CN106849452A - 用于滑环电动机的转子及滑环电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于滑环电动机(1)的转子(2)，包括具有开口端(26)的空心轴(9)、多个电缆(4、5)和电缆引导件(27)，电缆引导件设置在开口端(26)中，其将电缆(4、5)从空心轴(9)内部朝着空心轴(9)外部的电缆(4、5)的连接点(28)引导。

Description

用于滑环电动机的转子及滑环电动机
技术领域
本发明涉及一种用于滑环电动机的转子以及滑环电动机。
背景技术
空气分离设备使用大型压缩机压缩空气。压缩机由通常具有12至18兆瓦(MW)的输出功率的感应或异步电动机驱动。
感应或异步电动机为AC(交流)电动机，其通过与定子绕组的磁场的电磁感应获得产生转矩所需的转子电流。感应电动机的转子可为绕线型或鼠笼型。
在绕线转子电动机中，转子绕组通过滑环连接到外部电阻。这就是为何这一类型的电动机被称为滑环电动机的原因。在启动期间，外部电阻降低定子处的磁场强度。因此，定子绕组中的电流被限制为额定电流。当电机达到全速时，转子极被切换至短路。
滑环通过电缆连接到转子绕组。转子具有包括开口端的空心轴。将转子绕组连接到滑环的电缆穿过所述空心轴。
由于电缆随转子例如以每分钟1500至1800转的速度一起旋转，因此，电缆承受相当大的离心力和振动。已经发现，电缆脱离空心轴的地方遭受磨损和撕裂。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的用于滑环电动机的转子。
上述目的通过一种滑环电动机的转子实现，所述转子包括具有开口端的空心轴、多个电缆以及电缆引导件，所述电缆引导件设置在所述开口端中将所述电缆从空心轴内部朝着空心轴外部的电缆连接点引导。
本发明所基于的一个构思包括提供电缆引导件，其确保将电缆从空心轴内部朝着空心轴外部的连接点的正确引导。这种引导减少了由于离心力和振动而导致的电缆的磨损和撕裂。从而增加了转子的可靠性。
空心轴外部的电缆连接点可由平行于转子轴线设置的接触螺栓形成。电缆可通过在相应端部处的电缆终端连接到相关联的接触螺栓。可设置由绝缘体材料、例如玻璃纤维复合材料制成的环形元件。环形元件可设置有孔，并且相关联的接触螺栓可穿过每个孔。电缆终端优选在环形元件的轴向上连接到每个接触螺栓。
每个电缆可包括在护套或绝缘体内的导体，所述导体例如由铜制成，所述护套或绝缘体例如由塑料材料制成。每个电缆优选被配置成传导1kA以上、例如2至3kA的电流。为此，导体的直径可例如在0.5cm至2cm的范围内。
优选地，电缆引导件或其一个或多个构件由塑料材料、例如玻璃纤维复合材料制成。电缆引导件是利用例如形状配合或粘合剂的紧固手段而紧固到空心轴上的单独的零部件。
根据一个实施例，电缆引导件具有漏斗形的内表面，电缆抵靠所述内表面。
电缆的第一部分在空心轴内部被引导并且轴向定向，即平行于转子的旋转轴线定向。电缆的第二部分被弯曲并将第一部分连接到电缆的第三部分。第三部分将第二部分与空心轴外部的连接点连接。电缆的第二部分相对于第一部分向外(即，沿径向方向，所述径向方向是指垂直于转子的旋转轴线的方向)张开。漏斗形的内表面提供了与上述电缆的几何形状相对应的、从而对其进行支撑的几何形状。
根据另一实施例，所述内表面被配置成将电缆的定向改变70°至90°。
因此，每个电缆可包括弯曲形成70°至90°、优选地85°至90°的弯折的第二部分。
根据又一实施例，每个电缆在电缆引导件内部的相关联的凹部内被引导。
每个凹部可被配置成部分或全部填充相关联的电缆，即，电缆以其直径部分或全部地位于凹部内。
根据又一实施例，电缆引导件包括环形构件和连接到所述环形构件的漏斗形构件，所述环形构件包括所述凹部，所述漏斗形构件包括所述内表面。
有利地，提供两个元件，其中，提供第一元件(漏斗形构件)用于改变电缆的方向，优选一起提供第二元件(环形构件)和第三元件(固定构件)，用于(通过设置凹部)额外地保持电缆。
