专利名称：利用电刷磨损检测器的改进的碳刷握的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于碳刷集电系统的一种储存式刷握，更具体地说，涉及具有电刷磨损检测器的一种改进的刷握。
在某些带静态励磁的高速旋转设备中，例如大型汽轮发电机系统，碳刷集电系统被用作将磁场电流传送到发电机转子。集电装置通常包括有装在转子上的一对或每极一个集电环和环绕每个集电环成角度地布置並与其相接触的一组静止电刷。为了保护集电装置和防止操作人员不当心地接触到它们，集电装置是封闭在一个外壳内的，该外壳包括固定的底座。通常这个外壳叫做集电箱。集电箱通常包括具有密闭孔口的静止横向端壁，转子轴通过该孔口;並具有一个定界外壳顶盖和侧壁的箱体。在某些装置中，希望能在发电机不停机的情况下更换电刷。因此箱体设有入口，通过该入口可以进到集电装置。
因为高能量的需要，通常在一个框架形刷握内安排多个碳刷。多个电刷(一般为6个)组装在刷握内，各刷握则布置在发电机转子的外径周围。这种刷握的实例在美国1968年6月4日发布的专利3，387，155和1973年1月16日发布的专利№.3，710，478中都作了叙述。
虽然这些装置可以容易地更换电刷，但需首先确定何时一个或多个电刷已磨损到必需更换的程度。这一般由定期地观察电刷来进行。箱体内侧集电器周围有相应的噪声，而且装有运行在高电压下的高速旋转设备。于是，当发电机在运行时，为了解各电刷磨损情况，检查人员必须进入到一个相当威胁安全的环境中进行直观检查。为了将电力系统代价很高的停机时间减至最少，这种检查是在发电机在线时完成的。从而为避免安排维护人员在发电机在线时进入集电箱内检查电刷，一种给位于远方的操作人员指示电刷磨损情况的装置是必要的。
本发明的主要目的是提供一种远方检测装置，以测出集电器内使用的碳刷何时被磨损到超过其有用长度。
本发明另一个目的是给操作人员指出已经磨损的电刷的刷握位置。
本发明的上述目的是这样实现的。在一台具有一个旋转轴的动力发电机中，在转轴上有轴向隔、开並与轴一起旋转的一个或多个集电环，和围绕集电环成角度地支撑着並与集电环呈滑动接触的多个固定的集电碳刷，各电刷分组放在多个可拆卸的各刷握内，因此一部分电刷可以单独地拆卸下来脱离与集电环的接触。所考虑检测装置应能拆卸刷握内一组电刷中至少一个磨低到予定量的电刷。
本发明的各种其它目的、特点和优点由结合附图阅读以下详述将变得更加容易明白，这些仅作为实例示出。其中
图1是一个典型汽轮发电机集电箱的截面图;
图2是图1集电箱的一个侧视图;
图3是一个框架式刷握的透视图;
图4是本发明带有电刷磨损检测器的刷握侧视图;
图5是沿图4的Ⅴ-Ⅴ线取得的视图;
图6是带有磨损电刷的一个刷盒侧视图;
图7是本发明的一个典型接触器簧片的视图。
现参照附图进行详细说明，图1和2示出发电机的一部分，例如一台汽轮发电机，它具有一个转子轴10，该轴穿过一个通常叫集电箱13的外壳。一个固定的底座16提供了集电箱13的底部。集电箱13内封装一套集电装置19，该装置包括一个或多个装在转轴10上且轴向隔开並与轴一起旋转的集电环22。集电装置19包括一组或多组碳刷25，碳刷25用各刷握28成角度地装在一个或多个集电环22的周围並与集电环滑动接触，见下文详述。各刷握由一种通常叫做翼片的环形板31支撑着，该环形板被固定到底座构件16上。集电环22的数目和相应电刷25的组数是根据发电机磁极数而定的，因此至少包括相反极性的一对。由一个绝缘衬垫34将翼片31与底座构件16在电气上绝缘，並具有穿过底座构件16延伸到与各引线(未示出)连接的各端接37。照这样，来自励磁机(未示出)的直流电流被传送到发电机转子10以提供发电机磁场。
