專利名稱：利用電刷磨損檢測(cè)器的改進(jìn)的碳刷握的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于碳刷集電系統(tǒng)的一種儲(chǔ)存式刷握，更具體地說(shuō)，涉及具有電刷磨損檢測(cè)器的一種改進(jìn)的刷握。
在某些帶靜態(tài)勵(lì)磁的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，例如大型汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，碳刷集電系統(tǒng)被用作將磁場(chǎng)電流傳送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。集電裝置通常包括有裝在轉(zhuǎn)子上的一對(duì)或每極一個(gè)集電環(huán)和環(huán)繞每個(gè)集電環(huán)成角度地布置並與其相接觸的一組靜止電刷。為了保護(hù)集電裝置和防止操作人員不當(dāng)心地接觸到它們，集電裝置是封閉在一個(gè)外殼內(nèi)的，該外殼包括固定的底座。通常這個(gè)外殼叫做集電箱。集電箱通常包括具有密閉孔口的靜止橫向端壁，轉(zhuǎn)子軸通過(guò)該孔口;並具有一個(gè)定界外殼頂蓋和側(cè)壁的箱體。在某些裝置中，希望能在發(fā)電機(jī)不停機(jī)的情況下更換電刷。因此箱體設(shè)有入口，通過(guò)該入口可以進(jìn)到集電裝置。
因?yàn)楦吣芰康男枰?，通常在一個(gè)框架形刷握內(nèi)安排多個(gè)碳刷。多個(gè)電刷(一般為6個(gè))組裝在刷握內(nèi)，各刷握則布置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的外徑周?chē)＿@種刷握的實(shí)例在美國(guó)1968年6月4日發(fā)布的專利3，387，155和1973年1月16日發(fā)布的專利№.3，710，478中都作了敘述。
雖然這些裝置可以容易地更換電刷，但需首先確定何時(shí)一個(gè)或多個(gè)電刷已磨損到必需更換的程度。這一般由定期地觀察電刷來(lái)進(jìn)行。箱體內(nèi)側(cè)集電器周?chē)邢鄳?yīng)的噪聲，而且裝有運(yùn)行在高電壓下的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。于是，當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，為了解各電刷磨損情況，檢查人員必須進(jìn)入到一個(gè)相當(dāng)威脅安全的環(huán)境中進(jìn)行直觀檢查。為了將電力系統(tǒng)代價(jià)很高的停機(jī)時(shí)間減至最少，這種檢查是在發(fā)電機(jī)在線時(shí)完成的。從而為避免安排維護(hù)人員在發(fā)電機(jī)在線時(shí)進(jìn)入集電箱內(nèi)檢查電刷，一種給位于遠(yuǎn)方的操作人員指示電刷磨損情況的裝置是必要的。
本發(fā)明的主要目的是提供一種遠(yuǎn)方檢測(cè)裝置，以測(cè)出集電器內(nèi)使用的碳刷何時(shí)被磨損到超過(guò)其有用長(zhǎng)度。
本發(fā)明另一個(gè)目的是給操作人員指出已經(jīng)磨損的電刷的刷握位置。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。在一臺(tái)具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)力發(fā)電機(jī)中，在轉(zhuǎn)軸上有軸向隔、開(kāi)並與軸一起旋轉(zhuǎn)的一個(gè)或多個(gè)集電環(huán)，和圍繞集電環(huán)成角度地支撐著並與集電環(huán)呈滑動(dòng)接觸的多個(gè)固定的集電碳刷，各電刷分組放在多個(gè)可拆卸的各刷握內(nèi)，因此一部分電刷可以單獨(dú)地拆卸下來(lái)脫離與集電環(huán)的接觸。所考慮檢測(cè)裝置應(yīng)能拆卸刷握內(nèi)一組電刷中至少一個(gè)磨低到予定量的電刷。
本發(fā)明的各種其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由結(jié)合附圖閱讀以下詳述將變得更加容易明白，這些僅作為實(shí)例示出。其中

圖1是一個(gè)典型汽輪發(fā)電機(jī)集電箱的截面圖;
