CN113243063B - 用于监控电机的一个或多个元件的状态的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控刷架组件的碳刷的磨损状态的系统，其中，在使用过程中，随着碳刷的端部磨损，碳刷的长度从初始长度减少。所述系统包括磨损状态监控器，所述磨损状态监控器包括传感器，所述传感器耦接至碳刷。磨损状态监控器配置为随着碳刷长度的减少而旋转。传感器配置为随着磨损状态监控器旋转而测量磨损状态监控器的角位移。磨损状态监控器的所测得的角位移与碳刷的长度的减少量相关。

Description

用于监控电机的一个或多个元件的状态的系统和方法
技术领域
根据35U.S.C.119，本申请主张2018年10月4日提交的美国临时申请序号第62/741152号的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
背景技术
本公开总体上涉及用于监控可用于电气设备和/或滑环组件的刷和刷架元件的监控系统。更具体地，本公开涉及使用传感器来监控刷架元件中的刷的磨损和/或电子设备的滑环的状况的监控装置、元件、系统和方法。
电气设备中的刷的目的是将电流从固定接触点传递到移动接触表面，反之亦然。刷和刷架可用于电气设备，例如发电机、电动机和/或滑环元件，或滑动连接应用，例如旋转机器(诸如旋转吊车或单导轨上的线性滑动连接)上的滑环元件。许多电气设备中的刷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传递电流。导电引线或分路器从刷延伸，以提供从另一导电构件到刷和/或从刷离开的电通路。
在一些设计中，在操作期间，刷箱型刷架或其他类型的刷架可用于支承与电气设备的移动接触表面接触的刷。可以将刷和刷箱设计成使得刷可以在刷箱内滑动，以提供刷和刷所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/或临界状况，这可能指示电气设备的一个或多个元件可能需要更换、电气设备的一个或多个元件可能需要检查或关注、和/或可能需要执行维护。例如，异常和/或临界状况可能指示刷、刷架、弹簧、分流器、换向器、集电环和/或其他元件可能需要更换，刷、刷架、弹簧、分流器、换向器、集电环和/或其他元件中的一个或多个可能需要检查和/或可能需要执行维护。为了观察异常和/或临界条件的发生，监控电气设备的一个或多个元件是有利的。此外，警告操作者和/或技术人员，和/或安排技术人员介入异常和/或临界状况的发生是有利的。
发明内容
本公开涉及使用传感器来监控刷架组件中的刷的磨损和/或电气设备的滑环的状况的监控装置、组件、系统和方法。
用于监控碳刷的磨损状态的示例性的系统包括刷架组件，所述刷架组件包括碳刷，所述碳刷具有第一端部、与第一端部相对的第二端部以及从第一端部到第二端部所测得的长度。随着碳刷的第一端部在使用过程中磨损，所述长度从初始长度开始减少。刷架组件还包括耦接至碳刷的磨损状态监控器。磨损状态监控器包括传感器。磨损状态监控器配置为随着碳刷长度的减少而旋转。传感器被配置为随着磨损状态监控器旋转而测量磨损状态监控器的角位移。磨损状态监控器的所测得的角位移与碳刷的长度的减少量相关。
附加地或替代地，刷架组件包括具有第一端部和第二端部的弹簧，所述第一端部耦接至磨损状态监控器。所述弹簧配置为提供力，促使碳刷与电机的旋转导电表面接触。
附加地或可替代地，磨损状态监控器包括围绕磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧设置在所述凹槽内。
附加地或替代地，所述弹簧的盘绕部分配置为随着所述磨损状态监控器旋转而缠绕在所述磨损状态监控器的周向外表面周围。
附加地或替代地，刷架组件包括弹簧，所述弹簧具有盘绕部分和从所述盘绕部分延伸的细长部分，其中所述磨损状态监控器位于所述盘绕部分内。
另外地或替代地，所述磨损状态监控器包括围绕所述磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧的所述盘绕部分布置在所述凹槽内。
附加地或替代地，刷架组件包括位于所述弹簧的所述盘绕部分与所述碳刷的所述第二端部之间的间隔件。
附加地或替代地，所述间隔件包括磁体，且所述传感器是感测所述磁体的磁场的霍尔效应传感器。
附加地或替代地，所述间隔件限定凹形的支架，其中所述弹簧的所述盘绕部分搁置在所述支架中。
附加地或可替代地，所述磨损状态监控器绕旋转轴线旋转，其中随着所述磨损状态监控器旋转，所述旋转轴线距离所述碳刷的所述第二端部固定的距离。
附加地或替代地，所述传感器是旋转磁编码器。
附加地或替代地，所述传感器配置为将无线信号发送到现场监控器，且其中所述无线信号配置为提供与所述碳刷的长度减少有关的信息。
用于监控碳刷的磨损状态的另一示例性的系统包括：刷架，其耦接至手柄。所述刷架包括开口；以及碳刷，其布置在所述刷架的所述开口内。所述系统还包括弹簧，随着所述碳刷的第一端部在使用过程中磨损，所述弹簧向所述碳刷施加力以使所述碳刷在所述开口内平移。所述系统还包括磨损状态监控器，其位于所述弹簧的盘绕部分内，所述磨损状态监控器配置为随着所述碳刷的所述第一端部磨损而旋转。
附加地或替代地，所述系统还包括布置在所述磨损状态监控器的壳体内的传感器，其中所述传感器配置为随着所述磨损状态监控器旋转而测量所述磨损状态监控器的角位移。
附加地或替代地，所述磨损状态监控器的所述测得的角位移与所述碳刷已磨损的量相关。
附加地或替代地，所述磨损状态监控器绕旋转轴线旋转，其中随着所述磨损状态监控器旋转，所述旋转轴线距离所述碳刷的上表面固定的距离。
附加或替代地，所述弹簧包括细长部分，所述细长部分从所述弹簧的所述盘绕部分沿着所述碳刷的侧表面延伸。
附加地或替代地，所述弹簧的所述细长部分的端部可移除地耦接至所述刷架。
附加地或替代地，所述磨损状态监控器包括围绕所述磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧的所述盘绕部分布置在所述凹槽内。
附加地或替代地，所述弹簧的一部分配置为随着所述磨损状态监控器旋转而缠绕在所述磨损状态监控器的周向外表面周围。
附加地或替代地，所述磨损状态监控器配置为随着所述碳刷磨损而旋转一弧角，且其中所述弧角与所述碳刷磨损的量相关。
