Блок контактных колец для вращающейся электрической машины

Авторы патента:

ОКАЙ Рикардо Наоки (CH)

БАУМАЙСТЕР Стефан (DE)

ШВЕРИ Александр (CH)

H02K13/00 - Конструктивные соединения токосъемников с двигателями или генераторами, например пластинные щеткодержатели, соединители для обмоток (крепление или защита щеток или щеткодержателей в корпусах или кожухах двигателей H02K 5/14); размещение токосъемников в двигателях или генераторах; устройства для улучшения коммутации

Владельцы патента RU 2543968:

АЛЬСТОМ Риньюэбл Текнолоджиз (FR)

Изобретение относится к области вращающихся электрических машин. Блок (30) контактных колец для вращающейся электрической машины, включает в себя несколько контактных колец (18), расположенных концентрично оси машины и в осевом направлении друг за другом. Контактные кольца соединены между собой, образуя проточные отверстия для охлаждения среды, в частности охлаждающего воздуха, и удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью расположенных между ними дистанционных средств, которые могут быть выполнены в виде колец, имеющих по периферии дополнительные распорки. Техническим результатом является упрощение и эффективное охлаждение. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области вращающихся электрических машин. Оно касается блока контактных колец для вращающейся электрической машины в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения и способа его охлаждения.

Во вращающихся электрических машинах с контактными кольцами, например в асинхронном двигателе трехфазного тока в виде фазного ротора, через вращающиеся с валом контактные кольца посредством соответствующих щеток передаются токи. Пример такой вращающейся электрической машины изображен в виде фрагмента на фиг.1. Машина 10 включает в себя вращающийся вокруг ее оси 17 ротор с центральным телом 11, конец которого переходит в вал 16. На центральном теле 11 установлен пакет железа 12 ротора, в котором размещена роторная обмотка 13 с лобовой частью 13' на конце. Ротор 11, 12, 13 концентрично окружен пакетом железа 15 статора, в котором размещена статорная обмотка 15 с соответствующей лобовой частью 15'. На внешней стороне вала 16 расположены несколько (четыре) контактных колец 14, служащих для передачи тока между ротором и окружающим пространством. Разумеется, в машине, представленной на фиг.1, мощность потерь необходимо отводить посредством специальных охлаждающих устройств (не показаны).

В высоконагружаемых машинах этого рода зону контактных колец в отношении охлаждения следует рассматривать отдельно. Из-за высоких электрической и механической (трение) нагрузок щеток (не показаны) и контактных колец 14 происходит повышение температуры в этой зоне. Поскольку щетки при отклонении от оптимальной рабочей температуры реагируют на это повышенным износом или, начиная с определенной предельной температуры, могут быть полностью разрушены, следует предусмотреть соответствующее охлаждение этих деталей.

В традиционной конструкции зоны контактных колец согласно фиг.2 предусмотрен сплошной вал 16, на котором установлены контактные кольца 14. В этой конструкции охлаждение контактных колец 14 возможно лишь условно. Контактные кольца 14 должны обтекаться извне охлаждающим воздухом или другой охлаждающей средой. Однако это затруднено вследствие вращения контактных колец 14. Охлаждение изнутри, при котором воздух течет изнутри вала 16 радиально наружу, невозможно из-за того, что он закрыт. С другой стороны, снабжение вала 16 соответственно большим числом отверстий представляет проблему из-за снижения механической прочности.

Из ЕР-А 1-0052385 известен блок контактных колец для электрических машин, контактные кольца которого снабжены осевыми отверстиями для охлаждающего газа. Последний поступает, поглощая тепло, радиально снаружи через канавки или пазы в отверстия и отводится по ним посредством всасывающего вентилятора. Однако такая конфигурация охлаждения конструктивно очень сложна.

В DE-A1-3232102 для улучшения охлаждения в зоне блока контактных колец предложено разделить каждое контактное кольцо на несколько отдельных контактных колец, насаженных в горячем состоянии на изолированные от их вала промежуточные усадочные кольца. На них перед контактными кольцами и за ними расположены вентиляторы охлаждающего воздуха. Также это решение требует сложной конструкции и очень точного ведения охлаждающего воздуха.