圖2是圖1集電箱的一個(gè)側(cè)視圖;
圖3是一個(gè)框架式刷握的透視圖;
圖4是本發(fā)明帶有電刷磨損檢測(cè)器的刷握側(cè)視圖;
圖5是沿圖4的Ⅴ-Ⅴ線取得的視圖;
圖6是帶有磨損電刷的一個(gè)刷盒側(cè)視圖;
圖7是本發(fā)明的一個(gè)典型接觸器簧片的視圖。
現(xiàn)參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，圖1和2示出發(fā)電機(jī)的一部分，例如一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，它具有一個(gè)轉(zhuǎn)子軸10，該軸穿過(guò)一個(gè)通常叫集電箱13的外殼。一個(gè)固定的底座16提供了集電箱13的底部。集電箱13內(nèi)封裝一套集電裝置19，該裝置包括一個(gè)或多個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸10上且軸向隔開(kāi)並與軸一起旋轉(zhuǎn)的集電環(huán)22。集電裝置19包括一組或多組碳刷25，碳刷25用各刷握28成角度地裝在一個(gè)或多個(gè)集電環(huán)22的周?chē)鷣K與集電環(huán)滑動(dòng)接觸，見(jiàn)下文詳述。各刷握由一種通常叫做翼片的環(huán)形板31支撐著，該環(huán)形板被固定到底座構(gòu)件16上。集電環(huán)22的數(shù)目和相應(yīng)電刷25的組數(shù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)磁極數(shù)而定的，因此至少包括相反極性的一對(duì)。由一個(gè)絕緣襯墊34將翼片31與底座構(gòu)件16在電氣上絕緣，並具有穿過(guò)底座構(gòu)件16延伸到與各引線(未示出)連接的各端接37。照這樣，來(lái)自勵(lì)磁機(jī)(未示出)的直流電流被傳送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子10以提供發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)。
這種集電箱已在1987年12月15日發(fā)表的美國(guó)專利4，713，566中進(jìn)行敘述，該專利已轉(zhuǎn)讓到本受讓人。
在某些發(fā)電機(jī)中具有大量的電刷25，通常有若干個(gè)電刷安裝或聚集在絕緣的卡盤(pán)上，並且當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可通過(guò)集電箱13的檢修門(mén)40進(jìn)行拆卸和更換。這種框架式刷握28的一個(gè)實(shí)例示于圖3中。因?yàn)榭赡苡休^大電流流過(guò)集電裝置19，重要的是當(dāng)拆卸刷握28時(shí)，對(duì)兩個(gè)極性之間或?qū)娧b置19和接地導(dǎo)體之間不能同時(shí)發(fā)生接觸。
利用本發(fā)明電刷磨損檢測(cè)器43改進(jìn)的碳刷集電系統(tǒng)刷握28示于圖4-6。在典型框架式刷握28中，多個(gè)碳刷25(大約為6個(gè))通常布置在矩形刷盒46內(nèi)。由于盤(pán)簧49的恒壓力，各碳刷25都在徑向方向?qū)姯h(huán)22加偏壓(在圖中向下的方向)。由于有一套附加到刷握28上並與其絕緣的各觸指52，什么時(shí)候一個(gè)電刷磨壞時(shí)(即比規(guī)定的預(yù)定長(zhǎng)度較短)電氣裝置43即提供檢測(cè)作用。
最好各觸指52布置成一個(gè)接觸器簧片55的形式，示于圖7中。導(dǎo)電材料構(gòu)成的接觸器簧片55例如可用螺栓58和絕緣物59固定到刷盒46上。通常有多個(gè)觸指52(每個(gè)電刷25有一個(gè))自接觸器簧片55垂直向下伸出，每個(gè)觸指在其端部有一個(gè)絕緣的突頭61，如圖4所示，當(dāng)它們最初裝配時(shí)，絕緣突頭61通過(guò)在刷握28上的一個(gè)孔62伸出並接觸到電刷25。照這樣，靠近接觸器簧片55和突頭61的中間位于觸指52上的觸點(diǎn)64被推開(kāi)並與刷盒46脫離接觸。
