监视一个以上电机元件状态的系统和方法_4

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数,并且/或者旋转部件旋转制定的圈数(例如,10圈、20圈等)后,再 来表明旋转部件15的磨损状态。在一些情况中,用户警报可以是来自扬声器456听得见的 音调和/或显示在用户接口 450显示器上的简单的字符串,所述用户警报可以描述所发生 阈值超过的属性。在其他的例子中,处理器440可以提供一些可视的标示来警告使用者发 生了错误。这种可视的标示可以包括颜色、闪烁或者其他用户接口 450上所提供的可视标 示。仍然在其他的例子中,可以设置处理器440来给例如位置监视器120或者远程监视装 置150、160的另一个装置提供信息。位置监视器120或者远程监视装置150、160的一个以 上可以通过视觉标示、听觉标示、email、即时信息、文本信息或者其他一些信息给使用者提 供消息,来警告用户刷架组件110 -个以上元件的磨损状态。可以通过网关170、或者其他 适合在互联网、广域网、局域网等网络上通信的装置来提供这些信息。例如,可以设置网关 170来与网络130和/或工控系统通信。即使使用者离开电刷监视系统100所在的位置时, 该警报也可以提供给使用者。
[0067] 除用户接口 450外,磨损状态监视器50能够通过通信电路,将有关电刷24和/或 旋转部件15磨损状态的信息传递给使用者。有关电刷24和/或旋转部件15磨损状态的 信息可以与识别一个以上特定位置、特定电机和/或特定电刷组件的信息相关联,所述特 定电刷组件与电刷24和/或旋转部件15相关。在一些情况中,通信电路470可以包括通 信端口(例如,扬声器472、收发器474等),所述通信端口用来通过通信链路115与位置监 视器120通信。可以通过磨损状态监视器50,使用一个以上通信协议,来将与刷架组件110 关联的磨损状态信息传递给位置监视器120。通信电路470可以包括能够通过一个以上通 信链路技术进行通信的芯片组,所述通信链路技术例如使用音频能量(例如超声波信号)、 射频(RF)能量(例如,RF信号)和/或光能(例如,光信号、红外(IR)信号等),或者类似 的。在一些情况中,通信电路470能够通过一种或多种其他的无线技术进行通信,所述无线 技术例如Bluetooth?、Wi-Fi、Zigbee或者任何其他无线协议。在一些情况中,可以将通信 电路470设置成通过一个以上有线接口进行通信,但这不是必需的。例如,通信电路470所 包括的有线端口可以是串行口、ARCNET 口、并行口、串行口、CAT5 口、USB (通用串行总线) 口以及/或者类似的。在一些情况中,通信电路470可以使用一个或者多个通信协议,例如 Ethernet、BACNet、LONtalk、DeviceNet、ControlNet、Profibus 等,所述通信协议可以通过 有线网络或者无线网络来使用。
[0068] 在一些情况中,如图4中进行说明的,磨损状态监视器50可以选择包括数据端口 490。数据端口 490可以为例如Bluetooth?端口或者任何其他无线协议的无线端口。在其 他的情况中,数据端口 490可以是有线端口,例如串行口、并行口、CAT5 口、USB(通用串行 总线)口以及/或者类似的。在一些例子中,数据端口 490可以是USB 口,并且可以用来从 USB闪存驱动或者一些其他数据源下载和/或上传信息。根据需要,也可以使用其他远程装 置。可以设置数据端口 490来与处理器440通信,并且,如果需要,可以用来给处理器440上 传信息,并且/或者从处理器440下载信息。能够上传和/或下载的信息可以包括,例如阈 值和/或计时信息。在一些例子中,数据端口 490可以用来上传磨损状态监视器50和/或 柔性传感器60以前创造的配置信息,因此加速配置过程。在一些情况中,数据端口 490可 以用来下载配置,所述配置使用特定的磨损状态监视器50和/或柔性传感器60进行创造, 使得这些配置可以被传递给其他类似的磨损状态监视器50,加快它们的编程过程。在一些 情况中,如果需要,数据端口 490可以用来上传和/或下载有关电刷24和/或旋转部件15 磨损状态的信息。
