用于带有接地刷端点的螺纹紧固件的系统和方法与流程

用于带有接地刷端点的螺纹紧固件的系统和方法
1.相关申请交叉引用
2.本技术在此要求获得2020年10月26日提交的美国临时申请序列号63/105,723，题为“用于带有接地刷端点的螺纹紧固件的系统和方法”和2021年10月19日提交的美国专利申请第17/505,391号，题为“用于带有接地刷端点的螺纹紧固件的系统和方法”的优先权和利益。美国临时申请序列号63/105,723和17/505,391在此通过引用纳入出于所有目的的全部内容。


背景技术：

3.在采用旋转部件的应用中，例如在电动机或发电机运行时，设备上的电荷积聚会导致通过轴承放电，从而导致机械损坏和过早的轴承故障。已经尝试使用了一些缓解技术来克服这个问题，包括与具有到地路径的旋转部件进行接触的导电刷。然而，导电刷和旋转部件的表面间的极端平移力可能会损坏传统的缓解电压的系统和方法，并可能无法提供足够的保护。


技术实现要素：

4.公开了采用接地笔刷来缓解旋转板上电流的系统和方法。特别的，接地笔刷包括两束或更多束导电丝，这些导电丝束与其他导电丝束通过阈值距离隔开，大体上如图所示和与至少一个图有关的描述，如权利要求中更完整地阐述。
5.说明书附图
6.图1是根据本公开的各方面的接地笔刷的示例。
7.图2a-2d示出了根据本公开的各方面，在图1接地笔刷的接地刷组件中的导电丝排列示例。
8.图3a和3b是根据本公开的各方面，图1的接地笔刷的排列示例。
9.图4是根据本公开的各个方面，图3b的接地笔刷的布置的示例实施方式。
10.图5a和5b示出了根据本公开的各个方面，在图1的接地笔刷的接地刷组件中的导电丝和保持器的排列示例。
11.这些图不一定是按比例的绘制。在适当的情况下，可使用类似或相同的附图标记来表示类似或相同的部件。
具体实施方式
12.公开了采用接地笔刷来缓解旋转板上电流的系统和方法。特别的，接地笔刷包括接地刷组件，该接地刷组件包括两束或更多束导电丝(或纤维)，这些导电丝(或纤维)配置为当笔刷被固定在旋转板上时从开口伸出出来。例如，两束或更多束导电丝中的每一束都与其他的导电丝束通过相隔阈值距离隔开(例如，在接地刷组件的底部和/或当导电丝从接地刷组件中伸出时)。可通过采用一个或多个保持器来保持隔开，保持器配置为将第一束导电丝与第二束导电丝隔开。
13.在一些例子中，接地笔刷由主体限定，该主体包括多个外部螺纹，其用于将接地笔刷固定在旋转板的螺纹开口中，在旋转板的旋转运动期间导电丝与导电元件进行电接触。尽管在示例中描述为旋转板，但该旋转板可以是为来自导电元件的积聚电荷提供电流路径的任何物体、表面和/或装置。
14.在一些例子中，每束导电丝可以具有相同数量的导电纤维，而在一些例子中，每束导电丝可以具有可变数量的导电纤维。每束导电丝的导电纤维可以具有共同的长度、直径和/或组成，或者多种多样的长度、直径和/或组成。
15.在一个示例应用中，接地笔刷或刷被安装到旋转板或板上，导电纤维束从旋转板的表面伸出。旋转板被布置成面对相对于旋转板固定的另一板(或物体、表面、装置等)，使得旋转板被配置成相对于固定板平移。
16.与导电丝束对准(例如，沿旋转路径、直线平移路径等)的是安装在固定板(例如，通过一个或多个托架)上的一个或多个导电元件(例如，金属、导电合金、半导体等)。在这样的布置中，导电丝束被配置为与导电元件接触，从而通过接地笔刷和/或旋转板提供从固定板到参考电压(例如，电气接地点)的电流路径。在一些例子中，接地笔刷安装在固定板或物体上，且旋转或移动板相对于固定板平移。
17.在各种应用中，包括电动机和相关的机械耦合设备，如变速箱等，都会经历电容和电感耦合的电压积累。一些接地是由相对较少和/或较小的导电丝实现的。由于低阻抗接地是可能的，在某些情况下随着微纤维导电元件的应用，甚至允许在不连续接触和/或不与移动表面进行接触的情况下缓解电流。
