CN112534657B - 滑环、滑环单元、电机与风力发电设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑环(1)、一种滑环单元(17)和具有这种滑环(1)的电机。滑环(1)用于将电能经由导电滑环元件(11)从静态单元(13)传输到接触区域(5)。接触区域(5)在切向方向(t)上具有至少一个凹部(7)。凹部(7)或布置在接触区域(5)之间的绝缘层(9)具有至少一个凸起(8)，其中，凸起(8)尤其在滑环(1)转动时将气流(15)用于冷却接触区域(5)和/或滑环元件(11)。为了改进气流(15)，将开口(10)引入环形面(12)中，该环形面由接触区域(5)的相对于相邻布置的绝缘层(9)增大的半径形成。开口(10)优选用于将气流(15)运送到相应的凹部(7)中。由于本发明的特征，滑环(1)能够在紧凑的构造形式的情况下传输大量能量。因此滑环(1)尤其适用于在风力发电设施中使用。

Description

滑环、滑环单元、电机与风力发电设施

技术领域

本发明涉及一种滑环和一种滑环单元。此外本发明还涉及一种电机和一种风力发电设施。

背景技术

用于风力发电设施的发电机有时包括转子和定子中的线圈。转子中的线圈通常经由滑环被供应电能。

在传输电功率时，滑环尤其在兆瓦范围内承受高电流负载。由此导致高热负载。

为了减少热负载，能够将滑环或滑环单元(带有与之适配地静态装置的滑环)设计为更大。但这尤其在风力发电设施中不太可能。

因此，文献EP3322047A1提出一种具有风机绝缘部段的滑环单元。

公开文本DE2529519A1涉及一种气冷滑环，其由多个单独的、彼此以一定距离布置的圆环片组成，其中包含互相对齐的通道，通道形成轴向延伸的、从至少一个端侧伸出的冷却通道。

实用新型DE7734576U1基于用于电机的滑环装置。滑环体包括滑环以及支撑环，和与之连接的连接片。滑环设有环形或螺旋形的、一直延伸到平行于轴的通气开口的轴的槽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑环或一种滑环单元，其能够紧凑地实施，并且能够同时传输大量电能。

目的利用根据本发明的滑环以及根据本发明的滑环单元来实现。此外，根据本发明的电机和根据本发明的风力发电设施实现该目的。

本发明有利的实施方式和改进方案是各个实施例的主题。

本发明的构思在于，气流在轴向方向上穿过开口被输送到滑环中，并且穿过开口再次从滑环沿轴向方向被向外输送。在此，气流经过滑环的凹部内侧流动并吸收热量。此外，径向气流能够用于冷却滑环元件。在此特别有利的是，沿径向方向流动的气流尤其能够很好地冷却滑环元件。沿径向方向流动的气流还用于冷却滑环元件的侧面。沿径向方向被向外输送的气流优选设计用于冷却滑环元件。有利地，在下侧进行滑环元件的冷却。

滑环元件由径向向外移动的气流特别好地被冷却。对此，滑环具有接触区域，其中，滑环具有接触区域，其中接触区域分别能够设计为本质上圆柱形，并且分别能够在其接触面具有凹部。接触面优选布置在圆柱形接触区域的周面处。此外，至少间接经由冷却导电滑环元件改进对接触区域的冷却。对滑环改进的冷却使得滑环或滑环元件能够构造紧凑。

滑环尤其用于将电能传输到能转动支承的轴，优选在风力发电设施中。滑环具有至少一个接触区域和至少两个绝缘区域，其中，绝缘区域和至少一个接触区域布置在轴向方向上相邻布置，其中，接触区域至少在径向向外的方向上具有接触面，其中，接触区域在接触面的区域中具有至少一个凹部，

-其中凹部在内侧处具有凸起，

-和/或凹部在切向方向上是中断的。

相应的绝缘区域优选由合成材料制成。相应的接触区域优选基本上由导电良好的金属(例如不锈钢、铜或青铜)制成。

接触区域优选在其周面具有接触面。替选地或附加地，接触面能够布置在接触区域的相应端侧的圆环形区域处。

相应的凹部优选设计为是径向对称的，并具有至少大体上到达接触区域的深度，从而开口通向凹部中。凹部优选(至少局部)具有沿轴向方向为接触面宽度的四分之一到三分之一的宽度。