这种集电箱已在1987年12月15日发表的美国专利4，713，566中进行叙述，该专利已转让到本受让人。
在某些发电机中具有大量的电刷25，通常有若干个电刷安装或聚集在绝缘的卡盘上，並且当设备运行时可通过集电箱13的检修门40进行拆卸和更换。这种框架式刷握28的一个实例示于图3中。因为可能有较大电流流过集电装置19，重要的是当拆卸刷握28时，对两个极性之间或对集电装置19和接地导体之间不能同时发生接触。
利用本发明电刷磨损检测器43改进的碳刷集电系统刷握28示于图4-6。在典型框架式刷握28中，多个碳刷25(大约为6个)通常布置在矩形刷盒46内。由于盘簧49的恒压力，各碳刷25都在径向方向对集电环22加偏压(在图中向下的方向)。由于有一套附加到刷握28上並与其绝缘的各触指52，什么时候一个电刷磨坏时(即比规定的预定长度较短)电气装置43即提供检测作用。
最好各触指52布置成一个接触器簧片55的形式，示于图7中。导电材料构成的接触器簧片55例如可用螺栓58和绝缘物59固定到刷盒46上。通常有多个触指52(每个电刷25有一个)自接触器簧片55垂直向下伸出，每个触指在其端部有一个绝缘的突头61，如图4所示，当它们最初装配时，绝缘突头61通过在刷握28上的一个孔62伸出並接触到电刷25。照这样，靠近接触器簧片55和突头61的中间位于触指52上的触点64被推开並与刷盒46脱离接触。
然而，如图6中所示，当电刷25磨低时由于盘簧49的作用迫使电刷25的顶端67向下行过绝缘突头61的位置，则触指52向内加压形成触指52上的触点64与刷盒46相接触。由于引线70连接到接触器簧片55的连接点73上，当某个刷盒46内的一个电刷25磨坏时就能对远方的运行人员提供一个指示，从而在发电机运行期间避免了进入集电箱13对电刷进行检查的必要。
当接触器簧片55最初附加到刷握28上並且构成刷握28的部件时，如果刷握28没装入电刷25，触头64已经同刷盒46相接触。然而，如图4所示，当新的电刷25放入刷握28时，在触指52端部上的绝缘突头61迫使触点64远离刷盒46从而断开其接触。只是在电刷25磨损到允许突头61滑过电刷25端部67以后(图6)，接触器簧片55的触点64才会再次形成与刷握28相接触。与刷盒46的这一接触使触指52和接触器簧片55带电。因此这种情况就能通过引线70用电子仪器或电的方法进行检测，而电刷磨损的情况能在远方指示出来。
在本发明的一个实施例中，单个引线70连接到从接触器簧片55那里延伸的连接点73上。为了使用适当的信号设备，然后引线70与其它各刷握28(当采用多于一个刷握时)的各引线一同接到一个中央端子板上(未示出)。例如，各不同刷盒46的各引线70可拉到带有信号灯76的盘上(未示出)，例如用发光二极管，标以标志且位于从集电箱13外可见的位置。照这样，在给定的刷握28内如果有一个电刷25磨低到预定量的情况下，装有磨损电刷25的刷握28将会由相应的点亮信号灯76指示出来。于是，在例行的设备检查期间，被磨损的一个电刷就能检测出来，避免了必须运行人员在发电机运行时定期进入集电箱13对磨损电刷25进行直观检查。当磨损的电刷25被指示出来后，运行人员只需打开集电箱门40以便拆卸掉装有磨损电刷25的那个刷握28，然后插入一个具有新电刷25的刷握28即可。
