电机,特别是他励同步电机

文档序号:345692 发布日期:2021-12-03 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 电机,特别是他励同步电机 (Electrical machine, in particular separately excited synchronous machine ) 是由 M·施瓦策尔 P·迈依沙克 E·詹森 B·魏斯 于 2021-04-13 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种电机,特别是他励同步电机,包括:具有至少一个滑环(4)的转子轴(5);和至少一个贴靠在滑环(4)上的导电的接触元件(6)、特别是碳刷,所述至少一个接触元件被接纳在形成在壳体(2、36)中的、相对于转子轴(5)径向延伸的通道式的导向部(8)中并且借助于弹簧元件(10)径向地相对于滑环(4)张紧,其中,设置有通过另一个弹簧元件(20)侧向地相对于接触元件(6)张紧的滚子(22),接触元件(6)通过该滚子相对于导向部(8)的壁(19)张紧。(The invention relates to a motor, in particular to a separately excited synchronous motor, comprising: a rotor shaft (5) having at least one slip ring (4); and at least one electrically conductive contact element (6), in particular a carbon brush, which rests on the slip ring (4) and is received in a channel-like guide (8) which is formed in the housing (2, 36) and extends radially relative to the rotor shaft (5) and is tensioned radially relative to the slip ring (4) by means of a spring element (10), wherein a roller (22) which is tensioned laterally relative to the contact element (6) by means of a further spring element (20) is provided, by means of which the contact element (6) is tensioned relative to a wall (19) of the guide (8).)

电机,特别是他励同步电机

技术领域

本发明涉及一种电机,特别是他励同步电机。

背景技术

电机已知具有不同的构造型式。在多种电机类型的情况下需要接触旋转的构件、特别是转子或者说转子轴,以便将电流引导至各个导体绕组以构成磁场,或者例如由这种旋转的构件截取测量信号。这种电机的实例是他励同步电机。这种电机具有带转子轴的转子,在该转子轴上设置有至少一个、然而通常多个相应于各个相位数量的滑环,该滑环与各个线圈绕组耦合,当绕组被通电流时,通过线圈绕组构成励磁磁场。为了能将电流输送至各个绕组,所述滑环或者说每个滑环都配备有导电的接触元件,其通常为碳刷的形式,这种接触元件或者说这种碳刷是壳体固定的或位置固定的,而转子轴且因此配属的滑环当然旋转。接触元件或者说碳刷通常在壳体中被接纳在形成在那里的通道式的导向部中并且径向地或者说基本上径向地压向滑环。在此之上形成了电滑动接触。由于制造公差和安装公差以及使用寿命内的磨损,有时滑环表面略微不圆。因为接触元件或者说碳刷以及弹性加载它们的弹簧元件由于质量特性和刚性特性形成了能振动的系统,所以在运行中有时会引起接触元件被激励发生颤动,这种颤动导致了接触元件在导向部中运动。在较小激励的情况下、例如在较低转速的情况下,由于通过弹簧元件弹性加载接触元件而可以避免接触元件从滑环上抬起或者接触元件在导向部内倾斜。然而在较强激励的情况下,有时会出现接触元件从滑环上抬起和/或接触元件在导向部内倾斜,也就是说,接触元件在导向部内摆动。这导致了,在抬起时电滑动接触被中断或者在倾斜时传输电流的面积被减小,由此可能产生一系列问题。在抬起时,在倾斜时不能传输所需要的励磁电流,从而因此不能以所需的方式临时构建励磁磁场。有时可能会导致形成电弧,当然在出现这些效应时,也可以从接触元件和滑环方面观察到提高的磨损。

为了尽可能阻止接触元件的这种相对运动或者说摆动运动,从DE 10 2011 085997 A1已知,除了在导向部内的轴向张紧之外——这种张紧导致了径向弹性加载至滑环,还在导向部中侧向地张紧接触元件,即压向导向壁。这一点导致了接触元件在导向部中的无间隙的引导。为此在DE 10 2011 085 997 A1中使用盘簧,该盘簧利用一个端部从上方压靠到接触元件上,即该接触元件轴向地在导向部中并且因此径向地弹性加载至滑环。盘簧的另一个端部与摆动臂连接,该摆动臂能围绕摆动轴线摆动,并且该摆动臂通过这个端部弹性加载弹簧元件,从而该摆动臂朝向接触元件的侧面施压。在摆动臂的端部上布置有滚子,该滚子通过摆动臂并且因此通过共同的弹簧元件侧向地被弹性加载至接触元件、即碳刷,并且接触元件相对于对置的导向壁张紧。

