CN113670251A - 碳刷磨损在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种碳刷磨损在线检测系统，包括检测单元以及用于固定安装检测单元的卷簧；所述卷簧的预紧力施加侧抵靠于碳刷且卷簧在碳刷磨损后发生后随碳刷的运动而转动；所述检测单元包括加速度计和处理单元；所述加速度计的输出端连接于处理单元的输入端并用于检测卷簧在碳刷磨损时的转动量，所述处理单元根据加速度计输出的检测信号确定碳刷磨损状态；能够对碳刷的磨损进行准确检测并及时上传监测数据，而且能够有效避免碳刷磨损过程中所产生的碳粉对检测的影响，从而能够保证检测精度以及能够准确地对碳刷磨损程度进行预警，进而确保整个发电机或者电动机的工作稳定性和安全性。

Description

碳刷磨损在线检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种碳刷磨损在线检测系统。

背景技术

碳刷是有刷发电机或者电动机中极为重要的部件，用于将发电机或者电动机的固定部分和转动部分进行能量传递，碳刷在发电机或者电动机运行过程中会发生磨损，当碳刷磨损到一定程度后将严重影响发电机或者电动机的正常运行，因此，需要对碳化的磨损程度进行监测，虽然，现有技术中对于碳刷磨损检测多种多样，比如图像检测，超声检测、红外检测亦或是通过检测电路等等，但是，这些检测方式并不能对碳刷进行准确检测，原因是碳刷的磨损会产生大量的碳粉，而碳粉的存在会导致图像、超声存在严重的偏差，并不能对碳刷进行准确识别，而红外检测则是碳刷自身就工作在一个温度较高的场景中，高温带来的红外辐射会对红外检测造成严重的影响，而检测电路检测一般是通过设置检测回路，并具有两个触点，而这两个触点一个固定，另一个设置在碳刷上，当碳刷磨损没有达到设定高程度，两个触点所在的回路断开，没有信号输出，而当碳刷磨损到一定程度，动触点和静触点接触，回路导通，从而进行预警，但是，正如上述所说，由于碳刷磨损中产生大量碳粉，这些碳粉堆积后容易引起电路误动，导致并不能准确进行检测。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种碳刷磨损在线检测系统，能够对碳刷的磨损进行准确检测并及时上传监测数据，而且能够有效避免碳刷磨损过程中所产生的碳粉对检测的影响，从而能够保证检测精度以及能够准确地对碳刷磨损程度进行预警，进而确保整个发电机或者电动机的工作稳定性和安全性。

本发明提供的一种碳刷磨损在线检测系统，包括检测单元以及用于固定安装检测单元的卷簧；

所述卷簧的预紧力施加侧抵靠于碳刷且卷簧在碳刷磨损后发生后随碳刷的运动而转动；

所述检测单元包括加速度计和处理单元；所述加速度计的输出端连接于处理单元的输入端并用于检测卷簧在碳刷磨损时的转动量，所述处理单元根据加速度计输出的检测信号确定碳刷磨损状态。

进一步，所述检测单元还包括安装盒，所述安装盒设置于卷簧的中空处，所述加速度计和处理单元设置于安装盒内。

进一步，所述安装盒包括盒体与盒盖；

所述盒体的底部外侧壁沿径向向外延伸形成凸缘，所述盒盖的直径大于盒体开口处的外径，所述凸缘、盒体的外侧壁以及盒盖的边缘形成安装槽，所述卷簧的内侧嵌入于安装槽内。

进一步，所述盒体侧壁设置有过孔，所述盒体的侧壁设置有嵌入槽，所述嵌入槽与过孔连通，所述卷簧的内端端部弯折形成嵌入部，所述嵌入部通过嵌入槽延伸至盒体内。

进一步，所述盒盖由边缘径向下沉形成让位槽，所述让位槽的开口处在盒盖与盒体盖合时与嵌入槽的开口处正对。

进一步，所述检测单元还包括温度检测模块，所述温度检测模块输出端与处理单元的输入端连接。

进一步，所述处理单元包括处理电路、无线传输模块以及AD转换模块；

所述处理电路通过无线传输模块与外部监测设备通信连接，所述处理电路的温度信号输入端连接于温度检测模块的输出端，所述处理电路的加速度信号输入端与AD转换模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与加速度计的输出端连接。

