軸電流控制電刷環裝置的製作方法

2024-02-10 06:30:15

專利名稱：軸電流控制電刷環裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及用於控制交流變速電機或者直流電機、發電機以及其它旋 轉軸所產生的軸電流的接地裝置，具體的說，涉及非接觸的接地裝置。
技術背景軸感應電流產生於電機中，並通常產生於由變速驅動器驅動的三相電機 中。變速驅動器利用脈寬調製技術來改變交流電機的速度，從而允許廉價的交 流電機用於以前使用較貴的直流電機的應用中。使用具有變速驅動器的交流電 機的缺點是由變速驅動器產生較高的共模電壓(CMV),這增加了軸感應電 流。電機軸上的電壓感應出電流，電流流經軸承到達機架，然後流到大地。當 電機運轉時，軸承變得更阻礙電流流動，從而導致電荷積聚在軸表面。在較短 時間段後，CMV導致電荷積聚到較高水平。由於電荷超過最小電阻路徑的閾 值水平，所以通常通過主軸上的滾珠軸承的電能經該軸承釋放或瞬時湧動。該 釋放引起放電加工(EDM)，這可能損壞軸承座圈的表面和軸承中的滾珠。電 能湧動產生熔坑，且熔坑形成所產生的微粒遺留在密封軸承內部。軸承中的熔 坑和微粒材料起到幹擾軸承的自由流暢轉動的作用，這可引起物理損傷和永久 軸岸義失效。已經使用多種緩解措施以試圖克服該問題。已知的嘗試包括使用導電的軸 承潤滑脂、使軸承絕緣以及使用銅/磷電刷和法拉第罩板。常用的較經濟方法 是使用向大地提供連續電流的裝有彈簧的銅電刷來使軸接地。但是銅電刷磨損 快並且需要頻繁的、定期的維護和更換。此外，積聚在軸上的氧化物和電刷與 軸之間的其它障礙物減小了電流並導致穿過電刷和軸的電能湧動。因電刷和軸 表面之間的摩擦粘結/滑動關係改變，裝有彈簧的電刷也趨于振動。無論因何 而產生的電刷振動皆可導致不希望出現的火花。上述第10/877,112號專利公開了在軸周圍的支架中包括導電細絲的用來 減緩電機軸上的電流的接地電刷。該電刷可用作非接觸離子發生器以減小隔離 的軸或隔離的滾動體上的電荷量。技術上需要的是一種接地系統，其可以被延長使用周期地有效使用，需要 極小的維護或者更換，並且可輕鬆快捷地安裝在新的電機裝置裡，作為現有電 機的一項改進。 發明內容本發明提供接地電刷裝置,這種裝置可以被壓配合到電機的改進的端板上 或者被卡在電機軸上以改進應用，而不是改進電機端板。本發明的一個方面提供軸電流控制電刷環裝置，其用於具有面板和軸的電 機。該裝置包括具有外區段、內擋板和外唇緣的杯。電刷裝置位於杯中並保持 於內擋板和唇緣之間。電刷裝置具有環形內板、環形外板及固定在內板和外板 之間的多個細絲。細絲具有放射狀向裡延伸超過內板和外板的末端。其中帶有 電刷裝置的杯圍繞軸設置且固定在面板上。本發明的另一個方面提供具有杯的軸電流控制電刷環裝置，所述杯具有外 區段、內擋板和外唇緣。電刷裝置位於杯中並保持於內擋板和唇緣之間。電刷 裝置具有環形內板、環形外板及固定在內板和外板之間的多個細絲。細細絲具 有放射狀向裡延伸超過內板和外板的末端。在本發明的又一方面，本發明提供具有電機面板、從面板向外延伸電機軸 的電機；軸電流控制電刷環裝置設置在軸周圍且固定在面板上。軸電流控制電 刷環裝置包括具有外區段、內擋板和外唇緣的杯。電刷裝置位於杯中並保持於 內擋板和唇緣之間。電刷裝置具有環形內板、環形外板及固定在內板和外板之 間的多個細絲。細絲具有放射狀向裡延伸超過內板和外板的末端。其中具有電
