一种电力滑环的制作方法

1.本发明涉及电力传输设备与设施，具体涉及一种电力滑环。


背景技术：

2.传统风机在电力从发电机传输到底部变流设备时使用“扭缆”完成电机偏航时电力输出，通过输电电缆的扭动应对电机偏航后的电力输送，偏航过程中必须持续监测电缆的扭动，当扭动超过一定角度后必须自动解缆以使电缆复位。电缆在频繁的扭动中，在风机的长期运行中，扭动的次数还是很多的，电缆会受到伤害。为了应对扭缆，电缆的质量必须较高，扭动容易导致电缆疲劳失效。为了应付扭缆，电缆长距离不能固定，且必须用一个马鞍桥的机构，将悬垂的线缆收纳增加扭缆角度，如此增加了线缆长度。但是现有的技术还具有以下缺点：1、扭缆动作控制复杂，在极端情况下容易发生危险事故；2、制造成本高，为保证电缆能够扭动，电缆必须悬垂足够长，悬垂的电缆只能顶端固定，固定点容易出现线缆破损，为此开发出很多固定线缆的奇怪装置，但依然不能阻止线缆外皮破损，存在很大安全运行风险；3、对电缆质量要求高，经常导致电缆发热等问题；4、安装复杂，成本高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是一种电力滑环，能够解决传统风力发电设备扭缆带来的可靠性差；降低发电机到地面的输电成本；简化安装，电缆预先制作，随塔筒发货，预先固定在塔筒上，零现场安装成本。
4.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种电力滑环，该滑环包括固定端子及滑动端子，所述的固定端子内部嵌入滑动端子且两者相互滑动连接，所述的固定端子包括固定端外筒及固定端子接线架，固定端外筒内部设有固定端子接线架，所述的滑动端子包括滑动法兰盘、接线架a、信号滑筒b、端子环b及端子环c，所述的滑动法兰盘与固定端子中的固定端外筒通过螺钉连接，滑动法兰盘上固定有接线架a，接线架a与信号滑筒b连接，接线架a上插有端子环b，端子环b上设有若干触电环，触电环与固定端外筒相接触，所述的接线架a上还插有端子环c。
5.所述的端子环b的直径大于端子环c的直径，端子环b一端连接有18根端子，端子环c一端连接有18根端子，端子环b与端子环c均与连接盘相接触。
6.所述的固定端外筒包括外壳、散热装置及信号滑筒a，所述的外壳内部设有散热装置及信号滑筒a，散热装置与信号滑筒a相接触，散热装置与滑动端子相接触。
7.所述的散热装置包括散热板、连接管、电气耦合筒、水接头及出水管，所述的电气耦合筒外部设有两片散热板，两片散热板上分别连接有水接头及出水管，两片散热板通过连接管连接。
8.所述的信号滑筒a包括绝缘环a、信号环a、绝缘环b、信号环b、绝缘环c、信号环c、绝缘环d、信号环d、绝缘环e及底部轴承，所述的绝缘环a内部设有信号环a，所述的绝缘环b内部设有信号环b，所述的绝缘环c内部设有信号环c，所述的绝缘环d内部设有信号环d，绝缘
环d下设有绝缘环e，绝缘环e底部设有底部轴承。
9.所述的固定端子接线架包括触点端子、空筒及信号滑筒c，所述的触点端子内部设有空筒，空筒上还设有信号滑筒c。
10.所述的触点端子包括接线端子、接线盘、触电环、端子环a、散热片及端盖，所述的接线盘上设有接线端子，接线端子与端子环a连接，端子环a上设有若干个触电环，端子环a内部设有散热片，端子环a与端盖连接。
11.所述的触点环包括触点及圆环，圆环上设有若干个触点且每个触点均匀分布在圆环上。
12.所述的触点由三个连续的圆弧组成，左右两个圆弧维持接触力量，中间的圆弧为与滑筒面进行接触，触点的宽度为3mm。
13.本发明的有益效果是：本发明采用面接触触点，这种触点在大功率继电器和接触器上有使用，采用环形自适应触点紧密接触技术，保障触点始终与滑筒保持良好接触，多环并联可实现需要的任意大电流通流能力，多接线柱输入输出并联可用较细电缆实现大电流流通，能够使输电电缆成本大幅降低，去掉扭缆机构电缆长度降低20％；本发明还采用一个大电流电力滑环改变传统风力发电机不能自由偏航的问题，传统发电机受电力输电线缆的影响偏航1080度后必须进行解缆操作才能继续偏航，这除了对电缆质量要求高和留出较长的扭缆电缆，导致电缆成本高，最主要的是存在很大的安全隐患，电力滑环将降低安装成本和安装费用并带来了可靠性的大幅提升。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图；
