专利名称：用于缓和马达轴上的电流的接地刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制在交流马达中产生的轴承电流的接地设备，该马达由可变速驱动装置或直流马达控制，且更具体的是，涉及非接触式接地设备。
背景技术：
轴感生电流会发生在电动马达中，且通常发生在由可变速驱动装置驱动的三相马达中。可变速驱动装置采用脉冲宽度调制技术来改变交流马达的速度，从而在以前采用较昂贵的直流马达的情况下，允许在实际应用中使用较廉价的交流马达。使用带有可变速驱动装置的交流马达的一个缺陷是由可变速驱动装置产生较高的共模电压(CMV)，这就增加了轴感生电流。
马达轴上的电压感生的电流流过轴承，到达马达机架，然后接地。在马达运转时，轴承对电流流过的阻力变得更大，导致在轴表面上电荷的聚集。经过一段较短暂的时间，CMV使电荷聚集到一高电平。当电荷超越最小电阻路径的阈电平时，通常是通过轴上的滚珠轴承，电能经过轴承瞬时爆发(burst)或者说放电。该放电导致放电的机械切削(EDM)，这可损坏轴承座圈和轴承中滚珠的表面。所述电能爆发产生熔化凹坑，由凹坑形成所产生的微粒留在密封轴承内部。轴承中的熔化凹坑和微粒物质都干扰轴承的自由流道旋转，这可导致物理损伤和轴承过早损坏。
为了解决这个问题，已经采用了许多减缓技术。公知的技术包括，使用导电轴承润滑脂，对轴承进行绝缘，使用铜/磷刷和法拉第屏蔽。被采用的一种通常的且节省成本的解决方案是使用装有弹簧的铜刷对轴进行接地，所述铜刷提供连续的电流接地。然而，铜刷磨损非常快，因而要求经常性的，定期的维护和更换。另外，聚集在轴上的氧化物和刷与轴之间的其它障碍物减小了电流，并导致电能在刷和轴爆发。由于在刷和轴表面之间的交替摩擦贴附/滑动关系，装有弹簧的刷还易于振动。不论是何原因所导致的刷的振动都会产生不希望有的火花。
本领域所需要的是一种接地系统，其能够有效地被用于延长时间周期，要求最少的维修或更换。
发明内容
本发明提供一种接地设备，包括位于环绕轴的一保持器中的导电细丝。刷可被用作一种非接触式电离器，以减少绝缘轴或绝缘辊上的电荷量。
在本发明的一个方面中，本发明提供一种电动马达，该马达包括一电接地马达外壳；一马达轴，其被设置在所述外壳中且在所述马达工作期间被转动；一静电荷清除组件，其与所述轴和所述外壳有关联合。所述清除组件包括一环状框架，其围绕所述轴而固定且被电连接到所述外壳，所述框架限定一基本上围绕所述轴的环状沟槽；若干导电细丝，其被电连接到所述环状框架，所述细丝足够细以便当处于所述轴上的静电荷的电场中时，引起电离，所述细丝具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
在本发明的另一方面中，本发明提供一种与马达的轴相关联的静电荷清除组件，所述清除组件包括一环形框架，所述框架包括限定一环形沟槽的第一和第二框架元件；若干导电细丝，其被电连接到所述环状框架，所述细丝足够细以便当处于电场中时引起电离，所述细丝被保持在所述第一和第二框架元件之间，且具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
在本发明的又一方面中，本发明提供一种电动马达，包括一电接地马达外壳，其具有一面板；一马达轴，其被设置在所述外壳中且延伸穿过所述面板中的一孔；一静电荷清除组件，其被设置成围绕所述轴，且被固定在所述面板的所述孔中，所述清除组件包括一环形框架，其围绕所述轴且被固定在所述孔中，所述框架包括第一和第二框架元件，它们限定一基本上围绕所述轴的环形沟槽；若干导电细丝，其被保持在所述框架元件之间，所述细丝足够细以便当处于所述轴上的静电荷的电场中时引起电离，所述细丝具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
