专利名称：具有轴保持器的滑环组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于给转子供电的滑环组件，转子能够在发电机或电动机中相对于定子旋转并且转子与编码器连接，滑环组件包括具有至少一个第一滑环的滑环单元以及连接到滑环单元的编码器轴保持器，编码器轴位于编码器轴保持器中。此外，本发明涉及包括这种滑环组件的发电机、风力涡轮机以及风力涡轮机场。
背景技术：
风力涡轮机在有风条件下通过由风力涡轮机叶片驱动的发电机将风力转化为电能。在一些风力涡轮机中，发电机包括分别具有多相绕组的定子和转子，诸如双馈感应发电机、级联调节发电机、异步或同步发电机或者甚至直流发电机。当转子相对于发电机的定子旋转时，电流被传送到转子或者被从转子传送走。电流可以借助于也被称为旋转电接口、旋转电连接器、集电器、或者转环或旋转电接头的滑环组件被传送，使得转子在相对于定子旋转时能够接收或者返回电流。当转子具有多相绕组时，风力涡轮机内的控制系统能够调节频率，从而使风力涡轮机产生预定频率，例如大约 50Hz。为了控制发电机内的磁场，滑环单元可设置有与编码器连接的轴。由于滑环单元将电流传送到转子或者从转子传送走，该轴是电绝缘的，使得编码器不会被无意地从滑环单元传送的电流所毁坏。这种绝缘是通过容纳第一轴的塑料绝缘轴来提供的，该绝缘轴被插入编码器中。由此，编码器不再被无意的电流所毁坏。然而，在生产中，使塑料轴的外径相对于编码器保持在容许尺寸公差内是非常困难的，结果使得编码器无法计数转子旋转的实际次数。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述不足之处和缺陷，并且提供一种能够更加精确地控制转子内的磁场的改进滑环组件。更具体地，目的是提供一种包括编码器轴的改进滑环组件，该编码器轴的外径总是处在容许尺寸公差之内，使得编码器完美地运行。另一个目的是提供一种易于制造的改进滑环组件。此外，目的是提供一种改进滑环组件，该滑环组件具有相对于编码器的绝缘轴，从而使得编码器不会被从滑环单元无意传送的电流所毁坏。而且，目的是提供一种也能够在较长生产周期内完美地控制电输出的风力涡轮机。上述目的、以及将会通过下面描述而变得清楚的多个其它目的、优点及特征通过根据本发明的方案借助滑环组件而得以实现，该滑环组件用于给发电机或电动机中相对于定子旋转的转子供电，所述滑环组件与编码器连接并且包括-具有至少一个第一滑环的滑环单元；以及
-与所述滑环单元连接的编码器轴保持器，并且编码器轴位于所述保持器中；其中，所述编码器轴保持器由电绝缘材料制成。现有技术方案致力于具有单独的绝缘部件，如图1所示，从而使得编码器不会被无意地从滑环单元传送的电流所损坏。编码器轴固定到其上的现有技术的滑环组件的部分基本上由金属制成，这是由于这种保持器同时还起着接地连接的作用。在根据本发明的方案中，保持器由电绝缘材料制成，并且接地连接设置于面向转子的滑环单元的另一端部。编码器轴保持器紧固编码器轴，使得编码器轴随着滑环单元以及由此随着转子旋转。因而，用于制造编码器轴的材料能够自由选择。这样，编码器轴被绝缘、并且可以由能够相对于编码器保持编码器轴的尺寸公差的材料制成。通过使滑环组件具有金属编码器轴，编码器轴可以在滑环单元被装配之后被切成预定公差之内的精确尺寸。由此，避免了由于变化的尺寸而引起的编码器对转数的不精确计数。这样，获得了能够对转子内的磁场进行更加精确控制的改进滑环组件。当使用金属或类似可加热材料的保持器时，如现有技术方案中的情况，保持器在滑环单元使用期间被加热，导致保持器由于加热而膨胀。这样，在滑环组件的使用期间保持器尺寸发生改变，并且由此轴和绝缘轴相应地发生改变。结果，与编码器的连接变得不稳定，从而使得编码器不能够计数滑环以及由此计数转子的实际转数。在发明的一个实施例中，编码器轴保持器被模制而成。模制编码器轴保持器使得制造保持器的过程快捷，并且编码器轴可以通过绕着轴模制保持器而被紧固。在另一个实施例中，电绝缘材料可以是一些种类的塑料、陶瓷、玻璃纤维、复合材料或者上述材料的组合。当编码器轴由诸如塑料、陶瓷、玻璃纤维、复合材料或者上述材料的组合的电绝缘材料制成时，编码器轴保持器可以通过模制工艺容易地制造并且可制成多种形状。由于编码器轴随后被切成其最终尺寸，因此保持器不必保持在非常窄的尺寸范围之内。