CN113169497A

CN113169497A - 滑环体

Info

Publication number: CN113169497A
Application number: CN201980056659.XA
Authority: CN
Inventors: 赫伯特·宾德尔; 罗伯特·格鲁贝尔; 奥利弗·梅明杰; 曼努埃尔·奥伯内德尔; 克劳斯·席费雷尔
Original assignee: Flander GmbH
Current assignee: Flander GmbH
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: EP3830912A1; US11437771B2; US20220094126A1; WO2020043648A1; ES2969708T3; EP3830912B1; CN113169497B; EP3618204A1

Abstract

本发明涉及一种用于电接触异步电机的滑环体(1)，该滑环体包括至少一个第一滑环(2)和第二滑环(3)，在这些滑环处各自固定至少两个导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)，其中至少两个滑环(2、3)相互刚性连接，并且其中滑环(2、3)中的至少一个具有设计用于穿引至少一个另外的滑环(2、3)的导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)的至少一个滑环(14、15、16、17、18、19)。滑环体(1)的特征在于，具有至少一个凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的至少一个滑环(2、3)在围绕凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的区域中比在如下地区中具有更小的磁导率，在该地区中将相应的至少两个导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)固定在滑环处，或者该地区设计用于与传送能量的刷接触，其中该区域和该地区都不由铜制成，其中空气至少部分地位于围绕凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的区域中。

Description

滑环体

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的用于电接触异步电机的滑环体。本发明还涉及一种根据权利要求8的具有滑环体的电机、特别是异步电机。本发明还涉及一种根据权利要求9的将滑环体用于电接触异步电机的应用。

背景技术

在双馈异步电机中，在转子中施加三相交流电系统。由导电的和导磁的材料、特别是不锈钢构成的滑环变送器用于传送电流。在这种滑环变送器中，经由静态刷将三相交流电系统传送到滑环上并进而传送到机器的旋转部件上。在此，必须将三相交流电系统从滑环经由相应的导体棒引导至转子的转子绕组。

在此，以三相交流电流穿流的导体棒在相邻的导磁材料中感生出涡电流，涡电流又由于欧姆式损耗而导致相应组件发热。由于组件温度由材料决定而不能超过特定值，所以至今为止需要确保充分散发热损耗功率并进而确保冷却相关组件。

图1示例性地示出根据现有技术的滑环体1。滑环体包括三个滑环2、3、4和承载环5。三个滑环2、3、4沿着(假想的)转动轴线A布置并且具有用作毂6的径向内置的凹部。异步电机的(未示出的)转子轴线可以在毂6内引导。

各个滑环2、3、4分别在轴向方向上由绝缘体7、8、9、10包围，绝缘体将滑环体2、3、4相互电绝缘。承载环5设置在滑环体1的轴向端部11处，滑环体借助于未示出的连接机构(例如螺栓)与各个滑环2、3、4和绝缘体7、8、9、10连接，以便为滑环体1生成所需的稳定性。

根据图2阐述损耗热量的形成。在此示出三个滑环2、3、4，从滑环中分别将两个导体棒11a、11b、12a、12b、13a、13b沿轴向方向从滑环2、3、4中引出。始于图2左侧所示的滑环2，两个所属的导体棒11a、11b在轴向方向A上引导穿过在轴向方向上在图2中更右侧布置的滑环3中的相应的(成对的)凹部14。通过感生涡流在凹部14的区域中造成热量损耗。四个导体棒11a、11b、12a、12b已经沿朝第三滑环4的方向从第二滑环3起延伸。在那里，导体棒被引导穿过相应的(成对的)凹部15、16，并在那里又产生热量损耗。六个导体棒11a、11b、12a、12b、13a、13b被引导穿过承载环5并且在三个(成对的)凹部17、18、19中产生相应高的损耗功率。

为了清楚，导体棒11a、11b、12a、12b、13a、13b的大致走向在图2中由箭头表明，凹部14、15、16、17、18、19的区域由椭圆形轮廓标出。

通常，经由每个滑环2、3、4引导三相交流电系统的不同的相。

迄今为止已知的是：经由改善的冷却作用来补偿所形成的损耗。但是，为此需要大耗费的冷却设计，根据要进行供应的马达的功率，冷却设计的范围涉及对滑环体进行主动外部通风。冷却设计一方面与高成本相关，并且另一方面与热管理的高的技术要求相关。为了避免形成涡流损耗或者减小该涡流损耗，还可以将例如铜的材料用于滑环。该材料的特征在于相对小的磁导率，其限制涡流的形成。然而，铜的成本比不锈钢的成本高多个数量级，这使这种解决方案在经济上没有吸引力。

