CN115208135A - 具有导电套筒的电机 - Google Patents
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Abstract
一种电机(10)包括非旋转部件(12)、旋转部件(14)、支撑旋转部件的至少一个轴承(15)以及固定到非旋转部件的纤维接地刷(18)，轴承包括旋转圈(16)和非旋转圈(17)，纤维接地刷包括支撑件(18a)和多条导电纤维(19)，支撑件固定到非旋转部件，多条导电纤维具有第一端(19a)以及与第一端(19a)相对的第二自由端(19b)，第一端固定到支撑件，第二端朝向旋转部件延伸。电机包括导电套筒(20)，导电套筒包括：基部(21)，紧固到旋转部件或者紧固到轴承的旋转圈；以及导电层(24)，至少部分地覆盖基部的表面(22b)，纤维接地刷的导电纤维的第二自由端与导电层接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有接地刷(尤其是纤维接地刷)的旋转电机(/电气旋转机械/电气旋转机器)(electrical rotary machine)。
背景技术
旋转机器通常包括座(/轴承座/壳体)(housing)以及由至少轴承支撑的旋转轴。
旋转机器的电源在轴与座之间产生电势(/电位)差，其进而在连接到轴的轴承内圈与连接到机器的框架的轴承外圈之间产生电势。轴承内圈与轴承外圈之间的电势差可能会导致电流通过轴承放电(discharge)。
经过轴承的电流可能会损坏所述轴承的滚道和滚动元件。放电还可能会产生振动，这增加了机器的声学噪声。
已知通过使用接地刷(grounding brush)将旋转轴接地，刷设计可以具有导电纤维。接地刷通常安装到机器的框架，使得纤维的末端(/远端)(distal ends)在径向上接触旋转轴的外表面。
纤维的导电性创建并联电路径，从而允许(/使得)轴保持在与机器的框架的电势相同的电势。这也使支撑轴的轴承的内圈和外圈保持在相同的电势，并显著减少通过轴承的放电。
然而，即使使用这种接地刷，由于轴表面电变化，轴表面的电阻随时间增加。实际上，在马达的使用寿命(/服务寿命)期间，由于例如热、湿度、电流流动或摩擦，轴的表面上可能会发生氧化。
因为轴上的这种表面变化，接地刷将具有比轴承高的电阻和比轴承高的击穿电压(breakdown voltage)，并且可能不再能够创建对电流的并联路径。然后，电流将经过轴承，并对轴承造成严重损坏，甚至可能会破坏轴承。
因此，需要保护旋转部件的外表面，以避免在马达的使用寿命期间的任何变化。
为了降低轴的外表面氧化的风险从而使其导电性最大化，已知的(方法)是在轴的外表面上涂覆由树脂(诸如，环氧树脂)制成的涂层。
然而，这种涂层具有低硬度，并且可能由于接地刷的滑动而损坏或移除(/去除)。
发明内容
本发明的目的是改善对旋转部件的滑动表面的保护。
本发明的特定目的是提供一种电机(/电气机械)(electrical machine)，所述电机包括非旋转部件、旋转部件、支撑所述旋转部件的至少一个轴承以及固定到所述非旋转部件的纤维接地刷(fiber grounding brush)。所述轴承包括旋转圈和非旋转圈。所述纤维接地刷包括支撑件(/支撑部)和多条导电纤维，支撑件固定到非旋转部件，多条导电纤维具有第一端以及与所述第一端相对的第二自由端，所述第一端固定到所述支撑件，所述第二自由端朝向旋转部件延伸。
电机还包括导电套筒，导电套筒包括：基部(/基座)(base)，紧固到旋转部件或者紧固到轴承的旋转圈；以及导电层，至少部分地覆盖基部的面对纤维接地刷的导电纤维的第二自由端的表面，使得所述第二自由端与所述导电层接触。
导电套筒用作接地刷的集成专用滑动表面，确保随时间推移(overtime)的最小接触电阻，并避免滑动表面随时间变化。
导电套筒并且尤其是导电层用作用于接地刷的纤维的自由端的滑动表面。
根据一个实施方式，导电套筒的基部包括环形圈，环形圈固定到旋转部件或者固定到轴承的旋转圈。
例如，环形圈压配(/压配合)在旋转部件的圆柱形外表面上。
例如，旋转部件包括肩部，导电套筒的环形圈在轴向上支承抵靠该肩部。
作为一个替代方案，导电套筒在轴向上支承抵靠(bears against)轴承的旋转圈。在这种情况下，导电套筒用作用于刷的滑动表面和用于轴承的间隔件(/垫片)(spacer)。
根据一个实施方式，导电套筒的环形圈包括圆环(toroidal)滚道，刷的纤维在该圆环滚道内部突出，至少所述滚道被导电层覆盖。所述滚道在轴向上容纳刷的纤维。