Задачей изобретения является создание блока контактных колец, который в отношении охлаждения позволил бы избежать недостатков известных блоков контактных колец и отличался бы очень простым и эффективным охлаждением, а также способа охлаждения этого блока.

Эта задача решается посредством совокупности признаков пунктов 1 и 11 формулы изобретения. Существенным для предложенного решения является то, что блок контактных колец выполнен самонесущим. За счет самонесущей конструкции блока контактных колец можно отказаться от несущего вала в этой зоне. Благодаря этому, с одной стороны, контактные кольца хорошо доступны со всех сторон для контактирования с охлаждающей средой. С другой стороны, конструкция блока контактных колец может быть гибкой и с большим уменьшением массы, что дает значительные преимущества в отношении опирания вала машины.

Один вариант предложенного блока контактных колец отличается тем, что контактные кольца соединены между собой с образованием проточных отверстий для охлаждающей среды, в частности охлаждающего воздуха, и удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью расположенных между ними дистанционных средств.

В частности, дистанционные средства могут включать в себя дистанционные кольца, имеющие распределенные по периферии дополнительные распорки.

Особенно оптимальное ведение охлаждающей среды возникает тогда, когда дополнительные распорки отстоят в осевом направлении с обеих сторон соответствующего дистанционного кольца и отформованы на нем.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, возможно также, чтобы дистанционные средства имели распределенные по периферии распорки.

Блок контактных колец скреплен преимущественно несколькими распределенными по периферии осевыми стяжками, причем стяжки пропущены через контактные кольца и распорки.

Особенно стабильным блок контактных колец является тогда, когда контактные кольца и расположенные между ними распорки сжаты стяжками между двумя действующими в качестве прижимных фланцев концевыми кольцами.

Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что контактные кольца разделены соответственно на несколько отдельных, расположенных концентрично и в осевом направлении друг за другом частичных колец, которые соединены между собой, образуя проточные отверстия для охлаждающей среды, в частности охлаждающего воздуха, и удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью расположенных между ними дистанционных средств. За счет этого контактные кольца могут охлаждаться еще эффективнее.

Преимущественно дистанционные средства для частичных колец включают в себя распределенные по периферии распорки.

Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что блок контактных колец охватывает внутреннее пространство и что внутри него от контактных колец к концу блока со стороны машины проходят разрядники. За счет этого можно распространить эффективное охлаждение также на разрядники.

Предложенный способ охлаждения блока контактных колец отличается тем, что охлаждающая среда, в частности охлаждающий воздух, подается в осевом направлении внутрь блока контактных колец и снова выходит радиально наружу между ними или частичными кольцами.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

- фиг.1: фрагмент примера вращающейся электрической машины с традиционным блоком контактных колец;

- фиг.2: разрез традиционного блока контактных колец;

- фиг.3: сопоставимый с фиг.2 вид блока контактных колец в соответствии с первым примером осуществления изобретения;

- фиг.4: подробный вид блока контактных колец из фиг.3;

- фиг.5: перспективный вид сбоку блока контактных колец в соответствии со вторым примером осуществления изобретения;

- фиг.6: разрез блока контактных колец из фиг.5.

На фиг.3 и 4 изображен сопоставимый с фиг.2 вид блока контактных колец в соответствии с первым примером осуществления изобретения. В новой конструкции блока 20 контактных колец полностью отсутствует вал в качестве держателя контактных колец 18. Контактные кольца 18 расположены концентрично друг над другом, т.е. в осевом направлении друг за другом, и пространственно отделены друг от друга лежащими между ними дистанционными кольцами 21. Контактные 18 и дистанционные 21 кольца образуют самонесущий блок контактных колец. На дистанционных кольцах 21 равномерно по периферии отформованы отстоящие с обеих сторон каждого из них распорки 22, благодаря которым между дистанционными кольцами 21 и примыкающими контактными кольцами 18 образуются соответственно кольцевые щели, через которые охлаждающая среда может радиально протекать с боков мимо контактных колец 18 и поглощать тепло.

