一种触点式碳刷长度监测装置及包括其的碳刷和风电机组的制作方法

本实用新型涉及风电机组领域，特别是涉及用于带集电环碳刷或接地碳刷的触点式碳刷长度监测装置及包括其的碳刷和风电机组。

背景技术：

目前发电机碳刷长度监控，主要采用的方式为：在刷握上安装限位开关，并在碳刷尾部装设挂钩，当碳刷磨损到一定的程度时，碳刷尾部的挂钩触发限位开关，通过限位开关的信号向主控系统报警，告知碳刷磨损情况。目前风电行业常用的方法是在刷握上增加限位开关，利用碳刷尾部挂钩触碰限位开关的方式实现碳刷磨损到极限时的报警功能，但其报警功能单一，无法监测碳刷未报警前的长度情况，仅仅在碳刷磨损到需要更换时才发出报警，而对碳刷磨损过程中实际剩余长度无法实时监控。

对于要求实时监控碳刷磨损的情况，现在常用的方式是采用霍尔传感器与磁钢配合的位置感应装置，实现对碳刷位置的实时监测功能；但该装置结构复杂，磁钢和霍尔元件均为磁场感应式器件，在风力发电机碳刷，尤其是集电环碳刷上使用，容易受到转子电流磁场干扰，在风电行业适用性差。

此外，风电机组运行环境恶劣，发电机在运行过程中受到多种不确定因素及环境条件综合作用，各个碳刷的磨损情况不尽相同，即使是集电环同一相上的各个碳刷，也会在实际运行中出现磨损长度不一致的情况。有些恶劣工况下，由于机组长期停机，环境湿度较大时，碳刷磨损产生的碳粉附着在碳刷与刷握间隙，容易发生结块，导致碳刷卡死。

由于传统的感应式位置探测装置体积大，在狭窄的集电环室内无法安装，而且对使用环境要求较高，碳刷磨损产生的碳粉极易导致传感器故障。

这一缺陷，造成发电机运行过程中出现的碳刷磨损异常，无法及时反馈给主控系统；当碳刷异常波及到其他发电机部件以致触发报警时，故障范围往往已经扩大，造成了其他部件的损伤。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、能够实现对碳刷长度分段监控的触点式碳刷长度监测装置及包括其的碳刷和风电机组。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一方面，本实用新型提供一种触点式碳刷长度监测装置，包括采用绝缘材质的安装板和移动座，所述安装板用于固定在碳刷的刷握上，所述安装板的一侧安装有线性排列的若干相互独立的若干静触头，所述静触头均采用导电材质，每个静触头分别与逻辑电路连接；

所述移动座上一侧安装有导电块，所述导电块上设置有动触头，能够与相邻的两个静触头接触连接；所述移动座的另一侧用于与碳刷尾部挂钩固定连接随碳刷同步移动，使移动座的导电块能够依次导通相邻的两个静触头，根据动、静触头的导通信号判断所述碳刷的磨损程度。

进一步地，所述若干静触头等距离依次排列，所述导电块上的动触头为两个，所述两个动触头的触点间的距离与相邻两个静触头的触点间的距离相当，所述动触头采用导电材质。

进一步地，所述静触头和动触头均为半球形，所述静触头和动触头均通过半球形的球面触点接触连接。

进一步地，所述逻辑电路用于与风电机组的主控系统连接，所述逻辑电路根据静触头的导通位置判断所述碳刷的磨损程度并给所述主控系统发出信号。

进一步地，每个静触头分别通过信号线与所述逻辑电路连接，所述安装板上设置有用于所述信号线穿过的穿线孔。

进一步地，所述移动座上设置有用于固定连接所述碳刷尾部挂钩的固定夹。

进一步地，所述安装板和移动座的外部还设置有外壳，所述外壳面向碳刷的一侧设置有用于碳刷尾部挂钩移动的沟槽，所述安装板固定安装在所述外壳的空腔内，所述碳刷尾部挂钩伸入所述外壳的沟槽内与空腔内的所述移动座固定连接，所述移动座随所述碳刷尾部挂钩在所述外壳的空腔内相对所述安装板移动，所述外壳用于固定安装在所述刷握上，所述外壳上设置有出线孔，所述外壳采用绝缘材质。

进一步地，所有导电材质均为铜。

另一方面，提供一种碳刷，包括所述的触点式碳刷长度监测装置，所述安装板与碳刷的刷握固定连接，所述移动座与所述碳刷的碳刷尾部挂钩固定连接，随所述碳刷同步移动。

再一方面，本实用新型提供一种风电机组，包括主控系统、碳刷和用于装入碳刷的刷握，还包括所述的触点式碳刷长度监测装置，所述安装板与所述刷握固定连接，所述移动座与所述碳刷的碳刷尾部挂钩固定连接，随所述碳刷同步移动，所述主控系统与逻辑电路连接，根据动、静触头的导通信号对碳刷长度进行阶段性监控。

