CN102522855B - 小功率风力发电机用滑环及其装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种小功率风力发电机用滑环及其装配工艺，解决了风力发电机滑环本体套筒与绝缘套容易出现脱套的技术问题。包括在电机转轴（1）上设置有电机转轴本体套筒（2）、绝缘云母层套管（3）和金属环，在两相邻的金属环的外侧的绝缘云母层套管（3）上设置有绝缘环，在前中绝缘环（8）内侧的绝缘云母层套管（3）与电机转轴本体套筒（2）连接处设置有圆柱销孔（7），圆柱销孔（7）的轴线与电机转轴（1）的轴线垂直，在圆柱销孔（7）中设置有圆柱销（10），本发明还公开了滑环的装配工艺。克服了风力发电机容易发生脱套现象的缺陷，特别适用小功率发电机使用。

Description

小功率风力发电机用滑环及其装配工艺

技术领域

 本发明涉及一种发电机用的滑环及其装配工艺，特别涉及一种小功率风力发电机用的及其装配工艺。

背景技术

小功率风力发电机用滑环的工作转速通常为2000rpm左右，由于风场的各种不确定情况，在其工作工程中，风力发电机经常会出现紧急启动或紧急制动的情况。风机转速会从2000rpm的转速迅速降低至0 rpm，或从0 rpm迅速提高至工作转速2000rpm。在这种情况下，风力发电机的滑环套筒与绝缘套之间瞬间需要承受很大的转动惯量所带来的巨大扭矩力的作用，而它们之间的连接仅仅是依靠高强度胶的粘接力和在绝缘套外设置的金属环的热装冷却后的收缩力。骤停骤转的强大的扭矩力极易导致滑环本体套筒与绝缘套出现脱套现象。而一旦脱套现象发生将会给风力发电机系统带来致命的损伤，造成整台风机故障甚至报废，带来极大的经济损失。

发明内容

本发明提供了一种小功率风力发电机用滑环及其装配工艺，解决了风力发电机滑环本体套筒与绝缘套容易出现脱套的技术问题。

本发明是通过以下方案解决以上问题的：

一种小功率风力发电机用滑环，包括电机转轴，在电机转轴上设置有电机转轴本体套筒，在电机转轴本体套筒的外侧面上设置有绝缘云母层套管，在绝缘云母层套管上分别设置有前金属环、中金属环和后金属环，在前金属环的外侧的绝缘云母层套管上设置有前绝缘环，在前金属环与中金属环之间的绝缘云母层套管上设置有前中绝缘环，在中金属环与后金属环之间的绝缘云母层套管上设置有后中绝缘环，在后金属环的外侧设置有后绝缘环，在前中绝缘环内侧的绝缘云母层套管与电机转轴本体套筒连接处设置有圆柱销孔，圆柱销孔的轴线与电机转轴的轴线垂直，在圆柱销孔中设置有圆柱销，在后中绝缘环内侧的绝缘云母层套管与电机转轴本体套筒连接处设置有另一圆柱销孔，另一圆柱销孔的轴线与电机转轴的轴线垂直，在另一圆柱销孔中设置有圆柱销，在前金属环的外圆表面、中金属环的外圆表面和后金属环的外圆表面均分别设置有螺纹槽。

在前金属环、中金属环和后金属环上均分别设置有导电杆，导电杆通过其尾部的导电杆锥头与金属环连接在一起，在导电杆的头部设置有弯头接线柱，导电杆套接有云母套，在电机转轴本体套筒的尾部侧面设置有绝缘盖板。

