專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)的無刷滑環(huán)以及組裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體上涉及發(fā)電機(jī)，并且更加具體地涉及與風(fēng)力渴輪發(fā)電 沖幾一起使用以傳遞電流的滑環(huán)。
背景技術(shù)：
由于能源價(jià)格增加，風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境安全和相對(duì)廉價(jià)的替代 能源已受到越來越多的關(guān)注。由于這個(gè)不斷增加的興趣，已經(jīng)作出相 當(dāng)大的努力以發(fā)展可靠并且有效的風(fēng)力渦輪機(jī)。
一般來說，已知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子 安裝到置于桁架或圓筒式塔頂部的外殼或機(jī)搶。公用事業(yè)級(jí)的風(fēng)力渦 輪機(jī)(例如，設(shè)計(jì)以向公用事業(yè)輸電網(wǎng)供電的風(fēng)力渦輪機(jī))可以具有
大的轉(zhuǎn)子(例如，直徑上30米或更大)。轉(zhuǎn)子上的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換 成旋轉(zhuǎn)力矩或力，其驅(qū)動(dòng)可直接地或通過齒輪箱與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的 一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)。齒輪箱增加或提升對(duì)于發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的固 有的低的旋轉(zhuǎn)速度以有效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，其接著傳輸?shù)焦?事業(yè)輸電網(wǎng)。
包括直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)排除齒輪箱以及與齒輪箱關(guān) 聯(lián)的可靠性問題。然而，至少在一些已知的直接驅(qū)動(dòng)或齒輪傳動(dòng)式風(fēng) 力渦輪機(jī)中，用于從旋轉(zhuǎn)軸向固定構(gòu)件傳遞電流的滑環(huán)可過早地失 效。已知的滑環(huán)一般使用電刷組以傳遞電流。然而，這樣的電刷組隨 著時(shí)間推移磨損并且一般需要定期更換。電刷組的更換增加了與風(fēng)力 渦壽侖機(jī)關(guān)聯(lián)的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。在某些情況下，電刷組的更換可要求風(fēng)力渦 輪機(jī)在非生產(chǎn)以及非運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下處于離線狀態(tài)。
另外，至少有一些已知的滑環(huán)組件^^用汞以傳遞電流經(jīng)過滑環(huán)組件。盡管稍微有用，但是汞的包含可不利地影響滑環(huán)的制造、分配、 運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)，因?yàn)楣怯卸镜?，并且是需要特殊處理的危險(xiǎn)材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，提供無刷的滑環(huán)。無刷滑環(huán)包括第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 和置于離第 一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件預(yù)定距離的第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。導(dǎo)電的 半固體材料使第 一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件電聯(lián)接于第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。半固 體材料配置成將電流/人旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
在另一個(gè)方面，提供風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括結(jié)構(gòu)底座以及 由結(jié)構(gòu)底座支撐的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)電力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)具有旋轉(zhuǎn)軸和至 少一個(gè)從旋轉(zhuǎn)軸伸出的可旋轉(zhuǎn)的葉片。發(fā)電機(jī)還包括至少一個(gè)聯(lián)^妄于 其中的無刷滑環(huán)。無刷滑環(huán)包括第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件、第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn) 構(gòu)件和導(dǎo)電的半固體材料。第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通過導(dǎo)電半固體材料 聯(lián)接于第 一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件使得第 一構(gòu)件離第二構(gòu)件預(yù)定距離。半固體 材料配置成以將電流從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