另一实施例是一种用于监控碳刷的磨损状态的方法。所述方法包括：当使用过程中所述碳刷的长度减少，随着磨损状态监控器旋转，利用传感器确定位于所述碳刷附近的所述磨损状态监控器的角位移；以及基于所述磨损状态监控器的所述角位移确定所述碳刷的磨损状态。
附加地或替代地，该方法还包括将所述碳刷的所述磨损状态与阈值进行比较。
附加地或替代地，该方法还包括将所述碳刷的磨损状态的指示传达给用户。
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
考虑到以下结合附图对各种实施例的详细描述，可以更完全地理解本公开的各方面，其中：
图1示出了位于电机的元件附近的示例性刷监控系统的示意图。
图2示出了位于刷上的间隔件附近的示例性磨损状态监控器和弹簧。
图3示出了图2中所示的刷架组件元件的分解图。
图4示出了图3所示的磨损状态监控器和弹簧的端视图。
图5示出了图4所示的磨损状态监控器和弹簧的侧视图。
图6示出了图5所示的磨损状态监控器的分解图。
图7和图8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。
尽管本公开的方面对于各种修饰和替代形式是可修改的，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，其并非意在将本公开的方面限于所描述的特定实施例。相反地，其意在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。
无论是否明确指出，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“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)。
尽管公开了与各种元件、特征和/或规格有关的一些合适的尺寸、范围和/或值，但受本公开内容激发的本领域的技术人员将理解，期望的尺寸、范围和/或值可能与那些被明确揭露者有所不同。
如本说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示对象，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，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，其中不同附图中的相似部件被编为相同符号。详细描述和附图不一定按比例绘制，其描绘了示例性实施例，并且并非意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的特征都可以并入另外的实施例中。
图1示出了示例性刷监控系统100，其可包括刷架组件110、现场监控器120和/或包括远程监控设备150、160的远程监控现场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、刷组件和方法”的美国专利第7034430号中所述的刷架组件，其全部内容通过引用合并于此。然而，说明性的刷监控系统100可以适用于各种刷架组件构造中的任何一种。因此，意指说明性的刷监控系统100可以与电气设备诸如工业发电机的任何期望的刷架组件的构造结合使用。例如，说明性的刷监控系统100可与美国专利第6731042号、第5753992号、第5621262号、第5463264号、第5397952号以及第5256925号中公开的刷架组件、刷架和/或刷一起使用，上述各者都通过引用并入本文。
图1示出了包括第一端部面34和第二端部面35以及在其间延伸的长度的刷24。第二端部面35可与电机的旋转元件15(例如集电环、滑环或换向器)的导电表面12电接触，并自其传导电流。进一步地，如图1所示，在一些示例中，刷24的一侧或多侧可以被刷架22(例如刷箱)围绕，由此刷架22可以包括用于朝向旋转元件15的导电表面12的引导刷24的线性或纵向运动的多个引导表面。换句话说，随着刷24磨损，刷24可在由刷架22的多个引导表面限定的孔内线性地平移。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，而可包括一个或多个引导表面，诸如通道、杆或柱，其邻接和/或包围刷24的一个或多个侧面，和/或延伸进入或穿过刷24或其一部分，以引导刷24的线性或纵向运动。
图1进一步示出了刷架22可被固定于安装梁26，该安装梁26被配置并适于被安装于另一结构，如安装块70。刷架组件110可配置为使刷24与导电表面12如电机的旋转元件15的表面接触。刷24可从刷架22的下边缘延伸，从而刷24的第二端部面35与导电表面12接合。安装梁26可包括偏心接合机构、用于滑动接合的槽状或沟状接合机构、或用于容易地使刷24与导电表面12接合和脱离的其他机构。其他实施例中，刷架组件110可包括刷架22，刷架22刚性地安装于使刷架22保持不动的另一结构上或者以任何期望的布置安装于另一结构上。例如，在一些实施例中，刷架22可以用螺栓固定或焊接于固定结构上。在美国专利第6731042、5753992、5621262、5463264、5397952以及5256925号中公开了一些这样的刷架，其通过引用并入本文。
如图1所示，安装梁26可包括彼此铰接地或枢转地耦接的上梁构件27和下梁构件28。当上梁构件27和下梁构件28彼此对准(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)时，可视为刷架22处于接合或锁定位置，从而刷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(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)时，可视为刷架22处于脱离或解锁的位置，从而刷24可不与导电表面12邻接、与导电表面12隔开或以其他方式不与导电表面12直接电接触。在操作期间，安装梁26能够可移除地耦接至安装块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耦接至安装块70。例如，安装块70可以耦接至另一结构、固定至另一结构或者以其他方式从另一结构延伸，其使安装块70相对于导电表面12保持不动(即保持固定距离)。
一些实施例中，可将手柄21附接于刷架22，以促进刷24与导电表面12的接合和脱离。例如，可将手柄21附接于上梁构件27，从而手柄21的运动使上梁构件27相对于下梁构件28致动(例如枢转、滑动、释放)。手柄21可为可移除的手柄，或者手柄21可以永久地附接于上梁构件27或刷架22的另一部分。
