CN101847816B

CN101847816B - 风力发电输电导体粉末冶金结构件及其制造方法

Info

Publication number: CN101847816B
Application number: CN2009101197533A
Authority: CN
Inventors: 廖仕明; 曹勇; 母益强
Original assignee: SUZHOU DONON CARBON PRODUCTS Ltd
Current assignee: SUZHOU DONEKA NEW MATERIALS CORP. Ltd.
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: CN101847816A

Abstract

本发明公开了风力发电输电导体粉末冶金结构件及其制造方法，所述制造方法包括：A.在110℃～120℃的温度条件下，将粘结剂和包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨的电刷粉料进行充分混合，使电刷粉料中的铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨粘结在一起，形成粘结粉料；B.将所述粘结粉料进行成型压制处理，得到成型制品，其中成型制品的形状取决于成型模具；C.在700℃至900℃的温度条件下，对成型制品进行热处理，以便冷却后，得到风力发电输电导体粉末冶金结构件。利用本发明方法制造的风力发电输电导体粉末冶金结构件具有如下技术效果：电阻率小、电流密度大；氧化膜形成性好；防腐蚀能力强；摩擦系数小，磨耗小、寿命长。

Description

风力发电输电导体粉末冶金结构件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电输电导体粉末冶金结构件及其制造方法，特别涉及风力发电机电机用电刷及其制造方法。

背景技术

风力发电机的原理是风能驱动风力发电机的叶片转动产生机械能，叶片的机械能再带动发电机的转子线圈切割定子线圈的磁力线产生电能，最后通过电刷传输给用电器。电刷的作用是传导电流。

风力发电机用电刷的工作状态：电压为800V左右；电流密度应在15A/cm²以上；线速度为45m/s；摩擦副的材质为不锈钢，

工况环境：风力发电机的工况环境比较特殊，对电刷影响最大的主要是干燥低温或高湿度的海洋盐雾环境。由于风力发电机安装地理位置的随机性较大，实践中电刷必须同时满足上述两种环境状态的要求。

但是在现有的主要由铜粉和石墨粉构成的电刷中，铜粉的用量通常都大大于石墨粉用量。例如中国专利文件CN1874080A就披露了这样一种由铜、石墨和微量添加元素铬或镍组分构成的电刷，其中铜的含量为90.4～95.4％重量)，石墨的含量为4.9～9.3％(重量)，铬或镍的含量为0.1～0.4％(重量)。

由于铜置于在干燥低温或高湿度的海洋盐雾环境时，不易形成氧化膜，因此如此高用铜量的电刷将会增加与滑环的磨损。

由于风力发电机处于几十米以上高空，维护不便。这就要求电刷具有较高的可靠性和耐磨性能，目前要求一年以上；而且要求对滑环的磨损非常小，滑环使用寿命为二十年。

根据风力发电机电刷的工作状态、工作环境及寿命要求，电刷必须满足以下几方面的条件：第一电阻率小、电流密度大；第二氧化膜形成性好；第三防腐蚀能力强；第四摩擦系数小，磨耗小、寿命长。

因此需要一种能够适应风力发电机的电刷和制造该电刷的方法。

发明目的

本发明的目的是提供一种能够满足上述四个方面要求的风力发电输电导电粉末冶金结构件及其制造方法。

由于风力发电输电导电粉末冶金结构件主要用于风力发电机的电刷，因此在下文中，以风力发电机的电刷为例，来具体描述本发明的风力发电输电导电粉末冶金结构件及其制造方法。

根据第一方面，本发明的风力发电输电导电粉末冶金结构件的制造方法包括以下步骤：

A.在110℃～120℃的温度条件下，将粘结剂和包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨的电刷粉料进行充分混合，使电刷粉料中的铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨粘结在一起，形成粘结粉料；

B.将所述粘结粉料进行成型压制处理，得到成型制品，其中成型制品的形状取决于成型模具；

C.在700℃至900℃的温度条件下，对成型制品进行热处理，以便冷却后，得到风力发电输电导体粉末冶金结构件。

其中，所述粘结剂包括：树脂和沥青。也就是说，本发明所采用的粘结剂是树脂和沥青的混合物，以便增加制品的强度。

其中，所述铜粉和所述石墨粉之和占电刷粉料重量的96％～98％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.7％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％。

