电流控制电刷组件的制作方法
【专利摘要】一种系统，在某些实施方案中，包括具有轴向扣状部的电流控制电刷组件，该轴向扣状部具有保持第一组导电细丝的第一导电壳体。第一组导电细丝通常沿轴向向内延伸。该电流控制电刷组件还包括连接到轴向扣状部的径向轴接地环（SGR）。径向SGR包括保持第二组导电细丝的第二导电壳体。第二组导电细丝环绕第二导电壳体周向地分布，且第二组导电细丝通常沿径向向内延伸。
【专利说明】电流控制电刷组件
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有序列号为61/502，217、名称为“电流控制电刷组件”、2011年6月28日提交的美国临时申请的优先权及其优点，通过引用将其整体并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及一种电流控制电刷组件，更具体地，涉及一种具有配置来接触转轴的轴向细丝和径向细丝的电刷组件。
【背景技术】
[0004]在电机的运行期间，由于转轴和周围空气之间的摩擦，在电机驱动轴上可能积聚有静电电荷。而且，电连接到该轴的旋转部件和周围空气之间的摩擦可能会进一步增加该轴上的静电电荷。此外，在某些实施方案中，电机是由产生高共模电压的可变频率驱动器来驱动的。因此，在轴内会感应产生电荷，从而进一步增加所积累的电荷。如果轴上的电荷超过了阈值，该轴会向电机壳体放电，从而增加电机组件(例如，轴承，绕组等)的磨损和/或干扰连接到轴的部件的运行。
【发明内容】
[0005]一种系统，在某些实施方案中，包括具有轴向扣状部的电流控制电刷组件，该轴向扣状部具有保持第一组导电细丝的第一导电壳体。第一组导电细丝通常沿轴向向内延伸。该电流控制电刷组件还包括连接到轴向扣状部的径向轴接地环(SGR)。径向SGR包括保持第二组导电细丝的第二导电壳体。第二组导电细丝环绕第二导电壳体周向地分布，且第二组导电细丝通常沿径向向内延伸。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]当参考附图阅读下面的详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中类相同的符号表示相同的部件，其中:
[0007]图1是包括电流控制电刷组件的实施例的示例性电机系统的示意图；
[0008]图2是图1的电机系统的横截面图，包括电流控制电刷组件的实施例，该组件具有被配置为将电荷从电机系统的轴转移到电机系统的导电壳体的导电细丝；
[0009]图3是图2的电流控制电刷组件的详细横截面图；
[0010]图4是图2的电流控制电刷组件的分解图；和
[0011]图5是制造电流控制电刷组件的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0012]本发明的一个或多个具体实施例将在下面描述。为了提供这些实施例的简明描述，说明书中可以不描述实际实现的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中，许多实现特定的决定必须用于实现开发者的特定目标，例如符合与系统相关和商业相关的限制，这可以从一种实施变化到另一种实施。此外，应当理解的是，对于那些享有该公开的益处的普通技术人员而言，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是仍然是设计、构造、生产的例行任务。
[0013]当介绍本发明的各实施例的元件时，词语“一个”，“该”和“所述”意在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图为开放性的，并且是指可以有除所列元素之外的其它元素。操作参数和/或环境条件的任何示例并不排除所公开的实施例的其它参数/条件。
