电流分流环的制作方法
【专利摘要】电流分流环和轴承绝缘器用于将电荷从设备的回转件放出至地面，例如从电机轴放出至电机壳体。电流分流环的一个实施例包括一个内体和一个外体，用于在它们之间夹紧至少一个导电部分。在电流分流环的优选实施例中，导电部分放置在径向通道中。该外体可固定在轴，电机壳体，轴承绝缘器或其它结构上。该轴承绝缘器可包括保持腔，用于将导电部分保持在轴承绝缘器的定子内，或该轴承绝缘器可作成带有接受器槽，电流分流环可安装在该槽中。
【专利说明】电流分流环
[0001]相关申请的交互参考
[0002]本申请是2011年4月18日提出的美国专利申请13/089017号的部分继续申请，并对它要求优先权。这里全部引入该专利申请供参考。
【技术领域】
[0003]本发明涉及电荷耗散装置，更具体地说，涉及将静电电荷导向地面的电流分流环?，该静电电荷是通过使用回转设备产生的。
[0004]涉及联邦资助的研究或开发的说明
[0005]没有使用联邦基金来开发或创造本专利申请所述的发明。
[0006]列表顺序，表格或列出光盘附录的计算机程序的参考
[0007]不适用
[0008]根据37C.F.R.1.171 Cd)的授权
[0009]本专利文件公布的一部分可能包含属于版权和商标保护的材料。版权所有人不反对该专利文件或专利公开的任何人进行传真复制，因为这种复制出现在专利和商标局的专利文件或记录中，但其他情 况保留所有的版权。⑶R和电流分流环(Current DiverterRing,缩写⑶R)是受让人Inpro/Seal LLC.(因浦洛希尔有限责任公司)的排他的商标。
【背景技术】
[0010]回转设备，特别是电机的维护是困难的，因为在大多数加工工厂中设备的工作周期过长，轻视服务因素，设计和缺少备用的回转设备。对于电机，机床主轴，湿端造纸机辊，铝辊轧机，蒸汽急冷泵和其它使用影响润滑的极其污染的物质的设备尤其是这样。
[0011]已经使用各种形式的轴密封装置来保护轴承环境的完整性。这些装置包括橡胶唇密封，间隙迷宫密封和吸引磁性密封。唇密封或其它接触式轴密封迅速磨损至失效状态，并且在该密封的径向末端，在失效情况将转子和定子之间的界面暴露在污染物或润滑剂中之前，容许大量的湿气和其它污染物进入工作设备的储油结构中。当用在使用变频驱动(VFD)的电机上时，轴承失效和损坏的问题变得复杂，因为这是与VFD控制的电机连接的电气控制的性质决定的。
[0012]VFD通过将正弦线的交流(AC)电压转换为直流(DC)电压，再返回至变频的脉冲宽度调制(PWM)的交流(AC)电压来调节电机的速度。这些脉冲的切换频率范围为IkHz至20kHz,并称为“载波频率”。电压变化与时间变化之比(Λν/ΛΤ)形成所谓的电机定子和转子之间的寄生电容，该电容在转子轴上感应出电压。如果在轴上感应出的，称为“共模电压”或“轴电压”的电压达到足够的电平，则它可通过轴承向地面放电。这样通过电机轴承流向地面的电流称为“轴承电流”。(参见http://www.greenheck.com/technical/tech_detail.php?display=files/Product_guide/fall7_03)
[0013]除了其它原因，有许多原因，包括VFD中的电压脉冲超调，电机磁路的不对称，供电不平衡和瞬态条件，造成轴承电流。这些条件中的任何条件可以独立地或同时产生，形成从电机轴流过的轴承电流。(参见 http://www.greenheck.com/technical/tech_detail.php?display=files/Product_guide/fall7_03)
[0014]轴电压累积在转子上，直至它超过电机轴承润滑剂的介电电容，在该点上，电压以短脉冲形式通过轴承向地面放电。在放电后，电压再次累积在轴上，并且该循环本身重复。这种随机和频繁的放电具有放电加工(electric discharge machining) (EDM)的效应,这会造成在轴承滚动件和辊道上出现坑。开始，这些放电形成在表面上的“冰霜”或“喷砂”效应。随着时间的推移，这种恶化在轴承辊道上造成称为“刻槽”的槽图形，这表示轴承已严重损坏。最后，该恶化导致轴承完全失效。(参见http://www.greenheck.com)
[0015]现有技术提供了多种减轻轴电压原因引起的损坏的方法，包括使用屏蔽电缆，将轴接地，绝缘轴承和安装法拉第屏蔽物。例如，美国专利7193836号公布了控制轴电流的装置，该装置设计成可在存在电场的情况下诱导出电离。
[0016]大多数外部应用附加了成本，复杂性和暴露在外部环境因素中的问题。绝缘轴承借消除电流通过轴承流动至地面的通道，提供了一种内部解决方案。然而，安装绝缘轴承不能消除轴电压，该轴电压继续寻找至地面的阻抗最低的通道。这样，如果阻抗通道是通过被驱动的负载，则绝缘轴承不是有效的。因此，现有技术不能提供一种内部的，低磨损的方法或装置，使轴电压有效地接地和避免导致轴承过早失效的轴承的放电加工。
【发明内容】
[0017]本电流分流环的目的是提供对密封或轴承绝缘器的改善，通过将定子包围在转子内，在该转子的径向末端形成一个轴向界面，以防止润滑剂泄漏和污染物进入。该电流分流环还有一个目的是提供一种装置，使回转设备可将累积的轴承电流传递和引导至地面。
[0018]这里所述的轴承绝缘器的另一个目的是使电流分流环容易放置在该轴承绝缘器的定子内。导电部分可以放置在该电流分流环内。这些导电部分可由金属或非金属的固体制成，经机加工的或模制的。虽然可选择任何形式的与工作条件和冶金特性兼容的材料，但青铜，金，碳或铝被认为是优选的材料，因为其导电性，强度，耐腐蚀和磨损性高。
[0019]已经发现，转子和定子由青铜制成的轴承绝缘器的电荷耗散质量改善。优选的青铜的冶金特性满足规范932 (也称为932000或“轴承青铜”)。这种青铜对轴承和轴承绝缘器是优选的，因为它具有很好的承载能力和抗摩檫品质。这种轴承青铜合金还具有良好的加工特性和可抵抗许多化学物。与普遍存在的避雷针比较，由于所选材料的较低的电阻率(68F华氏度时为85.9欧姆-cmil/ft或20摄氏度C时为14.29微欧姆-cm)和高的导电率(68F华氏度时为12%IACS，或20摄氏度C时为0.07MegaSiemens/cm)，所述青铜的轴电压收集性质好。