在WO 2016/165939 A1中公开一种用于电接触异步电机的滑环体。

发明内容

本发明所基于的目的是：提出一种用于电接触异步电机的滑环体，其避免了之前阐述的缺点并且其特征首先在于技术和经济方面的低耗费。

该目的通过根据权利要求1的用于电接触异步电机的滑环体来实现。

根据本发明的滑环体包括至少一个第一滑环和第二滑环。在两种滑环处各自固定有至少两个导体棒。至少两个滑环相互刚性连接。滑环中的至少一个滑环具有至少一个凹部，该凹部设计用于穿引至少一个另外的滑环的导体棒。换言之，滑环体设计用于使固定在滑环处的导体棒引导穿过另外的滑环。相反的方向则并非如此。

根据本发明的滑环体的特征在于，具有凹部(用于穿引另外的滑环的导体棒)的至少一个滑环在围绕凹部的区域中比在如下地区中具有更小的磁导率，在该地区中将相应的至少两个导体棒固定在滑环处，其中该区域和该地区都不由铜制成。

滑环具有环形形状，即滑环内部是空的并且滑环具有限定的环宽度。滑环用于将静态供应系统的电能传送到异步电机的旋转部件(转子)上。在此，传送通常借助于由碳构成的(滑)刷进行，该刷沿着滑环表面引导并且在此将电能传送到滑环上。

导体棒被理解为条形的引导电流的导线，该导线例如能够以柱体的形式构造。通常，装入滑环体中的导体棒是刚性的，以使其在异步电机的转子的转动运动期间不会扭曲或弯曲，以便由此必要时引起短路。导体棒可以例如由铜制成，但不限于此。

如从现有技术中已知：滑环体例如具有两个滑环，滑环彼此间隔开并且借助于绝缘体彼此电绝缘。两个导体棒固定在滑环之一处，两个另外的导体棒固定在两个滑环中的另一滑环处。所有四个导体棒都沿相同方向延伸。为了前两个导体棒可以经过另一滑环，该滑环具有专门的凹部或穿引部。在此，其在现有技术中通常为由导体棒引导穿过的钻孔。

对于本发明重要的是：围绕滑环中的至少一个滑环中的至少一个凹部的区域具有相对较小的磁导率。由于小的磁导率(也称为导磁率)，减小了围绕由电流流过的导体棒在横穿的滑环中感生的涡流的强度。由此可以显著减少热量损耗。

该比例涉及滑环的如下区域，在该区域中分别将其所属的导体棒固定在滑环处。在该(过渡)区域中需要高的电导率，该电导率通常可以仅低成本地借助同样具有高磁导率的材料实现。因此，通常将不锈钢用作为用于滑环的或滑环的在滑环与导体棒之间的(过渡)区域的材料。

如已经提到的那样，在现有技术中也将铜用作用于两个区域(导体棒的固定区域和穿引区域)的材料。但是，该材料贵几个数量级，因为本发明描述了对上面提到的问题的解决方案，而该解决方案刚好在该区域中不能使用铜。

在本发明的一个改进方案的范围中，在围绕滑环中的凹部的区域中至少部分地存在空气。在此，术语“空气”基本上表示地球的天然的气体混合物。在该改进方案的范围中，凹部可以扩展，以使由导体棒感生的涡流显著小于在现有技术中已知的“钻孔”中的情况，该钻孔的开口横截面通常仅略大于导体棒的横截面。优选地，凹部的开口横截面的大小至少是导体棒的横截面的大小的两倍，特别优选至少四倍。

但是，在围绕凹部的区域中也会存在一种“气隙”。换言之，在此，滑环中的用于导体棒的凹部不是全环周闭合的，而是具有其中存在空气的中断。由此，围绕导体棒延伸的环形磁场线被减弱，这又减少涡流的形成并进而减少损耗热量。

可替换地，更小的磁导率也可以通过围绕凹部的区域的一部分、即空气实现。在此，滑环在该区域中的剩余部分以更小的材料尺寸实现，这总体上与围绕导体棒的固定部的区域相比减小了相关的区域的磁导率，其中滑环在围绕导体棒的固定部的该区域中具有完整的材料尺寸。

在此，滑环体优选设计成环形并且具有材料尺寸较大的外环区域和材料尺寸较小的内环区域，其中，至少一个凹部设置在内环区域中。

在本发明的一个有利的改进方案中，在导体棒穿引经过至少一个凹部的地区中，导体棒在径向方向上被电绝缘材料包围。在此，电绝缘材料又被具有相对高的电导率的材料包围。在此根据套筒的类型，导电性良好的材料包围绝缘层和实际的导体棒。

