CN112583193B - 一种风力发电机偏航集电环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机偏航集电环，包括转子组、定子组、防护箱体、冷却系统和加热系统，防护箱体的左右两侧分别设置有踏板和定子接线箱，防护箱体的内部设置有定子组和转子组，转子组通过下端的自润滑轴承和上端的定心轴承把转子组和定子组组成一个同心结构体，转子组通过第一导电排与发电机连接，定子组通过第二导电排与输送线缆连接，转子组通过一个摇臂杆与机舱同步，定子组固定在塔筒的平台上。本发明通过避免颗粒磨损技术、通过对定子组的冗余技术处理，对不同环境下电功热耗采用外循环或内温度控制，实现风力发电机组360°无障碍不间断电能传输，不再停机解缆，提高了单位时间的发电量，避免了电缆氧化开裂扭伤。

Description

一种风力发电机偏航集电环
技术领域
本发明涉及发电机偏航集电环技术领域，尤其涉及一种风力发电机偏航集电环。
背景技术
目前，兆瓦级大功率风力发电机的发电机组置于塔架顶端的机舱内，发电机组发出的电能通过电缆传送至塔底，为了解决不同风向的问题，传输电缆在塔筒的上节打一个长度余量，电缆的长度余量最多可以解决偏航旋转3圈以内的问题，当电缆因风向的需要单方向旋转超过2.5圈时，系统报警，此时需要人工操作偏航电机把缠绕电缆捋顺之后再正常发电。虽然之前人们有过通过滑环解决此问题的想法，但因无法满足大电流微滑动或静止面接触的工况，仅停留在理论上无法转化为现实。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电机偏航集电环，解决现有风力发电机电能传送过程中需要停机人工解缆，操作不便，费时费力，容易造成电缆扭伤的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种风力发电机偏航集电环，包括转子组、定子组、防护箱体、冷却系统和加热系统，所述防护箱体的左右两侧分别设置有踏板和定子接线箱，所述防护箱体的内部设置有定子组，所述定子组的内部设置有转子组，所述转子组通过下端的自润滑轴承和上端的定心轴承把所述转子组和所述定子组组成一个同心结构体，所述转子组的顶部伸出所述防护箱体的顶面，所述转子组通过第一导电排与发电机连接，所述定子组通过第二导电排与输送线缆连接，所述转子组通过一个摇臂杆与机舱同步，所述定子组安装在塔筒的平台上。
进一步的，所述转子组包括若干导电环，所述导电环的内部设置有若干所述第一导电排，所述第一导电排的外侧套设有绝缘管，所述第一导电排的上端裸露且与电缆端子栓接，所述第一导电排的数量与所述电缆端子的数量对应，所述电缆端子的外侧设置有转子护罩，所述转子护罩的上面设置有护罩盖板，所述护罩盖板上设置有若干孔，所述孔与所述电缆端子接线位置相对应，所述孔内设置有电缆密封圈，所述导电环的内侧设置有多个导电环支撑件，每个所述导电环支撑件上设置有绝缘支撑杆，所述绝缘支撑杆的下端安装在法兰上，所述绝缘支撑杆的上端与定位环连接组成导电环组，所述导电环组下端安装自润滑轴承，所述导电环组的中间预留有中心孔，所述中心孔内设置有中心管，所述中心管的顶部延伸至所述转子组的顶部并设置有绑扎环。
再进一步的，所述转子组采用耐腐蚀并导电良好的导体材料，所述导电环上设置有防颗粒磨损槽，所述中心管采用无磁金属或非金属管材料。
再进一步的，所述导电环支撑件的数量设置为三个且呈圆周均布，三个所述导电环支撑件通过所述绝缘支撑杆把若干所述导电环组成一个同心圆，所述绝缘支撑杆的上端连接有所述摇臂杆，所述摇臂杆单向布置或者双向布置，所述摇臂杆上安装有温度监测器和/或位置度监测器，所述温度监测器和/或所述位置度监测器与控制平台连接，所述摇臂杆上开有长条槽，与机舱连接的摇杆在所述长条槽内滑动。
