DE102006011256A1

DE102006011256A1 - Electrical machine e.g. synchronous machine, for use in explosion prone area of e.g. chemical industry, has rotor with exciter winding, where excitation of exciter winding is realized by liquid metal device e.g. liquid metal transducer

Info

Publication number: DE102006011256A1
Application number: DE200610011256
Authority: DE
Inventors: Karsten Dr. Brach; Gerhard Dorr; Lars Dr. Lauer; Norman Perner; Jens Renner; Theodor Salzmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13

Abstract

The machine has a rotor with an exciter winding, where the excitation of the exciter winding is realized by a liquid metal device e.g. liquid metal transducer. A contact fluid of the liquid metal device is prevented from withdrawal between a stationary outer part (1) and a rotary inner part (2) by capillary forces e.g. adhesion force (FA) and cohesion force (FK), of adjacent parts of the contact fluid. Multiple seals position the contact fluid in a current limiting surface, where the capillary forces are applied by limiting surfaces and/or the current limiting surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für explosionsgefährdete Bereiche mit einem Stator und einem Rotor wobei der Rotor eine Erregerwicklung und eine Einrichtung zur Speisung der Erregerwicklung aufweist.The The invention relates to an electrical machine for potentially explosive areas with a stator and a rotor, the rotor having a field winding and means for feeding the field winding.

Überall, wo brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube auftreten und sich mit Luft oder Sauerstoff vermischen, besteht die Gefahr einer Explosion.All over, where flammable gases, vapors or dusts occur and mix with air or oxygen the danger of an explosion.

Dabei handelt es sich nicht nur um Anlagen der chemischen Industrie und des Bergbaus, auch eine Abfüllanlage für hochprozentige Spirituosen oder ein Getreidesilo stellen eine potentielle Quelle für eine Explosion dar. Jede ungewollte Explosion gefährdet die Gesundheit und das Leben der sich in der Nähe befindendlichen Personen und führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu großem Sachschäden.there These are not just chemical plant and equipment of mining, also a bottling plant for high percentage Spirits or a grain silo are a potential source of explosion Any unwanted explosion endangers the health and the Live close by persons and leads with high probability to major property damage.

Es gibt zwei grundlegende Möglichkeit, eine Explosion zu verhindern. Diese beiden Möglichkeiten werden als primäre und sekundäre Explosionsschutz bezeichnet. Der primäre Explosionsschutz beruht auf der Vermeidung von brennbaren Stoffen. Ohne brennbare Stoffe kann sich kein zündfähiges Gemisch mit Luft bilden und somit besteht keine Gefahr der Explosion. Dieser Ansatz ist natürlich nur sehr begrenzt anwendbar, da gerade die Brennbarkeit bei vielen Stoffen eine gewünschte Produkteigenschaft darstellt, auf die nicht verzichtet werden kann oder man, wie beim Bergbau keinen Einfluss auf die Art des Gases in seiner Freisetzung hat. In solchen Fällen werden dann sekundäre Explosionsschutzmaßnahmen angewendet.It There are two basic ways to prevent an explosion. These two options are referred to as primary and secondary explosion protection. The primary Explosion protection is based on the prevention of combustible substances. Without flammable substances, an ignitable mixture with air can not form and thus there is no danger of explosion. This approach is Naturally only very limited, since just the flammability of many Fabrics a desired Product characteristic that can not be waived or, as in mining, you have no influence on the type of gas in its release. In such cases, then secondary explosion protection measures applied.

Diese bestehen in der Vermeidung von Zündquellen, welche die explosiven Atmosphären entzünden können. Solche Zündquellen sind Funken und heiße Oberfläche. Es ist offensichtlich, dass nach Möglichkeit immer primäre Explosionsschutzmaßnahmen ver wendet werden sollten, da diese inhärent sicher sind und auch ein Fehler nicht zu einer Explosion führt.These insist on avoiding ignition sources, which can ignite the explosive atmospheres. Such ignition sources are sparks and hot Surface. It is obvious that whenever possible always primary explosion protection measures should be used as they are inherently safe and also Error does not lead to an explosion.

