CN107104340A - 一种风电滑环用组合式电刷组件 - Google Patents

Abstract

一种风电滑环用组合式电刷组件，涉及风力发电用输电装置技术领域；包括电刷、印制电路板、接线端子、支撑板和侧压板；其中，支撑板为水平放置的矩形结构，支撑板下表面的中部沿长边方向设置有凹槽；印制电路板为水平放置的矩形结构，印制电路板固定安装在支撑板的上表面；n个电刷等间距堆成固定安装在印制电路板沿长边方向的两侧；印制电路板上表面的中线处沿长边方向均匀设置有m个接线端子；侧压板对称固定安装在支撑板长边的两侧；n为正整数，m为正整数；本发明提出了一种风电滑环用组合式电刷组件，简化了风电滑环电刷组件制作工艺，减少金基刷丝使用量，降低了成本。

Description

一种风电滑环用组合式电刷组件

技术领域

本发明涉及一种风力发电用输电装置技术领域，特别是一种风电滑环用组合式电刷组件。

背景技术

当前，绿色能源技术的不断发展，尤其是可持续发展和利用的风能备受全世界多个国家的青睐，其风力发电技术得到相关政策的大力支持，风机制造企业也迎来了一股快速发展的风潮，作为风力发电机变桨机构系统中关键输电装置的风电滑环，担负着整个变桨机构工作的电力电源和控制信号的传输，对其性能和可靠性提出了非常高的要求。

风电滑环，是导电滑环应用在风电领域的一种特殊种类，是实现风机变桨机构固定部件和旋转的叶片部件之间相对转动的电力电源和控制信号的精密输电装置。风电滑环具有传输电流大、环道多、运转平稳、电气噪音低、结构紧凑、寿命长、维护方便等特点，其基本原理是通过弹性电刷与圆柱形滑环之间的滑动接触的方式实现两个部件之间的电流传输，主要由导电轴(含滑环、引线)、电刷组件(含电刷、引线)、支架、轴承、外罩、轴承端盖以及工业接插件等组成，其中导电轴是旋转体，是滑环中的旋转部分，在变桨机构系统中是与旋转的叶片部件进行连接，电刷组件则是安装在支架上，作为滑环中的固定部分，则与变桨机构系统中的固定部件进行连接，通过传输电缆将电力电源和控制信号传输给叶片组件，实现对叶片组件的精确运转控制。

当前，国际上主流的风电滑环电刷组件均采用金基合金单丝电刷结构，其材料主要组成元素是金和其它贵金属元素，电接触性能和耐磨性都非常好，通过几十年的应用，已经非常成熟，但金基合金单丝优异的弹性性能导致电刷组件制作难度较大，随着风力发电机组的更新换代，对风电滑环传输电力电源要求逐渐增大，电刷数量急剧增加，所使用的金基合金单丝电刷也越来越多，导致成本居高不下，也造成了金、银等贵金属的巨大消耗，高昂的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种风电滑环用组合式电刷组件，简化了风电滑环电刷组件制作工艺，减少金基刷丝使用量，降低了成本。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种风电滑环用组合式电刷组件，包括电刷、印制电路板、接线端子、支撑板和侧压板；其中，支撑板为水平放置的矩形结构，支撑板下表面的中部沿长边方向设置有凹槽；印制电路板为水平放置的矩形结构，印制电路板固定安装在支撑板的上表面；n个电刷等间距堆成固定安装在印制电路板沿长边方向的两侧；印制电路板上表面的中线处沿长边方向均匀设置有m个接线端子；侧压板对称固定安装在支撑板长边的两侧；n为正整数，m为正整数。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述n≥4；m≥2。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述电刷包括电刷臂组和电刷触头；其中，电刷臂组由k个电刷臂均匀排布组成，k为不小于10的正整数；电刷触头为圆柱丝状结构，电刷触头电子点焊固定安装在电刷臂组下表面的底端。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，每个电刷臂为矩形条状；相邻电刷臂之间通过“Π”桥形连接一体成型；电刷臂材料为铍青铜QBe2板材；电刷臂的厚度为0.28-0.32mm；电刷臂的宽度为0.45-0.55mm；相邻电刷壁的间距为1.8-2.2mm。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述电刷臂组包括固定端和自由端；其中，固定端为Γ形状；自由端与Γ形状固定端长边的底端固定连接。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述自由端与固定端的夹角为8-12°。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述自由端下表面的底端开始3个焊接孔，焊接孔直径为0.29-0.31mm，相邻焊接孔间距为1.8-2.2mm；电刷触头通过焊接孔与自由端焊接固定连接。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述电刷触头直径为0.48-0.52mm，长度为6.8-7.2mm，材料为金银铜合金。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述印制电路板上表面沿长边方向均匀对称开有n个方槽，方槽宽度为0.38-0.42mm，方槽长度为14-16mm；相邻方槽间距为23-25mm；电刷臂组中固定端的短边从上至下伸入印制电路板的方槽内；侧压板固定安装在固定端的长边的外表面。

