风力发电机组的电缆连接结构的制作方法

1.本发明涉及风力发电机组技术领域。更具体地说，本发明涉及一种风力发电机组的电缆连接结构。


背景技术：

2.风力发电机组中的重要部件之一偏航系统，其工作之一是，当风速矢量的方向发生变化时，偏航系统则可以快速平衡地对准风向，从而使风轮得到最大的风能。现有技术中，另一工作则是，由于偏航系统的转动，必然会造成机舱与塔筒之间的电缆发生扭转，而偏航系统内则设置有解缆机构，以解除电缆扭转。目前的解缆机构的原理是：
3.1、从机舱上预留较长的电缆，使电缆与截筒内的电缆连接后，具有可以扭转缠绕的余量。
4.2、在电缆束处安装行程开关，当电缆束随着机舱转动到一定程度时，启动开关。比如机舱沿同一个方向转动了预设阈值的角度时，代表电缆扭转过多，启动开关，而该开关控制驱动机构驱动机舱回转，以使电缆转回初始位置，达到解缆目的，避免电缆过分扭转。
5.但是对于用于5mw、6mw及以上大功率机组，在1000v以下电压下的机组主功率所需要的电缆束直径非常大，比如6mw级主电缆束直径达到600mm，要实现上述扭转显然非常困难，也会造成机舱转动耗费过大电能，且容易出现故障。电缆的扭转次数也有限制，通常要求进行抗扭转性能试验一定次数后，不发生断裂、护套表面不产生裂纹，能抗低温(比如-40℃以下)。因此，针对超大功率机组，现有的解缆机构和电缆性能已难于满足需要，而在短时间内研究出超高性能的电缆也是难于实现的。如何解决上述技术问题非常急迫。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
7.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风力发电机组的电缆连接结构，包括：
8.安装筒，其设置于所述风力发电机组的塔筒内，并且与所述风力发电机组的偏航系统的转动轴同轴设置，所述安装筒由一旋转驱动机构驱动转动，所述旋转驱动机构接收所述偏航系统的偏航角度驱动所述安装筒同步转动；
9.偏航电缆固定机构，其包括多个径向固定单元，每个径向固定单元包括沿所述安装筒径向可拆卸固定的绝缘的套筒、活动穿设于所述套筒内的具有导电性能的连接杆、可拆卸固定于所述套筒上的限位罩，其中，偏航系统的电缆末端由多个末端支电缆组成，多个径向固定单元与多个末端支电缆一一对应，所述末端支电缆穿过所述套筒与所述连接杆固定；
10.塔筒电缆固定机构，其包括与多个径向固定单元一一对应的多个环向固定单元，每个环向固定单元包括固定于所述塔筒上且与所述安装筒同轴设置的绝缘的环形轨道、固定于所述环形轨道内的环形的具有导电性能的接触电片，其中，所述接触电片与所述连接
杆接触，所述塔筒的电缆起始端由多个起始支电缆组成，所述起始支电缆穿过所述环形轨道与所述接触电片连接。
11.优选的是，所述旋转驱动机构包括设置于所述安装筒内的安装架、固定于所述安装架上的步进电机、控制所述步进电机的电机控制器、固定于所述步进电机的输出轴上的底座，其中，所述安装筒可拆卸固定于所述底座上。
12.优选的是，所述底座呈上小下大的圆台形，所述底座侧壁上间隔设有多个定位棱和多个具有螺纹的沉孔，所述定位棱沿所述底座的母线方向设置；
13.所述安装筒底部设有与所述底座适配的圆台形的卡座，所述卡座上开设有多个定位沟槽和多个定位孔，其中，所述定位沟槽卡接于所述定位棱上，所述定位孔和所述沉孔通过螺栓连接固定。
14.优选的是，所述套筒内侧壁上沿轴向开设有多个限位沟槽，所述套筒外侧壁上设有螺纹；
15.所述连接杆侧壁上沿轴向设有多个限位棱，所述限位棱滑动设置于所述限位沟槽内；
16.所述限位罩内侧壁上设有螺纹，所述限位罩底部同轴设有固定座，所述固定座上同轴设有压簧，所述压簧末端设有绝缘的抵接头，所述限位罩螺接于所述套筒位于所述安装筒内的一侧，所述抵接头伸入所述套筒内并且抵接于所述连接杆上。
17.优选的是，所述套筒侧壁上开设有第一电缆孔，所述连接杆上开设有长条形的第一电缆连接槽所述末端支电缆穿过所述第一电缆孔并且卡接于所述第一电缆连接槽内。
