專利名稱：改進的用于減輕旋轉(zhuǎn)軸上電流的接地電刷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及接地組件，并且更具體地，涉及用于包括旋轉(zhuǎn)軸的移 動物體的接地組件，旋轉(zhuǎn)軸是如電機軸、輪機軸和其它電連接到產(chǎn)生電荷或經(jīng) 歷電荷建立的部件的移動部件。
背景技術(shù)：
在電機中經(jīng)歷軸感應(yīng)電流，并且一般在由可變速度驅(qū)動器驅(qū)動的三相電機 中經(jīng)歷軸感應(yīng)電流?？勺兯俣闰?qū)動器利用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)來改變交流(AC) 電機的速度，從而允許在之前使用更貴的直流(DC)電機的地方使用較便宜 的交流電機。使用具有可變速度驅(qū)動器的交流電機的一個缺點是可變速度驅(qū)動 器會產(chǎn)生高的共才莫電壓(CMV) ( common mode voltage),這會增加軸感應(yīng)電
流o
電枳4由上的電壓感應(yīng)出電流從軸承流到電4幾才幾座然后流到地。當(dāng)電枳逸行 時，軸承對電流的電阻變大，造成在軸表面的電荷累積。經(jīng)過短的時間段，
CMV造成的電荷積累到高的水平。當(dāng)電荷超過最低電阻路徑的闊值時，有時 通過軸上的球軸承，電能的瞬間爆發(fā)或放電穿過該路徑。放電會造成沿該路徑 的電火花(EDM) ( electric discharge machining )，如果最小電阻路徑通過軸 K， 這就會損壞軸承座圈的表面和軸承中的球體。電能爆發(fā)產(chǎn)生熔化坑，并且形成 坑時產(chǎn)生的微粒仍在密封軸承內(nèi)部。軸承中的熔化坑和微粒材料產(chǎn)生干擾軸承 自由旋轉(zhuǎn)的效果，這會導(dǎo)致物理損壞和過早的軸承故障。
很多公知的緩解技術(shù)被用來試圖克服這個問題。公知的嘗試包括使用可導(dǎo) 電的軸承潤滑油，絕緣軸承和使用銅/磷電刷和法拉第(Faraday)屏蔽罩。普 遍的，有些成本-效能核算的解決方案是使用提供持續(xù)電流到地的受載彈簧銅電刷(spring-loaded copper brushes )使軸4妄地。然而，銅電刷會4艮快用壞，需 要經(jīng)常、定期保養(yǎng)和更換。而且，軸上建立的氧化物和電刷和軸之間的其它障 礙物會減小電流，并且導(dǎo)致電刷和軸之間的電能爆發(fā)。由于電刷和軸表面之間 的交替的摩擦關(guān)系，受載彈簧電刷也趨向于振動。電刷的振動，不論因為什么 造成的，會導(dǎo)致不需要的跳火(sparking)。
公知使用的接地電刷包括在圍繞軸的支架中的傳導(dǎo)絲。具有細(xì)絲的電刷可 以用作非接觸的離子發(fā)生器來減少孤立軸或孤立輥子上的電荷。該細(xì)、輕絲也 可以被用作接觸導(dǎo)體靠著旋轉(zhuǎn)軸或其它移動表面。然而，細(xì)絲接地電刷作為非 接觸的離子發(fā)生器或接觸導(dǎo)體的效率會受與其相互作用的表面的性能的影響。 軸或其它表面的腐蝕會嚴(yán)重地影響運行。新電機的接地性能會隨著時間由于軸 的腐蝕而變差，并且如果電機軸被腐蝕，改進這種類型的接地系統(tǒng)將是有問題 的。
所屬領(lǐng)域需要一種接地系統(tǒng)，其可以在惡劣的環(huán)境下有效地運行很長時 間，并且可以被安裝而作為一種改進或并入到新的組件中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電部件，其可以電連接到^L轉(zhuǎn)軸或其它移動部件，用 于以與接地電刷系統(tǒng)接觸或非接觸的關(guān)系和固定電刷 一起操作。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過以下的具體描述、權(quán)利要求和附圖，將會清 楚本發(fā)明的其它的性能和優(yōu)點，附圖中同樣的數(shù)字表示同樣的特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明具有接地電刷系統(tǒng)的電機的透視圖。
圖2是圖1所示接地電刷系統(tǒng)中使用的軸環(huán)的透視圖。
圖3是圖1所示電機和接地電刷系統(tǒng)的局部截面固。
