CN105162290A - 一种电机用集电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机用集电装置，其特征在于：包括集电环、转轴、筋板、下支撑板和连接件，所述集电环至少为三个，集电环相互平行设置且集电环的圆心位于同一条轴向线上，所述筋板固定在转轴上，所述下支撑板固定在转轴上，转轴穿过集电环，所述集电环通过连接件连接在下支撑板上，每个集电环之间设置有间隙，所述集电环的内径大于筋板的径向长度。本发明具有承载交流高电压大电流的能力，通风散热性好，绝缘性能可靠、能够显著延长集电环和电刷的使用寿命。

Description

一种电机用集电装置

技术领域

本发明涉及一种电机集电装置，尤其涉及一种用于发电机或者发电电动机的集电装置。

背景技术

常规定速水轮发电机，电机同步转速与电网的供电频率耦合在一起。相应的决定了水轮机的运行工作点。当水头变幅发生变化时，水轮机难以达到最优运行性能。

速度可调水轮发电机实现了电机转速与供电频率的柔性连接，通过改变多相集电系统通入交流电频率，使得机组能够在一定范围内变转速运行。当机组运行时，电机转子侧也需通过集电系统和外接变流器与电网进行能量传递。现有定速水轮发电机，集电装置容量一般不超过机组额定容量的5‰。对于转速变化范围为±7%的运行要求，转子侧励磁容量将达到机组额定容量的约20%，具体体现为高电压大电流的特点。一方面大电流的特点使得高负荷载流导体集肤效产生涡流损耗发热需着重考虑；另一方面，高电压的特点就需要严格抑制各集电环相间爬电造成短路。

集电装置是将静止的励磁装置提供电流传输至旋转的发电机转子的导流装置。现有的集电装置包括旋转轴和设置在旋转轴的上的正、负极两层集电环，旋转轴在电机的驱动下旋转，集电环与电刷摩擦接触将电流传输给转子线圈产生磁场。区别于上述集电装置直流供电方式，多相交流集电装置采用交流供电。多层集电环除了包含不同相对应环外，还需设置中性环。现有的集电装置在用于速度可调水轮发电机上时，其散热性完全达不到要求，散热效果较差，无法承载高电压大电流工作。

发明内容

为了克服上述现有集电装置存在的缺陷，本发明公开一种电机用集电装置，具有承载高电压大电流、稳定可靠、通风散热性好的优点，完全能够满足可调式水轮发电机的使用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种电机用集电装置，其特征在于：包括集电环、转轴、筋板、下支撑板和连接件，所述集电环至少为三个，集电环相互平行设置且集电环的圆心位于同一条轴向线上，所述筋板固定在转轴上，所述下支撑板固定在转轴上，转轴穿过集电环，所述集电环通过连接件连接在下支撑板上，每个集电环之间设置有间隙，所述集电环的内径大于筋板的径向长度。

每个集电环之间等间隙设置，且在集电环之间的间隙内设置有绝缘垫块，在集电环与下支撑板之间也设置有绝缘垫块。

每个集电环的外圆周面上设置有轴向高度不同的凹槽和径向通风孔，径向通风孔与轴向高度不同的凹槽的底部相连通。

所述连接件为拉紧螺栓。

所述拉紧螺栓与集电环之间的接触部分套绝缘套管或者缠绕绝缘材料层。

所述电机用集电装置罩扣有外罩，外罩的顶部安装有冷却器，冷却器和外罩上均安装有挡风板，安装在冷却器上的挡风板位于冷却器的两侧，安装在冷却器上的挡风板位于集电环上方。

所述冷却器为水冷式冷却器。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

本发明包括集电环、转轴、筋板、下支撑板和连接件，所述集电环至少为三个，集电环相互平行设置且集电环的圆心位于同一条轴向线上，所述筋板固定在转轴上，所述下支撑板固定在转轴上，转轴穿过集电环，所述集电环通过连接件连接在下支撑板上，每个集电环之间设置有间隙，所述集电环的内径大于筋板的径向长度。本发明在工作时，转轴转动带动筋板转动，转动的筋板形成径向风扇产生风吹向集电环，风从集电环上的进行通风孔吹到轴向凹槽，然后吹在碳刷上，产生的风压，强迫空气将电刷与集电环之间的电气损耗和摩擦损耗带出，同时减少碳刷磨损堆积在集电环表面的碳粉。由于筋板和转轴带来的散热作用，可以保证集电装置能够承载高电压大电流的要求，适合可调式水轮发电机的使用。连接件绝缘后将不同轴向高度的集电环连接成整体，有效防止各环相对偏心，保证集电环与电刷间压力均匀。每个集电环当与导流铜排连接时，碳刷在各个铜排分出扇形区域均布，减小各导流支路出入电阻的差别。