根据又一实施例，电缆引导件还包括将电缆可释放地固定到环形构件的固定构件。
这使得负荷离开空心轴外部的连接点。由于没有固定构件，必须在连接点处完全补偿离心负荷和振动。现在通过将负荷从连接点移开，这些可被设计成提供最佳的电连接。这种设计使得在连接点仅需要承受显著减小的负荷。
根据又一实施例，所述固定构件特别是通过螺栓连接到环形构件。
这提供了简单的设计。螺栓具有简单且同时可释放连接的优点。固定构件可在轴向上提供形状配合。因此，固定构件和环形构件共同防止电缆在轴向上移动。此外，固定构件与环形构件一起可在径向上共同提供形状配合和/或将电缆在径向上摩擦锁定。为了提供摩擦锁定，当所述固定构件被附接到环形构件时，其径向挤压每个电缆(径向是指每个电缆轴线)。因此，电缆护套的弹性和摩擦特性用于提供摩擦锁定。
根据又一实施例，所述固定构件将电缆固定在凹部内。
优选地，所述固定构件被设计成封闭环形构件中的每个凹部的开口侧。每个凹部的开口侧可面向轴向方向。通过每个凹部内的每个开口侧安装电缆。
根据又一实施例，所述固定构件被构造成环。
优选地，所述固定构件由绝缘材料，例如由玻璃纤维复合材料制成。所述固定构件可设置有轴向孔，用于将固定构件附接到环形构件的螺栓可穿过所述轴向孔插入。所述孔可在环的圆周方向上等距离地间隔开。
根据又一实施例，所述固定构件具有凹部，其中每个电缆至少部分地设置在所述固定构件中的相关联凹部内。
例如，所述固定构件可被构造为没有凹部的(平坦)环。在这种情况下，电缆完全设置在环形构件中的相关联凹部内。然而，根据优选实施例，固定构件本身具有与环形构件的凹部互补的凹部，从而在相对于相应的电缆轴线的径向方向上形成封闭的凹部。
根据又一实施例，所述漏斗形构件、环形构件和/或固定构件形成为分离的部件。
优选地，电缆引导件包括所述漏斗形构件、环形构件和/或固定构件。这些部件可形成为单个零部件，因此电缆引导件可被一体制造，例如被铸造成单个塑料零部件。在替代的实施例中，漏斗形构件和环形构件可形成为第一零部件(一体制造)，固定构件可形成为第二零部件。在这种情况下，电缆引导件由两个单独的零部件制成。然而，根据优选的实施例，电缆引导件由三个单独的零部件制成，即由漏斗形构件、环形构件和固定构件制成。
根据又一实施例，转子还包括具有凸缘的适配器单元，其中电缆引导件附接到所述凸缘。
适配器单元可同时被配置成将包括用于电缆和/或接触螺栓的连接点的环形元件附接到空心轴。利用凸缘将电缆引导件连接到空心轴，提供了简单的设计。
根据又一实施例，电缆成组设置，其中，一组内的相邻电缆之间的周向距离小于不同组的相邻电缆之间的周向距离。
相应组的电缆可以具有相同的电相。对于被构造成选择性地将转子的绕组切换至短路的公型(插头式)和母型(插座式)接触元件的所期望设置，这种间隔是有利的。
根据又一实施例，电缆关于与转子的旋转轴线垂直的对称轴线对称地设置。
此外，提供一种包括如上所述转子的滑环电动机，其特别是具有大于1或大于10兆瓦(MW)的输出功率。
参照本发明的转子所描述的特征的实施例对滑环电动机进行了必要的修改。
在本文中，“垂直地”或“直角地”优选包括从垂直或成直角的线偏离最多20°，优选最多10°，更优选最多3°。
“一”或“一个”元件不应被理解为仅限于一个元件，而是多于一个元件，例如两个、三个或更多个元件。同样，本文中与特定数字对应的“两个”或任何其它词语不应被理解为仅限于该数目的元件，而是可以提供任何其它数目的元件。
本发明的其它可能的实施方式或替代性的解决方案还包括本文中没有明确提到的组合或者以上或以下参照实施例所描述的特征。本领域技术人员还可增加本发明的最基本形式的单独的或独立的方面及特征。
附图说明
从下面的描述和从属权利要求中，结合附图，本发明的其它实施例、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了根据实施例的滑环电动机的局部剖视图；
图2示出了图1中的第一环单元包括母型接触元件的轴向视图；
