碳刷磨损检测装置及智能碳刷的制作方法

1.本技术涉及碳刷磨损检测技术领域，特别是涉及一种碳刷磨损检测装置及智能碳刷。


背景技术：

2.碳刷作为一种滑动接触件，在许多电气设备中有着广泛的应用。因为碳刷在电器工作时会与接触滑环产生高速摩擦，这种高速摩擦会带来碳刷的不断磨损。因为碳刷通常会作为定子安装在电机上，而电机处于电气设备的内部，因此，对于碳刷的磨损程度难以直接观察。通常都是拆卸观察或者定期更换，这样不仅浪费时间还造成碳刷的极大浪费。并且难以观察磨损情况会导致电机的突然故障，可能会引发一系列的生产安全事故。


技术实现要素：

3.基于此，针上述技术问题，本技术提供一种碳刷磨损检测装置及智能碳刷。
4.本技术提供一种碳刷磨损检测装置，包括碳刷本体，还包括：
5.碳刷顶帽，通过导线与所述碳刷本体连接；
6.弹性压缩件，设置于所述碳刷顶帽与所述碳刷本体之间；
7.探测器，设置于所述碳刷顶帽远离所述碳刷本体的一侧，用于生成探测信号；
8.绝缘组件，设置于所述探测器与所述碳刷顶帽之间；以及
9.控制器，与所述探测器电连接，用于根据所述探测信号进行预警响应。
10.在其中一个实施例中，所述探测器包括距离探测器，所述绝缘组件设有第一通孔，所述碳刷顶帽设有第二通孔，所述距离探测器发出的距离信号穿过所述第一通孔和所述第二通孔所述碳刷本体反射。
11.在其中一个实施例中，所述探测器还包括温度传感器，所述温度传感器发出的温度信号穿过所述第一通孔与所述第二通孔后被所述碳刷本体反射。
12.在其中一个实施例中，还包括支撑组件，围设在所述碳刷本体外部；所述探测器包括：
13.压力传感器，设置于所述支撑组件与所述绝缘组件之间，所述压力传感器的两端分别与所述支撑组件和所述绝缘组件抵接。
14.在其中一个实施例中，所述支撑组件包括：
15.固定管，围设在所述碳刷本体外部；以及
16.压紧板，通过压紧件与所述固定管的一端连接，所述压力传感器的两端分别与所述压紧板的一端和所述绝缘组件的一端抵接，所述绝缘组件的另一端与所述碳刷顶帽抵接。
17.在其中一个实施例中，所述距离探测器为激光测距传感器、声波测距传感器或者红外测距传感器中一种或多种。
18.在其中一个实施例中，所述控制器包括：
19.处理器，与所述探测器电连接，用于根据所述探测器生成的探测信号输出磨损检测信号；以及
20.报警器，与所述处理器电连接，用于响应所述磨损检测信号。
21.在其中一个实施例中，所述报警器为震动报警器、指示灯报警器或者声报警器中的一种或多种。
22.在其中一个实施例中，还包括：
23.可视化显示装置，与所述处理器电连接，用于接收所述磨损检测信号，并根据所述磨损检测信号显示碳刷磨损数据。
24.基于相同的发明构思，本技术提供一种智能碳刷，包括上述实施例中任一项所述的碳刷磨损检测装置。
25.上述碳刷磨损检测装置包括碳刷本体、碳刷顶帽、弹性压缩件、探测器、绝缘组件以及控制器。碳刷顶帽通过导线与所述碳刷本体连接。弹性压缩件设置于所述碳刷顶帽与所述碳刷本体之间。探测器设置于所述碳刷顶帽远离所述碳刷本体的一端。绝缘组件设置于所述探测器与所述碳刷顶帽之间。控制器与所述探测器电连接。碳刷顶帽与碳刷本体连接，使得碳刷顶帽有较大电流通过，因此在探测器与碳刷顶帽之间设置绝缘组件可以防止电流对探测器的干扰。当由于不断摩擦导致使用磨损，碳刷本体高度逐渐缩短，弹性压缩件将推动碳刷本体将沿着远离碳刷顶帽的方向移动，从而弥补碳刷本体磨损量，此时碳刷本体的尾端与探测器之间的距离增大，通过设置在碳刷顶帽的探测器可以检测出此变化，并反馈至控制器。控制器可以输出磨损检测信号并能够及时报警，避免重大安全事故的发生。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术一个实施例提供的碳刷磨损检测装置结构示意图；