进一步地，包括若干碳刷，每个碳刷设置有独立的所述触点式碳刷长度监测装置，所述主控系统根据每个碳刷的监控长度判断风电机组的运行状态。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型针对现有的风电行业碳刷报警装置缺陷，用新式的多触点碳刷位置传感装置替代现有的单点式限位开关，配以简单的逻辑比较电路，通过导电块移动使动触头与不同位置的静触头发生接触连接导通相关电路，就可以实现对碳刷长度的分段监控。

(2)本实用新型优选采用动、静触点结合的方式，可准确、快速的判断碳刷的阶段性长度。

(3)本实用新型还可针对风力发电机碳刷状态监控的需求，通过设计独立的碳刷位置传感装置，实现对碳刷长度的阶段性监控。通过碳刷长度监测装置，主控系统可得知每个碳刷的剩余长度。当某个或某几个碳刷剩余长度与其余碳刷不同时，即预示着发电机运行过程中，碳刷或集电环等部件可能存在故障，便于维护人员根据碳刷状态，提前对潜在故障进行排查，防止故障范围扩大到其他关键部件，引起机组停机。

(4)本实用新型不仅结构简单，易于操作，可靠性高。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的触点式碳刷长度监测装置安装到刷握上的结构示意图；

图2是本实用新型的触点式碳刷长度监测装置安装到刷握上的连接结构示意图；

图3是本实用新型的触点式碳刷长度监测装置安装到刷握上侧面结构示意图；

图4是图3的A-A剖面图；

图5是图3的B处放大图。

具体实施方式

本实用新型提供一种触点式碳刷长度监测装置的实施例，如图1至图5所示，包括采用绝缘材质的安装板42和移动座45，安装板42用于固定在碳刷3的刷握1上，安装板42的一侧安装有线性排列的若干相互独立的静触头43，静触头43均采用导电材质，每个静触头43分别与逻辑电路8连接；移动座45上一侧安装有导电块，导电块上设置有动触头44能够与相邻的两个静触头43接触连接；移动座45的另一侧用于与碳刷尾部挂钩2固定连接随碳刷3同步移动，使移动座45的导电块能够依次导通相邻的两个静触头43，根据动触头44、静触头43的导通信号判断碳刷3的磨损程度。

本实用新型在使用时，将碳刷固定在刷握上，刷握与安装板固定连接，移动座与碳刷尾部挂钩固定连接，逻辑电路分别与静触头连接，静触头按从上到下依次编号为A1、A2、A3……An，安装完成后，初始状态下，导电块上的动触头的触点与静触头A1、A2接触连接，使A1、A2导通，逻辑电路可判断出碳刷处于原始长度，静触头的A1-A2导通，随着碳刷磨损，带动导电块的动触头向下运动，依次导通A1-A2、A2-A3、A3-A4……An-1-An，逻辑电路对应碳刷长度剩余量，可以通过信号灯指示信号，也可以通过控制器判断发出相应信号，依此判断碳刷的磨损程度，当检测到逻辑电路An-1-An导通时，则发出警报信号，或者向主控系统发出报警信号，通知碳刷磨损达到需要更换的程度。本实用新型的触点式碳刷长度监测装置通过多触点进行碳刷长度的阶段性监控，可以方便连接碳刷长度剩余量，方便及时反馈。

作为一种改进，若干静触头43可以等距离依次排列，导电块上的动触头44可以为两个，两个动触头44的两触点间距离与相邻两个静触头43的距离相当，动触头44采用导电材质。使用两个动触头的触点与静触头进行接触连接，可以更准确的监测导通位置，确认碳刷的长度剩余量。动触头与导电块优选为一体结构。

上述的静触头、动触头、导电块等需要使用导电材质的可采用金属导电材质，优选使用铜。

进一步地，静触头43和动触头44可以均为半球形，静触头43和动触头44均通过半球形的球面触点接触连接。半球形的球面接触为点接触，接触导通的时机为点接触，导通判断更加准确。

为了更智能的判断静触头的导通状态，逻辑电路8用于与风电机组的主控系统连接，根据静触头43的导通位置可以判断碳刷的磨损程度并给主控系统发出信号。控制器可以根据静触头的导通状态，及时记录、判断、反馈给风电机组的主控系统，方便主控系统做出更多准确判断。

进一步地，每个静触头43可以分别通过信号线与逻辑电路8连接，安装板42上可以设置有用于信号线穿过的穿线孔。

为了方便连接碳刷尾部挂钩，移动座45上设置有用于固定连接碳刷尾部挂钩2的固定夹。

为了起到保护、固定、支撑的作用，安装板42和移动座45的外部还设置有外壳41，外壳41面向碳刷3的一侧设置有用于碳刷尾部挂钩2移动的沟槽，安装板42固定安装在外壳的空腔内，碳刷尾部挂钩2伸入外壳41的沟槽内与空腔内的移动座45固定连接，移动座45随碳刷尾部挂钩2在外壳41的空腔内相对安装板42移动，外壳42用于固定安装在刷握1上，外壳41上设置有出线孔，外壳41采用绝缘材质。

