FI60326C - Kollekteringsanordning foer oeverfoering av elektrisk stroem mellan minst ett par elektriska ledare vilka kan foersaettas i relativ rotationsroerelse kring en gemensam axel - Google Patents

Description

-1 Tri KUULUTUSJULKAISU

N < V utlAggningsskmft 6 0 326 1 C MA Patentti nyönnott-y 10 12 1931 ' ' Patent meJ.lelat v ^ (51) Kv.ik.3/int.ci.3 H 01 H 39/64- SUOMI —FINLAND (21) P»tunttlh*k«iH« —Ι*·ηαη»βΙ«αηι 76θ8ΐ7 (22) Hakamitptlvi — An*6knlnftdi{ 25.03. 76 * ' (23) AlkupUvi—Giltlfhec*daf 25.03.76 (41) Tullut (ulklMluI — BlMt off«ncll( 26.09.77

Patentti- ja rekisterihallitus .... .

_ . . . , t . , (44) Nihtivlkilptnon |a kuuLjulkaUun pvm. — „ „

Patent-och registerstyrelsen ' ’ Anaekan utia(d och uti.«krifc«i pubikand 31.08.8l (32)(33)(31) Pyy·*·»y «CuoikMS—Buglrd prioritet (71)(72) Jarl-Thure Eriksson, Muinaishaudankatu 10 B 7, 33710 Tampere 71»

Suomi-Finland(FI) ' (7M Oy Kolster Ab (5I+) Kollekteringsanordning för överforing av elektrisk ström mellan minst ett par elektriska ledare, vilka kan försättas i relativ rotationsrörelse kring en gemensam axel - Kokoojalaite sähkövirran siirtämiseksi ainakin yhden sähköjohdinparin välillä, jotka voidaan saattaa keskinäiseen pyörimisliikkeeseen yhteisen akselin ympärillä Föreliggande uppfinning avser en kollekteringsanordning för överforing av elektrisk ström mellan minst ett par koaxiellt i huvudsak innanför varandra anordnade elektriska ledare, vilka kan försättas i relativ rotationsrörelse kring en gemensam axel, t.ex. statorn och rotorn i elektriska maskiner, omfattande per ledar par tvä mot rotationsaxeln öppna spär, en ring av vätskeformig metall i vartdera späret, och en hjälprotor, som är anordnad att rotera runt en med de elektriska ledarnas rotationsaxel koaxial axel och som stär i beröring med de bäda ringarna av vätske-formig metall för att bibringa dem en rotationsrörelse, som pä grund av centri-fugalkraftens verkan häller dem kvar i spären, varvid den elektriska strömmen över-fors frän den ena ledaren tili den andra via de bäda ringarna av vätskeformig metall och ledande organ i hjälprotorn.

I elektriska maskiner är det vanligt att överföra en elektrisk ström frän en roterande del tili en stationär del via fasta borstar. Det finns emellertid 2 60326 ett behov av att förbättra de f as ta bonitamas överföringsegenskaper·, dels genom att oka stromtätheten i kontaktstallet och dels genom att minska de av hastighets-differensen mellan kontaktytoma beroende mekaniska fenomBnen friktion och nötning. Det är bekant, att användningen av en vätskeformig metal1 (härefter: flytmetall) tiUSter betydligt större strömtätheter an fasta borstar och därtill är de elektris-ka och mekaniska förlustema i övergängsstället smS. Flytmetallkollekteringsdon ti USter dessutom stora hastighetsdifferenser mellan kontaktytoma.

SvSrighetema att applicera flytmetall mellan kontaktytoma har tillsvida-re begränsat tillännpning i större skala. Om apparaten, där strömkollektering forekorrmer, har en vertikal rotationsaxel och planet för kontaktytoma är horison-talt, uppstSr inga problem, eftersom flytmetallen av gravitätionskraften hSlles i en cirkelformig ranna. Mänga anordningar, däribland de fiesta elektriska maski-nema, kriver dock, att den roterande delens axel är horisontal, vilket medför, att strönmens övergängsställen utgörs av cirkelformiga kontaktytor i vertikalpla-net. Om man förutsätter, att flytmetallen skall bilda en hei ring mellan kontaktytoma, mäste sagda flytmetall appliceras med centra fugalkraftens hjälp. (Ett med flytmetall fyllt slutet utrymme skulle kiäva radialtätningar med mycket god tätnings-förmäga.) Den för centrifugalkraften behövliga rörelsen överförs tili flytmetallen genom friktion mot en roterancte yta, antingen den roterande kontaktytan eller en i flytmetallkanalen placerad hjälprotor (US patent nr 3 604 967). Flytmetallkroopens genomsnittshastighet är proportionell mot friktionsytans storlek.