28.图2为本技术另一个实施例提供的碳刷磨损检测装置结构示意图；
29.图3为本技术一个实施例提供的碳刷磨损检测装置的电连接关系示意图；
30.图4为本技术一个实施例提供的碳刷磨损检测装置实施方式示意图。
31.主要元件附图标号说明
32.11、碳刷本体；12、碳刷顶帽；20、探测器；21、距离探测器；22、温度传感器；23、压力传感器；30、绝缘组件；40、控制器；41、处理器；42、报警器；50、支撑组件；51、固定管；52、压紧板；53、压紧件；60、弹性压缩件；70、可视化显示装置；101、第一通孔；102、第二通孔；103、导线。
具体实施方式
33.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
34.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。
35.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.请参见图1，本技术提供一种碳刷磨损检测装置。碳刷磨损检测装置包括碳刷本体11、碳刷顶帽12、弹性压缩件60、探测器20、绝缘组件30以及控制器40。碳刷顶帽12通过导线103与所述碳刷本体11的尾端连接。弹性压缩件60设置于所述碳刷顶帽12与所述碳刷本体11的尾端之间。所述弹性压缩件60的两端分别与所述碳刷顶帽12和所述碳刷本体11的尾端抵接。探测器20设置于所述碳刷顶帽12远离所述碳刷本体11的一端。绝缘组件30设置于所述探测器20与所述碳刷顶帽12之间。控制器40与所述探测器20电连接。
38.可以理解的是，本技术提供的碳刷磨损检测装置可以用于检测在碳刷本体11和碳刷顶帽12上有电流通过的碳刷的磨损量。可以理解的是，碳刷本体11在电器工作时，其一端会与接触滑环接触并发生摩擦。可以将碳刷本体11与接触滑环接触并发生摩擦的一端视为碳刷本体11的摩擦端。碳刷本体11的尾端为与碳刷本体11的摩擦端相对的端。
39.可以理解的是，碳刷顶帽12与碳刷本体11连接，使得碳刷顶帽12有较大电流通过，因此在探测器20与碳刷顶帽12之间设置绝缘组件30可以防止电流对探测器20的干扰，提高了探测器20的检测精度。
40.可以理解的是，弹性压缩件60的结构不做具体限定，只要可以实现当碳刷本体11高度逐渐缩短时，推动碳刷本体11沿着远离碳刷顶帽12的方向移动即可。
41.可以理解的是，碳刷顶帽12的结构不做具体限定，只要可以导电即可。在一个可以实施的方式中，碳刷顶帽12为高导电圆形金属片。
42.可以理解的是，绝缘组件30的结构不做具体限定，只要可以阻挡电流流向探测器20即可。在一个可以实施的方式中，绝缘组件30为具有弹性的圆形塑料绝缘垫片。
43.在一个可以实施的方式中，探测器20为距离探测器21。距离探测器21的类型不做具体限定，只要可以检测碳刷本体11的尾端与距离探测器21的发射端之间的距离即可。可选地，所述距离探测器为激光测距传感器、声波测距传感器或者红外测距传感器中一种或多种。为了使得激光顺利到达碳刷本体11的尾端，所述绝缘组件30设有第一通孔101。所述碳刷顶帽12设有第二通孔102。所述距离探测器21的信号发射端与所述第一通孔101、所述第二通孔102和所述碳刷本体11的尾端相对。所述距离探测器21发出的距离信号穿过所述第一通孔101与所述第二通孔102后被所述碳刷本体11的尾端反射。