进一步地，所有导电材质均为铜。

本实用新型在使用时，在刷握1上原来安装限位开关的位置，用螺栓5、垫圈6和螺母7将触点式碳刷长度监控装置4固定。碳刷3装入刷握1后，碳刷尾部挂钩2伸入碳外壳41的沟槽内。

本实用新型在使用过程中，可根据实际情况，将所监测的碳刷3总长度L分为M段，据此调整安装板42静触头43的数量，以满足对监测需求。

以M＝5为例，如图1、图3所示。

1)将触点式碳刷长度监控装置4的外壳41固定在刷握1上，安装板42固定在外壳41的空腔内。

2)移动座45一端通过固定夹与碳刷尾部挂钩2固定连接，碳刷尾部挂钩2在外壳41面向碳刷3的一侧的沟槽内移动，沟槽的宽度大于碳刷尾部挂钩2的宽度，便于碳刷尾部挂钩2随碳刷3向下运动时，不至于和外壳41接触而发生遮挡。

3)安装板42为绝缘材质，与外壳41固定，具体长度和厚度根据静触头43数量确定，安装板42上等间距安装有静触头43，则根据M＝5，设置M+1个(6个)静触头43，每个静触头43分别连接有信号线，对应编号A1～A6，安装板42上设置有穿线孔，可穿过并固定连接静触头43的信号线。

4)静触头材质为导电金属材质，优选材质为铜；形状优选为半球形。

5)整个装置内部的信号线路汇聚成多芯电缆46，穿过外壳41的出线孔引至逻辑电路，出线孔可设置在外壳背向碳刷3的一侧下部。

6)移动座45上的导电块上安装有两个动触头44，导电块可以嵌入在移动座45内，并可与静触头43接触连接，导电块优选为导电金属块制成，动触头的材质、形状及两动触头的触点间距均与静触头的触点间距相同。

7)移动座45为绝缘材质，其一端可以开有矩形槽用于嵌入导电块；另一端可设有固定夹，用于和碳刷尾部挂钩2连接。

8)逻辑电路用于连接信号线，依据A1～A6信号线间的导通状态，逻辑电路与控制器连接并根据导通状态判断碳刷剩余长度，控制器可将判断结果实时反馈给主控系统。

整个装置工作原理如下：

1)碳刷在恒压簧作用下，沿刷握向下运动，正常磨损。

2)碳刷尾部挂钩随碳刷同速度、同向运动，并带动动触头座同步运动，从而将碳刷长度状态传递给碳刷长度监测装置。

3)新碳刷安装后，初始状态下，信号线A1-A2通过动、静触头导通，逻辑电路判断出碳刷处于原始长度L。

4)随着碳刷磨损，带动动触头向下运动，依次导通信号线A2-A3、A3-A4、A4-A5、A5-A6，逻辑电路对应的碳刷长度剩余量依次为：0.75L、0.5L、0.25L、0L，当逻辑电路检测到A5/A6导通时，向主控系统发出报警信号，通知碳刷磨损达到需要更换的程度。

另一方面，提供一种碳刷，包括上述的触点式碳刷长度监测装置，安装板42与刷握1固定连接，移动座45与碳刷3的碳刷尾部挂钩2固定连接，随碳刷3同步移动。

再一方面，本实用新型提供一种风电机组，包括主控系统、碳刷3和用于装入碳刷的刷握1，还包括上述的触点式碳刷长度监测装置，安装板42与刷握1固定连接，移动座45与碳刷3的碳刷尾部挂钩2固定连接，随碳刷3同步移动，主控系统与逻辑电路8连接，根据动触头44、静触头43的导通信号对碳刷3长度进行阶段性监控。动触头44、静触头43的导通信号可以通过控制器判断并反馈给风电机组的主控系统。

进一步地，包括若干碳刷3，每个碳刷3设置有独立的触点式碳刷长度监测装置，主控系统根据每个碳刷3的监控长度判断风电机组的运行状态。

本实用新型还可针对风力发电机碳刷状态监控的需求，通过设计独立的触点式碳刷长度监测装置，实现对碳刷长度的阶段性监控。

通过触点式碳刷长度监测装置，主控系统可得知每个碳刷的剩余长度。当某个或某几个碳刷剩余长度与其余碳刷不同时，即预示着发电机运行过程中，碳刷或集电环等部件可能存在故障，便于维护人员根据碳刷状态，提前对潜在故障进行排查，防止故障范围扩大到其他关键部件，引起机组停机。

本实用新型通过采用简易结构的多触点测量元件，利用逻辑电路判断动静触头的信号通断的方法，实现对风力发电机碳刷长度的实时监控。通过简单、实用的改进，可在现有风力发电机碳刷装置上进行安装，替代限位开关，实现对风力发电机碳刷长度的实时监控，而且不需要磁性元件，不会受到风电场的磁场干扰，监测更加准确。本实用新型的结构更加简单、功能更加完善，且在风力发电机上更具有适用性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。