在另外的方面，纟是供組裝無刷滑環(huán)的方法。方法包括繞可旋轉(zhuǎn)軸 聯(lián)接第 一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，和使用導(dǎo)電半固體材料使第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu) 件電聯(lián)接于第 一構(gòu)件使得笫 一構(gòu)件離第二構(gòu)件預(yù)定距離。使用半固體 材料將電流從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
因此將注意到本發(fā)明的配置提供帶有無刷滑環(huán)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其 具有增加的運(yùn)轉(zhuǎn)耐久性。此外，也將注意到本發(fā)明的一些配置提供其 他優(yōu)勢(shì)，例如增加的風(fēng)力渦4侖^L生產(chǎn)率。


圖1是示范風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)示意圖。
圖2是可與在圖1中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的并且包括與發(fā) 電機(jī)聯(lián)接的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)搶的剖視透視圖。
圖3是示范直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)配置的側(cè)剖視圖。圖4是可與在圖2和圖3中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)配置一起使用的示 范無刷滑環(huán)的橫截示意圖。
部件列表
100風(fēng)力渦輪機(jī)簡轉(zhuǎn)子葉片
102機(jī)艙110輪轂
104塔212控制面板
106轉(zhuǎn)子214葉片螺距驅(qū)動(dòng)件
222聯(lián)接器216主轉(zhuǎn)子軸
224偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件218齒輪箱
226偏轉(zhuǎn)平臺(tái)220發(fā)電機(jī)
228氣象桿300直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)
230主軸承302機(jī)艙
232主框架304滑環(huán)
312軸承306絕緣管
314面308絕緣層
316旋轉(zhuǎn)軸310直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)
318面■滑環(huán)
408旋轉(zhuǎn)電元件402外殼
410不旋轉(zhuǎn)套管404軸
412導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件406中心線
414腔422端口
415絕緣材料423中心孔
416不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件424電導(dǎo)體
417間隙426固定電源/能量儲(chǔ)存裝置
418半固體材料428儲(chǔ)存裝置
420密封件430電力管理系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
在一些配置中并且參照?qǐng)D1,風(fēng)力渦輪機(jī)100包括容納發(fā)電機(jī)(圖 1中沒有示出)的機(jī)艙102。在示范實(shí)施例中，機(jī)搶102聯(lián)接于高塔 104頂上，僅其的一部分在圖1中示出。風(fēng)力渦輪機(jī)IOO也包括轉(zhuǎn)子 106,其包括一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接于旋轉(zhuǎn)輪轂110的轉(zhuǎn)子葉片108。盡管在 圖1中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)100包括三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片108，但是本發(fā)明沒 有要求對(duì)轉(zhuǎn)子葉片108的數(shù)量的具體限制。
在一些配置中并且參照?qǐng)D2,各種不同的部件容納在風(fēng)力渦l侖才幾 IOO(在圖1中示出)的塔104的頂上(在圖1中示出)的機(jī)搶102中。 基于在本領(lǐng)域中已知的因素和條件選擇塔104的高度(沒有示出)。 在一些配置中，在控制面板212內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)微控制器(沒有示出) 包括用于整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和風(fēng)力渦輪^W空制的控制系統(tǒng)。備選的分散式 或集中控制式結(jié)構(gòu)可用在一些配置中。
在一些配置中，提供可變?nèi)~片螺距驅(qū)動(dòng)件214以基于風(fēng)向大致上 同時(shí)控制葉片108 (在圖1中示出)的螺距。在其他配置中，葉片108 的螺距由葉片螺距驅(qū)動(dòng)件214分別控制。
