DE2056898A1

DE2056898A1 - Device for the transmission of electrical energy

Info

Publication number: DE2056898A1
Application number: DE19702056898
Authority: DE
Inventors: Ivan Dipl.-Ing. 5200 Brugg; Servis Wilhelm DipL-Ing. 5242 Birr. MP H02m 7-06 Novosel
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-10-27
Filing date: 1970-11-19
Publication date: 1972-05-10
Also published as: FR2113188A5; CH530726A; DE2056898B2; DE7042772U

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)Public limited company Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)

Einrichtung zur Uebertragung von elektrischer EnergieDevice for the transmission of electrical energy

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Uebertragung von elektrischer Energie bestehend aus einem rotierenden Uebertragungsorgan und einem ortsfesten Uebertragungsorgan. The invention relates to a device for the transmission of electrical energy consisting of a rotating Transmission organ and a stationary transmission organ.

Derartige Einrichtungen bestehen im allgemeinen aus einer Anzahl von Schleifringen oder Kollektoren und den zugehörigen Bürsten. Schleifringe und Bürsten werden beim Betrieb der Maschine, bedingt durch Reibung und unvermeidliche Uebergangswiderstande, stark erhitzt. Die Eigenkühlung, insbesondere die der Schleifringe, reicht dann nicht mehr aus, so dass zusätzliche Einrichtungen zur Zwangskühlung eingesetzt werden müssen. Such devices generally consist of a number of slip rings or collectors and their associated To brush. Slip rings and brushes are caused by friction and inevitable when the machine is running Transition resistance, strongly heated. The self-cooling, especially that of the slip rings, is then not sufficient more, so that additional devices for forced cooling have to be used.

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Zur Zwangskühlung dienen Ventilatoren, die eine axiale oder radiale Strömung eines Kühlmediums, z.B. Luft, um die Bürsten und über die Schleifringoberflächen, sowie gegebenenfalls durch axiale Kühlbohrungen in den Schleifringen erzeugen. Bei grösseren Strombelastungen ist jedoch die aktive Kühloberfläche der Schleifringe ungenügend gross, so dass eine ausreichende Kühlung nur durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums erreicht werden kann. Dies wiederum erfordert kostspielige Ventilatoren, die zudem einen beträchlichen Lärm entwickeln.For forced cooling, fans are used which have an axial or radial flow of a cooling medium, e.g. air, around the brushes and over the slip ring surfaces, as well if necessary, generate through axial cooling bores in the slip rings. In the case of larger current loads, however, the active cooling surface of the slip rings is insufficiently large, so that sufficient cooling can only be achieved through Increase in the flow rate of the cooling medium can be achieved. This in turn requires costly Fans that also generate considerable noise.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu vermelden und eine Einrichtung zur Uebertragung von elektrischer Energie zu schaffen, die ohne zusätzliche Ventilatoren eine für nahezu alle Betriebsfälle ausreichende Eigenventilation ermöglicht und die zudem keinen übermässigen Lärm erzeugt.It is the object of the invention to report the disadvantages of the known and a device for the transmission of To create electrical energy that is sufficient for almost all operating cases without additional fans Enables self-ventilation and which also does not generate excessive noise.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das rotierende Uebertragungsorgan mit mindestens einem radial verlaufenden Spalt versehen ist, der über wenigstens einen exzentrisch im rotierenden Uebertragungsorgan angeordneten Durchlass mit mindestens einer Stirnseite desselben in Verbindung steht.The aforementioned object is achieved according to the invention by that the rotating transmission member is provided with at least one radially extending gap which via at least one eccentrically arranged in the rotating transmission element passage with at least one Front side of the same is in connection.

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Der Erfindung liegt dabei ein Prinzip zugrunde, das seit mehr als sechzig Jahren bekannt ist, aber bis zum heutigen Zeitpunkt keiner praktischen Verwendung zugeführt worden ist. Es ist das Prinzip der von TESLA im Jahre 1909/ I913 angegebenen Reibungspumpe (US-PS l,O8l,2O6). Die Reibungspumpe beruht auf der inneren Reibung einer Flüssigkeit: das Laufrad der Pumpe besteht aus Kreisscheiben, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Scheiben sind im Zentrum zur Aufnahme des Mediums durchbohrt und rotieren mit derselben Winkelgeschwindigkeit um eine gemeinsame Achse. Das Fördermedium wird axial angesaugt, umgelenkt und tritt radial in die sog. Spaltelemente des Laufrades ein. Aufgrung der inneren Reibung wird die Flüssigkeit in Rotation versetzt und dadurch Zentrifugalkräften ausgesetzt, so dass sie mit wachsender Absolutgeschwindigkeit auf Spiralbahnen nach aussen befördert wird und aus den Spaltelementen austritt.The invention is based on a principle that has been has been known for more than sixty years, but has not been put into practical use to date has been. It is the principle of the friction pump specified by TESLA in 1909/1913 (US-PS 1, 081, 2O6). The friction pump is based on the internal friction of a liquid: the impeller of the pump consists of circular disks, which are arranged parallel to each other. The discs are pierced in the center to accommodate the medium and rotate at the same angular velocity around a common axis. The pumped medium is sucked in axially and deflected and enters the so-called gap elements of the impeller radially. Due to internal friction, the fluid is in Rotation offset and thereby exposed to centrifugal forces, so that they are with increasing absolute speed is conveyed to the outside on spiral tracks and emerges from the gap elements.