通过使用良好导电的材料、例如铜或铝，在套筒中感生涡流，该涡流产生相反指向的磁场并包围(或屏蔽)由电流流过的导体棒所产生的磁场。因此，磁通量仅以小的程度进入周围的滑环材料中，并且与之相应地产生较小的热量损耗。

特别优选地，套筒设置在滑环的径向内部区域中，该套筒包围滑环体的毂。在此，套筒具有相对高的电导率，其中，套筒尤其由铜或铝制成。毂本身可以有利地由具有相对低的磁导率的材料构成。对于为此更详细的实施方案，参考实施例的描述。

该目的还通过具有根据以上阐述内容的滑环体的电机、特别是异步电机来实现。

另外，该目的通过根据以上阐述内容的滑环体用于电接触异步电机的应用来实现。

附图说明

结合实施例的以下描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现其的方式和方法变得更明白易懂，实施例结合附图详细阐述。附图示出：

图1示出根据现有技术的滑环体；

图2示出滑环体中的损耗热量的原理上的形成；

图3示出根据第一实施方式的根据本发明的滑环体；

图4示出根据第二实施方式的根据本发明的滑环体；

图5示出用于根据图4的根据本发明的滑环体的承载环；

图6示出根据第三实施方式的根据本发明的滑环体；

图7示出根据第四实施方式的根据本发明的滑环体；

图8示出根据第五实施方式的根据本发明的滑环体的纵截面图；和

图9示出根据图8的滑环体的横截面图。

具体实施方式

图3示出根据本发明的滑环体1的滑环2的斜视图。滑环2构造为空心柱体，并且具有分布在其环周上的通风孔20，通风孔用于当滑环2处于旋转中时使滑环2被动冷却。

在滑环2处固定有两个导体棒21a、21b。固定例如可以借助于导体棒21a、21b与滑环2或在滑环中的旋紧或压紧来实现。导体棒21a、21b用于将能量从滑环2的外侧22传送至未示出的电机、特别是异步电机。电能借助于同样未示出的(碳)刷经由滑环2的外侧22传送到滑环上。在当前的实施例中，滑环2由不锈钢制成。

滑环2在环周方向上相对于两个导体棒21a、21b错开地具有凹部23。两个另外的导体棒21a、21b引导穿过凹部23，另外的导体棒不与滑环2的接触，也不借助于套筒或类似物接触。凹部23的开口横截面大于另外两个导体棒24a、24b的横截面的两倍。如从图3可见，在围绕导体棒24a、24b的凹部23的区域中存在通常的空气，空气具有相对小的磁导率。由此，减少了围绕引导通过凹部23的导体棒24a、24b的涡流的形成，这导致更小的热量损耗。

图4示出根据本发明的滑环体1的滑环2的一个可替换的实施方式。滑环2具有呈“钻孔”形式的凹部23，该凹部的开口横截面略大于要引导穿过其的导体棒的横截面。在围绕凹部23的区域中，滑环2具有狭缝形的开口25。该开口中断了凹部23的壁部并且在该位置处表现磁导率的局部减小。由此减弱了围绕导体棒形成的磁场线，这又减小的涡流损耗。

图5示出承载环5，承载环例如能以与根据图3和图4的滑环2组合的方式在滑环体1中使用。承载环2具有三个凹部26、27、28，凹部朝环形的滑环2的外环周敞开。导体棒能引导穿过凹部26、27、28，导体棒由于凹部26、27、28的开口横截面相对大而在承载环5中仅感生小的涡流。

图6示出根据本发明的滑环体1的滑环2的另一可替换的实施方案。

滑环2构造为空心柱体并且具有分布在其环周上的通风孔20，通风孔用于当将滑环2处于旋转中时使滑环2被动冷却。

滑环2具有两个凹部29、30，凹部设置在滑环的径向向内的突出部分31处。分别将导体棒32a、32b引导穿过两个凹部29、30。导体棒32a、32b分别具有内置的导电芯(例如由铜制成)和外置的包覆的绝缘层，绝缘层包围内置芯。在围绕凹部29、30或突出部分31的区域中没有材料，使得在此强烈减小磁导率。

在滑环体1中可以设置多个滑环2，滑环的突出部分31相对彼此沿环周方向移动。借此能够以简单的方式和方法实现在(多于两个的)导体棒34a、34b之间的足够的距离并且避免在导体棒34a、34b之间的有损耗的(电磁的)相互作用。

可从图7中得出另一实施例。在此示出滑环2的前视图。滑环2具有外环区域35和内环区域36。两个环区域35、36在图7中为了说明而借助于线分开。在内环区域36中设置有用于穿引导体棒的“钻孔形的”凹部37。滑环2围绕相应凹部的区域与在滑环2的外部区域38中相比具有更小的磁导率。例如这可以通过如下方式实现，即滑环2在内环区域36中的材料尺寸小于其在外环区域35中的材料尺寸。可替换地或附加地，可以将具有相对小的磁导率的材料用于内环区域35。例如，外环区域35可以由不锈钢构成并且内环区域36可以由铝或铜构成。

