CN113892215B - 改善冷却的滑环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电感电机(14)的滑环组件(13)的电刷架(1)，该电刷架(1)包括用于冷却电刷架(1)中的电刷(8)和/或用于冷却电刷架(1)的装置。

Description

改善冷却的滑环系统
技术领域
本发明涉及一种电激励电动机器滑环系统的电刷架、具有此类电刷架的载架段、具有此类载架段的滑环系统、滑环系统的通风系统和电动机器。
背景技术
滑环系统用于将电激励引入电动机器的旋转部分，即转子。由于电动机器例如风力涡轮发电机的功率不断增加，因此它们所需的可传输电功率越来越大。这导致滑环系统的额外加热，由于这些滑环系统及其部件的额外成本和空间优化，滑环系统的散热变得越来越困难。由于滑环系统具有更高的电流负载(目前正在寻求连同更紧凑的设计来实现)，因此温度尤其是电刷和电刷架的温度会显著升高。温度过高会损坏滑环系统和电刷。
为了抵消温度的上升，一定尺寸的电动机器使用了外径较大的滑环体。为此，所使用的电刷架(也称为电刷桥)尺寸也相应增大。然而，这意味着滑环系统的工作区域占据了相当多的空间。增加滑环系统(如滑环外壳及其部件)的尺寸会导致更高的材料成本。此外，与功率相关的尺寸增加也会导致电动机器外部尺寸的不希望的增加。
发明内容
在此基础上，本发明的目标是提供一种滑环系统，即使滑环系统的设计相对紧凑，也不会超过滑环系统及其部件的最大允许温度。
所述目标通过电激励电动机器滑环系统的电刷架实现，其中电刷架提供用于冷却电刷架中的电刷和/或用于冷却电刷架的装置。
使用根据本发明的电刷架，电刷架中的每个电刷现在可以相对良好地冷却，从而可以增加可传输到电动机器转子中的功率。
所述目标还可以通过包括根据本发明的一个或多个电刷架的载架段来实现。
这有助于平衡穿过滑环系统的电相的电刷的功率流或电流。
所述目标还通过包括根据本发明的一个或多个载架段的滑环系统来实现。电刷和/或电刷架的冷却性能以及支架系统的冷却性能的提高也意味着滑环系统被几乎均匀地热加载且充分冷却，从而实现了滑环系统的紧凑设计。
所述目标还通过包括根据本发明的滑环系统的通风系统来实现。通风系统引导滑环系统内的空气，其设计为关闭或打开，使得可以冷却电刷架和/或电刷袋和/或电刷。这是通过提供在滑环系统内或滑环系统上的径向和/或轴向风扇产生的所需冷却空气流来实现的。
所述目标还通过电动机器实现，特别是包括根据本发明的通风系统或根据本发明的滑环系统的风力涡轮发电机。
通过借助于电刷袋表面上的肋、针状物或钮以及可选地在电刷袋上的凹槽来扩大电刷袋表面，冷却空气流经的电刷袋的冷却表面和/或电刷的表面被扩大。这种情况下的肋可以是矩形肋、三角形肋、梯形肋或凹或凸抛物线形肋，就像针状物可以是圆柱形、圆锥形、凹抛物线形或凸抛物线形针状物或者钮一样。
设置在滑环系统内的至少一个风扇引导空气通过具有表面扩大结构的电刷袋和电刷架。
有利地，此处可使用相应的风扇，其产生径向空气流和/或沿圆周方向运行的冷却空气流。这可以通过在产生的冷却空气流的流动方向上相应地布置钮、针状物或肋来帮助实现。
通过降低滑环系统中的工作温度，从而产生较低的温度，这也使得滑环系统及其相邻部件的外形尺寸相对较小。此外，从电刷传输到相应滑环的功率也可以在每个电相中使用相对较少的电刷进行操作，而电刷没有冷却问题。
这意味着作为一个整体的滑环系统的更高功率水平以及电动机器的更高功率水平是可能的。
因此，滑环系统的通风可通过强制空气通风以及或另外通过外部通风实现。冷却空气流由滑环系统内和/或滑环系统上的风扇产生。