图1进一步示出了刷架组件110可包括磨损状态监控器50和间隔件30。间隔件30可以附接于刷24的第一端部面34。另外，图1示出了磨损状态监控器50可耦接至弹簧29。一些示例中，弹簧29的一部分可围绕磨损状态监控器50的一部分盘绕，弹簧的细长部分从盘绕部分延伸。磨损状态监控器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，磨损状态监控器50可包括一个或多个传感器，其收集和/或测量对应于刷24的“磨损状态”的各种参数。例如，磨损状态监控器50可包括一个或多个传感器，其测量和/或传达刷24在与旋转元件15的导电表面12接触时的磨损程度。一些示例中，举例而言，传感器还可以测量刷架组件110(包括其单个元件)和/或刷24的振动和/或温度、和/或通过刷24的电流。
一些情况下，磨损状态监控器50可位于与弹簧29不同而邻近于刷架组件110的元件的表面。例如，磨损状态监控器50可位于刷架22、下梁构件28、上梁构件27上或其附近，和/或在刷架组件110的手柄21上或其附近。某些情况下，磨损状态监控器50可以永久地和/或可移除地结合至手柄21或刷架组件110的其他元件的一部分中。在一些示例中，磨损状态监控器50可不具有弹簧29。
如上所述，在一些示例中，磨损状态监控器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，该恒力弹簧向刷24、磨损状态监控器50或向刷24及磨损状态监控器50两者一起提供张力，以使刷24偏置朝向并接触旋转元件15的导电表面12。换句话说，弹簧29可包括盘绕部分，该盘绕部分设计成提供力以将刷24与电机的旋转元件如滑环、换向器等接合。
在一些示例中，弹簧29可附接于刷架22和/或刷架组件110的安装梁26的一部分。一些情况下，弹簧29的第一端部32能够可移除地耦接至刷架和/或安装梁26，弹簧29的细长部分沿着刷24的侧面在刷24和安装梁26之间延伸。因此，一些实施例中，弹簧29的细长部分可沿着刷24的一侧表面在刷24和刷架组件110的安装梁26之间延伸，直到弹簧29的盘绕部分位于刷24的第一端部面34的上方。弹簧29的相对的第二端部33可位于弹簧29的盘绕部分的内部。
在一些情况下，磨损状态监控器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LED和/或扬声器的组合)，以用于将磨损状态信息传达给用户。某些情况下，磨损状态监控器50能够经由指示器55将关于刷24和/或旋转元件15的磨损状态的信息传达给用户。在某些情况下，磨损状态监控器50能够从外部设备如现场监控器120和/或位于相同现场或远程位置的编程设备(例如计算机160、平板电脑150、智能电话等)接收消息。消息可包括命令，如用于发送关于刷24和/或旋转元件15的磨损状态信息的命令、或用于修改磨损状态监控器50所使用的信息的命令。例如，用户可能希望修改用于确定刷24和/或旋转元件15的磨损状态信息的一个或多个阈值，和/或通过下载指示、表格和/或类似物对磨损状态监控器50进行重新编程。
如上所述，在一些示例中，磨损状态监控器50可以测量和/或收集关于刷24的磨损状态的信息。特别地，磨损状态监控器50可以被设计为测量和收集关于与刷24上接触导电表面12的第二端部面35已经磨损的程度(即，当安装在刷架组件110中时，刷24的长度在一定时间内从其初始长度减少的量)有关的信息。可以理解，随着刷24的第二端部面保持与旋转元件15接触，刷24的第二端部面35可能磨损，从而缩短刷24的总长度。
如上所述，弹簧29可以向刷24施加力，该力沿着由刷架22限定的孔线性地指向。此外，随着在刷架22内的刷24长度减少，磨损状态监控器50可在弹簧29的线圈内旋转，同时磨损状态监控器50的旋转轴随着刷24朝向旋转元件15的导电表面12线性平移而进行线性平移。另外，传感器可位于磨损状态监控器50内，且可于将刷24安装在刷架组件110中时或于所期望的任何其他期间内，测量和收集表示磨损状态监控器50自其初始位置开始旋转时的旋转程度(例如，总角距离和/或总电弧长度)的数据。可以理解的是，由传感器(位于磨损状态监控器50内)测量的旋转量可以是等价的、成比例的、或以其他方式表示刷24在刷架22内平移(例如缩短)时的线性或纵向运动，而因此为等价、成比例或以其他方式表示从刷24初始长度的减少量。
在某些情况下，传感器可以将磨损状态监控器50的旋转与刷24的磨损状态和/或导电表面12和/或旋转元件15的磨损状态相关联。由传感器测量的值(例如磨损状态监控器50的旋转量)可对应于刷24的第一端部相对于旋转元件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对应在任何期望的时间间隔或刷24的磨损期间内获得的值。可以理解的是，该值(例如磨损状态监控器50自其初始位置的旋转量)可与一个或多个预定的阈值进行比较，以确定刷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，磨损状态监控器50(包括位于其中的传感器)可配置为监控刷24的振动。刷24的振动可能是由于电机的旋转元件15的一个或多个缺陷、磨损或其他变形引起。例如，滑环可能变形或不均匀地磨损而导致滑环的一个或多个部分变得不圆。当刷24在旋转元件15旋转期间在一个或多个位置遭遇这些缺陷时，这些缺陷可导致刷24以与旋转速度和/或旋转元件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，磨损状态监控器50的瞬时角位移可对应于和/或关联于电机的旋转元件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”是指磨损状态监控器50的旋转方向以摆动方式的瞬时变化。因此，在一些示例中，可以收集与磨损状态监控器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，并传输至现场监控器120以确定刷24是否正在经受过度的振动。
