专利名称：滑环的制作方法
技术领域：
本公开涉及滑环。特别地，该滑环连接至电机的轴，该电机例如为同步或异步发电机或马达。
背景技术：
电机1(图5)包括定子2和转子3。例如，该电机可以是发电机(如同步发电机)，但是在另外的实例中，该电机也可以是异步发电机、同步或异步马达等等。轴4从转子3的每个端伸出并由轴承5a、5b、5c所支承。通常位于转子的被驱动端的轴4通过一个轴承5a进行支承，位于转子的非驱动端的另一轴4通过两个轴承5b、5c进行支承。在转子3的非驱动端处在连接至轴4的两个轴承5b，5c之间连接有滑环8。传统上，滑环8包括连接至轴4的环接触件9 ( 一个，两个或更多个)和关于环接触件10滑动的电刷10。滑环8被广泛使用，但其所能承载的电流有限，这主要是因为碳刷的原因。由于该原因，US 4 047 063公开了一种滑环8，其具有可相对于彼此移动并在二者之间限定出腔室的第一和第二元件；该腔室内容纳有液态金属以确保第一和第二元件之间的电接触。为了避免金属蒸汽从第一和第二元件之间的腔室的各侧泄漏出去，设置通路以将气体引入腔室和将该气体和金属蒸汽从腔室排出。在操作中这种结构可能会出现问题，这是因为该气体可能对液态金属造成污染并改变其特性。此外，作用于该气体的离心力可能导致该气体与液态金属混合，从而阻止电力在第一和第二兀件之间正确传输。
发明内容
本公开的一个方面包括提供一种具有液态金属的滑环，其减小了被用于密封滑环的密封气体所污染或与之混合的危险。这些和进一步的方面通过提供根据所附权利要求的滑环获得。
通过对优选的但是非排他的滑环实施例的描述，更多的特征和优点将变得更加明显，作为非限制性实例，所述滑环实施例在附图中示出，其中:图1是滑环的透视图(仅一个接触件，如图7中所示滑环通常包括至少两个接触件)；图2示出图1中具体细节的横截面；图3和4示出图1滑环的替换方案；
图5示出具有已知滑环的发电机；图6示出具有本公开的滑环的发电机；图7示出本公开的滑环的纵截面；图8示出本公开的滑环的透视图；图9和10示出具有本公开的滑环的发电机的不同实施例。
具体实施例方式图6示出电机I ;电机I可以是涡轮发电机(即，连接至燃气轮机或蒸汽轮机的同步发电机)；在不同的实例中，该电机还可以是水力发电机(即，连接至水力涡轮机的同步发电机)或异步发电机或同步或异步马达或其他不同的旋转电机。电机I包括定子2和转子3。轴4从转子3的各个端伸出。轴4由通常位于发电机I的壳体6外部的轴承5a、5b所支承。发电机I的被驱动端具有一个轴承5a，同样的发电机的非驱动端具有一个轴承5b(不管怎样，在该非驱动端处也可象在已知发电机中那样设置两个轴承)。在轴承5b和壳体6之间设置有滑环8。滑环8从励磁机接收电力并将该电力传送给连接至转子的绕组的导线7。自然，滑环8还可设置在轴承5a和壳体6之间或者在壳体6之内(在轴承5a和/或5b的一侧)。滑环8包括可相对彼此移动的第一元件11和第二元件12 ;如图中所示，第一元件11为固定元件并设置有用于连接提供(例如来自励磁机的)电力的导体的插件13，第二元件12连接至轴4 (根据本设计在电机I的被驱动端或非驱动端处)。在第一和第二元件11、12之间限定有腔室14。腔室14包含有金属或合金,优选该金属或合金在操作状态下为液态或者变成为液态。在可能的实施例中，该金属或合金具有低于130°C的熔点并且优选该熔点在40-130°C之间。作为实例，该液态金属或合金为AM 47 (包含B1、Cd、In、Pb、Sn的合金)或AIM 70 (包含B1、Cd、Pb、Sn的合金)或镓铟锡(galinstan)或伍德合金。通道16连接至第一和第二元件11、12之间的腔室14 ;各通道16例如由缝隙或间隙限定而成。滑环8还具有在腔室14的每一侧连接至通道16的外部腔室17 ;例如外部腔室17与通道16平行。这些外部腔室17填冲有用于腔室14的被压缩的密封流体；优选该密封流体为气体。各外部腔室17具有一个或多个连接至外部腔室17外侧的排放通道18。此外，排放通道18优选为不连接至腔室14。如图所示，排放通道18优选为连接至容纳滑环8的区域19 ;例如，该区域可包含在壳体中，但这不是强制性的。每个外部腔室17由第三元件20进行限定，排放通道18由第二元件12和第三元件20之间的间隙所限定。相反，第三元件20例如通过螺钉22固定至第一元件11并由第一元件11支承。自然，元件20还可固定至滑环的壳体24或外壳6。
