NL8201166A

NL8201166A - DEVICE FOR TRANSFER OF ELECTRIC ENERGY.

Info

Publication number: NL8201166A
Application number: NL8201166A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-10-17
Also published as: JPS58172882A; EP0089725B1; EP0089725A1; DE3364844D1

Description

Sr PHN 10.301 1 N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN.Sr PHN 10.301 1 N.V. PHILIPS 'BULB FACTORIES IN EINDHOVEN.

"Inrichting voor overdracht van elektrische energie"."Electric energy transmission device".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor overdracht van elektrische energie met een kontakteenheid met meerdere van elkaar geïsoleerde eerste kontaktelementen en een tweede kontaktelement, waarbij de kontakteenheid en het tweede kontaktelement relatief ten 5 opzichte van elkaar beweegbaar zijn voor beurtelingse energie-overdracht tussen een eerste kontaktelement en het tweede kontaktelement.The invention relates to a device for transferring electrical energy with a contact unit with a plurality of insulated first contact elements and a second contact element, wherein the contact unit and the second contact element are movable relative to each other for alternating energy transfer between a first contact element and the second contact element.

Een voorbeeld van een dergelijke inrichting is de commutator van een elektromotor waarbij het tweede kontaktelement een borstelveer is die aanligt tegen de lamellen, of eerste kontaktelementen, van een 10 kollektor. Belangrijke nadelen hiervan zijn de beperkte levensduur ten gevolge van slijtage van de kontaktelementen en het optreden van storing in de energie-overdracht door vervuiling.An example of such a device is the commutator of an electric motor in which the second contact element is a brush spring which rests against the slats, or first contact elements, of a collector. Major drawbacks of this are the limited service life due to wear of the contact elements and the occurrence of interference in the energy transfer due to pollution.

De uitvinding heeft tot doel deze nadelen qp te heffen en heeft het kenmerk, dat tussen de eerste en tweede kontaktelementen een 15 elektrisch geleidende vloeistof aanwezig is.The object of the invention is to eliminate these drawbacks and is characterized in that an electrically conductive liquid is present between the first and second contact elements.

Eten bijzondere uitvoeringsvorm wordt daardoor gekenmerkt, dat de cilindrische roteerbare eenheid door een ringvormige laag van de elektrisch geleidende vloeistof is omgeven.The special embodiment is characterized in that the cylindrical rotatable unit is surrounded by an annular layer of the electrically conductive liquid.

Eten zeer speciale uitvoeringsvorm wordt daardoor gekenmerkt 20 dat de kontakteenheid met meerdere eerste kontaktelementen en het tweede kontaktelement als onderdelen van een lager zijn uitgevoerd, in het bijzonder een spiraalgroeflager.The very special embodiment is characterized in that the contact unit with several first contact elements and the second contact element are designed as parts of a bearing, in particular a spiral groove bearing.

Als geleidende vloeistof kan bijvoorbeeld een mengsel worden toegepast van geleidende deeltjes in een niet-geleidende vloeistof.As a conductive liquid, for example, a mixture of conductive particles in a non-conductive liquid can be used.

25 De uitvinding zal hierna worden toegelicht net behulp van een beschrijving van enkele in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden.The invention will be elucidated hereinafter by means of a description of some exemplary embodiments shown in the figures.

Fig. 1 is een langsdoorsnede van een elektromotor waarin een inrichting volgens de uitvinding is toegepast.Fig. 1 is a longitudinal section of an electric motor in which a device according to the invention has been used.

Fig. 2 is een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1.Fig. 2 is a section on line II-II in FIG. 1.

30 Fig. 3 is een axiale doorsnede van een as inclusief het ro terend deel van een andere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens, de uitvinding.FIG. 3 is an axial section of an axle including the rotating part of another embodiment of a device according to the invention.

f 8201166 PHN 10.3.01 2f 8201166 PHN 10.3.01 2

Fig. 4 is een doorsnede volgens de lijn IV-IV in fig. 3.Fig. 4 is a section on line IV-IV in FIG. 3.

Fig. 5 is een axiale doorsnede van het niet-roterende deel behorende bij de uitvoeringsvorm van de figuren 3 en 4.Fig. 5 is an axial section of the non-rotating part associated with the embodiment of FIGS. 3 and 4.

