CN115548815B - 一种风电变桨滑环 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电变桨滑环，包括滑环本体、分别设置在滑环本体两端的转子侧线缆组件和定子侧线缆组件；转动轴同轴贯穿在在滑环外壳中，转动轴的第一端和第二端分别通过轴承与前端法兰和后端法兰对应安装，实现转动轴的轴向转动；前端法兰和后端法兰与滑环外壳固定连接；滑道组件套装在转动轴上与其同步转动，刷丝组件的两端分别固定在前端法兰和后端法兰上，刷丝组件的刷丝束对应连接滑道组件。变桨滑环的外壳保持对地静止不动，转动过程中刷丝组件摩擦磨损的粉尘颗粒最终掉落到滑环外壳的底部，不会参与变桨滑环的内部搅动，不影响变桨滑环的绝缘性能，可以保证变桨滑环长期稳定工作，且不需要对变桨滑环进行维护保养。

Description

一种风电变桨滑环

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，具体涉及一种变桨滑环。

背景技术

随着工业生产和日常生活对电力需求量的不断增加，新能源逐步成为大家生活的主题，风力发电也在逐步成为洁净发电技术的主要途径之一。风电变桨滑环作为风力发电风机的变桨柜与主控柜的信号与电力传输主要设备，经过20多年的发展，国内风力发电技术水平也在高速发展，同时多种问题也在逐步出现。

目前，变桨滑环的转动轴滑道与定子侧刷针或刷片的材质为铜材料，外表面镀金，因风电变桨滑环传输的为电流信号，同等条件下金的导电性能最优，所以铜金属表面镀金可以更好地传输电流信号。但是因为金属金的耐磨性较差，风电变桨滑环需要持续不停歇工作，所以风电变桨滑环的转动轴滑道和定子侧刷针或刷片表面的镀金层容易磨损掉，而磨损的粉尘颗粒部分会掉落在变桨滑环的外壳上。

风力发电小功率直驱风机的变桨滑环在使用时皆为变桨滑环的外壳在转动，滑道轴不转，但是这种形式的风电变桨滑环在长期工作后，随着风电变桨滑环的外壳不停地转动，粉尘颗粒会掉落在风电变桨滑环的内部任何区域。因为磨损的粉尘颗粒皆为金属材质，具有导电性，若掉落在风电变桨滑环内需要相互绝缘的区域，会影响风电变桨滑环的绝缘性能，容易引起风电变桨滑环的信号传输质量变差和动力滑道打火、拉弧，甚至出现烧毁的情况。

所以对于使用镀金环和镀金刷针/镀金刷片的风电变桨滑环，需要定期维护保养，先拆除风电变桨滑环的外壳，后清洗附着在镀金环和镀金刷针/镀金刷片表面的粉尘颗粒，清洗后再对镀金环和镀金刷针/镀金刷片表面重新喷涂润滑油。在拆卸风电变桨滑环的外壳时会影响风电变桨滑环的密封性，多次拆卸后风电变桨滑环的防尘和防水性能都会降低。此外，在清洗风电变桨镀金环和镀金刷针/镀金刷片时，如有误操作或者清洗的工具或工艺不准确，会损伤镀金环和镀金刷针/镀金刷片，影响风电变桨滑环的性能。而且因为操作人员的经验和熟练程度不同，对于风电变桨滑环的维护保养的效果也不同，容易导致同一批次保养的滑环使用期限有较大区别。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种避免转动轴滑道和定子侧刷针或刷片表面磨损的粉尘掉落在变桨滑环外壳上的风电变桨滑环，提高变桨滑环的绝缘性能，并且可减少变桨滑环的维护次数和难度。

技术方案：本发明一种风电变桨滑环，包括滑环本体、分别设置在滑环本体两端的转子侧线缆组件和定子侧线缆组件；

其中，所述滑环本体包括定子部分和转子部分，定子部分包括滑环外壳、前端法兰、末端法兰、刷丝组件；转子部分包括转动轴和滑道组件；

所述转动轴同轴贯穿在在滑环外壳中，所述转动轴的第一端和第二端分别通过轴承与前端法兰和后端法兰对应安装，所述前端法兰和后端法兰与滑环外壳固定连接，实现转动轴的轴向转动；

