CN113169498A - 用于监测电机的一个以上组件的状态的系统和方法 - Google Patents

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CN113169498A CN201980079215.8A CN201980079215A CN113169498A CN 113169498 A CN113169498 A CN 113169498A CN 201980079215 A CN201980079215 A CN 201980079215A CN 113169498 A CN113169498 A CN 113169498A
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Abstract

公开了电机的示例刷架组件。电机的示例刷架组件包括碳刷，该碳刷包括上表面和与上表面相对的下表面。刷架组件还包括一根以上的导线，其在所述上表面的插入点处延伸出所述碳刷,以及从所述上表面延伸到所述碳刷中的第一空腔，其位置与所述一根以上的导线的插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍。

Description

用于监测电机的一个以上组件的状态的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求于2019年6月25日提交的第62/866,176号美国临时申请和于2018年10月4日提交的第62/741,152号美国临时申请的优先权权益，上述申请的全部内容通过引用并入此文。
技术领域
本公开总体上涉及用于监测可以在电气设备和/或滑环组件中使用的刷子和刷架组件的监测系统。更具体地，本公开涉及使用传感器来监测刷架组件中的刷子的磨损和/或电子设备的滑环的状况的监测装置、组件、系统以及方法。
背景技术
电气设备中的刷子的目的是将电流从固定触点传递到移动触点表面，反之亦然。刷子和刷架可用于电气设备，例如发电机、电动机和/或滑环组件，或滑动连接应用，例如旋转机器(如旋转吊车或在单轨铁路上的线性滑动连接)上的滑环组件。许多电气设备中的刷子是由导电材料(例如石墨、碳石墨、电石墨、金属石墨等)制成的块或其他结构，其适于与一个或多个导电表面接触以通过电流。导电导线或分路器从刷子延伸，以提供从另一导电构件到刷子和/或从刷子到另一导电构件的电通路。
在一些设计中，在操作过程中，刷子箱式刷架或其他类型的刷架可用于支撑与电气设备的移动接触表面接触的刷子。可以将刷子和刷子箱设计成使得刷子可以在刷子箱内滑动，以提供刷子和刷子接触的移动接触表面之间的连续接触。在操作期间，可能发生异常和/或阈值状况，这可能指示可能需要更换电气设备的一个或多个组件，可能需要检查或关注电气设备的一个或多个组件和/或可能需要进行维护。例如，异常和/或阈值条件可能表示可能需要更换刷子、刷架、弹簧、分流器、换向器、集电环和/或其他组件中的一个或多个，可能需要检查刷子、刷架、弹簧、分流器、换向器、集电环和/或其他组件中的一个或多个，并且/或者可能需要进行维护。监测电气设备中的一个或多个组件以便观察异常和/或阈值条件的发生将是有利的。此外，将异常和/或阈值状况的发生警告给操作员和/或技术人员和/或安排技术人员干预将是有利的。
发明内容
本公开涉及使用传感器来监测刷架组件中的刷子的磨损和/或电气设备的滑环的状况的监测装置、组件、系统和方法。
电机的示例刷架组件包括碳刷，该碳刷包括上表面和与上表面相对的下表面。刷架组件还包括一根以上的导线，其在所述上表面的插入点处延伸出所述碳刷,以及从所述上表面延伸到所述碳刷中的第一空腔，其位置与所述一根以上的导线的插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍。
替代地或另外地，还包括联接至碳刷的间隔件，该间隔件包括构造成可释放地接合在第一空腔内的第一突起。
替代地或另外地，还包括联接至间隔件的磨损状态监测器，其中，磨损状态监测器设计为在磨损状态监测器旋转时测量磨损状态监测器的角位移。
替代地或另外地，其中，所述碳刷还包括从上表面到下表面测量的长度，其中，随着碳刷的下表面在使用过程中磨损，该长度从初始长度减小，并且其中，测得的磨损状态监测器的角位移与碳刷长度的减少相关联。
替代地或另外地，其中第一突起在碳刷的第一空腔中的接合构造成将间隔件与碳刷保持固定的关系。
替代地或另外地，其中，第一突起远离间隔件的底表面延伸。
替代地或另外地，其中第一空腔包括沿着碳刷的上表面延伸的通道，并且其中第一突起构造成与该通道配合并插入到该通道中。
替代地或另外地，其中第一空腔包括第一锥形表面，并且其中第一突起包括第二锥形表面，第二锥形表面设计成与第一空腔的第一锥形表面配合。
替代地或另外地，其中碳刷还包括第二空腔，该第二空腔从所述上表面延伸到所述碳刷中，其位置与所述一根以上的导线的所述插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍，其中第二空腔与第一空腔间隔开。
替代地或另外地，其中，间隔件还包括第二突起，该第二突起构造成可释放地接合在第二空腔内。
替代地或另外地，其中第一突起和第二突起设计为同时接合碳刷，并且其中第一突起和第二突起与碳刷的第一空腔和第二空腔的接合构造成将隔离件与碳刷保持为固定关系。
替代地或另外地，其中第一突起和第二突起都远离间隔件的底表面延伸。
替代地或另外地，其中第一突起和第二突起两者的形状设计成与第一空腔和第二空腔配合。
用于监测碳刷的磨损状态的另一示例系统包括刷架组件。刷架组件包括碳刷，该碳刷包括上表面、与上表面相对的下表面以及从上表面到下表面测量的长度，其中该长度随着碳刷的下表面在使用过程中磨损从初始长度减小。刷架组件还包括具有第一端和第二端以及盘绕部分的弹簧。此外，刷架组件包括位于弹簧的盘绕部分内的磨损状态监测器，该磨损状态监测器包括传感器，其中该传感器配置为随着磨损状态监测器旋转而测量磨损状态监测器的角位移。另外，刷子组件还包括位于弹簧的盘绕部分和碳刷的上表面之间的间隔件，该间隔件包括远离间隔件的底面延伸的第一突起，其中，碳刷包括从上表面延伸到碳刷中的第一空腔，并且其中第一空腔在其中接收第一突起。
替代地或另外地，进一步包括具有第一端和第二端的导线，所述第二端远离所述第一端延伸，其中所述第一端在所述碳刷所述上表面处的插入点处延伸到所述碳刷中，并与所述第一空腔间隔开。
替代地或另外地，其中第一突起在第一空腔内的接合构造成将间隔件与碳刷保持固定的关系。
替代地或另外地，其中，测得的磨损状态监测器的角位移与碳刷的长度的减小量相关。
替代地或另外地，其中第一空腔包括沿着碳刷的上表面延伸的通道，并且其中第一突起构造成与该通道配合并插入到该通道中。
替代地或另外地，其中第一空腔包括锥形表面，并且其中第一突起包括设计成与第一空腔的锥形表面配合的锥形表面。
替代地或另外地，其中碳刷进一步包括第二空腔，该第二空腔从碳刷的上表面延伸到碳刷中，其中第二空腔与第一空腔间隔开。
替代地或另外地，其中，间隔件还包括延伸到第二空腔中的第二突起。
替代地或另外地，其中第一突起和第二突起设计为同时接合碳刷，并且其中第一突起和第二突起与碳刷的接合构造成将间隔件与碳刷保持固定关系。
替代地或另外地，其中第一突起和第二突起都远离间隔件的底表面延伸。
替代地或另外地，其中，当第一和第二突起位于第一和第二空腔中时，间隔件的底表面与碳刷的上表面并置。
用于电气设备的刷架组件的另一示例组件包括：碳刷，其包括上表面、与上表面相对的下表面以及从所述上表面到所述下表面测得的长度。该刷子组件还包括一根以上的导线，其在上表面上的插入点处延伸出所述碳刷，以及第一空腔和第二空腔，其从所述上表面延伸到所述碳刷中，其位置与所述一根以上的导线的所述插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍。此外，刷子组件包括间隔件，其具有从间隔件的下表面延伸的第一和第二突起，所述第一和第二突起构构造成当所述间隔件的所述下表面与所述碳刷的所述上表面并置时插入所述第一和第二空腔中。