Fig. 6 is een doorsnede volgens de lijn VI-VI in fig. 5.Fig. 6 is a section on line VI-VI in FIG. 5.

5 De elektromotor van fig. 1 onvat een huis 1 met statoren 2 en 3 van permanent-magnetisch materiaal en een rotor 4 op de as 5. Eveneens cp de as bevindt zich de kontakteenheid 6 uitgevoerd als een kol- (fig.3 lektor. De kollektor is voorzien van eerste kontaktelementen 7, 8 en 9 /_ in de vorm van segmenten van elektrisch-geleidend materiaal, die zijn 10 gescheiden door lagen 10 van isolerend materiaal. De kontaktelementen 7, 8 en 9 zijn verbonden met de spoelen 11 van de rotor.The electric motor of Fig. 1 comprises a housing 1 with stators 2 and 3 of permanent magnetic material and a rotor 4 on the shaft 5. Also on the shaft, the contact unit 6 is designed as a column (Fig. 3). The collector is provided with first contact elements 7, 8 and 9/9 in the form of segments of electrically conductive material, which are separated by layers 10 of insulating material. The contact elements 7, 8 and 9 are connected to the coils 11 of the rotor.

Rondom de kontakteenheid 6 bevindt zich een ring 12 van elektrisch-isolerend materiaal. In de ring 12 zijn op twee diametraal tegen over elkaar liggende plaatsen tweede kontaktelementen 13 en 14 15 aangebracht. Via de aansluitlippen 15 kunnen deze kontaktelementen 13, 14 op een spanningsbron warden aangesloten.Around the contact unit 6 there is a ring 12 of electrically insulating material. Second contact elements 13 and 14 are arranged in the ring 12 at two diametrically opposed locations. These contact elements 13, 14 can be connected to a voltage source via the connecting lips 15.

Tussen de kontakteenheid 6 ai de ring 12 bevindt zich een ringvormige laag 16 van een elektrisch-geleidende vloeistof.Between the contact unit 6 on the ring 12 there is an annular layer 16 of an electrically conductive liquid.

De kontakteenheid 6 met de eerste kontaktelementen 7, 8 en 9 20 en de ring 12 met de tweede kontaktelementen 13 en 14 vormen een inrichting voor overdracht van elektrisch energie tijdens rotatie van de rotor ten opzichte van het huis 1. In de in figuur 2 weergegeven situatie zal de elektrische stroom afkomstig van de spanningsbron door kontakt-element 13, de geleidende vloeistof laag 16 en kontaktelement 9 een 25 weg vinden naar een rotcrspoel 11 cm via kontaktelement 8 de vloei-stoflaag 16 en kontaktelement 14 wser terug te keren naar de spanningsbron.The contact unit 6 with the first contact elements 7, 8 and 9 and the ring 12 with the second contact elements 13 and 14 form a device for transfer of electrical energy during rotation of the rotor relative to the housing 1. In the figure shown in figure 2 In this situation, the electric current coming from the voltage source through contact element 13, the conductive liquid layer 16 and contact element 9 will find its way to a rotary coil 11 cm via contact element 8 to return the liquid layer 16 and contact element 14 to the voltage source .

De weerstand Rj van de vloeistoflaag tussen kontaktelementen 13 en 9 ter plaatse 17 en de weerstand R2 van de vloeistoflaag tussen de 30 kontaktelementen 8 en 9 ter plaatse 18 kunnen bij benadering berekend warden met de formules:The resistance Rj of the liquid layer between contact elements 13 and 9 at location 17 and the resistance R2 of the liquid layer between the contact elements 8 and 9 at location 18 can be approximately calculated with the formulas:

Ki^ïEKi ^ iE

R2 =/° db waarbij: ng /° = soortelijke weerstand vloeistof, bijvoorbeeld 10 Si- cm d = dikte vloeistoflaag, bijvoorbeeld 15 ^um 1 = breedte kontaktelementen 13 en 14, bijvoorbeeld 1,5 mm 82 0 1 1 66 PHN 10.301 3 m b = breedte ring 12, bijvoorbeeld 12 nm s = dikte isolatielaag 10, bijvoorbeeld 0,5 ram..R2 = / ° db where: ng / ° = resistivity of liquid, for example 10 cm-d = thickness of liquid layer, for example 15 μm 1 = width of contact elements 13 and 14, for example 1.5 mm 82 0 1 1 66 PHN 10.301 3 mb = width ring 12, for example 12 nm s = thickness of insulation layer 10, for example 0.5 ram.