Der Explosionsschutz für elektrische Geräte ist in den Normen DIN 50014 bis 50028 und EN 60079 festgelegt.Of the Explosion protection for electrical equipment is specified in the standards DIN 50014 to 50028 and EN 60079.

In den europäischen Normen werden acht mögliche Zündschutzarten beschrieben. In einem elektrischen Betriebmittel können eine oder mehre dieser Zündschutzarten angewendet werden, um den Explosionsschutz zu erreichen.In the European Standards become eight possible Types of protection described. In an electrical equipment can a or more of these types of protection be used to achieve explosion protection.

Es gibt grundsätzlich zwei Varianten zur Speisung der, auf dem Rotor befindlichen Erregerwicklung einer elektrischen Maschine: Erregung über Schleifringe oder bürstenlose Erregung mittels Erregermaschinen.It are basically two variants for feeding the rotor winding on the rotor an electrical machine: excitation via slip rings or brushless Excitation by means of exciters.

Bei der Speisung der Erregerwicklung über Schleifringe, z.B. über einen gesteuerten Stromrichter, wird im Falle einer Synchronmaschine Gleichstrom mittels zweier Schleifringe und Kohlebürsten auf den rotierenden Läufer übertragen. Dabei besteht das Problem, dass die Kohlebürsten Verschleißteile darstellen. Sie müssen regelmäßig überwacht und bei Bedarf ausgetauscht werden. Problematisch sind Kohlebürsten insbesondere bei hohen Erregerströmen im Stillstand und bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten. Es entsteht leitfähiger Kohlenstaub der sicher aus der Maschine abgeführt werden muss und entsteht gefährliches Bürstenfeuer.at energizing the field winding via slip rings, e.g. over one controlled converter, is DC in the case of a synchronous machine transferred to the rotating rotor by means of two slip rings and carbon brushes. There is the problem that the carbon brushes represent wearing parts. You need to monitored regularly and be exchanged if necessary. Carbon brushes are a particular problem at high excitation currents at standstill and at high peripheral speeds. It arises conductive Coal dust that has to be safely removed from the machine and is created dangerous Brush fire.

Bei der bürstenlosen Erregung mittels Erregermaschine wird durch eine zweite Maschine ein Generator auf der Maschinenwelle angeordnet. Dabei handelt es sich um Drehstrommaschinen mit einer Drehstromwicklung im Läufer. Der Läuferstrom dieser Erregermaschine wird im Falle einer Synchronmaschine mittels rotierenden Dioden oder anderer elektronischer Bauelemente gleichgerichtet und speist die Erregerwicklung der eigentlichen Synchronmaschine.at the brushless Excitation by means of exciter machine is by a second machine a generator arranged on the machine shaft. It is around three-phase machines with a three-phase winding in the rotor. Of the Rotor current this Exciter machine is rotating in the case of a synchronous machine Diodes or other electronic components rectified and feeds the excitation winding of the actual synchronous machine.

Zur Stellung des Erregerstroms wird die Ständerwicklung der Erregermaschine verwendet. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass wegen der vergleichsweise langen elektrischen Zeitkonstanten in diesem System die Regelungsfähigkeit des Erregerstromes der Hauptmaschine eingeschränkt ist, was sich insbesondere bei der Erregung nachteilig bemerkbar macht.to Position of the excitation current is the stator winding of the exciter machine used. The disadvantage of this solution is that because of the comparatively long electrical time constant in this system's control capability the excitation current of the main engine is limited, which is particularly makes disadvantageous in the excitation.

Da die Erregermaschine auf derselben Welle wie die Hauptmaschine anzuordnen ist, steigt der Platzbedarf und der Lagerabstand, der sich somit auf die Rotordynamik schnelllaufender Maschinen auswirkt.There To arrange the exciter machine on the same shaft as the main machine is, increases the space requirement and the bearing distance, which is thus on the rotor dynamics of high-speed machines.

