专利名称:电动发电机联动的外流式电刷夹持装置的制作方法
本发明涉及电动发电机的电刷，并更具体地介绍一种使电动发电机的固定部件与转动部件之间导通的电刷夹持装置。
虽然本发明可通用于其他大型电动发电机，但为具体说明起见，提供了一种大型交流发电机的典型场合。
大型交流发电机使用在定子中转动的圆筒形转子来发电。在习惯上，转子是磁场部件而定子是电枢部件。转子由直流电源励磁以产生两个或更多的电磁极;当这些磁极在电枢中转动时，在电枢线圈中就会感应产生电流和电压。该感应电流就被送到外部负荷上去。
为了对转子磁场进行励磁，需要相当大的电流。励磁电流被通过若干炭刷，从外部直流发电机送到转子上的集电环。这些炭刷被炭刷夹持装置夹持，使其与集电环保持稳定接触。
美国专利3，864，803和参考它的各美国专利公开了许多保持炭刷与集电环接触的装置。尤其是，3，864，803号专利公开了一种矩形刷盒，矩形炭刷可滑动地插入该刷盒。有一个弹簧可促使炭刷靠向集电环。当将炭刷插入刷盒时，有一个夹紧装置压在炭刷的一边上以便使炭刷在固定装置内保持在弹簧的回程位置。当固定装置被装入刷盒时，该夹紧装置就被自动地释放，于是就使弹簧将炭刷移向集电环而与之接触。
为了使炭刷工作最稳定，要求刷盒越伸近集电环越好。在先有技术中，刷盒伸出到距集电环约1/8英寸以内。
随着交流发电机额定功率的增大，所需设置在每个集电环上的电刷数能超过100个。参考上述专利的各个电刷夹持装置在集电环附近要占去如此多的位置以致在不加长集电环的长度或不寻找一种压缩电刷占位的改进方法时，就不能在集电环的四周设置足够的电刷。这个问题在美国3，387，155号专利中得到了解决;其中为了并排地握紧诸如4个或6个或更多的电刷，将若干刷盒组成联动的电刷夹持装置。在装入电机的过程中，直到弹簧放松之前，夹紧机构为了支承电刷的一边而提供有指形压板。
后者专利的装置将联动的刷盒延伸到离集电环约1/8英寸。在各电刷和集电环之间的界面附近，电刷所经受的温升是极高的。在这个临界区域中，刷盒阻挡了空气的自由流通，因而限制了联动电刷所能流过的电流。
在联动的电刷夹持装置中，要做成一种能够对所有的电刷的边上施加相等的压力的夹紧机构是很困难的。因此，联动的电刷夹持装置就有可能不能保证一个或更多的电刷维持在用于装入电机的弹簧回程位置。作为一种解决办法，可在所有的电刷工作端的下面铰接一块压板，以便使电刷保持在弹簧回程位置。在安装过程中，该压板可被移动而不与电刷接触，从而松脱电刷，使之移动与集电环接触。这个解决办法要求把各刷盒的端部与集电环离得更远些，以留出容纳位于各刷盒端部与集电环之间的压板的空间。这样，就降低了刷盒所能提供的在集电环附近的稳定支撑的能力。
美国第4，329，611号专利公开了一种用于单个电刷的外流式电刷夹持装置，它省去了刷盒，并代之以一对固定在圆筒形孔内的圆筒形刷针。一个恒定弹力的弹簧促使电刷沿着刷针压向集电环。一个夹紧机构模拟了盒状夹持装置的作用。由于省去了刷盒，围绕电刷外部充份自由的空气流可有效地使电刷冷却，特别是在与集电环的界面附近的临界区域中的冷却。这样我们就可以假定本专利(而不公开其实现它的结构)的外流式电刷夹持装置也可应用到美国第3，387，155号专利的联动电刷夹持装置上去。
对于一些具体设备来说，现在已有必要采用联动的外流式电刷夹持装置了。
因此，本发明的一个目的是要提供一种联动的外流式电刷夹持装置以便在电动发电机中夹持电刷。