Obwohl die Fachwelt bislang diesem Prinzip für Flüssigkeiten, vielweniger noch für Gase (wesentlich geringere innere Reibung) keine nennenswerten Erfolgsaussichten einräumte, greift die vorliegende Erfindung dieses Prinzip in abgewandelter Form wieder auf und,schlägt eine Uebertragungseinrichtung für elektrische Energie vor, die hinsichtlich ihrer Kühleigenschaften gewichtige Vorteile gegenüber vergleichbaren Einrichtungen aufweist.Although experts have so far used this principle for liquids, much less for gases (much lower internal friction) did not allow any noteworthy prospects of success, the present invention uses this principle in a modified form again on and, suggests a transmission device for electrical energy, which have significant advantages in terms of their cooling properties has comparable facilities.

C ; C ;

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Einzelheiten sind dabei fortgelassen worden.The invention is described below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. All details that are not essential for a direct understanding of the invention have been omitted.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Stromübertragungseinrichtung, 1 shows a longitudinal section through a power transmission device,

Fig. 2 eine erste Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eine zweite Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 4 . eine dritte Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1 mit besonderer Ausbildung der Stirnseiten.FIG. 2 shows a first modification of the device according to FIG. 1, 3 shows a second modification of the device according to FIGS. 1, 4. a third modification of the device according to FIG. 1 with special formation of the front sides.

Die in Fig. 1 dargestellte Stromübertragungseinrichtung besteht im wesentlichen aus Schleifring 1 und den zugehörigen Bürsten 2. Der Schleifring 1 ist unter Zwischenschaltung eines Isolierteils 3 auf der Welle 4 befestigt. Der Schleifring selbst ist mit radialen Spalten 5 versehen. Die Spalte 5 sind ca. 1 bis 2 mm breit und werden dadurch gebildet, dass der gesamte Schleifring aus einzelnen Kreisringscheiben 6 unter Einfügung entsprechender Distanzringe 7 auf dem Isolierteil j5 aufgebracht ist. Jede Kreisringscheibe 6 ist mit axial verlaufenden Durchlässen 8 mit vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt versehen. Der Lochkreis der kreisförmigen Durchlässe liegt konzentrisch zur Schei-The power transmission device shown in Fig. 1 consists essentially of slip ring 1 and the associated Brushes 2. The slip ring 1 is attached to the shaft 4 with the interposition of an insulating part 3. Of the The slip ring itself is provided with radial gaps 5. The column 5 are about 1 to 2 mm wide and are thereby formed that the entire slip ring from individual circular ring disks 6 with the insertion of appropriate spacer rings 7 is applied to the insulating part j5. Each circular ring disc 6 is provided with axially extending passages 8 with a preferably circular cross-section. The bolt circle the circular passages are concentric to the

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benachse. Vorzugsweise sind die Durchlässe ö gleichmässig auf den Kreisringscheiben 6 verteilt. Die äussere Form der Distanzringe 7 ist so gewählt, dass diese nicht in die axialen Durchlässe 8 der Kreisringscheiben b hinein-. ragen. Die Kreisringscheiben b werden derart auf dem Isolierteil J montiert, dass sich über die gesamte Länge des Schleifrings im wesentlichen axial verlaufende Kanäle ergeben, die eine Verbindung der Spalte 5 mit den Stirnseiten des Schleifrings 1 herstellen und damit den Aussenraum mit den Spalten 5 verbinden. Der äussere Zylindermantel der einzelnen Kreisringscheiben 6 1st in bekannter Weise mit einer spiralförmigen, sich über den gesamten Umfang der Kreisringscheibe erstreckenden Nut 9 versehen.benachs. The passages δ are preferably evenly distributed over the circular ring disks 6. The external shape of the spacer rings 7 is chosen so that they do not enter the axial passages 8 of the circular ring disks b . protrude. The circular ring disks b are mounted on the insulating part J in such a way that there are essentially axially extending channels over the entire length of the slip ring, which connect the gaps 5 to the end faces of the slip ring 1 and thus connect the outside space to the gaps 5. The outer cylinder jacket of the individual circular ring disks 6 is provided in a known manner with a spiral-shaped groove 9 extending over the entire circumference of the circular ring disk.

u.a.i.a.