在上述的一种风电滑环用组合式电刷组件，所述支撑板采用F881阻燃性环氧玻璃布层压板。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了一体化的铍青铜电刷臂组和金基合金单丝电刷触头组合形式，可以充分利用两种材料各自的最佳性能，满足风电滑环对电刷在工作过程中优异的电性能、接触性能和耐磨性，通过电子点焊的方法，极大的提高电刷的综合性能，简化了电刷的成型方法，节约了贵金属的使用，降低了材料成本；

(2)本发明中的电刷和接线端子均通过波峰焊的工艺方法焊接固定在印制电路板上，焊接部位焊锡充分、均匀，焊接表面光滑，牢固可靠，且焊接时间短，可方便大批量生产；

(3)本发明中的印制电路板固定在支撑板上，电刷臂组位于支撑板侧面的电刷槽口内，然后在支撑板两侧用侧压板压紧电刷臂平面，将电刷进行精准限位，确保电刷自由端电刷臂位于同一平面。这种组合式电刷组件，结构紧凑，制作工艺简单，电刷一致性好，安装方便，有效地提高了电刷组件的生产效率，很好地保证了风电滑环的产品质量。

附图说明

图1为本发明组合式电刷组件结构示意图；

图2为本发明电刷结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为组合式电刷组件结构示意图，由图可知，一种风电滑环用组合式电刷组件，包括电刷1、印制电路板2、接线端子3、支撑板4和侧压板5；其中，支撑板4为水平放置的矩形结构，支撑板4下表面的中部沿长边方向设置有凹槽；印制电路板2为水平放置的矩形结构，印制电路板2固定安装在支撑板4的上表面；n个电刷1等间距堆成固定安装在印制电路板2沿长边方向的两侧；印制电路板2上表面的中线处沿长边方向均匀设置有m个接线端子3；侧压板5对称固定安装在支撑板4长边的两侧；n为正整数，且n≥4；m为正整数，且m≥2；支撑板4采用F881阻燃性环氧玻璃布层压板，用来限制电刷臂组1-1的活动。

如图2所示为电刷结构示意图，由图可知，电刷1包括电刷臂组1-1和电刷触头1-2，电刷触头1-2直径为0.48-0.52mm，长度为6.8-7.2mm，材料为金银铜合金；其中，电刷臂组1-1由k个电刷臂均匀排布组成，k为不小于10的正整数；电刷触头1-2为圆柱丝状结构，电刷触头1-2电子点焊固定安装在电刷臂组1-1下表面的底端。

其中，每个电刷臂为矩形条状；相邻电刷臂之间通过“Π”桥形连接一体成型；电刷臂材料为铍青铜QBe2板材；电刷臂的厚度为0.28-0.32mm；电刷臂的宽度为0.45-0.55mm；相邻电刷壁的间距为1.8-2.2mm。

电刷臂组1-1包括固定端1-1-1和自由端1-1-2；其中，固定端1-1-1为Γ形状；自由端1-1-2与Γ形状固定端1-1-1长边的底端固定连接；自由端1-1-2与固定端1-1-1的夹角为8-12°。

自由端1-1-2下表面的底端开始3个焊接孔，焊接孔直径为0.29-0.31mm，相邻焊接孔间距为1.8-2.2mm；电刷触头1-2通过焊接孔与自由端1-1-2焊接固定连接。

印制电路板2厚度为2.5-3mm，印制电路板2的上表面沿长边方向均匀对称开有n个方槽，方槽宽度为0.38-0.42mm，方槽长度为14-16mm；相邻方槽间距为23-25mm；均匀间距分布，两侧方槽之间设置有涂覆层，涂覆层厚度为40μm，宽度为16mm，中间区域开设有接线端子3的8个槽口，槽口尺寸为3×3mm，四周分布有四个Φ3.4mm圆形通孔；电刷臂组1-1中固定端1-1-1的短边从上至下伸入印制电路板2的方槽内；侧压板5固定安装在固定端1-1-1的长边的外表面。

接线端子3，采用紫铜T2加工，尺寸为12×12×7mm，中心开设有M5标准螺纹通孔，底部设置有8个焊接柱，焊接柱尺寸2.7×2.7×3.2mm，表面电镀一层厚度为3～5μm硬银；

