集电环装置及具有该装置的电机的制作方法

1.本技术涉及大型的水轮发电机或发电电动机技术领域，特别涉及一种电机的集电环装置。


背景技术：

2.集电环是水轮发电机和发电电动机的重要部件之一。集电环与固定的碳刷触接，以完成励磁电流在固定件与旋转的转子绕组之间的传输。现有技术的集电环装置一般包括上下两集电环，常用螺栓把合结构连接。具体的，两集电环通过螺杆拉紧并固定在集电环支架上。为保证安全运行，两集电环必须安装固定可靠，并且，各部件间还应设有绝缘体，以防止短路。
3.然而在电机工作过程中，现有技术的集电环装置存在三大损耗：（1）集电环与电刷间通过的电流和接触电压降作用，产生电气损耗；（2）集电环材料固有的电阻特性作用，产生电阻损耗；励磁电流由电气方案的性能决定，在确定的方案下，集电环上产生的电气损耗及电阻损耗基本确定；（3）集电环旋转过程中与电刷之间的接触，产生机械摩擦损耗，机械摩擦损耗为主要的损耗形式，一般其占集电环总损耗的50%以上。以上这三大损耗的叠加，会使集电环甚至是电机发热。集电环过热进一步会造成碳刷磨损过快、集电环表面过度磨损变色、机组运行时集电环表面打火花等故障。
4.为避免此类故障，现有技术对通风散热结构或碳刷结构等进行了合理化的设计。例如，中国专利申请公告号：cn210183153u，名称：一种用于水轮发电机的新型刷架结构，其公开的刷架内设有若干呈等间距环形分布的刷柱，两刷柱间设有若干碳刷连通组件，刷架内设有若干层集电环，集电环下方设有若干与集电环相螺栓连接固定的碳刷，碳刷与碳刷连通组件相触接式连通连接。碳刷连通组件包括螺杆，螺杆上设有若干与碳刷相触接式连通连接的集电环，螺杆上、下端均设有与螺杆相螺纹式套接的螺母。该专利虽然通过增加碳刷在集电环上摩擦路径的面积，减小了集电环摩擦面的单位面积的热量，但其应用于高转速大容量的电机时，效果有限。
5.此外，现有技术的螺栓把合式集电环装置，其集电环同时承受高转速离心力和周向布置的碳刷的径向向心压紧力的作用，间隙配合的螺杆拉紧结构容易出现集电环偏心移动的现象，进而引发集电环摆度增加、碳刷磨损加剧的不良状态。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的机械摩擦损耗过大的技术问题，本技术的集电环装置，通过优化集电环装置的结构来降低集电环的机械摩擦损耗。
7.一方面，本技术提出了一种集电环装置，包括集电环、圆筒状的集电环支架、绝缘体、连接件，所述集电环支架同轴设于电机转轴的一端，所述绝缘体绕包于集电环支架的外周面；所述集电环内壁沿其轴心方向设凹槽，所述连接件一端伸入凹槽与集电环连接，另一端与电机线圈连接以形成电流通路；所述集电环箍紧固定于集电环支架外周，使两者过盈
配合。
8.进一步，所述集电环包括相互独立的第一集电环和第二集电环；所述连接件包括第一连接铜排和第二连接铜排，第一连接铜排的一端与第一集电环连接，第二连接铜排的一端与第二集电环连接；所述集电环支架包括圆筒和圆盘，所述圆盘固接于圆筒的内壁，通过热套的方式将集电环箍紧固定于圆筒的外周。
9.进一步，所述第一集电环与第一连接铜排、第二集电环与第二连接铜排通过银铜焊接为一体。
10.进一步，所述第一连接铜排和第二连接铜排于圆筒轴心两侧对称设置；所述第一连接铜排和第二连接铜排的另一端分别与励磁铜排连接，所述圆盘上对应开设两个励磁铜排孔，励磁铜排贯穿励磁铜排孔与电机线圈连接；所述连接件因引出方向的不同，第一集电环和第二集电环设置的凹槽数量存在差异，当连接件向第一集电环方向引出时，则所述第一集电环的内壁间隔设两个凹槽，第二集电环设一个凹槽；当连接件向第二集电环方向引出时，则所述第二集电环的内壁间隔设两个凹槽，第一集电环设一个凹槽。
11.进一步，当所述第一集电环的内壁间隔设两个凹槽时，凹槽等分第一集电环圆周；当所述第二集电环的内壁间隔设两个凹槽时，凹槽等分第二集电环圆周。
12.进一步，所述绝缘体由环氧玻璃坯布或无碱玻璃丝带配环氧胶绕包固化而成。
13.进一步，所述集电环支架通过螺栓固定于电机转轴的一端，所述集电环支架的圆盘还开设至少一个定位止口，相应的电机转轴设销孔，通过定位销及定位止口实现集电环支架与电机转轴的定位。