Alternativ dazu kann die Erregermaschine auch angeflanscht werden, was jedoch häufig ein drittes Lager erforderlich macht.alternative In addition, the exciter can be flanged, but what often requires a third camp.

Ausgehend davon liegt der Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einem Erregersystem des Läufers zu schaffen, die bei geringen Platzverhältnissen im Bereich der explosionsgefährdeten Umgebung eingesetzt werden kann.outgoing thereof, the invention is based on the object, an electrical Machine with an exciter system of the runner to create at small space in the area of explosion-endangered Environment can be used.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektrische Maschine für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor eine Erregerweicklung aufweist, bei der die Speisung der Erregerwicklung durch eine Flüssigmetallvorrichtung realisiert ist.The solution The task is achieved by an electric machine for use in potentially explosive atmospheres Areas with a stator and a rotor, wherein the rotor has a Energizer has, in which the supply of the exciter winding through a liquid metal device is realized.

Durch die erfindungsgemäße Flüssigmetallvorrichtung, auch Flüssigmetallübertrager genannt, der als verschleißfreier elektrischer Leistungsübertrager fungiert, gelingt es nunmehr, das Problem des Bürstenverschleißes und gleichzeitig des Bürstenfeuers zu lösen. Damit wird weder beim Stillstand noch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten das Antriebssystem nennenswert durch z.B. vergleichsweise hohe Ströme eingeschränkt.By the liquid metal device according to the invention, also liquid metal transformer called, the wear-free electrical power transformer now works, the problem of brush wear and at the same time the brush fire to solve. This is neither at standstill nor at high peripheral speeds the drive system appreciably by e.g. Restricted comparatively high currents.

Gleichzeitig werden die Verluste bei der Stromübertragung, die als Bürstenverluste bekannt sind, fast vollständig vermieden. Im Vergleich zu auf der Welle der Hauptmaschine angeordneten Erregermaschinen ergibt sich der Vorteil des wesentlich kleineren Bauvolumens mit kleineren Lagerabständen, sowie höherer möglicher Drehzahlen.simultaneously are the losses in power transmission, that as brush losses are known, almost completely avoided. In comparison to arranged on the shaft of the main engine Exciter machines gives the advantage of much smaller Construction volume with smaller storage distances, and higher possible Speeds.

Da dieses Leistungsübertragungssystem grundsätzlich gekapselt ist, kann dieses leichter von den dafür erforderlichen zugelassenen Prüfinstituten abgenommen und als einfache Lösung für den Explosionsschutz angeboten werden.There This power transmission system is basically encapsulated is, this can be more easily approved by the required Test institutes accepted and as a simple solution for the Explosion protection are offered.

Vorteilhafterweise wird durch eine Kapillarwirkung des Spaltes die Flüssigmetalllegierung am Austritt zwischen den Stromübertragungsflächen gehindert. Die Kapillarwirkung kann durch die an die Stromübertragungsflächen grenzenden Teile, als auch durch die Stromübertragungsflächen selbst bewirkt werden. Das Flüssigmetall oder die Flüssigmetalllegierung wird damit am Austritt aus dem Spalt gehindert.advantageously, becomes a capillary action of the gap, the liquid metal alloy prevented at the exit between the power transmission surfaces. The capillary action can by the bordering on the current transfer surfaces Parts, as well as through the current transfer surfaces themselves be effected. The liquid metal or the liquid metal alloy is thus prevented from leaving the gap.

Vorteilhafterweise wird die Kapillarwirkung durch Benetzung der der Flüssigmetalllegierung zugewandten Seite der Stromübertragungsfläche erreicht. Dabei werden insbesondere Materialien wie z.B. Molybdän verwendet. Des Weiteren kann die Kapillarwirkung auch durch Formgebung der Stromübertragungsflächen erreicht werden, in dem die Spaltweite in dem jeweiligen Außenbereichen der Stromübertragungsflächen verringert wird. Die Kapillarwirkung wird somit durch die chemische Zusammensetzung des Flüssigmetalls oder der Flüssigmetalllegierung, der Geometrie des Spaltes und der Beschaffenheit des Oberflächenmaterials beeinflusst.advantageously, the capillary action is due to wetting of the liquid metal alloy facing side of the current transfer surface achieved. In particular, materials such as e.g. Used molybdenum. Furthermore, the capillary effect can also be achieved by shaping the Electric transmission surfaces achieved in which the gap width in the respective outdoor areas the power transmission surfaces reduced becomes. The capillary effect is thus due to the chemical composition of the liquid metal or the liquid metal alloy, the geometry of the gap and the nature of the surface material affected.