[0014]本公开的实施例通过提供一种具有构造成与轴接触并将电荷从轴转移到导电壳体上的多个导电细丝的电流控制电刷组件而大大减少了轴上的电荷积累。在某些实施例中，电流控制电刷组件包括轴向扣状部，该轴向扣状部具有导电圆筒形壳体和由导电圆筒形壳体保持的第一组导电细丝。第一组导电细丝通常沿轴向向内延伸。电流控制电刷组件还包括连接到轴向扣状部的径向轴接地环(SGR)。径向SGR包括导电环形壳体和由导电环形壳体保持的第二组导电细丝。第二组导电细丝环绕导电环形壳体周向地分布，且通常沿径向向内延伸。当电流控制电刷组件连接到电机壳体上时，第一组细丝接触电机驱动轴的轴端部，且第二组细丝接触该轴的外圆周。因此，相比于只包括轴向细丝或只包括径向细丝的配置，在轴向和径向上可以有更大量的细丝与轴接触。因此，在轴和电机壳体之间提供了增加的电连接，从而减少了轴和壳体之间的放电可能性。
[0015]图1是包括电流控制电刷组件的实施例的示例性电机系统10的示意图。如图所示，电机12包括轴14和导电壳体16。如将理解的，电源可以被施加到电机12，从而产生电磁场，促使轴14相对于壳体16旋转。在电机12的运行中，由于轴(和/或连接到轴的设备)和周围空气之间的摩擦，静电电荷会积聚在轴14上。因此，图示的实施例包括电流控制电刷组件18,其被配置来将电荷从轴14转移到导电壳体16。由于导电壳体16被电连接到参考电位(例如，接地20)，因此轴14的旋转所引起的电荷会在大量累积之前消散。因此，在轴14和壳体16之间的放电可能性将会大大减少或消除。
[0016]如下面详细讨论的，电流控制电刷组件18被配置为增加与轴14接触的细丝的数量和定位。为了讨论的目的，将以轴14的旋转轴线2、沿轴14的轴向或轴线4、朝向或远离轴14的径向或轴线6和环绕轴14的周向或轴线8作为参考。在某些实施例中，电流控制电刷组件18包括轴向扣状部,该轴向扣状部具有导电圆筒形壳体和朝向轴14沿轴向4向内延伸的第一组导电细丝。电流控制电刷组件还包括连接到该轴向扣状部的径向轴接地环(SGR)0该径向SGR包括导电环形壳体和第二组导电细丝，该第二组导电细丝环绕导电环形壳体周向8地设置并朝向轴14沿径向6向内延伸。第一组细丝接触轴14的轴端部，第二组细丝接触轴14的外圆周。因此，与只包括轴向4细丝或只包括径向6细丝的配置相比，可以有更大量的细丝接触轴14。因此，在轴14和壳体16之间将提供增加的电连接，从而减少了轴14和壳体16之间的放电可能性。此外，电流控制电刷组件18被构造成密封壳体16的表面，以大大阻止外部污染物进入电机12的内部。
[0017]图2是图1的电机系统10的横截面图，其包括电流控制电刷组件18的实施例，该组件18具有被配置为将电荷从电机12的轴14转移到电机12的导电壳体16的导电细丝。在图示的实施例中，电机系统10包括配置来提供环绕轴14的流体薄膜的流体轴承组件21。该流体薄膜减小了轴14的转动阻力，从而有利于轴14的高速旋转。如图所示，电机系统10包括端帽22，该端帽22具有配置来接收流体流26的端口 24。如将要认识到的，流体流26可包括被配置为减小轴14的转动阻力的任何适合的流体，如空气、水或油等等。
[0018]进入端口 24的流体经由一系列通道28被引导朝向轴14。在图示的实施例中，电机系统10包括轴颈轴承30和推力/轴颈轴承32。轴承30和32包括被配置为朝向轴14引导流体流26的通道，从而在轴14和轴承30和32之间提供流体间隙34。另外，轴承30和32被配置为防止轴14相对于壳体16进行轴向4和径向6位移，同时使得轴14高速旋转。
[0019]在图示的实施例中，轴14包括凸块36 (例如，轴向突出部)，该凸块36延伸通过壳体16并伸入电流控制电刷组件18中。电流控制电刷组件18包括多个导电细丝，该导电细丝被构造成与凸块36接触以便将电荷从轴14转移到电流控制电刷组件18的导电壳体37。如图所示，电刷组件壳体37电连接到电机壳体16，电机壳体16电连接到接地20，这样在导电细丝和接地20之间就建立了导电通道。因此，轴14上的感应电荷通过导电细丝转移到接地20。因此，轴14的旋转所产生的电荷会在大量积累之前消散，从而大大减少或消除了轴14和壳体16之间的放电可能性。