图3示出了图1中的第二环单元包括公型接触元件的轴向视图；
图4示出了图1中的滑环形转子的转子部分的透视图；
图5示出了图4中的漏斗形构件的后视图和透视图；以及
图6示出了图5中的漏斗形构件和图4中的环形构件的前端透视图。
在附图中，除非另有说明，相同的附图标记表示相同或功能等同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的滑环电动机1的局部剖视图。
滑环电动机1驱动例如在空气分离设备中使用的压缩机(未示出)。滑环电动机1包括设置在定子(未示出)内部的转子2。转子2为绕线型。转子2包括多个绕组3a、3b。绕组3a、3b通过第一和第二电缆4、5连接到第一和第二滑环6、7。为了简化表示，图1仅示出了两个电缆4、5和两个滑环6、7。通常，设置六个或更多个电缆和相应的滑环。
电缆4、5从绕组3a，3b在转子2的空心轴9(以局部截面示出)以内地被引导到滑环6、7。滑环6、7相对于轴9不可旋转以便与其一起旋转。滑环6、7分别与电刷11、12接触。电刷11、12是静止的并电连接到外部电阻10。
电缆4被示出为连接到滑环6，电缆5连接到滑环7。此外，电缆4优选通过图4中所示的接触螺栓47连接到第一旋转单元15(参见图3)的公型接触元件14，电缆5优选通过另一接触螺栓47连接到第一旋转单元15的公型接触元件16。图1和图3中的黑点表示电缆4、5或接触螺栓47的电连接点。
如图3的轴向视图所示，旋转单元15可包括环17。环17由使公型接触元件14、16彼此电绝缘的材料制成。例如，环17由玻璃纤维复合材料制成。
此外，滑环电动机1包括在图2的轴向视图中示出的第二旋转单元18。第二旋转单元18包括环19。环19由座环元件20(参见图1)和导电环元件21组成。座环元件20被构造成电绝缘体，例如由玻璃纤维复合材料制成。另一方面，导电环元件21由导电材料制成，例如由铜制成。母型接触元件22、23(参见图2)附接到导电元件21，其中在母型接触元件22、23和导电环元件21之间形成电连接。
当然，第一旋转单元15可包括多于两个、例如六至十二个公型接触元件，且第二旋转单元18可包括多于两个、例如六至十二个母型接触元件，如图2和3中的虚线所示。为了说明，在图2和图3中仅分别示出了两个这种元件。
旋转单元15、18均连接到轴9以便与其一起旋转。但是，第一旋转单元15也可轴向地固定到轴9，而第二旋转单元18被构造成在空心轴9上沿轴线24移动。
图1示出了第一状态，其中第一和第二旋转单元15、18彼此间隔开，使得公型接触元件14、16和母型接触元件22、23彼此脱离。因此，电缆4、5和相应的绕组3a、3b未被切换到短路。因此，在滑环电动机1启动期间感生的涌入电流从绕组3a流经电缆4，通过滑环6和电刷11进入外部电阻10。外部电阻10可包括电解质或任何其它高电阻材料。流经外部电阻10之后，电流经由电刷12、滑环7和电缆5返回到绕组3b。流经外部电阻10的电流的路径由虚线箭头表示。
当滑环电动机1已经启动、即转子2每分钟的转数增加一定阈值时，流经电缆4、5的电流变小。因此，期望在滑环电动机1达到其额定速度时切断外部电阻10。为此，第二旋转单元18沿轴线24在方向25上移动到第二状态(未示出)，在所述第二状态，公型接触元件14、16与母型接触元件22、23接合。这样，由于电流从电缆4经由公型接触元件14进入母型接触元件22，经由导电环元件21、母型接触元件23和公型接触元件16进入电缆5，因此电缆4、5被切换到短路。
尽管目前仅针对单相和/或单对绕组3a、3b进行了解释，但其它相和/或其它绕组对也具有相同的原理。
图4以透视的方式示出了图1中的转子2的剖视图。而图4中的实施例提供了比图1中的一般实施例更多的细节。
图4所示的空心轴9具有开口端26。电缆引导件27设置在开口端26中。电缆引导件27将电缆4、5从空心轴9内部朝着空心轴9外部的电缆4、5(为简化起见，未给出其它电缆的附图标记)的连接点28引导。
