CN107425387A - 一种无磨损、免维护的变桨滑环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无磨损、免维护的变桨滑环，用于完成两个旋转件之间的电能传输和/或信号传输。包括壳体以及固定在壳体内的液态金属滑环和接线连接板，壳体的外侧设有滑环连接器，液态金属滑环的输出线通过接线连接板连接滑环连接器；液态金属滑环包括旋转轴和固定外壳，旋转轴与固定外壳相对转动的设置，在固定外壳与旋转轴之间形成密闭空间，在密闭空间内填充有液态金属。本发明采用密封的导电性能良好的液态金属实现两个旋转件之间的电能传输和/或信号传输，从而实现无磨损、免维护。结构上采用串联设计，方便滑环级数扩展以适应不同机组变桨系统的需要。
Description
技术领域
本发明涉及滑环技术领域，具体涉及一种无磨损、免维护的变桨滑环。
背景技术
滑环在导航、交通、工业生产、农业和新能源领域都发挥着重要的作用。滑环在需要旋转连通的场景发挥着不可替代的作用，传统滑环采用碳刷作为旋转连通的手段，由于存在旋转接触磨损，需要定期更换碳刷，清洗滑道，磨损的碳粉容易造成接触不良。也有滑环采用贵金属金或者金合金作为旋转连通材料，同样存在磨损，需要定期更换探针和清洗滑道，变桨系统启动时的冲击电流容易导致探针接触部位打火氧化，导致接触不良，更严重者带来火灾等安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无磨损、免维护的变桨滑环，用以解决现有滑环存在磨损，需要定期更换探针和清洗滑道、存在安全隐患的问题。
为实现上述目的，具体地，该无磨损、免维护的变桨滑环包括壳体以及固定在壳体内的液态金属滑环和接线连接板，壳体的外侧设有滑环连接器，液态金属滑环的输出线一端通过接线连接板连接滑环连接器；液态金属滑环包括旋转轴和固定外壳，旋转轴与固定外壳相对转动的设置，在固定外壳与旋转轴之间形成密闭空间，在密闭空间内填充有液态金属，输出线的另一端伸入液态金属中。
多个所述的液态金属滑环轴向串联构成液态金属滑环组。一个液态金属滑环实现一路电气信号的旋转连通，多路信号的旋转连通需要多个液态金属滑环串联组成的液态金属滑环组连通，可以灵活满足不同风电机组变桨系统的需求。
所述的旋转轴的外侧设有多个轴向排列的固定外壳，每个固定外壳与旋转轴之间分别形成一个密闭空间，每个密闭空间内均填充有液态金属构成液态金属滑环组。
所述的液态金属为电阻率小于等于2.96×10-6Ω·m的液态合金。采用导电率高的宽温工作的液态金属作为两个相对转动部件的电气连通材料，膨胀系数小，由这种材料构成的液态金属滑环，接触电阻小，导通稳定，支持高转速，适合大电流的旋转连通。滑环的接触电阻小于1毫欧姆，液态金属滑环尺寸小，结构紧凑，免维护，寿命长。
所述的固定外壳的材质为表面经过阳极化处理的铝合金。
所述的固定外壳的材质为不锈钢。
所述的壳体内还设有测温机构和滑环加热机构，测温机构检测液态金属滑环的温度，滑环加热机构与液态金属滑环连接。自动监测液态金属滑环组的温度，温度低于度时，启动滑环加热机构，温度高于10度时关闭滑环加热机构，保障低温地区液态金属滑环的工作性能。
多个所述的液态金属滑环轴向串联构成液态金属滑环组，所述的滑环加热机构包括两个滑环加热器，两个滑环加热器分别连接在液态金属滑环组的两端。
所述的旋转轴的上端伸出壳体并连接有法兰。
所述的壳体上设有止动销，旋转轴上对应设有止动定位销孔。
本发明具有如下优点：液态金属滑环旋转连通材料是液态金属，旋转过程中不会产生磨损，不需要定期清洗或更换部件，真正实现了无磨损、免维护。应用于风力发电机组的变桨系统，液态金属滑环必然逐渐取代传统滑环，得到越来越多的应用。本发明的变桨滑环接触电阻小，导通稳定，支持高转速，适合大电流的旋转连通。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为液态金属滑环的结构示意图。
图中：1-法兰 2-滑环连接器 3-壳体 4-止动销 5-滑环加热器 6-液态金属滑环组 7-接线连接板 8-旋转轴 9-固定外壳 10-液态金属。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参见图1～2，该无磨损、免维护的变桨滑环包括壳体3以及固定在壳体3内的液态金属滑环和接线连接板7，壳体3的外侧设有滑环连接器 2，液态金属滑环的输出线(图中未示出)一端通过接线连接板7连接滑环连接器2，实现供电和信号的联通；多个液态金属滑环轴向串联构成液态金属滑环组6，一个液态金属滑环实现一路电气信号的旋转连通，多路信号的旋转连通需要多个液态金属滑环串联组成的液态金属滑环组 6连通，可以灵活满足不同风电机组变桨系统的需求。液态金属10可以采用Galinstan，也可以采用其他镓基合金或者汞基合金。
