具有軸保持器的滑環組件的製作方法

2024-01-22 11:30:15

專利名稱：具有軸保持器的滑環組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於給轉子供電的滑環組件，轉子能夠在發電機或電動機中相對於定子旋轉並且轉子與編碼器連接，滑環組件包括具有至少一個第一滑環的滑環單元以及連接到滑環單元的編碼器軸保持器，編碼器軸位於編碼器軸保持器中。此外，本發明涉及包括這種滑環組件的發電機、風力渦輪機以及風力渦輪機場。
背景技術：
風力渦輪機在有風條件下通過由風力渦輪機葉片驅動的發電機將風力轉化為電能。在一些風力渦輪機中，發電機包括分別具有多相繞組的定子和轉子，諸如雙饋感應發電機、級聯調節發電機、異步或同步發電機或者甚至直流發電機。當轉子相對於發電機的定子旋轉時，電流被傳送到轉子或者被從轉子傳送走。電流可以藉助於也被稱為旋轉電接口、旋轉電連接器、集電器、或者轉環或旋轉電接頭的滑環組件被傳送，使得轉子在相對於定子旋轉時能夠接收或者返回電流。當轉子具有多相繞組時，風力渦輪機內的控制系統能夠調節頻率，從而使風力渦輪機產生預定頻率，例如大約 50Hz。為了控制發電機內的磁場，滑環單元可設置有與編碼器連接的軸。由於滑環單元將電流傳送到轉子或者從轉子傳送走，該軸是電絕緣的，使得編碼器不會被無意地從滑環單元傳送的電流所毀壞。這種絕緣是通過容納第一軸的塑料絕緣軸來提供的，該絕緣軸被插入編碼器中。由此，編碼器不再被無意的電流所毀壞。然而，在生產中，使塑料軸的外徑相對於編碼器保持在容許尺寸公差內是非常困難的，結果使得編碼器無法計數轉子旋轉的實際次數。

發明內容
本發明的目的是至少部分地克服現有技術的上述不足之處和缺陷，並且提供一種能夠更加精確地控制轉子內的磁場的改進滑環組件。更具體地，目的是提供一種包括編碼器軸的改進滑環組件，該編碼器軸的外徑總是處在容許尺寸公差之內，使得編碼器完美地運行。另一個目的是提供一種易於製造的改進滑環組件。此外，目的是提供一種改進滑環組件，該滑環組件具有相對於編碼器的絕緣軸，從而使得編碼器不會被從滑環單元無意傳送的電流所毀壞。而且，目的是提供一種也能夠在較長生產周期內完美地控制電輸出的風力渦輪機。上述目的、以及將會通過下面描述而變得清楚的多個其它目的、優點及特徵通過根據本發明的方案藉助滑環組件而得以實現，該滑環組件用於給發電機或電動機中相對於定子旋轉的轉子供電，所述滑環組件與編碼器連接並且包括-具有至少一個第一滑環的滑環單元；以及
-與所述滑環單元連接的編碼器軸保持器，並且編碼器軸位於所述保持器中；其中，所述編碼器軸保持器由電絕緣材料製成。現有技術方案致力於具有單獨的絕緣部件，如圖1所示，從而使得編碼器不會被無意地從滑環單元傳送的電流所損壞。編碼器軸固定到其上的現有技術的滑環組件的部分基本上由金屬製成，這是由於這種保持器同時還起著接地連接的作用。在根據本發明的方案中，保持器由電絕緣材料製成，並且接地連接設置於面向轉子的滑環單元的另一端部。編碼器軸保持器緊固編碼器軸，使得編碼器軸隨著滑環單元以及由此隨著轉子旋轉。因而，用於製造編碼器軸的材料能夠自由選擇。這樣，編碼器軸被絕緣、並且可以由能夠相對於編碼器保持編碼器軸的尺寸公差的材料製成。