44.可以理解的是，所述距离探测器21的数量不作具体限定。以距离探测器21的激光测距传感器为例，所述距离信号为激光信号。在一个可以实施的方式中，如图1所示，可以设置两个激光测距传感器，绝缘组件30中有两个方孔，两个方孔与两个激光测距传感器一一对应，并且激光测距传感器可以通过相对应的方孔与绝缘组件30装配在一起。碳刷顶帽12的边缘具有两个缺口，并且两个缺口的位置与两个方孔的位置相对应。激光测距传感器发射出的激光信号依次通过绝缘组件30中的方孔和碳刷顶帽12的缺口后照射到碳刷本体11的尾端，经碳刷本体11的尾端的反射可以原路返回至激光测距传感器。激光测距传感器可以根据激光在空气中传播的时间，获得碳刷本体11的尾端与激光测距传感器发射端之间的距离。即d＝ct/2，其中c为激光在空气中的传播速度，t为激光从激光测距传感器射出到碳刷本体11的尾端两点间往返一次所需的时间。可以理解的是，距离探测器计算得到的碳刷本体11的尾端与激光测距传感器发射端之间的距离为距离探测器生成的探测信号。
45.可以理解的是，控制器40的结构不做具体限定，只要可以接收所述探测器20生成的探测信号，并输出磨损检测信号即可。在一个可以实施的方式中，控制器40可以通过传输线与探测器20连接以进行信号的传输。在另一个可以实施的方式中，控制器40可以通过无线传输设备与探测器20进行信号的传输。控制器40接收到激光测距传感器检测到的碳刷本体11的尾端与激光测距传感器发射端之间的距离信号，并可以计算出碳刷本体11的磨损量并输出磨损检测信号并能够及时报警，避免重大安全事故的发生。
46.上述碳刷磨损检测装置包括碳刷本体11、碳刷顶帽12、探测器20、绝缘组件30以及控制器40。碳刷顶帽12通过导线103与所述碳刷本体11的尾端连接。弹性压缩件60的两端分别与碳刷顶帽12和碳刷本体11的尾端抵接。探测器20设置于所述碳刷顶帽12远离所述碳刷本体11的一端。绝缘组件30设置于所述探测器20与所述碳刷顶帽12之间。控制器40与所述探测器20电连接。碳刷顶帽12与碳刷本体11连接，使得碳刷顶帽12有较大电流通过，因此在探测器20与碳刷顶帽12之间设置绝缘组件30可以防止电流对探测器20的干扰。当不断摩擦导致使用磨损，碳刷本体11高度逐渐缩短时，弹性压缩件60将推动碳刷本体11将沿着远离碳刷顶帽12的方向移动，从而弥补碳刷本体11磨损量，此时碳刷本体11的尾端与探测器20之间的距离增大，通过设置在碳刷顶帽12的探测器20可以检测出此变化，并反馈至控制器40。控制器40可以输出磨损检测信号并能够及时报警，避免重大安全事故的发生。
47.在其中一个实施例中，碳刷磨损检测装置还包括温度传感器22。温度传感器22设置于所述碳刷顶帽12远离所述碳刷本体11的一端。所述温度传感器22发出的温度信号穿过所述第一通孔101与所述第二通孔102后被所述碳刷本体11的尾端反射。
48.具体的，请参见图2，温度传感器22的具体位置不做具体限定，只要检测所述碳刷本体11的温度即可。为了避免电流对温度传感器22的影响，可以将温度传感器22设置于绝缘组件30远离碳刷顶帽12的一端。在一个可以实施的方式中，温度传感器22为激光测温传感器。可以利用激光测温传感器替换一个激光测距传感器的位置，使得激光测距传感器发出的激光信号通过与其相应的第一通孔101、第二通孔102后被所述碳刷本体11的尾端反射。此时，所述温度信号为激光信号。当然可以理解的是，温度传感器22的位置也可以是位于绝缘组件30远离碳刷顶帽12的一端的任意位置。需要说明的是，温度传感器22的设置不能影响激光测距传感器发出的激光信号的传播，并且要在与温度传感器22的位置相对应的绝缘组件30和碳刷顶帽12上开设通孔，以使得温度传感器22发出的激光信号可以顺利到达