I der:fiesta anordningama med strömkollektering är geometrin sSdan, att den stationära delen är utanpS den roterande. LikasS faller det sig naturligt att eventuella flytmetallspSr placeras i den stationära delen, madan den rörelse-bringande delen (hjälprotor eller rotorfläns) befinner sig pS spSrets insida.

Som en följd härav blir den bromsande ytan (spSret) större an den rörelsebringande, varför flytmetallkroppens genomsnittshastighet blir mindre än hälften av den rör-liga ytans hastighet. För att centrafugalkraften skall vara större än grevita-tionskraften i spSrets högsta punkt, mäste den roterande delens periferihastighet överstiga ett relativt stort gransvärde. I anordningar med lSga varvhastigheter eller anordningar med van/hastighetsreglering,där den minsta förekommande varv-hastigheten understiger centrifugalkraftens stabilitetsgräns, kan flytmetallkol-lektering pS oven beskrivna sätt ej användas, ifall den rörelsebringande delen är direkt kopplad tili rotom. Ifall man använder sig av en separatdriven hjälprotor, mäste denna ha en rrycket hög hastighet av ovan nämnda skäl.

Anordningen enligt fnreliggande uppfinning gör det möjligt att genom för-TOdling av tvä flytmetallkontaktställen överföra en ström mellan tvä elektriska ledare, av vilka bäda kan vara stillastäende, den ena stillastäende och den andra roterande eller bäda roterande. Anordningen ger de behövliga fnrutsättningama 3 60326 för att flytmetallen skall bilda tvä hela stabila ringar mellan kontaktytorna redan vid förhällandevis läga hjälprotorhastigheter. Dessutom kan anordningen enkelt ut-föras som en multipel kontaktanordning, d.v.s. överföra ström mellan elektriska kretsar, vilka i föreliggande anordning är galvaniskt isolerade frän varandra.

Dessa fördelar uppnäs med anordningen enligt uppfinningen, som känneteck-nas huvudsakligen därav, att hjälprotom är anordnad radiellt utanför de bäda ledar-na, att de bäda spären är belägna pä hjälprotoms inre periferi, ooh att de bäda ledarna är försedda med i ooh för sig kända ringformiga kontaktflänsar, som sträcker sig radiellt utät in i respektive spär, sä att kontaktflänsama kormner i kontakt med ringarna av vätskeformig metall. Genom att de bägge spären för ringama av vätskeformig metall befinner sig i hjälprotorn, erhälles en stor friktionsyta mellan metallringama ooh den rörelsebringande delen, vilket ger en stabil ring av vätskeformig metall.

Uppfinningen beskrivs noggrannare i det följande under hänvisning tili bifo-gade ritning, i vilken figur 1 visar i längdsnitt ena änden av en elektrisk maskin försedd med anordningen enligt uppfinningen, figur 2 visar ett tvärsnitt längs linjen II-II i figur 1, figur 3 visar delvis i längdsnitt ena änden av en elektrisk maskin med flera kontaktövepgängar, figur 4 visar i partiell vy en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, figur 5 visar schematiskt ooh i längdsnitt en anordning för tömning av spären, och figur 6 visar sarrma anordning som figur 5 i ändvy.

Anordningens princip framgär av figur 1. Den elektriska maskinen bestär av tvä elektriska ledare 1 och 2, av vilka ledaren 1 normalt utgör statorn och ledaren 2 rotom och vilka kan vara cylinderformiga eller diskusformiga skivor eller disk-ret distribuerade metallstavar. Bägge ledarna eller den ena ledaren kan bringas att rotera kring en gemensam axel 3, Pä denna axel är en I*uälprotor4 lagrad, som eventuellt kan vara separatdriven. I enlighet med uppfinningen är hjälprotorn anordnad radiellt sett utanför ledarna 1, 2 och dess inre periferi uppvisar tvä spär 5 och 6, vilkas botten vid drift är täckt av en ring av vätskeformig metall 7 och 8. Ledarna 1 och 2 är försedda med ringformiga kontaktflänsar 9 och 10, som sträcker sig radiellt utät in i respektive spär, sä att deras periferi korrmer i kontakt med flytmetallringama. Flänsamas vertikala sidor är försedda med en elektriskt isolerande plätering, ifall anordningen genomkorsas av magnetfält, vilka förorsakar virvelströnrmar.