Insbesondere bei einer mehrphasigen Leistungsübertragung, weist diese Vorrichtung axial hintereinander angeordnet galvanisch voneinander getrennte Stromübertragungsflächen auf. Jede Teilanordnung ist für die Stromübertragung jeweils einer Phase vorgesehen, die den jeweiligen Phasen zugeordneten Stromübertragungsflächen sind dabei durch geeignete Mittel galvanisch voneinander zu trennen, um Kurzschlüsse zwischen den Phasen zu vermeiden.Especially in a multiphase power transmission, has this device arranged axially one behind the other galvanic separate power transmission surfaces. Each subassembly is for the power transmission each provided a phase associated with the respective phases Power transmission surfaces are thereby by galvanic separation from each other by suitable means, around short circuits between phases to avoid.

Vorteilhafterweise ist eine derartige Leistungsübertragungseinrichtung modulartig aufgebaut, wobei ein Modul eine Teilanordnung, eine Stromübertragungsfläche oder eine Isolationsscheibe darstellt, so dass um die gesamte Leistungsübertragungsanordnung zu erhalten, durch axiale Anordnung dieser Module auf einem Tragkörper eine erfindungsgemäße verschleißfreie elektrische Leistungsübertragung geschaffen wird.advantageously, is such a power transmission device modular, wherein a module, a subassembly, a power transmission surface or represents an insulating disk, so that around the entire power transmission arrangement to obtain, by axial arrangement of these modules on a support body a wear-free electrical according to the invention power transmission is created.

Vorteilhafterweise werden als Isolierungen zwischen den einzelnen Stromübertragungsflächen Isolierringe verwendet. Insbesondere bei längerem Stillstand der Leistungsübertragung oder längeren Betrieb der Anordnung sind Mittel zur Heizung oder Kühlung der Flüssigkeitslegierung vorzusehen, um damit einen optimalen Betrieb des Leistungsübertragers zu gewährleisten. Als Heizung kann dabei dementsprechend angepasste Heizschlangen oder Kühlschlangen in der Flüssigkeitslegierung oder in den angrenzenden Teilen vorgesehen werden. Ebenso ist auch ein lediglich zeitgleiches Aufheizen der Flüssigkeitslegierung möglich und sobald der außergewöhnliche Betriebszustand nicht mehr vorliegt, kann diese Heizung und/oder Kühlung abgeschaltet werden.advantageously, are used as insulation between the individual power transmission surfaces insulating rings used. Especially with longer standstill the power transmission or longer operation the arrangement are means for heating or cooling the liquid alloy in order to ensure optimum operation of the power transformer to ensure. As heating can accordingly adapted heating coils or cooling coils in the liquid alloy or in the adjacent parts. So too a merely simultaneous heating of the liquid alloy possible and as soon as the extraordinary Operating state is no longer present, this heating and / or cooling be switched off.

Als besonders vorteilhafte Flüssigmetalle oder Flüssigmetalllegierungen haben sind Galium, Indium, Zinn oder Selenverbindungen herausgestellt.When particularly advantageous liquid metals or Liquid metal alloys Galium, indium, tin or selenium compounds have been found out.

Eine besonders einfache und wartungsfreundliche Anordnung ergibt sich, wenn der Leistungsüberträger bei Umgebungsdruck eingesetzt wird. Die dabei auftretenden Oxydationseffekte des Flüssigkeitsmetalls können unter anderem vermieden werden, in dem der Leistungsüberträger in einer Schutzgasatmosphäre arbeitet.A particularly simple and maintenance-friendly arrangement results, if the power transmitter at Ambient pressure is used. The occurring oxidation effects of the liquid metal can among other things avoided, in which the power transmitter operates in a protective gas atmosphere.

