CN107534365B - 用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在两个可相对运动的单元之间传输电能的接触式的旋转传输机构，尤其是用于风力发电机的滑动环单元(6)，具有至少一个用于引导和/或保持作为可导电的滑动接触元件的电刷(22)的布置，具有至少一个沿着轨道运动延伸的、由可导电材料制成的接触轨(28)和至少一个分别由壁部(19)构成的静态的容纳井(25)，其中，至少一个壁部(19)具有引导元件(17)，其以如下方式构造，即，在滑动接触元件与相应的容纳井(25)的壁部(19)之间形成间隙(21)，其中，至少一个壁部(19)具有至少一个开口(18)，方式是：使得由此能够冷却容纳井(25)中的滑动接触元件，其中，设置了多个在轴向上前后相继布置的、分别具有一个或多个电刷容纳部(13)的支架部段(11)，其中，在支架部段(11)与电刷容纳部(13)之间设置了一个间隙(20)。

Description

用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的布置

技术领域

本发明涉及一种用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的布置、一种具有这种布置的接触式的旋转传输机构以及一种具有接触式的旋转传输机构的机电机器。

背景技术

在机电机器、尤其是发电机或驱动马达中，可以经由滑动环单元为机电机器的转子取电或输电。在较大的机电机器、像风力发电设备的发电机中，现在通过对风力发电设备的成本及构造空间优化将发电机及其组件构造得越来越紧凑。这导致，在结构尺寸保持不变的情况下，滑动环单元、也就是滑动环单元的各个组件，被加载越来越高的电流。出于这个原因，那些地方的温度显著上升，尤其是在可导电的滑动接触元件上，也就是滑动环电刷及其保持件上、也就是电刷保持件上。

此外，滑动环表面的接触轨，在功率增加的情况下出于成本原因却没有增大，这导致其中还有滑动环电刷的进一步升温。这些组件的越来越大的热负荷因此导致整个滑动环单元的温度提升到危险的温度值，并且因此可能在滑动环上、滑动环电刷上从而最终在整个设备上造成损害。

此外，从机电机器的一定的结构尺寸和功率开始，就要使用更大外直径的滑动环体。由此使得可导电的滑动接触元件所使用的保持单元也相应地变得更大。如此虽然避免了高温，因为此外滑动环体的工作面积显著增大。但是整个结构体积却因此同样也相应地增大了。

这最终导致，现在因为各个组件的尺寸设计更大而产生更多的材料耗费和材料成本，并且此外，发电机的外部规格同样也过分地增大。

一种公知的、关于机电机器的电流传输布置由DE100 03 900 A1中公知，其中，在那里为了获得充分的冷却，滑动环从支撑环出发，它们在轴向上前后相继地、相对电绝缘地并且被空气在周围冲刷地布置。

滑动环布置也由DE32 30 298 A1、DE103 19 248 A1和US 4 329 611 A中公知。

在此不利的是，特别是公知的滑动环布置的个别组件比较快速地热过载。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，实现一种接触式的旋转传输。尤其是一种滑动环布置，它具有比较紧凑的构造，并且确保了它的各个组件的、例如可导电的滑动环接触元件的充分冷却。

所提出的目的通过一种用于在至少两个可相对运动的单元之间传输电能的接触式的旋转传输机构的、用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件、尤其是电刷的布置实现，具有至少一个沿着轨道运动延伸的、由可导电材料制成的接触轨和至少一个静态的、分别由壁部构成的容纳井，其中，至少一个壁部具有引导元件，这些引导元件以如下方式构成，即，在相应的容纳井的滑动接触元件和壁部之间设置有空隙，其中，至少一个壁部如此地具有至少一个开口，即，由此使得能够冷却容纳井中的滑动接触元件。

所提出的目的同样也通过一种接触式的旋转传输机构实现，尤其是具有至少一个这种布置的滑动环单元。

同样地，所提出的目的通过一种具有这种接触式的旋转传输机构、尤其是滑动环单元的机电机器实现，其中，在接触式的旋转传输机构的构造空间中设置了轴向的和/或径向的冷气流，它另外冷却滑动接触元件。

利用根据本发明的、用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的、尤其是电刷的布置，确保了在机电机器运行时对这些滑动环接触元件的充分冷却。滑动环接触元件分别所处的容纳井由壁部构成，其中，容纳井的至少一个壁部具有至少一个开口，用于冷却位于容纳井中的滑动环接触元件。于是现在让具有多个这种容纳井的接触式旋转传输机构暴露在轴向的和/或径向的冷气流或对流中，它或它们因此另外冷却滑动环接触元件，尤其是经由相应的容纳井的开口冷却。