一些实施例、方面和/或示例的以上概述并非旨在描述本公开的每个实施例或每个实施方式。以下的附图和详细描述更具体地举例说明了这些实施例。
附图说明
结合附图考虑以下各实施例的详细描述，可以更全面地理解本公开的各个方面，其中：
图1示出了邻近电机的部件定位的示例性刷子监测系统的示意图；
图2示出了示例磨损状态监测器和弹簧，它们邻近刷子上的间隔件定位；
图3示出了图2中所示的磨损状态监测器部件和相关弹簧的分解图；
图4A是示例性碳刷的立体图；
图4B是图4A的碳刷的俯视图；
图4C是图4A的碳刷的仰视图；
图4D是图4A的碳刷的前视图；
图4E是图4A的碳刷的后视图；
图4F是图4A的碳刷的侧视图；
图4G是图4A的碳刷与图4F中所示一侧相对的侧视图；
图5示出了图3中所示的磨损状态监测器的间隔件与图4A所示的碳刷对准；
图6示出了与另一示例碳刷对准的另一示例间隔件；
图7示出了图6中所示的间隔件和碳刷的立体图；
图8示出了与另一示例碳刷对准的另一示例间隔件；
图9示出了图8中所示的间隔件和碳刷的立体图；
图10示出了与另一示例碳刷对准的另一示例间隔件；
图11示出了图10中所示的间隔件和碳刷的立体图；
图12示出了图3所示的磨损状态监测器和弹簧的端视图；
图13示出了图3所示的磨损状态监测器和弹簧的侧视图；
图14示出了图3中所示的磨损状态监测器的分解图；
图15和图16示出了处于第一磨损状态和第二磨损状态的示例性刷架组件的侧视图。
尽管本公开的各个方面可以进行各种修改和替代形式，但是其细节已经通过示例在附图中示出并且将被详细描述。然而，应当理解，其意图不是将本公开的各个方面限于所描述的特定实施例。相反，其意图是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书的其他地方给出了不同的定义，否则应采用这些定义。
不论是否明确指出，本文中所有数值均假定被术语“约”修饰。术语“约”通常是指本领域技术人员将认为等同于所述值的数字范围(即，具有相同的功能或结果)。在许多情况下，术语“大约”可以指示为包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。
端点对数值范围的引用包括该范围内的所有数字(例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
尽管公开了与各种组件、特征和/或规格有关的一些合适的尺寸，范围和/或值，但是本公开内容引起本领域的技术人员将理解，期望的尺寸、范围和/或值可能与那些明确披露的有所不同。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数个对象，除非内容另外明确指出。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”通常以包括“和/或”的意义使用，除非内容另外明确指出。
应当参考附图来阅读以下详细描述，在附图中，不同附图中的相似元件被编号相同。不一定按比例绘制的详细描述和附图描绘了示例性实施例，并且不旨在限制本公开的范围。所描绘的说明性实施例仅旨在作为示例。除非明确相反地指出，否则任何说明性实施例的选定特征都可以并入另外的实施例中。
图1示出了示例性刷子监测系统100，其可以包括刷架组件110、现场监测器120和/或包括远程监测设备150、160的远程监测现场140。在一些情况下，刷架组件110可以基本上类似于如标题为“刷架装置、刷子组件和方法”的美国专利No.7,034,430中所述的刷架组件，该专利的全部内容通过引用合并于此。然而，说明性的刷子监测系统100可以修改成各种刷架组件配置中的任何一种。因此，意图是说明性刷子监测系统100可以与诸如工业发电机的电气设备的任何期望的刷架组件配置结合使用。例如，说明性的刷子监测系统100可以与在美国专利No.6,731,042；5,753,992；5,621,262；5,463,264；5,397,952和5,256,925中公开的刷架组件、刷架和/或刷子一起使用，上述每一个专利都通过引用并入本文。
图1示出了刷子24，其包括第一端面34和第二端面35以及在它们之间延伸的长度刷子。第二端面35可以与电机的旋转部件15(例如，集电环、滑环或换向器)的导电表面12电接触，并从其传导电流。进一步地，图1示出，在一些示例中，刷子24的一侧或多侧可以被刷架22(例如，刷子箱)围绕，其中，刷架22可以包括用于引导刷子24朝着旋转部件15的导电表面12线性或纵向运动的多个引导表面。换句话说，当刷子24磨损时，刷子24可以在由刷架22的多个引导表面限定的孔内线性移动。在一些实施例中，可以想到的是，刷架22可以不采取盒子的形式，而是可以包括一个或多个引导表面，例如通道、柱或列，其邻接和/或包围刷子24的一个或多个侧面和/或延伸进入或穿过刷子24或其一部分，以引导刷子24的线性或纵向运动。
图1进一步示出了刷架22可以被固定到安装梁26，该安装梁26构造成并且适于被安装到另一结构，诸如安装块70。刷架组件110可以构造成使刷子24与导电表面12(例如电机的旋转部件15的表面)接触。刷子24可从刷架22的下边缘延伸，使得刷子24的第二端面35与导电表面12接合。安装梁26可包括偏心接合机构、用于滑动接合的开槽或沟槽接合机构，或用于容易地将刷子24与导电表面12接合和脱离的其他机构。在其他实施例中，刷架组件110可以包括刷架22，刷架22刚性地安装到保持刷架22固定的另一结构，或者以任何期望的布置安装到另一结构。刷架刷架例如，在一些实施例中，刷架22可以用螺栓连接或焊接到固定结构上。在美国专利第6,731,042号、5,753,992号、5,621,262号、5,463,264号、5,397,952号和5,256,925号中公开了一些这样的刷架，所述专利通过引用并入本文。
如图1所示，安装梁26可包括彼此铰接或枢转地联接的上梁构件27和下梁构件28。当上梁构件27和下梁构件28彼此对准时(例如，上梁构件27的纵向轴线与下梁构件28的纵向轴线平行)，可以将刷架22视为处于接合或锁定位置，使得刷子24可以与导电表面12邻接或接触。当上梁构件27从下梁构件28倾斜时(例如，上梁构件27的纵向轴线倾斜于下梁构件28的纵向轴线)，可以将刷架22视为处于脱开或解锁位置，以使刷子24可以与导电表面12不相邻、间隔开，或以其他方式不与其直接电接触。在操作期间，安装梁26可以可移除地联接到安装块70。在一些实施例中，安装梁26可以与安装块70可滑动地接合、互锁或以其他方式可移除地联接。安装块70可以与保持该安装块70相对于例如导电表面12固定(即，与导电表面12具有固定距离)的另一结构联接、固定、或以其他方式从其延伸。
在一些实施例中，可以将手柄21附接到刷架22，以促进刷子24与导电表面12的接合和脱离。例如，可以将手柄21附接到上梁构件27，以使手柄21的运动使得上梁构件27相对于下梁构件28致动(例如，枢转、滑动、释放)。手柄21可以是可移除的手柄，或者手柄21可以永久地附接到上梁构件27或刷架22的另一部分。
图1还示出了刷架组件110可以包括磨损状态监测器50和间隔件30。间隔件30可以附接到刷子24的第一端面34。另外，图1示出了磨损状态监测器50可以联接到弹簧29。在一些示例中，弹簧29的一部分可以绕着磨损状态监测器50的一部分盘绕，其中弹簧的细长部分从盘绕部分延伸。磨损状态监测器50、间隔件30和弹簧29的进一步详细讨论如下。