Однако в блоке 20, представленном на фиг.3, 4 отдельные контактные кольца 18 не только отделены друг от друга дистанционными кольцами 21, но и отдельные контактные кольца 18 состоят из нескольких, частичных колец 19, отделенных друг от друга равномерно распределенными по периферии распорками 23. За счет этого охлаждающая среда или охлаждающий воздух может вытекать не только между контактными 18 и дистанционными 21 кольцами, но и протекать «через» сами контактные кольца 18, т.е. через образованные распорками 23 кольцевые щели между частичными кольцами 19. Таким образом, с одной стороны, достигается более равномерное распределение охлаждающего воздуха, а с другой стороны, заметно увеличивается поверхность, через которую отдается тепло.

За счет самонесущего выполнения блока контактных колец можно также удовлетворить требованию охлаждения разрядников, располагаемых на внутренней стороне вала или контактных колец. Это видно на изображенном на фиг.5, 6 примере осуществления изобретения. Блок 30 выполнен также самонесущим из четырех контактных колец 18, которые, в свою очередь, разделены соответственно на три частичных кольца 19. Вместо дистанционных колец 21 на фиг.3 используются распределенные по периферии распорки 24 в виде бобышек, которые образуют необходимые промежутки и проточные отверстия 31 между отдельными контактными кольцами 18. За счет этого в данной зоне достигается большее открытое сечение для охлаждающего воздуха.

Также в этом примере частичные кольца 19 отстоят друг от друга за счет распорок (не показаны), в результате чего образуются проточные отверстия в виде узких кольцевых щелей, через которые может протекать охлаждающий воздух. Самонесущий блок 30 контактных колец скреплен несколькими распределенными по периферии осевыми стяжками 27, которые пропущены через контактные 18 или частичные 19 кольца и распорки 24. Контактные 18 или частичные 19 кольца и расположенные между контактными кольцами 18 распорки 24 сжаты стяжками 27 между двумя действующими в качестве прижимных фланцев концевыми кольцами 25, 26, образуя механически стабильный блок. Проточные отверстия 31 предусмотрены также между внешними контактными 18 и концевыми 25, 26 кольцами, обеспечивая на внешней стороне достаточное охлаждение.

Блок 30 контактных колец охватывает внутреннее пространство 28, в которое для охлаждения аксиально подается охлаждающий воздух, выходящий затем радиально наружу через проточные отверстия 31, 32 (охлаждающая среда 33 на фиг.5). Во внутреннем пространстве 28 могут предпочтительно располагаться электрически соединенные с контактными кольцами разрядники 29. Поскольку весь охлаждающий воздух течет мимо разрядников 29, они охлаждаются.

Разумеется, для электрической изоляции контактных колец 18 распорки 24 или дистанционные кольца 21 должны быть выполнены изолирующими. То же относится к стяжкам 27.

Помимо улучшения возможности охлаждения описанным образом можно также экономить материал за счет того, что больше не требуется вал, несущий контактные кольца 18. Экономия материала приводит к сокращению издержек и способствует разгрузке подшипников машины. Поскольку контактные кольца 18, как правило, расположены не между местами опоры, а снаружи, они представляют собой большую нагрузку для подшипников (качающиеся движения). За счет уменьшения массы в этой зоне можно предпочтительно уменьшить действующие на подшипники усилия.

Перечень ссылочных позиций

10 - вращающаяся электрическая машина, например асинхронная

11 - центральное тело

12 - пакет железа ротора

13 - роторная обмотка

13' - роторная обмотка

14, 18 - контактное кольцо

15 - пакет железа статора

15' - статорная обмотка

16 - вал

17 - ось машины

19 - частичное кольцо

20, 30 - блок контактных колец

21 - дистанционное кольцо

22, 23, 24 - распорка

25 - внутреннее концевое кольцо

26 - внешнее концевое кольцо

27 - стяжка

28 - внутреннее пространство

29 - разрядник

31, 32 - проточное отверстие

22 - охлаждающая среда.