类似地，可以理解的是，位于磨损状态监控器50内的传感器(或分离的温度传感器)可以测量和收集与刷24、电机的其他元件的温度和/或环绕刷架组件110的环境空气温度相关的信息。此外，可以监控所收集的温度值和/或将其与一个或多个预定温度的阈值进行比较，由此温度阈值可触发传感器向现场监控器120发送指示需要对电机的一个或多个元件执行检查和/或维护的信号。例如，在某些情况下，可以将温度阈值设为在所测量的温度超过阈值温度，例如摄氏125度的阈值温度时触发信号。换句话说，当温度传感器测量到温度(例如周围空气温度、电机的元件的温度等)大于摄氏125度时，其可以向现场监控器120发送信号，警告人员需要对电机的一个或多个元件执行检查和/或维护。在其他情况下，例如，阈值温度可设置在摄氏100摄氏度至摄氏140度的范围内、在摄氏110度至摄氏130度的范围内、或在摄氏120度至摄氏130度的范围内。
在一些情况下，现场监控器120可位于电机附近以监控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元件的磨损状态。现场监控器120能够监控刷架组件110的刷24的磨损状态。在一些情况下，现场监控器120能够监控与一个或多个电机相关联的两个或更多个刷架组件110的刷24的运动。例如，现场监控器120可以通过通信链路115(例如无线链接)通信地耦接至与特定电机相关联的一个或多个或许多个磨损状态监控器50，例如刷架组件110的磨损状态监控器50。现场监控器120可配置为接收经处理的数据和/或原始数据，该经处理的数据和/或原始数据提供了关于刷24和/或旋转元件15的磨损状态的信息。例如，现场监控器120可以在刷24已经安装在电机上之后的某个时间场合，从其初始位置接收关于从传感器接收的对应于磨损状态监控器50的旋转量的值的信息。然而，在其他示例中，现场监控器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(radio frequency，RF)通信链路、基于音频的通信链路(例如超声波通信链路)和/或光通信链路(例如，红外(infrared，IR)通信链接、可见光通信链路等)。在一些情况下，现场监控器120可配置为预测或确定未来的刷24的状况的预估。
在一些示例中，磨损状态监控器50可被配置为使用预定时间表(例如，每小时一次或每小时、每天一次或每天、每周一次或每周、每周两次等)将与刷24有关的磨损状态信息传达给现场监控器120。在一些示例中，磨损状态监控器50可响应于从现场监控器120和/或远程监控设备150、160接收到的命令，将关于刷24和/或电机的旋转元件15的磨损状态信息提供给现场监控器120。另外，现场监控器120可被编程为以预定的间隔接收关于刷24的磨损状态信息。在某些情况下，预定的间隔可以固定为特定值(例如，每小时一次或每小时、每天一次或每天、每周一次或每周、每周两次等)，而在其他情况下，间隔可以在达到特定的磨损状态后进行更改。例如，现场监控器120可配置为以第一时间间隔例如每天一次从磨损状态监控器50接收磨损状态信息，直到一个或多个刷24和/或旋转元件15达到接近更换磨损状态的磨损状态。此时，磨损状态监控器50可以以第二个较短的时间间隔(例如每小时)从刷24采样磨损状态信息。因此，可以将来自磨损状态监控器50的磨损状态信息以第一频率传达至现场监控器120直到刷24达到第一磨损状态，然后，磨损状态信息能够以大于第一频率的第二频率传达至现场监控器120。
现场监控器120可以输出刷24的状况和/或预估状况的指示。在某些情况下，该指示可配置为警告操作者、技术人员和/或其他人员刷24和/或旋转元件15已充分磨损和/或需要更换、刷24和/或旋转元件15损坏、故障已发生或即将发生、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、派遣人员执行维护或检查、订购和/或安排刷或其他零件的更换的分发/交付、分发维护人员和/或交付产品至指定位置、或安排要执行的其他通知和/或计划任务。
刷监控系统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，可以通过刷监控系统100的一个或多个元件来识别和/或评估可能指示需要执行电气设备的维护和/或中断操作的过度加热、电弧放电或过度振动的事件。磨损状态监控器50、现场监控器120和/或远程监控设备150、160可以执行适当的回应来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回来响应由刷监控系统100识别的异常状况，以试图纠正异常状况。
在某些情况下，现场监控器120可以通过无线链路125和/或有线链路127通信地耦接至网络130。现场监控器120可经由网络130和一个或多个有线137和/或无线135通信链路，将关于一个或多个刷24的磨损状态的信息传达至位于远程监控现场140的远程监控设备150、160。有线链路127、137和/或无线链路125、135通信链路可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)或专有通信协议来进行操作。在标题为“用于监控电气设备的一个或多个元件的状况的监控系统和方法”的美国专利第7705744号、标题为“刷架组件监控装置、组件、系统和方法”的美国专利第8618943号、以及标题为“用于监视控电机的一个或多个元件的状态的系统和方法”的美国专利第9252643号中描述了远程监控系统的示例，通过引用将其全部内容合并于本文。远程监控现场140可包括一个或多个远程监控器，例如个人计算机160、工作站、笔记本电脑、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用户现场接收的数据。
远程监控设备和/或现场监控器120可以被集成到用于刷架组件110的维护程序中，从而现场监控器120可配置为监控刷架组件110的至少一个或多个元件的状况。为此，远程监控器和/或现场监控器120可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/或其元件的安装日期和任何维修日期，例如在刷架组件110中的刷24的安装日期。在一些示例中，磨损状态监控器50(或刷架组件110的其他传感器)可以向现场监控器120输出信号，该信号指示电机的刷24或其他元件已被移除和/或更换，以及/或者指示新的刷24已被安装。元件更换信息可由磨损状态监控器50、刷架组件110的一个或多个传感器和/或现场监控器120收集和监控。