Eine weitere Möglichkeit den Leistungsüberträger zu betreiben, ist bei Über- oder Unterdruck, wodurch auch eventuelle Oxydation des Flüssigmetalls verringert werden kann. Die Abdichtung der Leistungsübertragungsanordnung gegenüber der Atmosphäre geschieht in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auf Basis von magnetisch leitenden Flüssigkeiten wie z.B. Ferrofluiden. Zur Abdichtung eignet sich aber auch mechanische Dichtvorrichtungen, wie Bürstendichtungen oder Radialwellendichtringe.A another possibility to operate the power transmitter, is at or negative pressure, whereby also possible oxidation of the liquid metal can be reduced. The sealing of the power transmission assembly across from the atmosphere happens in a further embodiment of the invention on the basis of magnetically conductive liquids such as. Ferrofluids. But for mechanical sealing is also suitable Sealing devices, such as brush seals or radial shaft seals.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:The Invention and further advantageous embodiments of the invention are in the schematically illustrated embodiments in the drawing explained in more detail. In this shows:

1 erfindungsgemäße Schleifringanordnung, 1 slip ring arrangement according to the invention,

2 Detailansicht eines Spaltes, 2 Detail view of a gap,

3 bis 10 verschiedenen Schleifringanordnungen mit ihrer jeweiligen Positionierung an einer elektrischen Maschine. 3 to 10 different Schleifrin arrangements with their respective positioning on an electric machine.

1 zeigt eine schematisch dargestellte Schleifringanordnung oder auch Leistungsübertragungsvorrichtung genannt mit feststehenden, elektrisch und elektrisch isolierenden Außenteilen. Die elektrisch leitenden Außenteile 1 sind dabei vorteilhafterweise durch Isolierscheiben 4 galvanisch voneinander getrennt, so dass Kurzschlüsse zwischen den Phasen der feststehenden Außenteile 1 vermieden werden. Rotierende Innenteile 2 und 5 korrespondieren zu den feststehenden Außenteilen 1 und 4, so dass eine Stromübertragung zwischen Außenteil 1 und Innenteil 2 über die Flüssigmetalllegierung 3 erfolgen kann. Der auf die rotierenden Innenteile 2 übertragene Strom wird, wie nicht näher dargestellt, über Zuleitungen den jeweiligen Wicklungen eines in 3 bis 10 dargestellten Rotors 7 einer nicht näher dargestellten elektrischen Maschine weitergeleitet. 1 shows a schematically illustrated slip ring assembly or power transmission device with fixed, electrically and electrically insulating outer parts. The electrically conductive outer parts 1 are advantageously by insulating 4 galvanically isolated, allowing short circuits between the phases of the fixed outer parts 1 be avoided. Rotating internal parts 2 and 5 correspond to the fixed outer parts 1 and 4 , so that a power transmission between outer part 1 and inner part 2 over the liquid metal alloy 3 can be done. The on the rotating inner parts 2 transmitted power is, as not shown in detail, via leads to the respective windings of a 3 to 10 represented rotor 7 an electrical machine not shown further forwarded.

2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Spaltes mit den auftretenden Kräften auf die Flüssigmetalllegierung 3. Die aus der Adhäsionskraft F_A und der Kohäsionskraft F_k resultierende Kraft F steht senkrecht auf der Oberfläche des Flüssig metalls 3. Die Kraft F formt dadurch die Oberfläche der Flüssigmetalllegierung 3. Der Winkel α bezeichnet den Kontaktwinkel. Die Wirkung der resultierenden Kraft F wirkt dem Bestreben der Flüssigmetalllegierung aus dem Spalt auszutreten entgegen. 2 shows an enlarged section of the gap with the forces occurring on the liquid metal alloy 3 , The resulting from the adhesion force F _A and the cohesive force F _k force F is perpendicular to the surface of the liquid metal 3 , The force F thereby forms the surface of the liquid metal alloy 3 , The angle α denotes the contact angle. The effect of the resultant force F counteracts the tendency of the liquid metal alloy to escape from the gap.

