CN102255434A - 一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器 - Google Patents

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熊文凯
卢动
熊文硕
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Abstract

本发明公开了一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，包括密封件、绝缘套、轴承、绝缘压盖、螺纹压紧件、光电系统、光栅盘、支撑环、线路板、后盖、防水电缆接头、编码器主体、空心轴、固定支架、隔圈。空心轴按精度匹配要求与发电机输出轴固连，光栅盘由支撑环固定在空心轴上；空心轴经密封件、双轴承、绝缘套、绝缘压盖、螺纹压紧件和编码器主体连接；双轴承之间设有隔圈；光电系统、线路板安装在编码器主体上；编码器主体通过固定支架固定在发电机机座上；电缆与线路板相连，经防水密封电缆接头输出。本发明结构简单、可不用绝缘轴承、成本低、绝缘性能好，可大幅度提高击穿电压值，满足重载和恶劣环境下高可靠、长寿命工作的需要。

Description

一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器
技术领域
本发明涉及一种光电编码器、尤其涉及一种特殊绝缘结构的风力发电机光电编码器。
背景技术
市面上常见的风力发电机用光电编码器，大多采用绝缘轴承的方法防止风力发电机轴电流传导到编码器主体，而绝缘轴承价格昂贵、在极端温度下绝缘性能降低甚至丧失，防止被击穿的轴电压值比较低。随着风力发电机功率日益增加，对编码器的绝缘要求越来越高，原来的绝缘轴承越来越难以适应。而另外一些则采用编码器绝缘适配轴的方法达到绝缘的目的，编码器绝缘适配轴安装很繁杂，要附加绝缘连接件，增加轴向长度，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，不用价格昂贵的绝缘轴承和安装繁杂的编码器绝缘适配轴。用于风力电机速度反馈不仅安装方便，仅需常规轴承，而且增强了绝缘能力，提高了被击穿的轴电压值，提升了轴电流防护能力。
本发明是这样实现的：
一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，包括密封件、绝缘套、轴承、绝缘压盖、螺纹压紧件、光电系统、光栅盘、支撑环、线路板、后盖、防水电缆接头、编码器主体、空心轴、固定支架、隔圈。空心轴按精度匹配要求与发电机输出轴固连，光栅盘由支撑环固定在空心轴上；空心轴经密封件、双轴承、绝缘套、绝缘压盖、螺纹压紧件和编码器主体连接；双轴承之间设有隔圈；光电系统(含与光栅盘码道相对应的发光管、指示光栅和光电接收元件阵列)、线路板安装在编码器主体上；编码器主体通过固定支架固定在发电机机座上；电缆与线路板相连，经防水密封电缆接头输出。
所述绝缘套、绝缘压盖材质可以为：塑料、玻璃纤维、陶瓷或其组合。
所述绝缘套、绝缘压盖可以采用廉价的铸塑或加工方法实现。
所述绝缘套和绝缘压盖内外表面采用凹凸条结构。
两轴承外环与绝缘套，绝缘套与编码器主体之间采用间隙配合，用胶固定。
所述光栅盘材质可以为：金属、玻璃、塑料。
所述隔圈为金属材质。
所述空心轴与轴承内环采用过盈配合，空心轴按同轴度等要求精密加工。编码器与发电机输出轴的匹配精度主要由编码器空心轴加工精度保证，易于实现，并较大地放宽了绝缘套、绝缘压盖的加工精度要求，采用廉价的铸塑方法就可实现。
在使用的时候：发电机输出轴经编码器空心轴带动光栅盘同步旋转，光电系统中发光管发出恒定光束，照射在光栅盘上，光栅盘和指示光栅同节距，构成光栅付，光栅盘随发电机输出轴旋转，光栅付对光束进行调制，形成莫尔条纹，经光电接收元件接收并转换成电信号，经放大、逻辑处理、线性驱动电路后由电缆输出与角度相对应的电信号(一般含A、B、