18.优选的是，所述套筒侧壁上凸设有固定环，所述固定环上设有多个螺纹孔，所述安装筒侧壁上设有对应的螺纹孔，所述固定环和所述安装筒上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。
19.优选的是，所述连接杆的另一端设有呈小于半球面形的具有导电性能的连接头；
20.所述接触电片朝向所述连接杆的表面呈弧面形，所述连接头与所述接触电片之间接触设置有具有导电性能的连接球。
21.优选的是，所述环形轨道上开设有第二电缆孔，所述接触电片上开设有圆柱形的第二电缆连接槽，所述起始支电缆穿所述第二电缆孔卡接于所述第二电缆连接槽内。
22.优选的是，所述安装筒顶部同轴设有环形的限位环，所述限位环上间隔设有多个限位孔，多个末端支电缆分别限位穿过多个限位孔。
23.优选的是，所述末端支电缆和所述起始支电缆均通过多个固定片分别固定于所述安装筒和所述塔筒的侧壁上，所述固定片的中间呈弧面形，两端具有凸耳，所述凸耳上设有圆孔，所述安装筒侧壁上和所述塔筒侧壁上均设有与所述圆孔对应的螺纹孔，所述圆孔和所述安装筒上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定，或所述圆孔和所述塔筒的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。
24.本发明至少包括以下有益效果：电缆连接结构运行时，电缆不会发生扭转，所以可以适应目前超大功率发电时对超大尺寸电缆的需要，不管电缆尺寸多大，都不需要发生扭转，从而显著提升电缆使用寿命，也不会影响偏航系统的对风需要，且能稳定发电。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明的其中一种技术方案的所述电缆连接结构的整体结构示意图；
27.图2为本发明的其中一种技术方案的所述径向固定单元和所述环向固定单元的细节图；
28.图3为本发明的其中一种技术方案的所述安装筒的俯视图；
29.图4为本发明的其中一种技术方案的所述底座的细节图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
32.如图1～4所示，各附图标记释义如下：机舱1、塔筒2、安装筒3、旋转驱动机构4、径向固定单元5、套筒51、连接杆52、限位罩53、末端支电缆7、环向固定单元6、环形轨道61、接触电片62、起始支电缆8、安装架41、步进电机42、底座43、定位棱44、沉孔45、卡座31、固定座55、压簧56、抵接头57、固定环58、连接头59、连接球50、限位环34、限位孔32、固定片33。
33.如图1～4所示，本发明提供一种风力发电机组的电缆连接结构，包括：
34.安装筒3，其设置于所述风力发电机组的塔筒2内，并且与所述风力发电机组的偏航系统的转动轴同轴设置，所述安装筒3由一旋转驱动机构4驱动转动，所述旋转驱动机构4接收所述偏航系统的偏航角度驱动所述安装筒3同步转动；安装筒3优选设计成圆筒形，底部可以通过缩口形式形成圆环形状，联轴器或其它方法与旋转驱动机构4的输出轴固定，旋转驱动机构4优选为电机，并且具有电机控制器，用于与偏航系统交互，以控制电机转动参数，比如转动方向和转动速度，实现安装筒3与偏航系统的同步转动。
35.偏航电缆固定机构，其包括多个径向固定单元5，每个径向固定单元5包括沿所述安装筒3径向可拆卸固定的绝缘的套筒51、活动穿设于所述套筒51内的具有导电性能的连接杆52、可拆卸固定于所述套筒51上的限位罩53，其中，偏航系统的电缆末端由多个末端支电缆7组成，多个径向固定单元5与多个末端支电缆7一一对应，所述末端支电缆7穿过所述套筒51与所述连接杆52固定；套筒51用于安装和保护连接杆52，连接杆52用于连接偏航系统的电缆，限位罩53用于固定连接杆52的位置，使连接杆52另一端与塔筒2的电缆电连接，从而使偏航系统的电缆和塔筒2的电缆实现电连接。当偏航系统带动其电缆转动时，则旋转驱动机构4也同步驱动安装筒3转动，从而使位于安装筒3上的偏航支电缆同步转动，不会发生电缆自身扭转弊端。