这种已知的接触元件布置或者说这种已知的碳刷支架的结构非常复杂。一方面使用非常特殊的弹簧元件、即盘簧,该盘簧的弹簧特性需要非常特殊地设计。该盘簧一方面必须设计成,使得施加规定的、然而既不过小也不过大的轴向张紧以径向地弹性加载至滑环。另一方面该盘簧必须设计成,使得摆动臂且因此滚子同时规定地、然而既不过弱也不过强地被弹性加载至碳刷的侧面。如果轴向张紧过弱,则由于压紧力过低,该布置太易于振动。如果轴向压紧力过强,则磨损过大。如果侧向的压紧力过低,则这种侧向张紧无法满足其目的,因为在更强的激励的情况下仍可能会发生倾斜或者说摆动。如果压紧力过大,则接触元件向导向壁的表面压力过大,从而会出现加强的摩擦且可能会出现不足的轴向张紧或者说引导。此外使用一种特殊形状的摆动臂,该摆动臂一方面能以能摆动的方式支承在壳体构件上,为此设置相应的支承轴,并且该摆动臂另一方面能与盘簧的端部连接。此外在摆动臂上必须设置支承轴,在该支承轴上又固定滚子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与此相比被改进的电机。

为了实现所述目的,根据本发明提供了一种电机,特别是他励同步电机,包括:具有至少一个滑环的转子轴;和至少一个贴靠在滑环上的导电的接触元件、特别是碳刷,所述至少一个接触元件被接纳在形成在壳体中的、相对于转子轴径向延伸的通道式的导向部中并且借助于弹簧元件径向地相对于滑环张紧,其中,设置有通过另一个弹簧元件侧向地相对于接触元件张紧的滚子,接触元件通过该滚子相对于导向部的壁张紧。

在根据本发明的电机中,设置有两个分开的用于不同目的的弹簧元件。它们的共同之处在于,它们分别用于弹性加载接触元件、即特别是碳刷,然而在不同的方向上弹性加载。第一弹簧元件用于在长形的导向部、即接触元件通道内轴向张紧,通过这种张紧将接触元件径向地相对于滑环张紧。第二弹簧元件用于将滚子相对于接触元件的侧面张紧,以便将该接触元件相对于导向壁张紧。因此张紧方向彼此垂直,每种张紧用于不同目的。使用两个分开的弹簧元件的情况能够有利地实现:使用特殊的弹簧元件或者说以下述方式设计或选择弹簧元件的弹簧特性,即它们能够最佳地满足张紧目的。为了轴向张紧,可以选择优化的弹簧元件,该弹簧元件按规定且精确地产生压紧力,利用该压紧力以理想的方式将接触元件弹性加载至滑环。这样选择弹簧元件,使得所产生的压紧力既不过低也不过高,而是处于最佳的压力区间内。相同地,也能以下述方式优化地选择另一个弹簧元件,即在此也产生了接触元件在导向壁上的最佳的压紧力或者说最佳的表面压力。在此,所产生的压紧力或者说表面压力也处于规定的区间内,从而又可以确保,压紧力既不过低也不过高,并且因此在接触元件与导向壁之间既不会出现过小也不会出现过大的摩擦。因此,分开的弹簧元件的使用能实现各个单独的张紧的最佳的设计。此外,根据本发明的解决方案还提供了一种可能性:替代复杂地构成的和设计的盘簧使用简单地构成的弹簧元件,因为这种弹簧元件仅需完成张紧任务,或者说仅需在仅一个规定的方向上产生预紧。

适合地,用于侧向地弹性加载滚子的另一个弹簧元件是与滚子耦合的螺旋弹簧,该螺旋弹簧将轴向张紧力施加到滚子上。也就是说,螺旋弹簧布置成大致以其纵轴线垂直于接触元件的表面且进而垂直于壁面,且滚子垂直地被弹性加载到接触元件上。这种螺旋弹簧一方面足够小,然而另一方面还是非常简单的弹簧元件,该弹簧元件在其弹簧特性方面可以进行精确设计,以产生最佳的压紧力。