14.进一步，所述集电环为整环结构，采用钢板整环下料或环锻件制作而成；集电环环壁沿其轴心方向布设贯通的通风孔；集电环的外周面设有螺旋槽。
15.第二方面，本技术提出了一种具有集电环装置的立轴水轮发电机，包括水轮发电机转轴和如上所述的集电环装置。
16.第三方面，本技术提出了一种具有集电环装置的发电电动机，包括发电电动机转轴和如上所的集电环装置。
17.上述技术方案具有如下优点或有益效果：本技术的集电环装置，集电环通过热套方式箍紧固定于集电环支架上，结构紧凑，可以最大可能的降低外径以减少摩擦损耗。同时，集电环结构简单，径向绝缘部位少，基本没有粉尘或异物堆积的部位，提高了转子运行的可靠性。另外，集电环与集电环支架之间为热套过盈配合，径向刚度好，在离心力作用下，足够的过盈紧量能确保集电环与集电环支架之间保持同步旋转，不会产生集电环相对偏移的现象，保持集电环与碳刷之间的良好配合关系，可避免发生集电环摆度增加、碳刷磨损加剧的情况。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1是根据本技术一个实施例的集电环装置的结构示意图。
20.图2是图1集电环装置的结构示意图的a-a剖视图。
21.图3是根据本技术一个实施例的集电环装置的单个集电环的结构示意图。
22.图4是根据本技术一个实施例的集电环装置的集电环支架的结构示意图。
23.图5根据本技术一个实施例的集电环装置的结构剖视图。
24.图6是根据本技术一个实施例的集电环装置的单个集电环的剖切的局部结构示意图。
25.其中，1、集电环；11、第一集电环；12、第二集电环；101、通风孔；2、集电环支架；21、圆筒；22、圆盘；221、螺孔；222、定位止口；223、励磁铜排孔；3、绝缘体；4、连接件；41、第一连接铜排；42、第二连接铜排；5、电机转轴；6、凹槽；7、励磁铜排；8、螺栓；9、定位销。
具体实施方式
26.下面结合本技术的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.描述所用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
28.描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、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。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实施例中的具体含义。
30.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”或“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”可是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.如图1、2和3所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述集电环装置包括集电环1、集电环支架2、绝缘体3、连接件4。所述集电环支架2呈圆筒状，与电机转轴5同轴心设置，并固定于电机转轴5的一端。所述绝缘体3绕包于集电环支架2的外周面。沿所述集电环1的轴心方向，集电环1内壁设凹槽6。所述连接件4一端伸入集电环1的凹槽6，与集电环1连接，另一端与电机线圈连接。所述集电环1箍紧固定于集电环支架2外周，集电环1与集电环支架2间形成过盈配合。优选的，通过热套的方式将所述集电环1箍紧固定于所述集电环支架2的外周。
33.优选的，所述绝缘体3由环氧玻璃坯布或无碱玻璃丝带配环氧胶绕包固化而成。为确保电流可靠传导，所述集电环1为整环结构，采用钢板整环下料或环锻件制作而成。
34.如图4所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述圆筒状的集电环支架2包括圆筒21和圆盘22，所述圆盘22固接于圆筒21的内壁。通过热套的方式，将所述集电环1箍紧固定于所述圆筒21的外周，进而集电环1与圆筒21间形成过盈配合。