[0069] 在一些情况中,数据端口 490可以用来下载储存在存储器480中用来分析的数据。 例如,数据端口 490可以用来下载与电刷24和/或旋转部件关联的磨损状态日志,或者如 果需要,将这些日志的部分上传到移动装置,例如USB记忆棒(有时也称为thumb drive或 者jump drive),个人电脑、便携式电脑、iPAD?或者其他平板电脑、PDA、智能手机,或者其 他远程装置。在一些情况中,数据可以转换到MS EXCEL·?、MS WORD?、text、XML和/ 或Adobe PDF?文件,但这不是必须的。
[0070] 在一些情况中,磨损状态监视器50可以包括一个以上环境传感器,所述环境传感 器能够监测刷架组件110附近环境的特征。环境传感器的例子可以包括温度传感器和/或 湿度传感器。当确定阈值时,可以设置磨损状态监视器50来使用所监测的环境信息,并且/ 或者磨损状态监视器50可以将所监测的环境信息传递给另一个装置,例如位置监视器120 或者远程监视装置150、160。
[0071] 图5A和5B为图1、3和4进行说明的柔性传感器60的立体图。进行说明的柔性 传感器60可以包括基体510、至少一个油墨层520,和/或两个或两个以上的电连接器,所 述连接器可以连接到一根或多根电线540。柔性传感器60基本上是平的,并且可以从各种 长度、宽度和/或厚度中选择。在一些情况中,柔性传感器60可以具有可变电阻,所述电 阻被设计成随着柔性传感器60的弯曲而变化。通过将一个以上导电油墨层520放置在基 体510上表面515上,可以形成柔性传感器60。例如,基体510可以形成自柔性的、电绝缘 材料,例如塑料薄膜(例如,双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、 聚酰胺薄膜、酚醛树脂等)。导电油墨层520可以粘贴到基体510的上表面515,并且可以 形成自一种或多种导电油墨(例如,碳基油墨、聚合物基油墨、复合油墨等等),以及/或者 一种或多种其他的导电材料,例如环氧树脂和/或胶粘剂,其中环氧树脂或胶粘剂包括了 导电材料(例如,石墨、碳等)。在一些情况中,当基体510弯曲时,导电油墨层520能够 形成微裂纹,其中微裂纹的尺寸和/或形状使得柔性传感器60的电阻以可预测的方式变 化。这种柔性传感器60的例子可以包括来自犹他德雷泊Flexpoint Sensor Systems, Inc. 的Bend Sensor?。柔性传感器的其他例子公开在美国专利Nos. 7, 248, 142 ;8, 047, 083 ; 7, 277, 004和5, 157,372中;这些专利的每一个都通过引用并入到本文中。
[0072] 正如上文所讨论的,柔性传感器60可以具有可变电阻,所述将所述电阻设计成随 着柔性传感器60的弯曲进行变化。柔性传感器60可以通过电连接连接到磨损状态监视器 50,所述电连接例如一个以上端子530、电线540或者其他这种形成电连接的手段。在一些 情况中,可以将电线540屏蔽,以减少引入到来自电刷监视系统100的磨损状态监视器50 的电路的电噪声的量。例如,电线540可以是包含在屏蔽电缆550中的双绞线540。在一 些情况中,例如图5B中,电连接器530可以直接连接到磨损状态监视器50的一个以上端子 425〇
