一种水轮发电机及其碳刷

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体而言，尤其涉及一种水轮发电机及其碳刷。

背景技术

水轮发电机的集电环碳刷系统主要包括集电环和碳刷，其功能是将电流提供给旋转的发电机集电环绕组励磁电流，产生旋转电磁场。在机组运行过程中，如果集电环与碳刷之间接触不好，则会造成电流分布不均，引起碳刷温度升高，甚至出现打火现象，烧蚀集电环表面。

所以，在相关技术方案当中公开了一些在碳刷本体上设置温度传感器，用以建立对碳刷本体温度监控的技术方案。但是在这些技术方案当中，温度传感器直接显露于碳刷本体的外轮廓之上，受到碳刷本体和集电环之间摩擦、振动的影响，温度传感器容易于碳刷本体上脱离，造成检测失真。

发明内容

综上所述，本申请所要解决的技术问题是：提供一种新的水轮发电机及其碳刷，其能够保障温度传感器于碳刷本体上的安装稳定性。

而本申请为解决上述技术问题所采用的方案为：

第一方面，本申请提供了一种碳刷，包括：

碳刷本体，所述碳刷本体内形成有容置空间；

温度传感器，所述温度传感器收容于所述容置空间内；以及

限位结构，所述限位结构连接在所述碳刷本体上并且将所述温度传感器限位于所述容置空间内。

可选地，在本申请部分实施例中，所述碳刷本体具有相背设置的摩擦端面和非摩擦端面，所述碳刷本体具有设于所述摩擦端面和所述非摩擦端面之间的连接侧壁，所述连接侧壁上形成有环绕所述连接侧壁的环形槽，所述环形槽的内壁凹陷以形成所述容置空间，所述限位结构包括呈环状的封堵环，所述封堵环套在所述碳刷本体上并嵌入在所述环形槽内。

可选地，在本申请部分实施例中，所述限位结构包括至少两个依次首尾连接以形成所述封堵环的连接条。

可选地，在本申请部分实施例中，所述容置空间形成于所述环形槽的底壁上，多个所述连接条中至少包括彼此相连的第一连接条和第二连接条，所述限位结构还包括连接件，所述连接件穿过所述第一连接条、所述第二连接条，所述第一连接条和所述第二连接条通过所述连接件彼此相连，所述连接件的第一端部穿过所述第一连接条和所述第二连接条并与所述温度传感器相抵接，所述连接件能够沿自身轴向移动，以调整并锁定所述第一端部相对所述第一连接条和所述第二连接条的位置。

可选地，在本申请部分实施例中，所述连接件上设置有外螺纹，所述连接件与所述第一连接条、所述第二连接条螺纹连接。

可选地，在本申请部分实施例中，所述碳刷本体具有相背设置的摩擦端面和非摩擦端面，所述容置空间凹陷地形成于所述非摩擦端面，所述限位结构包括设置于所述非摩擦端面外侧的弹性部，所述弹性部抵接在所述温度传感器上，以使所述温度传感器与所述容置空间的内壁相抵接。

可选地，在本申请部分实施例中，所述碳刷本体限定出所述容置空间的部位上形成有第一滑动结构，所述温度传感器的外轮廓上形成有与所述第一滑动结构滑动配合的第二滑动结构。

可选地，在本申请部分实施例中，所述温度传感器包括无源温度检测模块和无线信号传输模块，所述无源温度检测模块与所述无线信号传输模块电性连接。

可选地，在本申请部分实施例中，所述无线信号传输模块包括天线部，所述天线部至少部分延伸至所述碳刷本体外轮廓以外。

第二方面，本申请提供了一种水轮发电机，包括彼此相连的集电环和碳刷，所述碳刷为如第一方面所述碳刷。

由于采用了上述技术方案，本申请至少包括有益效果：

本申请所提供的水轮发电机及其碳刷，主要对温度传感器于碳刷本体上的布置方式进行了改进，其中，碳刷本体上形成有用于容置温度传感器的容置空间，并且碳刷本体上结合有限位结构，以使得温度传感器能够牢牢地被安装在容置空间以内，避免碳刷本体的摩擦工况对温度传感器的正常运行造成影响，同时也保障了温度传感器于碳刷本体上的安装稳定性，尤其适用于智能碳刷的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅为本申请的部分实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本发明所提供实施例1中集电环、碳刷以及刷盒的位置示意图；