在詳細(xì)地解釋本發(fā)明實施方式之前，需要知道本發(fā)明并不局限于在以下的 描述中或在附圖中描述的組件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以有其它實施方 式，還可以以各種方式實現(xiàn)或?qū)嵤?。并且，需要理解這里使用的措詞和術(shù)語是 用于解釋目的而不是限制。這里使用的"包括"、"包含，，及其變化意味著包括其 后羅列的項目及其等價物，以及附加的項目及其等價物。
具體實施方式
現(xiàn)在具體參考附圖，特別是圖1。數(shù)字10指代根據(jù)本發(fā)明的接地電刷系 統(tǒng)。接地電刷系統(tǒng)10安裝在電機12上，并且更具體的靠著電機12的外殼面 板14,用于釋放可能積累在電機12的軸16上的電荷。應(yīng)該理解，由于在不 同類型的電機和不同直徑的軸16上使用，接地電刷系統(tǒng)IO可以是各種不同尺 寸的。接地電刷系統(tǒng)10也可以在渦輪機、傳送機和其它積累電荷的組件和結(jié) 構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸上使用。本發(fā)明的使用并不局限于電機，并且電機12只是作為一 種對本發(fā)明合適和有利的使用來顯示和描述。
接地電刷系統(tǒng)10包括安裝在并環(huán)繞軸16的軸環(huán)20和通過安裝盤24而固 定到電機面板14的電刷環(huán)組件22。電刷環(huán)組件22 —般環(huán)繞環(huán)20并且可操作 地安裝在軸環(huán)20和安裝盤24之間，以在電才幾12運行期間通過電才幾12的接 地釋放電機軸16上積累的靜電或其它電荷。
軸環(huán)20用于提高釋放旋轉(zhuǎn)表面電流的微纖維接地電刷系統(tǒng)的效率。環(huán)20 由高導(dǎo)電材料制成或是表面涂有高導(dǎo)電材料，如銀、金、銅或鎳。優(yōu)選地，該 材料具有高導(dǎo)電性和抵抗腐蝕及其它傳導(dǎo)惡化現(xiàn)象的性能。盡管環(huán)20可以由 這樣的材料制成，它也可以由便宜一些的導(dǎo)電材料制成，和在外表面與電刷環(huán) 組件22相互電作用的位置涂上高導(dǎo)電性和抗腐蝕性材料。
在優(yōu)選實施例中示出，環(huán)20包括錨環(huán)26和鄰近錨環(huán)26的接觸環(huán)28。接 觸環(huán)28具有配置在其外表面的由高導(dǎo)電材料如銀、金、銅或鎳構(gòu)成的高導(dǎo)電 層30。在環(huán)20的內(nèi)徑中可以配置成接合軸16的外表面?？晒┻x擇地，環(huán)20 可以通過將固定螺絲32或類似物插入到螺紋孔34而周定到軸16。螺絲32建 立了環(huán)20和軸16之間的親密電接觸。在其它變形中，環(huán)20可以是兩個或多 個部分夾在軸16上來提供環(huán)20到軸16的直接的電接觸。也可以理解，在本 發(fā)明的一些實施例中，高導(dǎo)電層30可以直接被提供在旋轉(zhuǎn)軸或其它被接地的 移動部件的表面上。例如，可以直接在表面上使用導(dǎo)電墨水或涂料。
電刷環(huán)組件22包括環(huán)形體40和放置其中的電刷組件42。體40包括外部 44、內(nèi)部46和底座48。外部44、內(nèi)部46和底座48—起形成環(huán)形通道，在其 中放置電刷組件42。體40由導(dǎo)電材料制成，如金屬包括但不局限于鋁、不銹 鋼、青銅和銅。體40也可以由導(dǎo)電塑料制成。
電刷組件42包括^f艮多單個的類纖維傳導(dǎo)絲50，其可以單獨地配置在連續(xù)的環(huán)中，或環(huán)繞軸16放置的很多纖維束中。在一個實施例中，每個絲50是細(xì) 的、〗象頭發(fā)的絲，由炭纖維、不銹鋼、導(dǎo)電塑料如丙烯或尼龍纖維、或其它導(dǎo) 電纖維類絲制成，可以提供足夠小的直徑來在電場存在的地方感應(yīng)離子。在該 實施例中，傳導(dǎo)絲50—般具有小于大約150微米的直徑。在一種配置中，傳 導(dǎo)絲50是直徑在大約5微米到IOO微米之間的傳導(dǎo)絲?？晒┻x擇地，傳導(dǎo)絲 50可以是導(dǎo)電材料的更大的纖維，保持與層30接觸。