本发明每个集电环的外圆周面上设置有轴向高度不同的凹槽和径向通风孔，径向通风孔与轴向凹槽的底部相连通。设置的径向通风孔便于风从集电环上通过，带走集电环上的热量，增加散热效果。设置的轴向高度不同的凹槽降低集电环的涡流损耗。从径向通风孔吹过的风直接吹拂碳刷内表面，减少碳刷磨损堆积在集电环表面的碳粉。

本发明每个集电环之间等间隙设置，且在集电环之间的间隙内设置有绝缘垫块，在集电环与下支撑板之间也设置有绝缘垫块。本发明的拉紧螺栓将集电环和下支撑板连接在一起，保证各个集电环的稳定性，避免集电环偏心，引起集电环与电刷间压力不均。而设置中间的在各个集电环之间的绝缘垫块的作用在于对不同相集电环进行轴向隔离，能够有效防止环间爬电，造成相间短路。制造工艺简单，可靠性高。

本发明拉紧螺栓的螺杆与集电环之间的接触部分设有绝缘套管或者在拉紧螺栓的螺杆杆上缠绕绝缘材料层。其作用在于绝缘集电环与拉紧螺栓之间的电接触，避免拉紧螺栓导电。

本发明提供的电机用集电装置罩扣有外罩，外罩的顶部安装有冷却器，冷却器和外罩的顶部均安装有挡风板，安装在冷却器的挡风板位于冷却器的两侧，安装在冷却器上的挡风板位于集电环上方。通过挡风板和冷却器的作用，转子转动产生的风吹到碳刷后进入冷却器冷却后再导入到筋板处，保证筋板转动产生的风为冷风，提高散热效果，经过集电环和碳刷后冷风变成热风又被冷却器吸收冷却，这样就形成了一个循环系统，保证筋板产生的风始终为冷风，提高了散热效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的B向视图；

图4为单个集电环结构图；

图5为图3的C-C剖视图；

图6为本发明实施例3的整体结构示意图。

图中标记1、拉紧螺栓，2、转轴，3、集电环，4、碳刷，5、下支撑板，6、导流铜排，7、筋板，8、刷握，9、绝缘垫块，10、径向通风孔，11、上夹板，12、凹槽，13、冷却器，14、外罩，15、挡风板。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括三个集电环3、转轴2、六块筋板7、下支撑板5和上夹板11、拉紧螺栓1、绝缘垫块9、碳刷5、刷握8和导流铜排6，筋板7焊接在旋转轴2上，所述多个集电环3轴向同心（各个集电环的圆心在同一条轴线上），轴向重量由下层支撑环板11承受。所述拉紧螺栓1套有绝缘套管后穿过上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板，将上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板5连接为一个整体，各个集电环3之间设置有间隙，间隙距离相同，所述拉紧螺栓1与集电环3之间通过绝缘套管实现绝缘接触。集电环与所述导电铜排相连，碳刷5与每个集电环3摩擦接触，碳刷5安装在刷握4上。筋板7的径向长度小于集电环3的内径。

本实施例的转轴在转动时筋板可视作风扇产生风压将电刷与集电环之间的电气损耗和机械摩擦损耗产生热量带出，同时带走由于摩擦产生的碳粉，达到了散热的目的，延长了集电环和电刷的使用寿命。多个集电环之间的间隙设置可以很好的防止集电环之间爬电。

本实施例的集电环3外圆周面开有多道轴向高度不同的凹槽12，降低集电环3的涡流损耗。相应凹槽12内侧有径向通风孔10，筋板产生冷却空气不仅从集电环3之间的间隙通过，还可从径向通风孔10中流出，直接吹拂碳刷5内表面。本实施例根据转子绕组支路数的选择，每个集电环可与多个导流铜排6(分别对应不同支路)接触。导流铜排固定在筋板之间，具有很好的散热能力。

