CN112928569A - 碳刷装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种碳刷装置，其应用于风力发电机组。该碳刷装置包括碳刷刷盒、碳刷本体及压簧，碳刷本体用于与风力发电机组中的导电环体滑动连接，碳刷本体和压簧安装于碳刷刷盒内，并且，碳刷本体通过压簧紧固于碳刷刷盒内，碳刷本体与导电环体的接触面为圆弧面，从而能够实现与风力发电机组的导电环体的紧密接触。

Description

碳刷装置

技术领域

本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种应用于风力发电机组的碳刷装置。

背景技术

随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。

风力发电机组在近年来得到非常迅猛的发展。根据中国机械工业协会风力机械分会的统计，在2019年，中国海上风电新增装机588台，新增装机容量249万千瓦，同比增长50.9％，累计装机703万千瓦。从IEC61400-24：2019的统计图看出，太平洋地区达到雷电活动水平等级为红色(最高等级)，而我国的东部沿海，雷电活动水平等级为黄色(次高等级)。

随着风机容量的增大，轮毂高度和叶片直径也随之增高。风力发电机组遭遇雷击的概率也随之增大。目前的风力发电机组在偏航系统的防雷方面，主要采用的技术方案有扭缆连接，使用碳刷刷到偏航轴承上导走雷电流等方案。然而，对于扭缆连接，其技术缺陷是电缆容易因偏航轴承的转动而故障，雷击或者故障电流发生时导致接头处腐蚀。对于偏航轴承直接碳刷连接，虽然能导走一部分雷电流，但目前的碳刷普遍为平面，导致刷到弧形的轮毂上无法充分接触。另外，目前碳刷的尾端接线无法承载短路故障电流。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种碳刷装置，能够实现与风力发电机组的导电环体的紧密接触。

本发明实施例的一个方面提供一种碳刷装置，其应用于风力发电机组。所述碳刷装置包括碳刷刷盒、碳刷本体及压簧，所述碳刷本体用于与所述风力发电机组中的导电环体滑动连接，所述碳刷本体和所述压簧安装于所述碳刷刷盒内，并且，所述碳刷本体通过所述压簧紧固于所述碳刷刷盒内，所述碳刷本体与所述导电环体的接触面为圆弧面。

本发明实施例的碳刷装置能够实现与风力发电机组中的导电环体的滑动连接，从而，提高了连接的可靠性。

并且，本发明实施例的碳刷装置通过将碳刷本体与导电环体的接触面设置为圆弧面，从而能够实现与风力发电机组的导电环体的紧密接触。

附图说明

图1为本发明一个实施例的碳刷装置的立体图；

图2为图1所示的碳刷装置的俯视图；

图3为图1所示的碳刷装置的后视图；

图4为本发明一个实施例的碳刷本体的立体图；

图5为图4所示的碳刷本体的俯视图；

图6为图4所示的碳刷本体的后视图；

图7为本发明一个实施例的碳刷刷盒的立体图；

图8为图7所示的碳刷刷盒的俯视图；

图9为图7所示的碳刷刷盒的后视图；

图10为本发明一个实施例的压簧的立体图；

图11为图10所示的压簧的后视图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

需要注意的是，在本说明书中所提到的所谓“输入接口”和“输出接口”是以电流的走向方向来定义的，电流进入的接口称之为“输入接口”，电流流出的接口称之为“输出接口”。

本发明实施例提供了一种碳刷装置1，该碳刷装置1可以应用于风力发电机组，特别适用于风力发电机组的偏航系统。但是，本发明实施例的碳刷装置1并不局限应用于风力发电机组的偏航系统，也可以应用于风力发电机组中的其他可与碳刷装置1滑动连接的导电环体上，从而可以通过碳刷装置1来传递电流。