[0020]该电流分流环和轴承绝缘器的另一个目的是，改善与一般安装在电机壳体外部的轴刷显示的特性比较的电荷耗散特性。轴承绝缘器和固定安装在该轴承绝缘器内的同心的电流分流环的组合的先前测试表明，轴电压和伴随的静电放电加工大大减小。直接坐落在电流分流环和轴承绝缘器之间，与现有技术所述的与导电件结合的简单的壳体相比，其改善了至地面的导电性。本领域技术人员了解，作为一种标准，这种改善需要电机机座接地。 [0021]因此，该电流分流环和轴承绝缘器的一个目的是要提供回转设备的电机，该电机的轴承绝缘器可保持润滑剂，防止污染和将电流传递至地面。[0022]该电流分流环和轴承绝缘器的另一个目的是要提供一种回转设备的轴承绝缘器，它可保持润滑剂，防止污染和进行静电放电(轴电压)，以改善轴承工作寿命。
[0023]该电流分流环的另一个目的是提供一种有效的装置，可将电荷从轴引导至电机壳体和防止电荷通过轴承流至地面。
[0024]该电流分流环和轴承绝缘器的其它目的，优点和实施例通过阅读以下的详细说明和参照附图将会清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了容易理解本发明的优点，通过参考附图所示的具体实施例更具体地说明以上简要说明的本发明。应该理解，这些图只说明本发明的典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。本发明的特殊性和细节将通过使用附图来说明。
[0026]图1为可以使用电流分流环的电机的一个实施例的透视图，
[0027]图2为定子的一部分作成电流分流环的轴承绝缘器透视的横截面图，
[0028]图3为在轴承绝缘器的定子部分内接纳电流分流环的轴承绝缘器的横截面图，
[0029]图4为电流分流环的第一实施例的透视图，
[0030]图5为电流分流环的第一实施例的轴向图，
[0031 ]图6为电流分流环的第一实施例的横截面图，
[0032]图7为电流分流环的第二实施例的分解的透视图，
[0033]图8A为装配的电流分流环的第二实施例的透视图，
[0034]图8B为用安装夹装配的电流分流环的第二实施例的透视图，
[0035]图9为与电流分流环的第二实施例一起使用的内体的一个实施例的详细的透视图，
[0036]图1OA为与电流分流环的第二实施例一起使用的内体的一个实施例的轴向图，
[0037]图1OB为与电流分流环的第二实施例一起使用的内体的一个实施例的横截面图，
[0038]图11为与其内放置了导电纤维的电流分流环的第二实施例一起使用的内体的一个实施例的横截面图，
[0039]图12为与电流分流环的第二实施例一起使用的外体的一个实施例的详细的透视图，
[0040]图13A为与电流分流环的第二实施例一起使用的外体的一个实施例的轴向图，
[0041]图13B为与电流分流环的第二实施例一起使用的外体的一个实施例的横截面图，
[0042]图14A为装配的电流分流环的第二实施例的轴向图，
[0043]图14B为装配的电流分流环的第二实施例的横截面图，
[0044]图15A为电流分流环的第三实施例的透视图，
[0045]图15B为电流分流环的第三实施例的轴向横截面图，
[0046]图15C为可与⑶R的某些实施例一起使用的导电组件的一个实施例的透视图，
[0047]图16A为电流分流环的第四实施例的透视图，
[0048]图16B为电流分流环的第四实施例的分解的透视图，
[0049]图16C为电流分流环的第四实施例的轴向横截面图，
[0050]图17A为具有裂开(split)设计的电流分流环的第五实施例的透视图，[0051]图17B为电流分流环的第五实施例的分解的透视图，
[0052]图17C为电流分流环的第五实施例的轴向横截面图，
[0053]图17D为电流分流环的第五实施例的详细的横截面图，
[0054]图18A为可适配的电流分流环的一个实施例的透视图，
[0055]图18B为可适配的电流分流环的一个实施例的轴向横截面图。
[0056]零件一览表
[0057]说明零件号
[0058]轴承绝缘器10
[0059]轴承12
[0060]轴14
[0061]设备壳体16
[0062]密封件17
[0063]O 形圈18
[0064]定子20
[0065]定子主体22
[0066]定子径向外表面23
[0067]接受器槽24
[0068]定子轴向凸起 26
[0069]定子径向凸起 28
[0070]定子轴向槽29
[0071]转子30
[0072]转子主体32
[0073]转子轴向外表面 33
[0074]第一轴向界面间隙34a
[0075]第一径向界面间隙34b
[0076]转子轴向凸起 36
[0077]转子径向凸起 38
[0078]转子轴向槽39
[0079]电流分流环? (COR " ) 40
[0080]CDR 体41
[0081]环形通道42
[0082]第一壁43
[0083]第二壁44
[0084]CDR径向外表面 45
[0085]导电部分46
[0086]CDR 主孔48
[0087]内体50
[0088]径向通道52
[0089]挡片(catch)52a[0090]安装孔54
[0091]隆起(锁紧的)56
[0092]内体主孔58
[0093]外体60
[0094]基座62
[0095]环形槽64[0096]第一环形肩65a
[0097]第二环形肩65b
[0098]径向凸起66
[0099]外体主孔68
[0100]带70
[0101]紧固件72
[0102]径向CDR80
[0103]径向通道82
[0104]径向通道架83
[0105]径向外表面85a
[0106]径向内表面85b
[0107]导电组件86
[0108]粘接剂86a
[0109]接触部分86b
[0110]主孔88
[0111]多环式CDR100