在一些示例中，磨损状态监测器50可以包括一个或多个传感器，其收集和/或测量与刷子24的“磨损状态”相对应的各种参数。例如，磨损状态监测器50可以包括一个或多个传感器，其测量和/或传达刷子24在与旋转部件15的导电表面12接触时磨损的程度。在一些示例中，传感器还可以例如测量刷架组件110(包括其各个部件)和/或刷子24的振动和/或温度，和/或流过刷子24的电流。
在一些情况下，磨损状态监测器50可以被定位成与弹簧29不同，与刷架组件110的部件的表面相邻。例如，磨损状态监测器50可以被定位在刷架22、下横梁构件28、上横梁构件27上或附近，和/或在刷架组件110的手柄21上或附近。在某些情况下，磨损状态监测器50可以永久地和/或可移除地结合到手柄21的一部分中或刷架组件110的其他部件中。在一些示例中，磨损状态监测器50可以没有弹簧29。
如上所述，在某些示例中，磨损状态监测器50可以邻近弹簧29的表面安装，或者以其他方式安装在弹簧29内，例如在弹簧29的盘绕部分内。弹簧29可以包括恒力弹簧，它向刷子24、磨损状态监测器50或刷子24和磨损状态监测器50提供张力，以使刷子24朝向旋转部件15的导电表面12偏置并且与其接触。换句话说，弹簧29可以包括盘绕的部分，该盘绕部分被设计为提供使刷子24与电机的旋转部件(例如滑环、换向器等)接合的力。
在一些示例中，弹簧29可以附接到刷架22和/或刷架组件110的安装梁26的一部分。在一些情况下，弹簧29的第一端32可以可移除地联接到刷架和/或安装梁26，其中弹簧29的细长部分沿着刷子24的侧面在刷子24和安装梁26之间延伸。因此，在一些实施例中，弹簧29的细长部分可以沿刷子24的一侧表面在刷子24和刷架组件110的安装梁26之间延伸直到弹簧29的位于刷子24的上表面34上方的盘绕部分。相反，弹簧29的第二端33可以位于弹簧29的盘绕部分的内部。
在一些情况下，磨损状态监测器50还可以包括一个或多个指示器55(例如，一个或多个发光二极管(LED)、扬声器或者LED和/或扬声器的组合)，用于将磨损状态信息传达给使用者。在某些情况下，磨损状态监测器50可能能够经由指示器55将关于刷子24和/或旋转部件15的磨损状态的信息传达给使用者。在某些情况下，磨损状态监测器50能够从诸如现场监测器120和/或位于相同现场或远程位置的编程设备之类的外部设备(例如，计算机150、平板电脑160、智能电话等)接收消息。消息可以包括命令，诸如用于发送关于刷子24和/或旋转部件15的磨损状态信息的命令，或用于修改由磨损状态监测器50使用的信息的命令。例如，使用者可能希望修改用于确定刷子24和/或旋转部件15的磨损状态信息的一个或多个阈值，和/或通过下载指令、表格等来对磨损状态监测器50进行重新编程。
如上所述，在一些示例中，磨损状态监测器50可以测量和/或收集关于刷子24的磨损状态的信息。特别地，磨损状态监测器50可以被设计为测量和收集关于刷子24的与导电表面12接触的第二端面35已经磨损程度的信息(即，刷子24的长度在一定时间内从其安装在刷架组件110中时的初始长度的减小量)。可以理解，当刷子24的第二端面保持与旋转部件15接触时，刷子24的第二端面35可能磨损，从而缩短了刷子24的总长度。
如上所述，弹簧29可以向刷子24施加力，该力沿由刷架22限定的孔线性地定向。此外，随着刷子24在刷架22内的长度减小，当磨损状态监测器50的旋转轴线随着刷子24朝旋转部件15的导电表面12线性平移而线性平移时，磨损状态监测器50可以在弹簧29的线圈内旋转。另外，传感器可以位于磨损状态监测器50内，并且可以测量和收集表示当将刷子24安装在刷架组件110中时磨损状态监测器50从其初始位置开始的(或者任何其他所需的持续时间的)旋转程度(例如，总角距离和/或总弧长)的数据。可以理解的是，由(位于磨损状态监测器50内的)传感器测得的旋转量可以等于、成比例或以其他方式表示刷子24在刷架22内平移(例如缩短)时的线性或纵向运动，并因此等于、成比例或以其他方式表示从其初始长度开始的刷子24的减小量。
在某些情况下，传感器可以将磨损状态监测器50的旋转与刷子24的磨损状态和/或导电表面12和/或旋转部件15的磨损状态相关联。由传感器测量的值(例如，磨损状态监测器50旋转量)可以对应于刷子24的第一端相对于旋转部件15的导电表面12的位置。在一些情况下，由传感器测量的值可以对应于刷子24的磨损在任何期望的时间间隔或刷子持续时间内获得的值。可以理解的是，该值(例如，磨损状态监测器50从其初始位置开始的旋转量)可以与一个或多个预定阈值进行比较，以确定刷子24的磨损状态和/或关于机器的其他诊断信息。
例如，在某些情况下，磨损状态监测器50(包括位于其中的传感器)可以被配置为监测刷子24的振动。刷子24的振动可能是由于电机的旋转部件15的一个或多个缺陷、磨损或其他变形引起的。例如，滑环可能变形或磨损不均匀，从而导致滑环的一个或多个部分不圆。当刷子24在旋转部件15旋转期间在一个或多个位置处遇到这些缺陷时，这些缺陷可能导致刷子24以与旋转速度和/或旋转部件15(例如，滑环、换向器等)的导电表面12上的缺陷数量相对应的速率振动。在一些示例中，磨损状态监测器50的瞬时角位移可以对应于和/或关联于电机的旋转部件15的振动或其他变形的阈值变化。如本文所使用的，“瞬时角位移”是指磨损状态监测器50的旋转方向以振动方式的瞬间变化。因此，在一些示例中，可以收集与磨损状态监测器50的瞬时角位移(其可以对应于振动的阈值变化)相对应的信息，并将其传输至现场监测器120，以确定刷子24是否正在经受过度的振动。
类似地，可以理解的是，位于磨损状态监测器50内的传感器(或单独的温度传感器)可以测量和收集与刷子24、电机的其他部件的温度和/或刷架组件110周围的环境空气温度相关的信息。此外，可以监测收集的温度值和/或将收集到的温度值与一个或多个预定温度阈值进行比较，由此温度阈值可以触发传感器向现场监测器120发送指示是否需要对电机的一个或多个组件进行检查和/或维护的信号。例如，在某些情况下，可以将温度阈值设置为在所测量的温度超过阈值温度(例如125摄氏度的阈值温度)时触发信号。换句话说，当温度传感器测量到的温度(例如，环境空气温度、电机的部件的温度等)大于125摄氏度时，其可以向现场监测器120发送信号，以向人员发出需要对电机的一个或多个组件执行检查和/或维护的警报。在其他情况下，例如，阈值温度可以例如被设置在100摄氏度至140摄氏度的范围内、在110摄氏度至130摄氏度的范围内或在120摄氏度至130摄氏度的范围内。
在一些情况下，现场监测器120可以定位在电机附近，以监测一个或多个刷架组件110的磨损状态和/或电机的滑环或其他旋转部件的磨损状态。现场监测器120能够监测刷架组件110的刷子24的磨损状态。在某些情况下，现场监测器120能够监测与一台或多台电机关联的两个或更多个刷架组件110的刷子24的运动。例如，现场监测器120可以通过通信链路115(例如无线链路)通信地联接到与特定电机相关联的一个或多个或数个磨损状态监测器50，例如刷架组件110的磨损状态监测器50。现场监测器120可以配置为接收处理过的数据和/或原始数据，该处理后的数据和/或原始数据提供了关于刷子24和/或旋转部件15的磨损状态的信息。例如，现场监测器120可以接收从传感器收到的数值的信息，该数值与磨损状态监测器50在刷子24被安装在电机上后的某个时间场合从其初始位置旋转的量相对应。刷子然而，在其他示例中，现场监测器120可以接收关于由传感器获得的值以及该值与一个或多个预定阈值之间的比较的信息。在一些情况下，通信链路115可以包括射频(RF)通信链路、基于音频的通信链路(例如，超声通信链路)，和/或光通信链路(例如，红外(IR)通信链路、可见光通信链路等)。在一些情况下，现场监测器120可以被配置为预测或确定刷子24的状况对未来的估计预测。