36.塔筒电缆固定机构，其包括与多个径向固定单元5一一对应的多个环向固定单元6，每个环向固定单元6包括固定于所述塔筒2上且与所述安装筒3同轴设置的绝缘的环形轨道61、固定于所述环形轨道61内的环形的具有导电性能的接触电片62，其中，所述接触电片62与所述连接杆52接触，所述塔筒2的电缆起始端由多个起始支电缆8组成，所述起始支电
缆8穿过所述环形轨道61与所述接触电片62连接。环形轨道61用于为安装和保护接触电片62，也为连接杆52的旋转运动提供轨道支撑，当安装筒3转动时，带动连接杆52的外端在接触电片62内转动，并保持与接触电片62呈接触状态，而接触电片62与塔筒2的电缆电连接，从而使偏航系统的电缆在不需要发生扭转的情况下，可以稳定将电能传导至塔筒2的电缆。
37.在上述技术方案中，设置电缆连接结构，当偏航系统的机舱1发挥对风功能，而发生转动时，则会带动安装在机舱1上的电缆转动，带动末端支电缆7转动，旋转驱动机构4同步响应驱动安装筒3同步转动，可以使末端支电缆7同步转动，并且避免末端支电缆7与安装筒3发生扭转应力，从而减少电缆损伤，提高电缆使用寿命。安装筒3转动时，带动套筒51、连接杆52同步转动，连接杆52转动时始终与接触电片62稳定接触，从而提升了从偏航系统向塔筒2电能传输的稳定性。在上述运行过程中，电缆不会发生扭转，所以可以适应目前超大功率发电时对超大尺寸电缆的需要，不管电缆尺寸多大，都不需要发生扭转，显著提升电缆使用寿命，又不会影响偏航系统的对风需要。
38.在另一种技术方案中，所述旋转驱动机构4包括设置于所述安装筒3内的安装架41、固定于所述安装架41上的步进电机42、控制所述步进电机42的电机控制器、固定于所述步进电机42的输出轴上的底座43，其中，所述安装筒3可拆卸固定于所述底座43上。
39.在上述技术方案中，电机控制器可以与偏航系统交互信息，获取偏航系统的机舱1的转动角度、方向和速度，从而精准的控制步进电机42以相同的角度、方向和速度转动，实现安装筒3、末端支电缆7、连接杆52的同步转动，避免电缆扭转。
40.在另一种技术方案中，所述底座43呈上小下大的圆台形，所述底座43侧壁上间隔设有多个定位棱44和多个具有螺纹的沉孔45，所述定位棱44沿所述底座43的母线方向设置；
41.所述安装筒3底部设有与所述底座43适配的圆台形的卡座31，所述卡座31上开设有多个定位沟槽和多个定位孔，其中，所述定位沟槽卡接于所述定位棱44上，所述定位孔和所述沉孔45通过螺栓连接固定。
42.在上述技术方案中，由于机舱1的转动轴是呈竖向设置的，因此，设置卡座31与底座43上下卡接，充分利用重力作用提升安装稳定性，上小下大的圆台形结构与定位沟槽、定位棱44、定位孔相结合，进一步利用了重力作用，提升定位精度。
43.在另一种技术方案中，所述套筒51内侧壁上沿轴向开设有多个限位沟槽，所述套筒51外侧壁上设有螺纹；
44.所述连接杆52侧壁上沿轴向设有多个限位棱，所述限位棱滑动设置于所述限位沟槽内；
45.所述限位罩53内侧壁上设有螺纹，所述限位罩53底部同轴设有固定座55，所述固定座55上同轴设有压簧56，所述压簧56末端设有绝缘的抵接头57，所述限位罩53螺接于所述套筒51位于所述安装筒3内的一侧，所述抵接头57伸入所述套筒51内并且抵接于所述连接杆52上。
46.在上述技术方案中，限位沟槽可以防止连接杆52在套筒51内发生转动，提升连接杆52的稳定性。限位罩53内设置固定座55、压簧56和抵接头57可以调节连接杆52与接触电片62之间的相互作用力，从而即不会使连接杆52转动时与接触电片62之间发生过大的摩擦力，提升接触电片62和连接杆52的使用寿命，还可以保证连接杆52与接触电片62之间的接
触稳定定，避免断连。
47.在另一种技术方案中，所述套筒51侧壁上开设有第一电缆孔，所述连接杆52上开设有长条形的第一电缆连接槽所述末端支电缆7穿过所述第一电缆孔并且卡接于所述第一电缆连接槽内。末端支电缆7卡接于第一电缆连接槽内，可以与连接杆52充分连接固定，提升导电稳定性。
