用于滑環電動機的轉子及滑環電動機的制作方法

本發明涉及一種用于滑環電動機的轉子以及滑環電動機。

背景技術：

空氣分離設備使用大型壓縮機壓縮空氣。壓縮機由通常具有12至18兆瓦(MW)的輸出功率的感應或異步電動機驅動。

感應或異步電動機為AC(交流)電動機，其通過與定子繞組的磁場的電磁感應獲得產生轉矩所需的轉子電流。感應電動機的轉子可為繞線型或鼠籠型。

在繞線轉子電動機中，轉子繞組通過滑環連接到外部電阻。這就是為何這一類型的電動機被稱為滑環電動機的原因。在啟動期間，外部電阻降低定子處的磁場強度。因此，定子繞組中的電流被限制為額定電流。當電機達到全速時，轉子極被切換至短路。

滑環通過電纜連接到轉子繞組。轉子具有包括開口端的空心軸。將轉子繞組連接到滑環的電纜穿過所述空心軸。

由于電纜隨轉子例如以每分鐘1500至1800轉的速度一起旋轉，因此，電纜承受相當大的離心力和振動。已經發現，電纜脫離空心軸的地方遭受磨損和撕裂。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提供一種改進的用于滑環電動機的轉子。

上述目的通過一種滑環電動機的轉子實現，所述轉子包括具有開口端的空心軸、多個電纜以及電纜引導件，所述電纜引導件設置在所述開口端中將所述電纜從空心軸內部朝著空心軸外部的電纜連接點引導。

本發明所基于的一個構思包括提供電纜引導件，其確保將電纜從空心軸內部朝著空心軸外部的連接點的正確引導。這種引導減少了由于離心力和振動而導致的電纜的磨損和撕裂。從而增加了轉子的可靠性。

空心軸外部的電纜連接點可由平行于轉子軸線設置的接觸螺栓形成。電纜可通過在相應端部處的電纜終端連接到相關聯的接觸螺栓。可設置由絕緣體材料、例如玻璃纖維復合材料制成的環形元件。環形元件可設置有孔，并且相關聯的接觸螺栓可穿過每個孔。電纜終端優選在環形元件的軸向上連接到每個接觸螺栓。

每個電纜可包括在護套或絕緣體內的導體，所述導體例如由銅制成，所述護套或絕緣體例如由塑料材料制成。每個電纜優選被配置成傳導1kA以上、例如2至3kA的電流。為此，導體的直徑可例如在0.5cm至2cm的范圍內。

優選地，電纜引導件或其一個或多個構件由塑料材料、例如玻璃纖維復合材料制成。電纜引導件是利用例如形狀配合或粘合劑的緊固手段而緊固到空心軸上的單獨的零部件。

根據一個實施例，電纜引導件具有漏斗形的內表面，電纜抵靠所述內表面。

電纜的第一部分在空心軸內部被引導并且軸向定向，即平行于轉子的旋轉軸線定向。電纜的第二部分被彎曲并將第一部分連接到電纜的第三部分。第三部分將第二部分與空心軸外部的連接點連接。電纜的第二部分相對于第一部分向外(即，沿徑向方向，所述徑向方向是指垂直于轉子的旋轉軸線的方向)張開。漏斗形的內表面提供了與上述電纜的幾何形狀相對應的、從而對其進行支撐的幾何形狀。

根據另一實施例，所述內表面被配置成將電纜的定向改變70°至90°。

因此，每個電纜可包括彎曲形成70°至90°、優選地85°至90°的彎折的第二部分。

根據又一實施例，每個電纜在電纜引導件內部的相關聯的凹部內被引導。

每個凹部可被配置成部分或全部填充相關聯的電纜，即，電纜以其直徑部分或全部地位于凹部內。

根據又一實施例，電纜引導件包括環形構件和連接到所述環形構件的漏斗形構件，所述環形構件包括所述凹部，所述漏斗形構件包括所述內表面。

有利地，提供兩個元件，其中，提供第一元件(漏斗形構件)用于改變電纜的方向，優選一起提供第二元件(環形構件)和第三元件(固定構件)，用于(通過設置凹部)額外地保持電纜。