18.在旋转或平移表面的例子中，旋转表面上的电压导致寄生或其他不想要的电流流经轴承，然后流向地面。在很短的时间内，电荷可以积累到很高的水平。当电荷超过最小电阻路径的放电阈值时，有时通过移动部件之间的球轴承，电能的瞬间爆发或放电可以沿路径传递。放电可导致沿路径的放电加工(edm)，如果最小电阻路径是通过轴承，则会损坏轴承滚道的表面和轴承中的滚珠。电能爆发会产生熔烧坑，而熔烧坑形成的颗粒通常会滞陷在轴承内部的润滑剂中。熔烧坑和轴承内的颗粒材料都会干扰轴承的自由旋转，这可能导致机械损坏和过早的轴承故障。虽然一些公开的例子是参照旋转板描述的，但导电丝也可用于与在旋转或平移表面内经历寄生电压积聚的任何应用进行电接触。
19.已经使用了许多缓解技术试图克服这个问题。包括使用多个导电丝的传统的技术是单一的粘合或涂抹器。另一项传统技术是使用弹簧加载的固体刷(如铜、银石墨等)将旋转表面接地，该弹簧加载的固体刷提供了到接地点的连续电流流动。然而，弹簧加载的刷会快速磨损，由此需要经常定期维修和更换。由于电刷和旋转表面之间的交替摩擦关系，弹簧刷也有振动的趋势。不管是什么原因造成的刷振动，都会导致不良的火花和/或增加流经轴承和/或下游设备的电流。然而，根据下面的描述和附图，通过所公开的接地笔刷，这些缺点被克服了。
20.在公开的示例中，用于减轻旋转板上的电流的接地笔刷包括主体，该主体包括多个外部螺纹，用于将笔刷固定在旋转板的螺纹开口中；以及接地刷组件，其包括两束或多束导电丝，导电丝被配置为当笔刷被固定在旋转板上时从开口处伸出，在旋转板的旋转运动期间导电丝与导电元件进行电接触。
21.在一些例子中，两束或更多束导电丝中的每束导电丝在接地刷组件的底部以阈值
距离分开。
22.在示例中，两束或多束导电丝包括第一束导电丝和第二束导电丝，接地刷组件进一步包括一个或多个保持器，该保持器被配置为将第一束导电丝和第二束导电丝分开。在示例中，一个或多个保持器或两束或更多束导电丝通过紧固件固定在接地刷组件上。
23.在一些例子中，一个或多个保持器或两束或更多束导电丝通过粘合剂固定到接地刷组件上。在一些例子中，一个或多个保持器包括介电材料。在示例中，一个或多个保持器包括导电材料。
24.在示例中，第一束导电丝为第一长度，而第二束导电丝为大于第一长度的第二长度。在一些示例中，第一束导电丝包括第一数量的导电丝，并且第二束导电丝包括大于第一数量的第二数量的导电丝。
25.在一些例子中，一个或多个导电丝包括复合纤维。在示例中，一个或多个导电丝包括碳纤维、镍、不锈钢、编织纤维或导电塑料中的至少一个。
26.在一些例子中，旋转板被布置在电动机中。
27.在一些例子中，旋转板被布置在风力涡轮机中。
28.在公开的示例中，用于减轻移动板上的电流的接地笔刷包括主体，该主体包括多个外部螺纹，用于将笔刷固定在移动板的螺纹开口中；以及接地笔刷组件，其包括两束或更多束导电丝，导电丝被配置为当笔刷固定在移动板上时从开口伸出，在移动板移动期间导电丝与导电元件进行电接触。
29.在一些例子中，两束或更多束的导电丝中的每束导电丝在接地刷组件的底部以阈值距离分开。
30.在示例中，移动板或导电元件中的一个或多个是齿轮。
31.在一些例子中，导电元件包括相对于移动板移动处于固定位置的板。在一些例子中，导电元件被布置在相对于移动板移动处于固定位置的板上。
32.在示例中，移动板包括一个或多个螺纹开口以接收接地笔刷。在一些例子中，头部部分配置为驱动接地笔刷从移动板的一个或多个螺纹开口进入或出来。
33.现在更具体地参考附图，图1提供了接地笔刷10的剖视图，该接地笔刷10包括具有两束或更多束导电丝(或纤维)的接地笔刷组件12。在一些例子中，每根电丝是由碳纤维、镍、不锈钢、导电塑料或任何其他导电纤维型(包括其混合材料和复合材料，如镍涂层碳纤维，或铜涂层钢纤维)电丝制成的细小的、毛发状的电丝。