适合地,滚子本身布置在具有支架板的滚子支架上,螺旋弹簧接合在该支架板上。通过该支架板提供了足够大的支座面或者说连接面,在其上接合或者说安置弹簧元件或者说螺旋弹簧。在该支架板上可以设置优选圆形的凸起,在该凸起上夹紧螺旋弹簧,从而该螺旋弹簧可靠地固定在支架板上。螺旋弹簧的对置的端部支承在适合的支承面上,其中,在该支承面上也可以形成相应的、优选圆形的凸起,在该凸起上夹紧螺旋弹簧。

如所述的,滚子转动支承在滚子支架上。为此,滚子支架根据本发明的一个改进方案具有两个连接在支架板上的臂,在两个臂上布置有滚子轴,在该滚子轴上支承有滚子。因此,滚子支架除了支架板外还具有两个臂,这两个臂承载滚子在其上移动的滚子轴、即简单的轴螺栓。由此确保了滚子支架且特别是滚子支承部的简单的、但同样也稳定的设计方案。

优选地,两个臂穿过壳体壁,该壳体壁将接纳螺旋弹簧的室与接纳滚子的室分开,其中,在壳体壁中设置有至少一个壁穿孔,臂穿过该壁穿孔。通过这个壁相应地在空间上分开弹簧室与滚子室,该滚子室当然朝向导向部或者说朝向在其中布置有接触元件的通道敞开。由此确保了,一方面保护螺旋弹簧使其避免受到可能的由于接触元件、即例如碳刷的磨损而引起的污染。另一方面穿过该壁来引导两个臂,从而防止了侧向移位和向上移位。也就是说,壁穿孔这样确定尺寸,使得仅以较小的侧向和垂直间隙接纳两个臂。

如所述的,另一个弹簧元件优选是螺旋弹簧。与此相对,第一弹簧元件优选是卷带弹簧,该卷带弹簧利用一个端部固定在壳体上并且利用另一个盘绕的端部从上方压靠到接触元件上。利用这种简单构造的长形的卷带弹簧又能以非常精确的方式调节压紧力。卷带弹簧利用其盘绕的端部从上方压靠到接触元件上,其中,在接触元件上必要时设置简易的凹部、即至少部分地适配于盘绕的端部的几何结构的支座,从而在该区域中还形成了一定的形锁合的固定。卷带弹簧的另一个端部固定在壳体上,在此该端部例如锁定在止动接纳部中或进行类似操作。

此外可以规定,在限定导向部的壳体壁中设置有凹槽,在该凹槽中接纳卷带弹簧的长形的部段,该长形的部段从固定在壳体上的端部延伸至盘绕的端部。因此,卷带弹簧是长形的构件。在盘绕的头部、即盘绕的端部上连接长形的线形的弹簧部段,该弹簧部段在安装位置中最终平行于接触元件延伸。下端部如所述的那样以适合的方式固定在壳体上。在此优选地,卷带弹簧布置成,使得长形的部段平行于接触元件的、压向壳体壁的侧面延伸。为了避免在此接触元件压向弹簧或者说部段,在该壳体壁上形成纵向延伸的凹槽,在该凹槽中接纳卷带弹簧的长形的部段。即在一定程度上,该长形的部段被下沉地接纳在壳体壁中。

除了电机本身之外,本发明还涉及一种用于接纳用于如上所述的电机、特别是他励同步电机的导电的接触元件的接触元件支架。根据本发明的接触元件支架包括:具有通道式的导向部的壳体;用于将接纳在导向部中的接触元件沿着导向部的纵轴线张紧的弹簧元件;滚子;以及用于将滚子侧向地相对于接触元件张紧以使得接触元件相对于导向部的壁张紧的另一个弹簧元件。

