集电环单元的保持装置、集电环桥、集电环单元、电机和风力发电设施
阅读说明：本技术 集电环单元的保持装置、集电环桥、集电环单元、电机和风力发电设施 (Slip ring unit holding device, slip ring bridge, slip ring unit, motor, and wind power generation facility ) 是由 赫伯特·宾德尔 罗伯特·格鲁贝尔 奥利弗·梅明杰 于 2019-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种集电环单元的保持装置以及集电环桥和集电环单元。此外本发明涉及一种分别具有这种集电环桥或这种保持装置的电机或风力发电设施。保持装置包括分别用于集电环电刷(2a、2b)的两个插入结构(3a、3b)。插入结构分别被冷却通道(5)间隔开地布置。冷却通道(5)用于冷却相应的可以在插入结构中使用的集电环电刷(2a、2b)。冷却通道(5)优选具有开口(9),使得在气流(15)和集电环电刷(2a、2b)之间可以存在直接的热交换。这里气流(15)有利地在径向方向流动,并由集电环(21)提供。借助于本发明可以确保集电环单元的改进的冷却,以及进而兆瓦范围内的电功率的传输。(The present invention relates to a slip ring unit holding device, a slip ring bridge, and a slip ring unit. The invention further relates to an electric or wind power plant having such a slip-ring bridge or such a retaining device. The retaining device comprises two insertion structures (3a, 3b) for the slip-ring brushes (2a, 2b), respectively. The insert structures are arranged spaced apart by cooling channels (5). The cooling channels (5) are used for cooling the corresponding slip ring brushes (2a, 2b) that can be used in the plug-in configuration. The cooling channel (5) preferably has an opening (9) so that there can be direct heat exchange between the air flow (15) and the slip ring brushes (2a, 2 b). The gas flow (15) advantageously flows in the radial direction and is provided by slip rings (21). By means of the invention, improved cooling of the slip ring unit and thus the transmission of electrical power in the megawatt range can be ensured.)
技术领域
本发明涉及一种集电环单元的保持装置以及集电环桥和集电环单元。此外本发明涉及一种电机或风力发电设施。
背景技术
集电环单元具有用于集电环电刷的保持装置。借助于也称作电刷的集电环电刷，电功率从所谓的电刷桥被传输至集电环。电刷桥一般具有多个分别用于集电环电刷的保持装置。借助于电刷桥或相应的保持装置来定位集电环电刷，使得在集电环转动时电能可以从电刷桥(静态)(可转动)传输到集电环。
在传输高的电功率时，冷却集电环单元具有重要意义。
WO 2016/192 883 A1公开了一种用于引导/保持导电的集电环接触元件的装置。EP 2 961 009 A1公开了在旋转体处的用于产生冷却气流的凸起，以对电刷供风。
JP S56 43 282 U公开了一种由两个分别具有多个电刷的电刷保持器以及布置在电刷保持器之间的通风通道组成的装置。
发明内容
因此本发明的目的在于改进集电环单元的冷却。
该目的由根据权利要求1的用于集电环单元的保持装置来实现。此外，该目的由根据权利要求6的电刷桥来实现。
此外，该目的由根据权利要求12的电机和根据权利要求13的风力发电设施的根据权利要求10的集电环单元来实现。