凹部优选布置在接触面的轴向中部。

凸起能够设计为直到相应的接触区域的周面为止。在一个实施方案中，凸起能够设计为凹部在切向方向上的中断。相应的凹部的凸起和中断优选具有相同的作用，即在径向方向上提供气流。该气流尤其用于冷却滑环元件。

在生产滑环时，优选依次布置接触区域和绝缘区域。相应的接触区域优选在其相应的端侧被绝缘区域至少部分地覆盖。相应的未被覆盖的圆环形部分在这里被称为环形面。

凹部中的凸起优选布置为，使得其在滑环转动时感应出在径向向外的方向上的气流。

滑环优选具有接触元件。接触元件优选布置在滑环的端侧上。接触元件优选与相应的接触面导电连接。

接触区域能够分别设计用于吸收导电滑环元件的电能。导电滑环元件例如设计为电刷。导电滑环元件设置用于传输静态装置的电能。

通过本发明，在接触接触轨的一侧的导电滑环元件能够借助于气流来被冷却。

此外可节省强制通风。

由于改进了冷却，滑环能够被设计为更小更紧凑，并且因此更轻。

在本发明的一个有利的设计方案中，相应的凸起设置用于提供沿径向方向的气流。

在滑环转动时，突出部用于产生气流，以冷却将电能传输到相应的接触区域的滑环元件。由于突出部在凹部内有利的布置，气流从下部流到下侧以及滑环元件的侧面。

在本发明的另一有利的设计方案中，相应的凹部定位在接触面的轴向中部区域中。

凹部优选布置在接触面的在轴向方向延伸的宽度的中部或中部区域内。

凹部例如具有大约为接触面宽度的三分之一的宽度。

由于凹部在中间的布置，气流特别均匀地穿过凹部流动，并流到相应的滑环元件的中部。滑环元件优选实施为两件式的，尤其设置有凹部。替选地，滑环元件设计为两个间隔开实施的滑环元件。在该实施方案中，气流优选穿过滑环元件之间流动。

由此，相应地利用流经的气流在分别彼此朝向的面上冷却滑环元件。相应地，滑环也由于扩大的表面而更好地被冷却。

通过将凹部布置在接触面的中部，能够特别均匀地冷却接触面和至少一个滑环元件。

滑环优选具有用于三个电气相的三个接触区域。接触区域分别由绝缘区域彼此分离。特别地，用于将两个接触区域间隔开的绝缘区域定位在第一接触区域和第二接触区域之间，其中，绝缘区域尤其设计用于将接触区域彼此电气隔离。

相应的接触区域的半径大于相应的绝缘区域的半径。

优选地，相应的接触区域和相应的绝缘区域设计为基本上圆柱形。相应的接触区域的相应的径向向外的部分在这里被称作环形面。

相应的环形面优选具有沿轴向方向的法向量。

通过具有小于接触区域的半径的绝缘区域的实施方案，环形面暴露，并且能够被气流更好地冷却。

接触区域具有开口，其中，开口分别布置在环形面中，其中，开口通向相应的凹部中。

优选地，开口优选设计为，使得其形成用于凹部中气流的通道。

因此，开口尤其用于将气流输送到凹部中。

相应的接触区域的两个环形面优选具有开口。开口有利地分别定位在相应的环形面的相同位置。开口延伸穿过接触区域，优选沿轴向方向。因此，沿轴向方向移动的气流能够穿过开口被引入凹部中。穿过开口流入凹部的气流能够穿过开口和凹部的连接，从凹部沿径向方向流出。相应的接触区域的两个环形面优选设置有开口。在这种情况下，开口能够定位在相同的切向位置。