再进一步的，在温升最高的所述导电环上设置有多个小孔，所述小孔内安装有用于监测导电环最高温升的温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接。
再进一步的，所述定子组的数量设置为两个且对称布置，所述定子组包括若干导电排组，所述导电排组包括电刷接线排、分流排和所述第二导电排，所述分流排设置在所述电刷接线排和所述第二导电排之间，左右两侧的所述第二导电排对称布置并通过均流排连接在一起，所述导电排组的两侧设置有电刷架，所述电刷架上安装有电刷，所述电刷架通过刷杆设置在左弧板和右弧板上，所述导电排组的末端与所述电缆端子连接，所述均流排和所述分流排的外侧均设置有绝缘支撑，所述绝缘支撑垂直于所述均流排和所述分流排，左右两个所述定子组之间设置有可拆装加强环。
再进一步的，所述电刷上设置有小孔，所述小孔内安装有温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接。
再进一步的，所述左弧板和所述右弧板的数量均设置为两个，所述左弧板和所述右弧板采用绝缘材料，所述刷杆的数量设置为八个，两个所述左弧板通过四个所述刷杆设置在所述定子组的上下两侧，所述左弧板的左右两端均设置有两个所述刷杆，两个所述右弧板通过四个所述刷杆设置在所述定子组的上下两侧，所述右弧板的左右两端均设置有两个所述刷杆。
再进一步的，所述加热系统包括设置在所述防护箱体内部的加热器，所述冷却系统包括对称设置在所述防护箱体前后面上的轴流风机，所述冷却系统还包括设置在所述防护箱体内部的内循环结构。
再进一步的，所述防护箱体的上下两侧分别设置有若干吊环和若干底座，所述吊环的数量设置为四个，四个所述吊环对称布置在所述防护箱体顶面的四角，所述底座的数量设置为四个，四个所述底座对称布置在所述防护箱体底面的四角。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种风力发电机偏航集电环，包括转子组、定子组、防护箱体、冷却系统和加热系统，导电环上设置有防颗粒磨损槽，避免了粘接磨损，使微滑动或静止状态下工作的电刷得到稳定的电接触状态，避免了温升的增加；电刷架通过不锈钢弹簧施与碳刷压力，使碳刷弧面与集电环外圆护压紧接触；左右两个定子组为独立单元，方便吊装；绝缘通过冗余技术处理后得到三级绝缘安全；左右两个定子组通过可拆装加强环连接为一体，增强左右定子组在碳刷施压后向外的涨力；左右定子组的第二导电排可通过均流排连接到一起，对左右定子组的电流进行均流；电刷与设备结构寿命同步，但在若干年的工作中，可能会受到盐雾环境的腐蚀，电刷架设计了一个支撑臂机构，支撑臂很方便的把电刷架臂抬起，方便与电刷工作面的检查和电刷的更换；加热系统包括设置在防护箱体内部的加热器，冷却系统包括对称设置在防护箱体前后面上的轴流风机，冷却系统还包括设置在防护箱体内部的内循环结构；通过轴流风机排除箱体内电功耗热量，轴流风机设计为上倾角，风向在防护箱体内呈螺旋状向上排出防护箱体外；为防止冬季的冷凝，防护箱体内设置一台加热器，它会在接近零度时启动加热杜绝凝露出现；沿海或海上，防护箱体冷却可以改制为内循环结构，内循环利用电柜(机床)空调完成；本发明通过避免颗粒磨损技术、通过对定子组的冗余技术处理，完成三级绝缘机构，电气安全完全满足；对不同环境下电功热耗采用外循环或内温度控制，满足了所有环境、所有工况、不同容量机型的偏航工作中电接触温升要求，实现风力发电机组360°无障碍不间断电能传输，不再停机解缆，提高了单位时间的发电量，避免了电缆氧化开裂扭伤，有非常好的社会效益。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明风力发电机偏航集电环外部结构示意图图；