本发明有利的设计方案和改进是从属权利要求的主题。
本发明基于一种构思，即尤其由集电环在轴向方向提供的气流，可以用于冷却集电环电刷。有利的保持装置具有两个用于集电环电刷的、由冷却通道间隔开布置的插入结构。相应的插入结构用于容纳集电环电刷。冷却通道优选在插入结构之间延伸。冷却通道用于将插入结构间隔开。气流优选穿过冷却通道，并进而被提供用于冷却集电环电刷的彼此相邻的侧面。开口用于进一步冷却集电环电刷，其中，开口被开设在集电环电刷的保持装置中，以改进通至集电环电刷的空气输送。开口可以被设计为至少一部分为凹部的形状。
用于集电环单元的保持装置包括分别用于集电环电刷的至少两个插入结构，其中，插入结构间隔开地布置，其中，插入结构分别被冷却通道分隔开，其特征在于，相应的冷却通道分别定位在插入结构之间，并且相应的冷却通道设计用于冷却相应的集电环电刷的侧面。
保持装置优选被理解为用于容纳至少两个集电环电刷的装置。相应的集电环电刷有利地用于将电功率传输到集电环的接触元件。
保持装置优选用于相应的集电环电刷的定位和定向。
保持装置优选由塑料、复合材料或陶瓷材料构成。特别有利的是，保持装置由金属，如黄铜或铜构成。
冷却通道在其外侧的部分区域可以由导热良好的材料、例如金属的冷却层构成。冷却层优选定位在冷却通道的相应的插入结构和冷却通道之间。
冷却通道用于容纳气流。气流穿过冷却通道。冷却通道优选被定为成在相对于集电环的轴线的轴向方向上。因此冷却通道用于容纳在径向方向流动的气流。
可置入的集电环电刷优选具有矩形横截面，其中，集电环电刷的(侧)面与较大的面相邻。插入结构的尺寸优选被设定为，使得相应的集电环电刷至少邻接内表面的两侧。集电环电刷的侧面和相应的插入结构的侧面优选设计为彼此平行的。
保持装置优选具有三个插入结构，其中，外侧的两个插入结构设计用于相应的集电环电刷的插入。
根据本发明，冷却通道作为第三插入结构定位在相应的集电环电刷的插入结构之间。
为了特别简单的生产保持装置而提出，插入结构和冷却通道具有基本上相同的形状和尺寸。
利用本发明可以明显地改进对集电环电刷的冷却。
在本发明的一个有利设计方案中，相应的插入结构在至少一个侧面上具有开口，其中，开口构成通至相应的集电环电刷的入口(Zugang，通道)。
开口构成从冷却通道到相应的集电环电刷的通道。开口优选用于将气流与相应的集电环电刷直接连接。开口还优选用于改进对相应的集电环电刷的冷却。
可选地，可以在插入结构的其他侧面上构造其他开口。
开口不必具有由材料制成的封闭边缘。相应的开口也可以由在材料中的凹部来构成。
相应的开口还优选用于减少相应的保持装置的重量。
此外，保持装置的相应开口改进了对相应的集电环电刷的冷却。
在本发明的另一有利设计方案中，开口将冷却通道与相应的插入结构连接。
通过定位在冷却通道与相应的插入结构之间的开口，相应的集电环电刷可以与气流直接接触。气流优选流过冷却通道，从而可以借助于开口冷却集电环电刷的分别朝向的侧面。
相应的插入结构与冷却通道之间的开口尤其还可以被设计成凹部。在凹部的情况中，可以仅在边缘区域中构造用于将相应的插入结构与冷却通道分离的层。在冷却通道与相应的插入结构之间优选仅在部分区域布置有半毫米到2毫米宽的层。
利用相应的插入结构与冷却通道之间的开口或凹部可以非常良好地冷却相应的集电环电刷。
在本发明的另一有利设计方案中，设置至少一个弹簧，该弹簧用于相应的集电环电刷的定位和/或定向。
弹簧优选设计为板簧。弹簧优选用于将集电环电刷定位为，使得集电环电刷的侧面在集电环转动期间接触集电环电刷的相应接触面。
相应的集电环电刷的定位或定向，优选通过集电环电刷与相应的插入结构的内表面的接触来实现。利用该接触还可以改进冷却，尤其当保持装置包括导热良好的材料、例如金属时。
此外，弹簧能够有助于改进导线与集电环电刷的接触。借助于弹簧，相应的集电环电刷优选被定位或定向为，使得确保相应的集电环电刷与用于将电功率传输到集电环电刷的连接元件大面积的连接。
在电功率传输中断时，通常产生热量，从而弹簧有助于避免这种热量。
因此弹簧既有助于改进冷却，也有助于尽可能连续地传输电功率。
在本发明的另一有利设计方案中，相应的插入结构被布置在冷却通道的一侧。替选地，冷却通道仅覆盖相应的插入结构的相应侧面的一小部分。
优选地，相应的插入件被布置在冷却通道的分别朝向彼此的侧面处。
优选地，相应的插入结构的侧面并进而相应的集电环电刷的侧面设计为平行的。
在本发明的另一有利设计方案中，保持装置由塑料、容易加工的金属或复合材料构成。
例如特氟隆(聚四氟乙烯)或人造树脂是适合于保持装置的材料。替选地，复合材料，例如玻璃纤维，由于高机械稳定性而非常适合。特别优选地，保持装置由金属构成，例如铝、青铜、黄铜、铜或不锈钢。