必要时也已经装配有接触元件、即例如碳刷的接触元件支架因此是单独的构件,该构件固定在电机壳体的适合的接纳部中。该接纳部当然位于与旋转的构件、即特别是转子轴及其滑环相邻的位置处,从而接触元件支架可以直接定位在接触位置附近。接触元件支架例如可以拧紧在接纳部中或者通过锁定连接部固定。在任何情况下,该连接部都使得接触元件支架的壳体不可移动地固定,从而绝对不能从固定开始进行相对移动。

根据本发明的接触元件支架如所述的那样具有自己的壳体。在前述电机中可以使用这种具有自己的壳体的接触元件支架。在此还可以考虑,在电机壳体或者适合的壳体构件本身中设置具有用于直接布置各个元件、即接触元件以及两个弹簧元件的导向部、接纳室等的相应的几何设计方案。

根据本发明的、具有其自己的壳体的接触元件支架适合地配设有形式为与滚子耦合的螺旋弹簧的另一个弹簧元件,该螺旋弹簧将轴向张紧力施加到滚子上。在此,滚子优选布置在具有支架板的滚子支架上,螺旋弹簧接合在该支架板上,并且滚子在滚子支架上优选通过压配合固定在适合的保持凸起上。螺旋弹簧的对置的端部支承在接触元件支架的适合的壳体壁上或者说在那里优选地被压装在保持凸起上。

滚子支架本身适合地具有两个连接在支架板上的臂,在两个臂上布置有滚子轴,在该滚子轴上支承有滚子。在此优选地,两个臂穿过壳体壁,该壳体壁将壳体的接纳螺旋弹簧的室与壳体的接纳滚子的室分开,其中,在该壁中设置有至少一个由臂穿过的壁穿孔。因此,两个室如同通道式的导向部那样形成在接触元件支架的壳体上,包含滚子的室当然朝向导向部敞开。

径向地张紧滚子的弹簧元件优选是卷带弹簧,该卷带弹簧利用一个端部固定在壳体上并且利用盘绕的端部压靠到接触元件上。因此,在壳体上设置有适合的固定几何结构,例如插入式隙部或夹紧隙部、锁定部段等,在此卷带弹簧可以在端侧被牢固地固定。盘绕的端部从上方压靠到接触元件上,该接触元件必要时具有用于圆形的弹簧头的接纳凹部。

此外适合地,在限定导向部的壳体壁中设置有凹槽,在该凹槽中接纳卷带弹簧的长形的部段,该长形的部段从固定在壳体上的端部延伸至盘绕的端部。

附图说明

本发明的其它优点和细节由下面描述的实施例以及根据附图得出。图中示出:

图1以侧视图示出具有接触元件布置的根据本发明的电机的侧视图,

图2以沿着线II–II的横截面视图示出图2中的布置,和

图3示出根据本发明的接触元件支架的侧视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的电机1的局部视图,该电机具有壳体2,在该壳体中设置有接触元件布置3,该接触元件布置与转子轴5的滑环4电接触。例如在他励同步电机的情况下,在转子轴5上通常设置有多个、大多三个滑环,这些滑环配属于不同的相位并且又与不同的用于产生励磁磁场的导体绕组耦合。

接触元件布置3一方面具有优选形式为碳刷的接触元件6。该接触元件在此是具有矩形横截面的长形的接触元件6,该接触元件在其底侧上相应于在运行中旋转的滑环4的几何结构具有槽形的几何结构7,接触元件6被压装到该滑环上。接触元件6被接纳在形成在壳体2中的导向部8中。导向部8是通道式的,该导向部向上敞开,从而接触元件6或者说碳刷可以从上方被导入。通过连接线路9、通常是多股铜线,接触元件6配设有与电源连接的引出的电触点。

设置有形式为卷带弹簧11的第一弹簧元件10。该卷带弹簧具有盘绕的端部12,该端部形成弹簧头,该弹簧头安置在接触元件6的上侧13上。在所述盘绕的端部12上连接有长形的线形部段14,该线形部段大致平行于接触元件的侧面15延伸并且过渡到第二端部16中,该第二端部在壳体2上被接纳在适合的锁定接纳部、夹紧接纳部或形锁合接纳部17中,卷带弹簧11被固定在其上。长形的部段14位于凹槽18中,该凹槽被接纳在限定导向部8的且与接触元件6的侧面15对置的壳体壁19上,该凹槽也就以相对于导向壁面下降的方式布置,如特别是图2示出的那样。通过第一弹簧元件10,接触元件6在导向部8中轴向地被用弹簧加载——如通过箭头P1示出的那样——并且径向地向滑环预紧,参见图1。