在一些情况下，可以随时间监控从与刷架组件110相关联的磨损状态监控器50接收的一个或多个参数，以确定关于刷24和/或电机的旋转元件15的趋势信息。例如，现场监控器120和/或远程监控器可确定趋势信息，该趋势信息可包括安装在特定的刷架组件110中的刷24的平均寿命和/或在电机上的特定安装位置的平均寿命。现场监控器120和/或远程监控器可配置为当刷24和/或刷架组件110首次安装在电机上时存储关于刷24的位置的信息。通过每次刷24被更换且在刷架组件110中安装新的刷24时监控刷24的最终位置和/或更换日期以及初始位置和/或安装日期，可以收集关于旋转元件15的磨损状态的信息。例如，滑环或电机的其他旋转元件可具有初始外径测量值。随着时间经过，对于包括正常磨损的磨损和/或起因于环境条件(例如湿度、温度、包含磨料的污染物等)的磨损，可以测量和/或预测与旋转元件15的厚度和/或外径相关的磨损状态。在某些情况下，用于改善刷24和/或旋转元件15的寿命的预防措施例可以通过分析从一个或多个磨损状态监控器50接收的信息来获得。例如，可以建议用户为电机附近的空间调节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所示的位于碳刷24的上表面上方的磨损状态监控器50、弹簧29和间隔件30。图3示出了如以上图2所述的磨损状态监控器50、弹簧29和间隔件30的分解透视图。为了清楚起见，图3示出了在与图1和图2中所示者的方向相比已经旋转了180度后的磨损状态监控器50、弹簧29和间隔件30。
如图2所示，在一些示例中，磨损状态监控器50和弹簧29可以嵌套在间隔件30内，例如在间隔件30的凹形的支架内。间隔件30可位于弹簧29的盘绕部分与碳刷24的上部或第一端部面34之间。在一些情况下，间隔件30可以附接于碳刷24的第一端部面34，从而间隔件30与碳刷24一起移动。例如，如图3所示，间隔件30可以包括一个或多个突起，例如销构件38，其设计成接合从刷24的第一端部面34(示于图1)延伸到刷24中的孔。例如，每个销构件38可设计成延伸至位于刷24的第一端部面34内的相应孔中。可以理解的是，销构件38在它们各自的孔内的接合起到将间隔件30固定于刷24的作用。在其他情况下，间隔件30可以包括不同的接合特征，该不同的接合特征配置为与刷的第一端部面34中互补的接合特征配合。例如，间隔件30可以包括一个或多个导轨，该一个或多个导轨配置为延伸至形成在刷24的第一端部面34中的相应通道中。
磨损状态监控器50可包括第一端部区域40、第二端部区域42和在它们之间延伸的中间区域43(见图4)。中间区域43可以是大体上圆柱形，或设计成有助于集成到刷架组件110或刷架组件110内的其他安装位置的其他形状。在某些情况下，中间区域43可以具有圆柱形的圆周表面。每一个第一端部区域40和第二端部区域42可以从中间区域43的圆周表面径向向外延伸，从而形成凹槽或凹入区域(在图4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，磨损状态监控器50的中间部分43可设计成被捕捉至弹簧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)在磨损状态监控器50的中间区域43周围。如图2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不会滑出限定于第一端部区域40和第二端部区域42之间的凹槽。可以理解的是，第一端部区域40和/或第二端部区域42可为可移除或以其他方式可配置的，以允许将磨损状态监控器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控器50安装在具有第一宽度和第一线圈直径的弹簧内和/或具有第二不同宽度和/或第二不同线圈直径的弹簧内。
如上所述，传感器可位于磨损状态监控器50内，且可测量和收集表示磨损状态监控器50的当前旋转位置的数据，该数据可用于确定磨损状态监控器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)，由此当刷24在刷架22(如图1所示)内平移(例如缩短)时，传感器(位于磨损状态监控器50内)所测得的刷旋转量可为相等、成比例或以其他方式表示刷24(如图1所示)的线性或纵向运动。特别地，位于磨损状态监控器50内的传感器可设计成检测传感器相对于位在传感器附近的永磁体的绝对角位置。例如，图2示出了附接于间隔件30或者以其他方式结合至间隔件30的磁体14。尽管图2示出了磁体14与磨损状态监控器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控器50的其他部分和/或沿着刷架组件110的其他部件定位。图3示出，在一些示例中，磨损状态监控器50的中间区域43可以包括接合特征如凸片、肩部或开口(图2中未示出)，该特征可用于促进与位于弹簧29的盘绕部分内部的弹簧29的第二端部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16可具有配置为与弹簧29的对应开口18相配合的形状，该开口18靠近弹簧29的第二端部33。开口18可具有与凸台16的横截面形状相对应的形状。例如，凸台16可具有设计成与开口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控器50与弹簧29的盘绕部分旋转地固定，从而弹簧29的盘绕部分的旋转运动(例如盘绕)相应地将磨损状态监控器50旋转相等的量。
其他实施例中，中间区域43的外表面可包括肩部或凸起边缘，该肩部或凸起边缘配置为当弹簧29的盘绕部分围绕中间区域43盘绕时与弹簧29的第二端部33接合。在一些情况下，弹簧29的第二端部33可被困于缠绕在其上的盘绕弹簧29的层之下，这可以在弹簧29的第二端部33上施加径向向内的压缩力以保持弹簧29的第二端部33抵靠中间区域43的表面，确保弹簧29的第二端部33维持刚性地固定在磨损状态监控器50上。
图3还示出了弹簧的第一端部32可在其自身上折回以形成突出部，其中该突出部设计成可移除地耦接至刷架和/或安装梁26(示于图1)。换句话说，突出部19可设计成接合(例如插入其中)刷架和/或安装梁26的一部分。