De als voorbeeld aangegeven waarden voor de hierboven genoemde grootheden ingevuld in de formules geeft voor de weerstanden:The values given by way of example for the above-mentioned quantities entered in the formulas gives for the resistors:

5 Rj = 0,08 SI5 Rj = 0.08 SI

= 280 SL .= 280 SL.

De grootte van de weerstanden van de rotorspoelen ligt in de praktijk in het gebied van 1-10 SL „zodat, gezien de waarde van de lekweerstand ten opzichte van de waarden van weerstand van de rotor-10 spoelen en van de weerstand Rj, energieverlies door direkte elektrische stroom door de vloeistoflaag ter plaatse 18 tussen de kontaktelementen 8 en 9 verwaarloosd kan worden.In practice, the magnitude of the resistances of the rotor coils is in the range of 1-10 SL, so that, given the value of the leakage resistance relative to the values of the resistance of the rotor coils and of the resistance Rj, energy loss by direct electric current through the liquid layer at location 18 between the contact elements 8 and 9 can be neglected.

In de uitvoeringsvorm van de figuren 4 t/m 6 is de inrichting voor energie-overdracht tevens uitgevoerd als lager met een as 19 15 en een lagerbus 20 waarbij de eléktrisch-geleidende vloeistof tevens als smeermiddel dienst doet.In the embodiment of Figures 4 to 6, the energy transfer device is also designed as a bearing with a shaft 19 and a bearing bush 20, the electrically conductive liquid also serving as a lubricant.

Bij voorkeur wordt het lager daarbij uitgevoerd als een spiraalgroef lager omdat door de zelf “centrerende eigenschappen van een dergelijk lager een zeer geringe speling tussen as en lagerbus, overeen-20 komende met een zeer geringe dikte d van de vloeistof laag, kan worden toegepast, terwijl door de pompwerking van het spiraalgroeflager qp eenvoudige wijze bereikt kan worden dat steeds ter plaatse van de kontaktelementen en over de gehele omfcrek van de as een elektrisch-gelei-dende vloeistoflaag aanwezig is.Preferably, the bearing is designed as a spiral groove bearing because, due to the self-centering properties of such a bearing, a very small play between shaft and bearing bush, corresponding to a very small thickness d of the liquid layer, can be used, while the pumping action of the spiral groove bearing qp makes it easy to achieve that an electrically conductive liquid layer is always present at the location of the contact elements and over the entire circumference of the shaft.

25 Op de as 19 (figuren 3 en 4) zijn eerste kontaktelementen 21, 22 ei 23 aangebracht die van elkaar en van de as geïsoleerd zijn door de isolerende laag 24. De as 19 is draaibaar gelagerd in de lagerbus 20 met de tweede kontaktelementen 25 (fig. 5 en 6). De lagerbus is voorzien van V-vormige groeven 26 waardoor een spiraalgroeflager wordt 30 gevormd. Tussen de as 19 en de bus 20 bevindt zich weer een elektrisch geleidende vloeistof 27 voor de overdracht van elektrische energie tussen de eerste en tweede kontaktelementen, overeenkomstig de uitvoering volgens de figuren 1 en 2.25 First contact elements 21, 22 and 23 are provided on the shaft 19 (figures 3 and 4), which are insulated from each other and from the shaft by the insulating layer 24. The shaft 19 is rotatably mounted in the bearing bush 20 with the second contact elements 25 (Figures 5 and 6). The bearing bush is provided with V-shaped grooves 26, whereby a spiral groove bearing 30 is formed. Between the shaft 19 and the sleeve 20 there is again an electrically conductive liquid 27 for the transfer of electric energy between the first and second contact elements, according to the embodiment according to Figures 1 and 2.