風(fēng)力渦輪機(jī)100的傳動(dòng)系統(tǒng)包括主轉(zhuǎn)子軸216,也稱為"低速軸"， 通過主軸承230在第一端216a處聯(lián)接于輪轂110,在一些配置中，在 軸216的另一端216b處聯(lián)接于齒輪箱218。齒輪箱218驅(qū)動(dòng)電力發(fā)電 機(jī)220的高速軸(在圖2中未示出)。在其他配置中，主轉(zhuǎn)子軸216 直接聯(lián)接于發(fā)電機(jī)220。高速軸用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)220。發(fā)電機(jī)220安 裝在主框架232上。在一些配置中，轉(zhuǎn)子力矩通過3f關(guān)接器222傳遞。 在示范實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)220是直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)。
在示范實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件(yaw drive) 224和偏轉(zhuǎn)平臺(tái)(yaw deck) 226為風(fēng)力渦輪機(jī)100提供偏轉(zhuǎn)定向系統(tǒng)。氣象桿228為包括 偏轉(zhuǎn)定向系統(tǒng)的渦輪機(jī)控制系統(tǒng)4是供信息。氣象桿228可包括對(duì)于風(fēng) 向和/或風(fēng)速的儀器傳感器。在一些配置中，偏轉(zhuǎn)定向系統(tǒng)安裝在塔 104頂上。圖3是直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪4幾300的示范實(shí)施例的側(cè)剖視圖。在示 范實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)300包括轉(zhuǎn)子106、機(jī)艙302、滑環(huán)304、由 絕緣材料制成的絕緣管306、絕緣層308和塔104。在示范實(shí)施例中， 機(jī)艙302包括直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)310、多個(gè)軸承312、旋轉(zhuǎn)軸316和控 制面板212。此外，在示范實(shí)施例中，直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦4侖機(jī)300不包 括齒輪箱218。絕緣管306用絕緣材料制成。絕緣層308在輪轂110 和直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)310之間延伸以電隔離發(fā)電機(jī)310和輪轂110。絕 緣層308也在軸承312和輪轂110間延伸以電隔離軸承312與輪轂 110。在示范實(shí)施例中，絕緣層308跨越軸承312的面314和發(fā)電機(jī) 310的面318而形成。使面314和318朝向面對(duì)輪轂110。滑環(huán)304 安裝在絕緣管306上，并且旋轉(zhuǎn)軸316包圍絕緣管306并且大致上與 絕緣管306同心。絕緣管306從輪轂110延伸到塔104?；h(huán)304聯(lián) 接于絕緣管306內(nèi)的導(dǎo)體。
直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)300使用轉(zhuǎn)子106和旋轉(zhuǎn)軸316以直接驅(qū)動(dòng) 發(fā)電機(jī)310。旋轉(zhuǎn)軸316隨轉(zhuǎn)子106旋轉(zhuǎn)并且旋轉(zhuǎn)軸316由例如聯(lián)接 于絕緣管306的軸承312等的多個(gè)軸承支撐。軸承使旋轉(zhuǎn)軸316能夠 關(guān)于絕緣管316旋轉(zhuǎn)。直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)300具有可變速配置并且 使用控制面板212,以控制風(fēng)力渦輪機(jī)300并且直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電才幾310。 在一些實(shí)施例中，控制面板212還可將直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)310的可變壓、 可變頻電力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)公用事業(yè)電壓和頻率。轉(zhuǎn)子葉片108的旋轉(zhuǎn)能 通過輪轂H0傳遞到直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)310，其相應(yīng)地使用該旋轉(zhuǎn)能而 發(fā)電。
圖4說明了可與齒輪箱風(fēng)力渦輪機(jī)配置(在圖2中示出)和直接 驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)配置(在圖3中示出) 一起使用的示范無刷滑環(huán)400 的橫截面示意圖?；h(huán)400用于將電流和/或數(shù)據(jù)信號(hào)從旋轉(zhuǎn)軸傳遞到 如下面詳細(xì)說明的相鄰的固定構(gòu)件中。無刷滑環(huán)的下列說明既適用于 風(fēng)力渦專侖機(jī)配置，也適用于其他其中需要將電流或信號(hào)從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳 遞到相鄰的固定構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)。在示范實(shí)施例中，無刷滑環(huán)400包括包圍可旋轉(zhuǎn)軸404的外殼 402。軸404繞軸中心線406》走轉(zhuǎn)。 一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)電元件408聯(lián)接 于可旋轉(zhuǎn)軸404。