本发明的有益效果：通过本发明，能够对碳刷的磨损进行准确检测并及时上传监测数据，而且能够有效避免碳刷磨损过程中所产生的碳粉对检测的影响，从而能够保证检测精度以及能够准确地对碳刷磨损程度进行预警，进而确保整个发电机或者电动机的工作稳定性和安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的卷簧结构示意图。

图2为图1中卷簧轴侧图。

图3为本发明安装盒结构示意图。

图4为本发明的电气结构示意图。

图5为本发明的安装盒与卷簧安装结构示意图。

图6为本发明的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：

本发明提供的一种碳刷磨损在线检测系统，包括检测单元以及用于固定安装检测单元的卷簧1；

所述卷簧1的预紧力施加侧抵靠于碳刷且卷簧在碳刷磨损后发生后随碳刷的运动而转动；

所述检测单元包括加速度计和处理单元；所述加速度计的输出端连接于处理单元的输入端并用于检测卷簧在碳刷磨损时的转动量，所述处理单元根据加速度计输出的检测信号确定碳刷磨损状态。

其中，所述卷簧一端形成固定端并被固定，卷簧的另一端形成内端，所述卷簧的预紧力施加侧抵靠于碳刷，其中，本实施例中的加速度计采用LIS3DH加速度检测电路，当然也可以采用其他型号的加速检测电路，通过上述结构，能够对碳刷的磨损进行准确检测并及时上传监测数据，而且能够有效避免碳刷磨损过程中所产生的碳粉对检测的影响，从而能够保证检测精度以及能够准确地对碳刷磨损程度进行预警，进而确保整个发电机或者电动机的工作稳定性和安全性。

如图1和2所示，卷簧1的一端形成固定端，并安装在一个安装板2上，安装板的一端折弯形成挂接部4，便于安装板安装于碳刷安装处，卷簧的另一端为内端，该端为一个自由端，这里的内外是卷簧卷绕后形成环形后的内外关系，卷簧的该自由端在环形内，所以称为内端，卷簧1在的中心部位为一个中空结构，用于设置安装盒，从而使得整个结构简单；本发明的工作原理为：

在碳刷刚安装后，具体安装如图6所示，卷簧的预紧力施加侧即图1中的左侧，在图6中卷簧与碳刷11抵靠，当安装板固定后，卷簧的位置也就固定，此时碳刷的长度较长，会与卷簧的左侧抵靠并使得卷簧向右侧转动，从而产生弹性预紧力，此力施加向左侧的碳刷，并记录此时的位置信息，当碳刷在工作中磨损，碳刷磨损后逐渐向左移动，此时卷簧开始复位产生转动，加速度计检测卷簧的转动量，即卷簧的转动角度，并根据角度来计算卷簧转动的弧长(该计算方法为现有技术)，该弧长即对应碳刷的磨损量，处理电路将该磨损量输出至外部检测设备；并且，通过本发明的结构，卷簧向碳刷提供一个预紧力，使碳刷与滑环之间能够紧密的接触电连接，从而能够简化整个碳刷装置的结构，无需其他预紧机构。

本实施例中，所述检测单元还包括安装盒1，所述安装盒设置于卷簧的中空处11，所述加速度计和处理单元设置于安装盒内，通过该结构，能够便于对检测单元进行安装并进行保护，防止碳粉对检测元件造成影响而影响最终的检测准确性，并且使得整个系统的结构简单。

具体地，所述安装盒包括盒体5与盒盖9；

所述盒体5的底部外侧壁沿径向向外延伸形成凸缘6，所述盒盖9的直径大于盒体5开口处的外径，所述凸缘6、盒体5的外侧壁以及盒盖9的边缘形成安装槽，所述卷簧1的内侧嵌入于安装槽内，如上所述，卷簧为一个环形结构，以环形为参考位于环形内部为内侧，外部为外侧，通过这种结构，能够稳固的将安装盒与卷簧进行固定，从而在卷簧转动过程中带动安装盒同步转动，从而使得加速度计准确计算碳刷的磨损程度。