15.图2为本发明的爆炸图；
16.图3为本发明固定端子结构示意图；
17.图4为本发明固定端外筒结构示意图；
18.图5为本发明固定端子接线架结构示意图；
19.图6为本发明端子触点结构示意图；
20.图7为发明滑动端子结构示意图；
21.图8为发明散热装置结构示意图；
22.图9为发明信号滑筒a结构示意图；
23.图10为发明触电环结构示意图。
具体实施方式
24.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
25.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示
的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.参照各图，本发明的一种电力滑环，该滑环包括固定端子1及滑动端子2，所述的固定端子1内部嵌入滑动端子2且两者相互连接，滑动和固定是相对的，当固定滑动端子时，固定端子可径向滑动，当固定固定端子时，滑动端子在径向滑动，此装置用来完成大电流的径向滑动(轴向转动)连接，实现大功率转动部件的电能输入与输出(滑环的上端)，同时也提供用于部件互联的控制信号滑动连接(滑环下部)，该滑环能够实现：1、固定端子18个接线柱与滑动端子18个接线柱低电阻大电流电气互通，实现大电流(>2000a)滑动互联；2、两路四线信号互通，为设备控制提供可靠的通信链路。
31.所述的固定端子1包括固定端外筒101及固定端子接线架102，固定端外筒101内部设有固定端子接线架102，为了便于散去电气滑动触点的发热，固定端子在外环电气滑筒上及内环电气滑齿筒上安装了水冷散热板，防止触点严重发热导致可靠性下降。固定端子还提供向内环和外环滑动连接点注入导电液的接口和相应密封装置。其外环滑筒和内环滑齿筒分为上下两个部分，上部为电力滑动连接部分，它的高度依据流过的电流设计，外环部分连接直流的负极或交流的n极，内环滑齿环连接直流正极或交流l极，这样的设计是因为负极或n极最终会连接到供电系统的保护地上，外环可以屏蔽内环的干扰，接线架上的18个负极接线端子(p
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)与外环滑筒内部直接物理连接，接线架上的18个正极接线端子与内环滑齿筒直接物理连线，无需通过接线连接，简化了产品组装，同时提高了可靠性。下部的外部滑筒和内部的滑齿筒，提供控制信号的滑动连接，固定端子接固定的控制信号，控制信号从接线架的db插座接入，外环滑筒接一组控制信号，内环滑齿筒提供一组相同的控制信号(从接线架db头接入)，做为外环的备份，备份设计可提高控制链路的可靠性。控制信号可提供多个io口，本发明实施例提供了4个io口，这些io口和电力端子彼此是电力绝缘的，db头到滑动连接点采用导线，每个io口的滑动连接采用了径向多触点面接触，接触可靠性高，接触电阻小。电力滑环包含两个同心滑动环，这与普通滑环只有一个滑动环不一样，两个滑动环主要是为了解决大电流滑动连接需要的通流能力问题，使用外环连接电力的一极，通常是和
地等电位的一极，如直流的负极或者交流的n极，内环则连接正极或l。这样使用可减少emi(电磁辐射干扰)。在三相滑动连接时，可在内部再嵌入两个环实现；电力滑环包含上下段两个部分，上段部分实现两极电力滑动连接，对三相电力连接可使用本专利技术增加两个内环；下端通过内外环各实现4路信号互联，两路互相备份，提高信号互联可靠性。固定端外筒与外环上轴承外环、下轴承外环采用过盈配合，配合完毕后分别用螺钉将固定端外筒紧固在上下轴承的外环上，用来实现对外滑筒的ip68密封，实现防尘和防水设计；