本发明的一个优点是提供一种有效的导电刷组件，以便减小电动马达上的轴承电流。
本发明的另一优点是提供一种用于电动马达的接地设备，其能有效地延长时间周期，而不需要维修，维护或修理。
本发明的又一优点是提供一种导电刷系统，其具有改善的导电性能，用于改善设备的接地性能。
本发明的再一优点是提供一种用于电动马达的接地设备，其可容易地适用于不同尺寸的马达。
在考虑了下文的详细说明，权利要求和附图之后，对于本领域技术人员来说，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中相同的标号被用于表示相同的零件。
图1为根据本发明的马达轴和接地刷组件的截面图；图2为类似于图1的局部截面图，示出了本发明的第二实施例；图3为类似于图2的截面图，示出了本发明的第三实施例；图4为一截面图，示出了本发明的第四实施例；图5为一截面图，示出了本发明的第五实施例；图6为一截面图，示出了本发明的第六实施例；图7为一截面图，示出了本发明的第七实施例；图8为一截面图，示出了本发明的第八实施例；在本发明的实施例被详细解释之前，应当理解，本发明在其应用中并不限于在下文的说明书或附图中阐明的结构细节和部件布置。本发明能够有其它实施例，且能够以多种方式被实施或执行。而且，可以理解，本文中所采用的措词和术语是为了进行说明的，不应当被理解为限制性用语。本文中所采用的“由…组成”，“包括”以及它们的变化，旨在含盖下文所列出的物品和其等效物，以及附加物品和其等效物。
具体实施例方式
现在，更加具体地参照附图，特别是图1，标号10标记一以局部视图的形式示出的电动马达，该马达具有一按照本发明的，可与马达10的马达轴14运转上关联的轴电荷清除组件12。电荷清除组件12可容易地适用于具有各种直径的马达轴14的各种尺寸的马达10。
电荷清除组件12呈环形，围绕轴14。电荷清除组件12被可运转地布置在轴14和马达外壳的一部分例如马达面板16之间。组件12可连续地工作，从而在马达10的运转期间清除聚集在马达轴14上的静电荷。
电荷清除组件12包括一刷组件18，该刷组件具有多根单独的纤维细丝20，它们可围绕轴12沿圆周被单独地安装或成束地安装。每根细丝20均是细的毛发状结构，且由碳纤维，不锈钢，导电塑料例如丙烯酸或尼龙纤维，或任何其它能够提供直径足够小从而在电场中感应电离的导电纤维状细丝构成。优选的是，细丝20的直径在约5微米到约10微米之间的范围内。
细丝20或其束呈U形，围绕一环形板22，使得，细丝20的相对远端部延伸过型板22的内径。或者，单根细丝20或细丝20的束被设置在板22的一侧或两侧上，从而仅其一远端部延伸经过型板22的内径。型板22由金属，导电塑料或其它导电材料制成。细丝20或其束通过一层导电粘合剂，粘合带或其它适合的方式(未示出)固定到板22上。在两侧上具有粘合剂的带被用在型板22和细丝20或其束之间。或者，细丝20被直接贴着型板22的表面放置，其中带被贴在外表面上。
细丝20和型板22的组件被保持在形成于环形框架26中的环形通道24中，所述框架包括彼此固定在一起且大致沿着刷组件18的相对侧延伸的第一和第二环形框架元件28和30。第一和第二框架元件28和30的面对的表面被成型为在它们之间接收其上带有细丝20的型板22，同时形成沟槽24，细丝20的远端部被定位于其中。框架元件30由金属，导电塑料，或其它导电材料制成，且被电连接到刷组件18上。用作将刷组件18保持在框架元件30中的保持元件的框架元件28可以由类似于框架元件30的材料制成，也可以由绝缘材料例如橡胶或热塑性材料制成。