各个集电环3之间的间隙距离相同，最上面的集电环连接在上夹板11上，最下面的集电环连接在下支撑板5上，中间的各个集电环之间安装有绝缘垫块9，拉紧螺栓2也穿过绝缘垫块9。上夹板和下支撑板的作用在于支撑集电环的重量的同时将集电环连接为一个整体，保证各个集电环的稳定性，避免集电环偏心，引起集电环与电刷间压力不均。而设置中间的在各个集电环之间的绝缘垫块的作用在于对不同相集电环进行轴向隔离，能够有效防止环间爬电，造成相间短路。制造工艺简单，可靠性高。

刷握8连接至外部变流器装置，导流铜排则将各相集电环与转子绕组相连，实现静止变流器与旋转转子绕组之间的导流。

实施例2

本实施例包括四个集电环3、转轴2、四块筋板7、下支撑板5和上夹板11、拉紧螺栓1、绝缘垫块9、碳刷5、刷握8和导流铜排6，筋板7焊接在旋转轴2上，所述多个集电环3轴向同心（各个集电环的圆心在同一条轴线上），轴向重量由下层支撑环板11承受。所述拉紧螺栓1与集电环基础的螺杆部分缠绕有绝缘材料层后穿过上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板，将上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板5连接为一个整体，各个集电环3之间设置有间隙，间隙距离相同，所述拉紧螺栓1与集电环3之间通过绝缘套管实现绝缘接触。集电环与所述导电铜排相连，碳刷5与每个集电环3摩擦接触，碳刷5安装在刷握4上。筋板7的径向长度小于集电环3的内径。

本实施例的转轴在转动时筋板可视作风扇产生风压将电刷与集电环之间的电气损耗和机械摩擦损耗产生热量带出，同时带走由于摩擦产生的碳粉，达到了散热的目的，延长了集电环和电刷的使用寿命。多个集电环之间的间隙设置可以很好的防止集电环之间爬电。

本实施例的集电环3外圆周面开有多道轴向高度不同的凹槽12，降低集电环3的涡流损耗。相应凹槽12内侧有径向通风孔10，筋板产生冷却空气不仅从集电环3之间的间隙通过，还可从径向通风孔10中流出，直接吹拂碳刷5内表面。本实施例根据转子绕组支路数的选择，每个集电环可与多个导流铜排6(分别对应不同支路)接触。导流铜排固定在筋板之间，具有很好的散热能力。

各个集电环3之间的间隙距离相同，最上面的集电环连接在上夹板11上，最下面的集电环连接在下支撑板5上，中间的各个集电环之间安装有绝缘垫块9，拉紧螺栓2也穿过绝缘垫块9。上夹板和下支撑板的作用在于支撑集电环的重量的同时将集电环连接为一个整体，保证各个集电环的稳定性，避免集电环偏心，引起集电环与电刷间压力不均。而设置中间的在各个集电环之间的绝缘垫块的作用在于对不同相集电环进行轴向隔离，能够有效防止环间爬电，造成相间短路。制造工艺简单，可靠性高。

刷握8连接至外部变流器装置，导流铜排则将各相集电环与转子绕组相连，实现静止变流器与旋转转子绕组之间的导流。

实施例3

本实施例包括五个集电环3、转轴2、三块筋板7、下支撑板5和上夹板11、拉紧螺栓1、绝缘垫块9、碳刷5、刷握8和导流铜排6，筋板7焊接在旋转轴2上，所述多个集电环3轴向同心（各个集电环的圆心在同一条轴线上），轴向重量由下层支撑环板11承受。所述拉紧螺栓1套有绝缘套管后穿过上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板，将上夹板11、绝缘垫块9、集电环3和下支撑板5连接为一个整体，各个集电环3之间设置有间隙，间隙距离相同，所述拉紧螺栓1与集电环3之间通过绝缘套管实现绝缘接触。集电环与所述导电铜排相连，碳刷5与每个集电环3摩擦接触，碳刷5安装在刷握4上。筋板7的径向长度小于集电环3的内径。