开口分别相对于轴向方向轻微倾斜地延伸。

基本上轴向延伸的开口优选沿切向方向倾斜定向。相应的环形面的法线设计为5度到45度的斜角。因此，相应的开口能够用于在凹部中提供气流。

环形面优选设计为径向延伸的圆环形面，其由于接触轨的较大的直径而被设计为其余滑环的周面。

尤其设计为非正交于环形面的开口用于改进径向向外的气流。

因此，开口极大改进了对滑环或滑环单元的冷却。

在本发明的另一有利的设计方案中，至少一个绝缘区域具有凸起或突出部。

凸起或突出部优选用于在轴向方向产生或支持气流。

布置在绝缘区域中的印记能够定向为向内。这种绝缘区域能够设计为通风器。

凸起和/或印记优选用于改进冷却。

在本发明的另一有利的设计方案中，滑环设计为传输至少100千瓦、尤其1兆瓦的电功率。

传输的电能有利地被划分到三个接触区域。此外，相应的接触区域能够被施加多个导电滑环元件。

冷却滑环和/或滑环单元对传输这么大量的电能是有利的。

在本发明的另一有利的设计方案中，在滑环的至少一侧处布置通风器，其中，通风器分别抗转动地布置在滑环的一侧。

至少一个通风器也能够由滑环间隔开固定在轴处。

至少一个通风器优选用于产生气流，特别是轴向气流。气流优选在轴向方向上沿滑环的周面流动。气流优选穿过开口流入凹部中。至少一部分气流在径向方向被引导到导电滑环元件和/或静态装置。凹部内的气流尤其用于冷却相应的接触区域。

凸起能够用于将凹部划分成多个在切向上彼此相邻布置的凹部。相应凸起的一侧优选形成接触面的一部分。凸起优选布置在绝缘区域中。

相应的凸起优选实施为，使得接触区域具有两个覆盖片，其中，相应的覆盖片空出其一部分周面，并通过接合相应的片来形成凹部。在此，覆盖片优选接合到一起，使得凹部被分到两个覆盖片。

替选地，相应的覆盖片能够不具有凹部，并且分别与中间层的端侧邻接。在此，中间层具有至少一个凹部。中间层能够具有小于覆盖层的直径的周面，其中，凸起优选布置在中间层的周面上。相应的凸起能够局部地达到相应的覆盖层的直径，并且因此凸起分成多个在切向间隔开的凹部。

通过由于用相应的印记而形成的凹部切向的中断，能够产生流量密度特别高的气流。

滑环单元具有：静态装置，静态装置用于引导和/或保持导电滑环元件(特别是电刷)，用于以接触的形式转动传输电能；以及上述滑环，其中，至少一个滑环元件设计用于将电能传输到滑环的覆盖层之一。

滑环单元优选具有多个分别与接触面或接触区域作用连接的滑环元件。滑环元件优选设计为电刷。滑环元件用于提供被传输到相应的接触轨的电能。

通过滑环能够由与印记连接的凹部改进对滑环元件的冷却。因此，能够将滑环单元构造地特别紧凑。

在本发明的另一有利的设计方案中，滑环具有接触元件，其中，接触元件允许与例如转子中的线圈电连接。接触元件与相应的接触区域电连接。

电机尤其设计为风力发电设施的发电机。电机具有上述滑环或上述滑环单元。

这里所述滑环优选在风力发电设施、工业电机或用于重工业的驱动器中应用。这里所述电机优选作为采矿领域中的驱动器、用于轮船驱动或采油领域中。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明。附图中所示特征能够在本发明的范畴中组成本发明的新的实施方案。附图所示实施方案不限制本发明。在此示意性地示出：

图1是滑环单元的示意图，

图2是示例性的滑环，

图3是具有凹部的接触区域，

图4是可行的滑环的截面图，

图5是另外的截面图，以及

图6是另外的截面图。

具体实施方式

图1示出滑环单元17的示意图。滑环单元17包括滑环1、能导电的滑环元件11和静态装置13。滑环1定位在轴3上，并且用轴3可旋转地支承。滑环1包括接触区域5和绝缘区域9。接触区域5在其周面具有两个接触面5a。相应的接触区域5的接触面5a由凹部7至少局部地分离。凹部7在此布置在相应的接触轨5的中部。为清楚起见，相应的凹部7的凸起8未示出。