Die Geometrie des Spaltes bestimmt unter anderem mit der Oberflächenspannung der Flüssigmetalllegierung und dem Material der Oberfläche der Isolierscheiben 4, 5 die Größe der Kraft F, die in das Innere der Flüssigmetalllegierung 3 gerichtet ist. Durch wahlweise Gestaltung des Spaltes und der Auswahl des Oberflächenmaterials der Isolierscheiben 4 als auch der chemischen Zusammensetzung der Flüssigmetalllegierung 3 kann somit der Austritt der Flüssigmetalllegierung 3 aus dem Spalt verhindert werden. Dabei wird mit Adhäsionskraft F_A die Kraft bezeichnet, die von der Oberfläche der Isolierscheiben 4, 5 auf die Flüssigmetalllegierung 3 wirkt. Als Kohäsionskraft F_k wird eine Zusammenhangskraft bezeichnet, die innerhalb der Flüssigmetalllegierung 3 zwischen den einzelnen Molekülen der Flüssigmetalllegierung 3 wirkt.Among other things, the geometry of the gap determines the surface tension of the liquid metal alloy and the material of the surface of the insulating disks 4 . 5 the magnitude of the force F, which is in the interior of the liquid metal alloy 3 is directed. By optional design of the gap and the selection of the surface material of the insulating 4 as well as the chemical composition of the liquid metal alloy 3 can thus the exit of the liquid metal alloy 3 be prevented from the gap. In this case, the force is referred to by adhesive force F _A , of the surface of the insulating 4 . 5 on the liquid metal alloy 3 acts. The cohesive force F _k is a cohesive force that is within the liquid metal alloy 3 between the individual molecules of the liquid metal alloy 3 acts.

3 zeigt eine außerhalb eines Rotors 7 liegende Schleifringanordnung ohne eigene Lagerung unter Benutzung der Lager 6 der elektrischen Maschine. Bei dieser Anordnung erfolgt die Positionierung des feststehenden Teils, also der Außenteile 1, 4 zum rotierenden Teil, also der Innenteile 2, 5 der Schleifringanordnung über die Toleranzkette der Welle 8 des Lagers 6 und anderer gegebenenfalls dazwischen liegender Bauteile. Die Schleifringanordnung besitzt keine eigene Lagerung. 3 shows one outside a rotor 7 lying slip ring assembly without own storage using the bearings 6 the electric machine. In this arrangement, the positioning of the fixed part, ie the outer parts takes place 1 . 4 to the rotating part, so the internal parts 2 . 5 the slip ring assembly on the tolerance chain of the shaft 8th of the camp 6 and other components, if any, between them. The slip ring assembly has no own storage.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß 4 befindet sich die Schleifringanordnung außerhalb des Rotors 7 mit einer eigenen hydrodynamischen Lagerung 13. Bei dieser Schleifringanordnung erfolgt die Positionierung des feststehenden Teils zum rotierenden Teil der Schleifringanordnung über die hydrodynamische Lagerung 13. Die Flüssigmetalllegierung 3 übernimmt hierbei Lagereigenschaften und überträgt gleichzei tig den elektrischen Strom. Eine Drehmomentstütze 12 verhindert ein Mitrotieren der feststehenden Teile. Die Lagereigenschaften werden durch geeignete Strukturen der Oberflächen der feststehenden Teile und rotierenden Teile erreicht.In an advantageous embodiment according to 4 the slip ring assembly is outside the rotor 7 with its own hydrodynamic bearing 13 , In this slip ring assembly, the positioning of the fixed part to the rotating part of the slip ring assembly via the hydrodynamic bearing takes place 13 , The liquid metal alloy 3 takes over storage properties and simultaneously transmits the electric current. A torque arm 12 prevents co-rotation of the fixed parts. The bearing properties are achieved by suitable structures of the surfaces of the fixed parts and rotating parts.