碳刷本体11。由碳刷本体11发射出的能量经光学系统汇聚到温度传感器22上，温度传感器22将入射的辐射转换成为电压信号，电压信号送入控制器40后，经过数据处理及曲线自动拟合，最后准确推算出碳刷本体11温度，以数字方式显示输出。当刷碳刷本体11温度超出设置的安全范围时，发出警告预警。
49.本实施例中，通过温度传感器22检测碳刷本体11的温度，并将碳刷本体11的温度的反馈至控制器40。控制器40可以输出温度检测信号并能够及时报警，避免重大安全事故的发生。
50.请继续参见图2，在其中一个实施例中，碳刷磨损检测装置还包括支撑组件50以及压力传感器23。
51.支撑组件50围设在所述碳刷本体11外部。压力传感器23设置于所述支撑组件与所述绝缘组件30之间。所述压力传感器23的两端分别与所述支撑组件50和所述绝缘组件30抵接。弹性压缩件60的两端分别与所述碳刷顶帽12与所述碳刷本体11的尾端抵接。即，所述支撑组件50、所述压力传感器23、所述绝缘组件30、所述碳刷顶帽12、所述弹性压缩件60以及所述碳刷本体11之间紧密贴合且具有一定的应力。
52.可以理解的是，支撑组件50的结构不做具体限定，只要可以支撑固定碳刷本体11即可。在一个可以实施的方式中，所述支撑组件50包括固定管51和压紧板52。固定管51围设在所述碳刷本体11外部。压紧板52通过压紧件53与所述固定管51的一端连接。所述压力传感器23的两端分别与所述压紧板52的一端和所述绝缘组件30的一端抵接，所述绝缘组件30的另一端与所述碳刷顶帽12抵接。
53.压紧件53的设置使得压紧板52与碳刷顶帽12之间的结构紧密贴合，进而给弹性压缩件60一个压力。在一个可以实施的方式中，压紧板52可以为硬质塑料垫片。压紧件53可以为紧固螺帽。紧固螺帽通过螺纹固定在固定管51上。可选地，紧固螺帽的内径与所述绝缘组件30的内径相同，并且紧固螺帽的内径大于所述碳刷顶帽12的内径。
54.可以理解的是，压力传感器23可以固定在硬质塑料垫片上。当然，压力传感器23还可以设置在位于绝缘组件30远离碳刷顶帽12的一端的任意位置。需要说明的是，压力传感器23的设置不能影响激光测距传感器或激光测温传感器发出的激光信号的传播即可。
55.当不断摩擦导致使用磨损，碳刷本体11高度逐渐缩短时，碳刷本体11将沿着远离碳刷顶帽12的方向移动，从而弥补碳刷本体11磨损量，此时碳刷本体11的尾端与探测器20之间的距离增大，弹性元件的长度将被拉长，相应的压力传感器23测得的压力的计算公式为f
x
＝f0–
k(l0‑
l
x
)，其中f
x
为传感器的实时压力，f0为初始压力值，k为弹簧的虎克系数，l0为碳刷本体11的初始高度，l
x
为碳刷本体11磨损后的高度。当f
x
的实时压力小于预设值，控制器40发出警告预警。
56.当所述支撑组件50包括固定管51和压紧板52。可以理解的是，所述距离探测器21和/或所述温度传感器22还可以设置在所述固定管51上，只要所述距离探测器21可以检测碳刷本体11的尾端与所述距离探测器21的发射端之间的距离，并且所述温度传感器22可以检测所述碳刷本体11的温度即可。为了屏蔽碳刷本体中的电流对所述距离探测器21和所述温度传感器22的影响，可以在所述距离探测器21和所述温度传感器22的外面设置相应的绝缘结构，例如可以将所述距离探测器21和所述温度传感器22设置于绝缘壳体内。
57.请参见图3，在其中一个实施例中，所述控制器40包括处理器41和报警器42。
58.处理器41与所述探测器20、温度传感器22以及压力传感器23分别电连接，用于根据相应的探测信号，输出磨损检测信号或者温度检测信号。报警器42与所述处理器41电连接，用于响应所述磨损检测信号或者温度检测信号。
