本發(fā)明涉及用于調(diào)節(jié)配有滑環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)或馬達(dá)上的電刷架的測(cè)試工具。

背景技術(shù)：

在刮風(fēng)情況下，風(fēng)輪機(jī)通過(guò)由風(fēng)輪機(jī)葉片驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電能。在一些風(fēng)輪機(jī)中，發(fā)電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，該定子和轉(zhuǎn)子均具有多相繞組，諸如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)、級(jí)聯(lián)可調(diào)發(fā)電機(jī)、感應(yīng)或同步發(fā)電機(jī)或者甚至直流發(fā)電機(jī)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于發(fā)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)時(shí)，必須將電力傳輸至轉(zhuǎn)子或從轉(zhuǎn)子傳出。電力可以借助滑環(huán)組件傳輸，滑環(huán)組件又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)電接口、旋轉(zhuǎn)電連接器、收集器或轉(zhuǎn)環(huán)或電旋轉(zhuǎn)接頭，能夠在相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)的同時(shí)使轉(zhuǎn)子接收或返回電力。在具有多相繞組的轉(zhuǎn)子的情況下，風(fēng)輪機(jī)內(nèi)的控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)定頻率，使得風(fēng)輪機(jī)以預(yù)定頻率(例如，大約50hz)發(fā)電。

典型地，滑環(huán)組件包括旋轉(zhuǎn)滑環(huán)單元，該旋轉(zhuǎn)滑環(huán)單元隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并具有導(dǎo)電環(huán)或帶。此外，滑環(huán)組件與電刷接觸，電刷與環(huán)滑動(dòng)接觸，用于從轉(zhuǎn)子傳輸電力。因此，電力從滑環(huán)單元傳輸至轉(zhuǎn)子繞組，以便控制發(fā)電機(jī)中的電場(chǎng)。借助抵靠導(dǎo)電環(huán)(典型地，三個(gè)導(dǎo)電環(huán)，每個(gè)電相一個(gè)導(dǎo)電環(huán))的電刷將電力傳輸至滑環(huán)單元。

一旦將電刷安裝在電刷架中，重要的是，在一個(gè)或多個(gè)電刷與一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電環(huán)之間存在完全接觸，以便避免導(dǎo)致電刷上過(guò)高電流密度的點(diǎn)接觸。每個(gè)電刷的接觸面成形為弓形面，通常大約為1cm×5cm，其中曲率半徑與滑環(huán)的曲率半徑匹配。實(shí)際上，由于對(duì)支撐面的視線(xiàn)通路受限，并且如應(yīng)當(dāng)在例如圖2和圖3中所看到的，難以可見(jiàn)地探明在滑環(huán)與電刷之間是否存在完全接觸，并且可能涉及大量推測(cè)工作。后果就是不能可靠地實(shí)現(xiàn)電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的完全初始接觸。

本發(fā)明的目的是便于電刷的正確安裝，以便建立與滑環(huán)的完全接觸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)滑環(huán)與電刷組件的電刷架的方法，該滑環(huán)與電刷組件包括具有曲率半徑r的至少一個(gè)滑環(huán)。采用該方法，將測(cè)試工具插入到電刷架中以代替電刷位置，因?yàn)橄嚓P(guān)參數(shù)的所述測(cè)試工具被成形為類(lèi)似電刷并且進(jìn)一步如電刷一樣包括具有凹面的接觸面，所述凹面的曲率半徑r對(duì)應(yīng)于所述滑環(huán)的曲率半徑r。進(jìn)一步地，該方法包括：調(diào)節(jié)所述電刷架的可調(diào)節(jié)連接件，以便達(dá)到所述接觸面與所述滑環(huán)之間的完全接觸；以及最終將所述電刷架固定在所述測(cè)試工具指示完全接觸的所述滑環(huán)與電刷組件上的該位置中。

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種調(diào)節(jié)滑環(huán)與電刷組件的電刷架的方法，其中所述滑環(huán)與電刷組件包括具有曲率半徑r的至少一個(gè)滑環(huán)并包括至少一個(gè)電刷架，所述至少一個(gè)電刷架用于將電刷保持在其中以抵接所述滑環(huán)并且可調(diào)節(jié)地安裝至所述滑環(huán)；所述方法包括以下步驟：

-將測(cè)試工具插入到所述電刷架中；

-調(diào)節(jié)所述電刷架的可調(diào)節(jié)連接件，直至到達(dá)所述測(cè)試工具指示已實(shí)現(xiàn)所述電刷架的正確定位的位置；