支撑板5两内侧对称开设有电刷槽口，槽口宽度为16mm，深度为0.3mm，，中心区域为环形通槽15×15mm，四周分布有四个M3螺纹通孔和四个环形通孔，两个外侧边各开设有三个M3螺纹盲孔；侧压板6采用F881阻燃性环氧玻璃布层压板，一侧开设有三个M3螺钉沉头孔，宽度为12mm，厚度为5mm，另一侧为光滑平面。

电刷触头1-2与自由端1-1-2通过电子点焊的方法焊接固定在一起，焊接点是自由端1-1-2的3个焊接孔，保证电刷触头与电刷臂焊接牢固，使电刷触头与电刷臂保持在同一直线上。

接线端子3低平面与印制电路板2上平面重合，在8个焊接柱处通过波峰焊的方法焊接固定在一起，确保焊锡充分填充，焊接可靠；

电刷固定端1-1-1下平面与印制电路板2上平面重合，通过波峰焊的方法焊接固定在一起，电刷成对出现，两侧的电刷触头1-2均朝内，确保单侧电刷自由端电刷臂组位于同一平面内，焊接部位焊锡均匀，焊接表面光滑；

印制电路板2下平面与支撑板4上平面重合，通过四个M3内六角螺钉固定在一起，并将电刷臂组1的固定端1-1内侧平面与支撑板5一侧的电刷槽口平面重合；

侧压板5一侧光滑面与支撑板4侧面重合，侧压板5上的三个螺钉沉孔对准支撑板4侧面的三个螺纹盲孔，通过三个M3十字螺钉将侧压板固定，使侧压板5光滑面压紧电刷臂组1-1外侧平面

本发明所述的采用一体化的铍青铜电刷臂组和金基合金单丝电刷触头组合形式，可以充分利用两种材料各自的最佳性能，满足风电滑环对电刷在工作过程中优异的电性能、接触性能和耐磨性，通过电子点焊的方法，极大的提高电刷的综合性能，简化了电刷的成型方法，节约了贵金属的使用，降低了材料成本。

本发明所述的电刷和接线端子均通过波峰焊的工艺方法焊接固定在印制电路板上，焊接部位焊锡充分、均匀，焊接表面光滑，牢固可靠，且焊接时间短，可方便大批量生产。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：包括电刷(1)、印制电路板(2)、接线端子(3)、支撑板(4)和侧压板(5)；其中，支撑板(4)为水平放置的矩形结构，支撑板(4)下表面的中部沿长边方向设置有凹槽；印制电路板(2)为水平放置的矩形结构，印制电路板(2)固定安装在支撑板(4)的上表面；n个电刷(1)等间距堆成固定安装在印制电路板(2)沿长边方向的两侧；印制电路板(2)上表面的中线处沿长边方向均匀设置有m个接线端子(3)；侧压板(5)对称固定安装在支撑板(4)长边的两侧；n为正整数，m为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述n≥4；m≥2。

3.根据权利要求1所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述电刷(1)包括电刷臂组(1-1)和电刷触头(1-2)；其中，电刷臂组(1-1)由k个电刷臂均匀排布组成，k为不小于10的正整数；电刷触头(1-2)为圆柱丝状结构，电刷触头(1-2)电子点焊固定安装在电刷臂组(1-1)下表面的底端。

4.根据权利要求3所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：每个电刷臂为矩形条状；相邻电刷臂之间通过“Π”桥形连接一体成型；电刷臂材料为铍青铜QBe2板材；电刷臂的厚度为0.28-0.32mm；电刷臂的宽度为0.45-0.55mm；相邻电刷壁的间距为1.8-2.2mm。

5.根据权利要求4所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述电刷臂组(1-1)包括固定端(1-1-1)和自由端(1-1-2)；其中，固定端(1-1-1)为Γ形状；自由端(1-1-2)与Γ形状固定端(1-1-1)长边的底端固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述自由端(1-1-2)与固定端(1-1-1)的夹角为8-12°。

7.根据权利要求6所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述自由端(1-1-2)下表面的底端开始3个焊接孔，焊接孔直径为0.29-0.31mm，相邻焊接孔间距为1.8-2.2mm；电刷触头(1-2)通过焊接孔与自由端(1-1-2)焊接固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述电刷触头(1-2)直径为0.48-0.52mm，长度为6.8-7.2mm，材料为金银铜合金。

9.根据权利要求8所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述印制电路板(2)上表面沿长边方向均匀对称开有n个方槽，方槽宽度为0.38-0.42mm，方槽长度为14-16mm；相邻方槽间距为23-25mm；电刷臂组(1-1)中固定端(1-1-1)的短边从上至下伸入印制电路板(2)的方槽内；侧压板(5)固定安装在固定端(1-1-1)的长边的外表面。

10.根据权利要求9所述的一种风电滑环用组合式电刷组件，其特征在于：所述支撑板(4)采用F881阻燃性环氧玻璃布层压板。