[0020]在图示的实施例中，电流控制电刷组件18包括轴向扣状部38和径向轴接地环(SGR) 40。如下面详细讨论的，轴向扣状部38被连接到径向SGR40，从而提供围绕凸块36的整体组件。如图所示，轴向扣状部38包括通常沿轴向4向内延伸的第一组导电细丝42。此外，径向SGR40包括通常沿径向6向内延伸的第二组导电细丝44。在本实施例中，第二组细丝44沿周向8环绕轴14分布。在该结构中，第一组细丝42接触凸块36的轴端部，第二组细丝44接触凸块36的外圆周。因此，与只包括轴向细丝或只包括径向细丝的配置相t匕，在多个方向(如轴向4和径向6)可以有更大量的细丝接触凸块36。因此，在轴14和壳体16之间将提供增加的电连接，从而减少了轴14和壳体16之间的放电可能性。
[0021]图3是图2的电流控制电刷组件18的详细横截面图。如图所示，轴向扣状部38包括导电圆筒形壳体46，其配置来保持第一组导电细丝42。该圆筒形壳体46由导电材料形成，如铝、铜、黄铜、或钢等等。在图示的实施例中，保持管48用于将细丝连接到壳体。具体地，第一组导电细丝42被压缩到保持管48内(例如，通过将细丝放置在管48内，并卷压管48的一部分以减小该管的直径)。然后将保持管48压入配合到导电圆筒形壳体46内。因此，在第一组细丝42和导电圆筒形壳体46之间建立了连接，这大大减少或消除了细丝脱离的可能性。虽然在图示的实施例中采用了保持管48，但是需要理解的是，在替代实施例中也可以使用其他细丝保持特征。例如，某些实施例可以采用导电粘合剂来将细丝固定到壳体。可替换的，细丝可以直接用壳体46的内表面来压缩，从而将细丝固定到壳体。
[0022]在图示的实施例中，保持管48用导电材料(例如铜)制成，以便于将电荷从细丝42转移到壳体46。因此，第一组细丝42和凸块36的轴端部49之间的接触将建立轴14和壳体46之间的电连接。如图所示，圆筒形壳体46被电连接到电机壳体16，电机壳体16被电连接到接地20，这样在轴14和接地20之间就建立了导电通道。因此，轴14的旋转所引起的电荷会在大量积累之前消散，从而大大减少或消除了轴14和壳体16之间的放电可能性。
[0023]进一步地，径向SGR40包括导电环形壳体50，其被配置为保持第二组导电细丝44。环形壳体50用导电材料制成，如铝、铜、黄铜、或钢等等。在图示的实施例中，环形壳体50包括一组腔体52，该腔体52被配置来保留细丝，并在细丝和壳体50之间提供电连接。在某些实施方案中，第二组导电细丝44通过导电粘合剂被固定在环形壳体50上。或者，该细丝可以通过压缩环形壳体50的元件(例如，环形板)之间的细丝而被保持在腔体52内。由于细丝被电连接到壳体50，第二组细丝44和凸块36的圆周54之间的接触将建立轴14和壳体50之间的电连接。如图所示，环形壳体50电连接到电机壳体16，电机壳体16电连接到接地20，这样在轴14和接地20之间就建立了导电通道。因此，轴14的旋转所引起的电荷会在大量积累之前消散，从而大大减少或消除了轴14和壳体16之间的放电可能性。
[0024]在图不的实施例中，导电圆筒形壳体46被压入配合到导电环形壳体50中，从而将轴向扣状部38连接到径向SGR40。如图所示，圆筒形壳体46包括具有第一直径58的外周面56,环形壳体50包括具有第二直径62的内周面60。如图所不,第一直径58基本上等于第二直径62,这样圆筒形壳体46的外周面56和环形壳体50的内周面60之间的接触就产生了压入配合或过盈配合，从而将轴向扣状部38连接到径向SGR40。虽然在图示的实施例中采用的是压入配合连接，但应理解的是，替代实施例可以使用导电粘合剂和/或紧固件来将轴向扣状部38固定到径向SGR40。