然而，如圖6中所示，當(dāng)電刷25磨低時(shí)由于盤(pán)簧49的作用迫使電刷25的頂端67向下行過(guò)絕緣突頭61的位置，則觸指52向內(nèi)加壓形成觸指52上的觸點(diǎn)64與刷盒46相接觸。由于引線70連接到接觸器簧片55的連接點(diǎn)73上，當(dāng)某個(gè)刷盒46內(nèi)的一個(gè)電刷25磨壞時(shí)就能對(duì)遠(yuǎn)方的運(yùn)行人員提供一個(gè)指示，從而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間避免了進(jìn)入集電箱13對(duì)電刷進(jìn)行檢查的必要。
當(dāng)接觸器簧片55最初附加到刷握28上並且構(gòu)成刷握28的部件時(shí)，如果刷握28沒(méi)裝入電刷25，觸頭64已經(jīng)同刷盒46相接觸。然而，如圖4所示，當(dāng)新的電刷25放入刷握28時(shí)，在觸指52端部上的絕緣突頭61迫使觸點(diǎn)64遠(yuǎn)離刷盒46從而斷開(kāi)其接觸。只是在電刷25磨損到允許突頭61滑過(guò)電刷25端部67以后(圖6)，接觸器簧片55的觸點(diǎn)64才會(huì)再次形成與刷握28相接觸。與刷盒46的這一接觸使觸指52和接觸器簧片55帶電。因此這種情況就能通過(guò)引線70用電子儀器或電的方法進(jìn)行檢測(cè)，而電刷磨損的情況能在遠(yuǎn)方指示出來(lái)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)引線70連接到從接觸器簧片55那里延伸的連接點(diǎn)73上。為了使用適當(dāng)?shù)男盘?hào)設(shè)備，然后引線70與其它各刷握28(當(dāng)采用多于一個(gè)刷握時(shí))的各引線一同接到一個(gè)中央端子板上(未示出)。例如，各不同刷盒46的各引線70可拉到帶有信號(hào)燈76的盤(pán)上(未示出)，例如用發(fā)光二極管，標(biāo)以標(biāo)志且位于從集電箱13外可見(jiàn)的位置。照這樣，在給定的刷握28內(nèi)如果有一個(gè)電刷25磨低到預(yù)定量的情況下，裝有磨損電刷25的刷握28將會(huì)由相應(yīng)的點(diǎn)亮信號(hào)燈76指示出來(lái)。于是，在例行的設(shè)備檢查期間，被磨損的一個(gè)電刷就能檢測(cè)出來(lái)，避免了必須運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)定期進(jìn)入集電箱13對(duì)磨損電刷25進(jìn)行直觀檢查。當(dāng)磨損的電刷25被指示出來(lái)后，運(yùn)行人員只需打開(kāi)集電箱門(mén)40以便拆卸掉裝有磨損電刷25的那個(gè)刷握28，然后插入一個(gè)具有新電刷25的刷握28即可。
作為進(jìn)一步提高，可用一個(gè)連接到信號(hào)盤(pán)上的繼電器(未示出)，該繼電器可由指示磨損電刷25所點(diǎn)亮的任一信號(hào)燈76來(lái)起動(dòng)，且能遠(yuǎn)方指示出至少有一個(gè)刷握28需被注意。在運(yùn)行人員已注意到已磨損電刷25的刷握28發(fā)出的指示后，只需查看信號(hào)燈盤(pán)即看出哪個(gè)刷握28具磨損電刷25。例如，這個(gè)繼電器也許能連接到一個(gè)音響報(bào)警器上，以更明確地引起運(yùn)行人員注意上述情況的存在。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，能精確地檢測(cè)出被磨損的一個(gè)電刷，以便卸掉它。可用單獨(dú)的電引線連接到接觸器簧片55的每一個(gè)觸指52上代替接觸器簧片55上單個(gè)引線70。對(duì)于這種型式的指示器可利用單獨(dú)的觸指52連接，而未必由接觸器簧片55來(lái)連接。照這樣，不但刷握28的位置被指出而且對(duì)磨低的個(gè)別電刷25也能向運(yùn)行人員指出。這種型式的裝置可用于集電系統(tǒng)，其中每一單獨(dú)的電刷被支撐在集電環(huán)22周?chē)痪奂谝粋€(gè)刷握28內(nèi)。