另外，至少一個(gè)不導(dǎo)電的套管410包圍軸404。至 少一個(gè)導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4l2/人套管410徑向向外至少部分地延伸進(jìn)入在 外殼402內(nèi)限定的腔414中。導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416置于腔414內(nèi)，通 過絕緣材料415與腔414電隔離并且離旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412間隔預(yù)定的距離。 腔414還包含導(dǎo)電的半固體材料418,其將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412電聯(lián)接于不 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416。 一個(gè)或多個(gè)的腔密封件420在外殼402和套管410之 間聯(lián)接，使得在腔414內(nèi)的材料418與可旋轉(zhuǎn)軸404和任何遠(yuǎn)離腔414 的相鄰腔電隔離。
在示范實(shí)施例中，外殼402是環(huán)形的并且形成有大致上與中心線 406同心的中心孔423。外殼402還包括在其中形成的內(nèi)部圓周腔414。 外殼402可用一個(gè)或更多的幾個(gè)已知的制造工藝制造，例如但不限于 鑄造、機(jī)械加工、注射成型、熱成型、擠壓和/或任何其他那些本領(lǐng)域 內(nèi)普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)的技術(shù)。如由實(shí)施的特定的制造工藝決定的，許 多適合的材料可用于制造外殼402。例如，在實(shí)施例中，外殼402可 使用高分子化合物注射成型。外殼402可是透明的或半透明的，使得 在腔414內(nèi)的導(dǎo)電半固體材料418的量或水平可通過外部目 一見^r查確 定。
在示范實(shí)施例中，外殼402包括一個(gè)或多個(gè)在其中形成或配備的 從外部可進(jìn)入的端口 422。每個(gè)端口 422可用于在制造期間用導(dǎo)電半 固體材料418填充腔414,和/或便于才企查和維護(hù)程序。另外，端口 422 可以用于在運(yùn)轉(zhuǎn)期間排出或吹走腔414的過量空氣。
軸404延伸穿過外殼402并且可繞中心線406旋轉(zhuǎn)。軸404包括 一個(gè)或多個(gè)隨軸404旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電元件408。例如，旋轉(zhuǎn)電元件408
可是發(fā)電機(jī)或電動(dòng)坤幾的電樞。
此外，至少一個(gè)不導(dǎo)電套管410聯(lián)接到并且隨軸404旋轉(zhuǎn)。套管 410置于孔423內(nèi)并且與一個(gè)或多個(gè)密封件420接合，使得腔414限定在外殼402和套管410之間。密封件420可是聯(lián)接到外殼402并且 使軸402和套管410在其中旋轉(zhuǎn)的固定式的密封件或者，密封件420
式密封件。套管410可使用任何幾個(gè)已知的制造工藝制造，例如但不 限于鑄造、才幾械加工、注射成型、熱成型、4齊壓和/或任4可其他那些本 領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)的技術(shù)。如由實(shí)施的特定的制造工藝要求 的，許多適合的材料可用于制造不導(dǎo)電套管410,例如但不限于塑料、 尼龍、和/或任何其他不導(dǎo)電材料。
在示范實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412從不導(dǎo)電套管410 大致徑向地延伸進(jìn)入腔414。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412和構(gòu)件416分別用使流動(dòng) 電流能夠通過那里的導(dǎo)電材料制造。例如，構(gòu)件412可用但不限于銅、 黃銅、鋼、和/或鋁制造。在示范實(shí)施例中，導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412是包圍 不導(dǎo)電套管410并且徑向延伸進(jìn)入腔414的圓環(huán)?；蛘?，導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu) 件412可具有任何其他的形狀，其使滑環(huán)400能夠起這里^L明的作用。 例如，構(gòu)件412可用楔形部分制造或包括楔形部分，其繞套管410分 隔開。備選地，構(gòu)件412可是半圓形的和/或包括多個(gè)孔或開口，其使 導(dǎo)電半固體材料能夠通過那里流動(dòng)。在示范實(shí)施例中，構(gòu)件412還包
脈狀物424。鰭片424的使用增加與導(dǎo)電半固體材料418接觸的表面 面積的量并且從而便于增加可以通過滑環(huán)400傳遞的總電流。
旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412通過一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體424電聯(lián)接于一個(gè)或多個(gè)旋 轉(zhuǎn)電元件408。電導(dǎo)體424可聯(lián)接于旋轉(zhuǎn)電元件408的輸入、輸出或 其的任何組合。每個(gè)電導(dǎo)體424延伸穿過不導(dǎo)電套管410并且隔離流 過導(dǎo)體424的電流與可旋轉(zhuǎn)軸404。