Figure BSA00000474176100022
I、
Figure BSA00000474176100023
六相信号)。
发电机输出轴经编码器空心轴与两个轴承内环连接，两个轴承外环经绝缘套、绝缘压盖与编码器主体连接，不用绝缘轴承实现了发电机输出轴与编码器主体的绝缘。
绝缘套和绝缘压盖的厚度不同，耐电压值不同。设计中可根据发电机产生的最高轴电压的大小，选择绝缘套和绝缘压盖的厚度。如绝缘套和绝缘压盖的材质选择一种工程塑料，介电强度＞170KV/mm，当厚度＝2mm时，编码器的击穿电压将高于万伏，可满足未来风力发电机对编码器轴电流防护能力不断增长的需要。
绝缘套和绝缘压盖不导热，避免了发电机经输出轴将热量传到编码器而影响编码器正常工作。
在绝缘性能要求特别高的场合，可将常规轴承换成绝缘轴承，本编码器就可构成绝缘冗余双绝缘，不仅提高了耐电压强度，也因冗余设计使编码器绝缘性得到可靠保证。
本编码器采用坚固的铝合金机壳、长寿命大承载轴承、光电系统、高可靠处理电路、密封、表面防腐处理和特殊的绝缘结构，可满足风力发电机在极恶劣环境条件下高可靠、长寿命工作的需要。
本发明有益效果为：
1.采用特殊绝缘结构，用常规轴承，不用价格昂贵的绝缘轴承，就可实现编码器主体与发电机输出轴的电绝缘。
2.对绝缘套和绝缘压盖材料、厚度的选择，可大幅度提高击穿电压值。
3.同时对双轴承的外环与编码器的主体绝缘，结构简单、安装方便、安装免调试。
4.因绝缘轴承种类少，采用常规轴承可拓宽轴承选择范围。如有的风力发电机要求在-50℃条件下工作，绝缘轴承很难满足，本发明则容易实现。
5.绝缘套和绝缘压盖既可采用廉价的铸塑成型又可采用机械加工。
6.隔离了发电机热量对编码器的影响。
7.风力发电机功率日益增加，对编码器的绝缘要求越来越高，本发明可较好地满足风机进一步发展对轴电流防护的要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明绝缘套正面示意图。
图3为本发明绝缘套截面示意图。
图4为本发明绝缘压盖正面示意图。
图5为本发明绝缘压盖截面示意图。
图中1、密封件，2、绝缘套，3、轴承，4、绝缘压盖，5、螺纹压紧件，6、光电系统，7、光栅盘，8、支撑环，9、线路板，10、后盖，11、防水密封电缆接头，12、编码器主体，13、空心轴，14、固定支架，15、隔圈，16、风力发电机，17、发电机输出轴。
具体实施方式
一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，包括密封件1、绝缘套2、轴承3、绝缘压盖4、螺纹压紧件5、光电系统6、光栅盘7、支撑环8、线路板9、后盖10、防水电缆接头11、编码器主体12、空心轴13、固定支架14、隔圈15。空心轴13按精度匹配要求与发电机输出轴17固连，光栅盘7由支撑环8固定在空心轴13上；空心轴13经密封件1、双轴承3、绝缘套2、绝缘压盖4、螺纹压紧件5和编码器主体12连接；双轴承之间设有隔圈15；光电系统6(含与光栅盘码道相对应的发光管、指示光栅和光电接收元件阵列)、线路板9安装在编码器主体12上；编码器主体12通过固定支架14固定在风力发电机16机座上；电缆与线路板9相连，经防水密封电缆接头11输出。
所述绝缘套2、绝缘压盖4材质可以为：塑料、玻璃纤维、陶瓷或其组合。
所述绝缘套2、绝缘压盖4可以采用廉价的铸塑或加工方法实现。
所述绝缘套2和绝缘压盖4内外表面采用凹凸条结构。
两轴承3外环与绝缘套2，绝缘套2与编码器主体12之间采用间隙配合，用胶固定。
所述光栅盘7材质可以为：金属、玻璃、塑料。
所述隔圈15为金属材质。
