CN115208136A - 具有导电层的电机 - 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)的接地刷(18)，所述轴承(15)包括旋转圈(16)和非旋转圈(17)，并且所述接地刷(18)固定到所述非旋转部件(12)并具有朝向所述轴承(15)的旋转圈(16)延伸的自由端(19b)。所述电机(10)包括导电层(24)，所述导电层(24)至少部分地覆盖所述轴承(15)的旋转圈(16)的表面(16b、16c)，所述接地刷(18)的自由端(19b)与所述导电层(24)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(resistance)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接地刷(grounding brush)。所述轴承包括旋转圈和非旋转圈。所述接地刷固定到非旋转部件，并且具有朝向轴承的旋转圈延伸的自由端。
电机还包括导电层，导电层至少部分地覆盖轴承的旋转圈的表面，接地刷的自由端与所述导电层接触。
导电层用作接地刷的集成专用滑动表面(integrated dedicated slidingsurface)，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。
在一个实施方式中，接地刷可以是由导电材料(诸如，以石墨、金属粉末等为例)制成的弹簧载荷(/加有弹簧/弹簧支撑)(spring-loaded)的实心刷。
在另一实施方式中，接地刷可以是导电毡(felt)。
在一个实施方式中，接地刷可以是具有导电层或导电填料的聚合物，诸如，以在聚合物基质(matrix)中加有碳的密封件或具有导电涂层的聚四氟乙烯(PTFE)密封件为例。
在一个实施方式中，接地刷可以是纤维刷，纤维刷包括支撑件(/支撑部)和多条导电纤维，支撑件固定到非旋转部件，多条导电纤维具有固定到所述支撑件的第一端以及与所述第一端相对的第二自由端。
例如，纤维接地刷的导电纤维的第二自由端与导电层接触。
例如，纤维朝向轴承的旋转圈延伸。
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面(/侧向面)(lateral face)，导电层至少覆盖所述轴向部分的圆柱形表面，例如，外表面或内表面。
在一个实施方式中，刷在径向上朝向轴承的旋转圈的被导电层覆盖的圆柱形表面延伸。导电刷的自由端与导电层径向接触。
根据一个实施方式，导电层覆盖轴承的旋转圈的侧面(/侧向面)(lateral face)。
例如，刷在倾斜方向上朝向轴承的旋转圈的被导电层覆盖的侧面(/侧向面)(lateral face)延伸。导电刷的自由端与导电层轴向接触。
有利的是，导电层通过在轴承的旋转圈上镀覆来涂覆。
例如，导电层由在包括金、银、铂的第一组贵材料中选择的金属材料制成。
例如，导电层由在包括锡或镍的第二组贱材料中选择的金属材料制成。
例如，旋转圈可以完全被导电层覆盖。
例如，旋转圈是轴承的内圈，非旋转圈是轴承的外圈。
例如，旋转部件是轴，非旋转部件是座。
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层的电机的示意性截面图；以及
图2是根据本发明的第二实施方式的具有导电层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；以及接地刷(groundingbrush)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具有圆柱形外表面14a。
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(solid type)，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面(/前面/正向面)(frontal face)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面17c、17d。
如图1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的侧面(/侧向面)(lateral face)17c。
如所示出的，接地刷是纤维接地刷。
然而，本发明适用于其他接地刷，诸如，由导电材料(诸如，以石墨、金属粉末为例)制成的弹簧载荷(/加有弹簧/弹簧支撑)(spring-loaded)的实心刷，或导电毡(felt)。作为替代方案，接地刷可以是具有导电层或导电填料的聚合物，诸如，以在聚合物基质(matrix)中加有碳的密封件或具有导电涂层的聚四氟乙烯(PTFE)密封件为例。
如图1所示，纤维接地刷18包括支撑件(/支撑部)18a和多条导电纤维19，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在径向上朝向内圈16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还包括导电材料的导电层24，导电层24通过在轴承15的内圈16上电镀或无电镀涂覆的金属材料制成。
如图1所示，导电层24涂覆在内圈16的轴向部分16f的外表面上。
作为替代方案，导电层24可以覆盖内圈16的整个外表面。
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(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导电层24涂覆在轴承15的内圈16的侧面16c上。
如图2所示，刷18的纤维19在倾斜方向上朝向内圈16的被导电层24覆盖的侧面16c延伸。
导电刷18的纤维19的自由端19b与导电层24轴向接触。
刷18的纤维19的这种特定形状是紧凑的。
在所有实施方式中，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导电层组合，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，并且导电层镀覆到轴承的旋转圈。
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)的接地刷(18)，所述轴承(15)包括旋转圈(16)和非旋转圈(17)，并且所述接地刷(18)固定到所述非旋转部件(12)并具有朝向所述轴承(15)的旋转圈(16)延伸的自由端，其特征在于，所述电机(10)还包括导电层(24)，所述导电层(24)至少部分地覆盖所述轴承(15)的旋转圈(16)的表面(16b、16c)，所述接地刷(18)的自由端(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)的侧面(17c、17d)，所述导电层(24)至少覆盖所述轴向部分(16f)的圆柱形表面。
3.根据权利要求2所述的电机(10)，其特征在于，所述接地刷(18)的自由端(19b)与所述导电层(24)径向接触。
4.根据权利要求1所述的电机(10)，其特征在于，所述导电层(24)覆盖所述轴承(15)的旋转圈(16)的侧面(16c)。
5.根据权利要求4所述的电机(10)，其特征在于，所述刷(18)在倾斜方向上朝向所述轴承(15)的旋转圈(16)的被所述导电层(24)覆盖的侧面(16c)延伸，并且与所述导电层(24)轴向接触。
6.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)是通过在所述轴承(15)的旋转圈(16)上镀覆来涂覆的。
7.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、铂的第一组贵材料中选择的金属材料制成。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述导电层(24)由在包括锡或镍的第二组贱材料中选择的金属材料制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述旋转圈完全被所述导电层(24)覆盖。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其特征在于，所述轴承(15)的旋转圈(16)是所述轴承(15)的内圈，所述非旋转圈(17)是所述轴承(15)的外圈。
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