作为进一步提高，可用一个连接到信号盘上的继电器(未示出)，该继电器可由指示磨损电刷25所点亮的任一信号灯76来起动，且能远方指示出至少有一个刷握28需被注意。在运行人员已注意到已磨损电刷25的刷握28发出的指示后，只需查看信号灯盘即看出哪个刷握28具磨损电刷25。例如，这个继电器也许能连接到一个音响报警器上，以更明确地引起运行人员注意上述情况的存在。
在本发明的第二实施例中，能精确地检测出被磨损的一个电刷，以便卸掉它。可用单独的电引线连接到接触器簧片55的每一个触指52上代替接触器簧片55上单个引线70。对于这种型式的指示器可利用单独的触指52连接，而未必由接触器簧片55来连接。照这样，不但刷握28的位置被指出而且对磨低的个别电刷25也能向运行人员指出。这种型式的装置可用于集电系统，其中每一单独的电刷被支撑在集电环22周围而不聚集在一个刷握28内。
虽然本发明的具体实施例已详述，本领域的技术人员会理解，根据所发表的全部内容可发展出各种修改和改进。例如，用于检测的信号可能是用于励磁的直流电压，可能是用于接地检测的电压，或者是专用于电刷磨损检测仪器的附加电源。另外，激励电压可能由静态励磁系统来供给，对这种型式的集电系统该静态励磁系统一般是存在的。所以，所公开的具体结构仅为举例说明，並不限制本发明的范围，该范围的幅度和它的任何等效内容全部给在附加的权利要求中。
权利要求
1.一台动力发电机具有一个转动轴(10)，在轴(10)上至少有一个轴向隔开又与其一起转动的集电环22，並且有成角度的支撑在所述集电环(22)周围又与其呈滑动接触的多个固定的碳集电刷(25)，所述各电刷(25)分组放在多个可拆卸的刷握(28)内，致使一部分所述电刷(25)可从单独地拆卸而脱离与所述集电环(22)的接触，並且当一个所述可卸刷握(28)内所述组合电刷(25)中的至少一个磨低到一预定量时，检测该磨损的电刷，其中所述磨损电刷的特征在于由导电材料制成的一个簧片(55)，固定到所述可拆卸的刷握(28)上；至少有一个触指(52)从所述簧片(55)那里基本上垂直延伸出来，所述触指(52)放置在靠近所述可拆卸刷握(28)上的一个孔(62)；和在一个所述触指(52)上，簧片(55)的对过，並通过所述孔(62)伸出了一个电气绝缘的突头(61)，致使当一个所述各电刷(25)插到所述可拆卸的刷握(28)中时，由于突头(61)接触到电刷(25)，则触指(52)被推而离开所述可拆卸的刷握(28)，並当一个所述电刷(25)磨低到预定量时，电刷(25)从突头(61)脱离开，所以引起触指(52)接触到所述可拆卸的刷握(28)，借此而产生一个电信号。
2.如权利要求1所述的动力发电机，其特征还在于，所述触指(52)还包括在其上面並设置在簧片(55)和突头(61)之间的一个突部(64)，突部(64)指向可拆卸的刷握(28)，因此当一个所述电刷(25)磨低到预定量时，在所述触指(52)和可拆卸的刷握(28)之间易于接触。
3.如权利要求1所述的动力发电机，其中，所述触指(52)被偏压向可拆卸的刷握(28)。
4.如权利要求1所述的动力发电机，其中，磨损电刷的特征还在于，具有一端连接到簧片(55)和其相反端连接到一个电指示器(76)上的一个电引线(70)，因此当可拆卸的刷握(28)内的一个所述电刷(25)磨低到预定量时，电信号就从簧片(55)传送到指示器(76)。
5.如权利要求2所述的动力发电机，其中，磨损的电刷的特征还在于，具有一端(73)连接到簧片(55)和其相反端连接到一个电指示器(76)的一个电引线(70)，因此当可拆卸的刷握(28)内的一个所述电刷(25)磨低到预定量时，电信号就从簧片(55)传送到指示器(76)。
