一些示例中,导电细丝50逐渐磨损以配合轴16和/或接触环28。当导电细丝50已磨损以配合轴16时,导电细丝50的磨损率显著降低,并且导电细丝通过导电涂层保持与电机轴16和/或接触环28的电接触。导电涂层防止或显著减少腐蚀并确保高导电轴表面有效地缓解轴电压。
示例性安装板24由导电材料,例如金属,包括但不限于铝、不锈钢、青铜和铜制成。安装板24也可以由导电塑料制成。在该示例中,环形体40通过夹具60和/或螺钉和/或螺栓62保持到安装板24。图3A的示例包括具有相关的螺钉62的三个夹具60。可以使用更多或更少的夹具60和相关的螺钉62,和/或也可以使用用于将环形体40固定到安装板24或抵靠安装板24固定的其他结构。在一些示例中,安装板24和环形体40可以制成或制造成单体。然而,将安装板24和环形体40保持为独立但彼此连接的结构允许拆卸以便维修。例如,可以通过释放夹具60而不使安装板24与电机12分离来移除环形体40。
示例性安装板24通过轴向延伸进入和/或穿过电机12的螺杆或螺栓64连接到电机12。螺栓64接纳在设置于安装板24中的细长槽66中。安装板24可相对于电机12可调节地定位和/或可用于不同直径的电机上,以接纳位于距轴16不同径向距离处的螺栓64。在所示示例中,示出了三个螺栓64和相关联的槽66。然而,可以提供不同配置的安装板24,以便适应电机12的不同尺寸和结构。
示例性导电细丝50涂覆有导电涂层58,该导电涂层58增进了导电细丝50用于将电流传导到轴上的益处。在图3A的示例中,导电涂层58包括基础流体和导电颗粒,它们被配置在一起以向导电涂层58提供高导电性,并且向来自旋转轴16的导电路径提供腐蚀保护。可用于实现导电涂层的示例性导电颗粒可包括粉末状金属,例如银、金或碳结构,和/或任何其他粉末、薄片、纤丝、短的高纵横比纤维等。可以使用的示例性流体包括油,导电颗粒可以悬浮(例如,基本上均匀悬浮)、混合和/或溶解在该油中。基础液体可以是油,诸如石油、植物油、动物油、硅酮和/或聚合物衍生的油。可用于实施基础液体的油的示例类包括苯基醚聚合物衍生的油,诸如5R4E聚苯醚。可以基于导电涂层58使用在的环境(例如,基于预期的和/或潜在的温度范围)选择基础油(例如,苯基醚聚合物衍生的油),在一些示例中,选择基础油5R4E聚苯基醚以防止导电涂层即便在升高的温度下也不会迁移离开界面。在一些示例中,选择基础油4R4E聚苯醚以适应轴接地装置中最小的电弧放电,同时在接地装置的使用寿命期间导电涂层的劣化最小。在一些示例中,导电颗粒大于0且小于或等于50体积%的导电涂层58,其余为基础油。在一些这样的示例中,导电颗粒占导电涂层58的10体积%-50体积%,而基础油构成剩余部分。在一些这样的示例中,导电颗粒占导电涂层58的10体积%-40体积%,而基础油构成剩余部分。
导电涂层58增进了接地电刷系统10的导电性、增加了接地电刷系统10的电流容量、降低了接地电刷系统10的有效阻抗,并且降低了从时例到时例以及随着时间的过去的阻抗可变性。另外,导电涂层58可以减少轴16处的腐蚀(例如,导致在挑战性环境中随着时间的过去导电性提高)、减少对导电性降低的敏感性,该导电性降低是源自随着时间的过去来自轴承润滑脂的微小污染,和/或减少或消除在正常操作条件下与电机轴10相关联的轴承、齿轮和/或其他移动部件中的电弧放电的可能性。示例性导电涂层58可以减少来自使用接地电刷系统10接地的装置的电磁干扰(EMI)辐射(例如,减少无线电干扰)、减少用于数据传输的噪声信号、增加导电细丝50通常已经相当长的机械寿命、减少使用中的阻抗可变性、与传统的接地系统相比大大延长了维护时间间隔之间的时间,和/或减少磨损颗粒发射。
如图3A所示,导电涂层58可以施加到整个导电细丝58上和/或沿着导电细丝58的一部分长度施加,如图3A的上半部所展示。附加地或可选地,导电涂层58可以施加到导电细丝50和轴16之间的界面(例如,施加到导电细丝的末端和/或直接施加到轴16),如图3A的下半部分所示。在一些示例中,导电涂层58被施加到导电细丝50和/或轴16、挡圈20和/或与轴16电连接的其他接触表面的一个或多个部分。然后,导电涂层58可以通过轴16的旋转(例如,通过移动导电细丝50和/或包含涂层的轴16的表面的一些部分以使其与其他导电细丝50和/或轴16的表面的所述部分接触和不接触)被分配到其他导电细丝50和/或轴16的表面。