在图5的透视后视图和图6的透视前视图中部分地示出了电缆引导件27。下面将参照图4、5和6说明电缆引导件27的设计。
电缆引导件27包括固定构件29、环形构件30和漏斗形构件31。每个部分29、30、31例如形成为单独的部分。漏斗形构件31从环形构件30沿轴向方向、即沿着转子2的旋转轴线24向下渐缩。因此，漏斗形构件31的外径DO(参见图5)在轴向上变小。漏斗形构件31的内表面33的内径Di也被示出为在轴向方向24上远离环形构件30减小。因此，漏斗形构件31，特别是内表面33是漏斗形的。
在组装状态下，漏斗形构件31部分地插入到空心轴9的开口端26中。特别地，开口端26可在内侧上包括倒角32，所述倒角与漏斗形构件31的锥度相对应。因此，漏斗形构件31紧密地配合到开口端26中。通过这种设计，漏斗形构件31的内表面33沿着旋转轴线24在倒角32附近与空心轴9的内表面34对齐。因此，径向抵靠空心轴9的内表面34的电缆4、5的第一部分35在它们进入电缆引导件27的漏斗形构件33的点处不改变方向。可设置间隔件36用于保持电缆4、5的第一部分35径向抵靠内表面34。此外，空心轴9内部所形成的未被电缆4、5或间隔件36填充的的空腔可填充有塑料材料，例如填充有硬化的环氧树脂。
一旦电缆4、5进入漏斗形构件31，漏斗形构件31的内表面33在径向方向上越来越向外地引导电缆4、5的第二部分37。这里的“径向”方向是指垂直于旋转轴线24的方向。内表面33是弯曲的，形成90°的弯折。因此，抵靠内表面33的电缆4、5的第二部分37也形成有90°的弯曲。连接到第二部分37的电缆4、5的第三部分38被径向定向并朝向接触连接点28延伸。
如图6所示，环形构件30可被构造成具有凹部39的环。凹部39形成为径向延伸的凹槽。凹部39例如具有半圆形横截面。电缆4、5的第三部分38的长度的一部分分别设置在凹部39内。
固定构件29(仅在图4中示出)可形成为环。固定构件29具有凹部41，其也形成为例如具有半圆形横截面的径向延伸的凹槽。因此，环形构件30中的凹部39和固定构件29中的凹部41彼此互补，形成闭合的孔，相关联的电缆4、5延伸穿过所述孔。
固定构件29通过螺栓42紧固到环形构件30和漏斗形构件31。为此，固定构件29和环形构件30具有孔29a、30a(参见图4和图6)，螺栓42延伸穿过所述孔。螺栓优选被拧入到漏斗形构件31中的孔31a(参见图5)中。
优选地，螺栓42的紧固导致在固定构件29一方面在与环形构件30之间，另一方面在与电缆4、5的第三部分38之间的径向方向上形成摩擦锁定。这种摩擦锁定由每个电缆4、5的径向压力引起，所述径向压力压缩相应电缆4、5的弹性电缆护套44，例如由铜制成的相应导体45在护套44的内部延伸。除了摩擦锁定之外，每个电缆4、5通过由相应的凹部39、41形成的形状配合被轴向紧固。
导体45通过电缆终端46连接到接触螺栓47，接触螺栓47例如由铜制成，其将电缆4、5电连接到滑环6、7和公型接触元件14、16。
为了组装，将电缆4、5的第三部分38放置在凹部39内。之后，将固定构件29放置在电缆4、5的第三部分38上，使得电缆4、5的从凹部39突出的那些部分进入固定构件29的凹部41内。然后，紧固螺栓42以连接固定构件29。当然，例如为了更换或修理电缆4、5之一，也可释放螺栓42。
适配器48安装到轴9的外表面49上。适配器49具有径向向内延伸并与电缆引导件27的漏斗形构件31上的肩部51(也参见图6)接合的凸缘50。漏斗形构件31设置在凸缘50的一侧上。环形构件30设置在凸缘50的另一侧上。凸缘50具有孔(未示出)，螺栓42也延伸穿过所述孔。因此，电缆引导件27被一起连接到凸缘50。
除了凸缘50之外，适配器48可包括凸缘52。绝缘环53可附接到凸缘52，绝缘环53优选由塑料材料、例如由玻璃纤维复合材料制成。环53将连接点28相对于适配器48及滑环6、7绝缘。