-將所述電刷架固定在所述位置中。

本發(fā)明的另一方面涉及一種測(cè)試工具，所述測(cè)試工具用于指示配有滑環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)或馬達(dá)上的電刷架的正確安裝；

所述測(cè)試工具包括具有恒定橫截面的細(xì)長(zhǎng)形式，使得所述測(cè)試工具能夠插入到滑環(huán)與電刷組件的電刷架中，并且所述測(cè)試工具沿具有曲率半徑r的凹面進(jìn)一步包括接觸區(qū)域或接觸點(diǎn)；

所述測(cè)試工具包括致動(dòng)器，當(dāng)所述接觸區(qū)域或接觸點(diǎn)與具有曲率半徑r的對(duì)象到一起時(shí)，致動(dòng)所述致動(dòng)器；并且

所述測(cè)試工具包括指示器，所述指示器用于指示所述致動(dòng)器的致動(dòng)。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及上述方法中使用的滑環(huán)與電刷組件。

采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的工具和方法，獲得了電刷的改進(jìn)安裝。采用該工具能夠直接看到：所述電刷架是否被正確對(duì)準(zhǔn)，使得隨后的所述電刷插入會(huì)與所述滑環(huán)建立完全接觸；或者所述電刷架是否必須進(jìn)一步被重新對(duì)準(zhǔn)，這是因?yàn)楫?dāng)所述電刷架被正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，頂部的二極管將會(huì)亮起。

所述測(cè)試工具能夠用于調(diào)節(jié)配有滑環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)或馬達(dá)上的電刷架。一些有益效果為最小化了磨損并降低了勞務(wù)成本，并且提高了配有滑環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和馬達(dá)的性能可靠性。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在僅通過(guò)實(shí)例的方式并且參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中：

圖1是風(fēng)輪機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)和滑環(huán)與電刷組件的示意圖；

圖2是滑環(huán)與電刷組件的分解圖；

圖3是滑環(huán)電刷齒輪組件的立體圖；

圖4是圖3的滑環(huán)電刷齒輪組件的端視圖；

圖5是滑環(huán)組件的立體圖；

圖6是一套電刷和電刷架的立體圖；

圖7是圖6中的一套電刷和電刷架的分解圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)試工具的立體圖；以及

圖9是圖8沿a-a截取的橫截面?zhèn)纫晥D。

附圖并非想要按照比例繪制。在附圖中，在各個(gè)附圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的部件可以由相同的附圖標(biāo)記表示。出于清楚的目的，并非每個(gè)部件均在每張附圖中進(jìn)行標(biāo)示。

具體實(shí)施方式

圖1示出了風(fēng)輪機(jī)的示意圖。風(fēng)輪機(jī)葉片10由入射風(fēng)驅(qū)動(dòng)，并且經(jīng)由傳動(dòng)系12致使三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)16的電轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)。定子18具有直接連接至輸電網(wǎng)的三相繞組，并且經(jīng)由滑環(huán)與電刷組件20將三相轉(zhuǎn)子繞組連接至轉(zhuǎn)換器22的轉(zhuǎn)子側(cè)c轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)換器22的電網(wǎng)側(cè)c電網(wǎng)經(jīng)由耦合電感器l耦接至電網(wǎng)。c轉(zhuǎn)子和c電網(wǎng)是ac(交流)/dc(直流)轉(zhuǎn)換器，布置在轉(zhuǎn)換器之間的電容器24提供dc電壓。控制系統(tǒng)26產(chǎn)生變槳角命令以便設(shè)置風(fēng)輪機(jī)葉片的變槳角，并且分別為c轉(zhuǎn)了和c電網(wǎng)提供電壓控制vr和vgc以便控制電網(wǎng)端子處的風(fēng)輪機(jī)功率、dc電壓和無(wú)功功率?，F(xiàn)代大型風(fēng)輪機(jī)還具有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其能夠感測(cè)并控制風(fēng)輪機(jī)組件內(nèi)以及風(fēng)輪機(jī)與電網(wǎng)之間的連接中的各個(gè)參數(shù)。