在以下描述的附图中，附图标记z指代轴向方向，附图标记r指代径向方向，并且附图标记t指代切向方向。

在这里示出的实施方案中滑环1包括三个接触区域9和四个绝缘区域9，其中，相应的接触区域5以其相应的端侧与绝缘区域9邻接。接触区域5与绝缘区域9在轴向方向z抗转动地固定在轴3上。

通常对每个接触区域5有至少一个滑环元件11用于将电能传输到触面5a上，进而传输到接触区域上。相应的滑环元件11分别由静态装置定位为，使得滑环元件11与相应的接触面5a接触。在此，滑环元件11具有凹部。滑环元件11还能够设计为两件式。气流15还优选在(两件式实施的)滑环元件11之间或穿过滑环元件11的凹部流动。

静态装置13用于保持滑环元件11。在运行期间，滑环元件11接触相应的接触轨5。滑环元件11优选设计为电刷，并用于将电能传输到滑环上。

图2示出示例性的滑环1。滑环具有三个接触区域5。在接触区域5之间沿轴向方向z分别相邻地布置绝缘区域9。绝缘区域9用于使接触区域5彼此之间电绝缘和热绝缘。绝缘层还用于滑环1的稳定，从而接触区域5彼此之间保持限定的距离。接触区域5与绝缘区域9在轴向方向z上彼此固定。接触区域5具有比绝缘区域9更大的半径，从而接触区域5在其端侧的未被覆盖的部分上分别形成环形面12。环形面12在径向方向r上经由相应的绝缘层9的周面突出。

环形面12具有开口10，其中，开口10形成到凹部7的通道。开口10在切向方向t上间隔开地布置。相应的接触区域5的凹部7中断。使凹部在切向方向t上中断的中断如凸起8一样起作用。相应的凸起8或相应的中断用于在径向方向r上提供气流15。

相应的环形面12中的开口10用于将气流15运送到凹部7的相应部分中。开口10优选定位为，使得气流15能够穿过开口10穿过接触区域5和凹部7流动。对此，开口10优选不在切向方向t上偏移地布置。

滑环1在一端侧上具有接触元件4。接触元件与相应的接触区域5电气连接。该电气连接优选穿过绝缘区域9引导。

图3示出具有凹部7的接触区域5。接触区域5包括用阴影示出的中间层9a。此外，图3示出覆盖层9b。中间层9a在切向方向t上包括凹部7。凸起8或中断8用于在切向方向t上中断凹部7。中间层9a和相应的覆盖层9b设计为至少局部尽可能是圆柱形。通常，相应的覆盖层9b具有圆形的周面，其中，覆盖层的圆形特性仅具有极小的偏差。接触面5a定位在覆盖层9b的周面上。示出的开口10用于将气流15输送到接触区域5的凹部7的相应部分中，从而在滑环1转动时气流15在径向方向r上将(未示出的)导电滑环元件11冷却。在开口10与轴3之间示出了用于实施接触元件4的圆周。

用阴影示出的中间层9a在其相应的端侧分别被施加覆盖层9b，其中，覆盖层9b在其侧面12具有开口10。两个覆盖层9b在未施加绝缘区域9的区域中形成环形面12。

替选地，接触区域5能够设计为一件式的。然后凹部7优选借助切削加工方法(例如铣削)被添加到周面中。

图4示出可能的滑环1的截面图。在下侧示出轴3的截面。滑环1包括四个绝缘区域9，其中，相应的绝缘区域9用于将相应的接触区域5间隔开并绝缘。在示出的实施方案中，相应的接触区域5分别包括中间层9a和两个覆盖层9b。在截面图中清楚看到中间层9a分别超过相应的绝缘区域9突出，并在端侧上形成环形面12。环形面12具有在切向方向t上间隔开的开口10。两个覆盖层9b的相应的开口10优选布置为使得形成气流15的贯通通道。相应的覆盖层9b的周面形成接触面5a。分别仅由中间层9b分离的接触面5a能够由滑环元件11施加。