根据集电环电刷的接触，可以将金属用于容纳集电环电刷。金属的应用尤其在保持装置中所有集电环电刷具有同一电位的情况下是有利的。
通过使用容易加工的材料，可以容易地生产在此描述的保持装置。
集电环桥具有至少一个弧形基体元件，其中，至少一个在此描述的保持装置固定在弧形基体元件上，从而相应的保持装置的插入结构被定向为，使得可分别在插入件中置入的集电环电刷被定向为与圆柱形周面、尤其是集电环的接触面正交。
集电环桥有利地用于相应的集电环电刷的定位和/或定向。集电环电刷定位在保持装置中，其中，相应的保持装置固定在弧形基体元件上。
弧形基体元件有利地被成型并被布置为，使得其在部分区域构成对集电环的包围。
弧形基体元件有利地在部分区域围绕集电环的轴线延伸，其中，朝向轴线的侧面以5毫米到20毫米的间距沿集电环的周面延伸。弧形基体元件的内径因此设计为比集电环的周面的半径大一些。
相应的弧形基体元件优选对应于一个电流相。固定在相应的弧形基体元件的保持装置优选各自是电连接的。由于分别固定在弧形基体元件上的保持装置中集电环电刷的电连接，可以非常高效地传输电功率。
弧形基体元件优选由金属、例如铝或不锈钢制成。
由于使用金属制造，弧形基体元件构造地非常稳固。此外，弧形基体元件能够由于其良好的导热性而有助于改进对于集电环电刷的冷却和/或有助于改进对相应保持装置的冷却。
为了改进冷却，弧形基体元件可以具有突出部，尤其冷却凸肩。
弧形集电环元件优选大体上像环段部一样地成型。由于这种形状，保持装置并进而集电环电刷可以分别在径向方向上围绕集电环地布置。
集电环桥在指向径向内部的一侧上优选设计为圆形或多边形。指向径向内部的表面间隔地围绕集电环。
在本发明的另一有利设计方案中，集电环桥具有多个径向基体元件，其中，弧形基体元件可以与至少一个轴向基体元件连接，并且其中，弧形基体元件被定向为，使得固定在弧形基体元件(11b)的相应的保持装置(1)彼此平行。
集电环桥的周面优选基本上模仿集电环的周面。周面优选设计具有稍微大一点的半径，从而周面的间距由集电环电刷跨过。
相应的轴向基体元件用于将弧形基体元件间隔开。优选存在至少三个轴向基体元件，以确保弧形基体元件的平行定向。
轴向基体元件优选平行于集电环的轴线地延伸。
相应的轴向基体元件优选包括金属螺栓和塑料护套。金属螺栓优选用于稳固地连接弧形基体元件。优选由塑料构成的护套优选用于将弧形基体元件彼此绝缘。
可选地，轴向基体元件具有凸起。凸起用于延长爬电距离，进而改进弧形基体元件的绝缘。
使用间隔开布置的弧形基体元件可以将多相交流电压的相简单且彼此安全绝缘地提供给集电环。
通过集电环桥的结构，可以提供集电环单元的特别紧凑且稳固的结构。
在本发明的另一有利设计方案中，相应的弧形基体元件至少一部分由金属构成，尤其铜、铝或不锈钢，其中，弧形基体元件设计用于电连接配属于集电环电刷的弧形基体元件。
弧形基体元件优选由导电良好的金属构成，或至少大部分由导电良好的金属构成。
尤其铜、铝、青铜或黄铜适合作为导电良好的金属。
带有可导电螺栓连接的保持装置优选与分别配属的弧形基体元件连接。螺栓连接有利地用于将弧形基体元件经由相应的弹簧电连接于相应的集电环电刷。
有利地可以大范围地利用绝缘层包围弧形基体元件。这种绝缘层有利地用于减少未预见到的放电。
在本发明的另一有利的设计方案中相应的轴向基体元件设计用于将相应的弧形基体元件隔离和/或间隔开。
在本发明的另一有利设计方案中，集电环桥具有至少四个分别被轴向基体元件平行定向并且间隔开定位的弧形基体元件。
集电环桥优选用于提供三相交流电压。此外提供集电环的恒定电位(地电势、零电势)。有利地使用多个集电环电刷来提供三相交流电压，这些集电环电刷分别间隔开布置，并分别配属于弧形基体元件。
恒定电位优选同样由集电环电刷提供。设置用于提供恒定电位的集电环电刷优选配属于第四弧形基体元件。
通过优选的结构，可以简单地将三相交流电压提供给集电环。
集电环单元具有集电环和这里所述的集电环桥，其中，集电环包括一个或多个接触面，其中，接触面分别以环绕的方式围绕集电环的周面间隔开地布置，其中，集电环在相应的接触面中具有凹部，并且凹部尤其在集电环转动时提供在径向方向穿过相应的保持装置的冷却通道的气流，其中，气流设计用于冷却相应的集电环电刷的侧面中地至少一个。
集电环在其接触面具有凹部，其中，凹部设计用于提供径向气流。尤其地，汇入集电环的凹部中的孔用于提供气流。此外，集电环有利地具有突出部，其中，突出部在集电环转动时引起气流。
接触面中的凹部被定位为，使得气流流入井道中，进而在集电环电刷之间流动。气流用于冷却集电环以及相应的集电环电刷。