电荷从轴16到细丝50的转移通过细丝50与轴16的接触直接发生,和/或经由导电涂层58在轴16和细丝50之间的传导间接发生。电荷可以从细丝50通过本体40和安装板24转移到电机12的外壳面板14和接地连接。因此,在可能发生电弧放电之前,累积在轴16上的电荷通过接地电刷系统10消散到地面。如本文所用,术语“接地”是指允许接地装置实现轴16与电机定子/机架之间的电压差的减小的任何电路路径。在所公开的示例中,接地为电机轴承和/或下游设备(例如齿轮、轴承等)提供有效的保护。
可以通过选择材料来优化层30和导电细丝50之间的关系以及它们的性能,所选的材料一起很好地起到物理接触和经由导电涂层58从轴16直接转移电荷的作用。当存在挡圈20时,即使轴16的露出表面随着时间的过去而腐蚀,挡圈20也建立并保持与轴16的良好电接触,并且挡圈20特别是层30的特性由于接地电刷系统10保持高水平的性能。
示例性导电细丝50和导电涂层58保护与轴16电连接的电机轴承在这种轴承的整个L-10寿命期间免受电损坏。例如,导电细丝50可以足够多,并且导电涂层58可以被配置成具有足够的导电性,以至少在轴承的L-10寿命内保护与轴16电连接的任何轴承免于如ISO15243:2017第5.4.2节中所定义的由于过量电流侵蚀而发生的失效,和/或免于如ISO15243:2017第5.4.3节中所定义的由于电流泄漏侵蚀而发生的失效。换句话说,示例性导电细丝50和导电涂层58可以基本上消除作为轴承失效成因的过量电流和/或电流泄漏腐蚀。轴承的L-10寿命是指该类型轴承的90%的个例将存活的服役小时数并且根据应用而变化。
虽然前面参照电机轴描述了所公开的示例,但是导电细丝50和导电涂层58也可以用于在滑环内进行电接触以进行电流传递。
图3B示出了另一个示例性轴接地系统60,包括施加在轴16和与轴16滑动接触的接地表面64之间的涂层62。示例性接地表面64电耦接到接地基准以提供放电。在一些示例中,接地表面64可以设置有涂层62,然后安装或定位成与电机轴16接触。
示例性涂层62可以类似于或等同于前面公开的示例性导电涂层58中的任一个(例如,基础流体和微粒的组合)。涂层62可以施加到轴16和/或与轴16滑动接触布置的接触表面64(例如,没有细丝50)。轴16和/或表面64的旋转可以将涂层62分配到表面64和轴16的滑动接触但未被涂覆的部分。
虽然示例表面64在图3B中示出为围绕轴16的环,但是在其他示例中,表面64在小于轴16的整个圆周处、在沿着轴16的长度的多个位置处,和/或在轴16的端部处接触轴16。如上所述,表面64和轴16之间的接触可包括与轴肩挡圈、轴身、轴头、齿轮箱轴和/或与轴16电连接并经受旋转运动的任何其他部件中的任一个接触。
示例性涂层62提供与图3A的接地电刷系统10相同或相似的优点和益处,包括:减小和/或消除VFD感应的轴电压;延长的电机轴承寿命;减少轴16的腐蚀、生锈、污染和/或氧化;减少的电磁干扰、射频干扰和/或信号噪声;和/或增加的维护时间间隔。
图4是图3A的电刷组件42的立体图。如图4所示,电刷组件42包括外段44、内段(不可见)、基部48和具有导电涂层58的导电细丝50。图4的示例性导电细丝50可以成组地或均匀地围绕基部48的内周缘68布置。导电涂层58可以施加到导电细丝50的接触末端,或者沿着导电细丝的长度均匀地施加。
示例性电刷组件42减小或消除VFD引起的轴电压的影响,同时缓解导电细丝50下面的轴腐蚀、生锈和/或污染的影响。导电细丝和导电涂层58保持高导电轴表面和显著低于轴承放电阈值的低轴电压(例如,在NEMA MG1部分31.4.4.3下10至40伏峰值)。
图5是包括图1-4的接地电刷系统的示例性风扇阵列系统500的框图。风扇阵列(或风扇壁)使用布置在平行气流路径中的多个较小的风扇轮。变频驱动器(VFD)用于控制直接驱动的增压风扇上的一个或多个电机,该增压风扇以阵列使用以在提供对温度、湿度和/或气流的控制的应用范围内提供冷却。VFD可以在由VFD控制的电机的轴上感应出寄生电压。感应出的电压可以通过电机轴承排放,从而导致点蚀(即,金属轴承表面中的微小熔化坑)、结霜(即,广泛点蚀)、成褶(即,轴承座圈上的类似冲浪板的脊状物)和/或完全轴承失效。