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限定凹形支架，该凹形支架设计成与磨损状态监控器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，该凹形表面36的曲率半径为基本上与磨损状态监控器50的外表面的曲率半径配合。因此，磨损状态监控器50的一部分可位于间隔件30的凹形支架中。间隔件30可位于弹簧29的盘绕部分和刷24的上表面之间，以使弹簧29的盘绕部分从刷24远离隔开。
另外，图3示出了间隔件30可以包括设计成与磨损状态监控器50的第二端部区域42接合的突起37。可以理解的是，第二端部区域42可以包括凹部(未示出)，该凹部设计成与突起37配合并允许磨损状态监控器50绕着与突起37的中心轴对准的旋转轴旋转运动。突起37在第二端部的凹部内的接合可在磨损状态监控器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37可以与凹形托架的弧形表面36配合，以允许磨损状态监控器50在与间隔件30接合时旋转(如上所述)。
图4示出了磨损状态监控器50的端视图，该磨损状态监控器50包括在其间延伸的第一端部区域40、第二端部区域42和中间区域43。如以上所讨论，图4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，其径向向外延伸超过中间区域43的圆柱形周向表面。如上所述，第一端部区域40、第二端部区域42的内表面和中间区域43的圆周表面中的各者可以限定凹槽，其中弹簧29可位于该凹槽中，第一和第二端部区域40、42的内表面形成肩部。
图5示出了上述磨损状态监控器50和弹簧29的侧视图。图5示出了弹簧29可包括远离磨损状态监控器50延伸的细长部分，由此弹簧29的第一端部32延伸越过磨损状态监控器50的外周表面。如上所述，弹簧29的第一端部32(包括上述的突出部19)能够可移除地耦接至刷架和/或安装梁26，而弹簧29的细长部分沿着刷24的侧表面在刷24和安装梁26之间延伸。另外，图5示出了缠绕在磨损状态监控器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控器50的中间区域43周围的弹簧29，由此，如以上参照图3所述，弹簧29的第二端部33例如经由凸台16和开口18的连接而耦接至磨损状态监控器50，或以其他方式与磨损状态监控器50接触。
图6示出了上述磨损状态监控器50的分解图。如图6所示，磨损状态监控器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可配置为包含磨损状态监控器50的一个或多个内部元件。磨损状态监控器50还可包括配置为与外部壳体52配合的壳体盖60。换句话说，盖60可设计成刚性地附接于外部壳体52。在其他情况下，外部壳体52可以粘接性地黏着于或搭扣配合至盖60，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，磨损状态监控器50可以包括按钮59。在一些情况下，按钮59可以是氟化橡胶(Viton)按钮。例如，按钮59可用于经由蓝牙连接将磨损状态监控器50与另一设备配对。此外，可以理解的是，按钮59的一部分可设计成突出穿过盖60的孔71，从而使得按钮59可触及以按压并经由蓝牙连接将磨损状态监控器50与另一设备配对。当外部壳体52与盖60与按钮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控器50的内部元件的磨损状态监控器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(clam shell)”结构连接)，或者相对于彼此可移动。在这种情况下，当磨损状态监控器50位于弹簧29(例如螺旋弹簧)的盘绕部分内时，弹簧29所提供的力可促进用于将磨损状态监控器50的第一壳体部分与第二壳体部分接合的压紧连接或卡扣配合连接。在其他情况下，第一壳体部分可以粘接性地黏着或搭扣配合至第二壳体部分，以将第一和第二壳体部分固定在一起。
图6进一步示出了磨损状态监控器50还可包括电源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可以对应于以上参照图1所述的传感器)。电源53可为可充电的和/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/或磁编码器56。如上所述，传感器56可以产生与磨损状态监控器50相对于以上参照图2描述的固定的磁体14的旋转(例如绝对角位置)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控器50的旋转方向。可以将传感器56提供的与磨损状态监控器50的旋转方向相对应的信号进行比较，以确定两个时间场合之间的磨损状态监控器50的角位移，例如将刷24安装入刷架组件110时的磨损状态监控器50的角位置与当刷24已经磨损的稍后的时间之间。这些信号(对应于磨损状态监控器50的角位移和/或旋转方向)可以通过多种通信方法传达给现场监控器120。在一些情况下，传感器56可以另外包括加速度计，该加速度计配置为感测刷架22中的刷24的动态振动。例如，传感器56除了感测磨损状态监控器50的角位移和/或旋转方向之外，还可以感测与刷24的动态振动相对应的磨损状态监控器50的瞬时角位移。
另外，在一些情况下，电源53和/或传感器56可位于磨损状态监控器50的空腔54内，从而电源53和/或传感器56可与磨损状态监控器50集成在一起。此外，可以理解的是，当外部壳体52与盖60和按钮59接合时，电源53和传感器56可被密封于由外部壳体52、盖60和按钮59的组合形成的空腔54内。
另外，图6示出了磨损状态监控器50可包括第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件6lb。在一些情况下，第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件6lb中的每一个可由硅酮形成。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6lb。此外，当第一泡沫绝缘构件6la和第二泡沫绝缘构件6lb位于空腔54内时，第一泡沫绝缘构件6la和第二泡沫绝缘构件6lb可被用于使电源53绝缘。换句话说，当位于空腔54内部时，电源53可设置在第一泡沫绝缘构件61a和第二泡沫绝缘构件6lb之间。