图2为本发明转子组结构示意图；
图3为本发明定子组结构示意图；
图4为本发明A处局部放大图；
附图标记说明：1、防护箱体；2、转子组；3、定子组；4、轴流风机；5、定子接线箱；6、踏板；7、吊环；8、底座；201、转子护罩；202、护罩盖板；203、中心管；204、绑扎环；205、电缆密封圈；206、摇臂杆；207、温度监测器；208、定位环；209、电缆端子；210、绝缘管；211、第一导电排；212、绝缘支撑杆；213、导电环支撑件；214、导电环；2141、防颗粒磨损槽；215、法兰；216、自润滑轴承；301、电刷架；302、电刷；303、刷杆；304、左弧板；305、右弧板；306、电刷接线排；307、分流排；308、第二导电排；309、均流排；310、绝缘支撑；311、可拆装加强环。
具体实施方式
如图1-4所示，一种风力发电机偏航集电环，包括转子组2、定子组3、防护箱体1、冷却系统和加热系统，所述防护箱体1的左右两侧分别设置有踏板6和定子接线箱5，所述防护箱体1的内部设置有定子组3，所述定子组3的内部设置有转子组2，所述转子组2通过下端的自润滑轴承和上端的定心轴承把所述转子组2和所述定子组3组成一个同心结构体，所述转子组2的顶部伸出所述防护箱体1的顶面，所述转子组2通过第一导电排211与发电机连接，所述定子组3通过第二导电排308与输送线缆连接，所述转子组2通过一个摇臂杆206与机舱同步，所述定子组3安装在塔筒的平台上；防护箱体1的形状可以根据空间灵活设置；本发明通过避免颗粒磨损技术、通过对定子组的冗余技术处理，完成三级绝缘机构，电气安全完全满足；对不同环境下电功热耗采用外循环或内温度控制，满足了所有环境、所有工况、不同容量机型的偏航工作中电接触温升要求，实现风力发电机组360°无障碍不间断电能传输，不再停机解缆，提高了单位时间的发电量，免除了人工维护费用，避免了电缆氧化开裂扭伤，有非常好的社会效益。本发明通过位置传感器监测集电环转子与机舱同步或失步，通过温度传感器分别监测导电环和碳刷的温度，通过轴流风机保证箱体内外循环温度和通过电柜(机床)空调保证箱体内内循环温度，所有参数可发送到控制台方便维护；本发明采用导电排竖排放和导电排叠片工艺，并通过同径传导完成多点接触中内阻的均衡，通过均流排连接，完成大电流微滑动或静止面接触传输安全工作，同时满足调整导体的载流能力完成所有不同功率机型的全覆盖。
具体来说，如图2所示，所述转子组2包括若干导电环214，所述导电环214的内部焊接有若干所述第一导电排211，所述第一导电排211的外侧包覆绝缘管210，所述第一导电排211的上端裸露且与电缆端子209栓接，所述第一导电排211的数量与所述电缆端子209的数量对应，所述电缆端子209的外侧设置有转子护罩201，所述转子护罩201的上面设置有护罩盖板202，所述护罩盖板202上设置有若干孔，所述孔与所述电缆端子209接线位置相对应，所述孔内设置有电缆密封圈205，防止发电机油滴漏到转子组上；所述导电环214的内侧设置有多个导电环支撑件213，每个所述导电环支撑件213上设置有绝缘支撑杆212，所述绝缘支撑杆212的下端安装在法兰215上，所述绝缘支撑杆212的上端与定位环208连接组成导电环组，所述导电环组下端安装自润滑轴承216，所述导电环组的中间预留有中心孔，所述中心孔内设置有中心管203，所述中心管203的顶部延伸至所述转子组2的顶部并设置有绑扎环204。
