DD258687A1

DD258687A1 - LOOP RINGS FOR ELECTRIC MACHINES, ESPECIALLY WITH CARB LOAD RINGS

Info

Publication number: DD258687A1
Application number: DD28891086A
Authority: DD
Inventors: Hermann Bayer; Eduard Maloszeck; Ingolf Hahn
Original assignee: Dessau Elektromotorenwerk
Priority date: 1986-04-09
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1988-07-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Einleitung des Stromes der einzelnen Phasen der elektrischen Maschine in die Schleifringe. Bei Anwendung von Kohleschleifringen in Schleifringkoerpern fuer grosse Strombelastungen bestehen innerhalb der Ringe bei der Stromleitung und Verteilung auf die Buersten Kriterien, die auch zu einer unerwuenschten hohen Erwaermung der Schleifringe und der Kohlebuersten beitragen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei geringem technischem und oekonomischem Aufwand eine Einleitung des Stromes in die Schleifringe zu schaffen, die durch guenstigere Stromverteilung zur Senkung der Waermeentstehung bzw. Erhoehung der Belastbarkeit fuehrt. Das Ziel wird mit einem Schleifringkoerper erreicht, bei dem die Stromzufuehrung zu jedem einzelnen Schleifring durch mehrere auf den Ring gleichmaessig verteilte Kontaktbolzen erfolgt, die zu seitlich angeordneten Schaltebenen fuehren, welche durch Verbindung der Kontaktbolzen mit Hilfe speziell geformter Verbindungsstuecke entstehen. Fig. 1The invention relates to the introduction of the current of the individual phases of the electric machine in the slip rings. When using carbon slip rings in slip ring bodies for large current loads exist within the rings in the power line and distribution to the brush criteria, which also contribute to an undesirable high warming of the slip rings and the coal brush. The object of the invention is to provide an introduction of the current in the slip rings with low technical and oeconomic effort, which leads by cheaper power distribution to reduce the heat generation or increase in the load capacity. The goal is achieved with a slip ring body in which the power supply to each slip ring is effected by a plurality of evenly distributed on the ring contact pin, which lead to laterally arranged switching levels, which arise by connecting the contact pins using specially shaped connecting pieces. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft Schleifringkörper mit Kohleschleifringen vorzugsweise für den Einsatz in rotierenden elektrischen Maschinen, bei denen der Anschluß der Läuferwicklung an die Schleifringe über stirnseitig herausgeführte Kontaktbolzen erfolgt. Solche Schleifringkörper sind weiterhin anwendbar in elektrischen Einrichtungen und Geräten, bei denen größere Ströme auf rotierende Bauteile übertragen werden müssen.The invention relates to slip ring body with carbon slip rings preferably for use in rotating electrical machines, in which the connection of the rotor winding to the slip rings on the front side led out contact pin. Such slip ring bodies are still applicable in electrical equipment and devices in which larger currents must be transferred to rotating components.

Characteristic of the known technical solutions

Insbesondere bei Schleifringen aus nichtmetallischen Werkstoffen — z.B. Graphit oder Elektrokohle — erfordert die Stromzuführung über die Kontaktbolzen zu den Ringen besondere Vorkehrungen. Bei hohen Strömen ist die Erwärmung der Schleifringe nicht nur vom Werkstoff und Querschnitt derselben, sondern auch von der zeitlich wechselnden Stromdichte in den einzelnen Schleifringbereichen abhängig. Je nach Anzahl und Verteilung der Kontaktbolzen je Phase kann bei einer vorgegebenen Bürstenkonfiguration der mittlere Kontaktwiderstand innerhalb der Stromzuführungen sehr unterschiedlich sein. Da der für die Änderung verantwortliche Widerstand im Schleifring auch für die Stromwärmeverluste in diesem Bereich ursächlich ist, stellt sich bei hohen Strombelastungen mit Strömen von 200 A und mehr die Anordnung der Kontaktbolzen oder allgemein die Stromeinleitung in die Schleifringe als Kriterium heraus.Especially for slip rings made of non-metallic materials - e.g. Graphite or electric charcoal - the power supply via the contact pins to the rings requires special precautions. At high currents, the heating of the slip rings is dependent not only on the material and cross section thereof, but also on the temporally changing current density in the individual slip ring areas. Depending on the number and distribution of the contact pins per phase, the average contact resistance within the power supply lines can be very different for a given brush configuration. Since the resistance responsible for the change in the slip ring is also responsible for the current heat losses in this area, at high current loads with currents of 200 A and more, the arrangement of the contact pins or generally the current introduction into the slip rings is the criterion.