根据一个实施方式，导电套筒的基部包括径向部分，径向部分从环形圈在径向上朝向非旋转部件延伸，所述环形圈和径向部分通过圆形部分连接，导电套筒的所述径向部分在轴向上支承抵靠(bears against)轴承的旋转圈。
例如，导电层覆盖圆形部分的外表面，并且刷的纤维的自由端在所述圆形部分上滑动。
因此，刷的纤维可以在倾斜方向上朝向圆形部分延伸。
作为一个替代方案，导电层可以覆盖基部的整个外表面。因此，刷的纤维可以接触环形圈的外表面或径向部分的侧表面(/侧向面)(lateral surface)。
根据一个实施方式，导电套筒的环形圈包括紧固肋(fastening rib)，紧固肋从环形圈的一个侧表面在径向上朝向非旋转部件延伸，所述紧固肋与设置在轴承的旋转圈的表面上的槽(/凹槽)配合。
例如，紧固肋可以是环形的，或者可以包括在周向上间隔开的多个肋。
将导电套筒压接(crimping)到轴承的旋转圈上允许(/使得)简化所述导电套筒的组装，因为不需要在机器的旋转部上干涉(/过盈)(interference)。
根据一个实施方式，导电套筒的环形圈压配或压接在轴承的旋转圈上，并且其中，导电套筒的基部包括径向部分，径向部分从环形圈在径向上朝向旋转部件延伸，至少所述径向部分被导电层覆盖。
导电套筒的所述径向部分在轴向上可以支承抵靠轴承的旋转圈的侧表面。
例如，刷的纤维在倾斜方向上朝向径向部分延伸。导电套筒的这种特定形状允许是紧凑的。
根据一个实施方式，旋转圈包括轴向部分，轴向部分在轴向上延伸超出非旋转圈的侧表面，导电套筒(尤其是环形圈)压配在旋转圈的轴向部分的表面(尤其是外表面上)上。
有利的是，导电层通过在导电套筒的基部上镀覆(platting)(例如，通过电镀或无电镀)来涂覆(/施加)。
例如，基部完全被导电层覆盖。
有利的是，导电套筒的基部由金属材料(诸如，钢、不锈钢、黄铜、铝、铜)，或者由聚合物材料(诸如，尼龙6(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙6-6(PA66)、聚醚醚酮(PEEK)等)制成。
有利的是，导电层由在包括金、银、铂的第一组贵材料或者包括锡或镍的第二组贱材料中选择的金属材料制成。
例如，旋转部件是轴，非旋转部件是座。
例如，旋转圈是轴承的内圈，非旋转圈是轴承的外圈。
附图说明
通过研究通过非限制性示例的方式给出并由附图示出的具体实施方式的详细描述，将更好地理解本发明及其优点，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；
图2是根据本发明的第二实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；
图3是根据本发明的第三实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；
图4是根据本发明的第四实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；
图5是根据本发明的第五实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；
图6是根据本发明的第六实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图；以及
图7是根据本发明的第七实施方式的具有导电套筒的电机的示意性截面图。
具体实施方式
表述“外”和“内”参照的是电机10的旋转部件的旋转轴线X-X，内部部件比外部部件靠近所述轴线。
参照图1，图1示出了电机(electrical machine)10的实施方式，电机10包括：非旋转座(/轴承座)(housing)12；旋转轴14；轴承15，支撑所述轴14；以及纤维接地刷(fibergrounding brush)18，安装在座12中。
作为替代方案，机器可以包括多个轴承。
作为替代方案，轴可以是非旋转部件，并且座可以是旋转部件。
如所示出的，座12在径向上由圆柱形内表面12a和圆柱形外表面12b界定。
如图1所示，旋转轴14具有带台阶(/阶梯式)(stepped)的圆柱形外表面14a，圆柱形外表面14a具有肩部14b。
轴承15在径向上安装在座12的内表面上或孔12a内部。
座的孔12a可以设置有肩部或者轴向保持部件，用于将轴承15在轴向上保持在座12内部。
作为非限制性示例的方式，轴承15包括：旋转内圈16；非旋转外圈17；以及一列滚动元件15a(诸如，以滚子为例)，配置在内圈16与外圈17之间。例如，轴承15包括被构造为保持滚动元件的周向间隔的保持架(未示出)。
作为替代方案，轴承15可以是滑动轴承。