48.在另一种技术方案中，所述套筒51侧壁上凸设有固定环58，所述固定环58上设有多个螺纹孔，所述安装筒3侧壁上设有对应的螺纹孔，所述固定环58和所述安装筒3上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。提供一种套筒51的可拆卸安装在安装筒3上的方式，即简单又可靠。
49.在另一种技术方案中，所述连接杆52的另一端设有呈小于半球面形的具有导电性能的连接头59；
50.所述接触电片62朝向所述连接杆52的表面呈弧面形，所述连接头59与所述接触电片62之间接触设置有具有导电性能的连接球50。
51.在上述技术方向中，将连接头59、连接球50、接触电片62均设置成相互接触的球面形，可以显著提升接触面积，减小电阻。并且连接球50可以自由滚动，因此，当连接头59转动时，可以带动连接球50转动，从而使连接球50在接触电片62中滚动，从而取代了连接杆52与接触电片62之间的直接摩擦，显著提升各部件的使用寿命，且依然能够保证各部件之间电连接稳定性。
52.在另一种技术方案中，所述环形轨道61上开设有第二电缆孔，所述接触电片62上开设有圆柱形的第二电缆连接槽，所述起始支电缆8穿所述第二电缆孔卡接于所述第二电缆连接槽内。起始支电缆8卡接于第二电缆连接槽内，可以与接触电片62充分连接固定，提升导电稳定性。
53.在另一种技术方案中，所述安装筒3顶部同轴设有环形的限位环34，所述限位环34上间隔设有多个限位孔32，多个末端支电缆7分别限位穿过多个限位孔32。使末端支电缆7从安装筒3顶部即限位分离，提升末端支电缆7与连接杆52的接触稳定性。
54.在另一种技术方案中，所述末端支电缆7和所述起始支电缆8均通过多个固定片33分别固定于所述安装筒3和所述塔筒2的侧壁上，所述固定片33的中间呈弧面形，两端具有凸耳，所述凸耳上设有圆孔，所述安装筒3侧壁上和所述塔筒2侧壁上均设有与所述圆孔对应的螺纹孔，所述圆孔和所述安装筒3上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定，或所述圆孔和所述塔筒2的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。通过固定片33的设置，可以将末端支电缆7和起始支电缆8沿竖直方向固定，从而减少电缆的晃动，提升导电稳定性，并且固定片33的固定方式简单可靠。
55.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，包括：安装筒，其设置于所述风力发电机组的塔筒内，并且与所述风力发电机组的偏航系统的转动轴同轴设置，所述安装筒由一旋转驱动机构驱动转动，所述旋转驱动机构接收所述偏航系统的偏航角度驱动所述安装筒同步转动；偏航电缆固定机构，其包括多个径向固定单元，每个径向固定单元包括沿所述安装筒径向可拆卸固定的绝缘的套筒、活动穿设于所述套筒内的具有导电性能的连接杆、可拆卸固定于所述套筒上的限位罩，其中，偏航系统的电缆末端由多个末端支电缆组成，多个径向固定单元与多个末端支电缆一一对应，所述末端支电缆穿过所述套筒与所述连接杆固定；塔筒电缆固定机构，其包括与多个径向固定单元一一对应的多个环向固定单元，每个环向固定单元包括固定于所述塔筒上且与所述安装筒同轴设置的绝缘的环形轨道、固定于所述环形轨道内的环形的具有导电性能的接触电片，其中，所述接触电片与所述连接杆接触，所述塔筒的电缆起始端由多个起始支电缆组成，所述起始支电缆穿过所述环形轨道与所述接触电片连接。2.如权利要求1所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述旋转驱动机构包括设置于所述安装筒内的安装架、固定于所述安装架上的步进电机、控制所述步进电机的电机控制器、固定于所述步进电机的输出轴上的底座，其中，所述安装筒可拆卸固定于所述底座上。3.