通過使滑環組件具有金屬編碼器軸，編碼器軸可以在滑環單元被裝配之後被切成預定公差之內的精確尺寸。由此，避免了由於變化的尺寸而引起的編碼器對轉數的不精確計數。這樣，獲得了能夠對轉子內的磁場進行更加精確控制的改進滑環組件。當使用金屬或類似可加熱材料的保持器時，如現有技術方案中的情況，保持器在滑環單元使用期間被加熱，導致保持器由於加熱而膨脹。這樣，在滑環組件的使用期間保持器尺寸發生改變，並且由此軸和絕緣軸相應地發生改變。結果，與編碼器的連接變得不穩定，從而使得編碼器不能夠計數滑環以及由此計數轉子的實際轉數。在發明的一個實施例中，編碼器軸保持器被模製而成。模製編碼器軸保持器使得製造保持器的過程快捷，並且編碼器軸可以通過繞著軸模製保持器而被緊固。在另一個實施例中，電絕緣材料可以是一些種類的塑料、陶瓷、玻璃纖維、複合材料或者上述材料的組合。當編碼器軸由諸如塑料、陶瓷、玻璃纖維、複合材料或者上述材料的組合的電絕緣材料製成時，編碼器軸保持器可以通過模製工藝容易地製造並且可製成多種形狀。由於編碼器軸隨後被切成其最終尺寸，因此保持器不必保持在非常窄的尺寸範圍之內。此外，保持器基本上沒有被加熱、並且也能夠在滑環組件使用期間保持其尺寸。此外，編碼器軸保持器可以在與轉子相反的滑環單元端部被緊固到滑環單元上。此外，編碼器軸保持器可以被膠粘到滑環單元上。通過使用膠粘，滑環組件的製造非常容易地進行，並且材料不會被無意地加熱。在本發明的一個實施例中，編碼器軸保持器可具有突出部分，編碼器軸緊固到該突出部分中。當編碼器軸被緊固在突出部分中時，面向軸的表面增大並且將軸緊固到保持器突出部分中更加容易及更加可靠。在使用模製工藝或者隨後膠粘工藝時尤為如此。在另一個實施例中，編碼器軸保持器可具有面向滑環單元的大體平面表面。由此，保持器更加易於緊固到滑環單元。在本發明的又另一個實施例中，編碼器軸保持器可具有與滑環單元大致相同周長的部分。此外，編碼器軸保持器可以在模製滑環單元時被模製。由此，滑環單元和保持器可被模製成一個單元並且在同一工藝中模製而成，從而導致更加簡單的製造並且減少一種備件。
本發明還涉及一種包括上述滑環組件的發電機。最後，本發明涉及一種包括上述滑環組件的風力渦輪機。


下面參考示意性附圖對本發明及其多個優點進行更為詳細的描述，用於解釋的所述附圖顯示了一些非限制性實施例，其中圖1顯示了現有技術的滑環組件；圖2顯示了根據發明的滑環組件的一個實施例；圖3以分解立體圖顯示了圖2的實施例；圖4顯示了滑環組件的另一個實施例的局部截面圖；圖5顯示了滑環組件又另一個實施例的局部截面圖；以及圖6顯示了滑環組件再另一個實施例的局部截面圖。全部附圖都是示意性的並且不必依照比例，並且它們僅顯示了對於闡明本發明所必需的那些部件，其它部件被省略或者僅僅被提及。