作为替代方案，在轴是非旋转部件的情况下，内圈16可以是非旋转圈，外圈17可以是旋转圈。
轴承15的外圈17和内圈16呈可绕着轴承的旋转轴线X-X旋转的同心圈的形式，外圈17在径向上围绕内圈16。
如所示出的，轴承15的内圈16是实心型的，并且在径向上由圆柱形内表面16a和圆柱形外表面16b界定，圆柱形内表面16a与轴14径向接触，圆柱形外表面16b具有用于滚动元件15a的滚道。内圈16还包括在轴向上界定圆柱形内表面16a和圆柱形外表面16b的两个相对的径向正表面(/前表面/正向面)(frontal surface)16c、16d。
如所示出的，轴承15的外圈17是实心型的，并且在径向上由圆柱形内表面17a和圆柱形外表面17b界定，圆柱形内表面17a具有用于滚动元件15a的滚道，圆柱形外表面17b与座12的内表面12a径向接触。外圈17还包括在轴向上界定圆柱形内表面17a和圆柱形外表面17b的两个相对的径向正表面17c、17d。
纤维接地刷18包括支撑件(/支撑部)18a和多条导电纤维19，多条导电纤维19具有第一端19a以及与所述第一端相对的第二自由端19b，第一端19a固定到所述支撑件18a，第二自由端19b在径向上朝向轴14延伸。
支撑件18a例如通过压配到座的内表面12a上或者用合适的紧固件或粘合剂来固定到座12。作为另一种选择，支撑件18a可以固定到轴承15，例如，外圈17。
例如，纤维可以是碳纤维。
机器10还包括导电套筒20，导电套筒20用作用于接地刷18的纤维19的自由端19b的滑动表面。
如图1所示，导电套筒20包括基部(/基座)(base)21，基部21包括压配(/压配合)在旋转轴14的圆柱形外表面14a上的环形圈22。
环形圈22在径向上由圆柱形内表面22a和圆柱形外表面22b界定，圆柱形内表面22a与轴14径向接触。此外，环形圈22在轴向上由两个相对的径向正表面22c、22d界定，径向正表面22c、22d在轴向上界定圆柱形内表面22a和圆柱形外表面22b。
如所示出的，径向正表面22d中的一者在轴向上支承抵靠轴14的肩部14b。因此，套筒20的轴向位置由所述肩部14b限定。
导电套筒20的基部21由金属材料(诸如，钢、不锈钢、黄铜、铝、铜)制成，或者由聚合物材料(诸如，尼龙6(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙6-6(PA66)、聚醚醚酮(PEEK)等)制成。
环形圈22的外表面22b还覆盖有导电材料层24，导电材料层24由金属材料制成的，该金属材料通过电镀或无电镀涂覆为覆盖环形圈22的外表面22b。
作为另一种选择，导电套筒20的所有表面可以被导电层24覆盖。
如所示出的，导电层24覆盖环形圈22的整个外表面22b。作为替代方案，导电层24可以部分地覆盖环形圈22的外表面22b。在任何情况下，导电层24面对导电刷18的纤维19的自由端19b，并且形成用于纤维19的滑动表面。导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触。
导电层24的金属材料可以是贵材料(诸如，金、银、铂)或贱材料(ignoblematerial)(诸如，锡或镍)。
图2(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于：轴14的圆柱形外表面14a不包括肩部，并且导电套筒20在轴向上支承抵靠轴承15的内圈16。
如图2所示，导电套筒20的基部21的环形圈22的侧表面(/侧向面)(lateralsurface)22d中的一者在轴向上支承抵靠轴承15的内圈16的一个侧表面16c。
图2所示的环形圈22比图1所示的环形圈22厚。环形圈22的这种特定结构允许在需要时支撑轴向负载(/载荷)。
导电套筒20用作用于刷18的滑动表面和用于轴承15的间隔件(/垫片)(spacer)。
导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触。
图3(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于导电套筒20的环形圈22包括滚道26。
如图3所示，导电套筒20的环形圈22压配在旋转轴14的圆柱形外表面14a上。
所述环形圈22在径向上由圆柱形内表面22a和圆柱形外表面22b界定，圆柱形内表面22a与轴14径向接触。此外，导电套筒22在轴向上由两个相对的径向正表面22c、22d界定，径向正表面22c、22d在轴向上界定圆柱形内表面22a和圆柱形外表面22b。
如所示出的，环形圈22的圆柱形外表面22b包括圆环(toroidal)滚道26。
