監(jiān)視一個以上電機元件狀態(tài)的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明大體涉及監(jiān)視電刷和刷架組件的監(jiān)視系統(tǒng)，所述監(jiān)視系統(tǒng)可以用于電氣裝 置和/或集電環(huán)組件。更加具體地本發(fā)明涉及使用柔性傳感器，監(jiān)視刷架組件中電刷磨損 和/或電氣裝置集電環(huán)情況的監(jiān)視裝置、組件、系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002] 電氣裝置中電刷的目的是將電流從靜觸點接通到動觸點，或者相反。電刷和刷架 可以用在例如電氣裝置或滑動連接應用中，所述電氣裝置例如發(fā)電機、電機和/或集電環(huán) 組件，所述滑動連接應用，例如旋轉機器上的集電環(huán)組件，例如回轉起重機或者單軌鐵路上 的線性滑動連接。許多電氣裝置中的電刷是由導電材料制成的模塊或其他結構，所述材料 例如石墨、碳石墨、人工石墨、金屬材料等，所述電刷適合于與一個導電平面或者多個導電 平面接觸讓電流通過。電導線和電分流器從電刷延伸出來以向另一個導電部件的電刷提供 電通路，或者從另一個部件的電刷提供電通路。
[0003] 在一些設計中，在操作過程中，刷盒類型的刷架或者其他類型的刷架，可以用來支 持電刷與電氣裝置移動接觸表面的接觸?？梢栽O計電刷和刷盒，使得電刷能夠在刷盒內(nèi)滑 動，在電刷和電刷所接觸的移動接觸表面之間提供連續(xù)的接觸。在操作過程中，異常情況和 /或閾值情況可能發(fā)生，這些情況表明電氣裝置一個以上部件需要更換，電氣裝置一個以上 部件需要檢查或者注意，以及/或者需要實施維護。例如，異常和/或閾值情況可能表明一 個以上電刷、刷架、彈簧、分流、換向器、集電環(huán)和/或其他部件可能需要更換，個以上電刷、 刷架、彈簧、分流、換向器、集電環(huán)和/或其他部件可能需要檢查，以及/或者可能需要實施 維護。為了觀察異常情況和/或閾值情況的發(fā)生，監(jiān)視電氣裝置一個以上部件是具有優(yōu)勢 的。進一步地，警告操作者和/或技術員，異常和/或閾值情況以及/或者計劃技術干預的 發(fā)生是具有優(yōu)勢的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明指向使用柔性傳感器，監(jiān)視刷架組件中電刷磨損和/或電氣裝置集電環(huán)情 況的監(jiān)視裝置、組件、系統(tǒng)和方法。因此，一個進行說明的實施例為設置用來監(jiān)視電機刷架 組件碳刷的監(jiān)視裝置。監(jiān)視裝置可以包括柔性傳感器和信號處理電路，所述信號處理電路 用來處理從柔性傳感器接收的信號。所述柔性傳感器可以具有電阻，所述電阻基于柔性傳 感器的曲率半徑變化，其中所述柔性傳感器的曲率半徑與彈簧的變形相關，所述彈簧的變 形為碳刷與電機旋轉部件的接合提供力。信號處理電路可以連接到傳感器，并且可以對其 進行設置，使用有關柔性傳感器可變電阻的信息確定碳刷磨損狀態(tài)的程度。
[0005] 另一個進行說明的實施例為，用來監(jiān)視與電機關聯(lián)的一個以上碳刷磨損狀態(tài)，和/ 或電機旋轉部件磨損狀態(tài)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括一個以上與電機和位置監(jiān)視器關聯(lián)的刷 架組件，所述位置監(jiān)視器用來從一個以上刷架組件接收磨損狀態(tài)信息。每個刷架組件可以 包括碳刷、緊鄰碳刷的彈簧、緊鄰所述彈簧定位的柔性傳感器和連接到柔性傳感器的磨損 狀態(tài)監(jiān)視器?？梢詫λ鰪椈蛇M行設置來給碳刷提供力，使得所述碳刷接合電機的旋轉部 件。柔性傳感器具有基于柔性傳感器曲率半徑可變電阻。所述曲率半徑表示碳刷的物理位 置和/或運動。通過監(jiān)視碳刷的物理位置和/或運動，例如通過監(jiān)視與彎曲傳感器曲率半 徑關聯(lián)的程度（例如，電阻、電壓、電流等），可以確定碳刷的磨損狀態(tài)和/或電機旋轉部件 的磨損狀態(tài)。可以對磨損狀態(tài)監(jiān)視器進行設置，使用柔性傳感器可變電阻來確定碳刷磨損 狀態(tài)的程度。位置監(jiān)視器可以與一個以上所述電刷組件磨損狀態(tài)監(jiān)視器通信連接，用來接 收有關一個以上所述電刷組件碳刷磨損狀態(tài)的信息，并且將一個以上所述碳刷的磨損狀態(tài) 傳遞給使用者。
