CN108370194A - 用于电机的滑环布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的滑环布置，其用以将电流从电流源传送到电机的转子。本发明的目标是提供能保证适当冷却性质和机械稳定性的用于电机的滑环布置。公开一种用于电机的滑环布置，其具有由圆柱形主体、端部区段和收缩底座组成的滑环，然而在所述圆柱形主体中形成有径向开口，所述收缩底座可收缩在轴上，所述轴在所述圆柱形主体下面具有减小的直径，以便在所述圆柱形主体之下形成倾斜环状气隙，从而将冷却介质引导通过所述径向开口。

Description

用于电机的滑环布置

技术领域

本发明涉及一种用于电机的滑环布置(slip ring arrangement)，其用以将电流从电流源传送到电机的转子。

所述电机尤其为旋转电机，例如将与燃气或蒸汽涡轮连接的同步发电机或将连接到水力涡轮(水力发电机)的同步发电机，或异步发电机，或同步或异步电动机或也为其它类型的电机。

背景技术

以电激励电流激励电机，以在绕组线圈中生成必要的磁场。在特定配置中，激励电流被供应到电机的转子的绕组线圈或绕组，接着所述电流被称为转子电流。一般来说，通过一组电刷将在机器外部生成的转子电流传送到转子绕组。经由两个收缩到转轴上的环将在固定电刷中流动的电流传送到转子绕组。此环在此技术领域中常命名为滑环。在高功率发电应用下，由于电刷与滑环之间存在摩擦和电流流动，滑环受到加热。通常，通过直接安装在轴上或连接在外部的风扇迫使滑环冷却。目前先进技术还描述沿着滑环的整个轴向长度的螺旋凹槽。然而，相比于并无切口的巨大滑环，目前先进技术解决方案在长期操作中会增大滑环表面的变形。目前先进技术解决方案要求额外径向风扇以及充分冷却表面，这暗示滑环具有较大外径。

发明内容

本发明的目标是提供能保证适当冷却性质和机械稳定性的用于电机的滑环布置。此目标能用根据独立权利要求1所述的特征解决。

附属权利要求中描述本发明的另外实例。

在本发明的实例中，径向开口接合形成于滑环的外侧处的凹槽，以形成用于冷却介质穿过凹槽和径向开口的通路。这些凹槽还可以被设计为螺旋凹槽。

在本发明的另一实例中，径向开口具有圆化矩形横截面，其中矩形的较长侧在切向方向上。径向开口的边缘的圆形形状能减少机械应力。此外，能减少冷却介质的流动阻力。此外，开口在切向方向上的长度小于40mm。此特征能确保滑环在操作期间的表面变形可以保持在可允许的公差内。避免滑环发生表面变形还意味着最小化放置在滑环处的电刷在操作中的振动。

在本发明的另一实例中，滑环中的开口沿着滑环的圆柱体均匀分布(distributedhomogenously)。通过此方式，能最小化电刷到滑环的接触表面处的温差。另外，能在很大程度上减少滑环在通常旋转速度下的机械变形，这有助于减少电刷的振动。

在本发明的另一实例中，径向开口通过侵蚀技术形成于滑环中。对于通常的研磨来说，发现此侵蚀技术尤其有利于滑环中的开口与凹槽的组合。

附图说明

从附图中作为非限制性实例说明的滑环布置的优选但非排它性实施例的描述将更显而易见进一步特性和优点，在附图中：

图1示出滑环布置的部分的侧视图的横截面，所述布置具有在左侧的收缩底座和在右侧的悬垂在倾斜环状气隙上方的圆柱形主体，其中形成于滑环中的若干径向开口用于冷却介质穿过，且在滑环下面的倾斜环状气隙用以将滑环布置建立为本发明的实例，其中凹槽形成于滑环的上侧上且一些径向开口连接到凹槽以接合凹槽，使得凹槽连同开口形成冷却介质的通路；