1. Блок (20, 30) контактных колец для вращающейся электрической машины, включающий в себя множество контактных колец (18), расположенных концентрично оси (17) машины и в осевом направлении друг за другом, причем блок (20, 30) выполнен самонесущим, отличающийся тем, что контактные кольца (18) соединены между собой, образуя проточные отверстия (31) для охлаждающей среды, в частности охлаждающего воздуха, и удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью расположенных между ними дистанционных средств (21, 22; 24).

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что дистанционные средства (21, 22; 24) включают в себя дистанционные кольца (21), имеющие распределенные по периферии дополнительные распорки (22).

3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что дополнительные распорки (22) отстоят в осевом направлении с обеих сторон соответствующего дистанционного кольца (21), при этом дополнительные распорки (22) отформованы на соответствующем дистанционном кольце (21).

4. Блок по п. 1, отличающийся тем, что дистанционные средства (21, 22; 24) имеют распределенные по периферии распорки (24).

5. Блок по п. 4, отличающийся тем, что блок (30) скреплен несколькими распределенными по периферии осевыми стяжками (27), при этом стяжки (27) пропущены через контактные кольца (18) и распорки (24).

6. Блок по п. 5, отличающийся тем, что контактные кольца (18) и расположенные между ними распорки (24) сжаты стяжками (27) между двумя действующими в качестве прижимных фланцев концевыми кольцами (25, 26).

7. Блок по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что контактные кольца (18) разделены соответственно на несколько отдельных, расположенных концентрично и в осевом направлении друг за другом частичных колец (19), которые соединены между собой, образуя проточные отверстия (32) для охлаждающей среды (33), в частности охлаждающего воздуха, и удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью расположенных между ними дистанционных средств (23).

8. Блок по п. 7, отличающийся тем, что дистанционные средства для частичных колец (19) включают в себя распределенные по периферии распорки (23).

9. Блок по одному из пп. 1-6, 8, отличающийся тем, что блок (20, 30) контактных колец охватывает внутреннее пространство (28), при этом во внутреннем пространстве (28) от контактных колец (18) к концу блока (30) со стороны машины проходят разрядники (29).

10. Блок по п. 7, отличающийся тем, что блок (20, 30) контактных колец охватывает внутреннее пространство (28), при этом во внутреннем пространстве (28) от контактных колец (18) к концу блока (30) со стороны машины проходят разрядники (29).

11. Способ охлаждения блока контактных колец по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что в осевом направлении внутрь блока (20, 30) контактных колец подают охлаждающую среду (33), в частности охлаждающий воздух, которая выходит снова радиально наружу между контактными кольцами (18) или частичными кольцами (19).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к погружным электродвигателям постоянного тока, и касается особенностей конструктивного выполнения коммутационной системы системы для электродвигателя постоянного тока, работающего в окружающей среде в забое скважины.

Коллектор машины постоянного тока с гусеничным токосъемом // 2403665

Изобретение относится к области электротехники, в частности к механическим коммутаторам в электрической цепи. .

Токосъемное устройство // 2398339

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коллекторных электрических машинах с многоходовыми обмотками якоря, когда определяющими факторами являются простота конструкции и надежная работа их токосъемного устройства.

Устройство защиты коллектора машины постоянного тока от искрения под щетками // 2316876

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коллекторных электрических машинах (двигателях и генераторах большой мощности). .

Токосъемное устройство // 2291531

Изобретение относится к области электротехники, в частности к коллекторно-щеточному узлу машин постоянного тока (МПТ). .

Комбинированный электрический генератор // 2223586

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к комбинированным электрическим генераторам. .

Устройство для улучшения коммутации коллекторных машин постоянного тока // 2172547

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для улучшения коммутации коллекторных машин постоянного тока, питаемых от статических преобразователей.

Микроэлектродвигатель // 2162723

Изобретение относится к приводным механизмам и может быть использовано в электромеханических игрушках. .

Коллекторная электрическая машина // 2145143

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин, обладающих повышенными требованиями к уровню радиопомех при эксплуатации.

Выравниватель нагрузки // 2119708

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и позволяет привести режимы электропотребления в соответствие со структурами генерирующих мощностей энергоисточников.