根據又一實施例，電纜引導件還包括將電纜可釋放地固定到環形構件的固定構件。

這使得負荷離開空心軸外部的連接點。由于沒有固定構件，必須在連接點處完全補償離心負荷和振動。現在通過將負荷從連接點移開，這些可被設計成提供最佳的電連接。這種設計使得在連接點僅需要承受顯著減小的負荷。

根據又一實施例，所述固定構件特別是通過螺栓連接到環形構件。

這提供了簡單的設計。螺栓具有簡單且同時可釋放連接的優點。固定構件可在軸向上提供形狀配合。因此，固定構件和環形構件共同防止電纜在軸向上移動。此外，固定構件與環形構件一起可在徑向上共同提供形狀配合和/或將電纜在徑向上摩擦鎖定。為了提供摩擦鎖定，當所述固定構件被附接到環形構件時，其徑向擠壓每個電纜(徑向是指每個電纜軸線)。因此，電纜護套的彈性和摩擦特性用于提供摩擦鎖定。

根據又一實施例，所述固定構件將電纜固定在凹部內。

優選地，所述固定構件被設計成封閉環形構件中的每個凹部的開口側。每個凹部的開口側可面向軸向方向。通過每個凹部內的每個開口側安裝電纜。

根據又一實施例，所述固定構件被構造成環。

優選地，所述固定構件由絕緣材料，例如由玻璃纖維復合材料制成。所述固定構件可設置有軸向孔，用于將固定構件附接到環形構件的螺栓可穿過所述軸向孔插入。所述孔可在環的圓周方向上等距離地間隔開。

根據又一實施例，所述固定構件具有凹部，其中每個電纜至少部分地設置在所述固定構件中的相關聯凹部內。

例如，所述固定構件可被構造為沒有凹部的(平坦)環。在這種情況下，電纜完全設置在環形構件中的相關聯凹部內。然而，根據優選實施例，固定構件本身具有與環形構件的凹部互補的凹部，從而在相對于相應的電纜軸線的徑向方向上形成封閉的凹部。

根據又一實施例，所述漏斗形構件、環形構件和/或固定構件形成為分離的部件。

優選地，電纜引導件包括所述漏斗形構件、環形構件和/或固定構件。這些部件可形成為單個零部件，因此電纜引導件可被一體制造，例如被鑄造成單個塑料零部件。在替代的實施例中，漏斗形構件和環形構件可形成為第一零部件(一體制造)，固定構件可形成為第二零部件。在這種情況下，電纜引導件由兩個單獨的零部件制成。然而，根據優選的實施例，電纜引導件由三個單獨的零部件制成，即由漏斗形構件、環形構件和固定構件制成。

根據又一實施例，轉子還包括具有凸緣的適配器單元，其中電纜引導件附接到所述凸緣。

適配器單元可同時被配置成將包括用于電纜和/或接觸螺栓的連接點的環形元件附接到空心軸。利用凸緣將電纜引導件連接到空心軸，提供了簡單的設計。

根據又一實施例，電纜成組設置，其中，一組內的相鄰電纜之間的周向距離小于不同組的相鄰電纜之間的周向距離。

相應組的電纜可以具有相同的電相。對于被構造成選擇性地將轉子的繞組切換至短路的公型(插頭式)和母型(插座式)接觸元件的所期望設置，這種間隔是有利的。

根據又一實施例，電纜關于與轉子的旋轉軸線垂直的對稱軸線對稱地設置。

此外，提供一種包括如上所述轉子的滑環電動機，其特別是具有大于1或大于10兆瓦(MW)的輸出功率。

參照本發明的轉子所描述的特征的實施例對滑環電動機進行了必要的修改。

在本文中，“垂直地”或“直角地”優選包括從垂直或成直角的線偏離最多20°，優選最多10°，更優選最多3°。

“一”或“一個”元件不應被理解為僅限于一個元件，而是多于一個元件，例如兩個、三個或更多個元件。同樣，本文中與特定數字對應的“兩個”或任何其它詞語不應被理解為僅限于該數目的元件，而是可以提供任何其它數目的元件。