Gemäß 5 ist die Schleifringanordnung außerhalb des Rotors 7 liegend mit einer eigenen Wälzlagerung ausgeführt. Bei dieser Anordnung erfolgt die Positionierung der feststehenden Teile zum rotierenden Teil der Schleifringanordnung über Wälzlager 14. Die Flüssigmetalllegierung 3 überträgt den elektrischen Strom vom feststehenden Teil zum rotierenden Teil. Eine Drehmomentstütze 12 verhindert ein Mitrotieren der feststehenden Teile.According to 5 is the slip ring assembly outside the rotor 7 lying running with its own rolling bearing. In this arrangement, the positioning of the fixed parts to the rotating part of the slip ring assembly via rolling bearings 14 , The liquid metal alloy 3 transfers the electric current from the fixed part to the rotating part. A torque arm 12 prevents co-rotation of the fixed parts.

6 zeigt eine Schleifringanordnung die auf einem Rotor 7 innen liegend, d.h. innerhalb der Lagerstellen des Rotors 7 mit eigener Wälzlagerung 14 angeordnet ist. Dabei erfolgt die Positionierung des feststehenden Teils 1 zum rotierenden Teil 2 der Schleifringanordnung über die Wälzlager 14. Die Flüssigmetalllegierung 3 überträgt den elektrischen Strom. Eine Drehmomentstütze 12 verhindert ein Mitrotieren des feststehenden Teils. Durch diese Anordnung ist die axiale Längenausdehnung der elektrischen Maschine reduziert und es sind vor allem keine elektrischen Zuleitungen durch eine Hohlwelle oder durch spezielle Buchsen der Lager 6 zu führen. 6 shows a slip ring assembly on a rotor 7 inside lying, ie within the bearing points of the rotor 7 with own rolling bearing 14 is arranged. The positioning of the fixed part takes place 1 to the rotating part 2 the slip ring assembly on the bearings 14 , The liquid metal alloy 3 transfers the electric current. A torque arm 12 prevents co-rotation of the fixed part. By this arrangement, the axial length of the electrical machine is reduced and, in particular, there are no electrical leads through a hollow shaft or through special bushings of the bearings 6 respectively.

7 zeigt eine Schleifringanordnung die auf einem Rotor 7 innen liegend, d.h. innerhalb der Lagerstellen des Rotors 7 angeordnet ist, ohne eine eigene Lagerung unter Benutzung der Lager 6 des Rotors 7. Dabei erfolgt die Positionierung des feststehenden Teils zum rotierenden Teil der Schleifringanordnung über die Toleranzkette der Welle 8 des Lagers 6 und ev. anderer gegebenenfalls vorhandener Bauteile. Diese Schleifringanordnung besitzt keine eigene Lagerung. 7 shows a slip ring assembly on a rotor 7 inside lying, ie within the bearing points of the rotor 7 is arranged without a separate storage using the bearings 6 of the rotor 7 , In this case, the positioning of the fixed part to the rotating part of the slip ring assembly via the tolerance chain of the shaft takes place 8th of the camp 6 and ev. Other possibly existing components. This slip ring assembly has no own storage.

8 zeigt eine Schleifringanordnung die innen liegend im Rotor 7 angeordnet ist und eine eigene hydrodynamische Lagerung aufweist. Die Flüssigmetalllegierung 3 übernimmt in ei nem Bereich mit sehr engen Spalten Lagereigenschaften und überträgt gleichzeitig den elektrischen Strom. Eine Drehmomentstütze 12 verhindert ein Mitrotieren des feststehenden Teils 1. Vorteilhaft dabei ist, dass keine Leitung durch eine eventuelle Hohlwelle zum Rotor 7 geführt werden muss. Außerdem reduziert sich die axiale Länge gegenüber den bisherigen Anordnungen. 8th shows a slip ring assembly lying inside the rotor 7 is arranged and has its own hydrodynamic bearing. The liquid metal alloy 3 takes over storage properties in a very narrow area and at the same time transfers electricity. A torque arm 12 prevents co-rotation of the fixed part 1 , The advantage here is that no Conduction through a possible hollow shaft to the rotor 7 must be led. In addition, the axial length is reduced compared to the previous arrangements.

