能固定地运行的可升降式刷架系统和相应的旋转电机的制作方法

1.本发明属于应用到三相交流马达的刷架系统领域，特别是可升降电刷系统和固定电刷系统，尤其是构成这种系统的元件。


背景技术：

2.刷架与滑环一起应用到三相交流马达，所述三相交流马达商业上称为滑环马达或绕线转子马达。所述三相交流马达通常用于需要高启动扭矩的应用或供电系统中启动电流受到限制的情况。对于在运行过程中出现可变扭矩的应用，所述马达配备有固定刷架系统，而在仅需要高启动扭矩的应用中，所述马达配备有可升降刷架系统。
3.在两个刷架系统中都存在刷架和滑环组，滑环组负责将不动部分(可变电阻)与旋转部分(转子)连接起来，所述连接通过碳刷完成。
4.现有技术
5.目前，市场上存在的马达具有两种类型的电刷系统，所述电刷系统可以是固定电刷或者可升降电刷。
6.固定电刷系统是电刷在恒压弹簧的压力下与滑环保持永久接触的系统。在这种情况下，由于电刷与滑环永久接触造成的磨损，电刷的使用寿命有限(6到8个月)，因为需要定期更换电刷并清洁容纳电刷的隔室内部，以消除由于电刷的磨损而产生的灰尘，所以在运行、材料和维护成本方面表现出重大劣势。
7.另一方面，可升降电刷系统应用于例如仅需要高启动扭矩的马达，其中电刷应用时间为几秒，并且其余时间，马达作为鼠笼式马达运行。在这种情况下，升降系统借助于负责电刷升降和短路关合两者的电动装置驱动。当马达达到额定转速时，升降系统被驱动，其动作如下：升降系统由马达驱动，所述马达通过减速器来驱动轴，所述轴移动偏心盘。该偏心盘允许系统执行电刷升降和短路关合两者。当偏心盘被移动时，臂被进行短路套管(bushing)关合运动的部件移动。关合短路之后，电刷升降系统被偏心盘移动，但通过升降环来升降电刷。当电刷被提升时，电刷不会与滑环接触，从而防止磨损。在这种类型的解决方案中，电刷的使用寿大约为10年，并且需要清洁的时间间隔较长，例如每6个月。
8.然而，市场上发现的这种可升降电刷系统的缺点在于，因为所述可升降电刷系统使用可变压力弹簧，所以所述可升降系统不能作为固定电刷系统作业。在可变压力弹簧的情况下，压力根据在固定电刷系统中不可能发生的弹簧的伸长变化，在固定电刷系统中，电刷上的弹簧压力控制是其性能的基础，并且相同相位的电刷之间的压力变化必须不能超过15％。此外，现有技术无法预见电刷数量变化的可能性，更不用说根据马达运行的负载条件远程地发生变化了。
9.本文所讨论的本质上是现有技术可升降电刷系统的示例是美国专利文献no.us20120169178，其公开并说明了用于感应马达的短路滑环的系统、方法和装置。所述系统包括与感应马达轴操作连通的轴、围绕所述轴径向定位并与转子绕组电连通的多个滑环以及适于与一个或多个滑环选择性接触的多个电刷。此外，所述系统可以包括与各个马达
转子绕组端子电连通的多个选择性激活电触点以及与电刷和电触点操作连通的驱动机构。
10.根据前述文献us 20120169178，除了升降电刷(130)之外，偏心槽(160)作为成套用的定位器(不可能只使用一侧的结构，即不可能在工作中改变电刷的数量，更不用说远程改变)，然而，所述系统还与通过电流连接的独立机构一起工作，在这种情况下，可能会由于电流的脱离或中断而发生失去连接。显然，所述系统不具有传感器来指出在运行中可能会产生故障的每个独立的机械部分。由于在系统中使用了可变压力弹簧(320)的概念，因此也无法在固定模式下运行。
11.因此，可以得出结论，目前市场不能选择配备有两种电刷系统(可升降和固定)的马达，并且使得用户/客户为两种不同的应用购买单个备用马达。因此，对于上述选择，需要购买两个马达，每个马达配备不同类型的电刷系统。此外，不可能在同一固定电刷系统中在工作中改变电刷数量。
12.因此，从上面的说明中可以推断出，利用恒压弹簧作业并且可以用作固定电刷系统的可升降电刷系统是有空间的，从而克服了现有技术的传统升降系统的缺点。