在一些示例中，磨损状态监测器50可被配置为使用预定时间表(例如，每小时或每小时一次、每天或每天一次、每周或每周一次、每周两次等)将与刷子24有关的磨损状态信息传达给现场监测器120。在一些示例中，磨损状态监测器50可响应于从现场监测器120和/或远程监测设备150、160接收到的命令而将关于刷子24和/或电机的旋转部件15的磨损状态信息提供给现场监测器120。另外，现场监测器120可以被编程为以预定间隔接收关于刷子24的磨损状态信息。在某些情况下，预定间隔可以固定为特定值(例如，每小时或每小时一次、每天或每天一次、每周或每周一次、每周两次)，在其他情况下，间隔可以在达到特定的磨损状态后进行更改。例如，现场监测器120可以被配置为以第一时间间隔(例如每天一次)从磨损状态监测器50接收磨损状态信息，直到一个或多个刷子24和/或旋转部件15达到接近更换磨损状态的磨损状态。此时，磨损状态监测器50可以以第二较短的时间间隔(例如每小时)从刷子24采样磨损状态信息。因此，可以将来自磨损状态监测器50的磨损状态信息以第一频率传送到现场监测器120，直到刷子24达到第一磨损状态为止，然后，可以将磨损状态信息以大于第一频率的第二频率传送到现场监测器120。
现场监测器120可以输出对刷子24的状况和/或预计状况的指示。在某些情况下，该指示可以被配置为警告操作员、技术人员和/或其他人员刷子24和/或旋转部件15充分磨损和/或需要更换，刷子24和/或旋转部件15损坏、故障已经发生或迫在眉睫，或者可能需要执行其他维护或检查。在一些实施例中，该指示可以用于安排维护或检查，派遣人员进行维护或检查，订购和/或安排更换刷子或其他部件的分配/交付，将维护人员和/或产品交付安排到指定位置，或安排其他通知和/或计划任务的执行。
刷子监测系统100还可用于识别和/或通知其他关键维护、刷架组件110的故障和/或其他异常状况。例如，可以通过刷子监测系统100的一个或多个部件来识别和/或评估可能指示需要执行电气设备的维护和/或中断运行的过度加热、电弧放电或过度振动的事件。磨损状态监测器50、现场监测器120和/或远程监测装置150、160可以执行适当的响应以响应于所识别的异常状况，以试图纠正异常状况。在某些情况下，操作者可以执行适当的响应以响应由刷子测系统100识别的异常状况，以试图纠正异常状况。
在某些情况下，现场监测器120可以通过无线链路125和/或有线链路127通信联接到网络130。现场监测器120能够将关于一个或多个刷子24的磨损状态的信息经由网络130和一个或多个有线137和/或无线135通信链接传递给在远程监测现场140的远程监测设备150、160。有线链路127、137和/或无线链路125、135通信链路可以被配置为使用一种或多种标准化通信协议(例如，以太网、以太网/IP、BACnet、Modbus、LonWorks等)或专有通信协议进行操作。远程监测系统的示例在标题为“用于监测电气设备的一个或多个组件的状况的监测系统和方法”的美国专利号7,705,744中、标题为“刷架组件监测装置、组件、系统和方法”的美国专利号8,618,943中，以及标题为“用于监测电机的一个或多个组件的状态的系统和方法”的美国专利号9,252,643中进行了描述，其全部内容通过引用并入本文。远程监测现场140可以包括一个或多个远程监测器，例如个人计算机160、工作站、便携式电脑、平板电脑150、智能电话等，用于收集数据和/或分析从一个或多个使用者网站接收的数据。
远程监测设备和/或现场监测器120可以被集成到用于刷架组件110的维护程序中，使得现场监测器120可以被配置为监测刷架组件110的一个或多个部件的至少一种状况。为此，远程监测器和/或现场监测器120可以被配置为识别特定机器或特定现场上的每个刷架组件110和/或存储每个刷架组件110和/或其组件的安装日期和任何维修日期，例如刷架组件110中刷子24的安装日期。在某些示例中，磨损状态监测器50(或刷架组件110的其他传感器)可以向现场监测器120输出信号，指示已去除和/或更换了刷子24或电机的其他部件，和/或指示已安装新的刷子24。组件更换信息可以由磨损状态监测器50、刷子组件110的一个或多个传感器和/或现场监测器120收集和监测。
在一些情况下，可以随时间监测从磨损状态监测器50接收的与刷架组件110相关联的一个或多个参数，以确定关于刷子24和/或电机的旋转部件15的趋势信息。例如，现场监测器120和/或远程监测器可以确定趋势信息，该趋势信息可以包括安装在特定的刷架组件110中的刷子24和/或在电机上的特定的安装位置的平均寿命。现场监测器120和/或远程监测器可以被配置为当刷子24和/或刷架组件110首次安装在电机上时存储关于刷子24的位置的信息。通过监测每次更换刷子24并在刷子保持器组件110中安装新的刷子24时刷子24的最终位置和/或更换日期以及初始位置和/或安装日期，可以收集关于旋转部件15的磨损状态的信息。例如，滑环或电机的其他旋转部件可具有初始外径测量值。随着时间的流逝，对于包括正常磨损的磨损和/或由于环境条件(例如，湿度、温度、包括磨料的污染物等)的磨损，可以测量和/或预测与旋转部件15的厚度和/或外径相关的磨损状态。在某些情况下，可以通过分析从一个或多个磨损状态监测器50接收的信息来获得预防措施，以改善刷子24和/或旋转部件15的寿命。例如，可以建议使用者调整电机附近空间的一个或多个环境条件，例如温度、湿度水平和/或污染物水平。
图2示出了图1所示的磨损状态监测器50、弹簧29和间隔件30，其位于碳刷24的上表面上方。图3示出了图2中如上所述的磨损状态监测器50、弹簧29和间隔件30的分解立体图。为了清楚起见，图3示出了磨损状态监测器50、弹簧29和间隔件30在与图1和图2中描述的方向相比旋转180度之后的情况。
如图2中所示，在一些示例中，磨损状态监测器50和弹簧29可以嵌套在间隔件30内，例如在间隔件30的凹入的座内。间隔件30可以定位在弹簧29的盘绕部分与碳刷24的上部或第一端面34之间。在一些情况下，间隔件30可以附接到碳刷24的第一端面34，使得间隔件30与碳刷24一起移动。
例如，如图3和图5所示，间隔件30可包括从间隔件30的底表面延伸的一个或多个突起38，所述突起38被设计成接合从刷子24的第一端面34(如图1和图4A所示)延伸到刷子24中的一个或多个空腔(例如，孔)39。如图5中的虚线所示，每个突起38可以延伸到位于刷子24的第一端面34内的相应的空腔39中。可以理解的是，每个突起38在它们各自的空腔39内的接合可以起到将间隔件30与刷子24保持为固定的关系。
此外，每个空腔39可与一根或多根导线62间隔开。例如，每根导线62可在沿着刷子24的第一端面34的插入点处从碳刷24的上表面34延伸到刷子24中。例如，导线62的端部可以固定在刷子24的孔内。如图3和图5所示，空腔39可与导线62的插入位置间隔开(沿刷子24的上表面34)。因此，空腔39与导线62的端部不同并且不打算在其中接收导线62的端部。图4A是进一步示出了延伸到刷子24中的空腔39的位置和布置的立体图，图4B-4G示出了刷子24的另外的视图。
此外，可以理解的是，图3和图5中所示的突起38可以允许将间隔件30可释放地附接到刷子24。换句话说，将突起38插入到空腔39中可以将间隔件30附接到刷子24，其中间隔件30的底表面与刷子24的上表面34并置。然而，如上所述，间隔件30(包括每个突起38)可以在附接至刷子24之后从刷子24移除。换句话说，突起38可被设计成通过相对于刷子24手动操作间隔件30而插入(例如，滑入)或从其相应的空腔39中移除(例如，滑出)，而不会损坏间隔件30或刷子24中的任何一个，和/或不破坏其间的粘合剂结合或其他界面。在某些情况下，突起38在插入时可与空腔39的侧壁摩擦接合，但是在施加到间隔件30上的手动拔出力的作用下，突起38可轻易地从其上移出，而不会损坏间隔件30或刷子24。