在一些實(shí)施例中，不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416置于外殼402的腔414內(nèi)使得 構(gòu)件416大致上符合腔414的內(nèi)表面?；蛘?，在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo) 電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416僅部分地符合腔內(nèi)表面的一部分。在每個(gè)實(shí)施例中， 導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416靠近并且接近導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412放置，使得間隙417限定在構(gòu)件412和416之間并且使得構(gòu)件412和416不彼此物理 接觸。在另一個(gè)示范實(shí)施例中，通過在構(gòu)件416和腔414的內(nèi)表面之 間放置絕緣材料415，不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416與腔414的內(nèi)表面電隔離。絕 緣材料415可是例如橡膠、尼龍、陶乾或阻止電流的流動(dòng)通過那里的 其他材料等的任何不導(dǎo)電材料。
在另 一個(gè)示范實(shí)施例中，倒轉(zhuǎn)上文說明的無刷滑環(huán)的配置使得軸 具有腔而外殼具有延伸進(jìn)入腔的導(dǎo)體。例如，可旋轉(zhuǎn)軸可在結(jié)構(gòu)上配 置以限定在其中包括腔的環(huán)形外殼。在這個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)電構(gòu)件 聯(lián)接于外部外殼并且延伸進(jìn)入在可旋轉(zhuǎn)軸中形成的腔。第二導(dǎo)電構(gòu)件 置于腔內(nèi)并且隨軸旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)電半固體材料包含在腔內(nèi)并且使第 一和第 二導(dǎo)電構(gòu)件電聯(lián)接。
不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416通過至少一個(gè)電導(dǎo)體424電聯(lián)接于一個(gè)或多個(gè)固 定電源426。另外，不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416可通過至少一個(gè)電導(dǎo)體424電聯(lián) 接于至少一個(gè)固定能量儲(chǔ)存裝置428。如此，電導(dǎo)體424可分別聯(lián)接 于固定電源/能量儲(chǔ)存裝置426和428的輸入、輸出和/或其的任何組 合。電導(dǎo)體424通過在外殼402中形成的孔或通道延伸穿過外殼402。 備選地，不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416和電導(dǎo)體424可在外殼402內(nèi)一體式形成。
在另一個(gè)示范實(shí)施例中，電源426和能量儲(chǔ)存裝置428可結(jié)合為 例如電力管理系統(tǒng)430等的 一 個(gè)裝置。電力管理系統(tǒng)430可配置以提 供例如可逆的電源和電力消耗者等的附加功能。另外，電力管理系統(tǒng) 430還可包含對(duì)于發(fā)電風(fēng)力渦輪機(jī)100的操作使用的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù) 信號(hào)。
分別在導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416和412之間包含半固體材料 418，并且半固體材料418在其之間提供電聯(lián)接。在示范實(shí)施例中， 半固體材料418是已經(jīng)浸漬或填充有金屬材料的潤滑脂。當(dāng)構(gòu)件412 關(guān)于構(gòu)件416旋轉(zhuǎn)時(shí)，材料418使電流能夠從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412流到不旋 轉(zhuǎn)構(gòu)件416。材料418可是幾個(gè)已知復(fù)合物中的一個(gè)，例如但不限于 填充銀的潤滑脂、填充銅的潤滑脂、和/或填充鐵的潤滑脂。盡管半固體材料418說明為潤滑脂，預(yù)期可使用高黏度的浸漬金屬的流體，例 如但不限于銀、銅、合金、和/或填充鐵的雙曲線齒輪油。還預(yù)期半固 體材料418可是使電流能夠通過那里流動(dòng)的導(dǎo)電油或?qū)щ姺勰?dǎo)電 粉末可是但不限于石墨粉末、木炭粉末或由導(dǎo)電微球體組成的粉末。 在實(shí)施例中，導(dǎo)電半固體材料418大致上在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下保持它 的形態(tài)。 一個(gè)示范導(dǎo)電半固體材料是來自賓夕法尼亞州西切斯特的 SPI Supplies的市場可獲得的填充^l艮的潤滑脂。
在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電半固體材料418僅部分地填充腔414使得 材料418具有在腔414內(nèi)熱膨脹的空間。在備選配置中，材料418大 致上填滿腔414使得半固體材料418的體積近似等于腔414的容積。 在另一個(gè)備選配置中，外殼402可是柔性的使得外殼402可以部分地 膨脹以適應(yīng)材料418的熱膨脹。本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員中之一應(yīng)該意
和運(yùn)轉(zhuǎn)條件決定。