磨损状态监控器50的电源53可用于向磨损状态监控器50的一个或多个元件(例如传感器56)供电，以助于测量和产生代表磨损状态监控器50的角位移或旋转的值(如上所述，其与使用期间刷24的长度的减少成比例)。换句话说，当磨损状态监控器50响应于刷24的长度随着刷24的磨损减少而旋转时，传感器56可以感测、测量和收集磨损状态监控器50的旋转量或角位移的信息(例如数据)，其与刷24的长度减少量成正比或相关。磨损状态监控器50绕着穿过磨损状态监控器50的中心的旋转轴旋转。旋转轴随着磨损状态监控器50旋转而距离碳刷24的第二端34固定的距离，因此当刷24磨损且长度减少时，旋转轴线随刷24平移。
例如，在某些情况下，传感器56可以在初始时间场合T0获得与刷24的第一位置相对应的值，例如当刷24已置于电气设备上且几乎没有磨损时的刷24的初始位置。换句话说，传感器56可用于在初始时间场合T0下感测磨损状态监控器50的角位置。传感器56可以在刷已被磨损了第一个量之后的稍后的时间场合T1获得与刷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感测磨损状态监控器50的角位置。在刷已经磨损了另外的量之后的稍后的时间场合T2、T3、T4等，传感器56可以获得与刷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等感测磨损状态监控器50的角位置。磨损状态监控器50在每个时间场合之间的角位移可用于确定刷24的长度的减少，从而确定刷24的当前磨损状态和/或当刷24的长度在将来的时间将减少到阈值量时的预估。在某些情况下，阈值量可以对应于接近当刷24具有已定的磨损量(例如接近替换阈值、最大允许磨损等)时的刷的长度。
另外，在一些情况下，传感器56可配置为感测与刷24的第一磨损状态相对应的第一阈值和不同于第一阈值而与刷24的第二磨损状态相对应的第二阈值。例如，第一阈值可以包括磨损状态监控器50的总旋转量或角位移，该总旋转量或角位移指示在已定时间期间(例如在一周内)应更换刷24的磨损状态。第二阈值可以对应于磨损状态监控器50的总旋转量或角位移，该总旋转量或角位移指示需要尽快更换刷24的磨损状态。
图7和8示出了图1所示的刷架组件110的侧视图，其在不同的时间场合代表刷24的不同的可识别的磨损状态。为了简单起见，间隔件30(示于图1)已从图7和图8中去除。另外，图7和图8示出包括固定至安装梁26的刷架22的刷架组件110，其中安装梁26配置为可移除地安装至安装块70。进一步地，图7和8示出安装梁26，该安装梁26包括在接合位置中彼此枢转地耦接的上梁构件27和下梁构件28，如以上分别参照图1所述。图7和图8进一步示出了刷架组件110，其包括手柄21和附接于刷24并自其延伸的导线62。
如以上所讨论并在图7、图8中所示，弹簧29的端部区域可以绕着磨损状态监控器50的一部分(例如中间区域)盘绕，同时弹簧29的细长部分沿着刷24的侧面延伸，其中弹簧29的第一端部32耦接至安装梁26。此外，虽然图7和图8中无法观察到，但传感器和/或电源可位于磨损状态监控器50中的内部空间(例如空腔)内(如上所述)。
图7示出了在初始时间场合T0，例如当刷架组件110的刷24初次安装在电机上时的刷24的第一构造(例如，初始磨损状态)。图7示出了位于刷架22内的刷24(如以上参照图1所述)，刷24的下表面与旋转元件15的导电表面12接合。另外，图7示出了刷24的第一端部面34在初始时间场合T0位于与在初始位置处最接近手柄21的刷架22的端部相距距离X1处。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24的第一端部面34施加力以使刷24与旋转元件15的导电表面12接合。
为了说明，图7包括置于磨损状态监控器50上的“旋转标记”64。为简单起见，旋转标记64已被置于磨损状态监控器50上接近十二点钟的位置，但是可放置在任何期望的位置。旋转标记64不必是视觉标记，尽管可包括视觉标记。旋转标记64可代表由传感器56提供的磨损状态监控器50的旋转方向的位置信号。
图8示出了在稍后的时间场合T1的刷24的第二构造(例如第二磨损状态)，例如在刷24于一段时间内与旋转元件15的导电表面12接合并且长度减少之后。如上所述，随着刷24抵靠旋转元件15的导电表面12磨损，弹簧29可继续在刷24的第一端部面34上施加力。例如，图8示出了位于与刷架22的最接近手柄的端部相距距离X2处的刷24的第一端部面34。可以理解的是，图7中所示的距离“X2”和距离“X1”之间的差表示刷24的长度的减少量(即，刷24的长度缩短了多少)。
另外，如上所述，当刷24在刷架22内平移时，磨损状态监控器50可以与刷24缩短的长度成比例地旋转。在图8中示出了于T0的磨损状态监控器50的初始旋转位置与于T1的磨损状态监控器50的旋转位置之间的磨损状态监控器50的旋转或角位移θ。另外，图8示出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控器50的旋转或角位移。
需要注意的是在刷24的整个磨损过程中，磨损状态监控器50的旋转轴与刷24的上表面保持固定的距离。
如上所述，随着磨损状态监控器50响应于刷24的缩短(例如刷24的第二端部面35的磨损)而旋转，传感器56可以测量并收集与磨损状态监控器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控器50的旋转或角位移有关的信息，以确定刷24的长度的减少量、刷24的当前磨损状态、刷24的磨损率和/或预测刷24在将来的时间的未来磨损状态。可以将这种有关刷24的状态的信息和/或数据传达到现场监控设备120和/或远程监控设备140。远程监控设备140可位于与电机和现场监控设备120的地理位置相同和/或不同的地理位置。
在一些情况下，磨损状态监控器50、现场监控器120和/或远程监控设备140可包括能够处理指示的处理器，所述指示用于预测刷24和/或电机的旋转元件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元件(例如滑环、换向器等)的磨损状态的指示。