圖2示出了滑環(huán)與電刷組件的一個(gè)實(shí)施方式。在圖3中更詳細(xì)示出的電刷框架30具有三對(duì)滑環(huán)電刷和接地電刷，并且環(huán)繞滑環(huán)組件32布置，該滑環(huán)組件32在圖5中更詳細(xì)地示出。接地電刷裝置36被容納在滑環(huán)組件32的一個(gè)端部處。電刷框架30、滑環(huán)組件32、接地電刷裝置36和編碼器37被容納在滑環(huán)外殼38中，該滑環(huán)外殼38在轉(zhuǎn)子軸上方被安裝在主發(fā)電機(jī)外殼上。該軸延伸穿過(guò)外殼中的孔，并且滑環(huán)組件被固定至該軸，以便隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。過(guò)濾器外殼42附接至滑環(huán)外殼的遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)外殼的端部，以便密封滑環(huán)組件。

圖3和圖4更詳細(xì)地示出了滑環(huán)電刷齒輪組件。該組件包括4×3個(gè)雙電刷架41，在圖6和圖7中能夠更詳細(xì)地看到該電刷架41，每個(gè)電刷架41均具有一對(duì)電刷43。電刷架41與接地電刷(未示出)一起安裝在框架30上。為三相中的每一相提供一個(gè)滑環(huán)，第四滑環(huán)提供接地。因此，每相具有八個(gè)石墨電刷和與接地滑環(huán)接觸的另一電刷。在示出的實(shí)施方式中，滑環(huán)與電刷組件總計(jì)包括帶有總計(jì)24個(gè)電刷的12個(gè)電刷架。該數(shù)量可以改變，例如，至少6個(gè)或至少9個(gè)電刷架。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電刷架的調(diào)節(jié)可在滑環(huán)與電刷組件的裝設(shè)期間用全部的電刷架或僅僅用更少數(shù)量的電刷架來(lái)執(zhí)行。

圖5示出了滑環(huán)組件32，滑環(huán)組件32包括三個(gè)滑環(huán)50并包括驅(qū)動(dòng)環(huán)51。這些環(huán)被安裝在電刷54上，并且由肋狀隔離環(huán)52隔開(kāi)。滑環(huán)組件具有容納轉(zhuǎn)子的端部的中心孔56?；h(huán)能夠由另具有高導(dǎo)熱性和硬度的任意種類(lèi)的導(dǎo)電材料(諸如黃銅或銅)制成。

本發(fā)明的主要部分是使用測(cè)試工具，該測(cè)試工具用于模擬電刷架中的電刷，重要區(qū)別在于，該測(cè)試工具能夠?yàn)椴僮髡咧甘驹诨h(huán)與測(cè)試工具的接觸面之間是否獲得了完全接觸。測(cè)試工具可在滑環(huán)與電刷組件的裝設(shè)期間供全部電刷架或僅僅供更少數(shù)量的電刷架使用。

圖6和圖7更詳細(xì)地示出了電刷和電刷架。每個(gè)電刷架41均為兩個(gè)電刷43提供支撐。相應(yīng)地，電刷43兩兩組合，單獨(dú)的電纜44組合成一個(gè)單個(gè)的電連接件45。進(jìn)一步地，夾具46用于以抵住滑環(huán)的向下壓力將電刷固定在電刷架中。電刷架固定至框架30，或通過(guò)可調(diào)節(jié)連接件47固定至滑環(huán)組件的另一部分，以便正確地裝設(shè)電刷。在示出的實(shí)施方式中，可調(diào)節(jié)連接件47僅允許旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；由此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)該可調(diào)節(jié)連接件47時(shí)，該旋轉(zhuǎn)移動(dòng)與電刷/測(cè)試工具在電刷架中產(chǎn)生的徑向移動(dòng)組合，通過(guò)夾具46將電刷/測(cè)試工具推向滑環(huán)來(lái)輔助，而創(chuàng)建對(duì)電刷/測(cè)試工具與滑環(huán)之間的接觸面的最終調(diào)節(jié)。由此，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)試工具，可以獲得電刷架的正確定位，由此導(dǎo)致每個(gè)電刷43與滑環(huán)50之間預(yù)期的完全接觸；由此避免了導(dǎo)致電刷上過(guò)高電流密度的點(diǎn)接觸。

典型地，如本文所描述的，在電刷架位置調(diào)節(jié)期間，測(cè)試工具保持在所述電刷架中。然而，測(cè)試工具還可以插入到電刷架中以便檢查即時(shí)的正確對(duì)準(zhǔn)，并且在執(zhí)行可能的另外的調(diào)整之前移除。這可能適合于當(dāng)測(cè)試工具插入時(shí)難于到達(dá)可調(diào)節(jié)連接件的一些滑環(huán)與電刷組件。

