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发明项目名称：
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电机的无刷无磨损集电装置 |
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联系人：
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谢虎 |
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地址：
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杭州玉泉浙大路38 号浙江大学电力电子应用技术国家工程研究中心 |
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联系电话：
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88052692 |
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Email：
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[email protected] |
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发明项目简介：
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当前电机集电装置技术概况： 集电装置是交流电动机、发电机上的心脏部分，其动态反映直接影响电机运转正常与否。目前的集电装置采用石墨炭刷加弹簧压力机构与金属滑环以滑动接触磨擦的方式集电，广泛用于小至几十瓦的机车发电机到大至几十万千瓦的汽、水轮发电机；以及柴油发电机；同步电动机及冶金、起重等起动频繁的大、中型绕线转子异步电动机等；至今已有近百年的历史，而基本上没有多大改变。虽然对电刷产品有系列化开发，如纯石墨质、电化石墨质、金属石墨质及分层组合电刷等多品种多型号的分类，以适应不同电机的需要。但由于现有装置采用固体滑动硬摩擦中传导电流，必然引起滑动摩擦部分的电蚀、机械磨损，造成电机经常停机换电刷、修滑环；磨损严重需更换整个装置的问题；不但大大增加了电机使用中的维护工作量，而且以至造成电机用户整条生产动力线或电力线停顿的经济损失，同时一直有碍电机及整条工作线运行中的可靠性、安全性；该技术性难题一直以来成为世界各国的电机生产行业以及电机用户期待解决的问题。 本技术简介与优点： 本技术装置以全新概念创意设计，采用导电液结合箱体机构的全新结构方式替代传统的电碳材料和弹簧压力机构，其主要原理特征是将特设的金属集电环完全处于箱体中的导电液内，当电机运转，集电环与固定箱体中导电柱通过包含的导电液内旋转实现集电，集电的关键（静、动态）接触特性优良，集电环有效接触导电面积达100%，相对传导电流效率高密度大；创造以优良的柔性接触实现电机在运转中保持无磨损、无火花、无飞尘集电效果；结合独创设计的无泄漏结构，真正实现安全、可靠。本发明与现有的电刷集电装置相比有以下优点： （一）提高电机质量：使用本装置来取代电刷集电装置实现了电机无刷化，而且技术上实现无火花、无飞尘、安全防爆性功能，使整个电机产品等级一大迈进。在实用中为用户使用中免除了电机因电刷引起的磨损造成的大量维护工作和材料的消耗及人员修理、停机损失费用。同时把电机的连续运行期提高到新水平，根本上解决了电机的火花、飞尘等有害因素，提高了电机运行的动态稳定性能，连续工作及寿命与电机同在；加强了电机及整个生产、动力线的安全、可靠性。 （二）提升电机品位：由于目前电机上的碳刷集电装置采用滑动圆周磨擦方式，对其圆周速度和电流密度受到技术的极限；对空气中含有可燃气体、酸性气体、油污及含有硬质粉尘的环境限制；对在高原、高空缺少氧气和水分子的地方，都有碍于碳刷与滑环之间接触膜薄的形成，使磨擦系数剧增，造成电刷严重磨损、甚至粉化等环境因素及条件的限制。