[0006] -種監(jiān)視電氣裝置一個以上部件磨損狀態(tài)的方法，可以包括從柔性傳感器獲得可 變電阻值來檢測碳刷相對于電氣裝置旋轉部件的運動，可變電阻值與閾值進行比較來確定 碳刷的磨損狀態(tài)，并且將所述碳刷磨損狀態(tài)的標示傳遞給使用者。
[0007] 另一個實施例為帶有一體化傳感器的刷架組件，所述傳感器用來監(jiān)視碳刷或者電 機關聯(lián)的旋轉部件的磨損狀態(tài)。所述刷架組件包括碳刷，彈簧和磨損狀態(tài)傳感器，所述彈簧 用來提供力使所述碳刷與電機旋轉部件接合。磨損狀態(tài)傳感器可以包括彎曲傳感器、比較 器、標示器和通信電路。比較器可以將從彎曲傳感器接收的信號與預定的閾值進行比較來 確定電機碳刷和旋轉部件中至少一個的磨損狀態(tài)。標示器可以將電機碳刷和旋轉部件中至 少一個的磨損狀態(tài)的標示提供給使用者。通信電路可以將有關電機碳刷和旋轉部件中至少 一個的磨損狀態(tài)的信息傳遞給接近所述電機的位置監(jiān)視器。
[0008] 上面的
【發(fā)明內(nèi)容】
為一些例子的實施例，并不打算描述每個公開的實施例，也不打 算描述本發(fā)明各個方面的實施情況。
【附圖說明】
[0009] 可以考慮將下面各實施例詳細的說明結合附圖來對本發(fā)明個方面進行更加完整 的理解，其中：
[0010] 圖1示出了示例性電刷監(jiān)視系統(tǒng)的視圖；
[0011] 圖2A和2B為圖1磨損狀態(tài)傳感器的立體圖；
[0012] 圖3示出了包括圖1和2磨損狀態(tài)傳感器的刷架組件的側視圖；
[0013] 圖4為表示圖1-3磨損狀態(tài)傳感器的框圖；
[0014] 圖5A和5B為柔性傳感器立體圖；
[0015] 圖6A和6B示出了具有特定碳刷磨損狀態(tài)的刷架組件的側視圖；
[0016] 圖7為表示具有位置監(jiān)視器的框圖；
[0017] 圖8示出了使用唯一標識系統(tǒng)來參考電機上刷架和關聯(lián)電刷位置的電機安裝模 塊和刷架組件的示例性總線；
[0018] 圖9示出了與柔性傳感器可變電阻關聯(lián)的電壓示意圖，所述柔性傳感器的可變電 阻與碳刷的磨損狀態(tài)關聯(lián)；
[0019] 圖10示出了說明電機旋轉部件情況的瞬態(tài)電壓信號例子的示意圖；
[0020] 圖11示出了監(jiān)視一個以上電氣裝置部件磨損狀態(tài)的方法。
[0021] 盡管可以對本發(fā)明的各方面進行各種修改和采用替代形式，但其詳細說明已經(jīng)通 過附圖中例子的方式進行了示出并且將更加詳細地描述。然而應該理解，不打算將本發(fā)明 的各個方面限制在所描述的特定的實施例。相反，本發(fā)明打算覆蓋所有落入本發(fā)明精神和 保護范圍的修改、等效和替換技術方案。
【具體實施方式】
[0022] 對于下面被定義的術語，將采用所下的這些定義，除非在權利要求書或者說明書 的其他地方給出了不同的定義。
[0023] 假設本文所有的數(shù)字值都由術語"大約"進行了修飾，無論是否明確指出。術語"大 約"一般指所述領域技術人員認為與所列舉的值等同的數(shù)值的范圍（即，具有相同的功能或 結果）。在一些例子中，術語"大約"包括了被四舍五入到最接近有效數(shù)字的數(shù)字。
[0024] 通過端點來列舉的數(shù)字范圍，包括了該范圍內(nèi)的所有數(shù)字（例如1到5包括了 1， 1. 5,2,2· 75,3,3· 80,4 和 5)。
[0025] 對于各種元件、特征和/或規(guī)格，盡管公開了一些合適的尺寸、范圍和/或數(shù)值，應 當理解，本領域的技術人員，受到本發(fā)明的啟示，可以從那些特別公開的部分中得到所需要 的尺寸、范圍和/或數(shù)值。