[0025]如图所不，导电圆筒形壳体46包括沿径向6从圆筒形壳体46向外延伸的对准部件64。对准部件64被配置为将导电圆筒形壳体46与导电环形壳体50沿轴向4对准。具体地，对准部件64和环形壳体50的上部轴向表面66之间的接触可以防止轴向扣状部38相对于径向SGR40进行轴向4移动。因此，第一组导电细丝42被定位成使得细丝42的端部接触凸块36的轴端部49。而且，对准部件64和上部轴向表面66之间的接触以及外周面56和内周面60之间的接触建立了轴向扣状部38和径向SGR40之间的电连接。因此，轴向扣状部38获得的电荷可以通过径向SGR40转移到壳体16上，然后转移到接地20。
[0026]在图示的实施例中，电流控制电刷组件18通过夹具68固定到电机12，夹具68配置来将导电环形壳体50安装到电机壳体16的导电面板71的表面70上。如图所不，每个夹具68包括构造成安装到导电面板的表面70上的基座72、沿环形壳体50的外径向表面从基座70向外突起(即在轴向4上)的竖立部74、和沿环形壳体50的轴向端面从竖立部74向外突起(即在径向6上)的顶部76。延伸穿过基座72的紧固件78将夹具68固定到面板71的表面70上。因此，环形壳体50与面板71的表面70的接触以及环形壳体50与夹具68的顶部76的接触就阻止了环形壳体50的移动。而且，面板71的表面70是导电的，这样在环形壳体50和电机壳体16之间就建立了电连接，从而在第二组细丝44和接地20之间提供了导电通道。在替代实施例中，夹具68可以被配置为将导电环形壳体50安装到可替换的导电面板(比如电机罩的面板)的表面上。在这种实施例中，替代的面板电连接到参考电位(例如，接地)，从而在电流控制电刷组件18和接地之间提供导电通道。
[0027]虽然图示的实施例采用了夹具68来将电流控制电刷组件18固定到面板71的表面70，但应当理解的是，替代实施例可以采用其它的连接部件。例如，在某些实施例中，可以在环形壳体50和面板的表面70之间施加导电粘合剂层。可替换地，环形壳体50的圆周可以沿径向6向外延伸，从而提供足够的面积来容纳紧固件。在这种实施例中，紧固件可穿过壳体50延伸进入到面板71中，从而将壳体50固定到面板71。在进一步的实施例中，环形壳体50可以被压入配合到电机壳体16的开口内，从而将电流控制电刷组件18固定到电机12上。[0028]在某些实施方案中，每根细丝42和44都是用碳纤维、不锈钢、导电塑料(如丙烯酸或尼龙纤维)或任何其它导电纤维型细丝制成的纤细的、类似毛发的结构(例如，超细导电纤维)。而且，每根细丝具有小于约150微米的直径。例如，某些细丝具有在约5微米至约100微米的范围内的直径。由于超细导电纤维的柔性，在高速轴旋转期间，细丝一般会保持与轴14接触。而且，与更大直径/更硬的纤维相比，超细导电纤维和轴之间的接触会产生更少的转动阻力。需要理解的是，每根细丝42和44的长度、直径和材料可以特别选择以有效地将电荷从轴14转移到电刷组件壳体37上，同时有利于轴旋转。例如，在某些实施例中，第一组中各根细丝42的直径可以比第二组中各根细丝44的直径大。而且，第一组中各根细丝42的长度可以被选择以有效地容纳凸块36的轴端部49的几何形状。
[0029]如前面所讨论的，第一组细丝42接触凸块36的轴端部49，第二组细丝44接触凸块36的外圆周54。因此，与只包括轴向细丝或只包括径向细丝的配置相比，在多个方向(如轴向4和径向6)上可以有更大量的细丝接触凸块36。因此，在轴14和壳体16之间将提供增加的电连接，从而减少了轴14和壳体16之间的放电可能性。
[0030]在图示的实施例中，电流控制电刷组件18被配置来密封导电面板71的表面70，以大大阻止外部污染物穿过导电面板71。如前所述，圆筒形壳体46可被压入配合到环形壳体50内，环形壳体50可以通过夹具68固定到面板的表面70上。因此，面板上配置来便于轴14通过其中的开口 80基本上被密封。因此，电流控制电刷组件18大大阻止了颗粒(如灰尘、污物、金属颗粒或其它污染物)进入电机12的内部。
[0031]图4是图2的电流控制电刷组件18的分解图。如图所示，第一组导电细丝42被压缩到保持管48内，从而将细丝固定到管48中并建立细丝和导电管48之间的电连接。为了将第一组细丝42固定到圆筒形壳体46，保持管48被压入配合到导电圆筒形壳体46内。因此，在第一组细丝42和导电圆筒形壳体46之间建立了连接，从而大大减少或消除了细丝脱离的可能性。