作为冷却空气通过冷却开口吸入滑环系统的外部空气经由冷却空气管道或管道装置在滑环系统内直接引导至电刷袋、电刷架和/或电刷。由于这些是关键热源，它们现在直接通过所谓的冷空气流直接冷却。
因此，滑环系统中存在的风扇(例如径向风扇)可以得到支撑。
在具有强制空气通风的滑环系统中，较冷的环境空气通过风扇和/或管道装置吸入并分布在滑环系统中，尤其是到热源。现在滑环系统中在电刷袋、电刷架和/或电刷处加热的空气从滑环室排放到周围环境中。在此空气流由抽风风扇和/或送风风扇产生，它们可具体实施为轴向风扇或径向风扇。
入口和/或出口处的过滤垫可过滤污染空气。
在封闭式滑环系统中，中冷器中重新冷却的内部冷却回路由风扇和/或管道装置分配，特别是到滑环系统封闭外壳内的热源。现在，滑环系统中在电刷袋、电刷架和/或电刷处加热的空气从滑环室被引导流入中冷器。该空气流由抽风风扇和/或送风风扇产生，其可具体实施为轴向风扇或径向风扇，并布置在滑环系统的外壳内。
附图说明
本发明和本发明的其他优选实施例通过原则上所示的实施示例更详细地解释。其显示了：
图1为电刷架，
图2至图5为在每种情况下带电刷架的载架段，
图6至图8为在每种情况下的滑环，
图9为电刷桥，以及
图10原则上显示了带滑环系统的电动机器。
具体实施方式
图1所示为带电刷袋7的电刷架1，在这种情况下，有三个平行的接收袋，可将电刷8插入其中。在本实施示例中，电刷袋7仅设有凹槽11，特别是为了便于电刷8的冷却。
图2显示了载架段2，其上布置有多个电刷架1，其中为滑环系统13的每个电相U、V、M提供一个载架段2。在本实施例中，电刷袋7具有与轴线19基本上相切地延伸的肋9。
原则上，电刷袋7或电刷架1的实施例也可以在其中实现凹槽11和表面扩大结构例如肋9。
图3显示了肋9的混合形状，一方面是切向形状，另一方面是径向形状，存在于电刷架1上。因此，冷却空气流不仅在切向上被引导，而且在径向上也被引导，这进一步改善了该电刷架1的冷却。
图4显示了另一个带有电刷袋7的载架段2，其表面设有针状物10或钮，以扩大表面积，并因此改善冷却。在这里，同样，冷却空气流20也可以在切向和径向上都被引导。
图5显示了电刷袋7，通过在电刷袋7上额外提供预定数量的凹槽11，其保持功能已最小化。针状物10附接到电刷8的其余导向部分上，以便可以直接冷却电刷8并冷却电刷袋7。
图6显示了滑环单元，包括三个单独的滑环3，它们轴向一个接一个地布置，并通过绝缘体4相互分隔。每个滑环3被提供用于电相U或V或M。在该布置的一个轴向端有支撑环12，触点5从该支撑环轴向平行伸出，并允许转子16的绕组系统17的电气连接。
图7显示了根据图6的滑环系统3的横向视图。
图8显示了单个滑环3，例如滑环单元的U相滑环，具有先前命名的元件，如触点5、支撑环12、径向冷却开口23和轴向冷却开口24。此外，那里原则上显示了如何能够在滑环3上布置电刷架1。
图9显示了电刷桥，其中四个载架段2轴向一个接一个地布置，其中，例如，三个载架段2每个分配给一个电相U、V、M，并且载架段2具有用于接地的电刷8。
图10原则上显示了滑环系统13在轴18上的布置，其中滑环3与转子16类似，绕轴线19旋转。滑环系统13在此位于转子16的端面上。
滑环系统13具有带载架段2的电刷桥和带滑环3的滑环单元。载架段2具有一个或多个电刷架1，每个电刷架1将分配给滑环3。每个电刷架1具有一个或多个电刷袋7，电刷8位于其中。电刷8通过装置(未详细显示)压在滑环3上，以确保正确接触。此外，电刷8由相应的设备监测其磨损情况。此外，滑环系统13具有触点5、支撑环12、径向冷却开口23和轴向冷却开口24。
在强制空气通风滑环系统13中，较冷的环境空气优选由风扇吸入，并在必要时通过进一步的风扇和/或管道装置分配在滑环系统13中，尤其是到热源。现在滑环系统13中在电刷袋7、电刷架1和/或电刷8处加热的空气从滑环室导出进入周围环境。空气流由抽风风扇和/或送风风扇产生，其可具体实施为轴向风扇或径向风扇，并布置在滑环室上或滑环室内。