[0112]保持器110
[0113]保持器基座111
[0114]第一环形槽112a
[0115]第二环形槽112b
[0116]第三环形槽112c
[0117]第四环形槽112d
[0118]卡槽(snap groove) 113
[0119]保持器壁114
[0120]保持器径向外表面115
[0121]导电部分116
[0122]保持器主孔118
[0123]圆环120
[0124]径向通道122
[0125]挡片122a
[0126]圆环径向外表面125
[0127]隆起126
[0128]轴向内表面127a[0129]轴向外表面127b
[0130]圆环主孔128
[0131]裂开(split)圆环部分130
[0132]背垫环140
[0133]对准销141[0134]对准销接受器142
[0135]紧固件孔143
[0136]紧固件接受器144
[0137]O形圈通道145
[0138]孔146
[0139]背垫圆环紧固件148
[0140]可适配的CDR160
[0141]槽161
[0142]径向通道162
[0143]径向通道架163
[0144]凹部164
[0145]径向外表面165a
[0146]径向内表面165b
[0147]切口166
[0148]主孔168
【具体实施方式】
[0149]在详细说明本发明的各个实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于下面说明中所述和附图中所示的零件的结构和配置的细节。本发明可有其它的实施例或可用各种方法实现。另外，还应了解，这里针对装置所述的句子和术语或零件的取向(例如，“前” “后” “上” “下”’’顶部“”底部“等术语)只是用于简化本发明的说明，而不是所述装置或零件必须具有特定的取向。此外，这里和在所附的权利要求书中所用的术语，如“第一，，“第二”和“第三”只是为了说明，不表示相对的重要性。另外，当提到轴承绝缘器10，其结构方法和/或材料，和/或其它一般特点时，术语⑶R40，径向⑶R80，多环式⑶RlOO和可适配的⑶R160可以互换使用。
[0150]图1表示可以使用CDR?40的设备壳体16的一个实施例。⑶R40可以压配合在设备壳体16的孔中，或如以下详细所述和图1所示那样，利用带70和紧固件72固定在设备壳体16的外部。CDR40还可利用其它结构和/或方法，例如化学粘接，焊接，铆钉或任何其它对具体应用适合的结构和/或方法固定在设备壳体16上。如下面详细说明的那样，⑶R40还可与轴承绝缘器10接合，或与轴承绝缘器10作成一个整体。
[0151]图2表示轴承绝缘器10的一个实施例的透视图，它使电脉冲从轴14通过设备壳体16放电。如图2所示，轴承绝缘器10可在设备壳体16的任何一侧或二侧安装在回转轴14上。如上面对⑶R40所述那样，轴承绝缘器10可以法兰安装，压配合(如图2所示)，或利用适合于具体应用的任何其它方法和/或结构固定在设备壳体16上。在一些实施例中，可利用安装螺钉(没有示出)或其它结构和/或方法，将定子20安装在设备壳体16上或将转子30安装在轴14上。在没有示出的另一实施例中，轴14是静止的，设备壳体16或安装轴承绝缘器10的其它结构可以回转。
[0152]单件⑶R和轴承绝缘器的第一实施例
[0153]在另一个实施例中，⑶R40和/或轴承绝缘器10可安装成使⑶R40和/或轴承绝缘器10可在一个或多个方向浮动。例如，在一个实施例中，轴承绝缘器10的一部分放置在外壳中。该外壳作成二个相对的板,其中有主孔,轴14通过该主孔。该外壳的内部作成可使轴承绝缘器10和/或CDR40放置在该外壳内部上的截头圆形(即小球形)的凹部内。轴承绝缘器10和/或CDR40与外壳之间的接触点可用低摩檫物质，例如固定在其上的特氟隆?制成。
[0154]图3表示可以使用CDR40的轴承绝缘器10的一个实施例的更详细的横截面图。图2和3所示的轴承绝缘器10包括定子20和转子30和普通称为的迷宫式密封。一般，本领域技术人员都熟知迷宫式密封，并包括在美国专利7396017，7090403, 6419233，6234489，6182972，和5951020号与美国专利申请公报2007/0138748号中所述的迷宫式密封。这里引入所有这些专利的全部供参考。
[0155]定子20 —般可由定子主体22和从其伸出的各种轴向和/或径向凸起和/或在其上作出的各种轴向和/或径向槽构成，这些在下面更详细地说明。在图2和3所示的实施例中，定子20固定安装在设备壳体16上，在它们之间为形成密封的O形圈18。
[0156]转子30 —般可由转子主体32和从其伸出的各种轴向和/或径向凸起和/或在其上作出的各种轴向和/或径向槽构成，这些在下面更详细地说明。在所示的实施例中，一个定子轴向凸起26与一个转子轴向槽39配合，和一个转子轴向凸起36与一个定子轴向槽29配合，在轴承绝缘器10的内面部分和外界环境之间形成一个迷宫通道。转子30可以固定安装在轴14上，并与它一起转动。可以使用O形圈18在它们之间形成密封。密封件17可放置在定子20和转子30之间，在它们之间的内部界面上，以帮助防止污染物从外部环境进入该轴承绝缘器10的内部，同时有助于将润滑剂保持在该轴承绝缘器10的内部。
[0157]在图2和3所示的轴承绝缘器10的实施例中，一个定子径向凸起28形成在定子20中的收集污染物用的外部槽。在定子径向凸起28的径向外表面和转子径向凸起38的径向内表面之间可形成第一个轴向界面间隙34a。在定子轴向凸起26的轴向外表面和转子轴向槽39的轴向内表面之间可以形成第一个径向界面间隙34b。与转子径向凸起38 —起形成的转子轴向凸起36可装入定子轴向槽29内，以形成定子20和转子30之间的另一个轴向界面间隙。