如图4所示，所述转子组2采用耐腐蚀并导电良好的导体材料，如改良EPGC耐高温阻燃材料，所述导电环214上设置有防颗粒磨损槽2141，防颗粒磨损槽2141不限任何角度和形状，防颗粒磨损槽2141的角度和间距可以根据需要进行调整；通过设置防颗粒磨损槽2141避免了粘接磨损，使微滑动或静止状态下工作的电刷得到稳定的电接触状态，避免了温升的增加；所述中心管203采用无磁金属或非金属管材料，如铝管或EPGF硬质玻璃纤维缠绕管，不干扰信号传输。
所述导电环支撑件213的数量设置为三个且呈圆周均布，三个所述导电环支撑件213通过所述绝缘支撑杆212把若干所述导电环214组成一个同心圆，所述绝缘支撑杆212的上端连接有所述摇臂杆206，所述摇臂杆206单向布置或者双向布置，所述摇臂杆206上安装有温度监测器207和/或位置度监测器，所述温度监测器207和/或所述位置度监测器与控制平台连接，传感器会在摇臂杆206失效后报警或停止偏航，所述摇臂杆206上开有长条槽，与机舱连接的摇杆在所述长条槽内滑动，使转子组2与机舱同步旋转或静止。
在温升最高的所述导电环214上设置有多个小孔，所述小孔内安装有用于监测导电环最高温升的温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接，监测的位置和传感器的数量可以根据需要自行选择。
如图3所示，所述定子组3的数量设置为两个且对称布置，所述定子组3包括若干导电排组，所述导电排组包括电刷接线排306、分流排307和所述第二导电排308，所述分流排307设置在所述电刷接线排306和所述第二导电排308之间，左右两侧的所述第二导电排308对称布置并通过均流排309连接在一起，所述导电排组的两侧设置有电刷架301，所述电刷架301上安装有电刷302，所述电刷架301通过刷杆303设置在左弧板304和右弧板305上，所述导电排组的末端与所述电缆端子209连接，所述均流排309和所述分流排307的外侧均设置有绝缘支撑310，所述绝缘支撑310垂直于所述均流排309和所述分流排307，左右两侧的所述定子组3之间设置有可拆装加强环311；所述电刷架301通过不锈钢弹簧施与碳刷压力，使碳刷弧面与集电环外圆护压紧接触；左右两个定子组3为独立单元，方便吊装；绝缘通过冗余技术处理后得到3级绝缘安全；左右两个定子组3通过可拆装加强环311连接为一体，增强左右定子组3在碳刷施压后向外的涨力；左右定子组3的第二导电排308可通过均流排309连接到一起，对左右定子组3的电流进行均流。
所述电刷302上设置有小孔，所述小孔内安装有温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接，监测的位置和传感器的数量可以根据需要自行选择；电刷302与设备结构寿命同步，但在若干年的工作中，可能会受到盐雾环境的腐蚀，电刷架301设计了一个支撑臂机构，支撑臂很方便的把电刷架301臂抬起，方便与电刷302工作面的检查和电刷302的更换。
所述左弧板304和所述右弧板305的数量均设置为两个，所述左弧板304和所述右弧板305采用绝缘材料，所述刷杆303的数量设置为八个，两个所述左弧板304通过四个所述刷杆303设置在所述定子组的上下两侧，所述左弧板304的左右两端均设置有两个所述刷杆303，两个所述右弧板305通过四个所述刷杆303设置在所述定子组的上下两侧，所述右弧板305的左右两端均设置有两个所述刷杆303。
所述加热系统包括设置在所述防护箱体1内部的加热器，所述冷却系统包括对称设置在所述防护箱体1前后面上的轴流风机4，所述冷却系统还包括设置在所述防护箱体1内部的内循环结构；通过轴流风机4排除箱体内电功耗热量，轴流风机4设计为上倾角，风向在防护箱体1内呈螺旋状向上排出防护箱体1外；为防止冬季的冷凝，防护箱体1内设置一台加热器，它会在接近零度时启动加热杜绝凝露出现；沿海或海上，防护箱体1冷却可以改制为内循环结构，内循环利用电柜(机床)空调完成。