Die Nuten 9 haben die Aufgabe, den BUrstenabrieb aus dem Bereich der Berührungsfläche von Bürsten und Schleifring zu entfernen. Jeder Kreisringscheibe 6 sind mehrere Bürsten 2 (eine davon ist in Fig. 1 schematisch angedeutet) zugeordnet. Bürsten einschllesslich Halterungen sind den zugehörigen Kreisringscheiben angepasst.The grooves 9 have the task of the brush abrasion from the Remove the contact area between the brushes and the slip ring. Each circular disk 6 are several brushes 2 (one of which is indicated schematically in FIG. 1). Brushes including holders are the corresponding circular ring disks adapted.

Das Kühlgas strömt (in Pfeilrichtung) durch die axialen Durchlässe 8 in .den Schleifring 1 ein, verteilt sich auf die einzelnen Spalte 5 und strömt durch diese auf einer· Üpiralbahn nach aussen. Die Spaltbreite ist so gewählt, daüü die beschr^iebne Anordnung als Reibungspumpe wirkt.The cooling gas flows (in the direction of the arrow) through the axial passages 8 in .den slip ring 1, is distributed the individual column 5 and flows through them on a Üpiralbahn to the outside. The gap width is chosen so that the described arrangement acts as a friction pump.

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Der Unterschied zwischen der eingangs beschriebenen Reibungspumpe und der vorgeschlagenen Einrichtung besteht darin, dass die Beschleunigung des KUhlgases an verschiedenen Stellen des Rotors erfolgt. Bei der Reibungspumpe wird das Kühlgas von der zentralen Bohrung des Laufrads an radial nach aussen beschleunigt, während es hier in dem Bereich des Uebergangs von Aussenraum zu den exzentrisch in den Kreisringscheiben angeordneten Durchlässen 8 auf die Winkelgeschwindigkeit der Welle beschleunigt wird. In den Durchlässen selbst findet keine nennenswerte Winkelbeschleunigung statt.The difference between the friction pump described above and the proposed device is that the acceleration of the cooling gas at different Positioning of the rotor takes place. When the friction pump is the cooling gas accelerates radially outwards from the central bore of the impeller, while it is here in the area the transition from the outside to the eccentrically arranged in the circular ring disks passages 8 to the The angular velocity of the shaft is accelerated. There is no significant angular acceleration in the passages themselves instead of.

Das durch die Spalte 5 strömende Kühlgas bewirkt somi eine wirksame Kühlung der einzelnen Schleifringteile und trägt darüber hinaus noch zur Kühlung der Bürsten bei.The cooling gas flowing through the column 5 thus causes a effective cooling of the individual slip ring parts and also contributes to the cooling of the brushes.

Eine noch intensivere Kühlung erreicht man mit der in Fig.2 dargestellten Einrichtung. Zwischen je zwei benachbarten Kreisringscheiben b befindet sich eine Zwischenscheibe 10. Kreisringscheibe und Zwischenscheibe sind zur Bildung eines Spaltes 5 durch Distanzringe 7 getrennt. Die Zwischenscheiben können in ihrem Aussendurchmesser etwas kleiner sein als die Kreisringscheiben, sie sind aber mit den gleichen axialen Durchlässen 11 versehen wie die Kreisringscheiben.An even more intensive cooling can be achieved with the one shown in FIG illustrated facility. An intermediate disk 10 is located between every two adjacent circular ring disks b. The circular ring disk and the intermediate disk are separated by spacer rings 7 to form a gap 5. The intermediate discs can be slightly smaller in their outer diameter than the circular ring disks, but they are the same axial passages 11 provided like the circular ring disks.