入口和/或出口处的过滤垫可过滤污染空气。
在封闭式滑环系统13中，在中冷器中重新冷却的内部冷却回路由风扇和/或管道装置分配，特别是到滑环系统13封闭外壳内的热源。现在滑环系统13中在电刷袋7、电刷架1和/或电刷8处加热的空气从滑环室引出，进入中冷器(未更详细显示)。该空气流在此处由抽风风扇和/或送风风扇产生，其可具体实施为轴向风扇或径向风扇，并布置在滑环系统13的外壳内。
这种紧凑型滑环系统13特别适用于MW范围内功率相对较高的电动机器14。这些电动机器14特别适合作为发电机，尤其是风力涡轮机的双馈异步发电机，因为风力涡轮机机舱中的可用安装空间相对有限，但发电机中要传输相对较高的功率。

Claims (10)

1.一种电激励电动机器(14)的滑环系统(13)的通风系统，其中所述滑环系统(13)具有一个或多个载架段(2)，每个载架段具有一个或多个电刷架(1)，
其中，所述电刷架(1)提供用于冷却所述电刷架(1)中的电刷(8)的装置，
其中，所述电刷架(1)具有表面扩大结构，并且所述电刷架(1)具有一个或多个电刷袋(7)，
其中，空气能够在所述滑环系统(13)内引导，所述滑环系统(13)被设计为关闭或打开以使得能够冷却所述电刷架(1)和/或所述电刷袋(7)，其中所述滑环系统(13)中和/或所述滑环系统(13)上的风扇和/或管道装置产生轴向冷却空气流，其特征在于，所述风扇和/或管道装置还产生径向冷却空气流，并且所述冷却空气流将沿径向和所述电动机器的周向引导通过所述电刷架(1)，其中所述冷却空气流沿径向和所述电动机器的周向引导通过所述电刷架是通过所述表面扩大结构的切向形状和径向形状的混合形状实现的。
2.如权利要求1所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，在所述电刷袋(7)的不同侧上设有凹槽(11)或表面放大结构，所述凹槽(11)或表面放大结构沿所述电动机器(14)的所述周向和所述径向对齐。
3.如权利要求1或2所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，所述滑环系统(13)具有轴向冷却开口(24)和径向冷却开口(23)。
4.如权利要求1或2所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，一冷却空气流或所述冷却空气流由所述滑环系统(13)内和/或所述滑环系统(13)上的风扇产生。
5.如权利要求1或2所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，在打开的滑环系统(13)中，空气入口和/或出口设有过滤垫。
6.如权利要求1或2所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，所述电刷架(1)的表面和/或所述电刷袋(7)的表面具有肋(9)和/或针状物(10)和/或凹槽(11)，以便能够冷却所述电刷(8)和/或所述电刷架(1)。
7.如权利要求2所述的滑环系统(13)的通风系统，其特征在于，所述表面放大结构为肋或柱。
8.一种电动机器，其包括如前述权利要求之一所述的通风系统。
9.如权利要求8所述的电动机器，其特征在于，所述电动机器是风力涡轮发电机。
10.如权利要求8所述的电动机器，其特征在于，所述电动机器为双馈异步发电机。
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