此外，保持器基本上没有被加热、并且也能够在滑环组件使用期间保持其尺寸。此外，编码器轴保持器可以在与转子相反的滑环单元端部被紧固到滑环单元上。此外，编码器轴保持器可以被胶粘到滑环单元上。通过使用胶粘，滑环组件的制造非常容易地进行，并且材料不会被无意地加热。在本发明的一个实施例中，编码器轴保持器可具有突出部分，编码器轴紧固到该突出部分中。当编码器轴被紧固在突出部分中时，面向轴的表面增大并且将轴紧固到保持器突出部分中更加容易及更加可靠。在使用模制工艺或者随后胶粘工艺时尤为如此。在另一个实施例中，编码器轴保持器可具有面向滑环单元的大体平面表面。由此，保持器更加易于紧固到滑环单元。在本发明的又另一个实施例中，编码器轴保持器可具有与滑环单元大致相同周长的部分。此外，编码器轴保持器可以在模制滑环单元时被模制。由此，滑环单元和保持器可被模制成一个单元并且在同一工艺中模制而成，从而导致更加简单的制造并且减少一种备件。
本发明还涉及一种包括上述滑环组件的发电机。最后，本发明涉及一种包括上述滑环组件的风力涡轮机。
下面参考示意性附图对本发明及其多个优点进行更为详细的描述，用于解释的所述附图显示了一些非限制性实施例，其中图1显示了现有技术的滑环组件；图2显示了根据发明的滑环组件的一个实施例；图3以分解立体图显示了图2的实施例；图4显示了滑环组件的另一个实施例的局部截面图；图5显示了滑环组件又另一个实施例的局部截面图；以及图6显示了滑环组件再另一个实施例的局部截面图。全部附图都是示意性的并且不必依照比例，并且它们仅显示了对于阐明本发明所必需的那些部件，其它部件被省略或者仅仅被提及。
具体实施例方式在图2中，显示了根据本发明的滑环组件1。在使用时，滑环组件1给诸如发电机或其它电机器中相对于定子旋转的转子的旋转部件供电。滑环组件1包括具有至少一个滑环3的滑环单元2，该滑环3具有外表面。滑环3位于滑环单元2中并且通常在模制单元时被紧固。在滑环单元2的一端，三个中心条(未示出)从滑环单元2突出，用于将电流传送到转子。由此，滑环组件1能够绕着与中心条的中心轴线重合的中心轴线旋转。如图2所示，滑环组件1具有多个滑环3，并且在该实施例中滑环组件1具有三个滑环3，每个电相位一个。此外，每个滑环3具有至少一个凹槽9。凹槽9可具有任意形状或设计，并且在另一个实施例中，滑环3具有多个凹槽。在表面上具有这种凹槽9增大了环 3的表面面积，并且由此也增大了冷却滑环的能力。此外，滑环组件1包括编码器轴保持器6，编码器轴保持器由电绝缘材料模制而成。编码器轴5随后插入到编码器轴保持器中，或者编码器轴保持器绕着编码器轴模制而成。通过由电绝缘材料制成编码器轴保持器6，可以省去单独的绝缘部件，使得滑环组件的制造更加简单并且不会发生额外的费用。此外，编码器轴5可由轴外部尺寸能够保持从而装配到编码器中的材料制成。如图3所示，在滑环组件1的该实施例中，编码器轴保持器6是与滑环单元2分开的部件。编码器轴保持器6被模制而成，并且随后编码器轴保持器被紧固到滑环单元2。将编码器轴保持器6紧固到滑环单元2可以通过诸如胶粘、焊接等的任何合适的结合工艺或者通过诸如螺钉的紧固装置而实现。在图3的实施例中，编码器轴保持器6具有缺口 10，这些缺口 10使得编码器轴保持器能够通过注射成型、压缩成型或者类似模制工艺被制造。在发明的另一个实施例中，编码器轴保持器6具有更加坚固的设计而没有缺口， 如图4所示。
5
在图4和5的实施例中，编码器轴保持器6被模制成单独部件。然而，在图6所示的另一个实施例中，编码器轴保持器6与滑环单元2模制在一起。当将编码器轴保持器和滑环单元模制成一个单元时，随后的紧固过程可被省去。如图4和5所示，编码器轴5被插入编码器4的中心，该编码器4计数转子旋转次数。编码器4与控制系统连通，该控制系统根据编码器中测量的回转数目控制转子内的磁场。在图4中，编码器轴保持器6具有与滑环单元2大体相同的外径。然而，编码器轴保持器6可具有任何设计，诸如图5中所示设计，其中保持器的外径小于滑环单元2的外径。如图所示，编码器轴保持器6具有可以例如通过胶粘剂或螺钉安装到滑环单元2 上的平表面。然而，在另一个实施例中，编码器轴保持器6具有与滑环单元2的表面相对应的另一个表面，使得它们之间的连接通过机械连接得以提高。