图1至图3揭示了本发明一个实施例的碳刷装置1的图示，其中，图1为碳刷装置1的立体图，图2为图1所示的碳刷装置1的俯视图，图3为图1所示的碳刷装置1的后视图。如图1至图3所示，本发明一个实施例的碳刷装置1包括碳刷刷盒20、碳刷本体10及压簧30。碳刷本体10可以用来与风力发电机组中的导电环体，例如风力发电机组的偏航轴承等滑动连接。碳刷本体10和压簧30安装于碳刷刷盒20内，并且，碳刷本体10通过压簧30紧固于碳刷刷盒20内。

图4至图6揭示了本发明一个实施例的碳刷本体10的图示，其中，图4为碳刷本体10的立体图，图5为图4所示的碳刷本体10的俯视图，图6为图4所示的碳刷本体10的后视图。如图4至图6所示，本发明一个实施例的碳刷本体10与风力发电机组中的导电环体，例如风力发电机组的偏航轴承等的接触面为圆弧面120。

本发明实施例的碳刷装置1可以实现与风力发电机组中的导电环体的滑动连接，从而，提高了连接的可靠性。

并且，本发明实施例的碳刷装置1通过将碳刷本体10与风力发电机组中的导电环体的接触面设置成圆弧面120，从而能够实现与风力发电机组的导电环体的紧密接触。

碳刷本体10的圆弧面120包括向外凸的圆弧面或向内凹的圆弧面，以与相应的导电环体相配合。碳刷本体10的圆弧面120具有与导电环体相同的曲率半径。

在一个实施例中，碳刷本体10包括碳刷磨损主体11及连接于碳刷磨损主体11一端的弧形接触体12，圆弧面120形成于弧形接触体12的端部。弧形接触体12例如可与碳刷磨损主体11紧密粘结。碳刷磨损主体11大体为长方体。

在另一个实施例中，碳刷本体10还包括形成于碳刷磨损主体11另一端的导电尾端体13。导电尾端体13形成有允许碳刷本体10磨损运动的空间130，如图1所示，压簧30位于导电尾端体13的空间130中，从而可以避免在碳刷本体10磨损运动的过程中与压簧30之间发生干涉。当碳刷本体10在使用一段时间后因磨损而变短时，在压簧30的推力作用下，压簧30会推动碳刷本体10在空间130中沿图1中的Z向方向运动。导电尾端体13的末端上还开设有用于连接电缆的电缆安装孔位131。电缆安装孔位131的直径例如大致为8.5mm。

在一个实施例中，导电尾端体13可以使用镀锡铜排，从而能够承受更高的雷电流或风力发电机组机舱内发电机、变流器及变压器等的故障短路电流。可选地，导电尾端体13大致呈一种中空的Z型镀锡铜排。镀锡铜排的厚度在2毫米至6毫米之间的范围内，例如，镀锡铜排的厚度可为4毫米左右。然而，本发明实施例的导电尾端体13并不局限于使用镀锡铜排，在其他实施例中，本发明实施例的导电尾端体13还可以采用软性的铜片形成。

在一个实施例中，导电尾端体13包括形成于碳刷磨损主体11另一端相对两侧的一对尾端出线14及与一对尾端出线14连接的末端线缆接口15。压簧30位于一对尾端出线14之间。电缆安装孔位131形成于末端线缆接口15。可选地，尾端出线14的宽度与碳刷磨损主体11的厚度相同，尾端出线14的长度等于碳刷磨损主体11的长度。

在一个实施例中，末端线缆接口15大致呈中空L型，其包括两个输入接口151和一个用于电缆引下线的输出接口152，两个输入接口151分别与一对尾端出线14相连接，可选地，两个输入接口151分别垂直于一对尾端出线14设置。输出接口152连接两个输入接口151，电缆安装孔位131形成于输出接口152。可选地，输出接口152垂直连接两个输入接口151。从而，一对尾端出线14、两个输入接口151和一个输出接口152配合形成一个大致中空的Z型结构。