本实施例的转轴在转动时筋板可视作风扇产生风压将电刷与集电环之间的电气损耗和机械摩擦损耗产生热量带出，同时带走由于摩擦产生的碳粉，达到了散热的目的，延长了集电环和电刷的使用寿命。多个集电环之间的间隙设置可以很好的防止集电环之间爬电。

本实施例的集电环3外圆周面开有多道轴向高度不同的凹槽12，降低集电环3的涡流损耗。相应凹槽12内侧有径向通风孔10，筋板产生冷却空气不仅从集电环3之间的间隙通过，还可从径向通风孔10中流出，直接吹拂碳刷5内表面。本实施例根据转子绕组支路数的选择，每个集电环可与多个导流铜排6(分别对应不同支路)接触。导流铜排固定在筋板之间，具有很好的散热能力。

各个集电环3之间的间隙距离相同，最上面的集电环连接在上夹板11上，最下面的集电环连接在下支撑板5上，中间的各个集电环之间安装有绝缘垫块9，拉紧螺栓2也穿过绝缘垫块9。上夹板和下支撑板的作用在于支撑集电环的重量的同时将集电环连接为一个整体，保证各个集电环的稳定性，避免集电环偏心，引起集电环与电刷间压力不均。而设置中间的在各个集电环之间的绝缘垫块的作用在于对不同相集电环进行轴向隔离，能够有效防止环间爬电，造成相间短路。制造工艺简单，可靠性高。

刷握8连接至外部变流器装置，导流铜排则将各相集电环与转子绕组相连，实现静止变流器与旋转转子绕组之间的导流。

本实施例电机用集电装置罩扣有外罩14，外罩14的顶部安装有冷却器13，冷却器13和外罩14上均安装有挡风板15，安装在冷却器的挡风板位于冷却器13的两侧，安装在冷却器上的挡风板位于集电环3上方。安装在冷却器上的挡风板在于将冷却器产生的冷风导入到筋板处；而安装在外罩顶部的挡风板在于将吹过碳刷的热风挡住导入到冷却器中进行冷却，从而实现循环利用。通过挡风板和冷却器的作用，转子转动产生的风吹到碳刷后进入冷却器冷却后在导入到筋板处，保证筋板转动产生的风为冷风，提高散热效果，经过集电环和碳刷后冷风变成热风又被冷却器吸收冷却，这样就形成了一个循环系统，保证筋板产生的风始终为冷风，提高了散热效率。

Claims (7)

1.一种电机用集电装置，其特征在于：包括集电环（3）、转轴（2）、筋板（7）、下支撑板（5）和连接件，所述集电环（3）至少为三个，集电环（3）相互平行设置且集电环（3）的圆心位于同一条轴向线上，所述筋板（7）固定在转轴（2）上，所述下支撑板（5）固定在转轴（2）上，转轴（2）穿过集电环（3），所述集电环（3）通过连接件连接在下支撑板（5）上，每个集电环（3）之间设置有间隙，所述集电环（3）的内径大于筋板（7）的径向长度。

2.根据权利要求1所述的一种电机用集电装置，其特征在于：每个集电环（3）之间等间隙设置，且在集电环（3）之间的间隙内设置有绝缘垫块（9），在集电环（3）与下支撑板（5）之间也设置有绝缘垫块（9）。

3.根据权利要求1或2所述的一种电机用集电装置，其特征在于：每个集电环（3）的外圆周面上设置有轴向高度不同的凹槽（12）和径向通风孔（10），径向通风孔（10）与轴向高度不同的凹槽（12）的底部相连通。

4.根据权利要求3所述的一种电机用集电装置，其特征在于：所述连接件为拉紧螺栓（1）。

5.根据权利要求1所述的一种电机用集电装置，其特征在于：所述拉紧螺栓（1）与集电环（3）之间的接触部分套绝缘套管或者缠绕绝缘材料层。

6.根据权利要求3所述的一种电机用集电装置，其特征在于：所述电机用集电装置罩扣有外罩（14），外罩（14）的顶部安装有冷却器（13），冷却器（13）和外罩（14）上均安装有挡风板（15），安装在冷却器（13）上的挡风板（15）位于冷却器（13）的两侧，安装在冷却器（13）上的挡风板（15）位于集电环（3）上方。

7.根据权利要求6所述的一种电机用集电装置，其特征在于：所述冷却器（13）为水冷式冷却器。