Bei Schleifringen aus elektrisch gut leitendem Material braucht diesem Umstand keine besondere Beachtung eingeräumt werden. Wird aber z.B. Elektrokohie als Schleifringwerkstoff verwendet, so ist imVergleich zu Bronze ein etwa hundertfacher spezifischer Widerstand vohanden, welcher bei gleichem Strom in einem gleichgroßen Kohleschleifring erheblich höhere Verluste und Erwärmungen hervorruft. Der ungünstigste Fall tritt auf, wenn je Schleifring nur ein Kontaktbolzen mit einer kleinflächigen örtlichen Stromeinleitung vorgesehen ist. Wird die Anzahl der Kontaktbolzen bei möglichst gleichmäßiger Aufteilung des Schleifringumfanges erhöht, dann geht der mittlere Schleifringwiderstand zurück. Bei drei Bolzen und Teilung um 120° beispielsweise kann bei gleichen Verlusten der Schleifringstrom um etwa 40% höher als beider Einbolzenausführung gesetzt werden.For slip rings made of electrically good conductive material, this circumstance needs no special consideration. But if, for example, Electrocoil is used as a slip ring material, so in comparison to bronze, there is an approximately hundred times specific resistance, which at the same current in a coal blade of the same size causes considerably higher losses and heating. The worst case occurs when per slip ring only a contact pin is provided with a small-scale local power input. If the number of contact pins is increased with a distribution of the slip ring circumference which is as uniform as possible, then the average slip ring resistance decreases. With three bolts and pitch of 120 °, for example, the slip ring current can be set at about 40% higher for the same losses than for the bolt execution.

Dertechnische Stand wird noch durch eine Reihe anderer Lösungen charakterisiert. Es sind Schleifringkörper bekannt, bei denen die Stromzuführungen zu nichtmetallischen Schleifringen durch kraft- oder formschlüssige Verbindungen oder mit Hilfe von leitenden Klebern und Harzgemischen hergestellt werden.Dertechnische Stand is still characterized by a number of other solutions. Slip ring bodies are known in which the current leads to non-metallic slip rings are produced by positive or positive connections or by means of conductive adhesives and resin mixtures.

So sind beispielsweise in der DE-OS 2058342 verschiedene Lösungsvarianten mit nichtmetallischen Schleifringen unter Verwendung eines Kontaktringes beschrieben, die sich durch unterschiedliche Spannelemente voneinander unterscheiden.Thus, for example, DE-OS 2058342 describes different solution variants with non-metallic slip rings using a contact ring, which differ from each other by different clamping elements.

Zwar wird bei diesen Lösungen eine auf den Umfang bezogene, gleichmäßige Stromeinleitung in den Schleifring erreicht, doch erfordert das komplizierte Bauteilesystem bei entsprechender Präzision einen hohen Herstellungsaufwand zur Gewährleistung einer einwandfreien Funktion.Although in these solutions, a circumferentially related, uniform current introduction is achieved in the slip ring, but requires the complicated component system with appropriate precision high production costs to ensure proper function.

Nach der DD-PS 91 085 werden metallische Kontaktelemente bei der pulvermetallurgischen Herstellung der ausAccording to DD-PS 91 085 metallic contact elements in the powder metallurgical production of

nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Schleifringe mit diesen so zusammengefügt, daß sich ein einheitliches Ganzes ergibt.Non-metallic material existing slip rings with these assembled so that a uniform whole results.

Der Vorteil dabei liegt in der guten, über den ganzen Umfang wirkenden, elektrischen Verbindung von Schleifring und Anschlußkontakt. Als Nachteil ist aber die komplizierte Herstellung mit Zugeständhissen an die Homogenität und Festigkeit der Schleifringe zu betrachten. Darüber hinaus sind hohe Stückzahlen eine Vorraussetzung für die Amortisierung der Fertigungseinrichtungen.The advantage lies in the good, acting over the entire circumference, electrical connection of slip ring and terminal contact. The disadvantage, however, is to consider the complicated manufacture with concessions to the homogeneity and strength of the slip rings. In addition, high volumes are a prerequisite for the amortization of manufacturing facilities.

In der DD-PS 82499 ist das Prinzip einer Kontaktierung durch axiale Verspannung von nichtmetallischen Schleifringen mit metallischen Kontaktringen zu einem einheitlichen Schleifringkörper dargestellt?das aber wiederum mit dem Nachteil vielgestaltiger und fertigungstechnisch aufwendiger Bauteile belastet ist.In DD-PS 82499 the principle of contacting by axial clamping of non-metallic slip rings with metallic contact rings is shown to a uniform slip ring body? Which, however, is burdened with the disadvantage of vielgestaltiger and manufacturing technically complex components.