本发明的另一目的是要提供一种用于电动发电机的联动的、外流式电刷夹持装置，在该装置中，相邻电刷之间至少有一块用于固定恒定弹力弹簧的隔板，该弹簧促使电刷与集电环接触。恒定弹力弹簧的螺旋圈部份被配置于每个电刷中的一对圆筒形刷针之间。
简言之，本发明提供了一种用于电动发电机的、可拆卸的、联动的外流式电刷夹持装置，该装置可滑动地支撑在相对应的各电刷中配对的孔中嵌入有成对的圆筒形刷针的各电刷。在一对邻接的电刷之间的隔板的相对面上支撑一对恒定弹力的弹簧的端部。该恒定弹力的弹簧包括有与各对圆筒形刷针之间的相邻电刷的上端衔接的螺旋圈部分，因而促使电刷与集电环的表面相接触。此外，为了空气冷却，每个电刷至少有一个整面暴露在外。在集电环附近，电刷的所有面须在临界区域中暴露在外以便空气冷却。
本发明的上述和其他目的、特点和优点将从下面结合附图进行的说明中明显看到。各附图中相同部件用相同标号指明。
图1是由本发明所描述的场合提供的一种交流发电机的简化原理图。
图2是根据先有技术的可拆卸的电刷盒装置的透视图。
图3是根据本发明一个实施例的可拆卸电刷盒装置的透视图。
图4是从图3省去了对说明来说是不重要的部件的可拆卸电刷盒装置的正视图。
图5是顺着图4中的Ⅴ-Ⅴ方向的视图。
图6是顺着图4中的Ⅵ-Ⅵ方向的视图。
参考图1，图中总的以10示出一个交流发电机的简化原理图。一个其内表面嵌入电枢线圈(未在图上示出)的环状定子12包围着由励磁线圈16表示的转子14。正如箭头20所示，转子14可由原动机带动(未在图上示出)环绕轴18旋转。
转子14是由通过集电环22和24(可与转子14同轴地旋转)馈电到那里的直流电流励磁的。弹簧28促使炭刷26与集电环22接触。直流电源的正极被经过炭刷26和集电环22而馈送到磁场线圈16的一端。同样，炭刷30被弹簧32所促使而与集电环24接触，以便将直流电负极供到磁场线圈16的另一端。
大的交流发电机可能需要几千安培的电流来对磁场线圈16励磁。这个大电流超出了在磁场线圈16的各端上的单个炭刷的载流量。因此就要由许多并联工作的炭刷26和30来对磁场线圈16提供足够的电流。
现在参考图2，图上示出了一种在所参考的第3，387，155号专利所公开的那种可拆卸的电刷盒装置34。在这里所包括的对先有专利的描述是为理解本发明提供依据。对于该先有技术装置的更多细节来说，要求涉及所参考的专利，在这里插入该专利的教导以供参考。
可拆卸的电刷盒装置34包括有许多可拆卸的、宜于装入固定结构38的电刷盒36。固定结构38包括有第一和第二环状圈40和42，在这两个圈之间用诸如螺栓46牢固地固定着许多金属横梁44。每个金属横梁包括有一个楔形槽48和一块底板50。
可拆卸的电刷盒36包括有一个楔形块54，该块可装配入楔形槽48，并可在那里通过如在所参考的专利中描述的方式转动锁把56来锁定。一个矩形金属刷盒58被牢固地固定到楔形块54，以便在楔形块54被锁入楔形槽时，矩形金属刷盒58可同样被牢固地锁定在相对于集电环60的预定位置中。
矩形金属刷盒58包括有许多电刷腔62，每个电刷腔包含有一个可滑动的炭刷64。每对邻接的电刷腔62被分隔片66所隔开。一个恒定弹力的弹簧68压靠在每个炭刷64的上端70上，以便在电刷腔62中使炭刷向下与集电环60接触。
每个炭刷64包括有一条可弯曲的电刷引线72，该引线的第一端是被机械地和电气地连接到那里的。图上只完整地示出一条可弯曲的电刷引线72，其他的可弯曲的炭刷引线72已被拆下以易于说明清楚。各可弯曲的炭刷引线72的第二端被用诸如螺丝74接到矩形刷盒58。有一块装在锁把56上的绝缘板76盖住了各金属件以防止工作人员触电。