傳導(dǎo)絲50由錨結(jié)構(gòu)固定在體40內(nèi)。錨結(jié)構(gòu)52是導(dǎo)電的，并且可以是鉗 位結(jié)構(gòu)形式，如其間保持傳導(dǎo)絲50的盤。另一可供的選擇中，錨結(jié)構(gòu)52可以 是由如在體40中的導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電粘合劑或類似錨傳導(dǎo)絲50的填充材料形成 的導(dǎo)電體。傳導(dǎo)絲50的末端部54延伸通過錨結(jié)構(gòu)52的內(nèi)表面56,并徑向在 外、內(nèi)部44、 46向內(nèi)朝向軸16上和軸16上的環(huán)20的層30延伸。當(dāng)與平滑、 抗腐蝕層30使用時，細(xì)、重量輕的傳導(dǎo)絲50可以物理接觸層30來直接從軸 16傳送電荷，而不會在運行時有顯著的損壞。然而，絲50的末端54也可以 被提供在與層30很近的距離上，這樣，當(dāng)電場由軸16上電荷累積產(chǎn)生時，產(chǎn) 生電離的場，允許從軸16到絲50的非直接電荷傳送。在另一合適的配置中， 當(dāng)電機12停止或低速運行時，細(xì)的、重量輕的絲50接觸層30。啟動和使用 期間隨著軸16速度增加，空氣流使得絲50從層30移開。
安裝盤24由導(dǎo)電材料如金屬包括但不局限于鋁、不銹鋼、青銅和銅制成。 安裝盤24也可以由導(dǎo)電塑料制成。環(huán)體40通過很多夾鉗60和螺絲或螺釘62 保持到安裝盤24,實施例中顯示了三個這樣的夾鉗60以及與其結(jié)合的螺絲62。 可以理解，可以使用更多或更少的夾鉗60以及與其結(jié)合的螺絲62，也可以使 用其它的用于固定環(huán)體40到或靠著安裝盤24的結(jié)構(gòu)。在其它實施例中，安裝 盤24和環(huán)體40可以被制成或造成單體。然而，保持安裝盤24和環(huán)體40分離 但連接的結(jié)構(gòu)允許在維修時拆卸。例如，環(huán)體40可以通過放開夾鉗60被取出， 而不需要從電機12上斷開安裝盤24。
安裝盤24通過軸向延伸進并/或穿過電機12的帶螺紋的桿或螺釘64而連 接到電機12。在安裝盤24中提供的延長槽66容納螺釘64。從而，安裝盤24 可調(diào)整與電機12的相對位置，并且可以用在不同直徑的電機上來容納設(shè)置在 距軸16不同徑向距離的螺釘64。在實施例中，示出了三個螺釘64和與其結(jié)合的槽66;然而，可以提供不同結(jié)構(gòu)的安裝盤24，以使得可以容納不同尺寸 和結(jié)構(gòu)的電4幾12。
環(huán)20固定到軸16來建立它們之間的導(dǎo)電性。在改進的應(yīng)用中，軸16的 表面可以被清潔來除去氧化物、污垢或其它限制導(dǎo)電性的物質(zhì)。在使用電機 12期間積累在軸16上的電荷，通過它們之間建立的直接物理接觸從軸16傳 送到環(huán)20，包括通過固定螺絲32、錨環(huán)26和接觸環(huán)28到且形成于層30上。 從層30到絲50的電荷傳送通過絲50和層30的接觸來直接發(fā)生，或者如果層 30和絲50之間有間隔則通過電離間接發(fā)生。從絲50,電荷可以通過體40和 安裝盤24傳送到外殼面板14和電機12的接地端。軸16上積累的電荷在發(fā)生 電弧之前從接地電刷系統(tǒng)10釋放到地。
層30和傳導(dǎo)絲50之間的關(guān)系和性能可以通過選擇材料來優(yōu)化，它們在無 論是很小距離接近和非接觸電離傳送，還是物理接觸直接從層30傳送都可以 很好地工作。即使軸16的暴露的表面經(jīng)過時間被腐蝕，環(huán)20也能建立并保持 和軸16的好的電接觸，并且環(huán)16和尤其是層30的性能通過接地電刷系統(tǒng)10 保持在一個高的才喿作水平上。
前述的變形和變換都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。可以理解在此解釋和定義的本 發(fā)明可延伸到包括從文本和/或附圖中提到或明確的兩個或多個單個特征的所 有可選擇的組合。所有這些組合構(gòu)成了本發(fā)明的各種可選擇的方面。這里描述 的實施例解釋了所知的實施該發(fā)明的最好形式，并且使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利 用該發(fā)明。權(quán)利要求用來包括可替換的實施方式到現(xiàn)有技術(shù)所允許的范圍。