本發明的其它可能的實施方式或替代性的解決方案還包括本文中沒有明確提到的組合或者以上或以下參照實施例所描述的特征。本領域技術人員還可增加本發明的最基本形式的單獨的或獨立的方面及特征。

附圖說明

從下面的描述和從屬權利要求中，結合附圖，本發明的其它實施例、特征和優點將變得顯而易見，其中：

圖1示出了根據實施例的滑環電動機的局部剖視圖；

圖2示出了圖1中的第一環單元包括母型接觸元件的軸向視圖；

圖3示出了圖1中的第二環單元包括公型接觸元件的軸向視圖；

圖4示出了圖1中的滑環形轉子的轉子部分的透視圖；

圖5示出了圖4中的漏斗形構件的后視圖和透視圖；以及

圖6示出了圖5中的漏斗形構件和圖4中的環形構件的前端透視圖。

在附圖中，除非另有說明，相同的附圖標記表示相同或功能等同的元件。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的實施例的滑環電動機1的局部剖視圖。

滑環電動機1驅動例如在空氣分離設備中使用的壓縮機(未示出)。滑環電動機1包括設置在定子(未示出)內部的轉子2。轉子2為繞線型。轉子2包括多個繞組3a、3b。繞組3a、3b通過第一和第二電纜4、5連接到第一和第二滑環6、7。為了簡化表示，圖1僅示出了兩個電纜4、5和兩個滑環6、7。通常，設置六個或更多個電纜和相應的滑環。

電纜4、5從繞組3a，3b在轉子2的空心軸9(以局部截面示出)以內地被引導到滑環6、7。滑環6、7相對于軸9不可旋轉以便與其一起旋轉。滑環6、7分別與電刷11、12接觸。電刷11、12是靜止的并電連接到外部電阻10。

電纜4被示出為連接到滑環6，電纜5連接到滑環7。此外，電纜4優選通過圖4中所示的接觸螺栓47連接到第一旋轉單元15(參見圖3)的公型接觸元件14，電纜5優選通過另一接觸螺栓47連接到第一旋轉單元15的公型接觸元件16。圖1和圖3中的黑點表示電纜4、5或接觸螺栓47的電連接點。

如圖3的軸向視圖所示，旋轉單元15可包括環17。環17由使公型接觸元件14、16彼此電絕緣的材料制成。例如，環17由玻璃纖維復合材料制成。

此外，滑環電動機1包括在圖2的軸向視圖中示出的第二旋轉單元18。第二旋轉單元18包括環19。環19由座環元件20(參見圖1)和導電環元件21組成。座環元件20被構造成電絕緣體，例如由玻璃纖維復合材料制成。另一方面，導電環元件21由導電材料制成，例如由銅制成。母型接觸元件22、23(參見圖2)附接到導電元件21，其中在母型接觸元件22、23和導電環元件21之間形成電連接。

當然，第一旋轉單元15可包括多于兩個、例如六至十二個公型接觸元件，且第二旋轉單元18可包括多于兩個、例如六至十二個母型接觸元件，如圖2和3中的虛線所示。為了說明，在圖2和圖3中僅分別示出了兩個這種元件。