具體實施例方式在圖2中，顯示了根據本發明的滑環組件1。在使用時，滑環組件1給諸如發電機或其它電機器中相對於定子旋轉的轉子的旋轉部件供電。滑環組件1包括具有至少一個滑環3的滑環單元2，該滑環3具有外表面。滑環3位於滑環單元2中並且通常在模製單元時被緊固。在滑環單元2的一端，三個中心條(未示出)從滑環單元2突出，用於將電流傳送到轉子。由此，滑環組件1能夠繞著與中心條的中心軸線重合的中心軸線旋轉。如圖2所示，滑環組件1具有多個滑環3，並且在該實施例中滑環組件1具有三個滑環3，每個電相位一個。此外，每個滑環3具有至少一個凹槽9。凹槽9可具有任意形狀或設計，並且在另一個實施例中，滑環3具有多個凹槽。在表面上具有這種凹槽9增大了環 3的表面面積，並且由此也增大了冷卻滑環的能力。此外，滑環組件1包括編碼器軸保持器6，編碼器軸保持器由電絕緣材料模製而成。編碼器軸5隨後插入到編碼器軸保持器中，或者編碼器軸保持器繞著編碼器軸模製而成。通過由電絕緣材料製成編碼器軸保持器6，可以省去單獨的絕緣部件，使得滑環組件的製造更加簡單並且不會發生額外的費用。此外，編碼器軸5可由軸外部尺寸能夠保持從而裝配到編碼器中的材料製成。如圖3所示，在滑環組件1的該實施例中，編碼器軸保持器6是與滑環單元2分開的部件。編碼器軸保持器6被模製而成，並且隨後編碼器軸保持器被緊固到滑環單元2。將編碼器軸保持器6緊固到滑環單元2可以通過諸如膠粘、焊接等的任何合適的結合工藝或者通過諸如螺釘的緊固裝置而實現。在圖3的實施例中，編碼器軸保持器6具有缺口 10，這些缺口 10使得編碼器軸保持器能夠通過注射成型、壓縮成型或者類似模製工藝被製造。在發明的另一個實施例中，編碼器軸保持器6具有更加堅固的設計而沒有缺口， 如圖4所示。
5
在圖4和5的實施例中，編碼器軸保持器6被模製成單獨部件。然而，在圖6所示的另一個實施例中，編碼器軸保持器6與滑環單元2模製在一起。當將編碼器軸保持器和滑環單元模製成一個單元時，隨後的緊固過程可被省去。如圖4和5所示，編碼器軸5被插入編碼器4的中心，該編碼器4計數轉子旋轉次數。編碼器4與控制系統連通，該控制系統根據編碼器中測量的迴轉數目控制轉子內的磁場。在圖4中，編碼器軸保持器6具有與滑環單元2大體相同的外徑。然而，編碼器軸保持器6可具有任何設計，諸如圖5中所示設計，其中保持器的外徑小於滑環單元2的外徑。如圖所示，編碼器軸保持器6具有可以例如通過膠粘劑或螺釘安裝到滑環單元2 上的平表面。然而，在另一個實施例中，編碼器軸保持器6具有與滑環單元2的表面相對應的另一個表面，使得它們之間的連接通過機械連接得以提高。編碼器軸保持器6由諸如塑料、陶瓷、玻璃纖維或者上述材料的組合的電絕緣材料模製而成。材料可以通過纖維而得到加強。纖維可以在模製保持器之前存在於塑料混合物或者合成物中。通過使保持器6由電絕緣材料製成，由於保持器使得編碼器與任何無意電流傳送相絕緣，因此編碼器4將不再可能被無意的電流所毀壞。由此，編碼器軸5可由諸如金屬的任何種類的合適材料製成，從而使得編碼器軸可以在被緊固在保持器中之後被切成其最終尺寸。這樣，編碼器軸5的外部尺寸可以被保持，並且編碼器4不再由於編碼器軸的不精確尺寸而不準確地計數。當模製編碼器軸保持器6時，保持器6可由任何種類材料製成，並且軸5可以通過繞著軸模製保持器而被緊固。此外，編碼器軸保持器6可以與諸如滑環單元以及接地連接 11的其它部件模製在一起。如圖4-6中所示，編碼器軸5被緊固在編碼器軸保持器6中並且僅僅部分地穿過保持器。在另一個實施例中，軸5完全地穿過編碼器軸保持器6。