監視一個以上電機元件狀態的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明大體涉及監視電刷和刷架組件的監視系統，所述監視系統可以用于電氣裝 置和/或集電環組件。更加具體地本發明涉及使用柔性傳感器，監視刷架組件中電刷磨損 和/或電氣裝置集電環情況的監視裝置、組件、系統和方法。
【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電機、電機和/或集電環 組件，所述滑動連接應用，例如旋轉機器上的集電環組件，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。可以設計電刷和刷盒，使得電刷能夠在刷盒內滑 動，在電刷和電刷所接觸的移動接觸表面之間提供連續的接觸。在操作過程中，異常情況和 /或閾值情況可能發生，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/或閾值情況的發生，監視電氣裝置一個以上部件是具有優勢 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 發生是具有優勢的。
【發明內容】
[0004] 本發明指向使用柔性傳感器，監視刷架組件中電刷磨損和/或電氣裝置集電環情 況的監視裝置、組件、系統和方法。因此，一個進行說明的實施例為設置用來監視電機刷架 組件碳刷的監視裝置。監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的程度。
[0005] 另一個進行說明的實施例為，用來監視與電機關聯的一個以上碳刷磨損狀態，和/ 或電機旋轉部件磨損狀態的系統。該系統可以包括一個以上與電機和位置監視器關聯的刷 架組件，所述位置監視器用來從一個以上刷架組件接收磨損狀態信息。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 狀態監視器。可以對所述彈簧進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。通過監視碳刷的物理位置和/或運動，例如通過監視與彎曲傳感器曲率半 徑關聯的程度（例如，電阻、電壓、電流等），可以確定碳刷的磨損狀態和/或電機旋轉部件 的磨損狀態。可以對磨損狀態監視器進行設置，使用柔性傳感器可變電阻來確定碳刷磨損 狀態的程度。位置監視器可以與一個以上所述電刷組件磨損狀態監視器通信連接，用來接 收有關一個以上所述電刷組件碳刷磨損狀態的信息，并且將一個以上所述碳刷的磨損狀態 傳遞給使用者。
[0006] -種監視電氣裝置一個以上部件磨損狀態的方法，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，并且將所述碳刷磨損狀態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，所述傳感器用來監視碳刷或者電 機關聯的旋轉部件的磨損狀態。所述刷架組件包括碳刷，彈簧和磨損狀態傳感器，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。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 一個的磨損狀態的信息傳遞給接近所述電機的位置監視器。
[0008] 上面的
【發明內容】
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視系統的視圖；
[0011] 圖2A和2B為圖1磨損狀態傳感器的立體圖；
[0012] 圖3示出了包括圖1和2磨損狀態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的刷架組件的側視圖；
[0016] 圖7為表示具有位置監視器的框圖；
[0017] 圖8示出了使用唯一標識系統來參考電機上刷架和關聯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關聯；
[0019] 圖10示出了說明電機旋轉部件情況的瞬態電壓信號例子的示意圖；
[0020] 圖11示出了監視一個以上電氣裝置部件磨損狀態的方法。
[0021] 盡管可以對本發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，不打算將本發明 的各個方面限制在所描述的特定的實施例。相反，本發明打算覆蓋所有落入本發明精神和 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字的數字。
[0024] 通過端點來列舉的數字范圍，包括了該范圍內的所有數字（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/或規格，盡管公開了一些合適的尺寸、范圍和/或數值，應 當理解，本領域的技術人員，受到本發明的啟示，可以從那些特別公開的部分中得到所需要 的尺寸、范圍和/或數值。
[0026] 正如說明書和所附權利要求書中所使用的，單數形式的"a"、"an"和"the"包括了 其所指對象的復數形式，除非內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 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視系統100用來說明的視圖，該系統可以包括刷架組 件110、位置監視器120和/或包括了遠程監視裝置150、160的遠程監視點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 電刷監視系統100可以使用各種刷架組件構造。也就是說，進行說明的電刷監視系統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，進行說明的電刷監視 系統 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、集電環或者換向器，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監視器50和柔性傳感器60,其中磨損狀 態監視器50可以與柔性傳感器60通信連接。例如，磨損狀態監視器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，磨損狀態監視器50可以緊鄰彈簧29定位。例 如，磨損狀態監視器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。磨損狀態監視器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。在一些情況下，為了 將磨損狀態信息傳遞給使用者，標示器55可以包括一個以上發光二極管（LEDs)，揚聲器或 者兩者的結合。在一些情況下，磨損狀態監視器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，磨損狀態監視器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，磨損狀態監視器 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監視器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 監視器50可以將柔性傳感器60的穩態電阻值與電刷24的磨損狀態聯系起來，并且/或者 將瞬態電阻與導電表面12和/或旋轉部件15的磨損狀態聯系起來。柔性傳感器60的穩 態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。穩態電值（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。類似地，瞬態電值可以與電刷24的震動 有關，可以對其進行監視，并且/或者將其與一個以上預