雖然本發(fā)明的具體實(shí)施例已詳述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，根據(jù)所發(fā)表的全部?jī)?nèi)容可發(fā)展出各種修改和改進(jìn)。例如，用于檢測(cè)的信號(hào)可能是用于勵(lì)磁的直流電壓，可能是用于接地檢測(cè)的電壓，或者是專用于電刷磨損檢測(cè)儀器的附加電源。另外，激勵(lì)電壓可能由靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)供給，對(duì)這種型式的集電系統(tǒng)該靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)一般是存在的。所以，所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)僅為舉例說(shuō)明，並不限制本發(fā)明的范圍，該范圍的幅度和它的任何等效內(nèi)容全部給在附加的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一臺(tái)動(dòng)力發(fā)電機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)，在軸(10)上至少有一個(gè)軸向隔開(kāi)又與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)的集電環(huán)22，並且有成角度的支撐在所述集電環(huán)(22)周?chē)峙c其呈滑動(dòng)接觸的多個(gè)固定的碳集電刷(25)，所述各電刷(25)分組放在多個(gè)可拆卸的刷握(28)內(nèi)，致使一部分所述電刷(25)可從單獨(dú)地拆卸而脫離與所述集電環(huán)(22)的接觸，並且當(dāng)一個(gè)所述可卸刷握(28)內(nèi)所述組合電刷(25)中的至少一個(gè)磨低到一預(yù)定量時(shí)，檢測(cè)該磨損的電刷，其中所述磨損電刷的特征在于由導(dǎo)電材料制成的一個(gè)簧片(55)，固定到所述可拆卸的刷握(28)上；至少有一個(gè)觸指(52)從所述簧片(55)那里基本上垂直延伸出來(lái)，所述觸指(52)放置在靠近所述可拆卸刷握(28)上的一個(gè)孔(62)；和在一個(gè)所述觸指(52)上，簧片(55)的對(duì)過(guò)，並通過(guò)所述孔(62)伸出了一個(gè)電氣絕緣的突頭(61)，致使當(dāng)一個(gè)所述各電刷(25)插到所述可拆卸的刷握(28)中時(shí)，由于突頭(61)接觸到電刷(25)，則觸指(52)被推而離開(kāi)所述可拆卸的刷握(28)，並當(dāng)一個(gè)所述電刷(25)磨低到預(yù)定量時(shí)，電刷(25)從突頭(61)脫離開(kāi)，所以引起觸指(52)接觸到所述可拆卸的刷握(28)，借此而產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其特征還在于，所述觸指(52)還包括在其上面並設(shè)置在簧片(55)和突頭(61)之間的一個(gè)突部(64)，突部(64)指向可拆卸的刷握(28)，因此當(dāng)一個(gè)所述電刷(25)磨低到預(yù)定量時(shí)，在所述觸指(52)和可拆卸的刷握(28)之間易于接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其中，所述觸指(52)被偏壓向可拆卸的刷握(28)。
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其中，磨損電刷的特征還在于，具有一端連接到簧片(55)和其相反端連接到一個(gè)電指示器(76)上的一個(gè)電引線(70)，因此當(dāng)可拆卸的刷握(28)內(nèi)的一個(gè)所述電刷(25)磨低到預(yù)定量時(shí)，電信號(hào)就從簧片(55)傳送到指示器(76)。
5.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其中，磨損的電刷的特征還在于，具有一端(73)連接到簧片(55)和其相反端連接到一個(gè)電指示器(76)的一個(gè)電引線(70)，因此當(dāng)可拆卸的刷握(28)內(nèi)的一個(gè)所述電刷(25)磨低到預(yù)定量時(shí)，電信號(hào)就從簧片(55)傳送到指示器(76)。
6.如權(quán)利要求5所述的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其中，電刷磨損指示器(76)的電指示器(76)包括多個(gè)發(fā)光二極管，各二極管按一預(yù)定方式布置，並且每個(gè)二極管對(duì)應(yīng)于每一個(gè)所述可拆卸的刷握(28)，因此具有一個(gè)磨低到預(yù)定量電刷(25)的一個(gè)可拆卸刷握(28)的指示和位置被顯示出來(lái)。
7.權(quán)利要求6的動(dòng)力發(fā)電機(jī)，其中，電指示器(76)還包括一個(gè)音響報(bào)警器，當(dāng)一個(gè)所述發(fā)光二極管被觸發(fā)時(shí)它被觸發(fā)。