刷裝置的杯包圍電機軸且該杯被固定在電機面板上。本發明的一個優點是提供有效的導電電刷裝置以減小電機上的軸電流。本發明的另 一優點是提供用於電機軸的接地裝置，接地裝置有效地起到延 長不進行維修、維護或者修理的時間周期的作用。本發明的另 一優點是提供導電電刷裝置，該導電電刷裝置具有改進的導電 性，通過其中部件的精確的、最優定位，提高了這種裝置的接地性能。本發明的又一優點是提供用於電機上的接地裝置，容易適合不同大小的電機。本發明的再一優點是提供軸電流控制電刷環裝置，其能在生產中快速便捷 的安裝到新電機中或不對於電機進行重大改變而改進現有電機。本發明的其它特徵和優點通過參照下面的詳細描述、權利要求和附圖將對 本領域技術人員更加明顯，其中，相同參考數字用於表示相同特徵。


圖1是具有根據本發明的軸電流控制電刷環裝置的剖視圖； 圖2是安裝在電機面板的鑽孔上的軸電流控制電刷環裝置的剖面圖； 圖3是圖1所示中的軸電流控制電刷環裝置的一部分的的放大剖視圖； 圖4是根據本發明的軸電流控制電刷環裝置的與具有擋油環的電機一同 使用的剖4見圖；圖5是根據本發明的軸電流控制電刷環裝置的部分剖視圖，顯示了使用夾 具來改進電機上的環裝置的連接系統。在詳細說明本發明實施方案前，應當理解，本發明不限於應用在下面說明 書中所描述或圖中所示的構造細節和部件配置中。本發明可以具有其他實施方 案，並能以多種方式實施或執行。還應當理解，在此使用的措詞和術語用於說 明而不應當認為是限制。"包括"、"包含"及其變型的使用意味著包括此後所列 對象及其等同物，以及另外的對象及其等同物。
具體實施方式
現在更具體地參照附圖並特別參照圖1,標記IO表示根據本發明的軸電 流控制電刷環裝置。電刷環裝置10安裝於電機12 (圖2)上並具體安裝於電 機12的面板14上以用於消除可積聚於電機12的軸16上的電荷。應該理解，電刷環裝置10可被提供為多種不同尺寸以在不同類型的電機中和不同直徑的 軸16上使用。電刷環裝置IO通常為環形，圍繞軸16。電刷環裝置10固定於面板14上 並可操作地安裝於主軸16和面板14之間。電刷環裝置10持續操作，以通過 將電荷從主軸16轉移到面板14和電機12的接地線團，來消除在電機12的運 行過程中積聚於電機軸16上的電荷。電刷環裝置10包括環形杯20和位於其中的電刷裝置22。杯20包括外區 段24，內擋板26和外唇緣28。外區段24、內擋板26和外唇緣28—同形成 環形殼或其中放置有電刷裝置22的類似通道的杯20。杯20由導電材料製成 並具有必要的機械性能以便將該裝置安裝在面板14上，這將在下文中說明。 因此杯20可由鋁、不鏽鋼、青銅、黃銅或者其他合適的材料製成。電刷裝置22包括可以單獨地布置為大體連續的環形環或圓孤狀地圍繞軸 16的成束的多個單個纖維細絲30。每條細絲30具有纖細、如頭髮狀的結構並 且由碳纖維、不鏽鋼、導電塑料例如丙烯酸或尼龍纖維製成，或者是具有足夠 小的直徑以在電場存在時引起離子化的任何其它導電纖維類型的細絲。細絲 30通常具有小於約150微米的直徑。細絲30的直徑最好在約5微米到約100 微米範圍內細絲。參照局部放大圖3，細絲30或其構成的束固定在環形內板32和環形外板 34之間。細絲30的末端部分延伸過環形內^反32和環形外^反34的內徑。細絲 30或者其構成的束可由導電粘接劑、粘接帶或其他合適方法(未圖示)固定 在內板32和外板34上。細絲30也可選擇直接抵靠安裝在內板32和外板34 的面對的表面上，並安裝壓配合於杯20裡，唇緣28支撐電刷裝置22抵靠在 內擋板26上。內板32和外板34是由導電材料製成，用於從細絲30傳導轉移電荷到杯20， 且也可由鋁、不鏽鋼、青銅、黃銅和其他合適的材料製成。環形罩板36位於外 板34的外側，其直徑的中心開口小於內板32和外板34，僅微微大於軸16的直徑。 因此，罩板36覆蓋並保護細絲30,但是與其是間隔關係，由外板34的厚度分離 並與細絲30有間隔。罩板36與軸16有最低限度的間隔以至於在罩板36和軸16 間只保持4艮小間隙38,以使電刷裝置22免受汙染物影響。