所述滑道组件套装在转动轴上与其同步转动，且所述滑道组件的线缆从滑环外壳的第一端穿出与转子侧线缆组件相连；

所述刷丝组件的两端分别固定在前端法兰和后端法兰上，所述刷丝组件的刷丝束对应连接滑道组件；所述刷丝组件的线缆从滑环外壳的第二端穿出与所述定子侧线缆组件相连。

进一步，所述滑道组件包括绝缘安装座、绝缘安装轴、绝缘垫、镀银信号环、镀银动力环和绝缘固定垫圈，所述绝缘安装轴的第一端固定在绝缘固定垫圈上，第二端固定在绝缘安装座上，所述镀银信号环和镀银动力环紧密环绕在绝缘固定垫圈、绝缘安装轴和绝缘安装座上，相邻镀银信号环之间设有绝缘垫，相邻镀银动力环之间设有绝缘垫，且所述镀银信号环和镀银动力环上的线缆从绝缘安装座的出线孔穿出。

更进一步，所述绝缘安装轴的数量为多个，同轴顺序安装。

更进一步，所述绝缘固定垫圈和绝缘安装座的外端面具有向滑道组件内注胶的小孔。

更进一步，所述刷丝组件包括动力刷丝板及其上的动力刷丝束、信号刷丝板及其上的信号刷丝束，所述动力刷丝束排列在动力刷丝板面对滑道组件的一侧、构成对称的“八”字形，并与所述镀银动力环接触；所述信号刷丝束排列在信号刷丝板面对滑道组件的一侧、构成对称的“八”字形，并与所述镀银信号环接触。

进一步，所述刷丝组件设有两组，水平的设置在滑道组件上方和下方。

进一步，所述转动轴为中空结构，所述滑道组件和刷丝组件的线缆经由转动轴的中空结构并从转动轴的端部穿出。

进一步，所述前端法兰和后端法兰之间通过周向均布的前端支撑杆连接，所述后端法兰通过周向均布的后端支撑杆连接有末端法兰，所述滑环外壳的第一端安装在前端法兰上，所述末端法兰安装在滑环外壳的第二端。

进一步，还包括设置在转动轴端部的滑环转动拨叉组件，外部传动机构通过所述滑环转动拨叉组件驱动转动轴轴向转动。

一种风电变桨滑环的工作方法，滑环外壳保持静止，转动轴通过轴承在滑环外壳中轴向转动，滑环组件跟随其同步转动，刷丝组件在滑环组件的转动过程中始终与滑环组件保持接触并传递信号和电流。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：变桨滑环在工作时，转子部分的滑环组件套设于转动轴上同步转动，定子部分的刷丝组件不动，在滑环组件的转动过程中，刷丝组件与滑环组件时刻保持接触传递信号和电流，变桨滑环的外壳保持对地静止不动，转动过程中刷丝组件摩擦磨损的粉尘颗粒最终掉落到滑环外壳的底部，不会参与变桨滑环的内部搅动，不影响变桨滑环的绝缘性能，可以保证变桨滑环长期稳定工作，且不需要对变桨滑环进行维护保养。

附图说明

图1是本发明风电变桨滑环的结构示意图；

图2是本发明风电变桨滑环的侧视结构示意图；

图3是滑环本体的结构示意图；

图4是滑环本体去除滑环外壳后第一视角结构示意图；

图5是滑环本体去除滑环外壳后第二视角结构示意图；

图6是滑环本体去除滑环外壳后的俯视图；

图7是滑环本体去除滑环外壳后的侧视图；

图8是图7中A-A剖面的剖视图；

图9是滑道组件的结构示意图；

图10是滑道组件的侧视图；

图11是图10中B-B剖面的剖视图；

图12、13是一节绝缘安装轴的结构示意图；

图14镀银信号环的结构示意图；

图15是刷丝组件的结构示意图；

图16是动力刷丝板的结构示意图；

图17是信号刷丝板的结构示意图；

图18是信号刷丝板的侧视结构示意图；

图19是转子侧线缆组件的结构示意图；

图20是转子侧连接器的结构示意图；

图21是转子波纹管快速接头和转子波纹管连接的局部剖视图；

图22是定子侧线缆组件的结构示意图；

图23是定子侧连接器的结构示意图；

图24是定子侧线缆组件的侧视图；

图25是图24中C-C剖面的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

一种风电变桨滑环，如图1~2所示，包括滑环本体1、滑环转动拨叉组件2、转子侧线缆组件3和定子侧线缆组件4，转子侧线缆组件3和定子侧线缆组件4分别设置在滑环本体的两端，滑环转动拨叉组件2设置在滑环本体的一端。