图2为本发明所提供实施例1中碳刷的结构示意图；

图3为本发明所提供实施例1中环形槽的结构示意图；

图4为图2中A-A处的剖面示意图；

图5为本发明所提供实施例2中碳刷的侧视示意图；

图6为本发明所提供实施例2中碳刷的俯视示意图；

图7为本发明所提供另一实施例中碳刷的俯视示意图；

附图标记说明：

1-集电环；2-碳刷，21-碳刷本体，21a-摩擦端面，21b-非摩擦端面，21c-环形槽，22-容置空间，23-温度传感器，23a-天线部，24-封堵环，25a-第一连接条，25b-第二连接条，26-连接件，27-弹性部，28-刷辫，29a-第一滑动结构，29b-第二滑动结构，3-刷盒。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，需要理解的是，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”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有独特的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，语“第一”、“第二”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”的特征可以明或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其他实例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。

实施例1

请参见图1，本实施例的主体是一种水轮发电机，包括集电系统，集电系统具体包括集电环1、碳刷2和刷盒3，碳刷2能够滑动地装配在刷盒3内，并且其一端与集电环1彼此接触。

请进一步参见图2、图3和图4，在本实施例中，上述碳刷2包括：

碳刷本体21，碳刷本体21内形成有容置空间22；

温度传感器23，温度传感器23收容于容置空间22内；以及

限位结构，限位结构连接在碳刷本体21上并且将温度传感器23限位于容置空间22。

其中，上述碳刷本体21即指碳刷2中用于和集电环1进行接触并且形成导电连接的部位，而温度传感器23则用于检测碳刷本体21的温度并反馈给控制单元，以建立对碳刷本体21的温度监控，限位结构则主要连接在碳刷本体21之上，用于对温度传感器23进行限位，使得温度传感器23能够稳定地处于容置空间22。

本实施例所提供的碳刷2，主要对温度传感器23于碳刷本体21上的布置方式进行了改进，其中，碳刷本体21上形成有用于容置温度传感器23的容置空间22，温度传感器23直接收容、配置于容置空间22以内，使其不再显露于碳刷本体21的外轮廓，进而降低了碳刷本体21的高温摩擦工况对温度传感器23的正常运行所造成的影响。同时，碳刷本体21上结合有限位结构，以使得温度传感器23能够牢牢地被安装在容置空间22以内，保障了温度传感器23于碳刷本体21上的安装稳定性，尤其适用于智能碳刷的应用。

这里需要说明的是，本申请对容置空间22的位置并不做额外限定。请结合图1和图3，在本实施例中，上述容置空间22处于碳刷本体21背离于集电环1的一端处附近。在不影响发明目的的前提下，实施人员可以对容置空间22的位置进行改进，本申请对此不做特别限定。理想的布置方式是：容置空间22于碳刷本体21上的位置使得整个碳刷本体21在极限磨损(更换前)状态下，限位结构并不进入至刷盒3的刷握内。

还需要说明的是，本申请对温度传感器23的形式不做特别限定，实施人员可以依据需求而选择上述温度传感器23的具体结构、具体形式。例如，在另一实施例中，上述温度传感器23具体为有源温度传感器23，并且有源温度传感器23通过延伸至碳刷本体21处的外接走线而与控制单元电性连接。但对于如上技术方案而言，通过接入外接走线向温度传感器23提供电源、实现信号传递，则需考虑电源、布线等派生问题，并且其结构较为复杂，碳刷2复杂的工况环境会对电源、布线提出更高的要求。

对应于此，在本实施例中，温度传感器23包括无源温度检测模块和无线信号传输模块，无源温度检测模块与无线信号传输模块电性连接。也就是说，本实施例所采用的温度传感器23主要是作为一种无源温度传感器，从而省略了掉外接走线的部署，避免了外接走线以及电源对碳刷2的正常运行造成影响。更为具体的，在本实施例中，上述无线信号传输模块为RFID射频模块，射频模块用于接收无源温度检测模块所检测到的温度信号以射频信号的方式传输至控制单元。实施人员也可以选择其他类型的无线信号传输模块，本申请对此不做特别限定。可以理解的是，现有技术当中已经公开了一些关于无源无线温度传感器的技术内容，本实施例主要对温度传感器23与碳刷本体21之间的连接、布置方式进行改进，并不涉及温度传感器23结构、原理改进，所以不再对无源无线温度传感器的原理以及结构做进一步介绍。