技术实现要素：

13.因此，本发明的一个目的是提供一种克服现有技术不足的电刷升降系统，特别是提供一种解决方案，该解决方案(i)简化结构并减少部件数量；(ii)只用刷架的一侧即可运行，优化隔室清洁时间和材料消耗；(iii)能够为客户提供为两种不同应用只要一台备用马达的选择；(iv)在升降系统的任何部件发生故障的情况下，能使马达以固定系统运行；并且在可能远程地改变电刷的情况下，能作为固定电刷来运行。
14.本发明的另一目的是提供一种旋转电机，其配备有相应的电刷升降系统。
附图说明
15.为了更好地理解和显示本发明的目的，现将参照附图对本发明进行说明，附图表现了借助于示例性实施方式获得的技术效果，所述示例性实施方式不限制本发明的范围，其中，示意地：
16.图1示出了现有技术电刷系统的不动部分和旋转部分之间的连接的视图；
17.图2示出了现有技术电刷系统的恒压弹簧的前视图和可变压力弹簧的侧视图；
18.图3示出了固定刷架系统的视图，所述固定刷架系统具有现有技术电刷系统的恒压弹簧；
19.图4示出了现有技术电刷系统的典型可变压力弹簧升降系统设计的前视图和侧视图；
20.图5示出了根据本发明的具有恒压弹簧的升降系统的放大细节的前视图；
21.图6示出了根据本发明的具有偏心槽的升降盘的上侧视图和下侧视图；
22.图7示出了根据本发明的系统的等距视图，其示出了用于铰接刷架的轴承单元；
23.图8示出了根据本发明的系统的等距立体图；
24.图8a示出了图8的具有偏心槽的盘、感应式传感器和机械止动件的放大图；并且
25.图8b示出了图8中的细节a的放大图。
具体实施方式
26.本发明涉及一种能够起到固定刷架作用的可升降刷架系统。可升降刷架系统包括驱动减速器(2)的马达(1)，减速器(2)驱动轴(3)，轴(3)移动具有偏心槽的盘(4)。
27.具有偏心槽的盘(4)负责使刷架(9)的两侧独立地移动并通过关合短路套管(6)来完成。
28.具有偏心槽的盘(4)具有两个槽(4a，4b)，两个槽(4a，4b)配置在具有偏心槽的盘(4)的相反两侧并且偏移160
°
至200
°
、优选180
°
，槽(4a，4b)的内半径和外半径之间具有48mm的偏心，其中60％的运动在内半径执行，30％的运动在内/外半径之间的路径执行，10％的运动在外半径执行，为了确保短路系统(8)在降低或提升电刷(12)时保持关合，除了使电刷(12)的相同降低和提升之间的作业角为220
°
至300
°
、优选260
°
之外，左侧刷架(9l)被连接在上槽(4a)中并且右侧刷架(9r)被连接到底槽(4b)，在某些情况下，要么通过在升降系统中仅存在一个臂(9r或9l)，要么作为一种改变固定系统中的电刷(12)的数量的方法，仅一个臂(9r或9l)可以连接到具有偏心槽的盘(4)，其中所述固定系统中存在两个臂(9r和9l)，但是仅一个臂连接到具有偏心槽的盘(4)。
29.具有偏心槽的盘(4)具有两个排放点(4g)，用于清除可能沉积在偏心槽(4a，4b)中的任何不想要的材料。
30.除了上述特征之外，偏心盘(4)具有两个突起(4e)，突起(4e)具有驱动感应式传感器(16)的功能，感应式传感器(16)依次指示电刷(12)的下降或提升行程的结束，向外部面板发送信号以使马达停机(1)。如果系统在被阻塞在过程中间并且行程结束传感器没有被驱动，则系统的外部保护通过定时器或马达断路器关闭同一马达。除了传感器之外，在具有偏心槽的盘(4)的仅顶部还存在机械行程结束系统(4c)，在感应式传感器(16)发生故障的情况下，行程结束系统(4c)与机械止动螺钉(17)一起具有使系统停止的功能。