图2示出类似于图1的滑环布置的部分横截面和转子轴下方的未剖切图，所述滑环布置通过滑环下方的倾斜环状气隙收缩在具有减小直径的转子轴的轴支承上；

图3示出根据本发明的实例的滑环的透视图，所述滑环具有均匀地形成在滑环中的具有圆化矩形横截面的开口。

具体实施方式

参考图，这些图示出滑环布置和滑环的纵向侧的横截面，其中相似参考编号贯穿若干视图指定相同或对应部分。

图1示出根据本发明的实例的滑环布置1的部分的侧视图的横截面。根据本发明，滑环布置1被限定为具有倾斜(sloped)环状气隙5的滑环11。滑环11包括一体式制造(fabricated in one-piece)的圆柱形主体3、收缩底座(Shrink seat)3和在其间的端部区段8。滑环11是巨大的且由金属或类似导电材料制成。收缩底座2借助于轴支承9连接到转子的轴12。在滑环11的上部部分处，用以传送电流到转子绕组的电刷10邻接(adjoin)滑环1。示出根据转子的纵向轴线的横截面的纵向部分。在左侧处，设计有在底面处收缩到电机的转子的轴12上以建立紧固连接(a secure connection)的收缩底座2。在轴12与收缩底座2之间，轴支承9固定到这两部分。此左侧也是滑环1的内端。在图1的右侧处，示出并不与轴支承9直接连接的滑环1的部分。此部分在此处被称为滑环1的圆柱形主体3。圆柱形主体3具有比收缩底座2小的宽度和大的长度，如图1中可看出。在滑环布置1的收缩底座2与圆柱形主体3之间，滑环布置1的第二部分与圆柱形主体3一体式地布置，其被称为滑环11的端部区段8，这是因为端部区段8形成传送电流的部分的端部。端部区段8在接面处具有与收缩底座2相同的直径，且在圆柱形主体3的方向上具有降低的直径。在与圆柱形主体3的接面处，端部区段8具有与圆柱形主体3相同的直径。在圆柱形主体3下方，设计有用于例如空气的冷却介质穿过的自由空间。由于转子进行旋转，能借助于自身通风(self-ventilation)移动冷却介质而无需通风机(未示出)。此通路被称为倾斜环状气隙(sloped annular air gap)5。冷却介质在操作中冷却滑环11。冷却介质的流动方向在图1中通过箭头加以说明。在此视角中，冷却介质从右侧进入滑环11到倾斜环状气隙5中，如在图2下面所说明。冷却介质穿过形成于滑环11中的开口4，并借此在操作中冷却滑环11。开口4在竖直方向上，即垂直于转子轴线或转子轴12，穿过滑环11伸出。此意味着开口4径向形成于滑环11中，从而被称为径向开口4。开口4具有具圆化边缘的矩形横截面，图1中示出矩形的窄侧，矩形的较长侧定向到图像平面。然而，开口4可具有任何其它形状，圆形、椭圆形等。在此实例中，用侵蚀技术将径向开口4形成于滑环11中。径向开口4均匀地分布在滑环11中。此措施导致具有开口4的滑环11具有高机械稳定性。冷却介质穿过开口4并冷却滑环11。冷却介质的流动通过开口4中的箭头加以说明。滑环11具有形成于滑环11的顶面上(on the upper face)的凹槽6，其穿过所述巨大(massive)滑环11在一定程度上伸出。凹槽6从外表面形成到滑环11中，且形成盲孔。凹槽6用于冷却滑环11，且还具有从滑环11上方的电刷10引导作为磨损物的碳尘的功能。在滑环11的圆柱形主体3下方的空间或环状气隙5是倾斜的，其在冷却介质从滑环11外侧流到内侧的方向上具有降低的横截面。滑环11如下安装到收缩底座2，其中端部区段8以紧固方式将滑环11的收缩底座2与圆柱形主体3一体式地连接。轴12的直径朝向圆柱形主体3或圆柱形环的端部减小，这在圆柱形主体3下面形成倾斜环状气隙5。圆柱形主体3下面的倾斜环状气隙5进一步有助于穿过径向开口4到凹槽6的均匀流量分布，这能进一步优化冷却工作。