Die in den DD-PS 73085 und 77019 abgebildeten Ausführungen mögen zwar in fertigungstechnischer Hinsicht günstig sein, weisen aber wiederum den wesentlichen Nachteil auf, daß die Stromzuführung nur über einen Kontaktbolzen je Schleifring erfolgt. Dabei treten durch unsymmetrische Stromeinleitung die in diesem Abschnitt eingangs erläuterten Erscheinungen und Mängel auf. Diese Mängel werden auch nicht durch zwei am Umfang nebeneinanderliegende Kontaktbolzen gemäß TGL 200-3023 Anordnung C beseitigt.Although the embodiments shown in DD-PS 73085 and 77019 may be favorable in terms of manufacturing technology, they in turn have the significant disadvantage that the power supply takes place only via a contact pin per slip ring. Due to asymmetrical current introduction, the phenomena and defects explained in the beginning of this section occur. These deficiencies are also not eliminated by two adjacent to the perimeter contact pin according to TGL 200-3023 arrangement C.

Object of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den über Kontaktbolzen auf die Kohleschleifringe zu übertragenden Strom so in die Schleifringe einzuleiten, daß weitestgehend gleichmäßige mittlere Stromverteilungen in den einzelnen Schleifringen entstehen und die während jeder Umdrehung eines Schleifringes zwischen den Kontaktbolzen, den jeweiligen Schleifringabschnitten und den Kohlebürsten vorhandenen ohmschen Widerstände möglichst klein sind. Dabei sollen eine hohe Zuverlässigkeit gesichert und komplizierte Bauteile und Technologien zur Herstellung der Schleifringkörper vermieden werden.The object underlying the invention is to initiate the contact pins on the carbon slip rings to be transmitted power in the slip rings that largely uniform average current distributions arise in the individual slip rings and during each revolution of a slip ring between the contact pins, the respective slip ring sections and the Carbon brushes existing ohmic resistances are as small as possible. This should ensure high reliability and avoid complicated components and technologies for the production of the slip ring body.

Essence of the invention

Das Ziel, eine weitestgehend gleichmäßige Stromverteilung zu und in den einzelnen Schleifringen zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß je Schleifring mindestens zwei auf einem Lochkreis gegenüberliegende, vorzugsweise jedoch drei in gleichem Abstand angeordnete Kontaktbolzen vorgesehen sind, die, in bekannter Weise durch benachbarte Schleifringe isoliert hindurchgesteckt, seitlich aus der Schleifringanordnung herausgeführt sind, derart, daß neben dem Schleifringkörper durch unterschiedliche Längen der Kontaktbolzen je Schleifring und Phase eine Schaltebene entsteht, auf der alle zu einer Phase gehörenden Kontaktbolzen in einem Schaltkreis galvanisch vereinigt sind. Die Schaltkränze jeder Phase werden aus einzelnen gleichen Verbindungen gebildet, die die Kontaktbolzen untereinander verbinden. Die Verbindungen sind erfindungsgemäß aus Flachmaterial, in einem größeren Krümmungsradius als ihr zugehöriger Lochkreisdurchmesser geformt und bei Verbindung zweier potentialgleicher Kontaktbolzen zwischen der den Schleifkörper tragenden Welle und den den anderen Schleifringen zugeordneten Kontaktbolzen hindurchgeführt. Sie können aus blankem oder isoliertem Leitungsmaterial bestehen. Zur Gewährleistung der Sicherheit gegen Überschläge können die Enden der Verbindungen in Nähe der Befestigungsstellen in ihrer Längsachse um 90° verdreht und flach zwischen der Welle und den den anderen Schleifringen zugeordneten Kontaktbolzen hindurchgeführt sein.The aim of ensuring a largely uniform distribution of current to and in the individual slip rings, according to the invention achieved in that each slip ring at least two opposite on a bolt circle, but preferably three equally spaced contact pins are provided, in a known manner by adjacent slip rings isolated inserted, laterally guided out of the slip ring assembly, such that in addition to the slip ring body by different lengths of the contact pins per slip ring and phase a switching plane is formed on which all belonging to a phase contact pins are galvanically combined in a circuit. The ratchets of each phase are formed from individual identical connections that connect the contact pins with each other. The compounds according to the invention of flat material, formed in a larger radius of curvature than its associated pitch circle diameter and passed in connection of two potential-equal contact pins between the shaft bearing the grinding wheel and the other slip rings associated contact pin. They can consist of bare or insulated conductor material. To ensure safety against flashovers, the ends of the connections can be rotated in the vicinity of the attachment points in its longitudinal axis by 90 ° and be guided flat between the shaft and the other slip rings associated contact pin.