图8示出根据本发明的滑环体1的另一实施方式的纵截面图。滑环体1具有第一滑环2、第二滑环3、第三滑环4和承载环5(在图8中从左至右观察)。在滑环2、3、4之间安置有绝缘体39、40、41，以使滑环2、3、4彼此电绝缘。

两个导体棒42固定在第一滑环2处，在图8中仅可识别导体棒中的一个。导体棒42从第一滑环2开始在轴向方向上延伸穿过另外两个滑环3、4和承载环5中的相应的凹部43、44、45。围绕导体棒42包覆绝缘层46，绝缘层将导体棒42与滑环体1的周围部件、特别是滑环3、4和承载环5分开。在凹部43、44、45的区域中，绝缘层46被套筒47、48、49包围，套筒由具有高电导率但低磁导率的材料构成，尤其由铝构成。在套筒47、48、49中感生电流，该电流又产生围绕该电流的磁场，磁场可以减弱或屏蔽围绕由电流流过的导体棒42的磁场。

图9示出根据图8的滑环4的前视图。在滑环4的内边缘区域中设置环形的毂50，毂由磁导率低的材料构成。(电)绝缘层51围绕毂50设置。该绝缘层51由套筒52围绕，套筒由具有良好电导率但磁导率低的材料构成。通过滑环4的这种构造方案进一步放大了根据图8阐述的优点，其中，该构造方案当然不限于一个该滑环4。

尽管在细节方面通过优选的实施例详细阐述和描述了本发明，但本发明不由公开的实例限制，并且能够由本领域技术人员从其中推导出其他的变体方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于电接触异步电机的滑环体(1)，所述滑环体包括至少一个第一滑环(2)和第二滑环(3)，在所述第一滑环和所述第二滑环处各自固定有至少两个导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)，其中，至少两个滑环(2、3)相互刚性连接，并且其中，滑环(2、3)中的至少一个滑环具有至少一个凹部(14、15、16、17、18、19)，所述凹部设计用于穿引至少一个另外的滑环(2、3)的导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)，

其特征在于，

具有至少一个所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的至少一个滑环(2、3)在围绕所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的区域中比在一地区中具有更小的磁导率，在所述地区中将相应的至少两个所述导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)固定在滑环处，或者所述地区设计用于与传送能量的刷接触，其中，所述区域和所述地区都不由铜制成，

其中，空气至少部分地位于围绕所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的所述区域中，其中，所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的开口横截面的大小优选是所述导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)的横截面的大小的至少两倍，特别优选至少四倍。

2.一种用于电接触异步电机的滑环体(1)，所述滑环体包括至少一个第一滑环(2)和第二滑环(3)，在所述第一滑环和所述第二滑环处各自固定有至少两个导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)，其中，至少两个滑环(2、3)相互刚性连接，并且其中，滑环(2、3)中的至少一个滑环具有至少一个凹部(14、15、16、17、18、19)，所述凹部设计用于穿引至少一个另外的滑环(2、3)的导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)，

其特征在于，

其中，具有所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的滑环(2、3)的材料尺寸在围绕所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的所述区域中比在滑环(2、3)的其他区域中更小。

3.根据权利要求2所述的滑环体(1)，所述滑环体设计成环形并且具有材料尺寸较大的外环区域(35)和材料尺寸较小的内环区域(36)，其中，至少一个所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)设置在所述内环区域(36)中。

4.根据权利要求2或3所述的滑环体(1)，其中，在所述导体棒穿引经过至少一个所述凹部(14、15、16、17、18、19、23、26、27、28、29、30、37、43、44、45)的地区中，所述导体棒(11a、11b、12a、12b、13a、13b、21a、21b、24a、24b、32a、32b、34a、34b、42)在径向方向上被电绝缘材料包围，其中，所述电绝缘材料被具有相对高的电导率的材料包围。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的滑环体(1)，其中，套筒(52)设置在滑环(2、3、4)的径向内部区域中，所述套筒包围所述滑环体(1)的毂(50)，其中，所述套筒(52)具有相对高的电导率，其中，所述套筒(42)尤其由铝制成。

6.根据权利要求5所述的滑环体(1)，其中，所述毂(50)由具有相对低的磁导率的材料构成。

7.一种电机，所述电机特别是异步电机，所述电机具有根据权利要求1至6中任一项所述的滑环体(1)。

8.一种根据权利要求1至6中任一项所述的滑环体(1)用于电接触异步电机的应用。