CN212136853U - 一种防电蚀集电环 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防电蚀集电环，所述集电环包括导电杆、轴套、导电环以及接地环，所述导电环有3个，对应转子绕组A、B、C三相，三个导电环相互平行地套装在轴套上，导电环与导电杆螺接，接地环与轴套焊接一体；导电环套装在轴套上并与轴套过盈配合；该技术方案整体结构设计紧凑巧妙，安装工艺容易操作，通过导电杆特殊结构设计，达到如下效果：导电杆变径设计，增加导电杆与导电环接触面积，降低接触电阻，减少发热；导电杆大径端设置内六角沉孔，旋拧力矩可直接作用于导电杆螺接端，避免导电杆扭转变形；导电杆大径端外螺纹搪锡处理，既可以防止氧化，又可减小螺接螺纹间隙；导电杆与导电环螺接后用锁紧螺母锁死，避免螺接松动。

Description

一种防电蚀集电环

技术领域

本实用新型涉及一种集电环，具体涉及一种防电蚀集电环，属于电机结构部件技术领域。

背景技术

集电环也叫滑环，包括轴套、导电环和导电杆，轴套外表面包卷有复合绝缘层，三个导电环相互平行地套装在轴套上，导电环和导电杆连接。它可以用在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定部件到旋转部件传输电源和信号的机电系统中。

目前，我国绕线式异步电动机正在使用的集电环发生导电杆与导电环电蚀故障的风险很高。大部分电蚀因螺接松动而产生，究其原因，有以下几个方面：

1）导电杆与导电环接合方式设计不合理。导电杆与导电环螺接配合，螺接配合属于间隙配合，接触电阻较大，在较大电流通过时（如电机起动、过载），存在局部发热问题。

2）导电杆设计有缺陷。导电杆为两端带螺纹的圆杆结构，其一端螺纹用于和导电环进行螺接，另一端螺纹是接线桩头，通过双螺母固接转子引出线的铜鼻子。导电杆与导电环的螺接紧固实现方式是：在接线桩头旋拧2只螺母，并死，组成锁紧螺母副，而后用扳手旋拧锁紧螺母副，带动导电杆旋转，实现导电杆与导电环的螺接紧固。此种紧固方法对于旋拧长导电杆（如离集电环接线桩头端最远一相导电环的导电杆）存在质量风险。原因是：导电杆一般为黄铜或紫铜材质，通过锁紧螺母副旋拧长导电杆，存在扭转变形和相对扭转角，这会导致旋拧紧固力矩不足。

另外，电机检修，旋松集电环接线桩头上转子引出电缆铜鼻子紧固螺母时，反向用力，

有可能会使导电杆与导电环的螺接出现松动；

3）集电环整体刚性差；

①压装不紧的导电环，在电机运行过程中或频繁起停冷热态变换过程中发生松动，影响电机正常运行，同时也可以致使导电杆与导电环螺接松动。

②集电环在组装过程中，导电杆与导电环螺接属于间隙配合。导电杆与外套的环氧套管之间有间隙（环氧套管用于与非本相导电环绝缘），导电杆外套环氧套管与非本相导电环的“过孔”之间也有间隙。

转子绕组引出电缆（一般情况下是从转轴非负荷端轴中孔引出，接在集电环导电杆接线桩头上）在旋转时产生离心力，该离心力会作用在导电杆上，与导电杆自身旋转产生的离心力一道，造成导电杆振动。由于前述“间隙”的存在，振动无法被抑制，最终会导致导电杆与导电环螺接的松动。更有甚者，导电杆会在螺接螺纹的根部产生振动裂纹。

4）集电环在轴上固紧不牢，振动引起导电杆松动，进而导致电蚀故障。集电环是通过带键槽轴套套装在电机转子轴上的（轴套外端面设置有对称螺孔，检修作业时，用丝杆旋入对称螺孔，借助千斤顶等工装，便可将集电环拆除），由于轴套一般比较单薄，其端面的对称螺孔孔径一般比较小，能承载丝杆传递的拉拔力有限，所以集电环与电机轴的套装一般是H7间隙配合。

专利查新表明，在解决导电杆与导电环螺接松动问题方面，有如下专利：

（1）专利号200820158647.7，名为《集电环导电杆》的专利，导电杆杆身上卷压有绝缘层，一端为螺纹接头，另一端为压延成形的饼状接触面（接触面上打孔，用于和转子引出电缆固接）。该种设计先进性有2个方面：①导电杆杆身绝缘通过“卷压”而成，避免了“间隙”的存在（传统采用环氧套管的绝缘方式，导电杆与环氧套管间有间隙），导电杆受离心力影响而出现振动的可能性有所减小；②导电杆接线桩头端压延成带固定孔的饼状，提高了导电杆接头接触面积。