Zoals in fig. 5 is weergegeven bevindt zich naast lagerbus 35 20 nog een tweede lagerbus 28 welke eveneens als spiraalgroeflager is uitgevoerd, met groeven 29. Het aan lagerbus 20 grenzende deel van lagerbus 28 is voorzien van een ringvormige kamer 30 net een toevoer- 8201166 PHN 10.301 4 kanaal 31. Via dit kanaal 31 en de kamer 30 kan een smeermiddel dat tevens dienst doet als elektrisch-geleidende vloeistof worden toegevoerd aan de lager bassen 20 en 28. Door de patpwerking welke qp de vloeistof wordt uitgeoefend tijdens rotatie van de in de bussen 20 en 28 gelagerde 5 as 19 zal steeds vloeistof worden toegevoerd naar de centrale zones 32 ei 33 van de lager tussen 20 resp. 28 terwijl lekkage van vloeistof uit het lager zoveel mogelijk wordt tegengegaan. De zone 32 waarin zich ook de tweede kontaktelementen 25 bevinden is op deze wijze steeds voorzien van een voldoende hoeveelheid elektrisch-geleidende vloeistof.As shown in Fig. 5, in addition to bearing bush 35, there is also a second bearing bush 28, which is also designed as a spiral groove bearing, with grooves 29. The part of bearing bush 28 adjacent to bearing bush 20 is provided with an annular chamber 30 with a feed 8201166 PHN 10.301 4 channel 31. Via this channel 31 and the chamber 30, a lubricant which also serves as an electrically conductive liquid can be supplied to the bearing bases 20 and 28. Due to the pumping action which the liquid is exerted during rotation of the the bushes 20 and 28 bearing 5 shaft 19 will always be supplied with liquid to the central zones 32 and 33 of the bearing between 20 and 20 respectively. 28 while preventing leakage of liquid from the bearing as much as possible. The zone 32, in which the second contact elements 25 are also located, is thus always provided with a sufficient amount of electrically conductive liquid.

10 Uiteraard is ook een uitvoering mogelijk zander extra lager- tus 28. De as 19 is dan gelagerd in de enkelvoudige lager bus 20 en de toevoer van vloeistof naar de ruimte tussen as en lagerbus kan bijvoorbeeld geschieden via een extra radiaal kanaal dat in de lagerbus is geboord.Of course, an embodiment is also possible without additional bearing-between 28. The shaft 19 is then mounted in the single bearing bush 20 and the supply of liquid to the space between shaft and bearing bush can for instance take place via an extra radial channel which is provided in the bearing bush. is drilled.

15 Als elektrisch-geleidende vloeistof kan bijvoorbeeld een meng sel warden toegepast van geleidende deeltjes in een niet-geleidende vloeistof.As an electrically conductive liquid, for example, a mixture of conductive particles in a non-conductive liquid can be used.

Lekkage van vloeistof uit de inrichtingen volgens de figuren 1 tot en met 6 kan ook met de gebruikelijke middelen zoals oliekeer-20 ringen, labyrlnthdichtingen, e.d. worden tegengegaan.Leakage of liquid from the devices according to Figures 1 to 6 can also be prevented by the usual means such as oil seals, labyrinth seals, etc.

25 30 35 82 0 1 1 6 625 30 35 82 0 1 1 6 6

Claims

9 * .Q PHN 10.301 5

1. Device for transferring electrical energy with a contact unit having a plurality of insulated first side elements and a second contact element, wherein the contact unit and the second contact element are movable relative to each other for alternating energy transfer between a first and the second contact element, characterized in that an electrically conductive liquid is present between the first and second contact elements.

2. Device for transferring electric energy according to claim 1, with a cylindrical rotatable contact unit having a plurality of first contact elements just on the circumference and a second contact element located close to the extraction, characterized in that the cylindrical rotatable unit is formed by an annular layer of the electrical conductive liquid.

An electrical energy transfer device according to claim 1 or 2, characterized in that the contact unit with a plurality of first contact elements and the second contact element are formed as parts of a bearing.

Device according to claim 3, characterized in that the bearing is designed as a spiral groove bearing.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive liquid consists of a mixture of conductive particles and a non-conductive liquid. 25 30 35 8201166