除了其絕緣特性之外，重要的是編碼器軸保持器6能夠支撐編碼器軸5，並且另外能夠經受電流傳送期間滑環單元2中產生的高溫。這樣，編碼器軸保持器6可由諸如硬質塑料(例如聚乙烯、三聚氰胺、尿素、環氧樹脂、聚亞安酯)的塑料製成。當編碼器軸保持器6由硬質塑料製成時，保持器能夠經受滑環組件1內的高溫，同時具有足夠的強度支撐編碼器軸5以及使編碼器4充分地絕緣。發明已經通過用於保持編碼器軸5的保持器6得以解釋，然而，軸可以是需要被保持在狹窄尺寸公差之內的任何種類的軸。滑環單元2的旋轉單元的導電環或導電帶3可以由也具有高熱傳導性以及硬度的各種導電材料諸如黃銅和銅製成。滑環組件1可使用在包括旋轉定子和旋轉轉子的任何種類發電機中，例如雙饋感應發電機、級聯調節發電機、交流發電機或者同步發電機中。滑環組件1還可用在電動機中。包括這種滑環組件1的發電機可被用在任何類型的風力渦輪機中，以及由此還可用在構成風力渦輪機場的多個風力渦輪機中。風力渦輪機指的是能夠將風力轉換為電的任何類型的設備，例如風力發電機、風電機組(WPU)或者風能轉換器(WEC)。 儘管以上已經結合本發明的優選實施例對本發明進行了描述，但是對於本領域技術人員而言明顯的是可以想像多種變型，而不會脫離由隨後權利要求書所限定的本發明。
權利要求
1.一種滑環組件，用於給發電機或電動機中相對於定子旋轉的轉子供電或者從所述轉子供電，所述滑環組件與編碼器連接並且包括-具有至少一個第一滑環的滑環單元；以及-與所述滑環單元連接的編碼器軸保持器，並且編碼器軸位於所述保持器中；其中，所述編碼器軸保持器由電絕緣材料製成。
2.如權利要求1所述的滑環組件，其特徵在於，所述編碼器軸保持器被模製而成。
3.如權利要求2所述的滑環組件，其特徵在於，所述電絕緣材料是塑料、陶瓷、玻璃纖維、或者上述材料的組合。
4.如上述任一權利要求所述的滑環組件，其特徵在於，所述編碼器軸保持器被膠粘到所述滑環單元上。
5.如上述任一權利要求所述的滑環組件，其特徵在於，所述編碼器軸保持器具有突出部分，所述編碼器軸被緊固在所述突出部分中。
6.如上述任一權利要求所述的滑環組件，其特徵在於，所述編碼器軸保持器包括與所述滑環單元具有大致相同周長的部分。
7.如上述任一權利要求所述的滑環組件，其特徵在於，所述編碼器軸保持器和所述滑環單元被模製成一體。
8.一種發電機，包括如前述任一權利要求所述的滑環組件。
9.一種風力渦輪機，包括權利要求1-7中任一所述的滑環組件。
全文摘要
本發明涉及一種用於給轉子供電的滑環組件1，該轉子能夠在發電機或電動機中相對於定子旋轉，滑環組件與編碼器4連接。滑環組件1包括具有至少一個第一滑環3的滑環單元2，以及連接到滑環單元的編碼器軸保持器6，編碼器軸5位於該保持器中。編碼器軸保持器6由電絕緣材料製成，以便在滑環單元2和編碼器4之間提供電絕緣。根據本發明涉及的滑環組件能夠更加精確地控制轉子內的磁場並且使得編碼器不會被從滑環單元無意傳送的電流所毀壞。
文檔編號H02K11/00GK102197573SQ200980142735
公開日2011年9月21日 申請日期2009年9月25日 優先權日2008年10月27日
發明者L·克羅, S·B·勞裡森 申請人:維斯塔斯風力系統集團公司