6.如权利要求5所述的动力发电机，其中，电刷磨损指示器(76)的电指示器(76)包括多个发光二极管，各二极管按一预定方式布置，並且每个二极管对应于每一个所述可拆卸的刷握(28)，因此具有一个磨低到预定量电刷(25)的一个可拆卸刷握(28)的指示和位置被显示出来。
7.权利要求6的动力发电机，其中，电指示器(76)还包括一个音响报警器，当一个所述发光二极管被触发时它被触发。
8.一台发电机具有一个转动轴(10)，在轴(10)上具有与其一起放置的一对集电环(22)，和具有成角度地支撑在所述集电环(22)周围並与其呈滑动接触的多个固定的集电器碳刷(25)，所述电刷(25)分组放在多个可拆卸的刷握(28)内，致使一部分所述电刷(25)可从与其相接触的所述集电环(22)上单独地拆卸下来，並且当一个所述可拆卸的刷握(28)内至少所述组合电刷(25)之一磨低到一预定量时，检测磨损的电刷，其中所述检测磨损电刷的特征在于由导电材料制成的一个接触器簧片(55)，固定到所述刷握(28)上;有多个触指(52)从接触器簧片(55)基本上垂直向下延伸，所述触指(52)之一放置在邻近于所述刷握(28)中多个孔(62)之一;每一个所述触指(52)上有一个电绝缘的突头(61)並放置在与接触器簧片(55)相反的一端上，通过一个所述孔(62)伸出;和每一个所述触指(52)上的一个触点放置在接触器簧片(55)和绝缘的突头(61)之间並指向所述刷握(28)，所以当一个所述电刷(25)插到所述刷握(28)中时，由于突头(61)与电刷(25)相接触，则触点被推动而离开了所述刷握(28)，当所述电刷(25)之一磨低到预定量时，电刷(25)与突头(61)脱离接触，因此，引起该触点接触到所述刷握(28)，从而使接触器簧片(55)被激励。
9.如权利要求8所述的发电机，其特征还在于，所述触指(52)被偏压向所述刷握(28)。
10.如权利要求9所述的发电机，其中磨损电刷的特征还在于具有一端连接到接触器簧片(55)和另一对应端连接到电指示器(76)的一个电引线(70)，因此当一个所述刷握(28)内的一个所述电刷(25)磨低到预定量时，从电激励的接触器簧片(55)就传送一个电信号到指示器(76)。
11.如权利要求10所述的发电机，其中，磨损电刷的电指示器(76)的特征在于，有对应于多个刷握(28)的多个发光二极管，每个发光二极管对应于一个所述刷握(28)，而且按一预定方式布置，从而当二极管由电激励的刷握(28)触发时具有磨损到预定量电刷的一个刷握(28)的指示和位置被显示出来。
12.权利要求11的发电机，其中，电指示器(76)还包括有一个音响报警器，当一个电刷(25)磨低到预定量被检测出来时，有一个所述发光二极管被触发，从而触发该报警器以得到指示。
全文摘要
发电机电刷磨损检测器43，包括一个导电材料的接触簧片55绝缘地固定到刷握28，簧片55有多个垂直下伸的触指52置于邻近刷握28的孔62上并绝缘。触指52的对端有一绝缘且通过孔62伸出的突头61，当电刷25插到刷握28时，触指52由突头61推离刷握。当一个电刷25磨低到一定量即从突头61处脱离而致触指52接触刷握28产生一电信号，而测出磨损电刷25。
文档编号H02K13/00GK1049250SQ9010651
公开日1991年2月13日 申请日期1990年7月30日 优先权日1989年8月3日
发明者詹姆斯·R·匹普金, 爱德华·D·汤普森 申请人:西屋电气公司