[0073] 磨损状态监视器50的电源460 (例如,电池),可以用来给磨损状态监视器50和/ 或柔性传感器60的一个以上元件供电,帮助生成表示柔性传感器60弯曲半径的信号。例 如,磨损状态监视器50和柔性传感器60可以一起操作来形成至少部分的分压电路,所产生 的电路输出为部分的电源电压。通过使用弯曲力来弯曲柔性传感器60,例如由弹簧29提供 的用来维持电刷24和旋转部件15表面之间物理接触的力,弯曲力可以引起柔性传感器60 电阻上的变化。柔性传感器60电阻上的变化,可以对应电刷24上表面624相对于旋转部 件15导电表面12的物理位置。柔性传感器60的可变电阻,可以对应柔性传感器60弯曲 程度,进行线性变化或者非线性变化。类似地,柔性传感器60电阻上的变化,可以引起表示 柔性传感器60弯曲半径的信号,电压输出上的对应变化。
[0074] 有关柔性传感器60弯曲半径的信息,可以用来确定电刷24的磨损状态和/或电 机旋转部件15的情况(例如,集电环)。正如上文所提到的,磨损状态监视器50可以通过 电线540电连接到柔性传感器60。通过将至少部分的表示柔性传感器60弯曲半径的信号 和一个以上预定的阈值进行比较,磨损状态监视器50可以确定电刷24和/或旋转部件15 的磨损状态。在一些情况中,可以设置磨损状态监视器50包含第一阈值和第二阈值,所述 第一阈值对应电刷24的第一磨损状态,而所述第二阈值不同于第一阈值,其对应电刷24的 第二磨损状态。例如,第一阈值可以是与电刷磨损状态关联的第一电平,所述电刷磨损状态 为表示在预定的时间期间内(例如,一周内)电刷24应该进行更换的磨损状态。第二阈值 所对应的电刷24的磨损状态为,表示需要尽快更换电刷24的磨损状态。
[0075] 在一些情况中,可以设置磨损状态监视器50来监视电刷24的震动。例如,电刷24 的震动可能是因为电机旋转部件15-个以上缺陷或者其他变形。例如,集电环的变形或不 均匀的磨损可以引起集电环一个以上部分不圆。当电刷24在旋转部件15的旋转过程中, 在一个以上位置遇到这些缺陷时,这些缺陷可能引起电刷24以一定的速度震动,所述速度 对应旋转速度和/或旋转部件15(例如,集电环、换向器等)导电表面12处的缺陷的个数。 在一些情况中,可以设置磨损状态监视器50包含第三阈值和第四阈值,所述第三阈值不同 于第一和第二阈值,对应电机旋转部件15的第一磨损情况,所述第四阈值不同于第一、第 二和第三阈值,对应旋转部件15的第二磨损情况。例如,第三阈值可以是第一电平,所述第 一电平与旋转部件15的情况关联,此时的情况表示的是在预定的时间期间内(例如,一周 内)旋转部件应该进行更换和/或维修的磨损状态。第四阈值所对应的旋转部件15的情 况为,表示应该尽快完成旋转部件15维护(更换和/或修理)的情况。
[0076] 图6A和6B示出了所说明的刷架组件600的立体图,所述刷架组件600例如图1 的刷架组件110,且处在电刷24不同的可识别磨损状态。磨损状态监视器50可以位于弹簧 29的弹簧卷310内。柔性传感器60可以紧邻弹簧29定位,并且可以电连接到磨损状态监 视器50。这里,该电连接未示出以简化说明。图6A说明了电刷24的第一磨损状态,例如 当刷架组件600第一次安装在电机上时电刷24的初始磨损状态。例如,当刷架组件600处 在接合位置时,弹簧29将力作用到电刷24的上表面624,使得电刷24与旋转部件15的导 电表面12接合。上表面624可以位于第一位置,在该位置弹簧29的弯曲力引起第一弯曲 半径610。第一弯曲半径610使得柔性传感器60具有第一电阻值,该值与电刷24的初始 磨损状态关联。第二弯曲半径640使得柔性传感器60具有第二不同的电阻值,该值与电刷 24不同的磨损状态关联,所述磨损状态例如接近更换的磨损状态或者更换的磨损状态。可 以校准电刷监视系统100和/或电刷监视系统的部件,来说明刷架组件和/或电刷几何上 的变化,通过不同的弹簧所作用的不同的力,并且/或者说明其他不同的刷架组件110之间 变化的因素。在一些情况中,磨损状态监视器50可以弹性地安装在电刷24的卷内,使得电 刷24的震动可以被吸收和/或抑制。