34.接地笔刷10由主体14限定，该主体包括多个外部螺纹20，其用于将笔刷10固定在螺纹开口中。头部16可以包含工具面18，其用于将接地笔刷10旋入和旋出开口。接地笔刷10的一个或多个部件，包括但不限于主体14、螺纹20、头部部分16和/或接地组件12的部分，可以形成单件。在一些例子中，接地笔刷10的部件是单独形成并结合在一起的。一个或多个部件接地笔刷10可以由足以承载电流的导电材料(例如，金属、金属合金、碳复合材料等)形成。
35.图2a-2d示出了导电丝束的不同布置的混合。在一些例子中，每束导电丝可以有相等数量的导电丝，而在一些例子中，每束导电丝可以有不同数量的导电丝。每束导电丝可以有相同的长度、直径和/或组成，或者有各种长度、直径和/或成。图1-5中类似或相同的附图标记用于表示类似或相同的部件，用“a”或“b”表示，以区分可替代的部件。
36.在图2a的示例性刷组件12中，每束导电丝或纤维24被一个或多个保持器或缓冲器26与另一个分开。如图所示，保持器26被布置在接地刷组件12的底座22内，使得从接地刷组件12伸出出来的导电丝束24在每束导电丝之间具有阈值距离27。通过使用穿过从底座伸出的一个或多个侧壁28的紧固件30，将一个或多个保持器26和/或导电丝束24固定在底座26内。此外地或可替代地，可以优化纤维伸出壁28之外的长度29，以限制旋转运动期间的磨损、接触压力等。
37.在一些例子中，导电丝与接地刷组件12一体形成，例如通过增材制造。
38.虽然所示的分开是通过在底座22内采用保持器26来保持的，但导电丝束可以被插入底座22的孔中，和/或通过板或其他元件(例如在侧壁28顶部)的孔来保持所需的阈值间隔。
39.图2b提供了另一个刷组件12a的例子，在侧壁28之间的空间内添加了额外的或可替代的粘合剂或粘接物32(例如，导电塑料、导电粘合剂、非导电非连续粘合剂等)，以加强和/或固定刷组件12a内的保持器26和/或导电丝束24。
40.图2c还提供了另一个刷组件12b的例子，提供了另外的或可替代的保持器26a以改变束之间的间隔。另外地或可替代地，导电丝束24a可包括可变数量的纤维，其数量比刷组件12b内导电丝束24的纤维数量更多或更少。
41.图2d还提供了另一个刷组件12c的例子，具有另外的或可替代的导电丝束24b，其包括第一长度的纤维34a以及第二长度的纤维34b。
42.另外地或可选地，一个或多个导电丝可具有比其他电丝纤维更小或更大的材料硬度(例如，更硬的材料)。例如，纤维可以有较粗的直径，由较硬的材料制成，和/或通过特定的加工处理(例如，在例如但不限于挤压或拉挤等工艺中，多个较小的纤维与聚合物基体材料(例如但不限于尼龙、聚酯、乙烯基酯或环氧树脂)结合在一起的复合材料)来制备。此外，一些导电丝大体为圆形，其他几何形状也是可以考虑的，包括基本平坦、矩形、三角形和椭圆形，作为一个非限制性的例子清单。在一些例子中，导电丝被涂上环氧树脂或以其他方式处理，以提高当接地笔刷10所在的板相对于固定板旋转时的硬度和/或持久性(如图3a、3b和4中给出的)。
43.在图3所示的示例应用中，接地笔刷10被配置为安装在相对于固定板或物体38旋转或移动的板或物体36上。示例的接地刷组件10可以消散可能积聚在板38上的电荷。接地刷组件10可以以各种不同的尺寸提供，以用在不同厚度或几何形状的板36上。接地刷组件10可用于具有旋转表面的各种应用，包括电动机、涡轮机、输送机和其他可能积聚电荷的组件和结构。
44.接地笔刷10被布置为使一个或多个导电丝束直接或间接地通过地面并在(例如，电动机、涡轮机、齿轮等)运行期间通过导电元件40消散在固定板38上建立的静电荷、共模电压和/或其他电荷。在一些例子中，导电元件40的添加是可选的，使得导电丝24可以直接地接触表面37。在一些例子中，主体14通过螺纹20以及一个或多个可替代的或额外的紧固件固定在板36中，例如卡合、铆接、螺栓、粘合剂、焊接、钎焊或其他合适的紧固技术。
45.如图3a和3b所示，示例的接地刷笔10可以单独布置在基本连续的板或环形环36中，周向地布置在围绕板36旋转的中心轴线周围。在一些例子中，每个导电丝都朝向固定板或物体38的表面37取向。虽然图示为基本垂直于表面37布置，但在一些例子中，接地笔刷10