32.所述的滑动端子2包括滑动法兰盘501、接线架a502、信号滑筒b503、端子环b504及端子环c506，所述的滑动法兰盘501与固定端子1中的固定端外筒101通过螺钉连接，滑动法兰盘501上固定有接线架a502，接线架a502与信号滑筒b503连接，接线架a502上插有端子环b504，端子环b504上设有若干触电环403，触电环403与固定端外筒101相接触，所述的接线架a502上还插有端子环c506。为滑环的滑动端子。外侧18个接线柱为电源的一极，它们在滑环内部并联在一起，内侧为电源的另一极，同样使用18个端子连接，外侧和内侧的接线端子分别通过外部电气滑环和内部电气滑环实现转动连接，内侧和外侧的电气安全绝缘电压为3000vdc，滑环的通流能力依据其内部触点数量，本例使用每环12个触点，120个触点环并联，通流能力为4320a。输入输出采用18个端子并联，如果采用awg1线，其输入输出电流达162x18＝2916a，其通流能力能满足目前大部分风力发电设备的输电要求；固定端接线架采用高强度绝缘材料，提供与接线柱的电气绝缘，接线架提供18个p
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和18个p 接线位置及2个db9连接器安装位置，接线柱除了电气连接，同时用来固定固定端内外环，db9连接器使用ip68连接器，底部加密封垫圈实现ip68密封。固定端接线架与接线端子和固定端外筒、内筒采用过盈配合实现固定端接线架的过盈配合。为防止对接线端子紧固力过大导致接线架变形，接线柱内部设计了绝缘套，绝缘套支撑住接线架；内外环上下共四个轴承经过特殊设计，它们用来固定固定端的零部件和滑动端零部件，并保障内外滑环同心转动；外滑筒上部电力滑筒上延升了接线柱，电力和信号滑筒壁镀金降低接触电阻；内滑齿筒外侧采用多齿环并联，每个齿环沿周向生成多个三波峰齿，中间峰高于两侧峰，中间峰作为与滑动端滚动接触触点，两侧峰对触点形成缓冲，触点处镀金；；
33.为保障滑动连接的可靠性，本发明采用了径向多触点并联的滑齿环，即使出现滑动偏心，总有部分触点保持接触，为提高触点过电流能力，采用了多滑齿环并联，信号端子采用三环并联，而电力传动端子则依据通流能力要求，可采用数百个滑齿环并联，另外采用了面接触触点，信及滑齿环这种触点在大功率继电器和接触器上有使用，采用环形自适应触点紧密接触技术，保障触点始终与滑筒保持良好接触，尤其是随着使用寿命增长，触点接触面逐渐增大，接触电阻进一步变小。为提供电力触点的可靠性，在电力触点的滑动区域，外环的固定端子外滑筒和滑动端子外部滑齿筒之间的外环滑动接触区域和相应的内环电力滑动接触区域进行了密封(使用氟化橡胶圈)，并在该区域注入导电液(在滑环组装完成后，通过固定端子上的导电液孔注入后用胶塞密封)，电力部分的滑动连接通过导电液密封，降低了滑动触点的摩擦力，隔绝了空气与触点的接触。
34.不仅如此，还集成了信号滑环，内外层各提供4个信号通路，由于采用了多触点环，保证了信号的可靠接触，且在滑动中不会出现信号瞬断，是真正的高可靠性信号滑环。固定端子提供冷却液出入接口，外部可从入口流入，出口流出，采用成熟的水管连接技术，保证长期使用不会出现冷却液泄露。
35.固定端嵌入了滑动滚动的内环和外环轴承，上下两端各两个，保障了固定端和滑动端之间的滑动滚动无论是上端和下端或内环与外环都能同心转动，这为可靠实现滑动连接提供了基本保障。
36.电力滑环为风力发电机和其他需要滑动传递动力的设备提供了一个可靠的连接方案，在风力发电设备中，使用它，可以减少从发电机顶部机舱到底部机舱输电电缆长度20％，同时去掉了发电机的解缆机构，一个电力滑环将带来数10万成本的下降。
37.中间滑刷与滑筒提供外环和内环的滑动链接，滑刷与外环滑筒接触，滑筒与内环滑刷接触，内部滑刷完成动力电正极的输出和第二组信号端子的连接，类同与外环滑鼓，需要设置散热回路，散热设计的方法与外鼓相同。滑刷布置好接线后连接到外部滑鼓接线端子上。内部滑刷制作完成后从上部插入到内环轴承内套上并在顶端固定到外壳固定端上。