在绝缘云母层套管与电机转轴本体套筒连接处设置的圆柱销为四个，该四个圆柱销在电机转轴本体套筒是对称均布设置的。

一种小功率风力发电机用滑环的装配工艺，其特征在于以下步骤：

第一步、在材料为不锈钢2Cr13的电机转轴本体套筒的外圆周面上车出深0.2毫米螺距为0.5毫米的螺纹浅槽；

第二步、将绝缘云母层套管套接到电机转轴本体套筒上，在绝缘云母层套管与电机转轴本体套筒之间填充高强度结构胶；

第三步、在前金属环与中金属环之间，以及中金属环与后金属环之间的绝缘云母层套管上对称地打四个圆柱销孔，使其伸入到电机转轴本体套筒中，将圆柱销放置到圆柱销孔中；

第四步、将环氧树脂与环氧树脂灌封胶按5：1进行混合，配比得到白色阻燃型复合胶，将白色阻燃型复合胶填充至圆柱销孔内；

第五步、在圆柱销的上方的圆柱销孔内，填充1.5毫米厚的白色阻燃型复合胶，在室温下固化24小时；

第六步、用过盈配合的方式，将金属环套接到绝缘云母层套管上，取过盈量Δ的值为0.3-0.4毫米，并用以下计算公式确定金属环的内孔直径D：

Δ=2a-(D-d)

式中：  D-金属环的内孔直径（单位为毫米）

             d-电机转轴本体套筒的外圆直径（单位为毫米）

             a-绝缘云母层套管的云母层厚度（单位为毫米）

             Δ-过盈量（单位为毫米）；

第七步、根据以上确定的金属环的内孔直径D，用1Cr18Ni9Ti的金属材料加工金属环，并在金属环的外圆表面上车出深0.2毫米，螺距为0.5毫米的螺纹浅槽5-6条，将加工好的金属环加热到200℃-250℃，并保持该温度40-60分钟，使金属环的内径胀大0.5-0.6毫米，最后，将金属环套接到绝缘云母层套管上；并在装配金属环的同时分别依次将前中绝缘环和后中绝缘环分别装配到绝缘云母层套管上，并在其间隙填充白色阻燃型复合胶，在室温下固化24小时；

第八步、将滑环本体整体车外圆，保证其径向跳动量小于0.02毫米；

第九步、将导电杆接线端子部位打磨并刷瓷釉漆，并在室温下固化24小时后，将其装配到金属环上；

第十步、在动平衡机上对滑环整体进行配平，使滑环整体的动平衡精度小于1.0克。

本发明在滑环本体上增加了防脱套结构设计，在滑环套筒适当位置增加了防转销，采用恰当的过盈配合使金属环和套筒紧固并不破坏绝缘云母层，使滑环在不改变其原有绝缘性能的基础上，提高其机械抗扭强度，增强滑环本体机械可靠性，克服了容易发生脱套现象的缺陷。

附图说明

图1是本发明的侧视方向的结构示意图，

图2是图1中的A-A向剖视图。

具体实施例

一种小功率风力发电机用滑环，包括电机转轴1，在电机转轴1上设置有电机转轴本体套筒2，在电机转轴本体套筒2的外侧面上设置有绝缘云母层套管3，在绝缘云母层套管3上分别设置有前金属环5、中金属环9和后金属环12，在前金属环5的外侧的绝缘云母层套管3上设置有前绝缘环4，在前金属环5与中金属环9之间的绝缘云母层套管3上设置有前中绝缘环8，在中金属环9与后金属环12之间的绝缘云母层套管3上设置有后中绝缘环11，在后金属环12的外侧设置有后绝缘环13，在前中绝缘环8内侧的绝缘云母层套管3与电机转轴本体套筒2连接处设置有圆柱销孔7，圆柱销孔7的轴线与电机转轴1的轴线垂直，在圆柱销孔7中设置有圆柱销10，在后中绝缘环11内侧的绝缘云母层套管3与电机转轴本体套筒2连接处设置有另一圆柱销孔，另一圆柱销孔的轴线与电机转轴1的轴线垂直，在另一圆柱销孔中设置有圆柱销，在前金属环5的外圆表面、中金属环9的外圆表面和后金属环12的外圆表面均分别设置有螺纹槽6。

在前金属环5、中金属环9和后金属环12上均分别设置有导电杆15，导电杆15通过其尾部的导电杆锥头14与金属环连接在一起，在导电杆的头部设置有弯头接线柱17，导电杆套接有云母套16，在电机转轴本体套筒2的尾部侧面设置有绝缘盖板18。