如权利要求2所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述底座呈上小下大的圆台形，所述底座侧壁上间隔设有多个定位棱和多个具有螺纹的沉孔，所述定位棱沿所述底座的母线方向设置；所述安装筒底部设有与所述底座适配的圆台形的卡座，所述卡座上开设有多个定位沟槽和多个定位孔，其中，所述定位沟槽卡接于所述定位棱上，所述定位孔和所述沉孔通过螺栓连接固定。4.如权利要求1所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述套筒内侧壁上沿轴向开设有多个限位沟槽，所述套筒外侧壁上设有螺纹；所述连接杆侧壁上沿轴向设有多个限位棱，所述限位棱滑动设置于所述限位沟槽内；所述限位罩内侧壁上设有螺纹，所述限位罩底部同轴设有固定座，所述固定座上同轴设有压簧，所述压簧末端设有绝缘的抵接头，所述限位罩螺接于所述套筒位于所述安装筒内的一侧，所述抵接头伸入所述套筒内并且抵接于所述连接杆上。5.如权利要求4所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述套筒侧壁上开设有第一电缆孔，所述连接杆上开设有长条形的第一电缆连接槽所述末端支电缆穿过所述第一电缆孔并且卡接于所述第一电缆连接槽内。6.如权利要求4所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述套筒侧壁上凸设有固定环，所述固定环上设有多个螺纹孔，所述安装筒侧壁上设有对应的螺纹孔，所述固定环和所述安装筒上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。7.如权利要求4所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述连接杆的另一端设有呈小于半球面形的具有导电性能的连接头；所述接触电片朝向所述连接杆的表面呈弧面形，所述连接头与所述接触电片之间接触设置有具有导电性能的连接球。
8.如权利要求1所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述环形轨道上开设有第二电缆孔，所述接触电片上开设有圆柱形的第二电缆连接槽，所述起始支电缆穿所述第二电缆孔卡接于所述第二电缆连接槽内。9.如权利要求1所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述安装筒顶部同轴设有环形的限位环，所述限位环上间隔设有多个限位孔，多个末端支电缆分别限位穿过多个限位孔。10.如权利要求1所述的风力发电机组的电缆连接结构，其特征在于，所述末端支电缆和所述起始支电缆均通过多个固定片分别固定于所述安装筒和所述塔筒的侧壁上，所述固定片的中间呈弧面形，两端具有凸耳，所述凸耳上设有圆孔，所述安装筒侧壁上和所述塔筒侧壁上均设有与所述圆孔对应的螺纹孔，所述圆孔和所述安装筒上的螺纹孔通过螺栓和螺母固定，或所述圆孔和所述塔筒的螺纹孔通过螺栓和螺母固定。

技术总结
本发明公开了一种风力发电机组的电缆连接结构，包括：安装筒，设置于塔筒内，旋转驱动机构接收所述偏航系统的偏航角度驱动所述安装筒同步转动；偏航电缆固定机构，其包括多个径向固定单元，包括沿安装筒径向固定的套筒、活动穿设于套筒内的连接杆、可拆卸固定于套筒上的限位罩，其中，电缆末端由多个末端支电缆组成，末端支电缆与所述连接杆固定；塔筒电缆固定机构，其包括多个环向固定单元，包括固定于塔筒上的环形轨道、固定于环形轨道内的环形的接触电片，其中，接触电片与连接杆接触，塔筒的电缆起始端由多个起始支电缆组成，起始支电缆与接触电片连接。本发明具有不影响偏航系统的对风需要，又能避免电缆扭转，且能稳定发电的有益效果。的有益效果。的有益效果。


技术研发人员：王敏 付宁 高山 王福晶 孔焱
受保护的技术使用者：华能济南黄台发电有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/5