由于本技术装置集电在箱体内密封式集电，因此本装置不受地方、环境的空气介质影响，适应在各种不同地方及周围介质复杂的化工厂、矿井等特殊环境工作电机应用；而且集电的电流密度大、体积小，可承受十万/分转速；对开发高转速、大容量电机产品提供了可靠的技术保证。 （三）经济效益高：本装置以金属集电环直接接触导电液集电，没有接触膜薄的电阻压降消耗，导电液的电阻低于石墨碳刷，大大降低了电耗、热耗、摩擦消耗；节能率在50%以上。本装置免除了电机经常停机换电刷等大量的维护工作量，节省了时间和材料消耗费用，保证了电机长期连续工作的可靠性，直接提高经济效益。由于提高了电机可靠、稳定性能，解决了经常停机换电刷等大量的维护问题，对电机用户长远经济效益更大。本技术装置以全新的概念和独特结构设计开创了电机集电的新技术，各项技术指标在国内外同类产品中处于领先地位，多项技术难题有突破性进展。本技术装置可为广大电机用户更新技术取代电刷集电装置，它以极少的资金为企业用户实现更新换代。如动力电机停机维护将导致生产线的停顿损失之大难以估量；如1万千瓦发电机停机每天损失24万度电。大、中电机一般用低于半天停机损失费可实现本技术改造。 技术可行性分析： 集电装置是实现电机转子在旋转动态中与定子间进行电流输送的装置，动态接触特性是保证电流输送的关键。传统的装置以滑动压力硬摩擦的方式，碳刷随滑环圆周滑动摩擦中进行导电，在它们接触面之间需形成由氧化铜、石墨屑、水组成的膜薄形成是关系到装置正常工作的重要条件；因此在高原、缺氧、空气干燥环境及地区将会产生电机的异常情况。同时由于碳刷中含有少量的碳化铁、碳化硅即金刚沙灰粉以提高电刷的耐磨性能，但也会使集电环表面拉成沟槽，一旦形成沟槽对电机的危害极大。 碳刷是非金属导电材料，电阻系数大，是铜的400倍，电阻产生的能耗高；持续的滑动摩擦导电产生的接触电阻、机械摩擦热耗加上电刷的电阻能耗转化为高热易使弹簧失压及导线老化的接触性故障；而且由于滑环随电机旋转产生的离心力能使接触面的气膜将碳刷浮起，引起接触不良、火花，严重影响电机正常运行；对电机正、反运转换向时的冲击力极易引起碳刷碎裂的故障。 要维持电机的正常运行必须保证集电环的圆度、同心度、表面光洁度及滑环与电刷磨合面的接触精度，克服电机运行中火花、电蚀、磨损的损害，必须经常及时地进行更换电刷、修正集电环的维护工作量大。这些问题长期以来切实存在，以传统的模式解决不了根本问题，有碍电机运行转的安全性、可靠性。一直以来成为电机生产行业以及电机用户期待解决的世界性难题。 本技术装置以导电液与集电环直接接触的方式，将旋转的集电环在固定的箱体中的导电液中旋转实现动态与静态的电流切换，实践证明长期运转无磨损、无火花，无粉尘；转速可达十万/分，集电环与导电液接触面积100%，集电的电流强度相对可提高10倍以上。动态接触性能优良，有利于电机运转的动态稳定。本装置结构简单，无需弹簧压力控制机构，没有中间接触膜薄条件影响，因此不受环境及地区影响与限制；采用导电液体，接触电阻为0.00443Ω（24度常温下用QJ44双臂电桥检测），其电阻系数大大低于石墨质电刷，降低了装置的能耗、热耗，不但节能，而且安全。在箱体中配置适量的绝缘油浮在导电液的上层，可防止导电液的蒸发，又能起到冷却的作用。本发明不但解决导电液永不泄漏（关键技术），而且有良好的冷却和切实的防止蒸发功能。《无刷无磨损无泄漏液体集电装置》的技术装置曾两次（项）获得中国知识产权局的审查、批准并授权。样品通过浙江省机械工业电动机产品质量监督检测站的试验报告。 本技术从上世纪末诞生至今不断开发、完善，已成功开发出体积更小同时具有导电液无泄漏、无蒸发的技术装置；装置中关于动态密封与磨损引起的液体泄漏问题是整个技术成功的关键，密封有滑动摩擦就有磨损与泄漏，要完全解决几乎是不可能的现实，为此有关的大企业的研究室、专业研究院、大学院校的专业实验室都曾经有类似实践而努力过，由于长期动态密封与泄漏的技术问题，结果都以而无功而返。本装置以新创的设计结构，无须动态密封机构技术装置；因此装置体积更小，结构简单更可靠；其不但解决了动态接触中的液体蒸发和泄漏问题，而且在不增加装置的投资成本下，保证本装置动态中导电液体永不泄漏。基于多年研究开发基础上，技术日趋完善；已有全封闭型、有全封闭导电液循环冷却型、有全封闭电液覆盖层液体循环冷却型、以及满足超大电流的全封闭双循环冷却型。 生产条件及成本： 生产材料：常规电工绝缘材料、常规电工导电材料、导电液体、绝缘液体 。 少量开发生产设备：常规小型车床及钳工（装配）用具。 规模性批量生产设备：热、注塑机、模具、常规小型车床及钳工（装配）用具。 材料、生产成本：与国内碳刷集电装置材料、生产成本持平，低于进口碳刷材料。对比碳刷集电装置更换10次也不及本新技术装置的寿命，其寿命与电机同在；而且免停机维护、无火花、无磨损大大提高电机的工作效率及安全、可靠性；高性能与价格的正比关系，保证了本创新产品生产、销售的利润。本产品价是电机4至8小时的停机损失费，作为用户可以承受。 |