电刷在这里是滑动环接触元件，它经由滑动接触形成与旋转的部件的电接触，并且因此构成滑动环单元的至少一部分。这些电刷例如具有石墨并且可能补充地具有金属组份。

滑动环单元尤其是为了较大的、需要传输的励磁功率具有以下组件中的一个或多个，像报告装置，例如像电刷的磨损监控机构、温度监控机构、用于一个或者多个电刷的电刷升降装置、与机电机器独立开或分离的冷却回路。

通过根据本发明的、用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件、尤其是电刷的布置，明显减少各个组件的、特别是电刷的温度。这导致整个接触式的旋转传输机构的结构尺寸、也就是滑动环单元的和与之邻接的组件的结构尺寸更小。

此外，现在所述接触式的旋转传输机构可以在每个相位有比较多一些的电刷的情况下运行，这在不能充分冷却的情况下可能性非常小。

因此，整个接触式的旋转传输机构从而整个机电机器的更多的和更高的功率等级也是有可能的，同时不增大尤其是滑动环单元的结构体积。这主要在风力发电设备的机舱中是有利的，因为具有根据本发明装备的滑动环单元的风力发电机能够非常紧凑地实现。

此外不一定要强制性地对接触式的旋转传输进行额外的冷却、人工强制通风，而是通过延长的机轴上现有的通风机在接触式的旋转传输机构中的现有体积流就足以对这些组件、尤其是接触式的旋转传输机构的滑动环接触元件进行冷却。

以有利的方式，容纳井在至少两个相对置的拐角上-在容纳井具有基本上为方形的横截面时-具有引导元件，它们直接抵靠在壁部上或保持架的横梁上。滑动环接触元件最后相对于这些引导元件之外的现有壁部、也就是在滑动环接触元件与壁部之间具有间距或空隙，它另外也有助于冷却。通过引导元件另外还避免了在容纳井内在壁部的开口处滑动时环接触元件倾斜。

滑动环接触元件、也就是尤其是电刷因此在容纳井中通过放置或贴靠在引导元件上顺滑地并且准确地被引导，并且因此可以经由滑动环接触元件的还有敞开的井的剩余面在壁部的区域内、或在引导元件之外的横梁之间经由冷气流被冷却。

接触式的旋转传输机构对于其整个单元而言现在经由其壳体上的、自带的冷气开口抽吸冷气，并且基于现在根据本发明构造的、滑动接触元件的容纳井，也就是用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的、尤其是电刷的布置，现在也可以并且有效地直接在滑动接触元件或电刷上实现有针对性的冷气引导。这特别有利，因为那里由于滑动接触元件到滑动环体的旋转部分的接触轨上的电传输产生危险的温度。因此有意义的是，出于冷却效率的原因特别是在容纳井的大面积的壁部上设置这些开口。

这些滑动接触元件的、尤其是电刷的表面现在也就直接暴露在冷气流中。通过冷却现在让滑动环表面上延伸的接触轨还有因为电流被视为特别危险的电刷温度在运行准许的温度范围内，并且接触式的旋转传输机构的还有机电机器的运行由此得到保障。

根据本发明于是现在可以使用比较小一些的、便宜一些的构件，并且同时确保了发电机的进而风力发电设备的顺利运行。

附图说明

本发明以及本发明的其他有利的构造方案借助以下实施例更详尽地描述；其中示出：

图1是机电机器的原理上的纵剖面图，

图2是滑动环系统的支架部段，

图3至10是具有不同的执行元件的电刷容纳部。

具体实施方式

图1用原理上的纵剖面图示出了机电机器1，它布置在壳体10中。在壳体10中有一个叠层实施的定子2，它在运行时经由气隙26通过与转子3的电磁交互作用引导机轴7围绕着轴线27旋转。同样叠层实施的转子3与机轴7抗扭地连接。壳体10经由轴承罩9和轴承8支撑在机轴7上。定子2的绕组系统4在定子2的端侧上具有绕组头。在定子2和/或转子3中设置了基本上在轴向上延伸的冷却通道。

同样地，转子3在其端侧上具有其绕组系统5的绕组头，这个绕组系统与滑动环单元6经由相应的金属丝/导体29处于导电的连接状态。经由滑动环单元6给转子3的绕组系统5通电。滑动环单元6主要由支架系统、和与转子3的绕组系统5处于导电的连接状态的接触轨28组成，其中支架系统由支架部段11构建而成。分配给转子3的绕组系统的某个相的接触轨28在此经由电导体29与转子3的绕组系统5的相应部段连接。这个电导体29在此在机轴7的挖空部中延伸，或者平行于机轴7表面上的轴线27延伸。