由于风扇阵列的严苛的温度和湿度环境,风扇阵列中使用的电机的轴遭受腐蚀和生锈,这中断了任何轴接地装置的操作。传统的轴接地系统仅提供有限的保护,并且会磨损或者很快地受到腐蚀的影响。传统的轴接地环易受到轴腐蚀的影响,这可能通过降低从轴到地面的放电气路径的导电性而妨碍轴接地环的有效性。
示例性风扇阵列系统500包括多个电机502、504、506、508,这些电机被配置成经由热交换器512向一个或多个体积510提供平行的气流路径。示例性电机502-508配备有在本文公开的图1-4的示例性电刷接地系统10。示例性电刷接地系统10使用导电涂层58和导电细丝50缓解电机502-508上的轴的腐蚀。在电机轴承的整个L-10寿命内,细丝提高了导电性并提供了对风扇阵列电机502-508的电损坏的有效保护。此外,通过保持高导电轴表面与导电细丝50接触以使得轴电压在导电性增强的轴接地环中放电而不是在电机502-508的轴承中放电,电刷接地系统10保护电机502-508的轴承免受放电影响。
除了包括具有示例性电刷接地系统的电机的风扇阵列之外,可以从提供具有示例性电刷接地系统的电机获益的其他系统包括:其他暖通空调(HVAC)系统;危险任务电机(例如,在使用国家电气规程(NEC)定义和/或国际同类规程的高达I类2分类环境的环境中使用的电动机);和/或电气敏感应用中的电机,在这类应用中电刷接地的目的是减少电磁干扰、射频干扰和/或信号噪声,例如使用无线电传输的电动车辆应用,例如雷达设备瞄准系统电机。附加地或可选地,所公开的示例性电刷接地系统可以增加电机(诸如风力涡轮机发电机中的电机)的维护时间间隔。
图6是示出示例性电刷接地系统10与传统轴电压缓解系统相比的性能的曲线图600。在风扇阵列应用中测试了四个示例性电刷接地系统,并且迹线602、604、606、608示出了对于配备有根据本公开的电刷接地系统的电机,在测试期间若干次测得的轴电压。迹线610示出了对于装备有传统电压缓解系统的电机以相同次数测得的轴电压。如图6所示,即使当传统系统失去电压缓解性能时,迹线602-608也表现出有效的轴电压缓解。
虽然前面参考电机轴描述了示例,但是所公开的示例性接地电刷系统可以用于其他应用。
如本文所用,“和/或”是指列表中通过“和/或”连接的任何一个或多个项目。例如,“x和/或y”表示三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说,“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例,“x、y和/或z”表示七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说,“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用,术语“示例性”意指充当非限制性示例,示例或说明。如本文所用,术语“例如”和“比如”列出了一个或多个非限制性实施例、实例或说明。
虽然已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统,但是本领域技术人员应当理解,在不脱离本公开的范围的情况下,可以进行各种改变并且可以用等效物替代。此外,在不脱离本公开的范围的情况下,可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。例如,可以组合、划分、重新安排和/或以其他方式修改所公开示例的系统、块和/或其他部件。因此,本方法和/或系统不限于所公开的具体实施方式。相反,本方法和/或系统将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式,无论是字面上的还是在等同原则下的。

Claims (20)

1.一种用于缓解旋转轴中的电流的接地电刷系统,所述接地电刷系统包含:
电刷组件,被配置成邻近电机轴布置,所述电刷组件具有多个导电细丝,所述导电细丝被配置成当所述电刷组件邻近所述电机轴布置时与所述电机轴电连接;以及
导电涂层,包含基础液体和导电颗粒,其中所述导电涂层覆盖所述导电细丝的至少相应部分以便在所述导电细丝与所述电机轴之间提供电气路径。
2.如权利要求1所述的接地电刷系统,进一步包含安装到所述电机轴上的挡圈,其中所述导电细丝经由所述挡圈与所述电机轴电接触。
