CN102598487A - 用于旋转电机的集电环装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的集电环装置(30)，所述集电环装置(30)包括多个相对于机器轴线同心地并且在轴向方向上前后相继地布置的集电环(18)。通过以下方式实现简化的、节省重量并且适于特别有效地冷却的结构，即，所述集电环装置(30)自支承地构成。

Description

用于旋转电机的集电环装置

技术领域

本发明涉及旋转电机领域。其涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于旋转电机的集电环装置以及一种用于冷却这种集电环装置的方法。

背景技术

在具有集电环的旋转电机、例如集电环转子形式的三相异步电机的情况下，通过随着轴旋转的集电环借助于相应的刷来传递电流。在图1中以局部图示出这种旋转电机的实例。这里所示的旋转电机10具有机器轴线17，该电机包括可围绕所述机器轴线17旋转的转子，所述转子具有中心体11，所述中心体在端部上过渡为轴16。一转子板体12配合在所述中心体11上，在所述转子板体中安置有转子绕组13，所述转子绕组在端部上具有转子绕组头13′。所述转子11、12、13被一定子板体15同心地包围，在所述定子板体中安置一具有相应定子绕组头15′的定子绕组。在所述轴16的外侧上布置多个(四个)集电环14，所述集电环用于在转子与外界之间进行电流传递。显而易见的是，在图1所示的机器中，损耗功率必须通过专门的图中未示出的冷却装置输出。

在这种机器的载荷高时，必须在冷却方面单独地考虑集电环的区域。由于(图1中未示出的)刷以及集电环14的电载荷以及机械(摩擦)载荷高，因此在该区域中导致放热增高。因为刷在偏离最佳的工作温度的情况下能够以高磨损作出反应或从一极限温度起完全损坏，因此设置所述构件的相应冷却。

根据图2，集电环区域的传统结构设置一贯通的轴16，集电环14装配在所述轴上。在该结构的情况下，集电环14的冷却只能非常有限制地实现。所述集电环14必须从外部被冷却空气(或其他冷却介质)迎流。但是由于集电环14的旋转，难于实现这一点。由于所述轴16是封闭的，因此从内部进行冷却(在此空气从轴16的内部径向朝外流出)也是不可能的。另一方面，所述轴16设有相应多的开口，因此在机械强度方面也是有问题的。

由印刷资料EP-A1-0052385公开了一种用于电机的集电环装置，其中，集电环设有轴向的冷却气体孔，所述冷却气体孔被集电环表面中的沟纹或槽切开。冷却气体在吸收热的情况下径向地从外部通过所述沟纹或槽进入到所述冷却气体孔中并且通过所述冷却气体孔借助于抽吸风扇排出。但是这种冷却方案在结构方面是非常复杂的。

在DE-A1-3232102中，为了改善集电环区域中的冷却提出，将每个集电环分为多个单集电环，它们被收缩到向着集电环轴绝缘的中间收缩环上。在所述中间收缩环上，在集电环前面和后面设置冷却空气风扇。该解决方案也要求复杂的结构和高要求的冷却空气引导装置。

发明内容

本发明的任务在于提供一种集电环装置，其在冷却方面避免公知的集电环装置的缺点并且其特征特别是在于简单的结构和非常简单且高效的冷却。本发明的任务还在于提供一种用于冷却这种装置的方法。

所述任务通过权利要求1和11的全体特征解决。对于本发明的解决方案重要的是，所述集电环装置自支承地构成。通过集电环装置的自支承的结构能够放弃该区域中的承载轴。由此一方面使得集电环在所有的侧上可被良好地接近以与冷却介质接触，另一方面，集电环装置的结构可灵活地并且非常节省重量地实现，这在机器轴的支承方面带来显著的优点。

本发明的集电环装置的一个构型的特征是，所述集电环在形成布置在所述集电环之间的、用于冷却介质特别是冷却空气的通流开口的情况下彼此连接并且通过布置在所述集电环之间的间隔机构保持距离。