另外，图3和图5示出了每个突起38可以包括可以被设计成与每个空腔39的形状匹配的特定形状。例如，突起38和空腔39都可以包括几何截面形状(例如，正方形、五边形、六边形等)，从而使每个突起38紧密地装配在其配合的空腔39内。
图6和图7分别示出了另一个示例性间隔件130和刷子124(包括导线162)的正视图和立体图。可以理解，间隔件130、刷子124和导线162(附接到刷子124的第一端面134)在形式和功能上可以与上述间隔件30、刷子24和导线62相似。
类似于上述，间隔件130可包括从间隔件130的底表面延伸的一个或多个突起138，其被设计成接合从刷子124的第一端面134(如图6和图7中所示)延伸到刷子124中的空腔(例如，孔)139。如图6中的虚线所示，每个突起138可以延伸到位于刷子124的第一端面134内的相应的空腔139中。可以理解的是，每个突起138在它们各自的空腔139内的接合可以起到将间隔件130和刷子124保持为固定的关系。
此外，每个空腔139可与一根或多根导线162间隔开。例如，每根导线162可在沿着刷子124的第一端面134的插入点处从碳刷124的上表面134延伸到刷子124中。例如，导线162的端部可以固定在刷子124的孔内。如图6和图7所示，空腔139可与导线162的插入位置间隔开(沿刷子124的上表面134)。因此，空腔139与导线162的端部不同并且不打算在其中接收导线162的端部。此外，可以理解的是，图6和图7所示的突起138可以允许间隔件130可释放地附接到刷子124。换句话说，将突起138插入到空腔139中可以将间隔件130附接到刷子124，其中间隔件130的底表面与刷子124的上表面134并置。然而，如上所述，间隔件130(包括每个突起138)可以在附接至刷子124之后从刷子124移除。换句话说，突起138可以被设计成通过相对于刷子124手动地操纵间隔件130而插入(例如，滑入)或从其相应的空腔139中移除(例如，滑出)，而不会损坏间隔件130或刷子124中的任何一个，和/或不破坏它们之间的粘合剂结合或其他界面。在一些情况下，突起138在插入空腔139的侧壁时可以与空腔139的侧壁摩擦接合，但是在施加到间隔件130上的手动拔出力的作用下，突起138可以很容易地从其中移除，而不会损坏间隔件130或刷子124。
另外，图6和7示出了每个突起138可以包括可以被设计为与每个腔139的形状匹配的特定形状。例如,图6和图7所示的每个突起138通常可以成形为例如圆锥形或截头圆锥形的“圆锥”形(由此，锥形突起138远离间隔件130的底表面延伸)。如图6和图7所示，每个突起138可以沿着间隔件130的底表面更宽并且逐渐变细到较窄的尖端。同样，每个空腔139可以是大体上圆锥形的或截头圆锥形的，其中在上表面134处具有较大的横截面，朝着刷子124内的空腔139的底部逐渐变细到较小的横截面。大致为锥形的突起138可以允许每个突起138紧密地装配在其配合的空腔139内。
图8和图9分别示出了另一个示例性间隔件230和刷子224(包括导线262)的正视图和立体图。可以理解，间隔件230、刷子224和导线262(附接到刷子224的第一端面234)在形式和功能上可以与上述间隔件30、刷子24和导线62相似。
类似于上文所述，间隔件230可包括从间隔件230的底表面延伸的突起238，该突起238被设计成接合从刷子224的第一端面234(如图8和图9所示)延伸到刷子224中的空腔(例如，通道)239。如图8中的虚线所示，突起238可以延伸到位于刷子224的第一端面234内的相应空腔239中。可以理解的是，突起238在其各自的空腔239内的接合可以起到将间隔件230与刷子224保持为固定的关系。
此外，腔239可与一根或多根导线262间隔开。例如，每根导线262可在沿着碳刷224的第一端面234的插入点处从碳刷224的上表面234延伸到刷子224中。例如，导线262的端部可以固定在刷子224的孔内。如图8和图9所示，空腔239可与导线262的插入位置间隔开(沿刷子224的上表面234)。因此，空腔239与导线262的端部不同并且不打算在其中接收导线262的端部。
此外，可以理解的是，图8和图9中所示的突起238可以允许间隔件230可释放地附接到刷子224。换句话说，将突起238插入空腔239中可以将间隔件230附接到刷子224，其中间隔件230的底表面与刷子224的上表面234并置。然而，如上所述，间隔件230(包括突起238)可以在附接至刷子224之后从刷子224移除。换句话说，突起238可以被设计为通过相对于刷子224的手动操作间隔件230而插入(例如滑入)或从空腔239中移出(例如滑出)，而不会损坏间隔件230或刷子224中的任何一个，和/或不破坏它们之间的粘合剂或其他界面。在一些情况下，突起238在插入空腔239的侧壁时可以与空腔239的侧壁摩擦接合，但是在施加于间隔件230的手动拔出力的作用下，突起238可以很容易地从其上移出，而不损坏间隔件230或刷子224。
另外，图8和图9示出了突起238可以包括可以设计成与空腔239的形状匹配的特定形状。例如，图8和图9的突起238通常可以形成为横跨和远离间隔件130的底表面延伸的“脊”。如图8和图9所示，突起238可以类似于从刷子224的前表面延伸到刷子224的后表面的矩形脊。脊238可以被设计为紧密地装配在与其配合的通道239内。
图10和图11分别示出了另一示例性间隔件330和刷子324(包括导线362)的正视图和立体图。可以理解，间隔件330、刷子324和导线362(附接到刷子324的第一端面334)在形式和功能上可以与上述间隔件30、刷子24和导线62相似。
类似于以上所述，间隔件330可包括从间隔件330的底表面延伸的突起338，该突起338设计成与从刷子324的第一端面334(如图10和图11所示)延伸到刷子324中的空腔339接合。如图10中的虚线所示，突起338可以延伸到位于刷子324的第一端面334内的相应的空腔339中。可以理解的是，突起338在其各自的空腔339内的接合可以起到将间隔件330与刷子324保持为固定的关系。
此外，空腔339可与一根或多根导线362间隔开。例如，每根导线362可在沿着碳刷324的第一端面334的插入点处从碳刷324的上表面334延伸到碳刷324中。例如，导线362的端部可以固定在刷子324的孔内。如图10和图11所示，空腔339可以与导线362的插入位置间隔开(沿刷子324的上表面334)。因此，空腔339与导线362的端部不同并且不打算在其中接收导线362的端部。
此外，可以理解的是，图10和图11中所示的突起338可以允许间隔件330可释放地附接到刷子324。换句话说，将突起338插入空腔339中可以将间隔件330附接到刷子324，其中间隔件330的底表面与刷子324的上表面334并置。然而，如上所述，间隔件330(包括突起338)可以在附接至刷子324之后从刷子324移除。换句话说，突起338可以被设计为通过相对于刷子324手动操作间隔件330而插入(例如，滑入)或从空腔339中去除(例如，滑出)，而不损坏间隔件330或刷子324中的任何一个，和/或不破坏它们之间的粘合剂或其他界面。在一些情况下，突起338在插入空腔339的侧壁时可以与空腔339的侧壁摩擦接合，但是在施加到间隔件330的手动拔出力的作用下，可以很容易地将突起338从空腔339中移除，而不会损坏间隔件330或刷子324。
另外，图10和图11示出了突起338可以包括可以被设计为与空腔339的形状匹配的特定形状。例如，图10和图11中所示的突起338可包括一个或多个锥形侧面，该锥形侧面远离间隔件330的底面延伸。当配合接合在其中时，突起338的锥形侧面可与空腔339的锥形侧面并置。突起338可以被设计成紧密地装配在其与其配合的空腔339内。