In weiterer Ausführungsform können die Verbindungen auch auf dem einheitlichen Lochkreisdurchmesser verlaufen und im Bereich der zu den anderen Schleifringen gehörenden Kontaktbolzen Bohrungen oder Aufweitungen zur berührungslosen Durchführung dieser Kontaktbolzen aufweisen.In a further embodiment, the connections can also run on the uniform pitch circle diameter and in the area of the contact pins belonging to the other slip rings bores or widenings for non-contact implementation of these contact pins.

Gemäß der Erfindung können die jeweils zu einem Schleifring gehörenden und in einer Ebene angeordneten Verbindungen auf beide Seiten des Schleifringkörpers verteilt sein. Im Bedarfsfalle kann jeder Kontaktbolzen in spielfreier Durchführung durch die Schleifringe der anderen Phase schwingungsstabilisiert sein.According to the invention, each belonging to a slip ring and arranged in a plane connections can be distributed on both sides of the slip ring body. If necessary, each contact pin can be vibration-stabilized in play-free implementation by the slip rings of the other phase.

embodiment

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutertThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung eines Schleifringkörpers, teilweise im Schnitt und dieFig. 1: a schematic diagram of a slip ring body, partly in section and the

Fig. 2 u. 3: Seitenansichten des Schleifringkörpers mit verschiedenartigen Verbindungen der Kontaktbolzen eines Schleifringes in Blickrichtung „x-x" der Fig. 1Fig. 2 u. 3: side views of the slip ring body with various connections of the contact pins of a slip ring in the viewing direction "x-x" of FIG. 1

In Fig. 1 zeigt ein Schleifringkörper schematisch mit drei Schleifringen 1 und nach einer Seite stirnseitig herausgeführten Kontaktbolzen 6 dargestellt. Im Bespiel sind für jeden Schleifring, d.h. für jede Phase drei Kontaktbolzen vorgesehen, welche durch Verbindungen 5 untereinander verbunden sind und dabei die Schaltkränze A, B und C bilden. Die Schleifringe 1 sitzen mit einer Nabenisolation 2 auf der Nabe 3, die den gesamten Sch leifri ng körper verschieb- und verdrehsicher auf der WeI Ie 4 zentriert.-Die Verbindungen 5 sind ringartig mit den Kontaktbolzen 6 durch Verschraubungen 7 verbunden.In Fig. 1 shows a slip ring body shown schematically with three slip rings 1 and on one side frontally led out contact pin 6. For example, for each slip ring, i. three contact pins are provided for each phase, which are interconnected by connections 5 and thereby form the ratchets A, B and C. The slip rings 1 are seated with a hub insulation 2 on the hub 3, which moves the entire sliding body against displacement and torsion on the shaft 4. The connections 5 are connected in an annular manner to the contact pins 6 by means of screw connections 7.

Die Fig.2 und 3 veranschaulichen in zwei Ausführungsvarianten, wie die Kontaktbolzen gleichen Potentials durch geeignete gleichartige Verbindungen untereinandetj verbunden sind.Figures 2 and 3 illustrate, in two embodiments, how the contact pins of equal potential are connected by suitable similar connections below each other.

In Fig. 2 sind die Verbindungen 5 a als sehnenartige, schwach gekrümmte Flachmaterialstücke zur Verbindung der um 120° versetzt angeordneten Kontaktbolzen 6a an den Kontaktbolzen 6b; 6c, die zu den anderen Schaltkränzen führen, vorbeigeführt, wobei eine Berührung der Verbindungen mit der Welle oder den Kontaktbolzen 6 b; 6 c durch Luftspalte 8; 9 oder entsprechende Isolationen verhindert wird.In Fig. 2, the compounds 5 a as chord-like, slightly curved flat pieces of material for connecting the 120 ° offset contact pins 6a to the contact pin 6b; 6c, which lead to the other switching rings, passed, wherein a contact of the connections with the shaft or the contact pin 6 b; 6 c through air gaps 8; 9 or corresponding insulation is prevented.