如图4和图6所示，凹部39以及因此电缆4、5的第三部分38可被设置成组54、55、56。两个相邻的凹部39之间的周向距离d1(相对于旋转轴线24)小于不同组54、55、56中相邻的凹部39之间的周向距离d2。凹部39以及因此电缆4、5的第三部分38可相对于垂直于旋转轴线24的轴线57(参见图6)对称地设置。
虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，对所有实施例中均可进行修改。
附图标记列表
1 滑环电动机
2 转子
3a、3b 绕组
4 电缆
5 电缆
6 滑环
7 滑环
9 轴
10 外部电阻
11 电刷
12 电刷
14 公型接触元件
15 旋转单元
16 公型接触元件
17 环
18 旋转单元
19 环
20 座环元件
21 导电环元件
22 母型接触元件
23 母型接触元件
24 轴线
25 方向
26 开口端
27 电缆引导件
28 连接点
29 固定构件
29a 孔
30 环形构件
30a 孔
31 漏斗形构件
31a 孔
32 倒角
33 内表面
34 内表面
35 部分
36 间隔件
37 部分
38 部分
39 凹部
41 凹部
42 螺栓
44 护套
45 导线
46 电缆终端
47 接触螺栓
48 适配器
49 外表面
50 凸缘
51 肩部
52 凸缘
53 环
54 组
55 组
56 组
57 对称轴线
d1，d2 距离
Di 内径
Do 外径

Claims (15)

1.一种用于滑环电动机(1)的转子(2)，包括：
具有开口端(26)的空心轴(9)，
多个电缆(4、5)，以及
设置在所述开口端(26)中的电缆引导件(27)，所述电缆引导件将所述电缆(4、5)从空心轴(9)内部朝着空心轴(9)外部的电缆(4、5)的连接点(28)引导。
2.如权利要求1所述的转子，其中，所述电缆引导件(27)具有漏斗形的内表面(33)，所述电缆(4、5)抵靠所述内表面(33)。
3.如权利要求2所述的转子，其中，所述内表面(33)被构造成将所述电缆(4、5)的定向改变70°至90°。
4.如权利要求1至3任一所述的转子，其中，每个电缆(4、5)在所述电缆引导件(27)内部的相关联的凹部(39、41)内被引导。
5.如权利要求4所述的转子，其中，所述电缆引导件(27)包括环形构件(30)和连接到所述环形构件(30)的漏斗形构件(31)，所述环形构件(30)和所述漏斗形构件(31)包括所述内表面(33)。
6.如权利要求5所述的转子，其中，所述电缆引导件(27)还包括将所述电缆(4、5)可释放地固定到所述环形构件(30)的固定构件(29)。
7.如权利要求6所述的转子，其中，所述固定构件(29)被附接到、特别是通过螺栓附接到所述环形构件(30)。
8.如权利要求6或7所述的转子，其中，所述固定构件(29)将所述电缆(4、5)固定在所述凹部(39)内。
9.如权利要求6至8任一所述的转子，其中，所述固定构件(29)被构造成环。
10.如权利要求6至9任一所述的转子，其中，所述固定构件(29)具有凹部(41)，其中，每个电缆(4、5)至少部分地设置在固定构件(29)中的相关联的凹部(41)内。
11.如权利要求1至10任一所述的转子，其中，所述漏斗形构件(31)、所述环形构件(30)和/或固定构件(29)形成为分离的部件。
12.如权利要求1至11任一所述的转子，还包括具有凸缘(50)的适配器单元(48)，其中所述电缆引导件(27)附接到所述凸缘(50)。
13.如权利要求1至12任一所述的转子，其中，所述电缆(4、5)被设置成组(54、55、56)，其中一组(54)内的相邻电缆(4、5)之间的周向距离(d1)小于不同组(56)的相邻电缆(4、5)之间的周向距离(d2)。
14.如权利要求13所述的转子，其中，所述电缆(4、5)相对于与所述转子(2)的旋转轴线(24)垂直的对称轴线对称设置。
15.一种滑环电动机(1)，特别是具有大于1MW的输出功率，包括：如权利要求1至14任一所述的转子(2)。
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