关于限位结构，其主要用于结合容置空间22处，以对温度传感器23进行限位。其中，由于碳刷本体21主要采用碳质材料制成，碳刷本体21上较难直接成型与限位结构相适配的连接结构，这对限位结构与碳刷本体21之间的连接提出了更高要求。

对应于此，请结合图2、图3和图4。在本实施例中，碳刷本体21具有相背设置的摩擦端面21a和非摩擦端面21b，碳刷本体21具有设于摩擦端面21a和非摩擦端面21b之间的连接侧壁，连接侧壁上形成有环绕连接侧壁的环形槽21c，环形槽21c的内壁凹陷以形成容置空间22，限位结构包括呈环状的封堵环24，封堵环24套在碳刷本体21上并嵌入在环形槽21c内。

其中，上述摩擦端面21a即指碳刷本体21作为块状部件，其用于和集电环1进行接触的一端端面，对应的，非摩擦端面21b即指碳刷本体21背向于摩擦端面21a的一面，而连接侧壁即指其两端分别连接至摩擦端面21a和非摩擦端面21b的侧壁。

本实施例主要在碳刷本体21上开设了加工要求较低的环形槽21c，并在环形槽21c内加工形成容置空间22，限位结构包括被配置成环状的封堵环24，封堵环24直接套接在碳刷本体21上并嵌入在环形槽21c以内，从而实现碳刷本体21和限位结构之间的连接。相较于其他安装方式，环形槽21c的成型要求较低，能够有效避免容置空间22对碳刷本体21自身的结构强度造成较大影响，降低碳刷本体21在运行过程中出现破损的风险。

另外，对于上述呈环状的封堵环24而言，其可以为一个整体，但是在限位结构采用整体结构时，限位结构比较难嵌入在环形槽21c以内，会造成安装人员安装上的不便，这一问题在限位结构采用陶瓷等硬质材料并且系统中碳刷2数目众多时尤为明显。

对应于此，请进一步结合图4，在本实施例中，还包括至少两个依次首尾连接以形成封堵环24的连接条，也就是说，封堵环24主要由多个连接条依次相连所构成，通过对限位结构进行结构上的拆分能够大幅度降低封堵环24嵌入在环形槽21c内的难度，方便实施人员进行维修以及更替。

另外，实施人员可以在连接条的首尾两端处分别设置相互连接适配的第一连接结构和第二连接结构，以方便各连接条连接成环状。实施人员可以依据实际情况，而在不影响发明目的的前提下，对第一连接结构和第二连接结构的具体形式进行选择，例如，在另一实施例中，上述第一连接结构为卡齿，而第二连接结构为与上述卡齿呈互补形状并且相互卡接适配的卡口。

同时，对于如上容置空间22而言，其可以被配置成与温度传感器23呈互补形状，以保障温度传感器23能够与容置空间22的内壁，即碳刷本体21保持紧密接触。但是，由于加工的限制，温度传感器23在体积上一般略小于容置空间22，这会导致温度传感器23能够在容置空间22内晃动，形成检测失真，这一问题在温度传感器23为接触式温度传感器23时尤为明显。

所以，为进一步保障温度传感器23于碳刷本体21上的稳定性并提升温度传感器23的检测精度，在本实施例中，容置空间22形成于环形槽21c的底壁上，多个连接条中至少包括彼此相连的第一连接条25a和第二连接条25b，限位结构还包括连接件26，连接件26穿过第一连接条25a、第二连接条25b，第一连接条25a和第二连接条25b通过连接件26彼此相连，连接件26的第一端部穿过第一连接条25a和第二连接条25b并与温度传感器23相抵接，连接件26能够沿自身轴向调整并锁定第一端部相对第一连接条25a和第二连接条25b的位置。

其中，连接件26能够通过调整其第一端部的位置，而使得温度传感器23始终受到连接件26的抵压作用，让温度传感器23与容置空间22的内壁相互接触，避免温度传感器23从容置空间22内滑出。同时，正如前文当中所描述的，通过连接件26使得温度传感器23和容置空间22的内壁相互紧密接触，能够保障温度传感器23的检测精度，降低出现检测失真的风险。更为具体的，在本实施例中，上述温度传感器23的外轮廓上设置有粘接层，在安装时，首先将温度传感器23设置有粘接层的部位和容置空间22的内壁进行接触，以进一步使得温度传感器23和碳刷本体21之间能够建立稳定的连接关系。