在图1所示的实施例中，组件12的各组成部分通过压配合装配在一起。刷组件18被定位在第二框架元件30中，且第一框架元件28紧密配合地装配在第二框架元件30的外凸缘32中，且与刷组件18相贴。然后，通过将凸缘32压入围绕轴14的面板16中的一开口中，所述预安装清除组件12即被固定，其中框架26的肩部34与面板16的外表面相啮合。也可以使用将组件12固定在马达10上的其它装置，例如，延伸穿过框架26且固定在面板16中的螺钉(未示出)。从而清除组件通过面板16被电连接到马达外壳上，从而被接地。
细丝20可以直接与轴14接触，作为接地刷，用于直接将电荷从轴14转移到清除组件12。细丝20还可以与轴14有极小的间隔，这样，当一电场由聚集在轴14上的电荷产生时，就产生一电离场，从而允许电荷从轴14间接地转移到细丝20。在另一适合的布置中，当马达10处于静止或较慢的速度时，轻的细丝20与轴14相接触。在起动和使用期间，随着轴14速度的增加，空气流使细丝20离开轴14。消除或减小细丝20与轴14之间的摩擦接触的时间，就减少了磨损，因而延长了细丝20的寿命。框架26与地电连接，且在形成电弧之前，聚集在轴14上的电荷通过清除装置12被转移给地。
本领域的技术人员易于理解，对于框架和框架元件的多种不同配置适于将刷组件18保持在轴14周围并固定到马达面板16上。
本发明的轴电荷清除组件可以与马达10的其它功能元件结合使用。图2示出了本发明的一个实施例，其中，一轴承绝缘密封件40借助一框架42被保持在轴14上。框架42可以包括一类似于框架元件28的第一框架元件44和一具有一延伸部分48的改进的第二框架元件46，所述延伸部分形成保持密封件40的容器。刷组件18和密封件40被定位在框架42中，然后，整个组件被压配合在面板16中。代替肩部，框架元件46的外凸缘50设有一个或多个凹座或其它表面凸起，用于与面板15的外表面配合。
图3示出了本发明的又一个实施例，其中，框架54具有一框架元件56，框架元件56包括一延伸部分58，该延伸部分中没有轴承密封件。为了有效电离，延伸部分58围绕细丝20设有足够的空隙，元件58易于由金属冲压工艺制成。
图4示出了易于制造的本发明的有利结构。一金属或导电塑料外环60被设定成这样的尺寸，即，通过压配合固定在马达面板16中。对称的热塑性塑料或橡胶保持环62和64被设置成被压配合地保持在环60中的两件。刷组件18被保持在外环60内的对称保持环62和64之间。
为了提高根据本发明的清除组件的性能，细微导电粉末70被设置在环形沟槽24中，围绕细丝20的远端部。采用的粉末，例如，有碳粉或其它金属粉末。颗粒70可以干燥地使用。然而，如果颗粒70与各种类型的硅油，合成烃油，酯油，氟油，醚油，聚乙二醇油，矿物油或类似物质混合，由它们获得的糊状物质更易于被保持在细丝20的末梢端周围。
图5示出了类似于图4的实施例，然而在对称元件62和64之间具有围绕细丝20的颗粒70。已发现，大约100微米尺寸的细丝20和具有小于约50微米直径的导电颗粒70可有效地工作。环62和64具有一内径，从而最小限度地与轴14隔开。这样，环62和64不会座在轴14上，因而不会发生摩擦。然而，轴14和环62，64之间的距离足够小，从而来自轴承的油脂和位于轴14内侧上的类似物质，以及来自轴14外端的灰尘或其它污物，不易于移动到环62和64之外。这样就保护了细丝20不受污染。
当使用导电粉末70时，从马达轴14到细丝20的电流可通过两种不同机构产生。第一种机构为围绕细丝尖端的空气电离。另一种机构是通过粉末70与轴14物理接触，粉末70的各颗粒的相互接触和颗粒70与细丝20的接触。当马达轴旋转时，细丝20被气流抬离轴表面。然而，即使细丝上总发生磨损，使得即使当轴14处于静止时接触也不会发生，本设备也既可借助电离，又可借助流过导电粉末70的电流继续工作。