[0158]在所示的轴承绝缘器10的实施例中，一个转子径向凸起38(邻近转子轴向外表面33)在径向伸出定子轴向凸起26的外径之外。这可使转子30包围定子轴向凸起26。如这里全部引入供参考的美国专利6419233号充分说明的那样，这个径向延伸是所示的轴承绝缘器10的关键设计特点。第一个轴向界面间隙34a的轴向取向可控制污染物进入轴承绝缘器10中。减少或消除污染物可改善轴承绝缘器10，轴承12和导电部分46的寿命和性能。第一个轴向间隙34a的开口面向后面，向着设备壳体16和背离污染物流。正常情况下，污染物或冷却流的方向是沿着轴14的轴线，并向着设备壳体16的。
[0159]为了使轴14上或邻近轴14的电能容易放出，轴承绝缘器10包括放置在定子20内的至少一个导电部分46。定子20可带有邻近轴承12的一个导电部分保持腔，该导电部分46可放置和固定在该导电部分保持腔中，使该导电部分46与轴14接触。当电荷累积在轴14上时，导电部分46可通过轴承绝缘器10耗散这些电荷，和传至设备壳体16。该导电部分保持腔的具体尺寸和结构取决于轴承绝缘器10的应用和每一个导电部分46的形式和尺寸。因此，导电部分环形通道的尺寸和结构没有限制。
[0160]将导电部分保持腔作成环形通道不是优选的。这种结构造成性能和制造的困难及其他问题。导电部分保持腔的优选结构为径向通道52，如对图7 —14所示的CDR40实施例所述的那种，或如对图15A — 15C所示的径向CDR80所述那样。
[0161]在所示的实施例中，轴承绝缘器10带有接受器槽24。如图3清楚地所示，接受器槽24可以作在轴承绝缘器10的内侧，邻近轴14。一般，接受器槽24使⑶R40容易放置在轴承绝圆器10内。然而，根据轴承绝缘器10的具体应用，在接受器槽24内可以放置其它结构。
[0162]如所示和所述那样，图2和3中的轴承绝缘器10包括在定子20和转子30之间的多个径向和轴向界面通道，它们是由定子凸起26，28与转子槽39配合，和转子凸起36，38与定子槽29配合产生的。存在无限数目的各种凸起和槽的结构和/或取向，因此，定子20和或转子30中的各种凸起和槽的结构和/或取向没有限制。如下面详细所述，这里所述的轴承绝缘器10可与任何结构的定子20和/或转子30 —起使用，定子20可带有保持至少一个导电部分46的导电部分保持腔或接受器槽24。
[0163]电流分流环(⑶R) 40的第一实施例的透视图表示在图4中，图5为其轴向图。CDR40可与任何具有在其一部分上累积电荷的倾向的回转设备，例如电机，齿轮箱，轴承或任何其它这种设备一起使用。CDR40的第一实施例设计成放置在设备壳体16和从该设备壳体16突出并相对它回转的轴14之间。
[0164]一般，⑶R40由可固定安装在设备壳体16上的⑶R体41构成。在第一实施例中，第一壁43和第二壁44从⑶R体41伸出，并形成环形通道42。至少一个导电部分46固定地保持在该环形通道42中，使得该导电部分46与轴14接触，形成从轴14至设备壳体16的低阻抗通道。
[0165]图6表不⑶R40的第一实施例的横截面图。如图6所不,第一壁43的轴向厚度比第二壁44的轴向厚度小。在第一实施例中，通过首先将导电部分46放置在环形通道42内，再使第一壁43变形，减小第一和第二壁43，44的远端之间的间隙，使该导电部分46保持在环形通道42内。用这种方法使第一壁43变形，可将该导电部分46保持在环形通道42内。根据制造该导电部分46的材料的不同，第一壁43的变形可以压缩该导电部分46的一部分，进一步固定该导电部分46相对于轴14的位置。
[0166]图6还表不⑶R的径向外表面45的详细图。⑶R的径向外表面45可带有一个轴向尺寸很小的角度，使CDR40可压配合在设备壳体16中。在第一实施例中，该角度为I度，但在没有示出的其它实施例中，该角度可以更大或更小。另外，在第一实施例中，第一壁43邻近轴承12放置，而CDR40则安装在设备壳体16中。但在没有示出的其它实施例中，第二壁44可邻近轴承12放置，而⑶R40安装在设备壳体16中。在这种情况下，⑶R径向外表面45的角度与图6所示的角度相反。⑶R体41，环形通道42，第一壁43，第二壁44和⑶R径向外表面45的最优尺寸/取向根据CDR40的具体应用变化，因此不会限制CDR40的范围。[0167]如同轴承绝缘器10 —样，导电部分保持腔作成环形通道的⑶R40不是优选的。考虑性能和制造等原因，使这种结构不是优选的。相反，这里所述的CDR的其它实施例没有环形通道42和附带的困难，却是优选的。
[0168]在下面详细说明的⑶R40的其它实施例中，利用安装孔54，带70，和作在⑶R40或设备壳体16中的紧固件72，将⑶R40安装在设备壳体16上。在不偏离⑶R40的精神和范围的条件下，可利用使用适合于具体应用的任何结构的任何方法，将CDR40安装在设备壳体16上。
[0169]在图4和5所示的⑶R40的实施例中，三个导电部分46放置在环形通道42内。导电部分46的最优数目和每一个导电部分46的尺寸和/或形状，根据CDR40的应用而变化，因此没有限制。所有导电部分46的最优的总长度和与轴14接触的导电部分46的总的表面面积，从一个应用至下一个应用变化，因此对CDR40的或带有导电部分46的轴承绝缘器10 (例如图2和3所示的轴承绝缘器)的范围没有限制。
[0170]在图4一6所示的实施例中，CDR40的尺寸作成可与具有接受器槽24的轴承绝缘器10，例如图2和3所示的轴承绝缘器10接合。如上所述，图2和3表示与⑶R40接合的轴承绝缘器10的一个实施例。该接受器槽24可作成定子20中的一个凹部，其尺寸和形状作成可接纳与图4一6所示的⑶R40相似的⑶R40或这里所示的⑶R40的其它实施例。⑶R40可以压配合在该接受器槽24中，或利用可将CDR40固定安装在定子20上的任何其它方法或结构，包括但不限于安装螺钉，焊接等，固定在定子20上。当⑶R40正确地与定子20中的接受器槽24接合时，CDR的径向外表面45紧贴着并接触接受器槽24的内表面。