在示范實(shí)施例中，多個(gè)無刷滑環(huán)400可合作使用以提供如各種不 同的安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)條件要求的增加的功能。例如，在電力發(fā)電機(jī)應(yīng)用中， 可組合一對(duì)無刷滑環(huán)400;其中第一個(gè)向電力發(fā)電機(jī)的電樞供應(yīng)初始 電壓，并且其中第二個(gè)用于從電樞接收輸出功率。另外的例子為提供 多個(gè)無刷滑環(huán)400以在多相電力系統(tǒng)中使用，例如為在3相電力系統(tǒng) 使用的3個(gè)無刷滑環(huán)。另外，多個(gè)無刷滑環(huán)可用于儀器系統(tǒng)中用于從 移動(dòng)構(gòu)件向不移動(dòng)構(gòu)件傳遞多個(gè)lt據(jù)信號(hào)。
在另 一個(gè)示范實(shí)施例中，導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412和導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件416 可取向于以在其間線性移動(dòng)。在這個(gè)備選實(shí)施例中，預(yù)期旋轉(zhuǎn)構(gòu)件412 可滑動(dòng)地聯(lián)接于導(dǎo)電不移動(dòng)構(gòu)件416。在這樣的實(shí)施例中，導(dǎo)電半固 體材料包含在移動(dòng)和不移動(dòng)構(gòu)件之間形成的腔內(nèi)并且使這些構(gòu)件電 聯(lián)接。
另 一個(gè)示范實(shí)施例纟是供包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電構(gòu)件的無刷滑環(huán)。預(yù)期 聯(lián)接于外殼的第二導(dǎo)電構(gòu)件可隨外殼旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中，外殼和軸都可關(guān)于彼此旋轉(zhuǎn)并且可以不同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)外殼和軸在 相同的方向、相反的方向或其的組合上》走轉(zhuǎn)。
在另 一個(gè)變化形式中，無刷滑環(huán)的示范實(shí)施例安裝在例如吊車、 機(jī)器人組件或使用多個(gè)移動(dòng)部件的其他設(shè)備等的更大動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中。在 這個(gè)實(shí)施例中，外殼和第二導(dǎo)體可關(guān)于可旋轉(zhuǎn)軸和第 一導(dǎo)體是不可旋 轉(zhuǎn)的，然而外殼和軸可隨更大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的部件移動(dòng)、平移或旋轉(zhuǎn)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)中，這里說明的無刷滑環(huán)提供改進(jìn)的和有效的方法用于從 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件向固定構(gòu)件或在備選方案中從第一移動(dòng)構(gòu)件向第二移動(dòng)構(gòu) 件傳導(dǎo)電信號(hào)和/或電功率。無刷滑環(huán)使用包含在外殼腔內(nèi)的導(dǎo)電半固 體材料，其中具有第 一導(dǎo)電構(gòu)件的可旋轉(zhuǎn)軸可關(guān)于置于外殼內(nèi)的第二 導(dǎo)電構(gòu)件旋轉(zhuǎn)并且電流和/或信號(hào)可在兩個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件之間傳遞。
無刷滑環(huán)的示范實(shí)施例和傳遞電流的方法在上文中詳細(xì)說明了 。
體的部件，相反地，這里說明的無刷滑環(huán)可獨(dú)立地并且與這里說明的 其他部件和系統(tǒng)分開地使用或用于這里沒有說明的其他裝置。例如， 其他渦輪機(jī)部件也可以使用這里說明的無刷滑環(huán)，例如測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的 性能參數(shù)的儀器系統(tǒng)。在備選方案中，軸可是固定的并且配置外殼以 繞軸旋轉(zhuǎn)。
域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可以帶有在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi) 的改動(dòng)而實(shí)踐。
權(quán)利要求
1.一種無刷滑環(huán)(400)，包括第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(412)；第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(416)，置于離所述第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件預(yù)定距離；以及導(dǎo)電半固體材料(418)，其使所述第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件電聯(lián)接于所述第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，所述半固體材料配置成以將電流從所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到所述不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