环形圈22的圆环滚道26还覆盖有导电材料层24，导电材料层24由金属材料制成，该该金属材料通过电镀或无电镀涂覆为覆盖环形圈22的外表面22b。
如所示出的，导电层24仅覆盖环形圈22的圆环滚道26。作为替代方案，导电层24可以覆盖环形圈22的整个外表面22b。
环形圈22的圆环滚道26允许将刷18的纤维19在轴向上容纳在套筒20上，例如，在套筒20的中心，以通过避免纤维在轴向上移动来使接触最大化。
导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触。
图4(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于导电套筒20的形状。
如图4所示，导电套筒20的基部21包括环形圈22和径向部分28，径向部分28从环形圈22在径向上朝向外部延伸。所述环形圈22和径向部分28通过圆形部分29连接。
如图4所示，导电套筒20的环形圈22压配在旋转轴14的圆柱形外表面14a上。
导电套筒20的径向部分28在轴向上支承抵靠轴承15的内圈16。
如所示出的，导电层24覆盖圆形部分29的外表面29a，并且刷的纤维19的自由端19b在所述圆形部分29上滑动。
因此，刷的纤维19在倾斜方向上朝向圆形部分29延伸，并且导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触且轴向接触。
作为替代方案，导电层24可以覆盖基部21的整个外表面。因此，刷的纤维19可以在径向上接触环形圈22的外表面22b或者在轴向上接触径向部分28的侧表面28a。
图5(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于导电套筒20压接(crimp)到轴承15。
如图5所示，导电套筒20的环形圈22包括紧固肋(fastening rib)22e，紧固肋22e从环形圈22的一个侧表面22d在径向上朝向外部延伸。所述紧固肋22e与设置在轴承15的内圈16的内表面16a上的槽(/凹槽)16e配合。
导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触。
紧固肋22e可以是环形的，或者可以包括在周向上间隔开的多个肋。
将导电套筒20压接到轴承15的内圈上允许(/使得)简化所述导电套筒的组装，因为不需要在轴上干涉(/过盈)并且刷与套筒之间的同心度较好。
图6(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于导电套筒20压接到轴承15以及所述导电套筒20的形状。
如图6所示，导电套筒20的基部21包括环形圈22和径向部分28，径向部分28从环形圈22在径向上朝向内部延伸。
如图6所示，导电套筒20的环形圈22压配或压接在轴承15的内圈16的圆柱形外表面16b上。
导电套筒20的径向部分28在轴向上支承抵靠轴承15的内圈16的侧表面16c。
如图所示，导电层24覆盖径向部分28的侧表面28a，并且刷的纤维19的自由端19b在所述侧表面28a上滑动。
因此，刷的纤维19在倾斜方向上朝向径向部分28延伸，并且导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24轴向接触。
导电套筒20的这种特定形状允许是紧凑的。
图7(其中，相同的元件具有相同的附图标记)所示的电机10的另一实施方式与图1的机器的不同之处仅在于导电套筒20压配到轴承15。
如图7所示，内圈16包括轴向部分16f，轴向部分16f在轴向上延伸超出外圈17的侧表面17c。
导电套筒20的环形圈22压配在内圈16的轴向部分16f的外表面上。
导电刷18的纤维19的自由端19b与导电套筒20的导电层24径向接触。
在全部实施方式中，导电套筒20的基部21由金属材料(诸如，钢、不锈钢、黄铜、铝、铜)或聚合物材料(诸如，PA6、PPS、PA66、PEEK等)制成。
此外，基部21被导电材料层24覆盖，导电材料层24由金属材料制成，该金属材料通过电镀或无电镀涂覆为至少部分地覆盖基部21的外表面。
在替代方案中，基部21的所有表面可以被层24覆盖。
在全部实施方式中，导电层24的金属材料可以是贵材料(诸如，金、银、铂)或贱材料(诸如，锡或镍)。
贵金属极耐化学变化，并因此极耐腐蚀。此外，镀层提供了比环氧树脂涂层硬的滑动表面，因此随着时间的推移更耐刷磨损。
贱金属具有非常快速(fast)的腐蚀层，但足够薄以保持良好的电性能。