[0171]在CDR40或使用导电部分46的轴承绝缘器10的任何实施例中，该导电部分46可由碳制成，碳是导电的和性质上是滑的。在一个实施例中，该导电部分46由Chesterton制造，并标为477-1的碳网孔制成。在其它实施例中，导电部分46在碳网的外面没有涂层。当使用网眼或编织材料制造导电部分46时，经常与轴14接触的导电部分46的表面檫伤或不平坦，这在一些应用中为了减小回转摩檫可能是希望的品质。简短地说，在轴14相对于导电部分46回转后，导电部分46的一些实施例会磨损和从轴14的表面磨去，使该导电部分46和轴14之间的摩檫减小。该导电部分46可以为纤维的，固体的或其它材料，没有限制。
[0172]一般，希望保证从轴14至设备壳体16的阻抗在0.2—10欧姆范围内，以保证累积在轴14上的电荷通过设备壳体16放出和传至电机基座(没有示出)，而不是通过轴承12。通过保证轴承绝缘器10和设备壳体16之间的配合，可减小从轴14至设备壳体16的阻抗。轴承绝缘器10和⑶R40，和/或⑶R40与设备壳体16具有非常小的公差。因此，轴承绝缘器10和设备壳体16，轴承绝缘器10和⑶R40，和/或⑶R40与设备壳体16之间的间隙越小，则从轴14至设备壳体16的阻抗越低。
[0173]在没有示出的其它实施例中，导电细丝(没有示出)可固定在CDR40或轴承绝缘器10上，或埋入与⑶R40或轴承绝缘器10固定的导电部分46中。这种细丝可由铝，铜，金，碳，导电聚合物，导电弹性体，或对于具体应用具有适当的导电率的任何其它导电材料制成。足够光滑和具有足够低的阻抗的任何材料可以用于CDR40和/或轴承绝缘器10中的导电部分46。
[0174]在没有示出的⑶R40的另一个实施例中，⑶R40固定在轴14上和与它一起回转。⑶R40的第一和第二壁43，44从轴14伸出，而⑶R主体41邻近轴14。当轴14转动时，轴14转动的离心力使导电部分46和/或导电细丝径向扩张。即使润滑脂或其它污染物和/或润滑剂(它们会增加阻抗，因此降低C DR40将电荷从轴14放出至设备壳体16的能力)收集在CDR40和设备壳体16之间的区域中，这种扩张可使导电部分46和/或细丝与设备壳体16接触。
[0175]在没有示出的另一实施例中，导电套筒(没有示出)可放置在轴14上。这个实施例对于具有磨损或不平坦表面的轴14特别有用，不然可导致导电部分46的过度磨损。该导电套筒(没有示出)可用适合于具体应用的任何导电材料制成，并且该导电套筒(没有示出)还可带有光滑的径向外表面。然后，该导电套筒(没有示出)用于将电荷从轴14引导至CDR40或轴承绝缘器10中的导电部分46。对使用具有磨损或不平坦的外表面的轴14特别有用的另一个实施例为导电细丝或金属丝插入该导电部分46中的实施例。这些导电细丝或金属丝可能牺牲，并填充轴14的表面的凹陷处或其它凹凸不平处。
[0176]在没有示出的另一实施例中，导电螺钉(没有示出)由适当的导电材料制成，可插入该导电部分46中。另外，弹簧加载的实心的导电圆柱可在径向方向放置在CDR40和/或轴承绝缘器10内，与轴14的径向外表面接触。
[0177]如上所述,虽然设计精良,但图4一6所示的CDR40不是优选的实施例。其中,这种设计的性能和制造困难说明⑶R40的其它实施例是更希望的。具体地说，图7 —14所示和下面详细说明的二件式⑶R40，和图15A，15B所示的径向⑶R80是比图4一6所示的⑶R40优越的那些实施例中的二个。
[0178]二件式⑶R的说明实施例
[0179]⑶R40的第二实施例表示在图7 —14中。在⑶R40的第二实施例中，⑶R由内体50与外体60接合形成，在图7中表示这些体是脱开但彼此有关系的。在⑶R40的第二实施例中，内体50和外体60彼此以快速扣合，压配合形式接合，这将在下面详细说明。
[0180]图9表示一般可为圆环形状的内体50的透视图。内体50可包括作在该内体50的外表面上的至少一个径向通道52。该径向通道52包括轴14可通过它放置的主孔58。图9所示的实施例包括三个径向通道52，但其它实施例可具有更多或更少数目的径向通道52，因此，径向通道的数目不会限制⑶R40的范围。每一个径向通道52可带有挡片(catch) 52a，以便更合适地固定一些形式的导电部分46。挡片52a与由可变形或半可变形的材料制成的导电部分46 —起最有利(如图14B所示)，但挡片52a可与由具有不同的机械性质的材料制成的导电部分46—起使用。该径向通道52向着放置在主孔58中的轴14开放。该内体50的径向外表面上可作出隆起56。如下面详细说明的那样，该隆起56可与在外体60上作出的环形槽64接合。
[0181]内体50可带有一个或多个安装孔54。图8—11所示的实施例带有三个安装孔54。如图1所示，安装孔54可用于将CDR40固定在设备壳体16或其它结构上。如图1和8B所示，利用与安装孔54接合的紧固件72，例如螺钉或铆钉，可将带70或夹子固定在CDR40上。有或没有安装孔54很大程度上决定于CDR40的安装方法。例如，在图14A和14B所示的实施例中，该内体50不包括任何安装孔54。这种实施例在与设备壳体16或其它结构压配合的轴承绝缘器10和/或CDR40内使用是最优的。
[0182]图12表示一般也可为圆环形状的外体60的透视图。该外体60带有具有在其径向内表面上作出的环形槽64的基座62。该环形槽64由第一环形肩65a和第二环形肩65b构成。径向凸起66从该基座62沿径向向内伸出，邻近该第一和/或第二肩部65a, 65b。在所示的实施例中，该径向凸起66邻近该第一环形肩65a，并包括一个主孔68。轴14通过该主孔68放置。
[0183]环形槽64作成使在该内体50上形成的隆起56与环形槽64接合，牢固地相对于外体60固定该内体50的轴向位置。如图1OB和14B所示，该隆起56可作成倾斜的或有锥度的，使得当强力将内体50插入外体60中时，该隆起56滑动通过第二环形肩65b，和进入环形槽64中，在轴向固定该内体50和外体60。该隆起56和该环形槽64之间的接合以后可阻止内体50和外体60的分开或分离。在没有示出的其它实施例中，隆起56不限于有锥度的形状。该隆起56和基座62还可作成当接合时形成压配合，以阻止内体50和外体60的分开或分离。