滑環(huán)電刷一般是碳基的，例如，石墨或碳銀合金，但滑環(huán)電刷可以由任意種類(lèi)的導(dǎo)電材料制成，諸如石墨、碳、不銹鋼、銀、銅或其混合物。盡管被稱(chēng)為電刷，滑環(huán)電刷通常是實(shí)體材料塊，但還可以是例如線(xiàn)材、條帶或網(wǎng)格。電刷的設(shè)計(jì)將常常被控制為避免過(guò)高的電流密度。一般，電刷的電流密度不應(yīng)超過(guò)4a/mm²；然而，對(duì)于電刷材料的一些混合物來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)字可以更高。從而，電刷(以及由此的測(cè)試工具)的尺寸可以變化很大；例如，可以(參考圖8和圖9)具有20至75mm之間的寬度(w)和5至30mm之間的厚度。電刷的高度(h)取決于電刷的預(yù)期壽命，但通?？山橛?00與300mm之間。

本發(fā)明的實(shí)施方式提供了為確?；h(huán)與電刷之間的完全準(zhǔn)確接觸要使用的工具和方法。

圖8和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)試工具80。在頂部可以看到，接觸面81的曲率半徑r與所要裝設(shè)的電刷和將電刷裝設(shè)到其上的滑環(huán)的曲率半徑相匹配。進(jìn)一步地，測(cè)試工具80的尺寸對(duì)應(yīng)于電刷的尺寸，這意味著，測(cè)試工具80能夠插入并推裝至電刷架41中的兩個(gè)插槽中的任一個(gè)，這兩個(gè)插槽終止于與插入到同一電刷架中的電刷43相同的位置。由此，如果電刷架被安裝成使得測(cè)試工具80的接觸面與滑環(huán)表面之間實(shí)現(xiàn)完全接觸，則電刷架也被正確地安裝，用于當(dāng)電刷裝配在其中時(shí)確保完全接觸。

值得一提的是，電刷架限定了開(kāi)口，電刷能夠沿電刷架中預(yù)先限定的一維路徑推裝至該開(kāi)口，當(dāng)電刷接觸滑環(huán)時(shí)，導(dǎo)引電刷進(jìn)入電刷架中的唯一位置。測(cè)試工具類(lèi)似于相關(guān)尺寸的電刷成形，使得測(cè)試工具一旦插入到電刷架中就將遵循電刷架中相同的預(yù)先限定的一維路徑，并且停止在與電刷一旦插入就將停止的位置相同的電刷架中的唯一位置。因此，基于測(cè)試工具插入至理想位置來(lái)調(diào)節(jié)電刷架位置能夠直接用于當(dāng)后續(xù)插入電刷時(shí)確保正確的定位。采用術(shù)語(yǔ)“唯一位置”意味著滑環(huán)和電刷架保持固定，電刷或測(cè)試工具插入到電刷架中直至由滑環(huán)阻止將導(dǎo)致電刷或測(cè)試工具停止在完全相同的位置。

如在圖8中清晰示出的，僅測(cè)試工具/電刷在電刷架中的插入角度的微小變化將導(dǎo)致側(cè)面之一中的接觸面的僅一部分與滑環(huán)建立接觸。當(dāng)滑環(huán)用于在電刷與滑環(huán)之間傳輸電力時(shí)，這可能是非常有問(wèn)題的，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)使用完全的接觸面來(lái)傳輸電力，以避免點(diǎn)接觸高電流和因而產(chǎn)生的過(guò)熱。

采用在電刷架41中引入測(cè)試工具80的步驟，確保完全接觸的過(guò)程可以更加容易地施行。在測(cè)試工具80的接觸面81的中心處，定位致動(dòng)器(諸如，按鈕致動(dòng)器82)，使得當(dāng)且僅當(dāng)在接觸面81與滑環(huán)50之間完全接觸時(shí)，致動(dòng)該致動(dòng)器。這意味著，僅當(dāng)接觸面的兩側(cè)均接觸滑環(huán)時(shí)才能夠到達(dá)致動(dòng)點(diǎn)。要牢記的是，測(cè)試工具80的接觸面81的曲率半徑r與所要裝設(shè)的電刷還有將電刷裝設(shè)到其上的滑環(huán)的曲率半徑相匹配。因此，將電刷架固定在當(dāng)插入測(cè)試工具時(shí)致動(dòng)按鈕致動(dòng)器82的位置中的步驟確保了當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電刷隨后安裝在電刷架中時(shí)將呈現(xiàn)完全接觸。也可以使用替代的致動(dòng)器來(lái)觀察完全接觸，諸如，使用基于壓電效應(yīng)的接觸傳感器或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意其它致動(dòng)器。