此专利的局限性有3个方面：①杆身卷压的绝缘层一旦损坏，恢复使用功能比较困难（卷压工艺相对复杂）。②导电杆接线桩头压延成饼状后，机械强度降低。③导电杆与导电环螺接，存在松动风险。

（2）专利号200620049946.8，名为《一种电机用集成式集电环》的专利，采用整体模压、注塑工艺，解决了导电环因有间隙而产生电腐蚀的难题，同时利用导电排（代替导电杆）与导电环焊接工艺，避免螺接产生松动。

此专利的局限性：由于导电排是铜质，其与导电环采用焊接连接工艺，所以要求导电环亦为铜质。铜质导电环导电性能虽好，但机械强度和耐磨性较差（当含有大量低熔点铅时，因通电点的发热而产生脱铅现象，容易造成异常磨损），使用场合受到限制。

（3）专利号201120494788.8，名为《复合绝缘结构集电环》，其在相邻导电环间固定有层压玻璃布隔板，可以把沉积在圆柱绝缘层表面碳粉阻断，使之无法在相间架桥，就不会引起相间短路。

此专利的局限性：①导电环间增加层压玻璃布隔板后，就不可能在设计轴向通风孔，影响集电环散热，运行噪音也会相对加大。②导电杆与导电环螺接，存在松动风险，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型正是针对现有技术中存在的问题，提供一种防电蚀集电环，该技术方案从系统上解决集电环电蚀的所有致因，杜绝电蚀故障发生。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种防电蚀集电环，所述集电环包括导电杆、轴套、导电环以及接地环，所述导电环有3个，对应转子绕组A、B、C三相，三个导电环相互平行地套装在轴套上，且相邻导电环之间的间距相同，导电环与导电杆螺接，接地环与轴套焊接一体；导电套装在轴套上并与轴套过盈配合。

作为本实用新型的一种改进，每个导电环上有2个对称的异径螺孔，以便螺接2根导电杆，6根导电杆在圆周上呈60°等角分布。

作为本实用新型的一种改进，所述导电环上异径螺孔分别为导电环异径螺孔大径段和导电环异径螺孔小径段。导电环异径螺孔大径段：主要用于装配导电杆锁紧螺母，其深度与锁紧螺母厚度一致，内径尺寸保证与锁紧螺母形成间隙配合，方便锁紧螺母旋进、旋出。导电环异径螺孔小径段：内带螺牙，与导电杆大径进行螺接配合。

作为本实用新型的一种改进，所述导电杆与导电环异径螺孔小径段螺接配合后，用锁紧螺母锁死，避免螺接松动。锁紧螺母厚度与导电环异径螺孔大径段深度一致，其内螺牙与导电杆大径端外螺牙旋接配合，其上设置有对称转角孔，其为铜质，整体搪锡处理。组装时，导电杆旋穿锁紧螺母后，与导电环异径螺孔的小径段形成螺接配合，而后使用专用转角扳手，插入转角孔，旋拧锁紧螺母，使锁紧螺母内侧面与导电环异径螺孔变径台阶面贴紧，使导电杆与导电环的螺接间隙配合变为紧密配合，防止松动产生。

作为本实用新型的一种改进，所述导电杆包括导电杆杆身、接线端、绝缘环氧套管、大径螺接端以及内六角沉孔，所述绝缘环氧套管的内径与导电杆杆身间隙配合，在接线端配3个螺母及1个弹垫其中2个螺母逆向旋拧并死，抵住转子引接线鼻背面，另1个螺母旋压在转子引接线鼻正面（垫有弹垫）。基于此设计，可有效防止转子引接线鼻固接松动。导电杆环氧套管：外径与导电杆螺接端外径一致，与导电环过孔间隙配合，内径与导电杆杆身间隙配合。其特别设计在于环氧套管经过预烘浸漆处理，能够保证其绝缘防潮性能。环氧套管在接地环处与导电杆锁扣本体形成承插接合，有效保证导电杆与接地环的绝缘，另外，还可以有效防止碳粉等导电性粉尘进入环氧套管内部。导电杆大径端：设计外螺纹，与导电环异径孔小径段螺接配合，其特别设计在于外螺纹搪锡处理，有效减小螺接螺纹间隙。导电杆大径端内六角沉孔：其作用是作为导电杆与导电环螺接旋拧的着力点，避免通过旋拧导电杆接线端的并帽（紧固导电杆）而产生扭转变形和扭转角。