外部腔室17设置有用于密封流体的一个或多个入口 23。当滑环8被包围在容纳有被压缩的气体的壳体24中时，入口 23可分布(例如均匀分布)在第三元件20的周围。壳体24然后连接至密封流体源25。或者，当例如滑环8不具有壳体24时，入口 23可以是一个或多个并且可经由管道连接至密封流体源25。在上述情形中，密封流体源25可包括罐(tank)或泵。密封流体源25可连接至热交换器27，以在密封流体被提供给外部腔室17之前对其温度进行调节。热交换器27可以冷却和/或加热密封流体。此外，第一元件11和/或第二元件12可具有可连接至流体源30的一个或多个管道28。用于管道28的流体源30优选为连接至热交换器31，以在流体被提供给管道28之前对其温度进行调节。在上述情形中，热交换器27、31可以是任意类型，并可包括水换热器和/或电阻和/或热泵和/或制冷电路等等。此外，提供给一个或多个管道28的流体也可以是密封流体。在该情况下，代替不同的流体源25、30，可仅提供一个流体源(例如流体源25)。在该情况下，可提供一个热交换器(例如热交换器27)以用于供给外部腔室17和管道28的流体；或者该来自单个流体源的流体可被带到分开的热交换器(如热交换器27、31)，并随后被带到外部腔室17和管道28。滑环8还可包括连接至传感器36的控制单元35。传感器36被设置为测量表示腔室14中的金属或合金的温度的温度(例如其可测量第一元件11的温度)。控制单元35随后连接至热交换器27、31中的一个或两个，以基于所检测的温度对密封流体和/或流体的温度进行调节。滑环可包括一个或多个第一和第二元件；例如图7示出了具有两个第一元件11和两个第二元件12的滑环8 ;然而任意数量的元件11，12都是可行的。从描述和所示出的内容可明显得到滑环的操作，该操作大致如下。滑环8(具有或不具有壳体24)需要比传统滑环小的空间，这是因为:可流经第一和第二元件11、12 (其可由铜或其他具有良好导电性的金属或合金制成)和液态金属的电流强度大，以及带第三元件20的特殊结构防止了泄漏并且同时允许对液态金属或合金进行加热或冷却。由于这些原因，因为滑环8所需的空间大大小于已知滑环(具有电刷或液态金属)，电机可仅仅使用两个轴承5a、5b，换句话说，电机也可在轴的被驱动端处具有一个轴承，在轴的非驱动端处具有另一个轴承。参考发电机对操作进行了描述；对于其他电机的操作与其类似。在操作过程中，电力从励磁机提供给插件13，并且从插件13提供给第一元件11、液态金属或合金然后提供给第二元件12。随后电力从第二元件12传送至引线导体7和转子绕组。在操作过程中密封流体被提供到外部腔室17中。
密封流体经由排放通道18漏出并密封通道16，从而防止液态金属或合金泄漏。液态金属或合金被优先选择为在停滞状态为固体，这使得滑环8能够容易地进行安装和维护，但在操作过程中经常达到的温度下其为液态。由于该原因，在电机I运行之前，在允许液态金属或合金熔化的适合温度下加热的密封流体和/或流体被提供到外部腔室17和/或管道28中。随后，在操作中，由于滑环8生成了必须被消散的热(特别是当电流强度大或非常大时)，流经外部腔室17的密封流体和/或流经管道28的流体可被用作冷却流体。此外，由于液态金属或合金通常具有优选的最优温度操作范围，传感器35和控制单元36可被用来调节流经外部腔室17的密封流体和/或流经管道28的流体的温度，以将腔室内所含的液态金属或合金的温度保持在最优范围内。由于滑环8的固有免维护性和大电流承载能力，所以其也可被容纳在电机外壳中。当然，所描述的特征可被彼此独立的提供。在实际情况下所使用的材料和尺寸可根据需要和当前技术状况随意选择。附图标记I 电机2 定子3 转子4 轴5a、b、c 轴承6 外壳7 导线8 滑环9环接触件10 电刷11第一元件12第二元件13 插件14 腔室16 通道17外部腔室18排放通道19 区域20第三元件23 入口24 壳体25密封流体源27热交换器28 管道