将接地刷与具有由这种导电材料制成的滑动表面的套筒组合，降低了在马达的使用寿命(/服务寿命)期间刷的接触电阻和击穿电压。
由于本发明，在机器的使用寿命期间，减少了滑动表面的变化。
应注意，已经参照示例性实施方式描述了其中轴是旋转部件并且座是非旋转部件的电机。然而，本发明还涉及其中轴是非旋转部件并且座是旋转部件的实施方式。一般而言，纤维接地刷固定到轴承的非旋转部件或非旋转圈，并且导电套筒固定到旋转部件或所述轴承的旋转圈。
Claims (10)
1.一种电机(10)，包括非旋转部件(12)、旋转部件(14)、支撑所述旋转部件(14)的至少一个轴承(15)以及固定到所述非旋转部件(12)的纤维接地刷(18)，所述轴承(15)包括旋转圈(16)和非旋转圈(17)，所述纤维接地刷(18)包括支撑件(18a)和多条导电纤维(19)，所述支撑件(18a)固定到所述非旋转部件(12)，所述多条导电纤维(19)具有第一端(19a)以及与所述第一端(19a)相对的第二自由端(19b)，所述第一端(19a)固定到所述支撑件(18a)，所述第二自由端(19b)朝向所述旋转部件(14)延伸，其特征在于，所述电机(10)还包括导电套筒(20)，所述导电套筒(20)包括：基部(21)，紧固到所述旋转部件(14)或者紧固到所述轴承(15)的旋转圈(16)；以及导电层(24)，至少部分地覆盖所述基部(21)的表面(22b、26、28a、29a)，所述纤维接地刷(18)的导电纤维(19)的第二自由端(19b)与所述导电层(24)接触。
2.根据权利要求1所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的基部(21)包括环形圈(22)，所述环形圈(22)固定到所述旋转部件(14)或者固定到所述轴承(15)的旋转圈(16)。
3.根据权利要求2所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的基部(21)包括径向部分(28)，所述径向部分(28)在径向上从所述环形圈(22)朝向所述非旋转部件(12)延伸，所述环形圈(22)和所述径向部分(28)通过圆形部分(29)连接，所述导电套筒(20)的所述径向部分(28)在轴向上支承抵靠所述轴承(15)的旋转圈(16)。
4.根据权利要求2所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的环形圈(22)包括紧固肋(22e)，所述紧固肋(22e)在径向上从所述环形圈(22)的一个侧表面(22d)朝向所述非旋转部件(12)延伸，所述紧固肋(22e)与设置在所述轴承(15)的旋转圈(16)的表面(16a)上的槽(16e)配合。
5.根据权利要求2所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的基部(21)包括径向部分(28)，所述径向部分(28)在径向上从所述环形圈(22)朝向所述旋转部件(14)延伸，至少所述径向部分(28)被所述导电层(24)覆盖。
6.根据权利要求2所述的电机(10)，其特征在于，所述旋转圈(16)包括轴向部分(16f)，所述轴向部分(16f)在轴向上延伸超出所述非旋转圈(17)的侧表面(17c)，所述导电套筒(20)压配在所述旋转圈(16)的轴向部分(16f)的表面上。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的环形圈(22)包括圆环滚道(26)，所述刷(18)的纤维(19)在所述圆环滚道(26)内突出，至少所述滚道(26)被所述导电层(24)覆盖。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述导电层(24)是通过在所述导电套筒(20)的基部(21)上镀覆来涂覆的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述导电套筒(20)的基部(21)由金属材料或聚合物材料制成，所述金属材料诸如是钢、不锈钢、黄铜、铝、铜，所述聚合物材料诸如是尼龙6(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙6-6(PA66)、聚醚醚酮(PEEK)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述导电层(24)由在包括金、银、铂的第一组贵材料或者包括锡或镍的第二组贱材料中选择的金属材料制成。
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