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Wählt man die Breite der Zwischenscheiben 10 genügend klein - dies ist stets möglich, da sie lediglich durch die Zentrifugalkraft beansprucht werden - so erzielt man gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung eine noch grössere Kühlung, ohne die Gesamtlänge des Schleifrings nennenswert zu vergrössern.If the width of the intermediate disks 10 is chosen to be sufficiently small - this is always possible because they are only through the centrifugal force are claimed - so compared to the device shown in Fig. 1, a even greater cooling without significantly increasing the overall length of the slip ring.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform stellt eine Variante der Einrichtung gemäss Fig. 1 dar. Die einzelnen Kreisringscheiben 6 sind gegenüber der Wellenachse leicht geneigt (in der Fig. 3 übertrieben dargestellt). Diese Schrägstellung erfüllt die gleiche Aufgabe wie die Nut 9 in Fig. 1. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Schrägstellung der Kreisringscheiben 6 dann aus, wenn mehrere Kreisringscheiben einer Bürste zugeordnet sind, wie es Fig. 3 ebenfalls zeigt. Auf diese Weise können sich selbst schmale Kreisscheiben nicht in die Bürsten einschleifen.The embodiment shown in Fig. 3 represents a variant the device according to FIG. 1. The individual circular ring disks 6 are light with respect to the shaft axis inclined (shown exaggerated in FIG. 3). This inclination fulfills the same task as the groove 9 in Fig. 1. The inclined position of the circular ring disks 6 is particularly advantageous when several Circular ring disks are assigned to a brush, as FIG. 3 also shows. That way you can yourself Do not grind narrow circular disks into the brushes.

Sollten es die Gegebenheiten erforderlich machen (extreme Umgebeungstemperaturen etc.), die Eigenkühlung des Schleifrings durch eine Zwangskühlung zu unterstützen, so wird eine Anordnung gemäss Fig. 4 vorgeschlagen. In Fig. 4 sind die jeweils aussen liegenden Kreisrihgscheiben im Bereich der axialen Durchlässe 8 nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgestaltet, gegebenenfalls auch der unmittelbarShould the circumstances make it necessary (extreme ambient temperatures, etc.), the slip ring must have its own cooling to be supported by forced cooling, an arrangement according to FIG. 4 is proposed. In Fig. 4 are the outer circular disks in the area of the axial passages 8 designed according to fluidic aspects, possibly also directly

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benachbarte Bereich des Isolierteils 3. Die in Pig. 4 links dargestellte Kreisringscheibe 6 weist nach strömungstechnischen Gesichtpunkten abgerundete Durchlässe auf, während im rechten Teil der gleichen Figur die Stirnseite der Kreisringscheibe eine einfache Beschaufelung trägt.adjacent area of the insulating part 3. The in Pig. 4th Annular disk 6 shown on the left has rounded passages according to fluidic point of view on, while in the right part of the same figure, the face of the circular ring disc has a simple blading wearing.

Die im Vorstehenden vorgeschlagenen Einrichtungen weisen gegnüber dem Bekannten eine Reihe von Vorteile auf. Es sind dies ihre grossen Kühlflächen, der gute Wirkungsgrad, niedriger Geräuschpegel, öa keine Strömungsablösung wie an Schauftln aurtreten, der geringe Einfluss von Zähigkeitsänderungen des Kühlmediums auf die Förderleistung.The devices proposed above have a number of advantages over the known. These are their large cooling surfaces, their high degree of efficiency, low noise level, and there is no flow separation as occurs on scoops, and the low influence of changes in viscosity of the cooling medium on the delivery rate.

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Claims

1 * 12/70 - 9 - claims

1. Device for the transmission of electrical energy consisting of a rotating transmission element and a stationary transmission element, characterized in that the rotating transmission element (1) is provided with at least one radially extending gap (5) which extends over at least a passage (8) arranged eccentrically in the rotating transmission element (1) and having at least one end face the same is in connection.

2. Device according to claim 1, characterized in that daes the rotating transmission organ (1) consists of at least »two circular ring disks (6) with axial, eccentrically arranged There are passages (8), which circular ring disks (6) are separated by spacer rings (7).

3. Device according to claim 1 »d & duroh characterized that the rotating transmission element (1) aua at least two Kreisylngicheiben (6) with axial, eccentrically arranged Passages (8), which circular ring disks are replaced by two spacer rings (7) with an intermediate disk (10) provided with eccentrically arranged passages (11) in between. separated «Ind.

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1 * 12/70

4, device according to claims 1 to 3, characterized in that circular ring disks (6), spacer rings (7) and optionally intermediate ^{disks (10) are attached to an insulating part (2} O) in such a way that the passages (8) extend over the entire length e of the rotating transmission element (1) form extending canal.

5. Device according to claims 1 to 3> characterized in that that the end faces of the rotating transmission body: ans (1) are shaped according to fluidic aspects.

6. Device according to claims 1 and 5, characterized in that the end faces are bladed.

7. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the circular ring disks (6), the spacer rings (7) and if necessary, the intermediate disks (10) are slightly inclined with respect to the axis of the shaft (4).

Public company Brown, Boveri & Cie.

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