[0032]并且，第二组导电细丝44由环形壳体50保持。如图所示，第二组细丝44环绕导电环形壳体周向地(即沿周向8)分布，并且通常沿径向6向内延伸。在所示实施例中，第二组细丝44被布置成在圆周方向8上的彼此分离的束或簇82。如将理解的是，每簇82中细丝的数量和簇82的数量可以被特别选择，以提供轴14和径向SGR40之间所需的电接触。尽管所示实施例包括8个簇82的细丝,但应当认识到,替代实施例可包括更多或更少的簇82。例如，某些实施例可包括2，4，6，8，10，12，或更多个簇82的细丝。在替代实施例中，细丝可被连续地分布在环形壳体50的圆周周围。
[0033]如前面所讨论的，导电圆筒形壳体46被压入配合到导电环形壳体50内，以将轴向扣状部38连接到径向SGR40。具体而言，圆筒形壳体46的外周面56和环形壳体50的内周面60之间的接触将轴向扣状部38固定到径向SGR40上，从而形成整体结构。虽然在图示的实施例中采用的是圆筒形壳体46和环形壳体50，但应当认识到，替代实施例可以包括具有其它形状/结构的壳体。例如，在某些实施例中，轴向扣状部可以包括具有基本呈正方形的横截面的壳体，该壳体被配置成与径向SGR壳体上的基本呈正方形的开口互锁。
[0034]图5是制造电流控制电刷组件的方法84的实施例的流程图。首先，如方框86所示，导电细丝被连接到导电壳体以形成轴向扣状部。例如，导电细丝可被压缩到保持管内，且保持管可以被压入配合到导电壳体内，从而将细丝固定到壳体。接着，如方框88所示，导电细丝被连接到导电壳体以形成径向SGR。例如，导电细丝可以被粘合连接到径向SGR壳体内的腔体上。然后，如方框90所示，轴向扣状部的细丝被修整成所需的长度。在某些实施例中，导电细丝可以被修整成使得细丝的端部接触轴凸块的轴端部。然后，如方框92所示，轴向扣状部被连接到径向SGR，从而形成完整的电流控制电刷组件。例如，轴向扣状部壳体可以被压入配合到径向SGR壳体内以将轴向扣状部连接到径向SGR。最后，如方框94所示，径向SGR被安装到导电面板的表面上。在某些实施例中，可以用夹具来将径向SGR壳体固定到电机壳体的导电面板的表面上。
[0035]虽然仅对本发明的某些特征进行了说明和描述，但是对本领域技术人员来说可以进行许多修改和改变。因此，要理解的是，所附权利要求书旨在覆盖所有落入本发明的真实精神内的这些修改和改变。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 电流控制电刷组件，包括: 轴向扣状部，包括保持多个第一导电细丝的第一导电壳体，其中所述多个第一导电细丝通常沿轴向向内延伸，和 连接到轴向扣状部的径向轴接地环(SGR)，其中径向SGR包括保持多个第二导电细丝的第二导电壳体，其中所述多个第二导电细丝环绕第二导电壳体周向地分布，且所述多个第二导电细丝通常沿径向向内延伸。
2.根据权利要求1所述的系统，其中第一导电壳体基本上是圆筒形的，且第二导电壳体基本上是环形的。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中第一导电壳体的外直径基本上等于第二导电壳体的内直径，且第一导电壳体被压入配合到第二导电壳体内以将径向SGR连接到轴向扣状部。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个第一导电细丝朝向轴沿轴向向内延伸，所述多个第一导电细丝被配置来将第一电荷从轴转移到第一导电壳体，所述多个第二导电细丝朝向轴沿径向向内延伸，且所述多个第二导电细丝被配置来将第二电荷从轴转移到第二导电壳体。
5.根据权利要求1所述的系统，其中第二导电壳体被配置为安装到导电面板的表面上，这样多个第一和第二导电细丝的至少一部分与穿过导电面板延伸的轴接触。