圖2說明電刷環裝置10安裝在面板14的方式。詳細的說，面板14包括具有 適當直徑的精加工凹部40以壓配合容納杯20。電刷裝置22安裝於杯20中，唇緣 28向裡摺疊以將電刷裝置22的組件壓到杯20中。將電刷環裝置10的已完成的組 件被壓入凹部40中並幹涉配合保持於其中。唇緣28具有傾斜方向，並且是從面 板14的外表面和外板34稍微向外，以使汙染物遠離電刷裝置22。沿面板14落下 的任何液體或者碎片由唇緣28向外轉移。凹部40的靜加工便於使細絲30相對於 軸16精確地、最佳地定位以實現軸電流控制電刷環裝置10的最佳性能。杯20凹部40中。在安裝時，細絲30可直接接觸軸16以作為接地電刷，以使電荷從軸16直接 轉移到電刷環裝置10上。或者，細絲30可最低限度地與軸16間隔，從而當積聚 在軸16上的電荷產生電場時，產生離子場，以允許電荷從軸16間接傳輸到細絲 30。在另一適當的設置中，當電機10停止工作或以低速運行時，細且輕的細絲 30接觸軸16。由於軸16的速度在啟動和使用過程中增加，所以氣流使細絲30 遠離軸16移開。消除或減少細絲30和軸16之間的摩擦接觸的時間周期減小了磨 損並延長了細絲30的壽命。面板14與大地電連接，且積聚在軸16上的電荷經電 刷環裝置1 O在產生電弧前流入大地。圖4表示在杯20的外唇緣上具有擋油環42的本發明的另一實施例。本領域 技術人員都知道擋油環42是一項常規設計。擋油環42被安裝在軸16上以隨其旋 轉。接觸擋油環42的液體或碎片將由旋轉的擋油環的離心力作用向外拋出且遠 離電刷裝置22。任何落到面板14上液體或碎片被唇緣28阻擋在擋油環42的外表 面，如上述描述的被驅出。圖5表示本發明又一實施例，其中多個夾具50將軸電流控制電刷環裝置 IO支撐在面板14上的工作位置。雖然僅顯示有一個夾具50，但是應當被理解 可以使用圍繞裝置10定位的幾個夾具50。軸電流控制電刷環裝置IO抵靠在 面板14的外表面52安裝。夾具50包括抵靠外表面52的底座54和基本上垂 直底座54並沿著外區域24的側面延伸的冒口 56。環形鉤形末端58重疊並接 合外唇緣28。鉤形末端58靠接罩板36和唇緣28以將電刷環裝置10穩固地 抵靠在面板14上。螺杆或者螺釘形式的緊固件60容納在面板l4上的孔62 中。夾具50可以象彈簧一樣設置，以使電刷環裝置10用力頂住面板14。應 該理解，可以使用多個夾具50,但是也可以使用環形的夾持環。環形設計中， 不需要單個部件是環形以不間斷的完全圍繞電刷環裝置IO延伸。單個或多個 底座54，冒口 56和鉤形末端58可以是多重分段的或連續的環。例如，多個段的鉤形末端一起使用。環狀冒口 56可以同分段的底座和/或分段的鉤形末端 一起使用。使用夾具50或上述描述的其各種變體中的一種，環裝置10可以在電機 上進行快速且容易地改進，除了為容納緊固件60而鑽適當的孔62外，不需要 改動電機。這種改進是快捷又簡單的。前述的變動和修改都在本發明的範圍之內。應當理解，在此公開和限定的 發明可擴展到本文和/或附圖提及或從中可明顯得出的兩個或多個獨立特徵的 所有可選組合。所有這些不同的組合構成本發明的多個可選方面。在此描述的 實施方案解釋了實施本發明的已知最佳方式，並能使本領域技術人員應用本發 明。應當認為權利要求包括了現有技術允許範圍內的可選實施方案。本發明的各種特徵列於隨附的權利要求中。
權利要求
1.一種軸電流控制電刷環裝置，用於具有面板和軸的電機，所述裝置包括杯，具有外區段、內擋板和外唇緣；電刷裝置，位於所述杯中並保持於所述內擋板和所述外唇緣之間，所述電刷裝置具有環形內板、環形外板及固定在所述內板和所述外板之間的多個細絲，所述細絲具有超過所述內板和外板放射狀向裡延伸的末端；及所述杯中具有所述電刷裝置，適合設置在電機軸周圍且固定在電機面板上。