现在参考图3，图中总的以78示出了一个按照本发明一个实施例的可拆卸电刷盒装置。可拆卸电刷盒装置78包含有一个可通过旋转锁把56而锁入其内的可拆卸电刷盒。锁把56包括用于在其锁定状态时可使之卸下的装置(未在图中示出)。这种锁定装置可以与图2的先有技术装置相同。因此可拆卸的电刷盒装置78可以不用再重新设计固定结构38(见图2)而用可拆卸电刷盒36所取代。
可拆卸电刷盒80包含一块固定在楔形块54上的后板和一块与之成直角的顶板84。一块绝缘板76可避免在装卸电刷盒80的过程中触到导电另件而酿成触电事故。四对并联的圆筒形刷杆86由顶板84向下延伸而嵌入众电刷88的圆筒形孔85中。每个电刷88被连接到可弯曲的电刷引线90的一端。每根可弯曲的电刷引线90的另一端被用诸如螺丝91固定到顶板84上。
现在再参考图4和5，从可拆卸的电刷盒80的一端起，第一隔板92被配置于第一和第二电刷88之间。第一和第二恒定弹力弹簧96和98被固定在隔板92底部相对的两面上。恒定弹力弹簧96和98的各螺旋部分100和102分别以相反方向，从隔板92往外卷曲，在那里它们位于它们的一对圆筒形刷杆86之间，并往下压在它们的电刷88上。同样，从80的另一端起，第二隔板94被配置于第一和第二电刷88之间。第三和第四恒定弹力弹簧104和105被固定在隔板94底部的相对两面，而其螺旋部分106和108从隔板94以相反方向往外卷曲，在那里它们位于它们的一对圆筒形刷杆86之间，并向下压在它们的电刷88上。人们将注意到，每根刷杆86被支承在一个增大的凸起部分110，110与顶板84组成一个整体。许多穿过顶板84的检查孔109可以容许在不从固定结构38上卸下的情况下检查电刷88的长度。
每根刷杆86可容许尽可能延伸到接近集电环60，以便稳定地支住其电刷88。人们将注意到，由于圆筒形刷杆所提供的支撑作用是在电刷内部的，而并不依靠后板82，后板不需要延伸到靠近集电环60。因此，基本上，所有在集电环60附近的每个电刷88可暴露在例如由一个风扇(未在图上示出)产生的空气环流中，因此而可在这个区域中被独特的空气涡流有力地冷却。后板82的长度只需从顶部往下足够多，为螺旋部分100、102、106和108提供合适的垂直距离来足以支撑隔板92和94，以便将各电刷88推向集电环60。
在最佳实施例中，电刷88都是约4英寸长，而后板82的底边离集电环60约1.5英寸。因此每个电刷88离集电环60的第一个1.5英寸的整部周围是完全暴露的，便于同时在轴向和周向上都可被空气所冷却。由于电刷88的发热最剧烈处是大约在它与集电环之间的界面处或界面内的1/4英寸处，在临界端区域中的冷却空气控制电刷88的温升是特别有效的。除了电刷88的端部外，中间两个电刷88的一个整侧面和两边的两个电刷的两个整侧面是完全暴露于冷却空气中的。每个电刷88被从其相邻电刷和后板80空出一个预定的距离，例如至少1/8英寸。
现在参考图6，电刷定位架112有一个弯头114，该弯头在电刷固定位置如实线所示配置于电刷下端。电刷定位架可以用任何诸如在参考专利所公开的偏心轮动作、这类合适的方式转动到释放位置，如虚线所示。在其释放位置，弯头114被移动而不与电刷88接触，于是使电刷88移向集电环60而与其表面接触。