6.根据权利要求5所述的系统，其中电流控制电刷组件被配置为密封导电面板的表面，以大大阻止外部污染物穿过导电面板。
7.根据权利要求5所述的系统，包括配置来将第二导电壳体安装到导电面板的表面上的夹具，其中该夹具包括构造成安装到导电面板的表面上的基座、沿第二导电壳体的外径向表面从基座向外突起的竖立部，和沿第二导电壳体的轴向表面从竖立部向外突起的顶部。
8.根据权利要求5所述的系统,包括具有壳体的电机,该壳体包括导电面板。
9.一种系统,包括: 电流控制电刷组件，包括: 轴向扣状部，包括保持多个第一导电细丝的导电圆筒形壳体，其中多个第一导电细丝通常沿轴向向内延伸，和 连接到轴向扣状部的径向轴接地环(SGR)，其中径向SGR包括保持多个第二导电细丝的导电环形壳体，其中多个第二导电细丝环绕导电环形壳体周向地分布，且多个第二导电细丝通常沿径向向内延伸； 其中导电圆筒形壳体的外直径基本上等于导电环形壳体的内直径，且导电圆筒形壳体被压入配合到导电环形壳体内，以将径向SGR连接到轴向扣状部。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个第一导电细丝朝向轴沿轴向向内延伸，所述多个第一导电细丝被配置来将第一电荷从轴转移到导电圆筒形壳体，所述多个第二导电细丝朝向轴沿径向向内延伸，且所述多个第二导电细丝被配置来将第二电荷从轴转移到导电环形壳体。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个第一导电细丝被压缩到保持管内，且该保持管被压入配合到导电圆筒形壳体内。
12.根据权利要求9所述的系统，其中导电圆筒形壳体包括从导电圆筒形壳体向外径向地延伸的对准部件，其中该对准部件被配置为通过对准部件与导电环形壳体的上部轴向表面之间的接触而将导电圆筒形壳体与导电环形壳体沿轴向对准。
13.根据权利要求9所述的系统，其中导电圆筒形壳体和导电环形壳体是用包含铝的材料制成的。
14.根据权利要求9所述的系统，其中多个第一导电细丝中的至少一个是用包含超细导电纤维的材料制成的，且多个第二导电细丝中的至少一个是用包含超细导电纤维的材料制成的。
15.—种制造方法,包括: 通过将多个第一导电细丝连接到第一导电壳体来形成轴向扣状部，这样多个第一导电细丝通常沿轴向向内延伸； 通过将多个第二导电细丝连接到第二导电壳体来形成径向轴接地环(SGR)，这样多个第二导电细丝环绕第二导电壳体周向地分布且通常沿径向向内延伸；和将轴向扣状部连接到径向SGR，以形成至少一部分的电流控制电刷组件。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,第一导电壳体基本上是圆筒形的,第二导电壳体基本上是环形的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将轴向扣状部连接到径向SGR包括，将第一导电壳体压入配合到第二导电壳体的中心开口内。
18.根据权利要求15所述的方法，包括在将轴向扣状部连接到径向SGR之前将多个第一导电细丝修整成所需长度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中将多个第一导电细丝连接到第一导电壳体包括: 将多个第一导电细丝压缩到保持管内；和 将保持管压入配合到第一导电壳体内。
20.根据权利要求15所述的方法，包括将第二导电壳体安装到导电面板的表面上，这样多个第一和第二导电细丝的至少一部分与穿过导电面板延伸的轴接触。
【文档编号】H02K11/00GK103650303SQ201280031612
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2011年6月28日
【发明者】詹森·理查德森, 马修·D.·罗马, 杰弗里·W.·理查德森, 亚当·维尔韦瑟 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司