2. 根據權利要求1所述的軸電流控制電刷環裝置，所述杯固定在面板的 凹部中。
3. 根據權利要求1所述的軸電流控制電刷環裝置，所述杯抵靠所述面板 的表面固定。
4. 根據權利要求1所述的軸電流控制電刷環裝置，包括固定在面板上且 保持所述杯抵靠在面板的外表面上的夾具。
5. 根據權利要求4所述的軸電流控制電刷環裝置，所述夾具包括接合在 所述面板上的孔中的緊固件。
6. 根據權利要求5所述的軸電流控制電刷環裝置，所迷夾具具有抵靠在 面板的外表面上的底座、沿著所述區段從所述底座開始向外凸出的冒口和抵靠 所述唇緣的鉤形末端。
7. 根據權利要求1所述的軸電流控制電刷環裝置，所述電刷裝置具有抵 靠在所述外板處且由所述唇緣支撐的罩板。
8. 根據權利要求7所述的軸電流控制電刷環裝置，包括位於所述罩板外 的擋油環。
9. 根據權利要求8所述的軸電流控制電刷環裝置，所述杯固定在面板上 的凹部中。
10. 根據權利要求8所述的軸電流控制電刷環裝置，包括固定在面板上且 保持所述杯抵靠在面板的外表面上的夾具。
11. 根據權利要求10所述的軸電流控制電刷環裝置，所述夾具具有抵靠在面板的外表面上的底座、沿著所述區段從所述底座開始向外突出的冒口和抵 靠所述唇緣的鉤形末端。
12. —種軸電流控制電刷環裝置，包括 杯，具有外區段、內擋板和外唇緣；及電刷裝置，位於所述杯中並保持於所述內擋板和所述唇緣之間，所述電刷 裝置具有環形內板、環形外板及固定在所述內板和所述外板之間的多個細絲， 所述細絲具有超過所述內板和外板放射狀向裡延伸的末端。
13. 根據權利要求12所述的軸電流控制電刷環裝置，所述電刷裝置具有 抵靠在所述外板處且由所述唇緣支撐的罩板。
14. 根據權利要求13所述的軸電流控制電刷環裝置，包括位於所述罩板 外的擋油環。
15. —種電才幾，包括 電4幾面4反；電機軸，從所述面板向外延伸；軸電流控制電刷環裝置，圍繞所述軸設置，且固定在所述面板，所述軸電 流控制電刷環裝置包括杯，具有外區段、內擋板和外唇緣；及電刷裝置，位於所述杯中並保持於所述內擋板和所述唇緣之間，所述 電刷裝置具有環形內板、環形外板及固定在所述內板和所述外板之間的多個細 絲，所述細絲具有超過所述內板和外板放射狀向裡延伸的末端；以及所述杯中具有所述電刷裝置，適合設置在電機軸周圍且所述杯固定到所 述電機面板上。
16. 根據權利要求15所述的電機，包括在所述面板中形成的凹部，和幹 涉配合地固定到所述凹部中的所述杯。
17. 根據權利要求15所述的電機，包括固定在面板的夾具並且所述夾具 保持所述杯抵靠在所述面板的外表面。
18. 根據權利要求17所述的電機，所述夾具具有抵靠在所述面板的所述 外表面上的底座、沿著所述杯的所述外區段從所述底座向外突出的冒口和抵靠所述唇緣的所述夾具的鉤形末端。
19. 根據權利要求15所述的電機，所述電刷裝置具有位於抵靠所述環形 外板處且由所述唇緣支撐的罩板，所述罩板放射狀向裡超過所述環形外板延 伸。
20. 根據權利要求19所述的電機，包括位於所述罩板外的擋油環。
全文摘要
一種軸電流控制電刷環裝置，其包括杯和固定於杯內的電刷環裝置。杯以幹涉配合方式固定在電機面板上所形成的凹部中或者依靠卡具附著在面板上。擋油環可以連接在電刷環裝置上。
文檔編號H02K11/00GK101151780SQ200680003687
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月15日 優先權日2005年4月20日
發明者亞當·H.·維爾韋瑟, 希陽·W.·歐 申請人:伊利諾斯器械工程公司