所述防护箱体1的上下两侧分别设置有若干吊环7和若干底座8，所述吊环7的数量设置为四个，四个所述吊环7对称布置在所述防护箱体1顶面的四角，所述底座8的数量设置为四个，四个所述底座8对称布置在所述防护箱体1底面的四角。
本发明的使用过程如下：
步骤一，将偏航集电环安装在原有塔筒机舱下第一个平台的中心位置，转子组2通过一个摇臂杆206与机舱同步，定子组3安装在塔筒的平台上；步骤二，转子组2通过第一导电排211与发电机连接，定子组3通过第二导电排308与输送线缆连接；步骤三，偏航状态启动时转子组2在定子组3中心位置做滑动运动，摇臂杆206上开有长条槽，与机舱连接的摇杆在长条槽内滑动，使转子组2与机舱同步旋转或静止，进行风力发电机组360°无障碍不间断电能传输，不再停机解缆；无偏航状态时，转子组2和定子组3处于静止状态。
本发明适用于直驱风力发电机、半直驱风力发电机、永磁风力发电机、双馈风力发电机等所有类型的风力发电机兆瓦机型；所有功率的发电机都可以用这种结构覆盖，通过更改导电环、导电排载流，改变电刷的工作接触截面或数量，以得到与发电机输出电流匹配的载流能力；本发明为傻瓜型设计，设计寿命大于整机的寿命，并可实现25年3到5次的简易碳粉清理和轴流风机的更换，其它左右零部件可与整机陪伴终生。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种风力发电机偏航集电环，其特征在于：包括转子组(2)、定子组(3)、防护箱体(1)、冷却系统和加热系统，所述防护箱体(1)的左右两侧分别设置有踏板(6)和定子接线箱(5)，所述防护箱体(1)的内部设置有定子组(3)，所述定子组(3)的内部设置有转子组(2)，所述转子组(2)通过下端的自润滑轴承和上端的定心轴承把所述转子组(2)和所述定子组(3)组成一个同心结构体，所述转子组(2)的顶部伸出所述防护箱体(1)的顶面，所述转子组(2)通过第一导电排(211)与发电机连接，所述定子组(3)通过第二导电排(308)与输送线缆连接，所述转子组(2)通过一个摇臂杆(206)与机舱同步，所述定子组(3)安装在塔筒的平台上；
所述转子组(2)包括若干导电环(214)，所诉导电环均为每相分列，利用隔离采用空间散热；所述导电环(214)的内部设置有若干所述第一导电排(211)，所述第一导电排(211)的外侧套设有绝缘管(210)，所述第一导电排(211)的上端裸露且与电缆端子(209)栓接，所述第一导电排(211)为板状，所述第一导电排(211)的数量与所述电缆端子(209)的数量对应，所述电缆端子(209)的外侧设置有转子护罩(201)，所述转子护罩(201)的上面设置有护罩盖板(202)，所述护罩盖板(202)上设置有若干孔，所述孔与所述电缆端子(209)接线位置相对应，所述孔内设置有电缆密封圈(205)，所述导电环(214)的内侧设置有多个导电环支撑件(213)，每个所述导电环支撑件(213)上设置有绝缘支撑杆(212)，所述绝缘支撑杆(212)的下端安装在法兰(215)上，所述绝缘支撑杆(212)的上端与定位环(208)连接组成导电环组，所述导电环组下端安装自润滑轴承(216)，所述导电环组的中间预留有中心孔，所述中心孔内设置有中心管(203)，所述中心管(203)的顶部延伸至所述转子组(2)的顶部并设置有绑扎环(204)；
所述转子组(2)采用耐腐蚀并导电良好的导体材料，所述导电环(214)上设置有防颗粒磨损槽(2141)，所述中心管(203)采用无磁金属或非金属管材料；