如图4所示，碳刷磨损主体11在其另一端具有压紧接口16，压簧30的压簧卷32(如图10所示)可以抵压于碳刷磨损主体11的压紧接口16。碳刷磨损主体11的压紧接口16呈凹状圆弧型，压紧接口16具有与压簧卷32相同的曲率半径。

图7至图9揭示了本发明一个实施例的碳刷刷盒20的图示，其中，图7为碳刷刷盒20的立体图，图8为图7所示的碳刷刷盒20的俯视图，图9为图7所示的碳刷刷盒20的后视图。如图7至图9所示，碳刷刷盒20包括刷盒支撑体21以及开设于刷盒支撑体21的刷盒安装紧固腔体23、碳刷本体安装腔体22和压簧安装腔体24。刷盒安装紧固腔体23和压簧安装腔体24分别位于碳刷本体安装腔体22的相对两侧。刷盒支撑体21是碳刷刷盒20的支撑结构件，可采用厚度为2mm～5mm的不锈钢、铸铁或铝材等材质构成。刷盒安装紧固腔体23为碳刷刷盒20的安装位置，其截面尺寸为7mm×13.6mm，用于螺栓头部卡紧。碳刷本体安装腔体22为碳刷本体10的安装位置，碳刷本体安装腔体22的截面尺寸与碳刷本体10基本相同，碳刷本体安装腔体22的两头为空腔。压簧安装腔体24为压簧30的安装位置。

在一个实施例中，压簧安装腔体24包括端壁241及形成于端壁241相对两侧的一对侧壁242。在压簧安装腔体24的一对侧壁242上分别开设有销孔2420，销孔2420可以用来供定位销40(如图1所示)插入以固定压簧30。定位销40例如可以为弹性定位销40。在压簧安装腔体24的端壁241上开设有压簧定位孔2410。压簧定位孔2410可以用来在碳刷本体10磨损运动的方向(如图1中的Z向方向)上固定压簧30，确保压簧30安装后不会在Z向方向上发生移动。压簧定位孔2410的直径例如为6.5mm。

图10和图11揭示了本发明一个实施例的压簧30的图示，其中，图10为压簧30的立体图，图11为图10所示的压簧30的后视图。如图10和图11所示，压簧30包括压簧本体31及与压簧本体31固定连接的压簧卷32。压簧本体31例如可由1mm～2mm厚的不锈钢弯折而形成，其包括第一压簧片311和与第一压簧片311连接的第二压簧片312。在压簧本体31的第一压簧片311上沿碳刷本体10磨损运动的方向(即图1中的Z向方向)上分别设置有正向锁紧装置3111和负向锁紧装置3112。配合参照图1所示，正向锁紧装置3111卡在压簧安装腔体24的端壁241的压簧定位孔2410中，负向锁紧装置3112卡于端壁241的端边沿，从而限制压簧30安装后在Z向方向上的移动。

在一个实施例中，第二压簧片312在与第一压簧片311连接的相对端具有弯折部3121。可选地，弯折部3121大致呈120度角度，弯折部3121的边沿延伸超出压簧卷32的边沿，从而可以确保碳刷本体10在短路条件下的动稳定要求。

压簧卷32例如可以通过一对平头铆钉33紧固于第二压簧片312上。压簧卷32为一种恒力卷状压簧，其厚度为0.1mm～1mm，在碳刷本体10的长度范围内压力恒定。

本发明实施例的碳刷装置1在应用于风力发电机组的偏航系统中时能够实现与弧形偏航轴承的紧密接触，能够承受10μs/350μs的雷电流200kA，工频短路电流耐受达到20kA×0.5s，能够很好地起到雷电防护和短路保护功能。

以上对本发明实施例所提供的碳刷装置进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的碳刷装置进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (19)

1.一种碳刷装置，应用于风力发电机组，其特征在于：所述碳刷装置包括碳刷刷盒、碳刷本体及压簧，所述碳刷本体用于与所述风力发电机组中的导电环体滑动连接，所述碳刷本体和所述压簧安装于所述碳刷刷盒内，并且，所述碳刷本体通过所述压簧紧固于所述碳刷刷盒内，所述碳刷本体与所述导电环体的接触面为圆弧面。