其中，如图3~8所示，滑环本体1包括定子部分和转子部分，转子部分包括转子出线波纹管快速接头51、转动轴52、前端轴承53、前端轴承压板54、滑道组件55、后端轴承压板56、后端轴承57；定子部分包括滑环外壳11、前端法兰12、两组刷丝组件13、4个前端支撑杆14、后端法兰15、4根后端支撑杆16、末端法兰17和定子出线波纹管快速接头18。

在转子部分中，转子出线波纹管快速接头51固定在转动轴52第一端的出线孔处。前端轴承53通过转动轴52前端设有的前端台阶套装在转动轴52上，同理，后端轴承57通过转动轴52后端设有的后端台阶套装在转动轴52上。滑道组件55套装固定在转动轴52上，且滑道组件55的前端面与前端轴承53之间通过前端轴承压板54压紧固定，滑道组件55的后端面与后端轴承57之间通过后端轴承压板56压紧固定，上述结构可实现滑道组件55和转动轴52的同步转动。

如图9~11所示，滑道组件55包括绝缘安装座61、绝缘安装轴62、绝缘垫63、镀银信号环64、镀银动力环65和绝缘固定垫圈66。根据实际需求高度，选择合适的绝缘安装轴62数量，同轴顺序连接。如图12、13所示，具体连接方式为每一个绝缘安装轴62的一端外周设有凸圈69，另一端外周设有对应的卡槽610，相邻两个绝缘安装轴62通过凸圈69与卡槽610的对接进行连接，对接位置通过凸圈69和卡槽610上设有的对应凹凸部611进行定位。位于最左端的绝缘安装轴62的外端面连接有绝缘固定垫圈66，位于最右端的绝缘安装轴62的外端面固定在绝缘安装座61上。镀银信号环64紧密环绕在绝缘安装轴62整体的右半部分和绝缘安装座61上，相邻两个镀银信号环64之间设有一个绝缘垫63，根据实际需求数量安装镀银信号环64和绝缘垫63。镀银信号环63安装完成后，同理在绝缘固定垫圈66和绝缘安装轴62整体的左半部分紧密环绕镀银动力环65，因镀银动力环65通过的电压较高，所以在相邻两个镀银动力环65之间安装4个绝缘垫63。

如图14所示，镀银信号环64由一个镀银环68和焊接在镀银环68上的镀银环线缆67组成，同理，镀银动力环65是由一个动力环和焊接在动力环上的动力环线缆组成。

转动轴52为中空结构，转动轴52本体上开设有四个光滑的过线孔，滑道组件55的镀银环线缆67和动力环线缆可通过过线孔从转动轴52的外部穿入转动轴52的中空内部，经由内部引至端部从绝缘固定垫圈66的出线孔穿出，再通过转子出线波纹管快速接头51与转子侧线缆组件3相连接。

绝缘固定垫圈66和绝缘安装座61的外端面一周皆均匀的设有24个小孔，滑道组件55安装完成后从绝缘固定垫圈66和绝缘安装座61底部的24个小孔内向滑道组件55内注满环氧树脂胶，用以固定滑道组件55的各个零部件，同时防止有外部拉力拉扯到线缆使得线缆与环之间的焊接连接脱落。

在定子部分中，前端法兰12安装在前端轴承53的外圈，前端轴承53和前端法兰12的相对位置通过前端法兰12上的台阶定位。前端法兰12和后端法兰15之间由4个周向均匀分布的前端支撑杆14连接，用以支撑前端法兰12和后端法兰15的间距。后端法兰15安装在后端轴承57的外圈，后端轴承57和后端法兰15的相对位置通过后端法兰15上的台阶定位。

在本实施例中，滑道组件55的外周对称的设有两组刷丝组件13，如图4、5显示水平的设置在滑道组件55上方和下方，刷丝组件13的两端分别固定在前端法兰12和后端法兰15上，保持静止。

后端法兰15通过4个周向均匀分布的后端支撑杆16连接末端法兰17，后端支撑杆16支撑后端法兰15和末端法兰17之间的距离。后端法兰15设有出线孔，且末端法兰17的外端面设有定子出线波纹管快速接头18。

滑环外壳11套装在滑环本体1的定子部分的外部，前端法兰12、末端法兰17与滑环外壳11端部的安装台阶外径相同，且分别安装有密封圈，可以保证整个滑环本体1的密封性能。