[0184]如图14A和14B所示，该内体50和外体60可作成使径向凸起66的内圆周直径与内体50的内圆周的直径相同，因此当安装时，内体50和外体60与轴14的间隙相同。在大多数应用中，安装CDR40，使得图14A所示的表面轴向对设备壳体16或其它结构为外表面。然而，如果CDR40与轴承绝缘器10接合，CDR40可取向使得图14A所示的表面面向设备壳体16或安装该轴承绝缘器10的其它结构的内部。
[0185]如图11所示，导电部分46可放置在每一个径向通道52中。如图14A和14B所示，径向通道52作在内体50的轴向表面上。当装配⑶R40时，该内体50邻近外体60的径向凸起66。这种取向可固定导电部分46的轴向位置。如前所述，与具有环形通道42的⑶R40比较，使用径向通道52保持导电部分46的⑶R40是优选的。一般，但决定于制造材料，导电部分46的尺寸作成可通过内体50的内径，伸入主孔58中，与轴14接触。径向通道52的尺寸作成不与内体50的外圆周相交。这可防止导电部分46与外体60的环形槽64接触。
[0186]轴承绝缘器10和⑶R40可由任何可加工的金属,例如不锈钢，青铜,招,金,铜及其组合或具有低阻抗的其它材料制成。CDR40或轴承绝缘器10可以法兰安装，压配合或利用任何其它结构或方法，例如通过多个带70和紧固件72固定在设备壳体16上。
[0187]如图2和3所示，在一些应用中，通过去除O形圈18和作在定子20和转子30上的与它们成对的槽，可改善轴承绝缘器10的性能。用于制造O形圈18的材料(例如橡胶和/或硅)的高阻抗性质可能妨碍轴承绝缘器10和设备壳体16之间的导电性，因而降低轴承绝缘器10的总的电荷耗散性能。但是，如果O形圈18用低阻抗材料制成，则它们可包括在⑶R40和/或轴承绝缘器10的任何应用中。⑶R40，内体50，外体60的最优尺寸/取向和它们的各种特点根据CDR40的具体应用而变化，因此不会限制CDR40的范围。
[0188]单件式⑶R的第二实施例
[0189]径向⑶R80为⑶R40的另一实施例，在图15A，15B中表示为在中心具有主孔88的一个圆环形结构。如同所述的⑶R40的其它实施例一样，⑶R80可通过任何结构和/或方法，安装在回转设备上，没有限制。图15A，15B所示的径向CDR80的实施例包括三个利用紧固件72固定在径向CDR80上的带70。可以使用其它的紧固件72将带70固定在回转设备上，因而将径向CDR80固定在回转设备上。在径向CDR80的其它实施例中，径向CDR80的径向外表面85a与回转设备壳体16压配合。然而，径向CDR的安装方法不限制其范围。
[0190]这里所示的径向⑶R80的实施例包括三个从径向外表面85a延伸至径向内表面85b的径向通道82。在图15B中可清楚地看出，每一个径向通道82可包括一个径向通道架83。在所示的实施例中，径向通道架83邻近径向⑶R80的径向内表面85b。
[0191]导电组件86牢固地装在径向通道82内。导电组件86的一个实施例详细地表示在图15C中。该导电组件86可包括主要是位于径向通道82内的粘接剂86a和从该径向通道82沿径向，向内伸出的接触部分86b。该粘接剂86a可作成能保持该导电组件86的零件的任何结构，包括但不限于，化学粘接剂，结构盖，或系绳或它们的组合。径向CDR80可以使用其它形式的导电组件86，没有限制。
[0192]径向⑶R80中的导电组件86可作成可更换的。S卩，一旦导电组件86的接触部分86b无用了，或应该更换该导电组件86，则使用者可从径向通道82取出该导电组件86并插入新的导电组件86。
[0193]多环式⑶R的说明实施例
[0194]图16A — 16D表示多环式⑶RlOO的第一实施例。多环式⑶RlOO的这个实施例与图7 — 14B所示和上面详细说明的二件式⑶R40相似。该多环式⑶RlOO包括至少可固定二个圆环120的保持器110。该保持器110基本上为圆环形，中心有保持器主孔118，该保持器主孔118与每一个圆环主孔128相应。
[0195]该保持器110在保持器基座111的径向内表面上有多个环形槽112a, 112b, 112c, 112d,为各个圆环120提供座落表面。所示的多环式⑶RlOO的实施例包括总共4个圆环120和4个环形槽112。然而，其它实施例可有更多或更少数目的圆环120和相应的环形槽112，这不会限制多环式⑶RlOO的范围。
[0196]圆环120可带有多个径向通道122，它们与图7 —14所示的⑶R40的实施例的内体50上形成的径向通道相似。径向通道116—般在圆环120的轴向内表面127a上形成。导电部分116可放置在每一个径向通道122中。另外，每一个径向通道122中可带有一个挡片122a，以便更好地保持导电部分116。
[0197]保持器壁114沿径向从第一环形槽112a向内，向着保持器主孔118延伸，该保持器壁114与图7 —14所示的CDR40的实施例的外体60的径向凸起66类似。在所示实施例中，该保持器壁114基本上与保持器基座111垂直。如图16C和16D所示，该保持器壁114可作为最内的圆环120的挡块。该最内圆环120的轴向内表面127a可紧靠在保持器壁114上，从而压缩放置在圆环120和保持器壁114之间的最内圆环120的径向通道122中的导电部分116。该最内圆环120的圆环径向外表面125可与第一环形槽112a接合，以便通过压配合将最内圆环120固定在保持器110上。
[0198]紧邻在最内圆环120外面的该圆环120的轴向内表面127a可紧靠在最内圆环120的轴向外表面127b上，从而压缩放置在该圆环120和最内圆环120之间的该圆环120的径向通道112中的导电部分116。紧邻在最内圆环120的外面的圆环120的圆环径向外表面125与第二环形槽112b接合，以便通过压配合将该圆环120固定在保持器上。这点在图16C和16D中详细地示出。该结构可延续至与保持器110接合的所有圆环120。