2.如权利要求1所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷本体的所述圆弧面具有与所述导电环体相同的曲率半径。

3.如权利要求1所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷本体的所述圆弧面包括向外凸的圆弧面或向内凹的圆弧面。

4.如权利要求1所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷本体包括碳刷磨损主体及连接于所述碳刷磨损主体一端的弧形接触体，所述圆弧面形成于所述弧形接触体的端部。

5.如权利要求4所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷本体还包括形成于所述碳刷磨损主体另一端的导电尾端体，所述导电尾端体形成有允许所述碳刷本体磨损运动的空间，所述压簧位于所述空间中，所述导电尾端体上还开设有用于连接电缆的电缆安装孔位。

6.如权利要求5所述的碳刷装置，其特征在于：所述导电尾端体使用镀锡铜排。

7.如权利要求6所述的碳刷装置，其特征在于：所述镀锡铜排的厚度在2毫米至6毫米之间的范围内。

8.如权利要求5所述的碳刷装置，其特征在于：所述导电尾端体包括形成于所述碳刷磨损主体另一端相对两侧的一对尾端出线及与所述一对尾端出线连接的末端线缆接口，所述电缆安装孔位形成于所述末端线缆接口。

9.如权利要求8所述的碳刷装置，其特征在于：所述压簧位于所述一对尾端出线之间。

10.如权利要求8所述的碳刷装置，其特征在于：所述尾端出线的宽度与所述碳刷磨损主体的厚度相同，所述尾端出线的长度等于所述碳刷磨损主体的长度。

11.如权利要求8所述的碳刷装置，其特征在于：所述末端线缆接口包括两个输入接口和连接所述两个输入接口用于电缆引下线的输出接口，所述两个输入接口分别与所述一对尾端出线相连接，所述电缆安装孔位形成于所述输出接口。

12.如权利要求4所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷磨损主体在其另一端具有压紧接口，所述压簧包括压簧本体及与所述压簧本体固定连接的压簧卷，所述压簧卷抵压于所述压紧接口。

13.如权利要求12所述的碳刷装置，其特征在于：所述压紧接口呈凹状圆弧型，所述压紧接口具有与所述压簧卷相同的曲率半径。

14.如权利要求12所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷刷盒包括碳刷本体安装腔体及位于所述碳刷本体安装腔体相对两侧的压簧安装腔体和刷盒安装紧固腔体。

15.如权利要求14所述的碳刷装置，其特征在于：所述压簧安装腔体包括端壁及形成于所述端壁相对两侧的一对侧壁，在所述一对侧壁上分别设有销孔，所述销孔用于供定位销插入以固定所述压簧。

16.如权利要求15所述的碳刷装置，其特征在于：在所述端壁上开设有压簧定位孔，在所述压簧本体上沿所述碳刷本体磨损运动的方向上分别设置有正向锁紧装置和负向锁紧装置，所述正向锁紧装置卡在所述压簧定位孔中，所述负向锁紧装置卡于所述端壁的端边沿。

17.如权利要求16所述的碳刷装置，其特征在于：所述压簧本体包括由不锈钢弯折形成的第一压簧片和与所述第一压簧片连接的第二压簧片，所述正向锁紧装置和所述负向锁紧装置设置于所述第一压簧片上，所述压簧卷紧固于所述第二压簧片上。

18.如权利要求17所述的碳刷装置，其特征在于：所述第二压簧片在与所述第一压簧片连接的相对端具有弯折部，所述弯折部的边沿延伸超出所述压簧卷的边沿。

19.如权利要求1所述的碳刷装置，其特征在于：所述碳刷装置应用于所述风力发电机组的偏航系统，所述导电环体包括偏航轴承。

Images