此外设置有形式为螺旋弹簧21的第二弹簧元件20,该螺旋弹簧用于从侧面弹性加载滚子22,使得侧壁15被压向导向壁19,如图2示出的那样。也就是说,滚子22压向接触元件6的侧壁23并且进而将该接触元件压向导向壁19。因此,张紧方向垂直于通过第一弹簧元件10得到的张紧方向。

在壳体2中设置有接纳室24,在该接纳室中接纳螺旋弹簧21。该螺旋弹簧利用其在图1中左侧示出的端部固定、优选夹紧在接纳室24的壁26上的第一保持凸起25上。螺旋弹簧21的另一个端部贴靠在滚子支架28的支架板27上或者说在那里固定、优选夹紧在保持凸起29上。

在支架部段27上连接有两个臂30,所述两个臂经由构成的壁穿孔33穿过壳体壁31,该壳体壁将接纳室24与滚子接纳室32分开,特别是参见图2。每个臂30在单独的壁穿孔33中引导,其中,壁穿孔33这样确定尺寸,使得臂30侧向地且垂直地仅能移动较小的间隙,从而获得了可靠的引导。

在两个臂30上设置有形式为简单的轴螺栓的滚子轴34,在该滚子轴上转动支承滚子22。

通过两个单独的弹簧元件10和20可以实现,关于实际的弹簧任务以优化的方式设计两个弹簧元件的弹簧特性。因此一方面这样设计第一弹簧元件10、即卷带弹簧11,使得该卷带弹簧将接触元件6的关于正确应用规定的且处于预先确定的间隔内的理想的压紧力施加到滑环4上。以相应的方式,这样设计第二弹簧元件20、即螺旋弹簧21的弹簧特性,使得该螺旋弹簧施加最佳的处于规定的间隔内的压紧力,从而接触元件6被以规定的压紧力相对于导向壁19张紧。通过双重张紧可以确保,可以尽可能阻止或者说减弱可能的振动,如同时沿每个张紧方向或者说在每个摩擦面中设定理想的比例。由此确保了,接触元件6既被不过弱或过强地压向滑环4,接触元件6也不被过弱或过强地压向导向壁19。在压向滑环的情况下这样小的压紧力引起了,接触元件6可以很容易地被激励进行垂直振动,而过强的压紧导致了过度的磨损。接触元件6的过轻地压向导向壁引起了,接触元件6在以少许间隙接纳接触元件的导向部8中易于倾斜,而在过大的压紧力的情况下由于过大的摩擦妨碍了可能的引导。

图1和图2示出一种设计方案,其中相应的设计方案被设置用于接触元件布置3本身接纳或者说集成在电机壳体2中。与此相对地,图3示出根据本发明的具有自己的壳体36的接触元件支架35,在壳体上设置有用于接纳接触元件6以及两个弹簧装置的相应的装置。与图1和图2相比,相同的附图标记用于相同的构件。

因此,在壳体36中同样设计有通道式的导向部8,该导向部通过相应的壁来限定。第一弹簧元件10在此也设计成卷带弹簧11,该卷带弹簧具有上方的盘绕的端部12、长形的部段14和下方的端部16,该下方的端部在此也相应地卡在接纳部17中。

如所设置的那样,第二弹簧元件20同样以螺旋弹簧21的形式设置,该螺旋弹簧被接纳在接纳室24中并且利用一个端部支承在壳体壁26上并且利用另一个端部支承在滚子支架28的支架板27上。该滚子支架也具有两个臂30,这两个臂在相应的穿孔33中穿过壁28,并且这两个臂承载转动支承在滚子轴34上的滚子22。该功能与关于根据图1和图2描述的设计方案相同,在此还实现了接触元件6的双重的、然而分开的且通过单独的且因此优化设计的弹簧元件10、20实现的张紧。

分开的滚子支架的优点在于,可以预制整个接触元件布置3,并且完整的滚子支架35可以作为预制的构件安装。仅还需要将连接线路9进行连接。

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