凸起8能够布置在相应的绝缘区域9的周面上。替选地，凸起8能够布置在相应的凹部中。

替选地，相应的接触区域5实施为实心的或一件式的。这种一件式的实施方式放弃将接触区域5划分为中间层9a和覆盖层9b。

图5示出另一截面图。示出轴3上的另一示例性的滑环1。在此，相应的接触区域5分别包括两个覆盖层9b。覆盖层9b由其形状形成凹部7。在中间布置的是两个覆盖层9b，其由于所示凸起8在所示位置在切向方向t上不形成凹部7。接触面5a在该位置包括两个覆盖层9b的周面。在覆盖层9b不形成凹部7的切向位置处，在相应的覆盖层9b的环形面12中优选不存在开口10。

图6示出另一截面图。与图4和图5示出的图示相比，相应的接触区域5设计为一件式的。接触区域5优选由一块，尤其借助于旋转电机制成。

总体而言，本发明涉及滑环1、滑环单元17和具有这种滑环1的电机。滑环1用于将电能经由导电滑环元件11从静态单元13传输到接触区域5。接触区域5在切向方向t上具有至少一个凹部7。凹部7或布置在接触区域5之间的绝缘层9具有至少一个凸起8，其中，在滑环1转动时，凸起8尤其用于引起气流15，该气流用于冷却接触区域5和/或滑环元件11。为了改进气流15，将开口10引入环形面12中，该环形面由接触区域5的相对于相邻布置的绝缘层9增大的半径形成。开口10优选用于将气流15运送到相应的凹部7中。由于本发明的特征，在滑环1紧凑的构造形式的情况下能够传输大量能量。因此滑环1尤其适用于在风力发电设施中使用。

Claims (14)

1.一种滑环，所述滑环具有至少一个接触区域和至少两个绝缘区域，其中，所述绝缘区域和至少一个所述接触区域轴向相邻地布置，其中，至少相应的所述接触区域设计为基本上圆柱形的，其中，所述接触区域至少在径向向外的方向上具有接触面，其中，所述接触区域在所述接触面的区域中具有凹部，其特征在于，所述凹部在内侧上具有凸起和/或所述凹部在切向方向上中断，

- 相应的所述接触区域的半径大于相应的所述绝缘区域的半径，

- 所述接触区域具有开口，其中，所述开口分别布置在环形面上，其中，所述开口通到所述凹部中，其中

-相应的所述接触区域的相应的径向向外的部分为所述环形面，相应的所述环形面具有沿轴向方向的法向量，

- 所述开口相对于轴线方向倾斜延伸，并且倾角设计为相对于所述环形面的法线在5度到45度的范围中。

2.根据权利要求1所述的滑环，其中，所述滑环用于具有电机绕组的转子。

3.根据权利要求1所述的滑环，其中，所述滑环在风力发电设施中应用。

4.根据权利要求1所述的滑环，其中，相应的所述凸起设置用于在径向方向上提供气流。

5.根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，所述凹部定位在所述接触面的轴向中部区域中。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的滑环，其中，至少一个绝缘区域包括突出部或所述凸起。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的滑环，其中，所述接触区域包括至少两个覆盖层，其中，所述覆盖层在轴向彼此相对的面处分别具有至少一个凹部，其中，相应的所述凹部使所述接触面缩小。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的滑环，其中，所述滑环设计用于传输至少100千瓦的电功率。

9.根据权利要求8所述的滑环，其中，所述滑环设计用于传输1兆瓦的电功率。

10.一种滑环单元，具有：用于引导和/或保持导电滑环元件的静态装置；以及根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，至少一个所述滑环元件设计用于将电能传输到所述接触区域之一上。

11.根据权利要求10所述的滑环单元，其中，所述静态装置是电刷，所述电刷用于以接触的方式转动传输电能。

12.一种电机，所述电机具有根据权利要求1至9中任一项所述的滑环或根据权利要求10所述的滑环单元。

13.根据权利要求12所述的电机，其中，所述电机是用于风力发电设施的发电机。

14.一种风力发电设施，具有根据权利要求12或13所述的电机。

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