當(dāng)測(cè)試工具80到達(dá)致動(dòng)按鈕致動(dòng)器的位置時(shí)，將信號(hào)發(fā)送至測(cè)試工具80的定位有指示器83(諸如led)的相對(duì)端部，用于供操作者容易而快速地識(shí)別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)正確的定位。電子電路被定位在測(cè)試工具80內(nèi)部的空腔84內(nèi)，用于從按鈕致動(dòng)器提供信號(hào)，該信號(hào)導(dǎo)致諸如led被接通的信號(hào)。該空腔可以經(jīng)由多種護(hù)蓋而出入。怎樣設(shè)計(jì)電子電路將屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員知識(shí)范圍之內(nèi)。也可使用替代指示器用于指示完全接觸，諸如，發(fā)聲器或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意其它指示器。

執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方法的典型方式為：將測(cè)試工具80通過(guò)由電刷架41限定的單向路徑插入到電刷架41中，直至測(cè)試工具到達(dá)其抵接滑環(huán)50時(shí)的唯一位置。在該首次插入中，由于電刷架的不太完美的取向使得測(cè)試工具未正確對(duì)齊，測(cè)試工具通常僅以接觸面81的一側(cè)接觸滑環(huán)，或者而僅以一個(gè)接觸點(diǎn)接觸。因此，電刷架的可調(diào)節(jié)連接件47在示出的實(shí)施方式中是可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的，直至到達(dá)測(cè)試工具的接觸面與滑環(huán)建立完全接觸的位置，在這種情況下，測(cè)試工具的按鈕致動(dòng)器被下壓至信號(hào)發(fā)送至led的水平，該led被接通以指示完全接觸被建立，并且由此，電刷架41被正確定位并且應(yīng)當(dāng)正確地固定在該位置中。隨后，可移除測(cè)試工具，并且可替代地插入電刷，電刷由此將正確安裝并且接觸面與滑環(huán)建立完全接觸。

本發(fā)明可以與大量不同半徑的滑環(huán)一起使用，因此還與測(cè)試工具的不同半徑的接觸面一起使用。因此，根據(jù)不同實(shí)施方式，曲率半徑r可以介于50至500mm之間，諸如，介于55至400mm之間，介于60至300mm之間，介于65至200mm之間，或介于70至100mm之間。

最終，值得注意的是，測(cè)試工具80包括兩個(gè)凹口85，用于當(dāng)插入并固定在電刷架41中時(shí)容納可釋放夾具46的一部分。這些凹口與電刷上的凹口是類(lèi)似的，由此確保了測(cè)試工具的安裝與電刷的安裝相類(lèi)似。

測(cè)試工具可以由多種合適的材料制成，其接觸面81足夠抵抗變形。材料的一個(gè)實(shí)例可以是鋼。

重要的是，注意到本發(fā)明涉及用于各種滑環(huán)與電刷組件的測(cè)試工具，因此示出的滑環(huán)與電刷組件的精確設(shè)計(jì)不應(yīng)理解為以任何方式進(jìn)行限制。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的各個(gè)方面已經(jīng)在本文中參考附圖進(jìn)行了描述，附圖示出了依照本發(fā)明各方面的說(shuō)明性實(shí)施方式。本文描述的說(shuō)明性實(shí)施方式不一定意在示出本發(fā)明的所有方面，而是用于描述若干說(shuō)明性實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的各方面并非想要鑒于說(shuō)明性實(shí)施方式來(lái)狹義地解釋。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的各方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明的其它方面以任意合適的組合使用。

因此，本發(fā)明不應(yīng)限于供風(fēng)輪機(jī)使用，因?yàn)楣ぞ呖梢栽诎ㄐD(zhuǎn)定子和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子兩者的任意種類(lèi)發(fā)電機(jī)中與滑環(huán)組件共同使用，諸如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)、級(jí)聯(lián)可調(diào)發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)或同步發(fā)電機(jī)。該工具滑環(huán)組件還可以用于電動(dòng)馬達(dá)中。

因此，已經(jīng)描述了本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方式的幾個(gè)方面，應(yīng)理解的是，各種改變、修改和改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易想到的。這樣的改變、修改和改進(jìn)意在屬于本公開(kāi)的一部分，并且意在落入由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。據(jù)此，前述說(shuō)明書(shū)和附圖僅是作為實(shí)例。