[0199]最外的圆环120可在圆环径向外表面125上作出一个隆起162。这个隆起162向上，从轴向内表面127a至轴向外表面127b成一个角度，使该隆起162与可在最外的环形槽112中形成的卡槽113接合(在这里所示的实施例中，该最外的环形槽112是第四环形槽112d)。因此，通过该隆起162与该卡槽113接合，该最外的圆环120可固定在保持器110上，从而固定所有其它的圆环120。这类似于通过分别位于图7 —14所示的⑶R40的内体50和外体60上的隆起56和环形槽64，该内体50与外体60的接合。
[0200]在多环式⑶RlOO的裂开实施例中，利用紧固件，例如图17A — 17D所示的紧固件，可将圆环120固定在保持器110上。在这个实施例中的圆环120可由二个圆环部分130构成，而保持器110可作成二个分开的件。最内的裂开的圆环部分130和保持器110之间的相互作用类似于以上对多环式CDR100的第一实施例所述的相互作用。另外，相邻的裂开的圆环部分130和裂开的多环式CDR100的导电部分116的相应保持之间的相互作用类似于对多环式CDR100的第一实施例所述的相互作用。为了保持裂开的圆环部分130，要与最外的环形槽112中的卡槽113和最外圆环120中的隆起162 —起，使该圆环的径向外表面125和单个的环形槽112a，112b, 112c, 112d压配合。压配合固定机构可以单独使用，或与多个紧固件72组合使用，或者，该多个紧固件72可单独作为固定机构使用。如果使用紧固件72，则圆环部分130可作出孔132，以容纳该紧固件72。
[0201]如图17A — 17D所示，在⑶R40，80，100的一些实施例中，可以使用背垫圆环140。该背垫圆环140可由二个不同的件构成，这些件可通过多个相应的对准销接受器142，紧固件孔143，紧固件接受器144和相应的对准销141和紧固件72彼此固定。在图17B所示的实施例中，二个对准销141和相应的对准销接受器142放置在该背垫圆环140的接缝处，以便正确地对准该二个件。二个紧固件72可放置在分别的紧固件孔143中，使每一个紧固件72的一部分与相应的紧固件接受器144接合，从而使该背垫圆环140的二个件彼此固定。
[0202]制造该背垫圆环140，使该二个件之间的间隙可忽略不计，以防止污染物进入至轴承位置和润滑剂从轴承位置流出。为了做到这点，首先可将一个圆在其直径上二等分。当连接时，二个件由于在切削过程中除去的材料而形成一个椭圆。因此，可以加工该二个件使它们一起形成一个完全的或接近完全的圆。可以单独或组合使用对准销接受器142和相应的对准销141和/或紧固件孔143与相应的紧固件72，以便在加工过程中固定该二个件的相对位置(如上所述)。为了从该二个件形成一个完全的或接近完全的圆，需要该二个件的相对稳定性。在这点上，可在背垫圆环140上按希望的规格作出背垫圆环主孔148和O形圈槽145。可按照使用者的要求，在背垫圆环140上做出孔146，使得可正确地使该完全或接近完全的圆形背垫圆环140在轴上或其它结构上对中。
[0203]可适配的⑶R的说明实施例
[0204]图18A和18B表示可适配的⑶R160的一个实施例。该可适配的⑶R160设计成可安装在不同几何形状的各种回转设备上。可适配的CDR可包括多个从径向外表面165a延伸至邻近主孔168的径向内表面165b的径向通道162。如同在径向⑶R80中的径向通道82那样，在可适配的⑶R160中的径向通道162可包括一个径向通道架163。因此，导电组件86可固定在每一个径向通道162中。
[0205]使用者可在回转设备的外面钻孔和攻丝，使紧固件72可以穿过在该可适配的⑶R160上形成的每一个槽161。该可适配的⑶R160可包括多个凹部164，以更好地适应各种回转设备外部的差别。该可适配的⑶R160可具有突入主孔168中的切口 166，以便容易将该可适配的⑶R160安装在轴或其它物体上。
[0206]与设备壳体16 —起使用的轴承绝缘器10和/或⑶R40形成以回转轴14为中心点的稳定的同心系统。在设备壳体16内，将CDR40插入轴承绝缘器10中，例如如图2和3所示的轴承绝缘器，可在导电元件之间形成较固定和稳定的空间关系，从而改善静电电荷的收集和改善通过CDR40的导电元件与轴承绝缘器10，将静电电荷从轴14引导至地面。这个改善的电机地面密封系统直接将主要元件安置在一起，这可补偿轴14的不完整性(它可能不是完全圆的)，并保证由作用在CDR40和/或轴承绝缘器10上的外力造成的从导电部分46至轴14的表面的距离的变化或改变最小。这可促进电荷有效地从轴14引导至设备壳体16。
[0207]已经说明了优选实施例，本领域技术人员无疑将了解⑶R40，80，100，160和所述轴承绝缘器10的其它特点。在不偏离CDR40，80，100，160和/或轴承绝缘器10的精神和范围的条件下，可对实施例进行改变或改进。应当指出，轴承绝缘器10和⑶R40，80，100，160不限于所述的具体实施例，而是适用于耗散从轴14至设备壳体16的电荷的所有类似装置和方法。在不偏离轴承绝缘器10和⑶R40，80，100，160的精神和范围的条件下，本领域技术人员可对所述实施例进行改进和改变。
【权利要求】
1.一种电流分流环，它包括: a.内体,所述内体包括: 1)主孔， 2)作在所述内体的一个表面上的径向通道， 3)作在所述主体的径向外表面上的隆起， b外体,所述外体包括: 1)基座， 2)作在所述基座的径向内表面上的环形槽，其中，所述环形槽由第一环形肩和第二环形肩限定， 3)径向凸起，其中，所述径向凸起沿径向，向内从所述基座伸出，其中，在所述径向凸起上形成主孔，和其中，所述外体和所述内体作成使所述隆起与所述环形槽的接合在轴向方向将所述内体与所述外体固定，和 c.导电部分，其中，所述导电部分放置在所述径向通道中。
2.如权利要求1所述的电流分流环，其中，所述内体还包括多个径向通道，其中，所述的电流分流环还包括多个导电部分。
3.如权利要求2所述的电流分流环，其中，所述的电流分流环还作成使其在所述内体中的所述多个径向通道邻近在所述外体中的所述径向凸起放置。
4.如权利要求3所述的电流分流环，其中，所述隆起还作成在轴向方向成一个角度。