其中，所述铜粉占电刷粉料重量的45％～55％。

其中，所述树脂的重量为所述电刷粉料重量13.5％～16.5％；和所述沥青的重量为所述电刷粉料重量18％～22％。

在一个典型实例中，所述铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨、树脂、沥青分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％、2％、15％和20％。

根据第二方面，本发明的利用上述方法制造的风力发电机电刷是包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨等粉末的导电结构件。

其中，所述铜粉占电刷粉料重量的45％～55％。

在一个典型实例中，所述铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％和2％。

利用上述方法制造的本发明的电刷具有以下技术效果：

第一、电阻率小、电流密度大；

第二、氧化膜形成性好；

第三、防腐蚀能力强；

第四、摩擦系数小，磨耗小、寿命长。

下面详细说明本发明的电刷制造方法和利用该方法制造的电刷的细节。

附图说明

图1是本发明的制造风力发电机电机用电刷的工艺过程的示意图。

具体实施方式

本发明主要是通过采用高纯度的石墨粉和铜粉，来减少铜粉用量；通过添加电解锌粉增强抗腐蚀性能；通过添加二硫化钨，促使电刷形成氧化膜，减小电刷和滑环的摩擦系数。

需要说明的是，本发明的电刷粉料包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨，并且本发明的重量单位是包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨的电刷粉料的重量。

图1显示了本发明的制造风力发电机电机用电刷的工艺过程，从图1中可以看到，本发明的风力发电机电机用电刷的制造方法包括以下步骤：

由于电刷起传输电能的作用，需要较大的电流密度。因此本发明选用金属材料中导电性能好的铜粉和非金属材料中导电性能好的石墨粉。

本发明一个特点是，通过在电刷粉料中添加锌粉来增加抗腐蚀性能，并且还可以增加电刷的强度。另一方面，由于在电刷粉料中添加了二硫化钨，因而可以在低温干燥的条件下，能很好地形成氧化膜，减小电刷和滑环的摩擦系数，减小双方的磨损。

本发明另一个特点是，粘结剂包括树脂和沥青。由于本发明使用了包括树脂和沥青的粘结剂，因此相对于仅仅使用树脂粘结剂的现有技术，可以大大增加电刷的强度，以便适应风力发电机的需要。

上述铜粉和所述石墨粉之和占电刷粉料重量的96％～98％。锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.7％；以及二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％。其中锌粉的颗粒度最好为粒度为4um。

本发明再一个特点是，铜粉占电刷粉料重量的45％～55％，或者说石墨粉占电刷粉料重量的42％～52％。由此可见，相对于电刷金属材料仅仅为铜的现有技术，本发明的用铜量大大降低。

本发明通过选用高纯度的石墨粉和铜粉，尽量减少铜粉的用量，这样可以大大减少铜粉在高湿度的盐雾环境中的腐蚀，使其能够在干燥低温环境下形成氧化膜，从而减小电刷和滑环的磨损。

其中，所述树脂的重量为所述电刷粉料重量13.5％～16.5％；所述沥青的重量为所述电刷粉料重量18％～22％。

在一个典型的实例中，所述铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨、树脂、沥青分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％、2％、15％和20％。

本发明还提供了一种利用上述方法制造的风力发电机电机用电刷，显然本发明的电刷是包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨等粉末的导电结构件。

其中，电刷所用的铜粉和石墨粉之和占电刷粉料重量的97±1％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.3％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％。

该电刷所用石墨粉占电刷粉料重量的42％～52％，铜粉占电刷粉料重量的45％～55％。

本发明电刷的典型粉末配比为：铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％和2％。

下面分别列举本发明的两个风力发电机电机用电刷制造方法的实施例。

第一实施例

在第一实施例中，本发明的风力发电机电机用电刷的电刷粉料包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨，其中，所述石墨粉占电刷粉料重量的47±10％；所述铜粉占电刷粉料重量的50±10％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.7％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％。