磨损状态监测器50可包括第一端部区域40、第二端部区域42和在其间延伸的中间区域43(见图3和图12)。中间区域43可以是大体上圆柱形的，或设计成便于集成到刷架组件110或刷架组件110内的其他安装位置中的其他类似形状。在某些情况下，中间区域43可以具有圆柱形的圆周表面。第一端部区域40和第二端部区域42中的每一个可以从中间区域43的圆周表面径向向外延伸，从而形成凹槽或凹陷区域(在图3和图12中进一步示出)，其中弹簧29的盘绕部分可位于第一端部区域40和第二端部区域42之间。
如上所述，磨损状态监测器50的中间部分43可以被设计成被捕获在弹簧29的盘绕部分内。换句话说，弹簧29的一部分(即，盘绕部分)可以盘绕(例如，缠绕)在磨损状态监测器50的中间区域43上。如图12所示，第一端部区域40和第二端部区域42可在弹簧29的盘绕部分的相对侧上提供肩部，以确保弹簧29不会滑出在第一端部区域40和第二端部区域40之间限定的凹槽。可以理解的是，第一端部区域40和/或第二端部区域42可以是可移除的或以其他方式可配置的，以允许将磨损状态监测器50安装在不同尺寸的弹簧的盘绕部分内。例如，可移除和/或可配置的第一端部区域40和/或第二端部区域42可允许将磨损状态监测器50安装在具有第一宽度和第一盘绕直径的弹簧和/或具有第二不同宽度和/或第二不同盘绕直径的弹簧的盘绕部分内。
如上所述，传感器可以定位在磨损状态监测器50内，并且可以测量和收集表示磨损状态监测器50的当前旋转位置的数据，该数据可以用于确定磨损状态监测器50从其初始位置开始的旋转程度(例如，总角距离和/或总弧长)，由此传感器(位于磨损状态监测器50内)测得的旋转量可以等于、成比例或以其他方式表示刷子24(如图1所示)在刷架22(如图1所示)内平移(例如缩短)时的线性或纵向运动。特别地，位于磨损状态监测器50内的传感器可以被设计成检测传感器相对于与传感器相邻定位的永磁体的绝对角位置。例如，图2示出了磁体14，磁体14附接到间隔件30，或者以其他方式结合到间隔件30中。尽管图2示出了磁体14与磨损状态监测器50的中心轴线大致对准，但是可以预期，磁体14可以沿着磨损状态监测器50的其他部分和/或沿着刷架组件110的其他元件定位。图3示出，在一些示例中，磨损状态监测器50的中间区域43可以包括接合特征，诸如凸片、肩部或开口(图2中未示出)，其可以用于促进与位于弹簧29的盘绕部分的内部的弹簧29的第二端33的连接或接合。例如，图3示出了远离中间区域43的外表面延伸的凸台(例如，突起)16。凸台14可以具有配置成与靠近弹簧29的第二端33的弹簧29的对应开口18相配合的形状。开口18可以具有与凸台16的横截面形状相对应的形状。例如，凸台16可以具有设计为与开口18的圆形形状配合的圆形横截面形状。然而，尽管图3示出了具有圆形形状的凸台16和开口18，但是也可以考虑其他形状。例如，凸台16和开口18可以包括正方形、椭圆形、矩形、星形、三角形或任何其他几何形状。可以理解，凸台16与开口18的接合可以将磨损状态监测器50与弹簧29的盘绕部分旋转地固定，使得弹簧29的盘绕部分的旋转运动(例如，盘绕)相应地旋转磨损状态监测器50相等的量。
在其他实施例中，中间区域43的外表面可以包括肩部或凸起边缘，该肩部或凸起边缘构造成当弹簧29的盘绕部分绕内侧区域43盘绕时接合弹簧29的第二端33。在某些情况下，弹簧29的第二端33可以被困在缠绕在其上的螺旋弹簧29的层的下面，这可以在弹簧29的第二端33上施加径向向内的压缩力以保持弹簧29的第二端33抵靠在中间区域43的表面上，确保弹簧29的第二端33保持牢固地固定在磨损状态监测器50上。
图3还示出了弹簧32的第一端可以在其自身上折回以形成突起，其中突起被设计成可移除地联接到刷架和/或安装梁26(如图1所示)。换句话说，突起19可以被设计成接合刷架和/或安装梁26的一部分(例如，插入到其中)。
如图3所示，间隔件30可包括一个或多个弧形表面36，该弧形表面36限定凹形座，该凹形座被设计成与磨损状态监测器50的周向轮廓配合。换句话说，间隔件30可包括一个或多个凹形表面36，其曲率半径与磨损状态监测器50的外表面的曲率半径基本上匹配。因此，磨损状态监测器50的一部分可以位于间隔件30的凹形座中。间隔件30可以位于弹簧29的盘绕部分和刷子24的上表面之间，以使弹簧29的盘绕部分与刷子24间隔开。
另外，图3示出了间隔件30可以包括设计成与磨损状态监测器50的第二端部区域42接合的突起34。可以理解的是，第二端部区域42可以包括凹部(未示出)，该凹部被设计为与突起34配合，并允许磨损状态监测器50围绕与突起34的中心轴对准的旋转轴旋转运动。突起34在第二端部的凹部内的接合可以在磨损状态监测器50和间隔件30之间提供额外的固定，同时允许它们之间的旋转运动。因此，可以理解的是，突起34可以与凹形座的弧形表面36配合，以允许磨损状态监测器50在与间隔件30接合时旋转(如上所述)。
图12示出了磨损状态监测器50的端视图，该磨损状态监测器50包括第一端部区域40、第二端部区域42和在其间延伸的中间区域43。如以上所讨论的，图12示出了第一端部区域40和第二端部区域42两者的外周表面径向向外延伸超过中间区域43的圆柱形圆周表面。如上所述，第一端部区域40、第二端部区域42中每一个的内表面和中间区域43的圆周表面可限定凹槽，弹簧29可定位在该凹槽中，其中第一端部区域40和第二端部区域42的内表面形成肩部。
图13示出了上述磨损状态监测器50和弹簧29的侧视图。图13示出了弹簧29可以包括远离磨损状态监测器50延伸的细长部分，由此弹簧29的第一端32延伸越过磨损状态监测器50的外周表面。如上所述，弹簧29的第一端32(包括上述的突起19)可以可移除地联接到刷架和/或安装梁26，其中弹簧29的细长部分沿着刷子24的侧面在刷子24和安装梁26之间延伸。另外，图13示出了缠绕在磨损状态监测器50的中间区域43周围的弹簧29。例如，虚线表示缠绕在磨损状态监测器50的中间区域43周围的弹簧29，其中，弹簧29的第二端33是如上文关于图3所描述的，例如经由凸台16和开口18连接而联接至磨损状态监测器50或以其他方式与磨损状态监测器50接触。
图14示出了上述磨损状态监测器50的分解图。如图14所示，磨损状态监测器50可包括外部壳体52。外部壳体52可包括内部空腔54。空腔54可构造成包含磨损状态监测器50的一个或多个内部组件。磨损状态监测器50还可包括构造成与外部壳体52配合的壳体盖60。换句话说，盖60可被设计成刚性地附接到外部壳体52。在其他情况下，外部壳体52可被粘接或卡扣配合到盖60上以将外部壳体52和盖60固定在一起。此外，盖60可包括延伸穿过盖60的整个壁厚的孔71。
另外，磨损状态监测器50可以包括按钮59。在一些情况下，按钮59可以是Viton按钮。例如，按钮59可用于经由蓝牙连接将磨损状态监测器50与另一设备配对。此外，可以理解的是，按钮59的一部分可以被设计为突出穿过盖60的孔71，从而使得按钮59可被接触以经由蓝牙连接将磨损状态监测器50按下并将其与另一设备配对。当外部壳体52与盖60和按钮59接合时，由外部壳体52、盖60和按钮59的组合形成的空腔54可相对于外部环境被密封。
在其他情况下，壳体52可包括第一壳体部分和第二壳体部分，所述第一壳体部分和第二壳体部分可彼此分离以露出容纳磨损状态监测器50的内部部件的磨损状态监测器50的内部空腔。在一些情况下，第一壳体部分和第二壳体部分可以铰接地连接(例如，以“蛤壳”结构连接)，或者以其他方式相对于彼此可移动。在这种情况下，当磨损状态监测器50位于弹簧29的盘绕部分(例如螺旋弹簧)内时，由弹簧29提供的力可有助于压紧连接或卡扣配合连接以将磨损状态监测器50的第一壳体部分与第二壳体部分接合。在其他情况下，第一壳体部分可以粘接或卡扣配合到第二壳体部分，以将第一和第二壳体部分固定在一起。
图14进一步示出了磨损状态监测器50可以进一步包括电源53(例如，一个或多个电池、电容器或两者)和传感器56(注意，传感器56可以对应于以上关于图1所描述的传感器)。电源53可以是可充电的和/或可更换的。