可以相对于该表面以一定角度安装。
46.薄而轻的导电丝直接与板38的表面37物理接触，如图3a所示。在一些例子中，导电丝通过导电元件40接触板。在这两个例子中，来自板38的电荷的直接转移，在操作过程中没有明显的磨损。板38与导电丝束24的导电丝之间的电荷转移是通过导电丝束24的导电丝与板38的直接接触(例如，通过导电元件40)进行的。电荷可以在导电丝24和板36以及接地连接之间转移。因此，在电弧发生之前，积聚在板38上的电荷通过接地刷组件10消散到地面。如本文所使用的，术语“接地”是指任何电流路径，它允许接地装置在板38和一个或多个轴承和/或下游设备(如齿轮、轴承或类似设备)之间实现电压差的减少。
47.此外，由于在导电丝束之间保持阈值分离距离，以及针对纤维类型和几何形状的适当的导电丝束大小，纤维与不同的相邻纤维或纤维束的相互作用不太可能导致任何单个纤维或纤维束过度僵硬，并以超过理想的接触压力作用，和/或被抬离接触表面，和/或变形超过阈值水平。纤维之间的支持相互作用、部分复合作用或完全复合作用被利用来调整硬度的增加，以帮助保持与导电元件40的接触。在一些例子中，多根电丝中的一根或多根(例如，在每束导电丝内和/或在各束导电丝之间)可以被粘合，从而在纤维之间取得更大程度的复合作用(直到并包括完全复合作用)，这可以进一步提高粘合纤维的硬度。
48.在一些例子中，束24的导电丝能够以合需的方式变形，例如在变形的阈值量内，基于弯曲的角度，纤维或部分纤维所经历的应变或力，可以基于各种因素进行优化，这些因素包括纤维的属性(例如、直径、长度、材料类型、材料强度、处理过程等)和/或环境的属性(例如，温度、接地组件12和表面37之间的距离、阻抗等)。这种调整的作用是优化接触压力，使纤维经历最小的磨损，同时提供足够的轴电压缓解。当板36旋转时，无论旋转方向如何，导电丝束24的导电丝被配置为弯曲或挠曲以适应表面37。因此，所公开组件的操作和益处适用于在单一方向或反转方向上旋转的板。
49.在一些例子中，基于材料的硬度、纤维的直径和纤维的暴露长度，以及在适当的接触压力下所导致的纤维与表面37的交叠，优化纤维的特性。针对特定应用的优化还可以包括调整单个纤维的直径和/或其导电丝束的直径中的一个或多个，在需要时采用更小和/或更大的直径(对于前述一者或两者)以从接触压力、环境和磨损方面优化性能。
50.在一些这样的例子中，一个或多个导电丝可具有小于约150微米的直径。导电丝可具有在约5微米至约100微米范围内的直径。可替代地，导电丝可以是较大的导电材料纤维，其与导电元件40保持接触。
51.另外地或可替代地，纤维可以是具有两个或更多方向的纤维或纤维束的混合，并且可以是连续的或非连续的，这取决于特定的应用或期望的结果。在一些例子中，连续纤维形成环，使得纤维的两端固定在主体上，而纤维的中间则弯曲着与表面接触。连续纤维可以比非连续纤维提供更长的磨损寿命，后者在一端固定在主体上，在另一端接触表面。
52.应该理解的是，在一些实施方案中，纤维的数量可能比图示的要多得多，而且靠近得多，为了视觉上的清晰，图中显示了更大的间距和更少的纤维数量。
53.如图4的例子所示，板36由环形主体限定，多个接地笔刷10设置在环形体内并围绕环形体周向布置。如图所示，单排接地笔刷10被布置在离中心轴线的给定的径向距离上。然而，也可以采用处于多个径向距离的多排，在每个距离上有任何数量的接地笔刷10。例子中的环形板36由导电材料制成，如金属，包括但不限于铝、不锈钢、青铜和/或铜，和/或导电塑
料。
54.当板36相对于板38在方向42上旋转时(或相反情况)，导电丝束24以不同于常规纤维的方式与导电元件的表面交叠(例如，在旋转期间弯曲或挠曲以接触导电元件的表面)。导电丝可与表面37交叠，使得每根纤维所经受的力和因此的弯曲要比传统排列的纤维(例如，没有分离距离的纤维)小。因此，单独的和束状导电丝可通过调整到正确的接触压力而经历较少的磨损。