35.如图5所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述集电环1包括相互独立的第一集电环11和第二集电环12，所述第一集电环11和第二集电环12均箍紧固定于所述圆筒21的外周。绝缘体3设于第一集电环11和第二集电环12与圆筒21之间。相应的，所述连接件4包括第一连接铜排41和第二连接铜排42，第一连接铜排41一端与第一集电环11连接，第二连接铜排42一端与第二集电环12连接，以将各集电环1上的电流引出。
36.优选的，第一连接铜排41和第二连接铜排42于圆筒21轴心两侧对称设置。
37.因连接件4引出方向的不同，导致第一集电环11和第二集电环12设置的凹槽6数量存在差异。例如，如图5所示，当连接件4由第二集电环12向第一集电环11方向引出时，则所述第一集电环11的内壁间隔设两个凹槽6，第二集电环12设一个凹槽6。优选的，两个凹槽6等分第一集电环11圆周。再例如，当连接件4由第一集电环11向第二集电环12方向引出时（未图示），则所述第二集电环12的内壁间隔设两个凹槽6，第一集电环11设一个凹槽6。优选的，两个凹槽6等分第二集电环12圆周。
38.优选的，第一集电环11与第一连接铜排41、第二集电环12与第二连接铜排42通过银铜焊接为一体。焊接为一体的第一集电环11与第一连接铜排41、第二集电环12与第二连接铜排42热套箍紧固定于所述圆筒21的外周。
39.优选的，除连接件4与集电环1连接形成电流通路处之外，所述连接件4沿集电环支架2外周面的区域均需包绕绝缘体3，以保证连接件4与集电环支架2、集电环1间绝缘。
40.如图2和4所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述集电环支架2螺接固定于电机转轴5的一端。具体的，所述集电环支架2的圆盘22开设至少一个螺孔221，通过螺栓8将集电环支架2固定于电机转轴5的一端。
41.如图2和4所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述集电环支架2的圆盘22开设定位止口222，并且与电机转轴5之间设销孔，通过定位销9及定位止口222实现集电环支架2与电机转轴5的快速定位。所述集电环支架2与电机转轴5定位后，螺栓8将集电环支架2固定于电机转轴5的一端，进而完成现场的快速安装。
42.如图5所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述第一连接铜排41和第二连接铜排42的另一端分别通过励磁铜排7与电机线圈连接。对应的，如图4所示，所述集电环支架2的圆盘22对应开设有励磁铜排孔223，励磁铜排7贯穿励磁铜排孔223，一端
与连接件4连接，另一端与电机线圈连接。
43.如图3和6所示，本技术的一个具体实施例提出了一种集电环装置，所述集电环1环壁沿其轴心方向布设贯通的通风孔101，所述通风孔101的数量根据散热需求而定。通过设置有一定数量的通风孔101，以增强通风冷却效果，增强散热风扇功能。所述集电环1的外周面设有螺旋槽102，所述螺旋槽102的螺距根据散热需求而定。
44.本技术的一个具体实施例提出了一种立轴水轮发电机，包括发电机转轴和上述的集电环装置。本技术的电机结构紧凑简单、整体性强，特别是所述集电环装置，现场安装时，无需特殊的调整作业，根据销孔和定位止口与转轴定位连接并用螺栓把合固定即可实现快速安装，所以本装置的安装适应性非常好。
45.本技术的一个具体实施例提出了一种发电电动机，包括发电电动机转轴和上述的集电环装置。本技术的集电环结构紧凑简单、整体性强，特别是所述集电环装置，现场安装时，无需特殊的调整作业，根据销孔和定位止口与转轴定位连接并用螺栓把合固定即可实现快速安装，所以本装置的安装适应性非常好。
46.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制。在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术范围内。