所述空心轴13与轴承3内环采用过盈配合，空心轴13按同轴度等要求精密加工。编码器与发电机输出轴的匹配精度主要由编码器空心轴加工精度保证，易于实现，并较大地放宽了绝缘套2、绝缘压盖4的加工精度要求，采用廉价的铸塑方法就可实现。
在使用的时候：发电机输出轴经编码器空心轴13带动光栅盘7同步旋转，光电系统6中发光管发出恒定光束，照射在光栅盘7上，光栅盘7和指示光栅同节距，构成光栅付，光栅盘7随发电机输出轴旋转，光栅付对光束进行调制，形成莫尔条纹，经光电接收元件接收并转换成电信号，经放大、逻辑处理、线性驱动电路后由电缆输出与角度相对应的电信号(一般含A、
Figure BSA00000474176100051
B、
Figure BSA00000474176100052
I、
Figure BSA00000474176100053
六相信号)。
发电机输出轴17经编码器空心轴13与两个轴承3内环连接，两个轴承3外环经绝缘套2、绝缘压盖4与编码器主体12连接，不用绝缘轴承实现了发电机输出轴17与编码器主体12的绝缘。
绝缘套2和绝缘压盖4的厚度不同，耐电压值不同。设计中可根据发电机产生的最高轴电压的大小，选择绝缘套2和绝缘压盖4的厚度。如绝缘套2和绝缘压盖4的材质选择一种工程塑料，介电强度＞170KV/mm，当厚度＝2mm时，编码器的击穿电压将高于万伏，可满足未来风力发电机对编码器轴电流防护能力不断增长的需要。
绝缘套2和绝缘压盖4不导热，避免了经发电机输出轴将热量传到编码器而影响编码器正常工作。
在绝缘性能要求特别高的场合，可将常规轴承换成绝缘轴承，本编码器就可构成绝缘冗余双绝缘，不仅提高了耐电压强度，也因冗余设计使编码器绝缘性得到可靠保证。
本编码器采用坚固的铝合金机壳、长寿命大承载轴承、光电系统、高可靠处理电路、密封、表面防腐处理和特殊的绝缘结构，可满足风力发电机在极恶劣环境条件下高可靠、长寿命工作的需要。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：包括密封件、绝缘套、轴承、绝缘压盖、螺纹压紧件、光电系统、光栅盘、支撑环、线路板、后盖、防水电缆接头、编码器主体、空心轴、固定支架、隔圈，空心轴按精度匹配要求与发电机输出轴固连，光栅盘由支撑环固定在空心轴上；空心轴经密封件、双轴承、绝缘套、绝缘压盖、螺纹压紧件和编码器主体连接；双轴承之间设有隔圈；光电系统(含与光栅盘码道相对应的发光管、指示光栅和光电接收元件阵列)、线路板安装在编码器主体上；编码器主体通过固定支架固定在发电机机座上；电缆与线路板相连，经防水密封电缆接头输出。
2.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述绝缘套、绝缘压盖材质可以为：塑料、玻璃纤维、陶瓷或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述绝缘套、绝缘压盖可以采用廉价的铸塑或加工方法实现。
4.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述绝缘套和绝缘压盖内外表面采用凹凸条结构。
5.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：两轴承外环与绝缘套，绝缘套与编码器主体之间采用间隙配合，用胶固定。
6.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述空心轴与轴承内环采用过盈配合，空心轴按同轴度等要求精密加工。
7.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述光栅盘材质可以为：金属、玻璃、塑料。
8.根据权利要求1所述的一种特殊绝缘结构的风力发电机专用光电编码器，其特征在于：所述隔圈为金属材质。
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