在一些情况下，传感器56可以被称为角度传感器56和/或磁性编码器56。如上所述，传感器56可以产生与磨损状态监测器50相对于以上参照图2描述的固定磁体14的旋转(例如，绝对角度位置)相对应的信号。例如，传感器56能够感测由磁体14产生的磁场的变化，从而确定磨损状态监测器50的旋转方向。由传感器56提供的对应于磨损状态监测器50的旋转方向的信号可以比较以确定磨损状态监测器50在两个时间场合之间(例如当将刷子24安装在刷架组件110中时的角位置和此后一段时间当刷子24磨损时之间)的角位移刷子刷架刷子。这些信号(对应于磨损状态监测器50的角位移和/或旋转方向)可以经由多种通信方法传递给现场监测器120。在一些情况下，传感器56可以另外包括被配置为感测刷架22中的刷子24的动态振动的加速度计。例如，除了感测磨损状态监测器50的角位移和/或旋转方向之外，传感器56可感测到与刷子24的动态振动相对应的磨损状态监测器50的瞬时角位移。
另外，在一些情况下，电源53和/或传感器56可以位于磨损状态监测器50的空腔54内，使得电源53和/或传感器56可以与磨损状态监测器50集成在一起。此外，可以理解的是，当外部壳体52与盖60和第二按钮构件59接合时，电源53和传感器56都可以密封在由外部壳体52、盖60和第二按钮构件59的组合形成的空腔54内。
另外，图14示出了磨损状态监测器50可以包括第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件61b。在一些情况下，第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件61b中的每一个可以由硅树脂形成。可以利用其他材料来形成第一泡沫绝缘构件61a和/或第二泡沫绝缘构件61b。此外，第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件61b可以在定位在空腔54内时用于使电源53绝缘。换句话说，当定位在空腔54内时，电源53可以设置在第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件61b之间。
磨损状态监测器50的电源53可用于向磨损状态监测器50的一个或多个组件(例如传感器56)供电，以有助于测量和产生代表磨损状态监测器50的角位移或旋转的值(如上所述，其与使用过程中刷子24的长度的减少成正比)。换句话说，当磨损状态监测器50响应于刷子24随着刷子其磨损而刷子长度减小进行旋转时，传感器56可以感测、测量和收集磨损状态监测器50的旋转量或角位移的信息(例如，数据)，其与刷子24的长度的减少量成比例或以其他方式相关联。磨损状态监测器50围绕穿过磨损状态监测器50的中心的旋转轴线旋转。随着磨损状态监测器50的旋转，旋转轴线与碳刷24的第二端34的距离是固定的，因此，随着碳刷24的磨损和长度的减小，旋转轴线与碳刷24一起平移。
例如，在某些情况下，传感器56可以在第一时间场合T0获得与刷子24的第一位置相对应的值，例如当刷子24已经放置在电气设备上时而且几乎没有磨损时刷子24的初始位置。换句话说，传感器56可以用于在初始时间场合T0下感测磨损状态监测器50的角位置。传感器56可以在刷子已经被磨损了第一量之后的稍后的时间场合T1处获得与刷子24的位置相对应的值。换句话说，传感器56可用于在时间场合T1感测磨损状态监测器50的角位置。在刷子已经磨损了额外的量之后，传感器56可以获得在稍后的时间场合T2、T3、T4等处与刷子24的另外的位置相对应的另外的值。换句话说，传感器56可以用于在另外的时间场合T2、T3、T4等处感测磨损状态监测器50的角位置。可以使用在每个时间场合之间的磨损状态监测器50的角位移确定刷子24的长度的减小，从而确定刷子24的当前磨损状态和/或预测刷子24的长度减小到阈值量的将来的某个时间。在一些情况下，阈值量可以对应于当刷子24具有预定磨损量(例如，接近替换阈值、最大允许磨损等)时近似的刷子长度。
另外，在一些情况下，传感器56可以被配置为感测与刷子24的第一磨损状态相对应的第一阈值和与刷子24的第二磨损状态相对应的与第一阈值不同的第二阈值。例如，第一阈值可以包括磨损状态监测器50的总旋转量或角位移，其指示在预定时间段内(例如，在一周内)应更换刷子24的磨损状态。第二阈值可以对应于磨损状态监测器50的总旋转量或角位移，其指示需要尽快更换刷子24的磨损状态。
图15和图16示出了图1中所示的刷架组件110在代表刷子24不同可识别磨损状态的不同时间场合的侧视图。为了简单起见，已经从图15和图16中去除了间隔件30(图1中所示)。另外，图15和图16示出了刷架组件110，其包括固定至安装梁26的刷架22，由此安装梁26构造成可移除地安装至安装块70。此外，图15和16示出了安装梁26，该安装梁26包括在接合位置中彼此枢转联接的上梁构件27和下梁构件28，如上文图1所述。图15和图16还示出了刷架组件110，其包括手柄21和附接到刷子24上并从其延伸的导线62。
如以上所讨论并在图15和图16中所示，弹簧29的端部区域可以绕着磨损状态监测器50的一部分(例如，中间区域)盘绕，而弹簧29的细长部分沿着刷子24的侧表面延伸，其中弹簧29的第一端部32联接到安装梁26。此外，尽管在图15和图16中不可见，传感器和/或电源可以定位在磨损状态监测器50内的内部空间(例如，空腔)内(如上所述)。
图15示出了在初始时间场合T0时刷子24的第一构造(例如，初始磨损状态)，例如当刷架组件110的刷子24首先被安装在电机上时。图15示出了定位在刷架22内的刷子24(如上文图1所述的)，其中刷子24的下表面与旋转部件15的导电表面12接合。此外，图15示出，刷子24的第一端面34在初始时间场合T0的初始位置上，距离刷架22最靠近手柄21的一端有一定距离X1。刷子刷架可以理解的是，当刷架组件110处于接合位置时，弹簧29可以向刷子24的第一端面34施加力以使刷子24与旋转部件15的导电表面12接合。
为了说明的目的，图15包括在磨损状态监测器50上放置的“旋转标记”64。为简单起见，旋转标记64已经在磨损状态监测器50上在大约“十二点钟”位置放置，但是可以放置在任何期望的位置。旋转标记64不需要是视觉标记，尽管其可以包括视觉标记。旋转标记64可以代表由传感器56提供的磨损状态监测器50的旋转方向的位置信号。
图16示出了在稍后的时间场合T1处，例如在刷子24已经在一段时间内接合旋转部件15的导电表面12并且长度减小之后，刷子24的第二构造(例如，第二磨损状态)。如上所述，当刷子24抵靠旋转部件15的导电表面12磨损时，弹簧29可以继续在刷子24的第一端面34上施加力。例如，图16示出了刷子24的第一端面34与刷架22最靠近手柄的一端的距离为X2。刷子刷架可以理解的是，图15中所示的距离“X2”和距离“X1”之间的差表示刷子24的长度的减少量(即，刷子24的长度缩短了多少)。
另外，如上所述，当刷子24在刷架22内平移时，磨损状态监测器50可以与刷子24的缩短长度成比例地旋转。在图16中示出了在T0的磨损状态监测器50的初始旋转位置和在T1的磨损状态监测器50的旋转位置之间的磨损状态监测器50的旋转或角位移θ。另外，图16示出了处于第二位置的旋转位置标记64，其进一步表示磨损状态监测器50的旋转或角位移。注意，磨损状态监测器50的旋转轴线在整个刷子24的磨损期间保持与刷子24的上表面的固定距离。
如上所述，随着磨损状态监测器50响应于刷子24的缩短(例如，刷子24的第二端面35的磨损)而旋转，传感器56可以测量并收集与磨损状态监测器50的旋转或角位移相关的信息。此外，可以分析与磨损状态监测器50的旋转或角位移有关的信息，以确定刷子24的长度的减小量、刷子24的当前磨损状态、刷子24的磨损率，和/或预测刷子24在将来的时间的未来磨损状态。可以将关于刷子24的状态的这种信息和/或数据传送到现场监测设备120和/或远程监测设备140。远程监测设备140可以位于与电机和现场监测设备120的地理位置相同和/或不同的地理位置。