Spärens 5, 6 väggar och en del av bottnen är företrädesvis av ett isolerande 4 60326 material 11, 1V, 11" för att begränsa strörrmens gäng genom flytmetallen tili en kanal mBllan flänsen och ett önskat crnräde av spärbottnen. Den galvaniska kontak-ten mellan flytmetallringama i hjälprotom ästadkommes med ett metalliskt kon-taktstycke 12, bestäende av tvä ringformade delar (spärbottnama) sarrmankooplade med en cylindrisk ledare eller diskret distribuerade stavar. Ifall hjälprotoms stomme Mr elektriskt ledande, placeras isolering mellan kontaktstycket 12 och stom-men, varvid kollekteringskretsen isoleras frän en eventuell jord.

Flytmetallen kan tillföras späret nä flere sätt: 1. Via rotsrande förbindelser pä hjälprotoms axel.

2. Via kanaler i vardera kontaktilänsen.

3. Via en kanal i den ena f länsen och en förbindelsekanal mellan ^>ären pä hjälprotorsidan.

Sam exempel visas altemativ 3 i figur 1 och 2, där M^ betecknar flytmetall. Tillförselkanalen 13 kan antingen utgöras av ett häl i ledaren eller av ett rör utanför densamma. Mellan spären finns en förbindelsekanal 14. I figur 2 har scm exempel tre dylika kanaler inritats. Flytmetallen leds ut genom en kanal 15.

Dä flytmetall används för kollekteringsändamäl förorenas densanma och mäste rengöras. Flytmetallsystemet görs därför vanligen cirkulerande. I figurema 1 och 2 tänkes tillförseln ske tili hjälprotorspärets lägsta del, medan urtappningen sker, i flytmetallkroppens rörelseriktning betraktat, 90° tidigare.

Figur 3 föreställer ett arrangemang med flere kontaktövergängar, säsom Sr' f ai let i de fiesta maskiner. De elektriska anslutningsledama fördelar sig pä tvä grupper A och B. Hjälprotoms kontaktstycken 12, 12’, 12" kan antingen vara kon-centriska cylindermantlar eller diskret distribuerade stavar. I det senare fallet kan samtliga stavar vara placerade pä sanma cylinderyta. Dessutam kan kopplings-ordningen mellan spären varieras.

Ifall anordningen genomkorsas av ett yttre magnetfält, elimineras verkan av en unipolar likspänning mellan galvaniskt förbundna flytmetallspär genom att bäda spären placeras i sanma nollflödesplan (pian, genom vilket sunmamagnetflödet är noil). I figur 4 indikerar 16 ett dylikt nollflödesplan.

Ett yttre magnetfält ästadkommer virvelströrrmar i flytmetallen. Elektriska och hydrodynamiska förluster tili följd av detta fenomen minimeras, dä strömvägens kontaktytor med flytmetallen ges sanma riktning som nollflödesplanet (figur 4).

Dä spären av nägon orsak skall tönmas pä flytmetall, förmär cirkulations-systemet enligt figurema 1 och 2 avlägsna metelien tili flänsytans nivä (gäller för tillförselaltemativ 2 och 3). För den resterande flytmetalldelen behövs ett annat system. I figur 5 presenteras en lösning. Spärens förbindelsekanal är via ett rör 17 och en ventil 1Θ förbundna med ett uppsamlingskärl 19. Ventilen öppnas och stängs av ett reglerdon 20, väre funktion kan styras manuellt eller av cen-trifugalkraften.