[0026] 正如說明書和所附權利要求書中所使用的，單數(shù)形式的"a"、"an"和"the"包括了 其所指對象的復數(shù)形式，除非內(nèi)容中有另外明確的要求。正如說明書和所附權利要求書中 所使用的，術語"或"一般按照其"和/或"的意思來使用，除非內(nèi)容中有另外明確的要求。
[0027] 下面的詳細說明應該參照附圖進行閱讀，在這些附圖中，不同附圖的相似元件具 有相同的編號。該詳細說明和附圖未必按比例描繪用來說明的實施例，也不打算限制本發(fā) 明的保護范圍。描述進行說明的實施例僅僅打算作為示例。可以從任一個進行了說明的實 施例中選擇特征并入到另外的實施例，除非有相反的明確表述。
[0028] 圖1示出了示例性電刷監(jiān)視系統(tǒng)100用來說明的視圖，該系統(tǒng)可以包括刷架組 件110、位置監(jiān)視器120和/或包括了遠程監(jiān)視裝置150、160的遠程監(jiān)視點140。在一些 情況中，刷架組件110基本上類似于，名為"刷架裝置，電刷組件，以及方法"的美國專利 No. 7, 034, 430中所描述的的刷架組件，通過引用，其全部并入到本文中。然而，進行說明的 電刷監(jiān)視系統(tǒng)100可以使用各種刷架組件構造。也就是說，進行說明的電刷監(jiān)視系統(tǒng)100 可以與任何所需要的電氣裝置的刷架組件構造結合起來使用。例如，進行說明的電刷監(jiān)視 系統(tǒng) 100 可以與美國專利 Nos. 6, 731，042、5, 753, 992、5, 621，262、5, 463, 264、5, 397, 952 和 5, 256, 925中所公開的刷架組件、刷架和/或電刷一起使用；其中的每一個都通過引用并入 到本文中。
[0029] 刷架組件110,例如圖1所示的，可以包括諸如刷盒的刷架22,所述刷架22在多個 側面圍繞電刷24,并且包括多個用來引導電刷24線性運動或者縱向運動的引導面。在一 些實施例中，刷架22未表現(xiàn)為盒子的形式，但是可以包括一個以上引導面或者部分的引導 面，來引導電刷24的線性運動或者縱向運動，所述引導面包括一個以上，例如緊靠和/或圍 繞電刷24 -個以上側面，和/或延伸進或延伸穿過電刷24的槽、桿和圓柱。
[0030] 刷架22可以固定到安裝桿26,并且適合于安裝到例如安裝塊70的另一種結構。 刷架組件110可以用來放置電刷24,所述電刷24與導電表面12接觸，所述導電表面12為 例如電機旋轉部件15的表面，所述旋轉部件諸如集電環(huán)、集電環(huán)或者換向器，并且傳導來 自其的電流。電刷24可以從刷架22下邊緣延伸出來，使得電刷24的磨損表面與導電表面 12接合。安裝桿26可以包括過中心的結合機構、用于滑動接合的開槽的或者有溝的結合 機構，或者便于電刷24和導電表面12結合和脫離的其他機構。在其他實施例中，刷架組件 可以包括剛性地安裝到另一種結構上的刷架，所述另一種結構使得刷架保持固定不動，或 者安裝到另一種按需布置的結構上的刷架。例如，在一些實施例中，刷架可以用螺栓固定到 或者焊接到穩(wěn)定的結構。在美國專利Nos. 6, 731，042、5, 753, 992、5, 621，262、5, 463, 264、 5, 397, 952和5, 256, 925中公開了一些這樣的刷架；通過引用將它們并入到本文中。
[0031] 如圖1所示，安裝桿26可以包括上桿部件27和下桿部件28,兩者彼此鉸鏈或者樞 軸結合。當上桿部件27和下桿部件28相互對齊時（例如，上桿部件27的縱軸平行于下桿 部件28的縱軸），可以認為刷架22處在接合或者鎖定的位置，使得電刷24可以緊鄰導電表 面12,或者與其接觸。當上桿部件27傾斜于下桿部件28 (例如，上桿部件27的縱軸傾斜于 下桿部件28的縱軸），可以認為刷架22處在未接合或者未鎖定的位置，使得電刷24不與導 電表面12相鄰，而是與其分隔，或者與其不直接電接觸。在操作過程中，安裝桿26可以可 去除地連接到安裝塊70。在一些實施例中，安裝桿26可以與安裝塊70滑動接合、聯(lián)鎖或者 用別的方法可去除地連接。安裝塊70可以連接到、固定到另一種結構或者用別的方法從其 延伸，所述結構，例如，維持安裝塊70相對于導電表面12的靜止。