特别是所述间隔机构可包括间隔环，所述间隔环具有在圆周上分布的附加的间隔元件。

在此，如果所述附加的间隔元件向着相应间隔环的两侧在轴向方向上突出并且所述附加的间隔元件成形在相应的间隔环上，则得到所述冷却介质的特别有利的引导。

但是根据本发明的另一构型也可考虑的是，所述间隔机构具有在圆周上分布地布置的间隔元件。

优选在此所述集电环装置通过多个在圆周上分布地布置的、轴向的牵引栓保持在一起，其中，所述牵引栓被引导穿过所述集电环和所述间隔元件。

如果所述集电环和布置在所述集电环之间的间隔元件借助于所述牵引栓压紧在两个用作压紧法兰的端环之间，则所述集电环装置特别稳定。

本发明的另一构型的特征是，所述集电环分别被分为多个单独的、同心的并且在轴向方向上前后相继布置的部分环，所述部分环在形成布置在所述部分环之间的、用于冷却介质特别是冷却空气的通流开口的情况下彼此连接并且通过布置在所述部分环之间的间隔机构保持距离。由此可高效地冷却所述集电环。

优选用于所述部分环的间隔机构包括在圆周上分布地布置的间隔元件。

本发明的另一构型的特征是，所述集电环装置包围一内空间；在所述内空间中，导电体被从所述集电环引导至所述集电环装置的机器侧的端部。由此也可以将所述高效的冷却扩展到导电体。

本发明的用于冷却根据本发明所述的集电环装置的方法的特征是，将冷却介质特别是冷却空气在轴向方向上引入到所述集电环装置内部并且又在集电环或部分环之间径向朝外排出。

附图说明

由下面借助于实施例结合附图详细阐述本发明。附图中：

图1是示例性旋转电机的局部图，其具有传统结构方式的集电环装置；

图2以虚线图和平面图示出传统结构方式的集电环装置的剖视图；

图3以可与图2比较的视图示出按照本发明第一实施例的集电环装置；

图4是图3中的集电环装置的细节图；

图5以透视性侧视图示出根据本发明第二实施例的集电环装置；

图6是图5中的集电环装置的剖视图。

具体实施方式

在图3和图4中以可与图2比较的视图示出按照本发明第一实施例的集电环装置。在该集电环装置20的新型结构中，完全放弃作为集电环18的承载件的轴。集电环18同心地上下叠置——也就是说在轴向方向上前后相继地布置并且借助于位于它们之间的间隔环21在空间上彼此隔开。由此，所述集电环18和所述间隔环21形成自支承的集电环装置。在所述间隔环21上成形有在圆周上均匀分布地朝间隔环21的两侧突出的间隔元件22，所述间隔元件在间隔环21与相邻的集电环18之间分别产生环形间隙区段，冷却介质可通过所述环形间隙区段径向地流过集电环18的侧面并且吸收热。但是，在图3和图4的集电环装置20中不仅各集电环18通过间隔环21彼此隔开，而且各集电环18也由多个在圆周上均匀分布的间隔元件23彼此隔开的部分环19构成。由此，冷却介质或冷却空气不仅可在集电环18与间隔环21之间流出，而且也可以“穿过”集电环18本身——也就是说穿过所述部分环19之间的由间隔元件23形成的环形间隙区段流动。通过这种方式，一方面实现了冷却空气的更均匀分布，另一方面显著增大了将热排出的表面。

但是通过集电环装置的按照本发明的自支承实施方式也可满足冷却导电体的要求，所述导电体在所述轴或所述集电环的内侧上被导向。这可以在图5和图6中示出的本发明实施例中看出：图5和6的集电环装置30同样自支承地由四个集电环18构成，所述集电环本身分别被分为三个部分环19。代替图3中的间隔环21地，在此使用在圆周上分布的块状间隔元件24，以便在各集电环18之间实现必要的间距和通流开口31。由此在该区域中对于冷却空气提供较大的开口横截面。

在该实施例中，所述部分环19也通过(图中看不见的)间隔元件彼此隔开，从而产生窄环形间隙区段形式的通流开口，冷却空气可穿过所述通流开口流动。所述自支承的集电环装置30通过多个在圆周上分布地布置的轴向牵引栓27保持在一起，所述牵引栓穿过所述集电环18或部分环19以及间隔元件24。所述集电环18或部分环19以及布置在集电环18之间的间隔元件24借助于牵引栓27压紧在两个用作压紧法兰的端环25、26之间并且由此形成一个机械稳定的单元。在外部的集电环18与端环25或26之间也设置通流开口31，以便在外侧上确保足够的冷却。