有利地，集电环包括绝缘区域和分别布置在绝缘区域之间的接触区域。接触区域可以分别设计成圆柱形，并且有利地在其周面具有接触区域。接触区域优选被凹部在切向方向上分隔。凹部可以在接触区域中延伸，使得在轴向方向穿过接触区域导向的孔有利地通到集电环的凹部中。在轴向方向移动的气流可以穿过开口被传输到集电环的凹部中，并且被改道为径向方向的气流。凹部下侧的冲压在集电环在径向方向转动时有利地用于加强气流。可以从集电环流出的气流有利地用于冷却集电环电刷和凹部内侧，其中，集电环电刷可以设置用于将电功率传输到集电环。
在本发明的另一有利的设计方案中开口设计为将气流施加到相应的集电环电刷。
开口用于将从集电环流出的气流直接引到集电环电刷。利用气流与集电环电刷的直接接触，实现集电环电刷的格外良好的冷却。
本发明优选用于在他励电机中使用。尤其在将电机作为发电机使用时应用他励电机。尤其在风力发电设施中应用这种发电机时必须传输高电功率。在这种高电功率下冷却非常重要。另外这里所示发明可以格外坚固地设计。
在本发明的一个有利的设计方案中，电机用于传输至少一兆瓦，优选至少五兆瓦的电功率。
可选地或附加地，这里描述发明被用于为风力发电设施的节距传动器传输电功率。
附图说明
下面结合附图中的附图标记清楚说明了本发明的其他特点和优点。附图仅示出本发明的示例性设计方案，并不限制本发明。附图中所示特征可以组合成根据本发明的新实施方式。在此示出：
图1是保持装置的示意图；
图2是示例性的保持装置；
图3是示例性的集电环桥，以及；
图4是示例性的集电环单元。
具体实施方式
图1示出保持装置1的示意图。保持装置1具有两个插入结构3a、3b，其中，插入结构3a、3b设置用于分别容纳集电环电刷2a、2b。相应的集电环电刷2a、2b分别被弹簧7紧固在他们的位置。借助于弹簧7，集电环电刷被定位为使得其在集电环电刷(2a、2b)的集电环转动时接触集电环的接触面(未示出)。
冷却通道5定位在插入结构3a、3b之间。冷却通道5用于气流15的通过。气流15用于冷却相应的集电环电刷2a、2b。冷却通道5定位在两个插入结构3a、3b之间，使得气流15分别冷却相应的集电环电刷2a、2b的侧面。保持装置1具有用于相应的集电环电刷2a、2b的改进的冷却的开口9。开口9用于气流15与相应的集电环电刷2a、2b的直接接触。
图2示出示例性的保持装置1。保持装置分别包括插入结构3a、3b。相应的插入结构3a、3b由冷却通道5分离。冷却通道5定位在两个插入结构3a、3b之间。相应的插入结构3a、3b和冷却通道5之间的开口9用于集电环电刷2a、2b和气流15(未示出)的可能的直接接触。其他开口9用于相应的集电环电刷2a、2b的改进的冷却。附图所示，弹簧7用于相应可使用的集电环电刷2a、2b的定位和定向。下方的箭头用于示出气流15。穿过冷却通道5的气流15有利地变得比其箭头表示指向插入结构3a、3b的气流15更强。
图3示出示例性的集电环桥12。集电环桥12包括多个分别被多个轴向基体元件11a间隔开的弧形基体元件11b。相应的弧形基体元件11b用作固定相应保持装置1的基础。轴向基体元件11a用于将相应的弧形基体元件11b间隔开并使其绝缘。相应的保持装置1被实施有接触元件，使得在接触轨13和相应的集电环电刷2a、2b(未示出)之间可以产生电接触。
集电环桥12用于将电功率传输到集电环21。集电环21在可行的实施方案中具有三个相，其中，利用集电环电刷2a、2b，这三个相可以分别传输至集电环21。集电环电刷2a、2b定位在保持装置1中。保持装置1分别固定在弧形基体元件11b上。
图4示出集电环单元31。集电环单元包括集电环21和保持装置1。保持装置1用于容纳集电环电刷2a、2b(未示出)。相应的集电环电刷2a、2b分别作用于集电环21的接触面27。接触面27具有凹部23，其中，凹部27是气流15的可能的源头。气流15尤其穿过孔25沿轴向方向被输送到凹部。借助于集电环21提供的气流15用于冷却定位在保持装置1内的集电环电刷2a、2b。这里气流15穿过保持装置1的冷却通道5。
总而言之，本发明涉及一种集电环单元的保持装置以及集电环桥12和集电环单元。此外本发明涉及一种分别具有这种集电环桥12或这种保持装置1的电机或风力发电设施。保持装置包括分别用于集电环电刷2a、2b的两个插入结构3a、3b。插入结构布置为由冷却通道5分别间隔开。冷却通道5用于冷却相应的可以在插入结构中使用的集电环电刷2a、2b。冷却通道5优选具有开口9，使得在气流15和集电环电刷2a、2b之间可以存在直接的热交换。这里气流15有利地在径向方向流动，并由集电环21提供。借助于本发明可以确保集电环单元的改进的冷却，以及进而兆瓦范围内的电功率的传输。
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