Entsprechend der Fig.3 gleichen die Verbindungen 5 b mit ihrem Krümmungsradius dem Radius des Teilkreises, auf dem die Kontaktbolzen 6 a; 6 b; 6c angeordnet sind. Zur Potentialtrennung gegen die Kontaktbolzen 6 b; 6c sind in den Verbindungen 5 b Aussparungen zur Durchführung der Kontaktbolzen, gegebenenfalls unter Einfügung von Isolationsmaterial, vorgesehen.According to Figure 3, the compounds 5 b with their radius of curvature equal to the radius of the pitch circle on which the contact pin 6 a; 6b; 6c are arranged. For potential separation against the contact pin 6 b; 6c are provided in the connections 5 b recesses for the implementation of the contact pins, optionally with the insertion of insulation material.

Anderenfalls ist ein entsprechend großer Luftspalt 10 erforderlich.Otherwise, a correspondingly large air gap 10 is required.

Als weitere Lösung für die Gestaltung der Verbindung kann auch eine Form gewählt werden, bei der das Flachmaterial, bis zu 90° schraubenartig verdreht, sehnenartig an den benachbarten Kontaktbolzen anderen Potentials vorbeigeführt ist.As a further solution for the design of the compound, a shape can be selected in which the flat material, up to 90 ° helically twisted, chord-like past the adjacent contact pin other potential.

Zum Schutz gegen Schwingungen und Auswirkungen von Fliehkräften kann eine Stabilisierung des gesamten Verbindungskorbes unter Zuhilfenahme der Verschraubungen 7 und geeigneter Isolationselemente erfolgen.To protect against vibrations and effects of centrifugal forces stabilization of the entire connection basket can be done with the aid of the screw 7 and suitable insulation elements.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Kohleschleifringe mit drei um 120° versetzt angeordneten Kontaktbolzen ausgerüstet. Zur Übertragung extrem hoher Ströme können natürlich auch mehr Bolzen je Schleifring vorgesehen sein. Da auf der Stirnseite des Schleifringkörpers alle Kontaktbolzen aller Schleifringe herausragen, deren Phasenfolge u-v-w-u-v-w... usw.In the described embodiment, the carbon slip rings are equipped with three offset by 120 ° arranged contact pin. Of course, more bolts per slip ring can be provided for transmitting extremely high currents. Since on the face of the slip ring body protrude all contact pins of all slip rings whose phase sequence u-v-w-u-v-w ... etc.

ist, kann jede beliebige Anzahl von Kontaktbolzen mit entsprechender Anzahl von Verbindungen vorgesehen werden.is, any number of contact pins with a corresponding number of connections can be provided.

Claims

1. Slip ring body for electrical machines with a plurality of non-metallic materials, in particular technical carbon existing slip rings, which are arranged on a common, insulating hub having and frontally outstanding contact pins, in addition to the slip rings on a plane perpendicular to the axis of rotation of the slip ring body level Form connection with a rotor winding, characterized in that each slip ring at least two opposite on a circle, but preferably three equally spaced contact pins are provided, isolated in a known manner by adjacent slip rings inserted laterally out of the slip ring assembly, so, that in addition to the slip ring body by different lengths of the contact pins per slip ring and phase a switching plane is formed on which all belonging to a phase contact pin in a ring gear g are united.

2. slip ring body for electrical machines according to item 1, characterized in that the switching rings of each phase of individual identical connections of the contact pins are formed with each other.

3. slip ring body for electrical machines according to the points 1 and 2, characterized in that the flat material consisting, formed on the high edge connections (5) have a greater radius of curvature than their associated pitch circle radius and connection of two potential equal contact pin between the slip ring body bearing shaft (4) and the other slip rings associated with the contact pins are passed.

4. slip ring body for electrical machines according to the points 1 to 3, characterized in that the compounds consist of both bare or insulated conductor material.

5. slip ring body for electrical machines according to item 3, characterized in that the ends of the connections are rotated in the vicinity of the attachment points in its longitudinal axis by 90 ° and guided flat between the shaft and belonging to the other slip rings contact pin.

6. slip ring body for electrical machines according to the points 1 and 2, characterized in that the connections (5b) extend on the uniform pitch circle diameter and in the region of the other slip rings belonging to the contact pin (6 b, 6c) holes or widening for non-contact implementation of this Have contact pin.

7. Slip ring body for electrical machines according to the points 1 and 2, characterized in that the contact pins are insulated at least in the region of the passages through the slip rings and to the compounds of the other phases by means of sleeves or bandages.

8. slip ring body according to the points 1 to 7, characterized in that each belonging to a slip ring and arranged in a plane connections (5) are distributed on both sides of the slip ring body.

9. slip ring body for electrical machines according to the points 1 to 8, characterized in that each contact pin is vibration-stabilized with backlash-free passage through the slip rings of the other phases.