59.在其中一个实施例中，所述报警器42为震动报警器42、指示灯报警器42或者声报警器42中的一种或多种。可以理解的是，处理器41的结构不做具体限定，只要可以接收探测信号，并输出磨损检测信号信号或者温度检测信号即可。在一个可以实施的方式中，处理器41可以通过传输线与探测器20、温度传感器22以及压力传感器23分别连接以进行信号的传输。在另一个可以实施的方式中，处理器41可以通过无线传输设备与探测器20、温度传感器22以及压力传感器23分别进行信号的传输。
60.在其中一个实施例中，碳刷磨损检测装置还包括可视化显示装置70。可视化显示装置70与所述处理器41电连接，用于接收所述磨损检测信号或者温度检测信号，并根据所述磨损检测信号者温度检测信号显示碳刷磨损数据和碳刷温度值。可视化显示装置70还可以根据碳刷磨损数据和碳刷温度值，进行分级预警。
61.请参见图4，以激光测距传感器为例。当激光测距传感器根据激光在空气中传播的时间，获得碳刷本体11的尾端与激光测距传感器发射端之间的距离后，将探测信号反馈至控制器40。控制器40可以计算出碳刷本体11的磨损量并输出磨损检测信号，并将碳刷磨损数据在可视化显示装置70中进行显示。之后可视化显示装置70根据碳刷磨损数据进行分级预警。例如，当碳刷磨损量小于3mm时，可视化显示装置70的绿色指示灯亮，表示设备可以正常使用；当碳刷磨损量大于3mm，但小于10mm时，可视化显示装置70的黄色指示灯亮，表示设备可以正常使用，但磨损量比较大；当碳刷磨损量大于10mm时，可视化显示装置70的红色指示灯亮，表示设备需要更换碳刷了。
62.当然，可以理解的是，分级预警的实现方式不局限于在可视化显示装置70上通过不同颜色提示，还可以是通过外置指示灯的颜色改变或者语音播报等方式实现。
63.基于相同的发明构思，本技术提供一种智能碳刷，包括上述实施例中任一项所述的碳刷磨损检测装置。
64.上述碳刷磨损检测装置包括碳刷本体11、碳刷顶帽12、探测器20、绝缘组件30以及控制器40。碳刷顶帽12通过导线103与所述碳刷本体11的尾端连接。探测器20设置于所述碳刷顶帽12远离所述碳刷本体11的一端。绝缘组件30设置于所述探测器20与所述碳刷顶帽12之间。控制器40与所述探测器20电连接。碳刷顶帽12与碳刷本体11连接，使得碳刷顶帽12有较大电流通过，因此在探测器20与碳刷顶帽12之间设置绝缘组件30可以防止电流对探测器20的干扰。当不断摩擦导致使用磨损，碳刷本体11高度逐渐缩短时，碳刷本体11将沿着远离碳刷顶帽12的方向移动，从而弥补碳刷本体11磨损量，此时碳刷本体11的尾端与探测器20之间的距离增大，通过设置在碳刷顶帽12的探测器20可以检测出此变化，并反馈至控制器40。控制器40可以输出磨损检测信号并能够及时报警，避免重大安全事故的发生。
65.针对现有ct滑环碳刷难以检测磨损状态的情况，本技术利用碳刷弹簧随着磨损而产生的距离变化，根据碳刷本体11尾端与碳刷顶帽12的距离变化反应出碳刷本体11的磨损情况，然后利用激光测距传感器器或压力传感器23实时的反馈给控制器40和可视化显示装置70，控制器40和可视化显示装置70依据反馈数据做出相应的提示，这样人们就可以根据控制器40和可视化显示装置70的提示来确定碳刷的状态，并可以提前通知维护人员进行碳
刷更换。这种智能化的，碳刷磨损检测装置解决了靠拆卸来观察碳刷的问题，还能够实时监控碳刷状态并做出相应的预警提示，大大减少设备的事故概率，缩短了维护时间，提高了碳刷使用效率，改善了用户体验。
66.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
67.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。