在一些情况下，磨损状态监测器50、现场监测器120和/或远程监控设备140可包括能够处理指令的处理器，所述指令用于预测刷子24和/或电机的旋转部件15的预期寿命。在某些情况下，处理器能够处理用于识别碳刷的磨损状态和/或识别电气设备的旋转电子部件(例如，滑环、换向器等)的磨损状态的指令。
本领域技术人员将认识到，除了本文描述和考虑的特定实施例之外，本公开的各方面可以以多种形式来表现。因此，在不脱离如所附权利要求书中所描述的本公开的范围和精神的情况下，可以进行形式和细节上的偏离。

Claims (25)

1.一种用于电机的刷架组件的组件，包括：
碳刷，其包括上表面和与所述上表面相对的下表面，
一根以上的导线，其在所述上表面的插入点处延伸出所述碳刷；
从所述上表面延伸到所述碳刷中的第一空腔，其位置与所述一根以上的导线的插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍。
2.根据权利要求1所述的组件，还包括联接至所述碳刷的间隔件，所述间隔件包括构造成可释放地接合在所述第一空腔内的第一突起。
3.根据权利要求2所述的组件，还包括联接至所述间隔件的磨损状态监测器，其中，所述磨损状态监测器设计为在所述磨损状态监测器旋转时测量所述磨损状态监测器的角位移。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述碳刷还包括从所述上表面到所述下表面测量的长度，其中，随着所述碳刷的所述下表面在使用过程中磨损，所述长度从初始长度减小，并且其中测得的所述磨损状态监测器的所述角位移与所述碳刷的长度减小有关。
5.根据权利要求2所述的组件，其中，所述第一突起在所述碳刷的所述第一空腔中的接合构造成将所述间隔件与所述碳刷保持固定的关系。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述第一突起远离所述间隔件的底表面延伸。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述第一空腔包括沿着所述碳刷的所述上表面延伸的通道，并且其中所述第一突起构造成与所述通道配合并插入到所述通道中。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一空腔包括第一锥形表面，并且其中所述第一突起包括设计成与所述第一空腔的所述第一锥形表面配合的第二锥形表面。
9.根据权利要求2所述的组件，其中，所述碳刷还包括第二空腔，所述第二空腔从所述上表面延伸到所述碳刷中，其位置与所述一根以上的导线的所述插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍，其中所述第二空腔与所述第一空腔间隔开。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述间隔件还包括第二突起，所述第二突起构造成可释放地接合在所述第二空腔内。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述第一突起和所述第二突起设计为同时接合所述碳刷，并且其中，所述第一突起和所述第二突起与所述碳刷的所述第一空腔和第二空腔的接合构造成将所述间隔件与所述碳刷保持固定的关系。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述第一突起和所述第二突起都远离所述间隔件的底面延伸。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述第一突起和所述第二突起两者的形状设计成与所述第一腔空和所述第二空腔配合。
14.一种用于监视碳刷的磨损状态的系统，包括：
刷架组件，所述刷架组件包括：
碳刷，其包括上表面，与所述上表面相对的下表面，以及从所述上表面到所述下表面的长度，
其中，当所述碳刷的所述下表面在使用过程中磨损时，所述长度从初始长度减小；
弹簧，其具有第一端和第二端，以及盘绕部分；
磨损状态监测器，其位于所述弹簧的所述盘绕部分内，所述磨损状态监测器包括传感器，其中所述传感器配置为随着所述磨损状态监测器旋转而测量所述磨损状态监测器的角位移；
间隔件，其位于所述弹簧的所述盘绕部分和所述碳刷的所述上表面之间，所述间隔件包括远离所述间隔件的底面延伸的第一突起；
其中，所述碳刷包括从所述上表面延伸到所述碳刷中的第一空腔，并且其中所述第一空腔在其中容纳所述第一突起。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括具有第一端和第二端的导线，所述第二端远离所述第一端延伸，其中所述第一端在所述碳刷所述上表面处的插入点处延伸到所述碳刷中，并与所述第一空腔间隔开。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一突起在所述第一空腔内的接合构造成将所述间隔件保持为与所述碳刷成固定关系。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，测得的所述磨损状态监测器的角位移与所述碳刷的长度的减小量相关。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一空腔包括沿着所述碳刷的所述上表面延伸的通道，并且其中，所述第一突起构造成与所述通道配合并插入到所述通道中。
19.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一空腔包括锥形表面，并且其中，所述第一突起包括设计成与所述第一空腔的所述锥形表面配合的锥形表面。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述碳刷还包括第二空腔，所述第二空腔从所述碳刷的所述上表面延伸到所述碳刷中，其中，所述第二空腔与所述第一空腔间隔开。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述间隔件还包括延伸到所述第二空腔中的第二突起。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述第一突起和所述第二突起设计为同时接合所述碳刷，并且其中，所述第一突起和所述第二突起与所述碳刷的接合构造成将所述间隔件与碳刷保持固定的关系。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述第一突起和所述第二突起都远离所述间隔件的底表面延伸。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，当所述第一突起和第二突起位于所述第一空腔和第二空腔中时，所述间隔件的所述底表面与所述碳刷的所述上表面并置。
25.一种用于电气设备的刷架组件的组件，包括：
碳刷，其包括上表面，与所述上表面相对的下表面以及从所述上表面到所述下表面测得的长度；
一根以上的导线，其在所述上表面上的插入点处延伸出所述碳刷；
第一空腔和第二空腔，其从所述上表面延伸到所述碳刷中，其位置与所述一根以上的导线的所述插入点间隔开，并且不受所述一根以上的导线的阻碍；和
间隔件，其具有从所述间隔件的下表面延伸的第一和第二突起；
其中，所述第一和第二突起构造成当所述间隔件的所述下表面与所述碳刷的所述上表面并置时插入所述第一和第二空腔中。
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