旋轉單元15、18均連接到軸9以便與其一起旋轉。但是，第一旋轉單元15也可軸向地固定到軸9，而第二旋轉單元18被構造成在空心軸9上沿軸線24移動。

圖1示出了第一狀態，其中第一和第二旋轉單元15、18彼此間隔開，使得公型接觸元件14、16和母型接觸元件22、23彼此脫離。因此，電纜4、5和相應的繞組3a、3b未被切換到短路。因此，在滑環電動機1啟動期間感生的涌入電流從繞組3a流經電纜4，通過滑環6和電刷11進入外部電阻10。外部電阻10可包括電解質或任何其它高電阻材料。流經外部電阻10之后，電流經由電刷12、滑環7和電纜5返回到繞組3b。流經外部電阻10的電流的路徑由虛線箭頭表示。

當滑環電動機1已經啟動、即轉子2每分鐘的轉數增加一定閾值時，流經電纜4、5的電流變小。因此，期望在滑環電動機1達到其額定速度時切斷外部電阻10。為此，第二旋轉單元18沿軸線24在方向25上移動到第二狀態(未示出)，在所述第二狀態，公型接觸元件14、16與母型接觸元件22、23接合。這樣，由于電流從電纜4經由公型接觸元件14進入母型接觸元件22，經由導電環元件21、母型接觸元件23和公型接觸元件16進入電纜5，因此電纜4、5被切換到短路。

盡管目前僅針對單相和/或單對繞組3a、3b進行了解釋，但其它相和/或其它繞組對也具有相同的原理。

圖4以透視的方式示出了圖1中的轉子2的剖視圖。而圖4中的實施例提供了比圖1中的一般實施例更多的細節。

圖4所示的空心軸9具有開口端26。電纜引導件27設置在開口端26中。電纜引導件27將電纜4、5從空心軸9內部朝著空心軸9外部的電纜4、5(為簡化起見，未給出其它電纜的附圖標記)的連接點28引導。

在圖5的透視后視圖和圖6的透視前視圖中部分地示出了電纜引導件27。下面將參照圖4、5和6說明電纜引導件27的設計。

電纜引導件27包括固定構件29、環形構件30和漏斗形構件31。每個部分29、30、31例如形成為單獨的部分。漏斗形構件31從環形構件30沿軸向方向、即沿著轉子2的旋轉軸線24向下漸縮。因此，漏斗形構件31的外徑D_O(參見圖5)在軸向上變小。漏斗形構件31的內表面33的內徑D_i也被示出為在軸向方向24上遠離環形構件30減小。因此，漏斗形構件31，特別是內表面33是漏斗形的。

在組裝狀態下，漏斗形構件31部分地插入到空心軸9的開口端26中。特別地，開口端26可在內側上包括倒角32，所述倒角與漏斗形構件31的錐度相對應。因此，漏斗形構件31緊密地配合到開口端26中。通過這種設計，漏斗形構件31的內表面33沿著旋轉軸線24在倒角32附近與空心軸9的內表面34對齊。因此，徑向抵靠空心軸9的內表面34的電纜4、5的第一部分35在它們進入電纜引導件27的漏斗形構件33的點處不改變方向。可設置間隔件36用于保持電纜4、5的第一部分35徑向抵靠內表面34。此外，空心軸9內部所形成的未被電纜4、5或間隔件36填充的的空腔可填充有塑料材料，例如填充有硬化的環氧樹脂。

一旦電纜4、5進入漏斗形構件31，漏斗形構件31的內表面33在徑向方向上越來越向外地引導電纜4、5的第二部分37。這里的“徑向”方向是指垂直于旋轉軸線24的方向。內表面33是彎曲的，形成90°的彎折。因此，抵靠內表面33的電纜4、5的第二部分37也形成有90°的彎曲。連接到第二部分37的電纜4、5的第三部分38被徑向定向并朝向接觸連接點28延伸。

如圖6所示，環形構件30可被構造成具有凹部39的環。凹部39形成為徑向延伸的凹槽。凹部39例如具有半圓形橫截面。電纜4、5的第三部分38的長度的一部分分別設置在凹部39內。