55.图5a和5b示出了电丝束24和保持器26的排列示例。如图5a所示，保持器26被布置用于将各导电丝束24分隔开。虽然是以网格模式示意，但保持器26可以被配置成围绕每束纤维24，和/或可围绕导电丝束的子集的各个保持器。图5b示出了单个保持器26a，其可具有各个导电丝束24可从中伸出通过的开口或孔。
56.虽然图示为用单个紧固件30来固定导电丝束24和/或保持器26，但可以采用多个紧固件(例如，对于两个或更多个导电丝束和/或保持器，或对于用每列和/或每行的导电丝束和/或保持器)。此外，虽然通常显示为圆形，但侧壁28可以是任何合适的几何形状，包括圆形、矩形、三角形或任何合适的多边形，并且可具有一个或多个穿过侧壁的开口部分，其暴露出纤维的较大部分。
57.因此，如本技术所公开的，接地笔刷具有从中伸出的多个导电丝，当接地笔刷相对于表面平移(或者反之亦然)时，导电丝被布置为接触导电元件。在一些例子中，接地笔刷被固定在板或轮毂上，该板或轮毂被配置为相对于固定板或表面(例如，旋转地、线性地等)平移，导电元件被安装在该板或表面上。例如，该板大体上可以是平面结构，如盘、环、板或其他合适的结构。该板具有从该板的一个给定表面伸出到另一个表面的一个或多个孔，以接受笔刷，使得当固定在该板上时导电丝从该板上伸出。
58.导电丝可从该板上伸出以接触固定板的表面，该固定板上安装有导电元件，使得当该板和固定板结合时，导电丝接触导电元件。在一些例子中，轮毂被配置为围绕中心轴旋转，而导电元件则被配置为安装在固定板上的条状物。当板(以及因此接地笔刷)旋转时，导电丝与导电元件接触，提供到接地点的路径以用于放电。
59.如本文所使用的，“和/或”指列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项目。作为一个例子，“x和/或y”指三元素集{(x)、(y)、(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意味着“x和y的一个或两个”。作为另一个例子，“x，y，和/或z”是指七元素集{(x)、(y)、(z)、(x，y)、(x，z)、(y，z)、(x，y，z)}的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”意味着“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示范性”是指作为非限制性的例子、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如”和“比如”列出一个或多个非限制性例子、实例或说明的列表。
60.虽然本方法和/或系统已经参照某些实施方案进行了描述，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以等价替代。此外，在不偏离本公开范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。例如，所公开示例的系统、区块和/或其他部件可以被组合、分割、重新排列和/或以其他方式修改。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。相反，本方法和/或系统将包括属于所附权利要求范围内的所有实施方案，包括字面上的和根据等价原则的。

技术特征：