接触轨28在此与滑动环单元6的接地的构件绝缘地、并且相互绝缘地布置。

对此替选地，滑动环单元6在轴向上靠近地也就是直接地布置在转子3上，其中，在此于是轴承8连同它的轴承罩9额外地进一步布置在右边。发电机1的壳体9就同样也包围滑动环单元6。

滑动环单元6在这个滑动环单元6内具有多个在轴向上前后相继布置的支架部段11。每个支架部段11具有一个或者多个电刷容纳部13。每个电刷容纳部13具有一个或多个容纳井25。

各个支架部段11尤其是在轴线27水平朝向时布置在机轴7的上方，从而仅仅通过电刷22的重力就能够获得对接触轨28的一定的接触压。支架部段11在轴向上通过定距件12相互间隔开，它们同时将支架部段11相互电绝缘。通过保留在支架部段11之间的中间空间可以让冷气穿引而过。

除了用于三相系统的功率输入的支架部段11以外，作为选择也存在其他的支架部段11，它们例如被设置用于机轴7的接地或者用于传输报告信号，例如像来自或朝向转子3的温度。

对各个电刷容纳部13的电输送系统33在本示图中仅示例性地示出。

在电刷容纳部13上设置了磨损监控系统14还有弹簧压片16，这些在后面还会更详尽地描述和展示。

图3用透视图示出了具有两个容纳井25的电刷容纳部3，其中插入了电刷22并且这些电刷在运行时基本上垂直于轴线27地放置在接触轨28上。这些容纳井25基本上具有方形的横截面，并且就此而言分别被四个壁部限界。在所示实施例中，所述电刷容纳部13具有两个相邻的、有一个共同壁部19的井，其中，这个电刷容纳部13的两个靠外的壁部具有预设的开口18。基于这个开口18现在使得在滑动环单元6中循环的冷气能够冷却其容纳井25中相应的电刷22。

磨损监控系统14在相应的容纳井25的窄侧上经由凹槽23嵌入这些容纳井25中，并且根据电刷22的磨损情况向直接位于机器上和/或观察台中的、上级的报告站报告，例如需要以及可能何时需要进行碳刷更换。

图4用对电刷容纳部13的俯视图示出了容纳井25还有磨损监控系统14以及像弹簧压片16。弹簧压片16向在这里未示出的电刷22施加径向力，并且因此向这个电刷22施加压力，这个压力起到相应的接触压的作用，并且因此起到让电刷22在相应的接触轨28上充分地电接触的作用。

为了现在除了壁部19中的开口18以外还获得冷却效果，尤其是在电刷容纳部13的朝向支架部段11的一侧上设置了支架部段11与电刷容纳部13之间的间隙20，其尤其是使得滑动环单元6内的径向冷气流能够同样地经由开口18冷却电刷22。借助沿着壁部19贯穿的间隙20和接触式的旋转传输机构的、尤其是支架部段11的平坦延伸的部分，额外地改进了对滑动环接触件、也就是电刷22的冷却效果。

在观察整个滑动环体6及其支架部段11时，间隙20基本上径向地布置，并且因此可以被滑动环单元6内的径向冷气流穿流而过。

电刷22的容纳井为了获得这个电刷的轻松的径向可移动性而配有引导元件17，这些引导元件在本实施方式中实现为拐角造型。这些拐角造型使得电刷22现在能够通过比较少的壁接触被引导。从而让电刷22和壁部19同样也构成碳灰可以被排导到其中和/或冷气能够侵入的间隙，并且因此有助于机器的正常运行。

图5用侧视图示出了具有损耗监控系统14的电刷容纳部13，其具有多个元件。直接固定在电刷22上的报告板24压在损耗监控系统14的钩形的元件30上，并且因此经由微型开关发出报告信息。

经由直接布置在电刷容纳部13上的连接板15将电刷容纳部13固定在支架部段11上。根据支架部段11的特征，在此可以让连接板15在空间中朝着不同的方向。

电刷22的放置面34适应接触轨28的半径，从而为需要传输的电流提供尽可能大的传输面。

图6用另一个透视图示出了具有两个平行的、包括其引导元件17在内的容纳井25的电刷容纳部13。同样也可以看到凹槽23，经由它将报告板导向磨损监控系统14的钩形件30。具有两个平行的容纳井25的所示电刷容纳部同样也可以根据使用场合和需要传输的电流强度也被实现为具有三个或者四个平行的容纳井。