固定構件29(僅在圖4中示出)可形成為環。固定構件29具有凹部41，其也形成為例如具有半圓形橫截面的徑向延伸的凹槽。因此，環形構件30中的凹部39和固定構件29中的凹部41彼此互補，形成閉合的孔，相關聯的電纜4、5延伸穿過所述孔。

固定構件29通過螺栓42緊固到環形構件30和漏斗形構件31。為此，固定構件29和環形構件30具有孔29a、30a(參見圖4和圖6)，螺栓42延伸穿過所述孔。螺栓優選被擰入到漏斗形構件31中的孔31a(參見圖5)中。

優選地，螺栓42的緊固導致在固定構件29一方面在與環形構件30之間，另一方面在與電纜4、5的第三部分38之間的徑向方向上形成摩擦鎖定。這種摩擦鎖定由每個電纜4、5的徑向壓力引起，所述徑向壓力壓縮相應電纜4、5的彈性電纜護套44，例如由銅制成的相應導體45在護套44的內部延伸。除了摩擦鎖定之外，每個電纜4、5通過由相應的凹部39、41形成的形狀配合被軸向緊固。

導體45通過電纜終端46連接到接觸螺栓47，接觸螺栓47例如由銅制成，其將電纜4、5電連接到滑環6、7和公型接觸元件14、16。

為了組裝，將電纜4、5的第三部分38放置在凹部39內。之后，將固定構件29放置在電纜4、5的第三部分38上，使得電纜4、5的從凹部39突出的那些部分進入固定構件29的凹部41內。然后，緊固螺栓42以連接固定構件29。當然，例如為了更換或修理電纜4、5之一，也可釋放螺栓42。

適配器48安裝到軸9的外表面49上。適配器49具有徑向向內延伸并與電纜引導件27的漏斗形構件31上的肩部51(也參見圖6)接合的凸緣50。漏斗形構件31設置在凸緣50的一側上。環形構件30設置在凸緣50的另一側上。凸緣50具有孔(未示出)，螺栓42也延伸穿過所述孔。因此，電纜引導件27被一起連接到凸緣50。

除了凸緣50之外，適配器48可包括凸緣52。絕緣環53可附接到凸緣52，絕緣環53優選由塑料材料、例如由玻璃纖維復合材料制成。環53將連接點28相對于適配器48及滑環6、7絕緣。

如圖4和圖6所示，凹部39以及因此電纜4、5的第三部分38可被設置成組54、55、56。兩個相鄰的凹部39之間的周向距離d1(相對于旋轉軸線24)小于不同組54、55、56中相鄰的凹部39之間的周向距離d2。凹部39以及因此電纜4、5的第三部分38可相對于垂直于旋轉軸線24的軸線57(參見圖6)對稱地設置。

雖然已經根據優選實施例描述了本發明，但是對于本領域技術人員顯而易見的是，對所有實施例中均可進行修改。

附圖標記列表

1 滑環電動機

2 轉子

3a、3b 繞組

4 電纜

5 電纜

6 滑環

7 滑環

9 軸

10 外部電阻

11 電刷

12 電刷

14 公型接觸元件

15 旋轉單元

16 公型接觸元件

17 環

18 旋轉單元

19 環

20 座環元件

21 導電環元件

22 母型接觸元件

23 母型接觸元件

24 軸線

25 方向

26 開口端

27 電纜引導件

28 連接點

29 固定構件

29a 孔

30 環形構件

30a 孔

31 漏斗形構件

31a 孔

32 倒角

33 內表面

34 內表面

35 部分

36 間隔件

37 部分

38 部分

39 凹部

41 凹部

42 螺栓

44 護套

45 導線

46 電纜終端

47 接觸螺栓

48 適配器

49 外表面

50 凸緣

51 肩部

52 凸緣

53 環

54 組

55 組

56 組

57 對稱軸線

d1，d2 距離

D_i 內徑

D_o 外徑