1.一种用于缓解旋转板上电流的接地笔刷，所述笔刷包括：主体，所述主体包括多个外部螺纹，用于将所述笔刷固定在所述旋转板的螺纹开口中；以及接地刷组件，所述接地刷组件包括两束或更多束导电丝，所述两束或更多束导电丝配置为当所述笔刷固定到所述旋转板时从所述开口伸出，在所述旋转板旋转运动时，所述导电丝与导电元件进行电接触。2.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中所述两束或更多束导电丝中的每一束导电丝在所述接地刷组件的底座处通过阈值距离分离。3.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中所述两束或更多束导电丝包括第一束导电丝和第二束导电丝，所述接地刷组件还包括一个或多个保持器，所述一个或多个保持器配置为将所述第一束导电丝和第二束导电丝分离。4.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述一个或多个保持器或所述两束或更多束导电丝通过紧固件固定在所述接地刷组件上。5.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述一个或多个保持器或所述两束或更多束导电丝通过粘合剂固定在所述接地刷组件上。6.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述一个或多个保持器包括介电材料。7.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述一个或多个保持器包括导电材料。8.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述第一束导电丝的所述导电丝为第一长度，以及所述第二束导电丝的所述导电丝为第二长度，所述第二长度大于第一长度。9.根据权利要求3所述的接地笔刷，其中所述第一束导电丝包括第一数量的导电丝，以及所述第二束导电丝包括第二数量的导电丝，所述第二数量大于第一数量。10.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中一个或多个导电丝包括复合纤维。11.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中一个或多个导电丝包括碳纤维、镍、不锈钢、编织纤维或导电塑料中的至少一种。12.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中所述旋转板布置在电动机中。13.根据权利要求1所述的接地笔刷，其中所述旋转板布置在风力涡轮中。14.一种用于缓解移动板上电流的接地笔刷，所述笔刷包括：主体，所述主体包括多个外部螺纹，用于将所述笔刷固定在所述移动板的螺纹开口中；以及接地刷组件，所述接地刷组件包括两束或更多束导电丝，所述两束或更多束导电丝配置为当所述笔刷固定到所述移动板时从所述开口伸出，在所述移动板运动时，所述导电丝与导电元件进行电接触。15.根据权利要求14所述的接地笔刷，其中所述两束或更多束导电丝中的每一束导电丝在所述接地刷组件的底座处通过阈值距离分离。16.根据权利要求14所述的接地笔刷，其中所述移动板或所述导电元件中的一者或多者为齿轮。17.根据权利要求14所述的接地笔刷，其中所述导电元件包括相对于所述移动板的运动处于固定位置的板。18.根据权利要求14所述的接地笔刷，其中所述导电元件布置在相对于所述移动板的
运动处于固定位置的板上。19.根据权利要求14所述的接地笔刷，其中所述移动板包括一个或多个螺纹开口，所述螺纹开口用于接收所述接地笔刷。20.根据权利要求19所述的接地笔刷，还包括头部部分，所述头部部分配置为驱动所述接地笔刷进入所述移动板的一个或多个螺纹开口中或从所述一个或多个螺纹开口出来。

技术总结
所公开的为用于缓解旋转板上的电压的系统和方法。示例的接地笔刷包括通过阈值距离与其他导电丝束分离开的两束或多束导电丝。其他导电丝束分离开的两束或多束导电丝。其他导电丝束分离开的两束或多束导电丝。


技术研发人员：理查德
受保护的技术使用者：伊利诺斯工具制品有限公司
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2023/8/14