液态金属滑环包括旋转轴8和固定外壳9，旋转轴8与固定外壳9相对转动的设置，在固定外壳9与旋转轴8之间形成密闭空间，在密闭空间内填充有液态金属10，输出线另一端伸入液态金属10中。旋转轴8的圆周上设有径向伸入密闭空间中的两个密封环，密封环保证密闭空间的密封性，固定外壳9采用两个半圆或多个弧形分部连接成为圆环状。旋转轴8的外侧设有多个轴向排列的固定外壳9，每个固定外壳9与旋转轴 8之间分别形成一个密闭空间，每个密闭空间内均填充有液态金属10构成液态金属滑环组6。
旋转轴8的上端伸出壳体3并连接有法兰1，将滑环的旋转轴8和机组转动轴通过法兰1连接起来，实现两个转动轴同步转动。壳体3固定在风电机组的轮毂里，通过滑环的法兰1和风电机组的转动轴连接，带动液态金属滑环的旋转轴8转动，壳体3和法兰1可以调整具体尺寸以适应不同风电机组变桨系统需求。固定外壳9的材质为表面经过阳极化处理的铝合金，可以在恶劣环境下使用。壳体3上设有止动销4，旋转轴 8上对应设有止动定位销孔(图中未示出)，当需要限制滑环旋转轴8的转动时，将止动销4插入止动定位销孔内。液态金属滑环组6安装时注意旋转轴8不可偏心，装止扣螺丝时采用3点止扣方式。
本发明的滑环所采用的液态金属10的电阻率小于等于2.96×10-6Ω·m，采用导电率高的宽温工作的液态金属10作为两个相对转动部件的电气连通材料，膨胀系数小，由这种材料构成的液态金属滑环，接触电阻小，导通稳定，支持高转速，适合大电流的旋转连通。滑环的接触电阻小于1毫欧姆，液态金属滑环尺寸小，结构紧凑，免维护，寿命长。
壳体3内还设有测温机构(图中未示出)和滑环加热器5，测温机构通过控制电路连接滑环加热器5，测温机构检测液态金属滑环的温度，滑环加热器5与液态金属滑环连接，测温机构可以直接检测固定外壳9 的温度，也可以自动监测液态金属滑环组6的温度，温度低于0度时，启动滑环加热器5，温度高于10度时关闭滑环加热器5(在这个温度下，液态金属有几种A：同上)，保障低温地区液态金属滑环的工作性能。本实施例中的滑环加热器5有两个，分别连接在液态金属滑环组6两端的固定外壳9上。
本发明 中的液态金属还可以采用其他镓基合金。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于固定外壳9的材质为不锈钢。其他结构同实施例1。
实施例3
本实施例中的测温机构可以采用插入固定外壳9内侧的热电阻，利用热电阻直接监测液态金属10的温度，监测更加准确可靠。其他结构同实施例1。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的变桨滑环包括壳体以及固定在壳体内的液态金属滑环和接线连接板，壳体的外侧设有滑环连接器，液态金属滑环的输出线一端通过接线连接板连接滑环连接器；液态金属滑环包括旋转轴和固定外壳，旋转轴与固定外壳相对转动的设置，在固定外壳与旋转轴之间形成密闭空间，在密闭空间内填充有液态金属，输出线的另一端伸入液态金属中。
2.根据权利要求1所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：多个所述的液态金属滑环轴向串联构成液态金属滑环组。
3.根据权利要求1所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的旋转轴的外侧设有多个轴向排列的固定外壳，每个固定外壳与旋转轴之间分别形成一个密闭空间，每个密闭空间内均填充有液态金属构成液态金属滑环组。
4.根据权利要求1或3所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的液态金属为电阻率小于等于2.96×10-6Ω·m的液态合金。
5.根据权利要求1或3所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的固定外壳的材质为表面经过阳极化处理的铝合金。
6.根据权利要求1或3所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的固定外壳的材质为不锈钢。
7.根据权利要求1所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的壳体内还设有测温机构和滑环加热机构，测温机构检测液态金属滑环的温度，滑环加热机构与液态金属滑环连接。
8.根据权利要求7所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：多个所述的液态金属滑环轴向串联构成液态金属滑环组，所述的滑环加热机构包括两个滑环加热器，两个滑环加热器分别连接在液态金属滑环组的两端。
9.根据权利要求1所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的旋转轴的上端伸出壳体并连接有法兰。
10.根据权利要求1或9所述的无磨损、免维护的变桨滑环，其特征在于：所述的壳体上设有止动销，旋转轴上对应设有止动定位销孔。
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