作为本实用新型的一种改进，所述集电环还包括到导电杆锁扣，导电杆锁扣本体螺接在接地环上，其内孔与导电杆环氧套管形成承插关系。

作为本实用新型的一种改进，所述导电杆锁扣包括锁扣本体、锁扣夹紧爪、锁扣夹紧圈、锁扣迫紧头以及锁扣紧固螺母，材质为尼龙PA66，耐高温，其与接地环螺接部分内孔设计满足与导电杆环氧套管形成承插关系（环氧套管刚好插入导电杆锁扣与接地环螺接部分内部），既强化了导电杆与接地环绝缘性能，又能防止碳粉及潮气进入环氧套管内部。导电杆锁扣夹紧爪上与锁扣本体为一体化结构，导电杆本体与迫紧头螺接端顶壁设计稍薄，在顶壁上设计绕圆周间隔分布贯穿斜槽，斜槽的倾斜朝向与迫紧头旋紧朝向一致，该绕锁扣本体薄顶壁圆周间隔分布的贯穿斜槽就是夹紧爪，在旋紧迫紧头时，当迫紧头内弧面抵接夹紧爪时，夹紧爪向内形变夹紧夹紧圈，进而固牢导电杆。导电杆锁扣夹紧圈：246氟胶材质，耐高温。导电杆锁扣迫紧头：材质为尼龙PA66，内弧面设计，通过旋拧迫紧头，迫使夹紧爪向内变形。导电杆锁扣紧固螺母：导电杆锁扣旋拧进接地环后，再旋拧锁紧，使导电杆锁扣不会产生松动。

作为本实用新型的一种改进，接地环与轴套焊接一体。传统集电环没有接地环。其主要作用是通过锁扣固持导电杆，增加集电环刚性。另外在接地环上还可以对称地设置2个集电环拉装用螺孔（孔径比原设置在集电环轴套端面的要大），基于此设计，集电环检修拉装更为方便，集电环与轴套装配合公差标准可以由H7变为H6,套装更为紧固，避免振动。

作为本实用新型的一种改进，所述集电环还包括轴套键槽，集电环轴套为钢质。因为增设了带对称检修拉装螺孔的接地环，轴套与轴的安装配合标准可以由H7优化为H6，配合更加紧固。集电环轴套键槽与电机转子轴通过键槽进行配合。

作为本实用新型的一种改进，所述轴套的外面包卷有复合绝缘层，所述复合绝缘层与导电环为过盈配合。

相对于现有技术，本实用新型技术方案整体结构设计紧凑巧妙，安装工艺容易操作，具有如下优点，1）通过导电杆特殊结构设计，达到如下效果：

导电杆变径设计，增加导电杆与导电环接触面积，降低接触电阻，减少发热；

导电杆大径端设置内六角沉孔，旋拧力矩可直接作用于导电杆螺接端，避免导电杆扭转变形；

导电杆大径端外螺纹搪锡处理，既可以防止氧化，又可减小螺接螺纹间隙；2）通过导电环异径螺孔和锁紧螺母特殊结构设计，达到如下效果：使导电杆与导电环的螺接间隙配合变为紧密配合，防止松动产生; 3）通过集电环整体结构设计和导电杆锁扣设计，达到如下效果：

在传统3个导电环基础上，增设一个接地环（接地环与集电环轴套焊接固连），导电杆通过锁扣固接于接地环上，大大增加了集电环的整体刚度；

在接地环上设置对称检修拉装用螺孔，相较传统设计（将拉装孔设置在薄壁轴套上），集电环检修拉装更加方便快捷，而且基于此设计，可优化集电环与轴的装配公差标准（由H7变为H6），避免集电环在轴上产生松动。综上，该专利的总体有益效果是从系统上解决集电环电蚀故障发生的所有致因，杜绝集电环电蚀故障发生。

附图说明

图1 集电环导电杆结构示意图；

图2导电环异径螺孔结构示意图；

图3导电杆锁紧螺母结构示意图；

图4集电环本体结构示意图；

图5导电杆锁扣结构示意图；

图中：1、导电杆接线端，2、导电杆环氧套管，3、导电杆大径端，4、内六角沉孔，5、导电环，6、导电环异径螺孔大径段，7、导电环异径螺孔小径段，8、锁紧螺母，9、锁紧螺母转角孔，10、锁扣本体，11、锁扣夹紧爪，12、锁扣夹紧圈，13、锁扣迫紧头，14、锁扣紧固螺母，15、接地环，16、集电环轴套，17、轴套键槽，18、复合绝缘层，19、螺母，20、弹垫，21、导电杆，22、导电杆杆身。