38.所述的端子环b504的直径大于端子环c506的直径，端子环b504一端连接有18根端子，端子环c506一端连接有18根端子，端子环b504与端子环c506均与连接盘507相接触。
39.所述的固定端外筒101包括外壳301、散热装置302及信号滑筒a303，所述的外壳301内部设有散热装置302及信号滑筒a303，散热装置302与信号滑筒a303相接触，散热装置302与滑动端子2相接触。
40.所述的散热装置302包括散热板601、连接管602、电气耦合筒603、水接头604及出水管605，所述的电气耦合筒603外部设有两片散热板601，两片散热板601上分别连接有水接头604及出水管605，两片散热板601通过连接管602连接。外环电气滑筒的主体为电气耦合筒603，筒内进行表面光洁度处理，上面电镀抗氧化、耐磨、低电阻镀层，两端加装导电液密封圈，密封圈采用耐磨佛橡胶制成，在外部滑筒和中环滑刷之间形成密封腔体，内部灌入导电液，让滑筒电气接触表面处于密闭状态，保持高可靠的导电性；导电液在滑筒安装完成后，经过压力试验后，真空注入导电液，确保内部处于良好的导电环境。接线柱直接将滑筒电流导入到接线柱，减少了滑筒发热。滑筒外部经导热垫与散热板相连，导热垫安装前先在滑筒表面涂覆导热胶，导热垫粘结到滑筒外环后再在表面刷上导热胶并装上散热板；散热板由左右两个板构成，由散热性能较好的铝材制作，内部车铣或压铸出8个散热水通道，从一侧流入散热水，一侧流出，水管顶端通过端盖压紧，形成水回路，两板之间通过连接管连接，上下两端的绝缘环提供一个压紧斜面，通过两端的螺钉紧固使散热板压紧散热垫，保持良好的导热性能；轴承外侧螺钉孔用来紧固滑环外壳，轴承外环的通孔用来穿越接线柱，导电液注入，水循环及信号电缆。沉头螺钉孔用来打螺钉到上部绝缘环上；18个ф10孔用来固定18个p
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接线柱，方孔孔用于固定db9。10个ф3.5的孔用于将接线盘固定到轴承外套上，10个孔需要沉孔，固定螺钉不能外露。电力滑筒外侧加入了水冷散热板并使用导热绝缘垫实现水冷板与电力滑筒的绝缘；电力滑筒内侧加入了水冷散热板并使用导热绝缘垫实现了水冷板与电力滑齿筒的绝缘；内外环电力滑动部分上下进行了滚动密封处理，可注入导电液提高滑动触点可靠性，导电液有注入孔和密封头；滑动端法兰板通过密封橡胶圈与下轴承内外环实现ip68密封；
41.所述的信号滑筒a303包括绝缘环a701、信号环a702、绝缘环b703、信号环b704、绝缘环c705、信号环c706、绝缘环d707、信号环d708、绝缘环e709及底部轴承710，所述的绝缘环a701内部设有信号环a702，所述的绝缘环b703内部设有信号环b704，所述的绝缘环c705内部设有信号环c706，所述的绝缘环d707内部设有信号环d708，绝缘环d708设有绝缘环
e709，绝缘环e709底部设有底部轴承710。外部信号滑筒提供固定环一组通信信号的连接，为了减少度信号的干扰，滑环提供了上下两端的隔离信号，此隔离信号表示为g1和g2，接线时与db屏蔽线连接；上部外轴承外半径为195，轴承内环半径134mm，轴承外套固定在外壳上，外套需要留出走线空间，下图中的20个直径28的圆孔，轴承外环厚度为30，内半径为147，滚轴直径5，轴承开槽深度1，轴承内套比外套稍薄，厚度为28，外套固定后，内轴不受障碍移动。上部外轴套是滑环的支撑中心之一，其滚动精度需控制在0.1mm内。滑动端接线架提供：1、18个p
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接线端子和18个p 接线端子分别连接到滑动端电力外滑齿筒和滑动端电力内滑筒；2、两个db9接线端子，分别连接到滑动端下端的信号滑环4路外滑齿环和4路内滑环。该接线架提供滑动端外滑齿筒和内滑筒的机械固定和电气绝缘