2. 如權(quán)利要求1所述的無刷滑環(huán)(400 )，還包括不導(dǎo)電套管(410 ), 所述第一導(dǎo)電構(gòu)件(412)包圍所述不導(dǎo)電套管(410),所述套管電 隔離至少所述第一導(dǎo)電構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)軸(404)。
3. 如權(quán)利要求1所述的無刷滑環(huán)(400)，還包括 包括外壁的環(huán)形外殼(402)，所述外壁包括至少一個(gè)延伸穿過其的孔(423 )，所述外殼限定其內(nèi)的腔(414)，所述導(dǎo)電半固體材 料(418)和所述第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(416)容納在所述腔內(nèi)；以及 絕緣材料(415)，置于所述第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和所述腔之間， 所述材料電隔離至少所述第二導(dǎo)電構(gòu)件與所述外殼。
4. 如權(quán)利要求3所述的無刷滑環(huán)(400)，其中所述第一導(dǎo)電旋 轉(zhuǎn)構(gòu)件(412)延伸進(jìn)入所述腔(414)。
5. 如權(quán)利要求3所述的無刷滑環(huán)(400)，其中所述外殼(402) 包圍旋轉(zhuǎn)軸(404)。
6. 如權(quán)利要求3所述的無刷滑環(huán)(400),還包括至少一對(duì)聯(lián)接 于所述外殼(402)并且配置成以保持所述導(dǎo)電半固體材料(418)在 所述腔(414)內(nèi)的密封件(420)。
7. 如權(quán)利要求3所述的無刷滑環(huán)(400),其中所述第二導(dǎo)電不 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(416)大致上包圍所述第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(412)。
8. 如權(quán)利要求1所述的無刷滑環(huán)(400),其中所述導(dǎo)電半固體材料(418)包括銀浸漬潤滑脂、碳浸漬潤滑脂、金屬合金浸漬潤滑 脂、導(dǎo)電油和導(dǎo)電粉末中的至少一個(gè)。
9. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)(100),包括 結(jié)構(gòu)底座；以及由所述結(jié)構(gòu)底座支撐并且包括旋轉(zhuǎn)軸(404)和至少一個(gè)從其伸 出的可旋轉(zhuǎn)葉片(108)的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)電力發(fā)電機(jī)(220),所述發(fā)電機(jī) 還包括至少一個(gè)在其中聯(lián)接的無刷滑環(huán)(400)，所述滑環(huán)包括第一 導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(412)、第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(416)和導(dǎo)電半固體材 料(418),所述第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通過所述導(dǎo)電半固體材料聯(lián)接 于所述第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件使得所述第一構(gòu)件離所述第二構(gòu)件預(yù)定距 離，所述半固體材料配置成以將電流從所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到所述非旋 轉(zhuǎn)構(gòu)件。
10. 如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(100),還包括包圍所述 旋轉(zhuǎn)軸(404)的不導(dǎo)電套管(410)，所述套管電隔離所述第一構(gòu)件 與所述旋轉(zhuǎn)軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于風(fēng)力渦輪機(jī)的無刷滑環(huán)以及組裝的方法。提供無刷滑環(huán)(400)。無刷滑環(huán)(400)包括第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(412)，離第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件預(yù)定距離而設(shè)置的第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(416)，以及使第一導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)構(gòu)件電聯(lián)接于第二導(dǎo)電不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的導(dǎo)電半固體材料(418)，配置半固體材料以將電流從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件傳遞到不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
文檔編號(hào)H01R39/08GK101626132SQ20091013998
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者J·J·尼斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司