31.具有偏心槽的盘(4)通过驱动轴(4d)与驱动轴(3)的固定位置来驱动。具有偏心槽的盘(4)具有用于固定中间轴(4f)的部位，中间轴(4f)具有移动套管移动臂(5)并且因此移动短路触点(8)的功能。
32.为了升降电刷(12)，刷架(9)的一侧借助于中间臂(10)连接到上偏心槽(4a)，并且刷架(9)的另一侧连接到具有偏心槽的盘(4)的下偏心槽(4b)。
33.为了移动短路套管(6)，中间轴(7)连接到具有偏心槽的盘(4)，并且中间轴(7)连接到短路套管(6)的移动臂(5)，使短路套管(6)移动。然后，当具有偏心槽的盘(4)旋转时，依次进行短路套管(6)的关合移动然后是电刷(12)的提升。出现在刷架(9)的每侧基座处的轴承单元(11)允许系统在具有偏心槽的盘(4)旋转期间被安全地铰接。
34.由于刷架(9)的每一侧在不同位置连接到具有偏心槽的盘(4)，并且每侧的轴承单元(11)的铰接是独立的，因此当该系统对每种系统尺寸的电刷的额定容量的要求为一半或更少时，可以仅使用刷架(9)的一侧，而不损害电刷的功能。
35.为了使该系统正确运行，电刷(12)必须具有止动件(12a)，使得当电刷(12)被提升时，电刷(12)接触刷架(14)而不会保持与滑环(13)接触。
36.在利用根据本发明的升降系统运行的这种解决方案中，电刷(12)具有大约10年的使用寿命。
37.对于作为固定刷架运行的系统，不需要对系统进行任何干预，只需保持电刷与滑
环接触并停用驱动系统即可。
38.恒压弹簧(15)和电刷(12)的组将确保电刷(12)的正确性能。当系统在电刷(12)下来的情况下作业时，短路套管(6)将在整个马达运行期间打开。
39.也就是说，本发明相对于现有技术所带来的重要优势仍然很明显，即：提供一种刷架升降系统(9)，其配备有恒压弹簧(15)并且能够作为固定刷架系统(9)作业。从这个意义上说，在升降系统中使用恒压弹簧(15)的概念的产生、具有偏心槽(4a/4a)的升降盘(4)和刷架的铰接形状(11)是能利用固定电刷(12)运行的基础，其中具有偏心槽的盘(4)升降电刷(12)，并且也保持电刷(12)处于与滑环(13)接触的状态(固定电刷)时的位置。
40.此外，本领域技术人员将理解，该概念创造了市场上可获得的新的产品选择，其迄今尚未得到证实。
41.元件之间的所有连接都是机械的，并在具有偏心槽的盘(4)上居中，其中刷架(9)的两侧是独立连接的，能够只使用系统的一半，右侧被连接到凸轮的下部(4b)，左侧被连接到上部(4a)，在不出现滑轮或链条的情况下，除了通过中间臂(7)与短路套管的移动臂(5)连接之外，每个独立的机械组都由一对感应式传感器(总共8个内部传感器)监控，感应式传感器除了与具有恒定压力的弹簧系统(15)配合，既可以在可升降系统的情况下也可以在作为固定系统的情况下运行之外，还评估了每个机构的正确定位。用于在固定模式下运行的另一个创新元素是可以利用一个移动臂和另一个固定臂来运行系统，然后可以根据马达(1)远程操作时的负载来改变电刷(9)的数量，确保电刷(9)和滑环(13)的最佳性能。这种技巧能够增加马达可以运行的负载范围，而无需手动干预来移除或添加电刷(9)。
42.因此，如果与现有技术的升降系统所提出的方案相比，所提出的解决方案显著降低了用于组装升降系统的部件的成本和材料的消耗。
43.结论
44.从以上说明可以推断，根据本发明的刷架升降系统能够作为固定刷架系统运行，胜过了现有技术的解决方案，是一种实用的系统，很容易被工业应用，具有新颖性，涉及创造性行为，并导致较少的零件数量、较低的维护成本以及更长的电刷寿命。