如图15所示，刷丝组件13包括定子刷丝框架71、动力刷丝板72和信号刷丝板73，动力刷丝板72和信号刷丝板73并排安装在定子刷丝框架71上，可根据实际需求数量确定动力刷丝板72和信号刷丝板73的数量和定子刷丝框架71的尺寸。在本实施例中，刷丝组件包括一个动力刷丝板72和两个信号刷丝板73，动力刷丝板72对应安装在镀银动力环65所在部分，信号刷丝板73对应安装在镀银信号环64所在部分。

其中，如图16所示，动力刷丝板72包括动力PCB板74、动力PCB板线缆75和动力刷丝束76。每一组动力刷丝束76由两束动力刷丝束76组成，两束动力刷丝束76呈对称的“八”字形焊接在动力PCB板74的一面。若干组动力刷丝束76相互平行的排列在动力PCB板74上，每一组动力刷丝束76的两束动力刷丝束76之间在动力PCB板74上的焊接点通过动力PCB板线缆75连接。动力PCB板74呈弧形，使得动力PCB板线缆75位于动力PCB板74的凹陷处，防止有外部拉力拉扯到动力PCB板线缆75使得动力PCB板线缆75与动力PCB板74之间的焊接连接脱落。一组动力刷丝束76与一个镀银动力环65的中部贴合接触，使得滑动组件55在转动时，镀银动力环65始终能和动力刷丝束76保持连接，风电滑环的定子部分和转子部分之间电流接通。

如图17、18所示，信号刷丝板72包括信号PCB板77、信号PCB板线缆78和信号刷丝束79。每一组信号刷丝束79由两束信号刷丝束79组成，两束信号刷丝束79呈对称的“八”字形焊接在信号PCB板77的一面。若干组信号刷丝束79相互平行的排列在信号PCB板77上，每一组信号刷丝束79的两束信号刷丝束79之间在信号PCB板77上的焊接点通过信号PCB板线缆78连接。信号PCB板77呈弧形，使得信号PCB板线缆78位于信号PCB板77的凹陷处，防止有外部拉力拉扯到信号PCB板线缆78使得信号PCB板线缆78与信号PCB板77之间的焊接连接脱落。一组信号刷丝束79与镀银信号环64的中部贴合接触，使得滑动组件55在转动时，镀银信号环64始终能和信号刷丝束79保持连接，风电滑环的定子部分和转子部分之间电流接通。

本实施例中，两组刷丝组件13均保持水平，能保证所有信号刷丝束76和动力刷丝束79分别对应处于镀银信号环63和镀银动力环65的中间位置且上下方两个刷丝组件13的刷丝束对滑环的压力基本相等。

刷丝组件13的动力PCB板线缆75和信号PCB板线缆78从转动轴52的过线孔穿入转动轴52的中空内部，经由内部引至端部从后端法兰15的出线孔穿出，再穿过末端法兰17上的定子出线波纹管快速接头18与定子侧线缆组件4连接。

滑动转动拨叉组件2设置在转动轴53的第一端，包括转动拨叉板21和转动拨叉杆22组成。转动拨叉板通过螺钉固定在转动轴52的端部，可以同转动轴52同步转动，转动拨叉杆22通过螺纹紧固在转动拨叉板21的螺纹孔上。变桨滑环工作时，外部传动机构通过转动拨叉杆22带动转动轴11轴向转动，以此带动滑道组件55转动。

如图19~21所示，转子侧线缆组件3包括转子连接器外壳31、转子波纹管快速接头32、转子波纹管33、转子安全链线缆34、转子动力线缆35、转子通讯线缆36、转子侧连接器37。转子侧连接器37固定在转子连接器外壳31上，转子波纹管快速接头32固定在转子连接器外壳31的另一侧，转子波纹管33的一端插入转子波纹管快速接头32的底部，转子波纹管快速接头32 卡扣扣紧转子波纹管33的外壁，转子波纹管快速接头32与转子波纹管33连接处有密封垫圈，可以保证转子波纹管快速接头32与转子波纹管33之间的密封效果。转子安全链线缆34、转子动力线缆35、转子通讯线缆36均穿过转子波纹管33和转子波纹管快速接头32进入到转子连接器外壳31内，且分别接入转子侧连接器37上的对应插针位置。