在绝缘云母层套管3与电机转轴本体套筒2连接处设置的圆柱销为四个，该四个圆柱销在电机转轴本体套筒2是对称均布设置的。

本发明的滑环主要包括：金属环、电机转轴本体套筒、导电杆和绝缘层四个主要部分组成。

作导电用的金属环必须具有良好的导电性，耐磨性和硬度。对制造金属环的材料要求，必须材质均匀，不锈蚀，接触电阻稳定，不允许有气孔、缩孔等缺陷，并要求有很低的表面粗糙度，以免引起电刷及环的工作表面很快磨损，因我们采用热套式装配，还需要有一定地热膨胀性。综合考虑各项因素，选用材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。在结构上，金属环外圆表面要车出5-6条的螺纹槽。螺纹槽有以下作用：当滑环旋转时槽内有风通过，便于很好的散热；保持电刷和环的接触良好；使得电刷磨出来的粉末有通路向一方逸出。在金属环上设置的紧固导电杆的孔为小角度锥孔，该锥孔与导电杆相应锥杆达到紧密接触，以保证良好的导电性。

由于采用过盈配合使金属环和套筒紧固，所以控制过盈量十分重要。过盈量的大小，是影响滑环装配质量的关键问题之一。如过盈量太大，则装配困难，且可能压坏云母层，使绝缘性能降低；如过盈太小，则滑环可能松动，达不到质量要求。根据有关资料提供的以往经验，把环的内径除去云母层厚度同套筒的配合应该有0.6～0.8毫米的过盈量，考虑到云母层的收缩性，确定过盈量为0.3毫米。

在滑环整体设计上，要求滑环外径与套筒内圆的同轴度公差不大于0.03毫米，环外径表面圆跳动量不于0.02毫米，且表面粗糙度不高于 Ra0.8μm。为了满足设计要求，金属环零件加工时外径尺寸留有0.8~1毫米加工余量，等滑环热装成形后，再整体精加工成。

导电杆的材料采用导电用纯铜T2 ，在每个环上都必须有引出端子即为导电杆，以便同转子绕组连接。我们采用三组不同长度的导电杆，每组各三个，这样是为了保证良好的、稳定的导电性。每一个导电杆都套有云母管，使环间保持良好的绝缘。每一个导电杆一端有一段锥体过渡的螺杆，既作为导电体用，又起夹紧金属环作用；另一端伸出带有与主杆呈90°垂直孔的弯头接线柱，作为连接转子绕组用。在试制阶段，弯头与主杆采用过盈配合及铆接组成，批量生产时考虑铸件加工。

套筒材料采用不锈钢2Cr13。内圆长度方向留有空槽，是为了一方面便于加工制造，另一方面保证装配轴良好的接触。外圆车有深0.2毫米，螺距为0.5毫米的螺纹浅槽，是为了更好地牢固粘附金属环与套筒间绝缘云母层。

绝缘层设置在金属环间及环组两端相应位置，既为了保证良好绝缘，也为了保证导电杆装配稳固；同时，金属环间增有的绝缘环衬套，除了固定绝缘环外，还进一步确保环间良好的绝缘；套筒导电杆伸出一侧端面增加盖板，也是为了保证良好的绝缘，防止爬电现象发生。

经试验可得出本发明的有益效果如下：

1、经过滑环本体破环性试验验证，增加四只防转销后的滑环本体可以承受超过10吨重物即10万牛顿产生的扭力。

2、经过“耐压试验”、“绝缘试验”、“湿热试验”验证，滑环本体的绝缘性能并没有因为增加防转销而降低，整体耐压达7300V，环与环之间、环与地之间绝缘电阻大11GΩ。

3、经过滑环装机过程及试验站可靠性验证，滑环本体的可安装性能与机械可靠性都有了较大的提升；经过长时间各种工况运行验证：滑环运行可靠、稳定，达到预期设计效果。

Claims (2)