31热交换器35控制单元36传感器
权利要求
1.一种滑环(8)，包括 第一和第二元件(11，12)，能够相对彼此移动， 腔室(14)，位于第一和第二元件(11，12)之间， 腔室(14)中的金属或合金，所述金属或合金在操作状态下为液态或变成液态， 至少一个通道(16)，连接至位于第一和第二元件(11，12)之间的腔室(14)， 其特征在于包括 外部腔室(17)，连接至所述至少一个通道(16)，该外部腔室(17)填充有用于腔室(14)的密封流体。
2.根据权利要求1所述的滑环(8)，其特征在于，每个外部腔室(17)具有连接至所述外部腔室(17)的外侧的至少一个排放通道(18)。
3.根据权利要求2所述的滑环(8)，其特征在于，排放通道(18)不连接至腔室(14)。
4.根据权利要求2所述的滑环(8)，其特征在于，第二元件(12)可连接至轴(4)，并且每个外部腔室(17)由第三元件(20)所限定，其中排放通道(18)由第二元件(12)和第三元件(20)之间的间隙所限定。
5.根据权利要求1所述的滑环(8)，其特征在于，外部腔室(17)设置有用于密封流体的至少一个入口(23)。
6.根据权利要求5所述的滑环(8)，其特征在于，包括连接至所述至少一个入口(23)的密封流体 源(25)。
7.根据权利要求6所述的滑环(8)，其特征在于，包括热交换器(27)，其中密封流体源(25)连接至所述热交换器(27)，以在密封流体被提供到外部腔室(17)之前对其温度进行调节。
8.根据权利要求1所述的滑环(8)，其特征在于，第一元件(11)和/或第二元件(12)具有可连接至流体源(30)的至少一个管道(28)。
9.根据权利要求8所述的滑环(8)，其特征在于，包含热交换器(31)，其中用于管道(28)的流体源(30)连接至热交换器(31)，以在所述流体被提供到管道(28)之前对其温度进行调节。
10.根据权利要求9所述的滑环(8)，其特征在于，提供到所述至少一个管道(28)的流体为密封流体。
11.根据权利要求7和/或9所述的滑环(8)，其特征在于，包括控制单元(35)，其连接至 至少一个传感器(36)，所述至少一个传感器(36)被设置为测量指示腔室(14)中的金属或合金的温度的温度， 热交换器(27，31)，所述热交换器(27，31)连接至密封流体源(25)和/或流体源(30)，以基于所检测的温度对密封流体或流体的温度进行调节。
12.根据权利要求1所述的滑环(8)，其特征在于，滑环(8)连接至电机(I)的轴(4)，所述电机⑴包括 定子⑵， 转子⑶， 在转子(3)每一侧的一个轴承(5a、5b)。
13.根据权利要求12所述的滑环(8)，其特征在于，电机具有外壳，以及在于，滑环(8)容纳在电机外壳(6)内。
14.根据权利要求12所述的滑环(8)，其特征在于，包括多个第一和第二元件。
15.根据权 利要求1所述的滑环(8)，其特征在于，外部腔室(17)平行于通道(16)。
全文摘要
本发明公开了一种滑环(8)，其包括相对于彼此移动的第一和第二元件(11，12)、位于第一和第二元件(11，12)之间的腔室(14)以及腔室(14)中的金属或合金。该金属或合金在操作状态下为液态或变成液态。通道(16)连接至位于第一和第二元件(11，12)之间的腔室(14)。外部腔室(17)连接至通道(16)。外部腔室(17)填充有用于腔室(14)的密封流体。
文档编号H01R39/08GK103166078SQ201210598280
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月9日
发明者H·萨法里扎德 申请人:阿尔斯通技术有限公司