集电环装置30包围一内空间28，为了进行冷却，将冷却空气轴向地引入到所述内空间中，所述冷却空气然后通过所述通流开口31和32径向朝外流出(图5中的冷却介质33)。在所述内空间28中可有利地布设与集电环电连接的导电体29。因为所有的冷却空气都在所述导电体29旁边流过，因此所述导电体被冷却。

显而易见的是，为了集电环18的电隔离，所述间隔元件24或间隔环21必须绝缘地构成。对于牵引栓27也是这样。

除了改善冷却可能性之外，通过所描述的方式还可以节省材料，其方式是，不再需要承载所述集电环18的轴。节省的材料导致成本降低并且有助于减轻机器轴承的负荷。因为集电环18通常不位于轴承部位之间，而是位于轴承部位外部，因此它们对于轴承来说是高负荷(摆动运动)。通过该区域中的重量降低能够有利地降低作用在轴承上的力。

参考标号表

10        旋转电机(例如异步电机)

11         中心体

12         旋转板体

13         转子绕组

13′       转子绕组头

14，18     集电环

15         定子板体

15′       定子绕组头

16         轴

17         机器轴线

19         部分环

20，30     集电环装置

21         间隔环

22，23，24 间隔元件

25         端环(内)

26         端环(外)

27         牵引栓

28         内空间

29         导电体

31，32     通流开口

33         冷却介质

Claims (11)

1.一种用于旋转电机的集电环装置(20，30)，所述集电环装置(20，30)包括多个相对于机器轴线(17)同心地并且在轴向方向上前后相继地布置的集电环(18)，其特征在于，所述集电环装置(20，30)自支承地构成。

2.根据权利要求1所述的集电环装置，其特征在于，所述集电环(18)在形成布置在所述集电环(18)之间的、用于冷却介质特别是冷却空气的通流开口(31)的情况下彼此连接并且通过布置在所述集电环(18)之间的间隔机构(21，22；24)保持距离。

3.根据权利要求2所述的集电环装置，其特征在于，所述间隔机构(21，22；24)包括间隔环(21)，所述间隔环具有在圆周上分布的、附加的间隔元件(22)。

4.根据权利要求3所述的集电环装置，其特征在于，所述附加的间隔元件(22)向着相应间隔环(21)的两侧在轴向方向上突出；并且所述附加的间隔元件(22)成形在相应的间隔环(21)上。

5.根据权利要求2所述的集电环装置，其特征在于，所述间隔机构(21，22；24)具有在圆周上分布地布置的间隔元件(24)。

6.根据权利要求5所述的集电环装置，其特征在于，所述集电环装置(30)通过多个在圆周上分布地布置的、轴向的牵引栓(27)保持在一起；并且所述牵引栓(27)被引导穿过所述集电环(18)和所述间隔元件(24)。

7.根据权利要求6所述的集电环装置，其特征在于，所述集电环(18)和布置在所述集电环(18)之间的间隔元件(24)借助于所述牵引栓(27)压紧在两个用作压紧法兰的端环(25，26)之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的集电环装置，其特征在于，所述集电环(18)分别被分为多个单独的、同心的并且在轴向方向上前后相继布置的部分环(19)，所述部分环在形成布置在所述部分环(19)之间的、用于冷却介质(33)特别是冷却空气的通流开口(32)的情况下彼此连接并且通过布置在所述部分环(19)之间的间隔机构(23)保持距离。

9.根据权利要求8所述的集电环装置，其特征在于，用于所述部分环(19)的间隔机构包括在圆周上分布地布置的间隔元件(23)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的集电环装置，其特征在于，所述集电环装置(20，30)包围一内空间(28)；在所述内空间(28)中，导电体(29)被从所述集电环(18)引导至所述集电环装置(30)的机器侧的端部。

11.一种用于冷却根据权利要求1至10中任一项所述的集电环装置的方法，其特征在于，将冷却介质(33)特别是冷却空气在轴向方向上引入到所述集电环装置(20，30)内部并且在集电环(18)或部分环(19)之间又径向朝外排出。

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