1.一种小功率风力发电机用滑环，包括电机转轴（1），在电机转轴（1）上设置有电机转轴本体套筒（2），在电机转轴本体套筒（2）的外侧面上设置有绝缘云母层套管（3），在绝缘云母层套管（3）上分别设置有前金属环（5）、中金属环（9）和后金属环（12），在前金属环（5）的外侧的绝缘云母层套管（3）上设置有前绝缘环（4），在前金属环（5）与中金属环（9）之间的绝缘云母层套管（3）上设置有前中绝缘环（8），在中金属环（9）与后金属环（12）之间的绝缘云母层套管（3）上设置有后中绝缘环（11），在后金属环（12）的外侧设置有后绝缘环（13），其特征在于，在前中绝缘环（8）内侧的绝缘云母层套管（3）与电机转轴本体套筒（2）连接处设置有圆柱销孔（7），圆柱销孔（7）的轴线与电机转轴（1）的轴线垂直，在圆柱销孔（7）中设置有圆柱销（10），在后中绝缘环（11）内侧的绝缘云母层套管（3）与电机转轴本体套筒（2）连接处设置有另一圆柱销孔，另一圆柱销孔的轴线与电机转轴（1）的轴线垂直，在另一圆柱销孔中设置有圆柱销，在前金属环（5）的外圆表面、中金属环（9）的外圆表面和后金属环（12）的外圆表面均分别设置有螺纹槽（6）。

2.根据权利要求1所述的一种小功率风力发电机用滑环，其特征在于，在前金属环（5）、中金属环（9）和后金属环（12）上均分别设置有导电杆（15），导电杆（15）通过其尾部的导电杆锥头（14）与金属环连接在一起，在导电杆的头部设置有弯头接线柱（17），导电杆套接有云母套（16），在电机转轴本体套筒（2）的尾部侧面设置有绝缘盖板（18）。

3、根据权利要求1所述的一种小功率风力发电机用滑环，其特征在于，在绝缘云母层套管（3）与电机转轴本体套筒（2）连接处设置的圆柱销为四个，该四个圆柱销在电机转轴本体套筒（2）是对称均布设置的。

4、如权利要求1所述的一种小功率风力发电机用滑环的装配工艺，其特征在于以下步骤：

第一步、在材料为不锈钢2Cr13的电机转轴本体套筒的外圆周面上车出深0.2毫米螺距为0.5毫米的螺纹浅槽；

第二步、将绝缘云母层套管套接到电机转轴本体套筒上，在绝缘云母层套管与电机转轴本体套筒之间填充高强度结构胶；

第三步、在前金属环与中金属环之间，以及中金属环与后金属环之间的绝缘云母层套管上对称地打四个圆柱销孔，使其伸入到电机转轴本体套筒中，将圆柱销放置到圆柱销孔中；

第四步、将环氧树脂与环氧树脂灌封胶按5：1进行混合，配比得到白色阻燃型复合胶，将白色阻燃型复合胶填充至圆柱销孔内；

第五步、在圆柱销的上方的圆柱销孔内，填充1.5毫米厚的白色阻燃型复合胶，在室温下固化24小时；

第六步、用过盈配合的方式，将金属环套接到绝缘云母层套管上，取过盈量Δ的值为0.3-0.4毫米，并用以下计算公式确定金属环的内孔直径D：

Δ=2a-(D-d)

式中：  D-金属环的内孔直径

        d-电机转轴本体套筒的外圆直径

        a-绝缘云母层套管的云母层厚度

        Δ-过盈量；

第七步、根据以上确定的金属环的内孔直径D，用1Cr18Ni9Ti的金属材料加工金属环，并在金属环的外圆表面上车出深0.2毫米，螺距为0.5毫米的螺纹浅槽5-6条，将加工好的金属环加热到200℃-250℃，并保持该温度40-60分钟，使金属环的内径胀大0.5-0.6毫米，最后，将金属环套接到绝缘云母层套管上；并在装配金属环的同时分别依次将前中绝缘环和后中绝缘环分别装配到绝缘云母层套管上，并在其间隙填充白色阻燃型复合胶，在室温下固化24小时；

第八步、将滑环本体整体车外圆，保证其径向跳动量小于0.02毫米；

第九步、将导电杆接线端子部位打磨并刷瓷釉漆，并在室温下固化24小时后，将其装配到金属环上；

第十步、在动平衡机上对滑环整体进行配平，使滑环整体的动平衡精度小于1.0克。

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