具体实施方式：

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1至图5，一种防电蚀集电环，包括导电杆21、轴套16、导电环5、接地环15及导电杆锁扣（含锁扣本体10，锁扣夹紧爪11，锁扣夹紧圈12，锁扣迫紧头13，锁扣紧固螺母14）。所述导电杆包括导电杆杆身22、接线端1、绝缘环氧套管2、大径螺接端3以及内六角沉孔4。导电杆接线端1配3个螺母及1个弹垫，其中2个螺母逆向旋拧并死，抵住转子引接线鼻背面，另1个螺母旋压在转子引接线鼻正面（垫有弹垫）。基于此设计，可有效防止转子引接线鼻固接松动。导电杆环氧套管，外径与导电杆螺接端外径一致，与导电环过孔（如图4，5-A导电环上的过孔）间隙配合，内径与导电杆杆身间隙配合。其特别设计在于环氧套管经过预烘浸漆处理，能够保证其绝缘防潮性能。环氧套管在接地环处与导电杆锁扣本体形成承插接合，如图4所示，有效保证导电杆与接地环的绝缘，另外，还可以有效防止碳粉等导电性粉尘进入环氧套管内部。导电杆大径螺接端3，设计外螺纹，与导电环异径孔小径段7螺接配合，其特别设计在于外螺纹搪锡处理，有效减小螺接螺纹间隙。导电杆大径端还设计内六角沉孔，其作用是作为导电杆与导电环螺接旋拧的着力点，避免通过旋拧导电杆接线端的并帽（紧固导电杆）而产生扭转变形和扭转角。所述轴套16，其为钢质，带有键槽17。因为增设了带对称检修拉装螺孔的接地环15，轴套与电机转子轴的安装配合标准可以由H7优化为H6，配合更加紧固。所述轴套的外面包卷有复合绝缘层18，所述复合绝缘层与导电环5为过盈配合。所述导电环有3个，对应转子绕组A、B、C三相，三个导电环相互平行地套装在轴套16上，且相邻导电环之间的间距相同。导电环5与轴套16过盈配合，每个导电环上有2个对称的异径螺孔，以便螺接2根导电杆。3个导电环所连接的6根导电杆在圆周上呈60°等角分布。所述导电环上设计有异径螺孔，分别为导电环异径螺孔大径段6和导电环异径螺孔小径段7。导电环异径螺孔大径段：主要用于装配导电杆锁紧螺母8，其深度与锁紧螺母8厚度一致，内径尺寸保证与锁紧螺母8形成间隙配合，方便锁紧螺母旋进、旋出。导电环异径螺孔小径段：内带螺牙，与导电杆大径端图1进行螺接配合。所述锁紧螺母8：设计如图3，其厚度与导电环异径螺孔大径段6深度一致，其内螺牙与导电杆大径端外螺牙旋接配合，其上设置有对称转角孔9所示，其为铜质，整体搪锡处理。组装时，导电杆旋穿锁紧螺母后，与导电环异径螺孔的小径段形成螺接配合，而后使用专用转角扳手，旋拧锁紧螺母，使锁紧螺母内侧面与导电环异径螺孔变径台阶面贴紧，使导电杆与导电环的螺接间隙配合变为紧密配合，防止松动产生。所述锁紧螺母转角孔9：对称设置，旋拧时需要使用专用转角扳手。所述接地环15与轴套16焊接一体，其主要作用是通过锁扣固持导电杆，增加集电环刚性。另外在接地环上还可以对称地设置2个集电环拉装用螺孔（孔径比原设置在集电环轴套端面的要大），基于此设计，集电环检修拉装更为方便，集电环与轴套装配合公差标准可以由H7变为H6,套装更为紧固，避免振动。所述集电环还包括到导电杆锁扣。所述导电杆锁扣包括锁扣本体10、锁扣夹紧爪11、锁扣夹紧圈12、锁扣迫紧头13以及锁扣紧固螺母14。锁扣本体10材质为尼龙PA66，耐高温，其螺接于接地环15上，螺接部分内孔设计满足与导电杆环氧套管2形成承插关系（环氧套管刚好插入导电杆锁扣与接地环螺接部分内部），既强化了导电杆与接地环绝缘性能，又能防止碳粉及潮气进入环氧套管内部。导电杆锁扣夹紧爪11与锁扣本体10为一体化结构（锁扣本体与迫紧头螺接端的顶壁设计稍薄，在顶壁上设计绕圆周间隔分布贯穿斜槽，斜槽的倾斜朝向与迫紧头13旋紧朝向一致，该绕锁扣本体10薄顶壁圆周间隔分布的贯穿斜槽就是夹紧爪11），在旋紧迫紧头13时，当迫紧头内弧面抵接夹紧爪11时，夹紧爪向内形变夹紧夹紧圈12，进而固牢导电杆。导电杆锁扣夹紧圈，246氟胶材质，耐高温。导电杆锁扣迫紧头，材质为尼龙PA66，内弧面设计，通过旋拧迫紧头13，迫使夹紧爪11向内变形。导电杆锁扣紧固螺母，导电杆锁扣旋拧进接地环15后，再旋拧锁紧，使导电杆锁扣不会产生松动。附图4只画出了B相导电杆连接半剖分图，A相、C相是导电杆分别是与A相、C相导电环螺接。视集电环大小及现场实际使用情况，可以在导电环和接地环上设置轴向通风孔。接地环上的检修用拉拔螺孔可与轴向通风孔合并设置（选择其中2个对称的轴向通风孔，攻丝牙）。