42.所述的固定端子接线架102包括触点端子201、空筒202及信号滑筒c203，所述的触点端子201内部设有空筒202，空筒202上还设有信号滑筒c203。外壳由内外金属圆筒和上下两个端盖组成，圆筒用来固定整个滑环，保障受外部拉力的情况下保持内外滑动机构保持同心旋转，确保滑动触点紧密接触，上下端盖用于连接电力线和信号线，固定端提供水冷循环接头，从上端盖引出，內圆筒右侧连接电力滑环内侧滑刷和散热盘，左侧连接信号滑刷，起到内侧固定部分的加固作用，两端分别连接到对应轴承的内环上，滑环外壳用来固定滑环外部滑筒，上部固定电器滑环，下部固定信号滑环，提供一个固定法兰，用于将滑环固定到相关部件上。滑筒通过螺钉紧固到上下轴承固定环，保障轴承外环在外力作用下不会偏心。滑动端外齿筒上端和内滑筒上端通过绝缘材料制成的滑筒上端端头固定实现互相电气隔离并过盈配合插入到上端内环轴承内环，保障滑动端上端同心滑动；滑动端外齿筒分为上端电力滑齿环和下端信号滑齿环，上端的电力滑齿环采用多环并联提高通流能力，下端的信号滑齿环采用多环并联提高信号连接的抗瞬断能力。滑齿环采用权利10要求的特征；上端电力滑环和下端信号滑环是互相电气绝缘的，通过之间加入电气绝缘片实现，下端的信号环可依据需要提供多路信号连接，本专利实施例外环和内环各提供了4路电气连接；
43.所述的触点端子201包括接线端子401、接线盘402、触电环403、端子环a404、散热片405及端盖，所述的接线盘402上设有接线端子401，接线端子401与端子环a404连接，端子环a404上设有若干个触电环403，端子环a404内部设有散热片405，端子环a404与端盖406连接。
44.所述的触点环403包括触点801及圆环802，圆环802上设有若干个触点801且每个触点801均匀分布在圆环802上。
45.所述的触点801由三个连续的圆弧组成，左右两个圆弧维持接触力量，中间的圆弧为与滑筒面进行接触，触点的宽度为3mm。滑动触点形状和结构是影响电气接触特性的关键所在，在滑筒触点的设计上，本设计采用了面型接触，面型接触通流能力强，左右两个弧形维持接触力量，中间的凸面与滑筒的凹面接触，经过一段时间的摩擦，凸点形成接触弧面，形成面接触。这些触点的宽度选择3mm，确保有较大的接触面积。触点会均匀在圆形滑筒的外围形成一个触点环，触点环一点固定在圆筒上，即使轴心发生微小的移动，触点会自适应的保持对滑筒的密切接触，为了提供较强的通流能力，可将环形触点进一步沿滑筒轴向铺开，以一个触点通流能力为3a计，上面的圆环为12个触点，沿轴心铺开120个圆环，通流能力可达120x12x3＝4320a，增加触点可靠性的措施包括了电气部分密封腔体灌注导电液，散热水降低滑环温度。触点的加工可以采用单环焊接在柱面上，这会导致装配成本较高，但对轴
心偏移适应性较强，另外也可整片冲压成型后焊接，在轴心偏移不大时可以使用。
46.内外两个滑环实现固定端和滑动端的电气滑动连接，滑动电气接触采用外侧圆环，内侧滑齿环，滑齿环是一个在圆环上拉伸多个三波峰弹性触点后固定在圆筒外侧上的部件，三波峰弹性触点，中间峰实现电气接触，两侧波峰提供弹性缓冲，一个环上有多个触点，实施例采用了12个触点，多触点即使发生偏心转动，也能保证有触点与外侧圆环接触。内侧滑齿与外侧滑环内侧是滑齿与滑环的内切接触，在运行中，内侧齿和外侧内圆摩擦，最初的点接触成为面接触，接触电阻变小，接触性能提升。这与传统的滑环相比，接触性能大为优化，传统滑环，内环为滑鼓，外环为直线滑丝，触点是滑丝与圆的外切接触，始终是点的接触，磨合后只能实现线接触，一旦出现偏心运动，会出现连接瞬断。
47.水冷板之间通过水管连接，并提供与外部循环水连接的进出接口。
48.滑齿环采用钣金工艺成型，并通过焊接工艺焊接到圆环或圆柱的外侧。
49.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。