同样地，每个设置用于一个电相的支架部段11都可以具有多个在圆周方向上观察前后相继布置的电刷容纳部，从而让全部需要传输的功率分配到多个接触部位28上。

图7示出了电刷容纳部13，其中在容纳井25内设置了电刷22，这个电刷在其径向的上端部上具有安装的报告板24。同样也可以看到电刷容纳部13的连接板15，上面例如可以安装着磨损监控系统14。电刷22的放置面34实现为带槽纹的，以改善电流传输。

同样地，图8和9示出了刚刚提到的实施方式的其他透视图。

图10用另一种实施方式进一步示出了对电刷容纳件13的冷却系统的额外的优化，几乎每个壁部19都具有冷却口18，而不损害整个电刷容纳部13的机械稳定性。在这个示图中还示出了弹簧压片16，通过它可以为两个平行的容纳井中的电刷22经由连接板施加径向力。

在根据本发明的理念的进一步设想中，最终仅仅还存在引导元件17，它们布置在保持架内，这个保持架构成这个容纳井25或这些容纳井25。现在，电刷容纳部13最终是一个保持架，它借助引导元件17将电刷22分别在它们的容纳井25中保持或引导，并且设计成具有用于嵌入磨损监控系统14的凹槽23。现在至关重要的是，在电刷容纳部13上设置尽可能多的“自由面”，也就是开口18，以确保电刷22的充分冷却。

引导元件7在每种实施方式中确保了电刷22在其容纳井25内的、摩擦最优的径向运输，而不会在保持架或容纳井25内发生倾斜。

电刷容纳部13的容纳井25或者一体式地构成或者配有至少一个单独的壁部，其可以被插入电刷容纳部13的容纳缺口中。

这类接触式的旋转传输机构、尤其是滑动环单元6的应用主要设计在风力发电机中。

Claims (12)

1.一种接触式的旋转传输机构，具有用于在至少两个可相对运动的单元之间传输电能的接触式的旋转传输机构的、至少一个用于引导和/或保持可导电的滑动接触元件的布置，具有至少一个沿着轨道运动延伸的、由可导电材料制成的接触轨(28)和至少一个分别由多个壁部(19)构成的静态的容纳井(25)，其中，至少一个壁部(19)具有引导元件(17)，所述引导元件构造使得在滑动接触元件与相应的容纳井(25)的壁部(19)之间形成间隙(21)，其中，至少一个壁部(19)具有至少一个开口(18)，使得由此能够冷却所述容纳井(25)中的所述滑动接触元件，其中，设置了多个在轴向上前后相继布置的、分别具有一个或多个电刷容纳部(13)的支架部段(11)，其中，在支架部段(11)与电刷容纳部(13)之间设置了一个间隙(20)。

2.根据权利要求1所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，所述引导元件(17)作为挡板布置在容纳井(25)的至少两个相对置的拐角上。

3.根据权利要求1或2所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，设置有用于确定滑动接触元件的磨损情况的机构。

4.根据权利要求1或2所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，针对每个容纳井(25)设置有压到所述滑动接触元件上的挤压元件，用于在滑动接触元件与接触轨(28)之间获得充足的接触压。

5.根据权利要求3所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，针对每个容纳井(25)设置有压到所述滑动接触元件上的挤压元件，用于在滑动接触元件与接触轨(28)之间获得充足的接触压。

6.根据权利要求1或2所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，在容纳井(25)的一个壁部与所述接触式的旋转传输机构之间设置了贯穿的间隙。

7.根据权利要求5所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，在容纳井(25)的一个壁部与所述接触式的旋转传输机构之间设置了贯穿的间隙。

8.根据权利要求1或2所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，所述接触式的旋转传输机构是用于风力发电机的滑动环单元(6)，所述滑动接触元件是电刷(22)。

9.根据权利要求7所述的接触式的旋转传输机构，其特征在于，所述接触式的旋转传输机构是用于风力发电机的滑动环单元(6)，所述滑动接触元件是电刷(22)。

10.一种具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的接触式的旋转传输机构机电机器(1)，其中，在所述接触式的旋转传输机构的构造空间内设置了轴向的和/或径向的冷气流，所述冷气流冷却所述滑动接触元件。

11.根据权利要求10所述的机电机器(1)，其特征在于，所述接触式的旋转传输机构在轴向上连接到所述机电机器(1)的转子(3)上。

12.根据权利要求11所述的机电机器(1)，其特征在于，所述接触式的旋转传输机构关于所述转子(3)共轴地布置。