3.如权利要求2所述的接地电刷系统,其中所述挡圈至少在所述挡圈与所述导电细丝之间的接触区域处涂覆有所述导电涂层。
4.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述电机轴至少在所述电机轴与所述导电细丝之间的接触区域处涂覆有所述导电涂层。
5.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电颗粒包含粉末状金属或碳中的至少一种。
6.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述基础液体包含油。
7.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝包含碳纤维、镍、不锈钢或导电塑料中的至少一种。
8.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝被配置成通过以下各种方式中的至少一种与所述电机轴电连接:与所述电机轴直接接触、经由轴肩挡圈、经由轴身、经由轴头或经由齿轮箱。
9.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述电刷组件被配置成安装在所述电机轴上,并且所述导电细丝被配置成从所述电机轴径向向外延伸。
10.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述基础液体包含苯基醚聚合物衍生的油。
11.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电涂层被配置成通过所述电机轴的旋转而分配到所述导电细丝的至少一部分上。
12.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述电刷组件被配置成联接到电气接地点以在所述电机轴与电气接地点之间提供电气路径。
13.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述电刷组件被配置成围绕所述电机轴安装,并且所述导电细丝被配置成朝向所述电机轴径向延伸。
14.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述电刷组件被配置成安装在所述电机轴附近,并且所述导电细丝被配置成朝向所述电机轴轴向延伸。
15.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝和所述导电涂层被配置成至少在所述轴承的L-10寿命内防止由于与所述电机轴电连接的任何轴承的过量电流侵蚀而导致的失效。
16.如权利要求1所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝和所述导电涂层被配置成至少在所述轴承的L-10寿命内防止由于与所述电机轴电连接的任何轴承的电流泄漏侵蚀而导致的失效。
17.一种用于缓解旋转轴中的电流的接地电刷系统,所述接地电刷系统包含多个导电细丝和导电涂层,所述导电细丝和导电涂层被配置成从电机轴释放电压,以在与所述电机轴电连接的所述轴承的所述至少L-10寿命期间防止由于与所述电机轴电连接的任何轴承的电损坏而导致的失效。
18.如权利要求17所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝和所述导电涂层被配置成在至少所述轴承的所述L-10寿命内防止由于与所述电机轴电连接的任何轴承的过量电流侵蚀而导致的失效。
19.如权利要求17所述的接地电刷系统,其中所述导电细丝和所述导电涂层被配置成在至少所述轴承的L-10寿命内防止由于与所述电机轴电连接的任何轴承的电流泄漏侵蚀而导致的失效。
20.一种增进表面之间的导电性的设备,所述设备包含:
被配置成联接到接地基准的导电表面;
包含苯基醚聚合物衍生的油并被施加到所述导电表面的基础油;以及
由所述基础油携带的多个颗粒,所述多个颗粒被配置成增加所述基础油的电导率以在所述导电表面和将经由所述导电表面接地的第二表面之间传导电流。
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