[發明專利]電氣軸承接地裝置

有效

• 申請號: 201080062510.1
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102742085A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: J·M·鮑曼
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: H01R4/66
• 分類號: H01R4/66;F16C19/49
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

技術領域

本發明總體涉及轉動電氣軸，并更特別是涉及一種用于對充電軸放電以防止經過所述軸的軸承損壞性放電的電荷消散裝置。

背景技術

電感應現象、即電場和磁場之間產生力或形成電流的相互作用在范圍很廣的工業的多種應用中得到利用。實際上，在電能產生或轉換成物理運動的幾乎所有情況下，利用電感應的能量。

例如，磁性陣列在導體網絡內的旋轉(或者傳導線圈在磁體陣列內的旋轉)產生電流，電流可以作為可用電能來控制。這種原理在工業應用、機車應用、市政電力應用等的發電機中得到應用。相反，在馬達應用中，在電流被迫經過傳導線圈時，因此產生的磁場與永磁場相互作用，造成線圈(或永磁體)運動。

雖然感應現象(即發電或物理運動的引起)的預期效果通常是有利的，但這種現象有時也由于寄生感應造成非預期后果。這種情況下的相關例子是有時公知為軸充電或軸放電的情況。在這種情況下，發電或馬達應用中使用的旋轉軸相對于附近的接地主體(即馬達殼體或發電機殼體)變得感應充電。雖然因此產生的靜態電荷本身沒有損害，但電荷會突然消散，或者在一定電壓水平下經由至地面的中間路徑形成電弧。出現這種情況的電壓水平取決于許多因素，從空氣濕度到機器的多種部件的傳導性。但是，在大多數情況下，這種放電是有害的，并且通常是不希望的。

特別是，這種突然放電通常在顯著大的電壓幅值下，雖然持續時間短暫。在這種短暫的高電壓放電的過程中，電荷經過的部件會被腐蝕、形成凹痕并甚至會燒毀。這是由于放電是非線性的閾值現象。換言之，第一可用的傳導路徑將使得放電馬上進行，這將進一步減小采用任何其他路徑放電的可能性，即使所述其他路徑幾乎是相同的。因此，與點焊類似，所述第一很有限的適當放電路徑被迫用于整個放電，造成甚至最堅固的傳導材料也快速加熱和熔化。實際上，即使最堅硬的金屬軸承也會由于這種現象而快速腐蝕和形成凹痕。

破壞性軸放電的可能性長時間為人所知，并且多年來進行了許多嘗試來消除這種問題。雖然一些解決方法具有一定效果，還需要一種完全有效、經濟和相對上沒有維護的解決方案。

發明內容

在所公開的原理的一個方面，提供一種用于消散固定殼體包含的轉動軸上的電荷的組件。該組件包括與偏壓元件結合使用的環形傳導電荷消散部件，偏壓元件被定向成將軸向力施加到環形傳導電荷消散部件，使得環形傳導電荷消散部件在軸轉動的同時保持與軸和殼體接觸。在一種實施方式中，偏壓元件是彈簧，并且進一步是壓縮螺旋彈簧和壓縮波形彈簧中的一種。

在另一實施方式中，提供一種用于使得轉動地支承在接地殼體內的軸接地的方法。該方法包括將傳導環靠近軸的自由端定位在殼體內，并且將偏壓元件放置在殼體內，使得傳導環位于偏壓元件和軸的自由端之間，其中偏壓元件與傳導環和軸同軸。貼靠傳導環壓縮偏壓元件將環貼靠軸的自由端偏壓，從而傳導環與殼體傳導接觸，因此使得軸接地。

在另一實施方式中提供一種用于應用到轉動軸的自由端以使軸與周圍固定殼體接地的軸接地升級套件。該套件包括具有與圍繞軸的自由端的殼體部分的內直徑大致相同的直徑的傳導環構件以及具有與傳導環構件相同的直徑的柱形彈簧。柱形彈簧的彈簧常數被選擇成使得彈簧貼靠傳導環構件在殼體內的壓縮足以保持環與軸和殼體接觸。傳導環構件在軸轉動的同時相對于殼體在轉動上保持固定。傳導環構件可由灰鐵構成，并且柱形彈簧可以是波形彈簧和螺旋彈簧中的一種，或者可替代地包括如上所述的另一種偏壓裝置。

附圖說明

從以下詳細描述和附圖中將理解本發明的原理的其他方面和特征，附圖中：

圖1是穿過示例性發電機軸的截面側視圖，表示會出現軸放電以及可以采用本發明的系統和方法的旋轉軸環境；

圖2是表示針對在例如圖1的環境中發生的軸充電和放電的等同電路構造的電路圖；

圖3是穿過示例性發電機軸的截面側視圖，表示采用本發明系統和方法的旋轉軸環境；

圖4是發電機軸端組件400的分解截面側視圖，該組件中采用與本發明系統一致的電荷消散裝置和構造；以及

圖5是與所示軸放電系統的實施方式一致的單件式間斷端環的前部示意圖。

具體實施方式

本發明涉及電能使用和發電，并且本發明的原理可以容易安裝和容易維護的形式對軸承充電/放電進行有效和經濟的解決。本發明的系統和設備可在沒有大量的供應或改裝成本的情況下用于范圍廣泛的應用中，包括機車、工業和建造的能量使用和發電應用等。具體的非限定例子包括工業和消費者等級的發電機，例如獨立發電機和作為大型機器或結構一部分的發電機。