因此，该实施例的制造方法包括以下步骤：

A.在110℃～120℃的温度条件下，将粘结剂和占电刷粉料重量50±10％的铜粉、占电刷粉料重量47±10％的石墨粉、占电刷粉料重量0.3％～1.3％的锌粉、占电刷粉料重量1.7％～2.3％的二硫化钨进行充分混合，形成粘结粉料；

B.将所述粘结粉料进行成型压制处理，得到成型制品。

C.在700℃至900℃的温度条件下，对成型制品进行热处理，以便冷却后得到风力发电输电导体粉末冶金结构件。

其中，所述粘结剂包括：占电刷粉料重量15±10％的树脂和20±10％的沥青。

第二实施例

在第二实施例中，本发明的风力发电机电机用电刷的电刷粉料也包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨，其中，所述石墨粉占电刷粉料重量的47±5％；所述铜粉占电刷粉料重量的50±5％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.3％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.8％～2.2％。

因此，该实施例的制造方法包括以下步骤：

A.在110℃～120℃的温度条件下，将粘结剂和占电刷粉料重量50±5％的铜粉、占电刷粉料重量47±5％的石墨粉、占电刷粉料重量0.3％～1.3％的锌粉、占电刷粉料重量1.8％～2.2％的二硫化钨进行充分混合，形成粘结粉料；

B.将所述粘结粉料进行成型压制处理，得到成型制品。

其中，所述粘结剂包括：占电刷粉料重量15±5％的树脂和20±5％的沥青。

实际测试表明，按照本发明的上述配方和方法制造的电刷具有表一所示的物理性能和表二所示的动态性能。

表一：物理性能

性能	电阻率(μΩm)	体积密(g/cm³)	抗折强(Mpa)	洛氏硬度(10/588)
					参数	1.0～1.3	2.8～3.2	30～40	80～100

表二：动态性能

性能	电压降V	摩擦系数≤	50h磨损≤	电流密度A/cm²	允许圆周速度m/s
						参数	0.5-1.5	0.15	0.10	18	45

从测试性能来看：第一电阻率1.3μΩm、电流密度达18A/cm²，完全能满足电机传输大电流的要求；第二体积密度为3.2g/cm³，制品中有足够的石墨的含量，具有相当的润滑性能；第三在低温干燥和高温度的盐雾环境条件下，能形成很好的氧化膜；第四摩擦系数较小，滑环和电刷的机械磨损小，电刷50小时磨损仅为0.1mm左右，电刷的使用寿命将超过一年。上述数据完全能满足风力发电机的特殊工况要求。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种风力发电输电导体粉末冶金结构件的制造方法，包括以下步骤：

A.在110℃～120℃的温度条件下，将粘结剂和包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨的电刷粉料进行充分混合，形成粘结粉料；

B.将所述粘结粉料进行成型压制处理，得到成型制品。

C.在700℃至900℃的温度条件下，对成型制品进行热处理，以便冷却后得到风力发电输电导体粉末冶金结构件；

其中，所述铜粉和所述石墨粉之和占电刷粉料重量的96％～98％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.7％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％；以及

所述铜粉占电刷粉料重量的45％～55％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘结剂包括：树脂；和沥青。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述树脂的重量为所述电刷粉料重量13.5％～16.5％；和所述沥青的重量为所述电刷粉料重量18％～22％。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨、树脂、沥青分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％、2％、15％和20％。

5.一种利用权利要求1至4任一项方法制造的风力发电输电导体粉末冶金结构件，其中所述风力发电输电导体粉末冶金结构件是包括铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨等粉末的导电结构件，其中：

所述铜粉和所述石墨粉之和占电刷粉料重量的96％～98％；所述锌粉占电刷粉料重量的0.3％～1.7％；以及所述二硫化钨占电刷粉料重量的1.7％～2.3％；以及

所述铜粉占电刷粉料重量的45％～55％。

6.根据权利要求5所述的结构件，其中，所述铜粉、石墨粉、锌粉、二硫化钨分别占所述电刷粉料重量的50％、47％、1％和2％。