8.一臺(tái)發(fā)電機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)，在軸(10)上具有與其一起放置的一對(duì)集電環(huán)(22)，和具有成角度地支撐在所述集電環(huán)(22)周?chē)鷣K與其呈滑動(dòng)接觸的多個(gè)固定的集電器碳刷(25)，所述電刷(25)分組放在多個(gè)可拆卸的刷握(28)內(nèi)，致使一部分所述電刷(25)可從與其相接觸的所述集電環(huán)(22)上單獨(dú)地拆卸下來(lái)，並且當(dāng)一個(gè)所述可拆卸的刷握(28)內(nèi)至少所述組合電刷(25)之一磨低到一預(yù)定量時(shí)，檢測(cè)磨損的電刷，其中所述檢測(cè)磨損電刷的特征在于由導(dǎo)電材料制成的一個(gè)接觸器簧片(55)，固定到所述刷握(28)上;有多個(gè)觸指(52)從接觸器簧片(55)基本上垂直向下延伸，所述觸指(52)之一放置在鄰近于所述刷握(28)中多個(gè)孔(62)之一;每一個(gè)所述觸指(52)上有一個(gè)電絕緣的突頭(61)並放置在與接觸器簧片(55)相反的一端上，通過(guò)一個(gè)所述孔(62)伸出;和每一個(gè)所述觸指(52)上的一個(gè)觸點(diǎn)放置在接觸器簧片(55)和絕緣的突頭(61)之間並指向所述刷握(28)，所以當(dāng)一個(gè)所述電刷(25)插到所述刷握(28)中時(shí)，由于突頭(61)與電刷(25)相接觸，則觸點(diǎn)被推動(dòng)而離開(kāi)了所述刷握(28)，當(dāng)所述電刷(25)之一磨低到預(yù)定量時(shí)，電刷(25)與突頭(61)脫離接觸，因此，引起該觸點(diǎn)接觸到所述刷握(28)，從而使接觸器簧片(55)被激勵(lì)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)，其特征還在于，所述觸指(52)被偏壓向所述刷握(28)。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)電機(jī)，其中磨損電刷的特征還在于具有一端連接到接觸器簧片(55)和另一對(duì)應(yīng)端連接到電指示器(76)的一個(gè)電引線(70)，因此當(dāng)一個(gè)所述刷握(28)內(nèi)的一個(gè)所述電刷(25)磨低到預(yù)定量時(shí)，從電激勵(lì)的接觸器簧片(55)就傳送一個(gè)電信號(hào)到指示器(76)。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī)，其中，磨損電刷的電指示器(76)的特征在于，有對(duì)應(yīng)于多個(gè)刷握(28)的多個(gè)發(fā)光二極管，每個(gè)發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)于一個(gè)所述刷握(28)，而且按一預(yù)定方式布置，從而當(dāng)二極管由電激勵(lì)的刷握(28)觸發(fā)時(shí)具有磨損到預(yù)定量電刷的一個(gè)刷握(28)的指示和位置被顯示出來(lái)。
12.權(quán)利要求11的發(fā)電機(jī)，其中，電指示器(76)還包括有一個(gè)音響報(bào)警器，當(dāng)一個(gè)電刷(25)磨低到預(yù)定量被檢測(cè)出來(lái)時(shí)，有一個(gè)所述發(fā)光二極管被觸發(fā)，從而觸發(fā)該報(bào)警器以得到指示。
全文摘要
發(fā)電機(jī)電刷磨損檢測(cè)器43，包括一個(gè)導(dǎo)電材料的接觸簧片55絕緣地固定到刷握28，簧片55有多個(gè)垂直下伸的觸指52置于鄰近刷握28的孔62上并絕緣。觸指52的對(duì)端有一絕緣且通過(guò)孔62伸出的突頭61，當(dāng)電刷25插到刷握28時(shí)，觸指52由突頭61推離刷握。當(dāng)一個(gè)電刷25磨低到一定量即從突頭61處脫離而致觸指52接觸刷握28產(chǎn)生一電信號(hào)，而測(cè)出磨損電刷25。
文檔編號(hào)H02K13/00GK1049250SQ9010651
公開(kāi)日1991年2月13日 申請(qǐng)日期1990年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月3日
發(fā)明者詹姆斯·R·匹普金, 愛(ài)德華·D·湯普森 申請(qǐng)人:西屋電氣公司