本实施例中，所述盒体5侧壁设置有过孔7，所述盒体5的侧壁设置有嵌入槽8，所述嵌入槽8与过孔7连通，所述卷簧1的内端端部弯折形成嵌入部3，所述嵌入部3通过嵌入槽8延伸至盒体5内，如图3所示，通过该结构，方便对安装盒进行固定安装，更为重要的是：一方面，通过过孔，利于温度检测模块对碳刷的温度进行探测，而且过孔还可以作为一个散热通道，另一方面，卷簧的内端端部所形成的嵌入部伸入到安装盒内后，将安装盒与卷簧位置进行限定，从而在卷簧复位转动时能够保持安装盒与卷簧的转动完全同步，从而保证加速度计检测的准确性；而且卷簧为一个金属元件，具有良好的导热性能，因此，检测单元的用电器件在工作中所产生的大量的热量通过卷簧的内端传导出安装盒外，从而进行良好的散热，从而确保整个设备的工作稳定性。

本实施例证，所述盒盖9由边缘径向下沉形成让位槽10，所述让位槽的开口处在盒盖与盒体盖合时与嵌入槽8的开口处正对，通过该结构，对卷簧的嵌入部进行让位，从而方便对安装盒进行安装固定。

本实施例中，所述检测单元还包括温度检测模块，所述温度检测模块输出端与处理单元的输入端连接，其中，温度检测模块采用现有的温度检测模块，用于对碳刷温度进行探测，从而能够对碳刷的实时温度状态进行准确检测(虽然不是直接探测碳刷温度，但是，该温度探测所产生的误差在许可范围内)。

本实施例中，所述处理单元包括处理电路、蓝牙模块以及AD转换模块；

所述处理电路通过蓝牙模块与外部监测设备通信连接，所述处理电路的温度信号输入端连接于温度检测模块的输出端，所述处理电路的加速度信号输入端与AD转换模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与加速度计的输出端连接，处理电路采用现有的芯片及其外围电路，比如：CC2640R2FRSM芯片或者STM32系列芯片，根据实际需要进行选择，无线传输模块采用现有的蓝牙模块、UWB模块等，AD转换模块采用现有芯片；外部设备外现有的监控主机、服务器或者智能手机等具有蓝牙功能的终端设备。

另外，上述中各器件的工作用电采用纽扣电池进行供电，能够减小供电模块的体积，方便使用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：包括检测单元以及用于固定安装检测单元的卷簧；

所述卷簧的预紧力施加侧抵靠于碳刷且卷簧在碳刷磨损后发生后随碳刷的运动而转动；

所述检测单元包括加速度计和处理单元；所述加速度计的输出端连接于处理单元的输入端并用于检测卷簧在碳刷磨损时的转动量，所述处理单元根据加速度计输出的检测信号确定碳刷磨损状态。

2.根据权利要求1所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述检测单元还包括安装盒，所述安装盒设置于卷簧的中空处，所述加速度计和处理单元设置于安装盒内。

3.根据权利要求2所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述安装盒包括盒体与盒盖；

所述盒体的底部外侧壁沿径向向外延伸形成凸缘，所述盒盖的直径大于盒体开口处的外径，所述凸缘、盒体的外侧壁以及盒盖的边缘形成安装槽，所述卷簧的内侧嵌入于安装槽内。

4.根据权利要求2所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述盒体侧壁设置有过孔，所述盒体的侧壁设置有嵌入槽，所述嵌入槽与过孔连通，所述卷簧的内端端部弯折形成嵌入部，所述嵌入部通过嵌入槽延伸至盒体内。

5.根据权利要求4所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述盒盖由边缘径向下沉形成让位槽，所述让位槽的开口处在盒盖与盒体盖合时与嵌入槽的开口处正对。

6.根据权利要求1所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述检测单元还包括温度检测模块，所述温度检测模块输出端与处理单元的输入端连接。

7.根据权利要求6所述碳刷磨损在线检测系统，其特征在于：所述处理单元包括处理电路、无线传输模块以及AD转换模块；

所述处理电路通过无线传输模块与外部监测设备通信连接，所述处理电路的温度信号输入端连接于温度检测模块的输出端，所述处理电路的加速度信号输入端与AD转换模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与加速度计的输出端连接。

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