在本实施例中，上述连接件26具体为螺钉，螺钉上的外螺纹分别与第一连接条25a、第二连接条25b螺纹连接，螺钉通过其相对第一连接条25a、第二连接条25b旋拧的动作，即可调整其自身伸出于第一连接条25a、第二连接条25b之外的第一端部相对第一连接条25a和第二连接条25b的位置关系。当然，实施人员也可以通过设置其他带有外螺纹的连接件26来替代上述螺钉，本申请对此不做特别限定。此外，在期望第一连接条25a和第二连接条25b进行连接时，上述连接件26还可以是铆钉等结构。

在本实施例中，上述封堵环24采用绝缘材料制成，其中，由于碳刷本体21在运行过程当中会产生高温，所以上述封堵环24优选采用陶瓷材料制成。另外，实施人员还可以在温度传感器23的外表或者容置空间22的内壁上设置绝缘封装层，以避免碳刷本体21内所流过的电流对温度传感器23的运行造成影响。

实施例2

本实施例的主体与实施例1一致，均是一种水轮发电机，水轮发电机包括集电系统，集电系统具体包括集电环1、碳刷2和刷盒3，碳刷2与集电环1彼此相连接。请结合图5和图6，本实施例与实施例1的主要区别在于：所适用的限位结构有所不同。

其中，在传统的集电系统当中，碳刷本体21的非摩擦端面21b外侧会设置弹性部27，弹性部27用于向碳刷本体21施加以弹性力，使得碳刷本体21朝集电环1移动，并保障碳刷本体21的摩擦端面21a和集电环1之间形成紧密接触。

所以，在本实施例中，容置空间22显露于非摩擦端面21b，限位结构包括设置于非摩擦端面21b外侧的弹性部27，弹性部27抵接在温度传感器23上。也就是说，在本实施例中，主要对传统方式当中的弹性部27进行复用了，弹性部27向温度传感器23施加弹性力，使得温度传感器23和容置空间22的内壁进行紧密接触，避免温度传感器23从容置空间22当中滑出并使得温度传感器23和碳刷本体21之间能够保持紧密接触，提升温度传感器23的检测精度。同时，碳刷本体21通过与温度传感器23的接触而被施加以弹性力，从而使得碳刷本体21自身能够与集电环1保持紧密接触。

这里需要说明的是，碳刷本体21上一般设置有刷辫28，其主要用于和碳刷本体21之间建立电性连接，刷辫28的伸出端一般是于碳刷本体21的非摩擦端面21b延伸而出。所以，在容置空间22显露于非摩擦端面21b时，实施人员需要调整上述容置空间22的位置，以避让于刷辫28，从而避免上述温度传感器23受到刷辫28的干涉。

关于上述弹性部27，实施人员可以依据实际情况而对应选择上述弹性部27的具体形式，本申请对此不做特别限定。更为具体的，在本实施例中，上述弹性部27具体为卷簧，卷簧的一端抵接在温度传感器23上。而在另一实施例中，上述弹性部27具体为压缩弹簧，压缩弹簧的一端抵接在温度传感器23上。

此外，为了方便碳刷本体21和温度传感器23之间建立连接，在本实施例中，碳刷本体21限定出容置空间22的部位上形成有第一滑动结构29a，温度传感器23的外轮廓上形成有与第一滑动结构29a滑动配合的第二滑动结构29b。上述第一滑动结构29a和第二滑动结构29b可以是任何相互滑动配合的滑动结构。例如，图6中所展示的，在本实施例中，第一滑动结构29a为燕尾块，第二滑动结构29b为燕尾槽。又例如，图7中所展示的，在另一实施例中，第一滑动结构29a为T型块，第二滑动结构29b为T型槽。实施人员可以依据自身需求而具体选用，本申请对此不做特别限定。

值得一提的是，在本实施例中，温度传感器23所包含的射频模块包括天线部23a，实施人员可以如本实施例所展示的将上述天线部23a设置成延伸至碳刷本体21外轮廓以外，以避免碳刷本体21对射频模块的信号传输造成影响。理想的是：天线部23a被设置成延伸刷盒3以外。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明数字允许有±％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。