該發(fā)明的各種特征將會在以下的權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1.一種用于移動物體的接地電刷系統(tǒng)，所述接地電刷系統(tǒng)包括導(dǎo)電層，其連接到物體；導(dǎo)電體，其與所述層相對；傳導(dǎo)絲，其連接到所述體并具有與所述層電連接的端部；并且所述體接地。
2. 權(quán)利要求1的接地電刷系統(tǒng)，所述電刷組件一般為環(huán)形。
3. 權(quán)利要求1的接地電刷系統(tǒng)，所述層是環(huán)形環(huán)上的環(huán)形層。
4. 權(quán)利要求1的接地電刷系統(tǒng)，所述傳導(dǎo)絲與所述層近距離隔開。
5. 權(quán)利要求1的接地電刷系統(tǒng)，所述傳導(dǎo)絲與所述層物理接觸。
6. 權(quán)利要求1的接地電刷系統(tǒng)，所述層是從高導(dǎo)電材料組中選擇的高導(dǎo) 電材料，該高導(dǎo)電材料組包括導(dǎo)電塑料、金、銀、銅和青銅。
7. —種用于電機的接地電刷系統(tǒng)，該電才幾具有外殼面板和軸，所述接地 電刷系統(tǒng)包括體，其電連接到電機面板；電刷組件，其電連接到所述體，所述電刷組件具有電連接到所述體的傳導(dǎo) 絲，所述傳導(dǎo)絲具有接近軸的末端；和環(huán)，其配置在軸上并電連接到軸，所述環(huán)包括配置在所述傳導(dǎo)絲的所述末 端和所述軸之間的導(dǎo)電材料層。
8. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述導(dǎo)電材料層是高導(dǎo)電性和抗腐蝕性 的金屬，從包括金、銀、銅和青銅的金屬組中選擇。
9. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述體電連接到安裝盤，所述安裝盤電 連接到面板。
10. 權(quán)利要求9的接地電刷系統(tǒng)，所述安裝盤是從材料組中選擇的高導(dǎo)電 材料，該材料組包括導(dǎo)電塑料、鋁、不銹鋼、銅和青銅。.
11. 權(quán)利要求9的接地電刷系統(tǒng)，所述安裝盤中具有延長槽，并通過螺釘 延伸穿過所述槽進入電機而連接到所述電機。
12. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述環(huán)具有接合所述軸的錨環(huán)和固定螺釘，和鄰近所述錨環(huán)的接觸環(huán)，所述導(dǎo)電材料層配置在所述接觸環(huán)的外表面。
13. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述電刷組件環(huán)繞所述軸。
14. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述絲的所述端部與所述導(dǎo)電材料層近 距離隔開。
15. 權(quán)利要求7的接地電刷系統(tǒng)，所述絲的所述端部與所述導(dǎo)電材料層接觸。
16. —種電才凡，包才舌 電機外殼面玲反；電機軸，由所述面板向外延伸；接地電刷系統(tǒng)，其配置為環(huán)繞軸并固定到所述面々反，所述接地電刷系統(tǒng)包括導(dǎo)電環(huán)，其配置在所述軸上；電刷組件，其環(huán)繞所述環(huán)，所述電刷組件電連接到所述面板并具有傳導(dǎo)絲， 該傳導(dǎo)絲具有徑向向內(nèi)延伸到所述環(huán)的端部。
17. 權(quán)利要求16的電機，所述環(huán)具有導(dǎo)電材料層。
18. 權(quán)利要求17的電機，所述層是導(dǎo)電塑料、銀金、銅和青銅中的一種。
19. 權(quán)利要求17的電機，所述絲的所述端部與所述層具有近距離關(guān)系。
20. 權(quán)利要求17的電機，所述絲的所述端部與所述層物理接觸。
全文摘要
一種改進的用于減輕如旋轉(zhuǎn)軸(16)的移動物體上電流的電刷接地系統(tǒng)(10)，包括導(dǎo)電層(30)，其應(yīng)用到物體并與電刷組件聯(lián)系用于從移動物體傳導(dǎo)電流到地。
文檔編號H02K11/00GK101682234SQ200880012979
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者亞當(dāng)·H.·維爾韋瑟, 希陽·W.·歐, 杰弗里·W.·理查德森 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司