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通过多种形式来体现。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 (22)

1.一种用于监控碳刷的磨损状态的系统，所述系统包括：刷架组件，所述刷架组件包括：
碳刷，其包括第一端部、与所述第一端部相对的第二端部、以及从所述第一端部到所述第二端部所测量的长度，其中，随着所述碳刷的所述第一端部在使用过程中磨损，所述长度从初始长度减少；
磨损状态监控器，其与所述碳刷耦接，所述磨损状态监控器包括传感器；
弹簧，所述弹簧具有盘绕部分和从所述盘绕部分延伸的细长部分，其中所述磨损状态监控器位于所述盘绕部分内；
其中，所述磨损状态监控器配置为随着所述碳刷的长度减少而旋转；
其中，所述传感器配置为随着所述磨损状态监控器旋转而测量所述磨损状态监控器的角位移；
其中，所述磨损状态监控器测得的所述角位移与所述碳刷的长度的减少量相关。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述弹簧具有第一端部和第二端部，所述第一端部耦接至所述磨损状态监控器，其中，所述弹簧配置为提供力，所述力促使所述碳刷与电机的旋转导电表面接触。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述磨损状态监控器包括围绕所述磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧布置在所述凹槽内。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述弹簧的所述盘绕部分配置为随着所述磨损状态监控器旋转而缠绕在所述磨损状态监控器的周向外表面周围。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磨损状态监控器包括围绕所述磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧的所述盘绕部分布置在所述凹槽内。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括位于所述弹簧的所述盘绕部分与所述碳刷的所述第二端部之间的间隔件。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述间隔件包括磁体，且所述传感器是感测所述磁体的磁场的霍尔效应传感器。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述间隔件限定凹形的支架，其中所述弹簧的所述盘绕部分搁置在所述支架中。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述磨损状态监控器绕旋转轴线旋转，其中随着所述磨损状态监控器旋转，所述旋转轴线距离所述碳刷的所述第二端部为固定的距离。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器是旋转磁编码器。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器配置为将无线信号发送到现场监控器，且其中所述无线信号配置为提供与所述碳刷的长度减少有关的信息。
12.一种用于监控碳刷的磨损状态的系统，所述系统包括：
刷架，其耦接至手柄，所述刷架包括开口；
碳刷，其布置在所述刷架的所述开口内；
弹簧，随着所述碳刷的第一端部在使用过程中磨损，所述弹簧向所述碳刷施加力以使所述碳刷在所述开口内平移；
磨损状态监控器，其位于所述弹簧的盘绕部分内，所述磨损状态监控器配置为随着所述碳刷的所述第一端部磨损而旋转；以及
传感器，所述传感器配置为随着所述磨损状态监控器旋转而测量所述磨损状态监控器的角位移，其中，所述磨损状态监控器的测得的角位移与所述碳刷已磨损的量相关。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述传感器布置在所述磨损状态监控器的壳体内。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述磨损状态监控器绕旋转轴线旋转，其中随着所述磨损状态监控器旋转，所述旋转轴线距离所述碳刷的上表面为固定的距离。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述弹簧包括细长部分，所述细长部分从所述弹簧的所述盘绕部分沿着所述碳刷的侧表面延伸。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述弹簧的所述细长部分的端部可移除地耦接至所述刷架。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述磨损状态监控器包括围绕所述磨损状态监控器的周向外表面延伸的周向凹槽，且其中所述弹簧的所述盘绕部分布置在所述凹槽内。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述弹簧的一部分配置为随着所述磨损状态监控器旋转而缠绕在所述磨损状态监控器的周向外表面周围。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述磨损状态监控器配置为随着所述碳刷磨损而旋转一弧角，且其中所述弧角与所述碳刷磨损的量相关。
20.一种用于监控碳刷的磨损状态的方法，所述方法包括：
随着使用过程中所述碳刷的长度减少，而使磨损状态监控器旋转，利用传感器确定位于所述碳刷附近的所述磨损状态监控器的角位移，其中所述磨损状态监控器定位在弹簧的盘绕部分内，所述弹簧向所述碳刷施加力，以使所述碳刷随着所述碳刷的第一端磨损而平移；以及
基于所述磨损状态监控器的所述角位移确定所述碳刷的磨损状态。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：将所述碳刷的所述磨损状态与阈值进行比较。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：将所述碳刷的磨损状态的指示传达给用户。
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