5.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述基座的径向外表面还作成在轴向方向成一个角度，使所述的电流分流环可牢固地压入轴承绝缘器中的接受器槽中，或在电机壳体上作出的孔中。
6.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述内体还包括多个设置在与所述多个径向通道相对的表面上的安装孔，其中，使用多个紧固件和带将所述的电流分流环固定在电机壳体上。
7.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述导电部分还作成碳基细丝。
8.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述多个径向通道还带有挡片。
9.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述外体的所述径向凸起还作成使所述内体的内径基本上等于所述径向凸起的内径。
10.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述多个导电部分中的每一个导电部分是纤维，碳基的材料。
11.如权利要求4所述的电流分流环，其中，所述内体和所述外体由青铜制成。
12.—种径向电流分流环，它包括: a.基本上为圆环形的主体， b.设在所述主体的中心的主孔， c.多个径向通道，其中，每一个所述径向通道从所述主体的径向外表面延伸至所述主体的径向内表面， d.径向通道架，其中，所述径向通道架放置在邻近所述主体的径向内表面的所述径向通道的一个中，和 e放置在所述径向通道的一个中的导电组件，其中，所述导电组件的接触部分从所述径向通道沿径向向内突出，通过所述径向内表面。
13.—种多环式的电流分流环，它包括: a.保持器，所述保持器包括: 1)在轴向方向延伸的保持器基座，其中，所述保持器基座的外部限定为保持器径向外表面， 2)在所述保持器基座内部形成的第一环形槽， 3)从所述保持器基座径向向内延伸的保持器壁，和 4)在所述保持器基座的内部形成的第二环形槽，其中，所述第一环形槽轴向位于所述保持器壁和所述第二环形槽之间， b.第一圆环，所述第一圆环包括: 1)作在所述第一圆环的轴向内表面上的径向通道，其中，所述第一圆环的所述轴向内表面紧靠着所述保持器壁， 2)紧靠着所述第一环形槽的圆环径向外表面，和 3)与所述保持器壁相对的轴向外表面， c.第二圆环，所述第二圆环包括: 1)作在所述第二圆环的轴向内表面上的径向通道，其中，所述第二圆环的所述轴向内表面紧靠着所述第一圆环的所·述轴向外表面， 2)紧靠着所述第二环形槽的圆环径向外表面，和 3)与所述第一圆环相对的轴向外表面， d.导电部分，其中，所述导电部分放置在所述第一圆环的所述径向通道中。
14.如权利要求13的多环式电流分流环，其中，所述第一圆环由二个裂开的圆环部分构成。
15.如权利要求14的多环式电流分流环，其中，所述二个裂开的圆环部分还包括在其上作出的一个孔，其中，所述孔从所述轴向内表面延伸至所述轴向外表面。
16.一种轴承绝缘器，它包括: a.定子，所述定子包括: 1)主体， 2)在轴向和径向伸出所述主体之外的多个凸起， 3)接受器槽，所述接受器槽邻近轴， b.转子，所述转子固定安装在所述轴上，所述转子包括: 1)主体,和 2)在轴向和径向伸出所述主体之外的多个凸起，其中，所述转子的所述多个凸起与所述定子的所述多个凸起互相啮合，形成迷宫式密封。
17.—种从轴通过电机壳体耗散电荷的方法,它包括: a.将电流分流环固定在所述电机壳体上， b.在所述的电流分流环内安装至少一个导电部分，其中，所述至少一个导电部分邻近所述轴，或与所述轴接触， c.将所述电荷从所述轴传递至所述至少一个导电部分， d.将所述电荷从所述至少一个导电部分传递至所述的电流分流环，和e.将所述电荷从所述的电流分流环传递至所述电机壳体。
18.如权利要求17的从轴通过电机壳体耗散电荷的方法，其中，所述的电流分流环的内体还包括多个径向通道，其中，所述的电流分流环还包括多个导电部分。
19.如权利要求18的从轴通过电机壳体耗散电荷的方法，其中，所述的电流分流环的在所述内体中的多个径向通道邻近所述外体中的所述径向凸起。
20.如权利要求17的从轴通过电机壳体耗散电荷的方法，其中，所述的电流分流环为一个多环式的电流分流环，它包括: a.保持器，所述保持器包括: 1)在轴向方向延伸的保持器基座，其中，所述保持器基座的外侧为保持器的径向外表面， 2)作在所述保持器基座内侧上的第一环形槽， 3)从所述保持器基座沿径向向内延伸的保持器壁，和 4)作在所述保持器基座内侧的第二环形槽，其中，所述第一环形槽轴向位于所述保持器壁和所述第二环形槽之间， b.第一圆环，所述第一圆 环包括: 1)作在所述第一圆环的轴向内表面上的径向通道，其中，所述第一圆环的所述轴向内表面紧靠着所述保持器壁， 2)紧靠着所述第一环形槽的圆环径向外表面，和 3)与所述保持器壁相对的轴向外表面， c.第二圆环，所述第二圆环包括: 1)作在所述第二圆环的轴向内表面上的径向通道，其中，所述第二圆环的所述轴向内表面紧靠着所述第一圆环的所述轴向外表面， 2)紧靠着所述第二环形槽的圆环径向外表面，和 3)与所述第一圆环相对的轴向外表面， d.导电部分，其中，所述导电部分放置在所述第一圆环的所述径向通道中。
21.一种装置，其包括这里描述的任何新的发明创造的步骤，行为，步骤和/或行为的组合，步骤和/或行为的子组合，其与电流分流环，多环式电流分流环或从轴通过电机壳体耗散电荷的方法有关。
【文档编号】H01R39/12GK103548219SQ201280023972
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年4月18日 优先权日:2011年4月18日
【发明者】大卫·C·奥罗拉斯基, 内尔·F·赫勒, 罗伯特·A·特哈诺, 肖恩·霍顿 申请人:因浦洛希尔有限责任公司