人们将注意到图6所示的本发明的实施例可使圆筒形刷杆86尽量地向集电环60延伸以使电刷88在不涉及到弯头114的厚度的情况下能被稳定地支撑住。也就是说，在电刷的最大回程中，圆筒形刷杆86的顶端可从电刷88中伸出。这样，圆筒形刷杆86的顶端就可延伸到集电环60的大约1/8英寸以内。电刷88的额外回缩使弯头114的厚度可插入在电刷88的尽端和集电环60之间而不需支撑件(圆筒形刷杆86)作超过需要的移动。这与先有技术的刷盒结构是相反的，先有技术的刷盒结构必须往后切除足够的部分以使弯头114的厚度插入集电环60和电刷之间，因而减小了对电刷88的支撑。电刷定位架112包括有大的孔眼(未在图上示出)以使自由空气可在周围的方向上流过。
已经参考附图对本发明的最佳实施例进行了描述，应该懂得本发明并不局限于那些严谨的实施例，对于一个本技术领域：
的专业人员来说，在不脱离由本发明所附的权利要求
所确定的范围和精神的情况下，可以作出各种变化和改进。
权利要求
1.一种用于电动发电机的、联动的、外流式电刷夹持装置，其特征在于它包括一个可拆卸的电刷盒；第一和第二并行圆筒形刷杆，它们被固定在所述可拆卸的电刷盒上；所述第一和第二并行圆筒形刷杆，分别滑动地嵌入在第一电刷的第一和第二圆筒形孔洞中；第三和第四并行圆筒形刷杆，它们被固定在所述可拆卸的电刷盒上；所述第三和第四并行圆筒形刷杆，分别滑动地嵌入在第二电刷的第三和第四圆筒形孔洞中；一块隔板，它被固定在所述可拆卸的电刷盒上，并配置在所述第一和第二电刷之间。第一和第二恒定弹力弹簧，它们被固定在所述隔板的两侧；所述第一和第二恒定弹力弹簧分别包括第一和第二螺旋部分；所述第一螺旋部分以第一方向，从所述隔板向所述第一电刷延伸，并至少部分地在所述第一和第二圆筒形刷杆之间穿过而有弹性地压在所述第一电刷的一端上；以及所述第二螺旋部分以第二相反方向，从所述隔板向所述第二电刷延伸，并至少部份地在所述第三和第四圆筒形刷杆之间穿过而有弹性地压在所述第二电刷的一端上。
2.根据权利要求
1的一种联动的、外流式电刷夹持装置，其特征于，其中所述可拆卸的电刷盒包括一块顶板和一块后板，而所述隔板被固定在所述顶板和后板上。
3.根据权利要求
2的一种联动的、外流式电刷夹持装置，其特征在于其中所述顶板至少包括有第一、第二、第三和第四凸起部份，所述第一、第二、第三和第四圆筒形刷杆被固定在第一、第二、第三和第四凸起部份上。
4.根据权利求2的一种联动的、外流式电刷夹持装置，其特征在于其中所述顶板和后板限定出一段与所述圆筒形刷杆端部相差显著的间距，从而所述电刷就可有一个显著部份受到冷却。
5.根据权利要求
2的一种联动的、外流式电刷夹持装置，其特征在于其中所述电刷拥有工作位置和缩回位置，而所述可拆卸的电刷盒包括有把所述电刷保持在缩回位置的装置，而使所述圆筒形刷杆在所述电刷的一端以外伸出一段预定的长度。
专利摘要
一种用于电动发电机的、可拆卸的、联动的、外流式电刷夹持装置，把电刷可滑动地支撑在各对对应地嵌入在各电刷中的、配对的孔中的圆筒形刷杆上。一块在一对互相邻接的电刷之间的隔板把一对恒定弹力弹簧的各端支牢在它的相对面上。该恒定弹力弹簧包括有螺旋部分，该部分与圆筒形刷杆对之间的相邻电刷的上端连接，因而促使电刷与集电环表面接触。各电刷在集电环附近的所有各表面都暴露在这个临界区域的冷却空气中。
文档编号H02K13/00GK87100943SQ87100943
公开日1987年9月9日 申请日期1987年2月23日
发明者哈里·奥托·奥姆施德特 申请人:通用电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan