专利名称：用于大直径集流环的流体分配池的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及集流环，该集流环用于在转子和定子之间传送 电力和/或电信号，更具体地，涉及大直径集流环的改进，该大直径集 流环允许以比传统的集流环技术更低的成本实现更高的电流密度、更 长的寿命以及更高的转子表面速度。
背景技术：
电集流环被用来在转子和定子之间传送电力和/或电信号。这些装 置被应用在许多不同的军事和商业应用中，诸如太阳能电池阵驱动机 构、飞机、导弹导向平台、水下机器人、CATSCAN (计算机辅助测 试扫描)系统等等。在这些应用的一些中，集流环被用来和其它转动 元件联接，例如转矩马达，分解器和编码器。电集流环必须被设计位 于转动的平台轴上，或者被设计具有敞开的孔径，该孔径处于离轴电 接触。因此，分别称为"同轴"和"离轴"集流环。集流环转子的直 径可在从几分之一英寸到几英尺的范围，并且角速度的变化可从每天 一转到多达每分钟20000转。在所有这些应用中，转子和定子之间的 电接触必须(1)在高的表面速度下传送电力和/或电信号而不中断， (2)具有长的磨损寿命，(3)保持低的电噪声，以及(4)具有允许 多个电路被封装在最小体积中的物理尺寸。电子或机械接触物理学的最有效的管理能满足最苛刻的要求。例 如，如果使用允许CATSCAN (计算机辅助测试扫描)托台中的x射 线管绕病人身体转动的离轴集流环，该电接触必须被设计以传送约100-200安培(具有数以百计安培的电涌)、以每秒500英寸大小的表 面速度工作、持续l亿转，并占用托台内的最小体积。为了满足装置 1亿转的要求，装置的直径大约六英尺，刷力必须降低以使摩擦热量 最小，并且在电刷和环之间保持大量触点以实现要求的电流密度。转子和定子之间的四种类型的电接触包括(1)悬臂弹簧上的合 成固体材料刷，(2)与转子切线地接合的单丝金属合金刷，(3)具有 多个单个纤维的纤维刷，其具有与转子切线地接合的束，以及(4)电 刷和转子之间的纤维端接触。在表I中总结出接触力、表面速度以及 每一接触类型的润滑剂类型。表I还示出如果刷力大于一克，迄今通 常降低接触摩擦热量所需的润滑剂类型。表I接触类型接触力表面速度润滑剂类型复合电刷0.4 kg/cm2700英寸每秒 (in/sec )消耗石墨膜*单丝金属合金3-20克12英寸每秒边界润滑剂"切向纤维刷1-3克200英寸每秒外来型"'端部纤维0.1-1克1200英寸每秒外来型*"*在消耗石墨膜的情况下，通过从电刷传送到环的石墨膜润滑电刷 和环的交界面。被磨损掉的材料由来自电刷的石墨代替。"在边界润滑剂的情况下，边界润滑剂膜支撑接触元件之间的部分 载荷。金属接触点支撑接触元件之间的保留载荷，并提供承载电流性 能。w在外来膜的情况下，非常薄的材料膜在轻载荷下能降低接触元件 之间的摩擦系数。满足应用要求的电接触的摩擦学特性和润滑剂的正确选择极其重 要。例如，如果在空间应用中使用接触，那么润滑剂必须满足所有的
陆基应用的要求，并且具有低的蒸汽压力。如果接触具有长寿命要求， 那么灰尘、摩擦碎片和其它杂质可在接触区域积累并且产生寿命和信 号传送问题。但是，如果电接触构件可通过一克或更小的力结合，那 么润滑剂和相关的复杂因素可被消除。几年来，与环成切线方向的纤维刷被成功地使用以在不使用润滑 剂的情况下满足高的表面速度。在某些条件下，在初始刷运行过程中，可期望提供润滑剂。而且， 添加的流体可以是润滑剂、或化学蒸汽发射体、或抗腐蚀抑制剂、或 具有阻止电弧的高绝缘强度的材料。发明内容因此，本发明的主要目的在于提供纤维端部刷，该纤维端部刷具 有用于选择地分配流体的流体分配池，尤其在电刷运行过程期间。通过附加参考公开实施例的相应部件、部分或表面，仅仅出于说明目的，并且不通过限制方式，本发明广泛地提供集流环20的改进， 该集流环适于在定子21和转子22之间提供电接触。该改进广泛地包 括安装在定子上的承载电流导体23;安装在导体上的电刷管24;由 许多单个纤维26构成的纤维束，纤维的上边界端部被容纳在电刷管 内，电刷管的一部分被巻曲或被弄弯以容纳在其中的纤维的上边界端 部，束中的纤维的下端部延伸超过电刷管并适于与转子接合；围绕电 刷管的一部分并延伸超过其的准直管25，当转子相对定子转动时，准 直管的下端适于限制束中的纤维的下边界端部的横向移动；以及安装 在准直管28上的流体池。该池可安装在准直管的内侧上，并且可与电刷管同心，准直管和 电刷管的重叠长度是可调整的。该池可由多孔材料构成，例如尼龙、适合的填充有布的酚醛塑料、 多孔石墨、陶资、轴承青铜等。该池可容纳流体，并被布置以在一时 间段内分配流体。该流体可以是润滑剂、腐蚀抑制剂、具有高绝缘强 度添加剂的流体或一些其它流体。
根据前述和目前的书面说明书、附图和所附权利要求，这些以及 其它目的和优点将变得明显。
图l是纤维顶端刷的第一形式的示意图，该纤维顶端刷结合固定 的准直管内的流体池，该图示出逆时针方向旋转的转子。图2是改进的纤维顶端刷的第二形式的示意性垂直剖视图，该图 示出位于准直管内的流体池，该准直管可调整地安装在电刷管上，该 图示出顺时针方向旋转的转子。
具体实施方式
首先，应清楚地理解相同附图标号在贯穿附图中始终表示相同的 结构元件、部分或表面，这些结构元件、部分或表面可通过整个书面 说明书进一步描述或解释，说明书中具体的描述是完整的部分。除非 相反的表示，附图与说明书一起被阅读(例如，交叉影线，部件的布 置，比例，角度，等等)，并且附图被认为是本发明的整个书面描述的 一部分。如在以下描述中使用的，术语"水平的"，"垂直的"，"左"， "右，，，"上"和"下"，以及其形容词和副词的派生词(例如，"水平 地"，"向右地"，"向上地"，等)，筒单地指明在特定的附形面朝 读者时所说明结构的方位。类似地，在适当时，术语"向内地"和"向 外地"总体上是指表面相对于延长轴或旋转轴的方位。现在参考附图，本发明广泛地提供具有流体分配池的改进的集流环。这种普通类型的集流环在2004年6月18日递交的未决的美国专 利申请序列号10/871,090中公开，其整体公开内容在此引入参考。如在图1中最好地被示出，改进的电刷(总体上由20表示)被示 出安装在定子21上以与转子22接合，转子22被示出在逆时针方向上 转动。更具体地，改进的电刷具有作为悬臂从定子向外延伸的臂23, 并且具有从臂的远端悬垂的电刷管24。准直器25从电刷管24向下延 伸。纤维束,皮以所述专利申请No.10/871，090中乂>开的方式夹紧、限制 或以其它方式固定在电刷管内，该纤维束包括多个单个纤维，单个纤 维分别由26表示。图1中，电刷管24和准直管25由单个管状件形成， 并被适当地弯曲或以其它方式变形成所示的形状。该改进包括环形的流体池(总体上由28表示)被安装在处于电刷 管下方的准直管上，以便环绕所述单个纤维的中间部分。该流体池可由适当的多孔材料例如尼龙构成。这种装置的一个可 能的形式是在德国的An der Zinkhtitte 17,51469 Bergisch Gladbach， 的Polytron Kunststofftechnik GmbH and Co.， KG,出售的商标为 "Nylasint"的装置。"Nylasint" —般是指被压制的或被对中(centered ) 的物品(多孔和无孔)，该物品由填满或未填满的合成聚合物粉末构成， 为合成聚合物粉末的形式。该多孔材料可充满适当的流体，例如润滑 剂、腐蚀抑制剂、具有防电弧的高绝缘强度添加剂的流体等。其它类 型的材料包括(但不限于)填充有布的酚酪塑料(cloth-filled phenolics)、多孔石墨、陶瓷和轴承青铜等，这些材料可替代 "Nylasint"。流体池的尺寸和形状被认为是设计选择的内容。换句话 说，流体池的尺寸和形状可被调整以便在电刷的初始运行过程期间或 更长期间内根据需要分配流体。如果使用润滑剂，这可有助于初始电 刷运行过程，并允许电刷表面磨合或变得符合转子形状的轮廓。图2是可选结构的视图。在该形式中，改进的电刷大体上由30 表示。