编码器轴保持器6由诸如塑料、陶瓷、玻璃纤维或者上述材料的组合的电绝缘材料模制而成。材料可以通过纤维而得到加强。纤维可以在模制保持器之前存在于塑料混合物或者合成物中。通过使保持器6由电绝缘材料制成，由于保持器使得编码器与任何无意电流传送相绝缘，因此编码器4将不再可能被无意的电流所毁坏。由此，编码器轴5可由诸如金属的任何种类的合适材料制成，从而使得编码器轴可以在被紧固在保持器中之后被切成其最终尺寸。这样，编码器轴5的外部尺寸可以被保持，并且编码器4不再由于编码器轴的不精确尺寸而不准确地计数。当模制编码器轴保持器6时，保持器6可由任何种类材料制成，并且轴5可以通过绕着轴模制保持器而被紧固。此外，编码器轴保持器6可以与诸如滑环单元以及接地连接 11的其它部件模制在一起。如图4-6中所示，编码器轴5被紧固在编码器轴保持器6中并且仅仅部分地穿过保持器。在另一个实施例中，轴5完全地穿过编码器轴保持器6。除了其绝缘特性之外，重要的是编码器轴保持器6能够支撑编码器轴5，并且另外能够经受电流传送期间滑环单元2中产生的高温。这样，编码器轴保持器6可由诸如硬质塑料(例如聚乙烯、三聚氰胺、尿素、环氧树脂、聚亚安酯)的塑料制成。当编码器轴保持器6由硬质塑料制成时，保持器能够经受滑环组件1内的高温，同时具有足够的强度支撑编码器轴5以及使编码器4充分地绝缘。发明已经通过用于保持编码器轴5的保持器6得以解释，然而，轴可以是需要被保持在狭窄尺寸公差之内的任何种类的轴。滑环单元2的旋转单元的导电环或导电带3可以由也具有高热传导性以及硬度的各种导电材料诸如黄铜和铜制成。滑环组件1可使用在包括旋转定子和旋转转子的任何种类发电机中，例如双馈感应发电机、级联调节发电机、交流发电机或者同步发电机中。滑环组件1还可用在电动机中。包括这种滑环组件1的发电机可被用在任何类型的风力涡轮机中，以及由此还可用在构成风力涡轮机场的多个风力涡轮机中。风力涡轮机指的是能够将风力转换为电的任何类型的设备，例如风力发电机、风电机组(WPU)或者风能转换器(WEC)。 尽管以上已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是对于本领域技术人员而言明显的是可以想象多种变型，而不会脱离由随后权利要求书所限定的本发明。
权利要求
1.一种滑环组件，用于给发电机或电动机中相对于定子旋转的转子供电或者从所述转子供电，所述滑环组件与编码器连接并且包括-具有至少一个第一滑环的滑环单元；以及-与所述滑环单元连接的编码器轴保持器，并且编码器轴位于所述保持器中；其中，所述编码器轴保持器由电绝缘材料制成。
2.如权利要求1所述的滑环组件，其特征在于，所述编码器轴保持器被模制而成。
3.如权利要求2所述的滑环组件，其特征在于，所述电绝缘材料是塑料、陶瓷、玻璃纤维、或者上述材料的组合。
4.如上述任一权利要求所述的滑环组件，其特征在于，所述编码器轴保持器被胶粘到所述滑环单元上。
5.如上述任一权利要求所述的滑环组件，其特征在于，所述编码器轴保持器具有突出部分，所述编码器轴被紧固在所述突出部分中。
6.如上述任一权利要求所述的滑环组件，其特征在于，所述编码器轴保持器包括与所述滑环单元具有大致相同周长的部分。
7.如上述任一权利要求所述的滑环组件，其特征在于，所述编码器轴保持器和所述滑环单元被模制成一体。
8.一种发电机，包括如前述任一权利要求所述的滑环组件。
9.一种风力涡轮机，包括权利要求1-7中任一所述的滑环组件。
全文摘要
本发明涉及一种用于给转子供电的滑环组件1，该转子能够在发电机或电动机中相对于定子旋转，滑环组件与编码器4连接。滑环组件1包括具有至少一个第一滑环3的滑环单元2，以及连接到滑环单元的编码器轴保持器6，编码器轴5位于该保持器中。编码器轴保持器6由电绝缘材料制成，以便在滑环单元2和编码器4之间提供电绝缘。根据本发明涉及的滑环组件能够更加精确地控制转子内的磁场并且使得编码器不会被从滑环单元无意传送的电流所毁坏。
文档编号H02K11/00GK102197573SQ200980142735
公开日2011年9月21日 申请日期2009年9月25日 优先权日2008年10月27日
发明者L·克罗, S·B·劳里森 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司