在此实例中，在每一第二凹槽6处，开口4形成于滑环11中且与凹槽6形成在竖直方向上穿过整个滑环11的公共通路(common passage)。冷却介质的通路据此被设计为凹槽6与开口4的组合。然而，开口4可与凹槽6独立地形成，以产生穿过滑环11的整个宽度的用于冷却介质的管道。用通常不用于此技术领域的侵蚀技术(erosion technique)能简化对连接有开口4的滑环布置1的制造。侵蚀技术能实现对开口4的高精度模制。在滑环11的上侧处，冷却介质经由在图1的滑环11左侧处的排气口从滑环布置1和转子释放到外部。在两个邻近滑环布置11之间布置作为冷却介质的排气口的通道(未示出)。可在出口处布置又一通风机，以进一步有助于排放在滑环11中受到加热的冷却介质。本发明允许显著降低滑环11中的温度。此有助于转子的轴12的稳定运行行为。

图2示出在转子轴12处并入的类似于图1的滑环布置1的部分横截面。上半部是以剖切图示出，下半部示出为未剖切。轴支承9中具有凹槽6、开口4和倾斜环状气隙5的剖切式滑环(the cut slip ring)11安装到轴12。在滑环布置1上方示出上半部，总共十二个电刷10邻接(adjoin)滑环1以在电机的操作中将电流传送到滑环11。此处，示出六个电刷10，六个另外的电刷10在另一侧处邻接滑环1。电刷10容纳于以剖切方式部分示出的电刷装置壳体15中。冷却介质的通路通过箭头加以说明，冷却介质从上方进入倾斜环状气隙5，沿着倾斜环状气隙5流动并穿过组合凹槽6和开口4。在从倾斜环状气隙5穿过组合凹槽6和开口4到电刷10之后，冷却介质在右侧的弯曲箭头的方向上通过排气通道从滑环1离开。对滑环11的冷却沿着滑环11的整个圆柱形主体3进行。为了加以说明，图3中以隔开方式示出根据本发明的实例的并无收缩底座2的滑环11的透视图。在图3中，可看出具有圆化矩形开口4的中间圆柱形主体3和在圆柱体两端部处的端部区段2。开口4在切向方向上具有比在轴向方向上更大的延伸部，矩形的较长侧在切向方向上。每一开口4在切向方向上的长度小于40mm。已证实开口4的这些尺寸能提供高效冷却成果。在存在径向开口4的情况下，根据目前先进技术的安装在轴上的径向风扇是任选的。可应用径向风扇以进一步推行冷却滑环11。

虽然已参考示范性实施例详细描述本发明，但所属领域的技术人员将显而易见，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并利用等效物。已出于说明和描述的目的呈现本发明的优选实施例的前述描述。并不意图为详尽的或限制本发明为所公开的精确形式，且鉴于以上教示，修改和变化是可能的或可从本发明的实践获得所述修改和变化。选择并描述实施例是为了解释本发明和其实际应用的原理，由此使所属领域的技术人员能够在如适合所涵盖的特定用途的各种实施例中利用本发明。预期本发明的范围由此处附加的权利要求书和其等效物限定。

Claims (6)

1.一种用于电机的滑环布置(1)，其具有由圆柱形主体(3)、端部区段(8)和收缩底座(2)组成的滑环(11)，然而在所述圆柱形主体(3)中形成有径向开口(4)，所述收缩底座(2)可收缩在轴(12)上，所述轴(12)在所述圆柱形主体(3)下面具有减小的直径，以便在所述圆柱形主体(3)之下形成倾斜环状气隙(5)，从而将冷却介质引导通过所述径向开口(4)。

2.根据权利要求1所述的滑环布置(1)，其特征在于：凹槽(6)形成于所述滑环(11)的外侧处且所述径向开口(4)接合所述凹槽(6)中的一些或全部。

3.根据权利要求1所述的滑环布置(1)，其特征在于：所述径向开口(4)通过侵蚀技术形成于所述滑环(11)中。

4.根据权利要求1所述的滑环布置(1)，其特征在于：所述径向开口(4)具有圆化的矩形横截面，其中所述矩形的较长侧在切向方向上。

5.根据权利要求1所述的滑环布置(1)，其特征在于：一个径向开口(4)在所述切向方向上的长度小于40mm。

6.根据权利要求1所述的滑环布置(1)，其特征在于：所述滑环(11)中的所述径向开口(4)沿着所述滑环(11)的所述圆柱体均匀分布。