[0077] -系列形成在油墨层520的微裂纹665,可以使柔性传感器60在不同的弯曲半径 产生电阻值,所述微裂纹665在柔性传感器60弯曲时形成。尽管柔性部件维持了油墨层 520的整体一体化,但是由于油墨层520脆性部件的开裂形成了微裂纹665。油墨层520中 的微裂纹665使得柔性传感器60的电阻变化。当弯曲半径由于所作用的弯曲力而减少时, 更多的微裂纹665形成在油墨层520中,使得柔性传感器60的电阻增加。电阻能够基于作 用在柔性传感器60的弯曲力的大小、电刷24磨损的量和/或电刷24的运动变化。磨损状 态监视器50可以基于柔性传感器60由于兴趣持续时间过程中移动而可变电阻,从柔性传 感器60接收变化的电压信号。更小的弯曲半径可以对应柔性传感器60更大的电阻值。例 如,柔性传感器60在第一弯曲半径610的电阻小于柔性传感器60在第二弯曲半径640的 电阻。柔性传感器60可以重复弯曲,因为油墨层520继续相对于基体510具有强粘结。当 柔性传感器60返回到第一弯曲半径610时,柔性传感器60的电阻返回到第一电阻值。
[0078] 柔性传感器60可以安装在刷架组件110内,使得包括电连接的近端,所述电连接 例如端子530,可以朝着磨损状态监视器50确定方向,而其远端661可以朝着远离磨损状态 监视器50的方向确定方向。在图6A的例子中,在电刷24的初始磨损状态,至少部分的包 括了远端的柔性传感器60沿第一平面620确定方向,而另一部分包括了远端的柔性传感器 沿第二平面630确定方向,其中第一平面620和第二平面630之间的偏转615对应第一弯 曲半径610。在图6B中,所示出的电刷24处在第二磨损状态,使得上表面624位于不同的 第二位置651,该位置离初始磨损状态位置605偏转的距离655。在该第二位置651,至少部 分的包括了远端661的柔性传感器60现在沿第三平面650确定方向,而另一部分包括了远 端662的柔性传感器60沿第三平面650确定方向,其中第三平面650和第二平面630之间 的偏转645对应第二弯曲半径640。
[0079] 图7是表示电刷监视系统700的框图,所述电刷监视系统700具有所说明的位置 监视器720,所说明的位置监视器720例如位置监视器120。在一个设备中,可以设置一个以 上电机来包括一个以上刷架组件715,所述刷架组件715例如刷架组件110。刷架组件715 可以围绕电机(例如,电动机、发电机等)的旋转部分730(例如轴)定位。可以将刷架组 件715定位成,电刷24接触旋转部件(例如,集电环、换向器)的表面,所述旋转部件与电 机的旋转部分730关联。在一些情况中,刷架组件715可以使用一个以上适配器726安装 到电机的部分,所述适配器726包括图1和3的安装杆26。可以将每个刷架组件715设置 成通过通信链路115与位置监视器720通信。
[0080] 位置监视器720可以包括通信电路740、处理器750、存储器760、I/O模块770、用 户接口 790和/或一个以上传感器795。在一些情况中,通信电路740可以包括信号调理电 路741,该电路可以用来滤波和/或用另外的方法调理接收自一个以上刷架组件715的信 号。位置监视器720可以包括例如电池的电源792、电容器和/或电力线适配器。在一些情 况中,电池可以是可充电的和/或可更换的。在一些情况中,位置监视器720可以包括
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