5 60326

Med en strömöverföringsanordning enligt den ovan beskrivna principen kan en strom transporteras mellan tvS elektriska ledare med smS elektriska och mekanis-ka förluster. Strömtätheten i övergMngsstallena är typiskt 5 !Wm mot 0,1 MA/m hos konventionella fasta borstar. Den kraft som anvands för anplicering av de som kontaktmedium fungerande flytmetallrlngama är oberoende av en eventuell rnrelse hos nSgondera kontaktilansen. Flytmetallringama ges god stabilitet genom att hjälprotoms varvhastighet väljs tillräckligt stor. Stabiliteten förbättras dess-utom av att rörelsen överförs till flytratallen via friktion mot spMrbottnens yta, vilken Mr större än flänsens yta. Nackdelen av en dubbel övergäng uppvägs delvis av att den doppade delen av flMnsen kan goras tunn, varvid de hydrodynamiska fnr-lustema blir smS. Ifall den ena flansen roterar med en nominell varvhastighet, kan hjälprotoms varvhastighet valjas lika och sSlunda eliminera hydrodynamiska förluster i ifrägavarande overgSng vid sagda nominella varvhastighet.

Flänsens periferi kan Mven forses med rogelbundna utbuktningar, varvid en-dast dessa utbuktningar Mr i kontiskt med flytmetallen.

Kollekteringsdonet kan exempelvis tillämpas i unipolarmaskiner, släprings-maskiner och synkronmaskiner, speciellt om dessa sistnämnda maskiner har en rote-rande arbetslindning.

Denna uppfinning kan realiseras mBd olika modifikationer, men den begransas inte till de detaljlosningar som här använts för att beskriva principen, utan upp-finningen omfattar samtliga tillämpningar, som ryms inom rahien för följande patent-krav.

Claims (7)

1. Kollekteringsanordning för överföring av elektrisk Ström mellan minst ett par koexiellt i huvudsak innanför varandra anord-nade elektriska ledare (1,2), vilka kan försättas i relativ rota-tionsrörelse kring en gemensam axel (3), t.ex. statorn och rotorn i elektriska maskiner, omfattande per ledarpar tvä mot rotations-axeln öppna spär (5,6) , en ring (7, 8) av vätskeformig metall i vartdera späret, och en hjälprotor (4), som är anordnad att rotera runt en med de elektriska ledarnas rotaionsaxel (3) koexial axel och som stär i beröring med de bäda ringarna (7, 8) av vätskeformig metall för att bibringa dem en rotationsrörelse, som pä grund av centrifugalkraftens verkan häller den kvar i spären, varvid den elektriska strömmen överförs frän den ena ledaren tili den andra via de bäda ringarna (7, 8) av vätskeformig metall och ledande organ (12) i hjälprotorn, kännetecknad därav, att hjälprotorn (4) är anordnade radiellt utanför de bäda ledarna (1, 2), att de bäda spären (5, 6) är belägna pä hjälprotorns inre periferi, och att de bäda ledarna (1, 2) är försedda med i och för sig kända ringformiga kontaktilänsar (9,10), som sträcker sig radiellt utät in i respektive spär, sä att kontaktilänsarna kommer i kontakt med ringarna (7, 8) av vätskeformig metall.

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att kontaktflänsarnas (9,10) yttre periferi är försedd med regelbundna utbuktningar relativt en cirkellinje, varvid endast dessa utbuktningar är i kontakt med ringen av vätskeformig metall.

3. Anordning enligt av patentkravet 1 eller 2, kännetecknad därav, att de ytor, som stär i kontakt med ringen av vätskeformig metall (7, 8) är parallella med nollflödesplanet hos ett yttre magnetflöde genom respektive ytor.

4. Anordning enligt patentkravet 3, kännetecknad därav, att dels kontaktytorna pä hjälprotorn och dels kontakt-flänsarnas kontaktytor i galvaniskt sammankopplade kretsar befin-ner sig i samma nollflödesplan.

5. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den vätskeformiga metallen är anordnad att transporters till och frän hjälprotorn (4) via roterande förbindelser, varvid varje spärpar best&s med tvä förbindelser. 7 60326

6. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den vätskeformiga metallen är anordnad att transporte-ras till och frAn hjälprotorns spAr (5, 6) via kanaler (13) i den ena elektriska ledargruppens flSnsar och att den vätskeformiga metallen förmedlas mellan galvaniskt sammankopplade spar via förbindelsekanaler (14) i hjälprotorn (4).

6 60326

7. Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad därav, att den vätskeformiga metallen avlägsnas frAn hjälprotor-spAren genom att den via styrbara ventiler (18) töms i ett upp-samlingkärl (19), sorti roterar med hjälprotorn. 60326 8