所述定子组(3)的数量设置为两个且对称布置，所述定子组(3)包括若干导电排组，所述导电排组包括电刷接线排(306)、分流排(307)和所述第二导电排(308)，所述分流排(307)设置在所述电刷接线排(306)和所述第二导电排(308)之间，左右两侧的所述第二导电排(308)对称布置并通过均流排(309)连接在一起，所述导电排组的两侧设置有电刷架(301)，所述电刷架(301)上安装有电刷(302)，所述电刷架(301)通过刷杆(303)设置在左弧板(304)和右弧板(305)上，所述导电排组的末端与所述电缆端子(209)连接，所述均流排(309)和所述分流排(307)的外侧均设置有绝缘支撑(310)，所述绝缘支撑(310)垂直于所述均流排(309)和所述分流排(307)，左右两个所述定子组(3)之间设置有可拆装加强环(311)，所述可拆装加强环(311)为板状；所述电刷架(301)通过不锈钢弹簧施与碳刷压力，使碳刷弧面与集电环外圆护压紧接触；绝缘通过冗余技术处理后得到3级绝缘安全；左右两个定子组(3)通过可拆装加强环(311)连接为一体，增强左右定子组(3)在碳刷施压后向外的涨力；左右定子组(3)的第二导电排(308)通过均流排(309)连接到一起，对左右定子组(3)的电流进行均流；
所述导电环支撑件(213)的数量设置为三个且呈圆周均布，三个所述导电环支撑件(213)通过所述绝缘支撑杆(212)把若干所述导电环(214)组成一个同心圆，所述绝缘支撑杆(212)的上端连接有所述摇臂杆(206)，所述摇臂杆(206)单向布置或者双向布置，所述摇臂杆(206).上安装有温度监测器(207)和/或位置度监测器，所述温度监测器(207)和/或所述位置度监测器与控制平台连接，所述摇臂杆(206)上开有长条槽，与机舱连接的摇杆在所述长条槽内滑动；
在温升最高的所述导电环(214)上设置有多个小孔，所述小孔内安装有用于监测导电环最高温升的温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接；
所述电刷(302)上设置有小孔，所述小孔内安装有温度传感器，所述温度传感器通过温度接受处理器与监控室连接；
所述防护箱体(1)的上下两侧分别设置有若干吊环(7)和若干底座(8)，所述吊环(7)的数量设置为四个，四个所述吊环(7)对称布置在所述防护箱体(1)顶面的四角，所述底座(8)的数量设置为四个，四个所述底座(8)对称布置在所述防护箱体(1)底面的四角；
为防止冬季的冷凝，防护箱体内设置一台加热器，它会在接近零度时启动加热杜绝凝露出现。
2.根据权利要求1所述的风力发电机偏航集电环，其特征在于：所述左弧板(304)和所述右弧板(305)的数量均设置为两个，所述左弧板(304)和所述右弧板(305)采用绝缘材料，所述刷杆(303)的数量设置为八个，两个所述左弧板(304)通过四个所述刷杆(303)设置在所述定子组的上下两侧，所述左弧板(304)的左右两端均设置有两个所述刷杆(303)，两个所述右弧板(305)通过四个所述刷杆(303)设置在所述定子组的上下两侧，所述右弧板(305)的左右两端均设置有两个所述刷杆(303)。
3.根据权利要求1所述的风力发电机偏航集电环，其特征在于：所述加热系统包括设置在所述防护箱体(1)内部的加热器，所述冷却系统包括对称设置在所述防护箱体(1)前后面上的轴流风机(4)，所述冷却系统还包括设置在所述防护箱体(1)内部的内循环结构。
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