马达轴最好不是圆形的。当轴旋转时，从细丝20的远端到轴表面的距离可以变化，且可能过大，从而不能有效地电离环绕细丝20的空气。当细微导电粉末70被放置在轴14的表面和细丝20的远端之间的间隙中时，导电微粒通过填充该间隙补偿了间隙距离的变化。因此，所述导电粉末产生了一种条件，在该条件下细丝尖端保持充分靠近带电表面，以提供连续的空气电离。此外，由于电吸引而在细丝尖端产生了颗粒朝向地的运动。这种颗粒运动也增加了从旋转轴到细丝尖端的电子转移。
图6示出了本发明的又一实施例，其类似于图5所示的实施例。除了类似于图5的结构之外，图6的实施例还包括一位于细丝20和轴14之间的薄内环72。内环72的设置更有效地将导电粉末70容纳在沟槽24中。为了更有效地防止污染物到达围绕细丝20的沟槽，环形凹槽74和76被分别设置在保持环62和64的内表面上。一个或多个排出孔78被设置在每个环62，64中，图中示出了在环64中的一个这种排出孔78。轴14和保持环62和64之间的污染物被捕获在沟槽74和76中，并借助离心力通过排出孔78排出。
图7示出了本发明的又一实施例，其被布置成平行于马达轴的轴线。本实施例的细丝80大致平行于轴14的轴线，而不是被安装成它们的远端对着轴14，且被单独地或成束地围绕定子82定位。细丝80借助一保持环84压住定子82而固定。一转子86随轴14一起旋转。定子82和转子86成面对的关系，且细丝80延伸过定子82，且进入面对定子82的被限定在转子86的表面中的沟槽88中。导电粉末90被放置在沟槽88中，围绕细丝80的远端。转子86和定子82被组装在壳92中，其被压配合在接地马达外壳94中。壳92的凸缘96叠在转子86上。
本发明的又一个实施例在图8中示出。电荷清除组件100被定位在随轴14旋转的转子102和其径向向外的定子环104之间。每束包含多个单独细丝108的多个细丝束106被保持在一组件框架中，位于一公框架板110和一母框架板112之间。前密封板114和后密封板116分别被设置。一吊环118和O形环120被设置在前密封板114之外。导电粉末122被密封在由公板110和母板112限定的沟槽124中。导电带或薄导电环可以被用在定子环104和公板110之间，以提高通过组件100的导电性。如图8所示，该实施例的所有元件被构造成压配或搭扣配合，从而提高了组装的简易性。
根据本发明的清除设备作为一个集流环可用来传输功率电信号。根据本发明的设备作为轴承隔离器，还可用来保护马达的轴承或其它旋转装置。本发明的清除设备用作接触式接地刷，也用作非接触式电离设备。这样，即使发生磨损，根据本发明的清除组件也可有效地连续工作。
前述的所有变化和改变处于本发明的范围内。可以理解，本文所公开和限定的发明延及上述或从文字和/或附图显而易见的各零件的两个或多个的所有可能组合。所有的这些不同组合构成了本发明的各种可能方面。本文所述的实施例阐述了用于实施发明的已知的最佳模式，且将使其它本领域的技术人员能够应用本发明。权利要求将被解释为包括延及现有技术所允许的可能实施例。
本发明的各种零件在下文的权利要求中列出。
权利要求
1.一种电动马达，包括一电接地马达外壳；一马达轴，其被设置在所述外壳中且在所述马达工作期间被转动；一静电荷清除组件，其与所述轴和所述外壳关联，所述清除组件包括一环状框架，其围绕所述轴而被固定且被电连接到所述外壳，所述框架限定一基本上围绕所述轴的环状沟槽；若干导电细丝，其被电连接到所述环状框架，所述细丝足够细以便当处于所述轴上的静电荷的电场中时引起电离，所述细丝具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
2.如权利要求1所述的马达，所述清除组件包括一环形板，所述细丝部分地包围所述板，且所述细丝的相对远端部分延伸进入所述环形沟槽。