[0032] 在一些實施例中，手柄21可以連接到刷架22,這有助于刷架22與導電表面12的 接合與脫開。例如，手柄21可以連接到上桿部件27,使得手柄21的運動相對于下桿部件 28只驅動（例如，樞轉、滑動、釋放）上桿部件27。手柄21可以是可去除手柄，或者是可永 久連接到上桿部件27或者刷架22另一部分的手柄21。
[0033] 圖1也說明了彈簧29,例如恒力彈簧，所述彈簧向電刷24提供張力，朝著導電表面 12偏壓電刷24,并使兩者接觸。例如，彈簧29可以連接到刷架組件110的刷架22部分或 者安裝桿26部分。在一些實施例中，彈簧29可以沿電刷24的一個側面延伸，所述電刷24 位于刷架組件110的電刷24和安裝桿26之間。
[0034] 刷架組件110可以進一步包括磨損狀態(tài)監(jiān)視器50和柔性傳感器60,其中磨損狀 態(tài)監(jiān)視器50可以與柔性傳感器60通信連接。例如，磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以接受代表電刷 24位置和/或運動的信號。在一些情況下，磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以緊鄰彈簧29定位。例 如，磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以緊鄰彈簧29的一個面安裝，或者用別的方法和彈簧29安裝，例 如，如圖3所示，在由彈簧29所形成的彈簧卷里。磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以包括一個以上標 示器55,所述標示器傳遞電刷24、導電表面12或者兩者的物理狀態(tài)。在一些情況下，為了 將磨損狀態(tài)信息傳遞給使用者，標示器55可以包括一個以上發(fā)光二極管（LEDs)，揚聲器或 者兩者的結合。在一些情況下，磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以可以緊鄰刷架組件110部件上彈簧 29以外的表面定位。例如，磨損狀態(tài)監(jiān)視器50可以定位在刷架22、下桿部件28、上桿部件 27上，或者緊鄰它們定位，和/或定位在一個以上刷架組件110分流器上，或者緊鄰其定位， 和/或定位在刷架組件110手柄21上，或者緊鄰其定位。在一些情況下，磨損狀態(tài)監(jiān)視器 50可以永久地和/或可移動地并入為刷架組件110手柄21或其他部件的一個部分。
[0035] 柔性傳感器60也可以緊鄰彈簧29定位，使得電刷24的運動可以引起柔性傳感器 60屈曲或者另外地變形。例如，柔性傳感器60的近端可以與刷架組件110的刷架22或安 裝桿26的一部分連接，而遠端可以與磨損狀態(tài)監(jiān)視器50連接和/或通信連接。在一些情 況下，柔性傳感器60可以連接到彈簧29、嵌入彈簧29、與彈簧29接觸，并且跟蹤或跟隨電 刷24的移動。例如，柔性傳感器60可以貼附到彈簧29的表面（例如，內(nèi)表面、外表面等）。 在另一個例子中，柔性傳感器60可以緊鄰彈簧29定位。如此，柔性傳感器60的任何運動 可以直接對應電刷24的運動。
[0036] 例如，對應柔性傳感器60電阻值的信號，可以與電刷24的線性移動或縱向移動、 變化和/或減少相等、成比例，或者用另外的方法對其進行表示。在一些情況下，磨損狀態(tài) 監(jiān)視器50可以將柔性傳感器60的穩(wěn)態(tài)電阻值與電刷24的磨損狀態(tài)聯(lián)系起來，并且/或者 將瞬態(tài)電阻與導電表面12和/或旋轉部件15的磨損狀態(tài)聯(lián)系起來。柔性傳感器60的穩(wěn) 態(tài)電阻值可以對應旋轉部件15 -次或多次旋轉所獲得的值，并且可以對應電刷24上表面 相對于旋轉部件15導電表面12的位置。在一些情況下，柔性傳感器60的瞬態(tài)電阻值可以 對應旋轉部件15至少部分旋轉過后所獲得的值，例如，電刷24震動所產(chǎn)生的電阻值，所述 震動由旋轉部件15導電表面12中的變化引起。穩(wěn)態(tài)電值（例如，電平）可以與一個以上 預定的閾值進行比較，來確定電刷24的磨損狀態(tài)。類似地，瞬態(tài)電值可以與電刷24的震動 有關，可以對其進行監(jiān)視，并且/或者將其與一個以上預