如图22~25所示，定子侧线缆组件4包括定子连接器外壳41、定子波纹管快速接头42、定子波纹管43、定子安全链线缆44、定子动力线缆45、定子通讯线缆46、定子侧连接器47。定子侧连接器47固定在定子连接器外壳41上，定子波纹管快速接头42固定在定子连接器外壳41的另一侧，定子波纹管43的一端插入定子波纹管快速接头42的底部，定子波纹管快速接头42 卡扣扣紧定子波纹管43的外壁，定子波纹管快速接头42与定子波纹管43连接处有密封垫圈，可以保证定子波纹管快速接头42与定子波纹管43之间的密封效果。定子安全链线缆44、定子动力线缆45、定子通讯线缆46均穿过定子波纹管43和定子波纹管快速接头42进入到定子连接器外壳41内，且分别接入定子侧连接器47上的对应插针位置。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种风电变桨滑环，其特征在于：包括滑环本体（1）、分别设置在滑环本体（1）两端的转子侧线缆组件（3）和定子侧线缆组件（4）；

其中，所述滑环本体（1）包括定子部分和转子部分，定子部分包括滑环外壳（11）、前端法兰（12）、末端法兰（17）、刷丝组件（13）；转子部分包括转动轴（52）和滑道组件（55）；

所述转动轴（52）同轴贯穿在滑环外壳（11）中，所述转动轴的第一端和第二端分别通过轴承与前端法兰（12）和后端法兰（15）对应安装，所述前端法兰（12）和后端法兰（15）与滑环外壳（11）固定连接，实现转动轴（52）的轴向转动；

所述滑道组件（55）套装在转动轴（52）上与其同步转动，且所述滑道组件（55）的线缆从滑环外壳（11）的第一端穿出与转子侧线缆组件（3）相连；

所述刷丝组件（13）的两端分别固定在前端法兰（12）和后端法兰（15）上，所述刷丝组件的刷丝束对应接触滑道组件（55）；所述刷丝组件（13）的线缆从滑环外壳（11）的第二端穿出与所述定子侧线缆组件（4）相连；

所述滑道组件（55）包括绝缘安装座（61）、绝缘安装轴（62）、绝缘垫（63）、镀银信号环（64）、镀银动力环（65）、和绝缘固定垫圈（66），所述绝缘安装轴（62）的第一端固定在绝缘固定垫圈（66）上，第二端固定在绝缘安装座（61） 上，所述镀银信号环（64）和镀银动力环（65）紧密环绕在绝缘固定垫圈（66）、绝缘安装轴（62）和绝缘安装座（61）上，相邻镀银信号环（64）之间设有绝缘垫（63），相邻镀银动力环（65）之间设有绝缘垫（63），且所述镀银信号环（64）和镀银动力环（65）上的线缆从绝缘安装座（61）的出线孔穿出。

2.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述绝缘安装轴（62）的数量为多个，同轴顺序安装。

3.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述绝缘固定垫圈（66）和绝缘安装座（61）的外端面具有向滑道组件（55）内注胶的小孔。

4.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述刷丝组件（13）包括动力刷丝板（72）及其上的动力刷丝束（76）、信号刷丝板（73）及其上的信号刷丝束（79），所述动力刷丝束（76）排列在动力刷丝板（72）面对滑道组件（55）的一侧、构成对称的“八”字形，并与所述镀银动力环（65）接触；所述信号刷丝束（79）排列在信号刷丝板（73）面对滑道组件（55）的一侧、构成对称的“八”字形，并与所述镀银信号环（64）接触。

5.根据权利要求1或4所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述刷丝组件（13）设有两组，水平的设置在滑道组件（55）上方和下方。

6.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述转动轴（52）为中空结构，所述滑道组件（55）和刷丝组件（13）的线缆经由转动轴（52）的中空结构并从转动轴（52）的端部穿出。

7.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：所述前端法兰（12）和后端法兰之间（15）之间通过周向均布的前端支撑杆（14）连接，所述后端法兰（15）通过周向均布的后端支撑杆（16）连接有末端法兰（17），所述滑环外壳（11）的第一端安装在前端法兰（12）上，所述末端法兰（17）安装在滑环外壳（11）的第二端。

8.根据权利要求1所述的风电变桨滑环，其特征在于：还包括设置在转动轴（52）端部的滑环转动拨叉组件（2），外部传动机构通过所述滑环转动拨叉组件（2）驱动转动轴（52）轴向转动。