该方案采用导电杆变径设计，增加导电杆与导电环接触面积，降低接触电阻，减少发热；导电杆大径端设置内六角沉孔，旋拧力矩可直接作用于导电杆螺接端，避免导电杆扭转变形；导电杆大径端外螺纹搪锡处理，既可以防止氧化，又可减小螺接螺纹间隙；导电杆与导电环螺接后用锁紧螺母锁死，避免螺接松动；增设接地环，大大增加了集电环刚性；导电杆近接线端通过锁扣固持在接地环上，能有效避免导电杆因振动而产生松动，同时也可避免导电杆与导电环螺接根部产生振动裂纹。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。

Claims (9)

1.一种防电蚀集电环，其特征在于，所述集电环包括导电杆、轴套、导电环以及接地环，所述导电环有3个，对应转子绕组A、B、C三相，三个导电环相互平行地套装在轴套上，导电环与导电杆螺接，接地环与轴套焊接一体；导电环套装在轴套上并与轴套过盈配合。

2.根据权利要求1所述的防电蚀集电环，其特征在于，每个导电环上有2个对称的异径螺孔，以便螺接2根导电杆，6根导电杆在圆周上呈60°等角分布。

3.根据权利要求1所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述导电环上异径螺孔分别为导电环异径螺孔大径段和导电环异径螺孔小径段，小径段有内螺牙，与导电杆大径端形成螺接配合；大径段为光孔，其内径比锁紧螺母外径略大，二者形成间隙配合，保证锁紧螺母能够自由旋进、旋出。

4.根据权利要求1所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述导电杆包括导电杆杆身(22)、接线端(1)、导电杆环氧套管(2)、大径螺接端(3)以及内六角沉孔(4)，所述导电杆环氧套管(2)的内径与导电杆杆身(22)间隙配合，在接线端配螺母及弹垫。

5.根据权利要求2所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述集电环还包括到导电杆锁扣，导电杆锁扣本体螺接在接地环(15)上，其内孔与导电杆环氧套管(2)形成承插关系。

6.根据权利要求4所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述导电杆锁扣包括锁扣本体(10)、锁扣夹紧爪(11)、锁扣夹紧圈(12)、锁扣迫紧头(13)以及锁扣紧固螺母(14)，导电杆锁扣夹紧爪(11)上与锁扣本体(10)为一体化结构，导电杆本体与迫紧头(13)螺接端顶壁设计稍薄，在顶壁上设计绕圆周间隔分布贯穿斜槽，斜槽的倾斜朝向与迫紧头(13)旋紧朝向一致，该绕锁扣本体(10)薄顶壁圆周间隔分布的贯穿斜槽就是锁扣夹紧爪(11)。

7.根据权利要求3所述的防电蚀集电环，其特征在于，接地环上对称地设置2个集电环拉装用螺孔。

8.根据权利要求7所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述集电环还包括轴套键槽，集电环轴套(16)为钢质,集电环轴套键槽与电机转子轴通过键槽进行配合。

9.根据权利要求8所述的防电蚀集电环，其特征在于，所述轴套的外面包卷有复合绝缘层(18)，所述复合绝缘层与导电环为过盈配合。

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