9 zeigt eine Schleifringanordnung mit einer Dichtung 15 gegen um atmosphärische Einflüsse abzuhalten, die auch ohne weiteres bei den bisherigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Schleifringanordnungen eingesetzt werden kann. Die Dichtung 15 kann dabei auf Basis von magnetischen Flüssigkeiten oder sonstigen Gasen ausgeführt sein. Entscheidend ist, dass kein Kontakt zwischen der Atmosphäre und der Flüssigkeitsmetalllegierung 3 vorhanden ist. Im Raum 16 zwischen Dichtung und Stromübertragung kann sich ein Gas oder eine Flüssigkeit unter Über- oder Unterdruck befinden, das chemisch nicht mit dem Flüssigmetalllegierung 3 reagiert. Ebenfalls kann sich ein Vakuum in diesem Raum 16 befinden. 9 shows a slip ring assembly with a seal 15 against to keep atmospheric influences, which can also be used readily in the previous embodiments of slip ring assemblies according to the invention. The seal 15 can be carried out on the basis of magnetic fluids or other gases. What matters is that there is no contact between the atmosphere and the liquid metal alloy 3 is available. In the room 16 between gasket and power transmission, a gas or liquid may be under positive or negative pressure that is not chemically associated with the liquid metal alloy 3 responding. Also, there may be a vacuum in this room 16 are located.

10 zeigt einen Flüssigmetallüberträger mit Dichtung 15 gegen Atmosphäre und einer Vorrichtung gegen Eindringen von Fremdkörper. Diese Anordnung, die auch bei den anderen vorhergehenden Anordnungen eingesetzt werden kann, zeigt eine Dichtung 15 gemäß 9 und des Weiteren eine zusätzliche Dichtung 18, die als Labyrinthdichtung, Bürstendichtung oder Radialwellendichtring ausgeführt werden kann. 10 shows a liquid metal carrier with seal 15 against atmosphere and a device against the ingress of foreign bodies. This arrangement, which can be used in the other previous arrangements, shows a seal 15 according to 9 and further an additional seal 18 , which can be designed as a labyrinth seal, brush seal or radial shaft seal.

Die bisher beschriebenen Schleifringanordnungen sind koaxial angeordnet; sie können ebenfalls gemäß einem Scheibenläufer ausgeführt sein.The previously described slip ring assemblies are arranged coaxially; you can also according to one pancake accomplished be.

Derartige Schleifringanordnungen sind bei sämtlichen Anwendungen elektrischer Maschinen mit Schleifringanordnungen insbesondere für explosionsgeschützte Anlagen und elektrische Betriebsmittel einsetzbar.such Slip ring assemblies are electrical in all applications Machines with slip ring arrangements, in particular for explosion-proof installations and electrical equipment used.

Claims

Electric machine for use in potentially explosive atmospheres with a stator and a rotor ( 7 ), wherein the rotor ( 7 ) has an excitation winding, in which the supply of the excitation winding is realized by a liquid metal device.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the contact liquid of the liquid metal device between a fixed and a rotating part by capillary forces (F _A , F _k ) of the adjacent parts of the contact liquid is prevented at the outlet.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that seals ( 15 ) position the contact liquid in the current limiting surfaces.

Electrical machine according to claim 2, characterized in that the capillary forces (F _A , F _k ) are applied by limiting surfaces and / or the current transmission device.

Electric machine according to one of the preceding Claims, characterized in that the current transfer surfaces profiled are.

Electric machine according to one of the preceding Claims, characterized in that the contact liquid is in one circulation located.

Electric machine according to one of the preceding Claims, characterized in that the electrical excitation device in a protective gas atmosphere is arranged.

Electric machine according to one of the preceding Claims, characterized in that it is designed as a synchronous machine.

Electric machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that this as Drehfeldregte three-phase machine, i.e. as a double-fed asynchronous machine, is executed.