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投入与产出分析：
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在国内目前我国已实现全国电气化。市场类型： 1.电机新品开发针对电机生产厂家的新品开发及电机产品升级。如YR系列绕线转子无刷、高速电机、防爆型电机等；各类无刷交流发电机、防爆安全型同步电动机；大容量旋转电枢交流电机开发应用等。 2.技术改造针对电机用户市场：所有的大中型同步电动机及冶金、起重等起动频繁的大、中型绕线转子异步电动机等有刷集电的电机已有80年以上的使用历史，它在各工矿企业用户占有很大的数量；如发电厂的汽轮发电机、各大小水电站的水轮发电机、柴油发电机；对各厂矿企业中动力电机，特别是钢铁厂、扎钢厂及矿山、码头、冶金、水泥、造纸、中央空调的动力等企业中动力线使用的同步电动机、绕线转子异步调速电动机及机电设备更换集电装置实现技术更新、改造具有广阔的市场前景。由于碳刷集电装置是易磨损件，其结构设计中很适合更换的要求，对现有电机用户改造实施更方便；企业实施技术改造可立入国家生产企业的技术改造专门的款项支持。 无刷电机具有结构简单、安全、可靠的特点，是当前电机业发展的方向。目前我国有大中型电机生产厂家30家左右，小型企业在300家以上，都曾经是我国国民经济发展和国防建设的重要支柱，愿为电机生产企业申报立项新产品开发、生产的提供技术支持；在改革开发的市场经济体制下我国进入WTO，技术与产品的竞争将越趋激烈，实施本技术与电机品种的系列性新产品开发应用与用户传统设备的技术改造，以领先的技术主导结合国内与国外广阔的市场、用户，具有为我国机电产品立足国内走向世界的集团化跨国发展的前景。 本项目技术上超过欧、美、日等发达国家，领先世界先进水平；作为交流电机、发电机上专业技术的革命，用户普及大、中型国营企业及中小企业的生产设备更新及改造，要成功的实施走向市场的发展，需要有各方面的实力及面向全国迈向世界发展的雄才大略；科学技术是第一生产力的概念已渐成为共识，现代企业的竞争实质就是技术与人才的竞争；本发明在与传统技术竞争中产生，以其优异的技术指标、安全可靠的性能、低廉的成本面向用户，向需要发展的企业、志士提供该技术项目的市场竞争发展机会；愿技术转让或与各界有识志士、实力界精英合作来领导该项技术走向用户、企业经济效益及生产力的提高而共同发展。 技术转让方式不限。转让可提供：项目可行性报告、项目说明书、图纸、产品样机、浙江省机械工业电动机产品质量监督检测站的试验报告。 |
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备注：
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申请号：
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93201459 |
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申请日：
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1993。1。5 |
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公告日：
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0 |
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授权日：
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1994。1。9 |