Щеткодержатель // 2551122

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторным электрическим машинам (КЭМ), когда определяющим фактором является искровой износ их скользящего контакта. Технический результат заключается в снижении уровня искрового износа коллекторно-щеточного узла КЭМ. В щеткодержателе КЭМ, содержащем по длине коллектора разрезные щетки, суммарная «раздвижка» которых удовлетворяет следующему условию: 0,5bл≤Δbш≤bл, где bл - толщина пластины коллектора на его рабочей поверхности; Δbш - суммарная «раздвижка» щеток по ширине щеткодержателя. 2 ил.

Способ диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин // 2551429

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для испытаний и настройки коммутации коллекторных электрических машин (КЭМ). Технический результат - повышение точности диагностики состояния коммутации КЭМ. В способе диагностики состояния коммутации при вращении коллектора во время прохождения коллекторной пластины с заранее нанесенной меткой мимо датчика положения коллектора световой поток от неепреобразуют датчиком в синхроимпульс с длительностью, равной времени прохождения коллекторной пластины под сбегающим краем щетки, который задерживают устройством для регулируемой задержки импульса до момента подхода исследуемой, предварительно промаркированной коллекторной пластины под сбегающий край щетки. В момент подхода исследуемой коллекторной пластины под сбегающий край щетки синхроимпульс подают на фотоэлектрический преобразователь, которым при помощи ПЗС-матрицы преобразуют световое излучение от искрения в сигнал, эквивалентный изображению щеточно-коллекторного узла и процесса искрения за время прохождения исследуемой пластины под сбегающим краем щетки. Полученные сигналы суммируют, фильтруют до получения результирующего сигнала, эквивалентного изображению искрения, интегрируют и визуализируют. Получают значения интенсивности искрения и отношения длины искрящего края щетки к полной длине края щетки, по которым устанавливают в баллах степень искрения на исследуемой коллекторной пластине так, как указано в материалах заявки. 1 ил.,1 табл.

Узел токосъемного кольца // 2591783

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к системам магнитно-резонансной визуализации. Медицинское устройство содержит систему магнитно-резонансной визуализации, которая содержит магнит, клиническое устройство и узел токосъемного кольца, выполненный с возможностью подачи электропитания в клиническое устройство. Узел токосъемного кольца содержит цилиндрический корпус, поворотный элемент, на котором установлено клиническое устройство, первый цилиндрический проводник и второй цилиндрический проводник, которые частично перекрываются. Второй цилиндрический проводник присоединен к цилиндрическому корпусу, первый цилиндрический проводник и второй цилиндрический проводник электрически изолированы. Узел токосъемного кольца также содержит первый набор проводящих элементов, причем каждый из набора проводящих элементов соединен со вторым цилиндрическим проводником, и узел щеткодержателя, содержащий первую щетку и вторую щетку причем, первая щетка выполнена с возможностью осуществления контакта с первым цилиндрическим проводником, когда поворотный элемент вращается вокруг оси симметрии. Вторая щетка выполнена с возможностью осуществления контакта с набором проводящих элементов, когда поворотный элемент вращается вокруг оси симметрии. Изобретения позволяют ослабить магнитное поле, генерируемое узлом токосъемного кольца. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство для передачи электрического тока на тело вращения, опертое на вращающуюся опору // 2643357

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности передачи на тело вращения двух электрических фаз. Устройство для передачи электрического тока на тело (10) вращения, опертое на вращающуюся опору, включает в себя по меньшей мере два контактных кольца (11), траверсу (1) контактных элементов и по меньшей мере два контактных элемента (2), при этом траверса (1) контактных элементов механически соединена с каждым контактным элементом (2). Каждый контактный элемент (2) может располагаться таким образом, чтобы при встраивании в электрическую машину, имеющую тело вращения, опертое на вращающуюся опору, каждый контактный элемент (2) находился в контакте с соответствующим контактным кольцом (11). Между траверсой (1) контактных элементов и каждым контактным элементом (2) расположен электрически изолирующий слой (3). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.