如上所述，电刷30看上去基本上是电刷20的镜像。电刷30 被示出安装在定子31上并且与转子32接合。在图2中，转子被描述 为在顺时针方向上旋转。电刷包括从定子向右延伸的臂33。电刷管34 和准直管35被支撑在臂的右边或远端的边界端部上。然而，尽管电刷 管24和准直管25在图1和图2中成一体，但是它们也可形成单独的 部件，使得准直管与电刷管的下边界端重叠。更具体地，在图2中， 准直管与电刷管的重叠程度可以选择性地调整。纤维束被安装在电刷 管内，该纤维束包括多个单个纤维，单个纤维由36表示。环形池38 被安置在准直管的下边界端部。这里再次，池的特定的尺寸、形状和
结构可变化以适应特定应用和需求。当具有第一形式时，池38可以是 多孔材料，例如Nylasint⑧'，该材料充满液体润滑剂。可选地，其可以 充满适当的化学品，从而其可散发化学蒸汽，并且还可分配高绝缘强 度添加剂以帮助防止电弧等。修改本发明清楚地设想可做出许多修改和改变。例如，当所示流体池 被示出为具有基本上为矩形截面的环状圆柱形环时，该池也可以形成 其它形状和结构。尽管现在优选的是池由多孔材料构成，例如多孔的 尼龙，但池也可以由其它材料构成。该服务流体也可以是润滑剂、化 学蒸汽源、具有防电弧的高绝缘强度添加剂的流体等。该池也可充满 其它类型的流体。集流环的尺寸不应被认为是对所附权利要求的范围 的限制。因此，当本发明被示出和描述、以及讨论其一些修改时，本领域 的技术人员将容易意识到可做出多种附加的改变和修改，而没有背离 如在以下权利要求中被限定并区分的本发明的精神。
权利要求
1.一种适于在定子和转子之间提供电接触的集流环，其改进包括安装在所述定子上的承载电流导体；安装在所述导体上的电刷管；由许多单个纤维构成的纤维束，所述纤维的上边界端部被容纳在所述电刷管内，所述电刷管的一部分被卷曲或被锻造以保持在其中的所述纤维的上边界端部，所述束中的纤维的下端延伸超过所述电刷管并适于与所述转子接合；围绕所述电刷管的一部分并延伸超过其的准直管，当所述转子相对所述定子转动时，所述准直管的下端适于限制所述束中的所述纤维的下边界端部的横向移动；以及安装在所述准直管上的流体池。
2. 根据权利要求1所述的所述改进 管的内侧。
3. 根据权利要求2所述的所述改进 管同心。
4. 根据权利要求3所述的所述改进 重叠长度是可调整的。
5. 根据权利要求1所述的所述改进，
6. 根据权利要求5所述的所述改进，
7. 根据权利要求1所述的所述改进 池被布置成在一段时间内分配所述流体
8. 根据权利要求7所述的所述改进，
9. 根据权利要求7所述的所述改进剂。
10. 根据权利要求7所述的所述改进，其中所述流体包括高绝缘强 度的添加剂。,其中所述池安装在所述准直,其中所述准直管与所述电刷，其中所述准直管和电刷管的其中所述池由多孔材料形成。其中所述材料是尼龙。 ,其中所述池容纳流体；所述其中所述流体包括润滑剂。 ，其中所述流体包括腐蚀抑制
全文摘要
本发明提供集流环(20)的改进，该集流环适于定子(21)和转子(22)之间提供电接触。该改进包括安装在定子上的载电流导体(23)；安装在导体上的电刷管(24)；由许多单个的纤维(26)构成的纤维束，纤维的上边界端部被容纳在所述电刷管内，电刷管的一部分被卷曲或被锻造以容纳在其中的所述纤维的上边界端部，束中的纤维的下端延伸超过所述电刷管并适于与所述转子接合；围绕电刷管的一部分并延伸超过其的准直管(25)，当转子相对所述定子转动时，准直管的下端适于限制所述束中的所述纤维的下边界端部的横向移动；以及安装在准直管(28)上的流体池。该流体可以是润滑剂、腐蚀抑制剂、具有防电弧的高绝缘强度添加剂的流体或一些其它流体。
文档编号H02K41/00GK101119005SQ20071013994
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月3日 优先权日2006年8月4日
发明者B·K·威瑟斯庞, N·E·刘易斯 申请人:莫戈公司