3.如权利要求1所述的马达，包括放置在所述环形沟槽中的导电粉末。
4.如权利要求3所述的马达，所述导电粉末与一种油混合，以便形成一种糊。
5.如权利要求3所述的马达，所述清除组件包括一环形板，所述细丝部分地包围所述板，其中所述细丝的相对远端部分延伸进入所述环形沟槽。
6.如权利要求5所述的马达，所述细丝具有足够的长度，使得至少当所述轴处于静止状态时，所述细丝的端部与所述轴接触。
7.如权利要求5所述的马达，所述框架包括一外环，和设置在所述外环中位于所述板和所述细丝的相对侧上的第一与第二保持环。
8.如权利要求7所述的马达，所述框架进一步包括覆盖所述环形沟槽的一内环。
9.如权利要求7所述的马达，所述第一和第二保持环的每一个均具有面对所述轴的一环形凹槽，和用于从所述凹槽中排出污染物的排出孔。
10.如权利要求1所述的马达，具有随所述轴旋转的一转子，所述细丝被布置成基本上平行于所述轴，所述细丝的远端对着所述转子。
11.如权利要求1所述的马达，所述细丝具有足够的长度，使得至少当所述轴处于静止状态时，所述细丝的端部与所述轴接触。
12.如权利要求1所述的马达，所述细丝被布置成束。
13.如权利要求1所述的马达，所述环形框架包括第一和第二框架元件，所述框架元件中的一个被固定在所述框架元件中的另一个中。
14.如权利要求1所述的马达，所述框架包括一外环，和设置在所述外环中位于所述细丝的相对侧上的第一与第二保持环。
15.一种与马达的轴相关联的静电荷清除组件，所述清除组件包括一环形框架，所述框架包括限定一环形沟槽的第一和第二框架元件；若干导电细丝，其被电连接到所述环状框架，所述细丝足够细以便当处于电场中时引起电离，所述细丝被保持在所述第一和第二框架元件之间，且具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
16.如权利要求15所述的清除组件，包括一环形板，所述细丝部分地包围所述板，其中所述细丝的相对远端部分延伸进入所述环形沟槽。
17.如权利要求15所述的清除组件，包括放置在所述环形沟槽中的导电粉末。
18.如权利要求17所述的清除组件，所述导电粉末与一种油混合，以便形成一种糊。
19.如权利要求15所述的清除组件，所述框架包括一外环，和设置在所述外环中位于所述细丝的相对侧上的第一与第二保持环。
20.如权利要求19所述的清除组件，包括放置在所述沟槽中的导电粉末。
21.如权利要求20所述的清除组件，所述框架进一步包括覆盖所述环形沟槽的一内环。
22.一种电动马达，包括一电接地马达外壳，其具有一面板；一马达轴，其被设置在所述外壳中且延伸穿过所述面板中的一孔；一静电荷清除组件，其被设置成围绕所述轴，且被固定在所述面板的所述孔中，所述清除组件包括一环形框架，其围绕所述轴且被固定在所述孔中，所述框架包括第一和第二框架元件，它们限定一基本上围绕所述轴的环形沟槽；若干导电细丝，其被保持在所述框架元件之间，所述细丝足够细以便当处于所述轴上的静电荷的电场中时引起电离，所述细丝具有被设置在所述沟槽中的远端部分。
23.如权利要求22所述的电动马达，包括放置在所述沟槽中的导电粉末。
全文摘要
一种用于缓和马达轴上的静电荷的接地刷，包括若干被固定到围绕所述轴的环形框架的细丝，细丝的尖端被设置在由框架限定的一沟槽中。导电粉末可被放置在所述通道中，以改善从所述轴到所述细丝的电流流动。
文档编号H05F3/00GK1750363SQ200410081158
公开日2006年3月22日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年10月6日
发明者希扬W·奥, 查尔斯A·金 申请人:伊利诺斯器械工程公司