專利名稱：用于直線電動機的電纜和用其制成的繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于直線電動機的電纜，其由一具有良好導電能力的金屬導體、一包繞該金屬導體的內(nèi)導電層、一設(shè)置在該內(nèi)導電層上的絕緣層、一包繞該絕緣層的外導電層、一設(shè)置在該外導電層上且由具有良好導電能力的絕緣材料制成的外殼以及一設(shè)置在所述外導電層與所述外殼之間的導電中間層組成。本發(fā)明還涉及一種用這種電纜制成的繞組(DE 196 38603 A1)。
背景技術(shù)：
很早以來就知道，直線電動機可用于各種類型的電驅(qū)動裝置。其中既可采用直流電動機又可采用交流電動機(同步電動機和異步電動機)。在直線電動機中，定子及轉(zhuǎn)子并非象傳統(tǒng)電動機中那樣呈環(huán)狀設(shè)置，而是呈直線設(shè)置。電能在一個直線電動機中被轉(zhuǎn)換成機械能，從而可直接用于位移運動。直線電動機的應(yīng)用領(lǐng)域例如是客運、傳送和運輸業(yè)、傳送帶、行李運輸、礦山、吊車、拖運裝置、機床滑座以及滑塊操作。直線電動機原則上可具有一個設(shè)置在一感應(yīng)器的槽內(nèi)的勵磁繞組，該繞組在用于三相交流電的情況下被設(shè)計為三相繞組。所述轉(zhuǎn)子部分由一滑軌構(gòu)成，該滑軌要么用導電性能良好的材料、例如銅或鋁制成(異步電動機)，要么由一種永磁材料制成(同步電動機)。
當這樣一種直線電動機例如用于驅(qū)動作為遠程快速運輸工具的磁懸浮列車時，所述感應(yīng)器及進而于其槽內(nèi)設(shè)置的電纜需具有很長的長度。因為這樣一種直線電動機需被饋予較高的電壓，所以所述電纜由此必須具有內(nèi)、外導電層以及一屏蔽層。這樣一種中壓電纜的屏蔽層對于可靠地傳送電容式充電電流、識別接地、對故障實施定位以及防止所述包繞導體的外層受到機械損傷是必需的。此外，它還應(yīng)防止生命受到高電壓的威脅。
當在很長的由感應(yīng)器和電纜組成的直線電動機的定子中采用上述結(jié)構(gòu)的中壓電纜時，在電纜的屏蔽層上會感應(yīng)出一高的縱向電壓。該電壓例如在定子長度為100米時會超過1千伏。為避免形成這樣高的電壓，所述屏蔽層可劃分成許多很短的部段，并且每個部段單側(cè)接地。這很麻煩并昂貴，而且會增大電纜的故障發(fā)生率。在已知的被屏蔽的中壓電纜上，也可通過將幾乎任意長度的一個屏蔽層部段的兩端接地或通過將所述用于形成繞組的三根電纜的幾乎任意間距的屏蔽層相互連接，來實現(xiàn)小的屏蔽電壓。但此時會有大的屏蔽電流產(chǎn)生，這會帶來大的能量損失并起到渦流阻尼的作用。
德國專利文獻DE 30 06 382 A1公開了一種用于直線電動機的三相交流繞組，其由上述結(jié)構(gòu)的三根中壓電纜構(gòu)成。所采用的每根電纜具有一用導電絕緣材料制成的外殼。至少在定子的一側(cè)，在由所述槽伸出的電纜繞組頭的區(qū)域內(nèi)，設(shè)有一在定子的整個長度段上延伸并與電纜的導電外殼良好接觸的條段，該條段由具有良好導電性能的材料制成并可與地電位連接。所述電纜的導電外殼同時構(gòu)成電纜的屏蔽層。該屏蔽層有較低的導電性。所述外殼與所述接地條段結(jié)合總體上形成這樣一種屏蔽，該屏蔽保證電容式電流的導引并另外確保通過感應(yīng)電壓產(chǎn)生的電流保持較小。因此，所述繞組總體上具有一較低的損耗功率并且所述磁場干擾可忽略。此外，由于不會產(chǎn)生高的電壓，避免了對生物的損傷。
在本說明書開頭所提及的德國專利申請文件DE 196 38 603 A1所公開的電纜中，在所述外導電層和所述導電外殼之間有一沿電纜的整個長度延伸并圓形環(huán)繞的金屬層作為中間層。通過該中間層可提高電纜屏蔽層的導電性能。由此使得屏蔽層中所感應(yīng)出的可能導致直線電動機的驅(qū)動功率減小的電壓和電流盡可能地保持低值。此外，通過該金屬層，所述縱向電阻沿電纜軸線變得均勻，并在很大程度上保證了以低成本實現(xiàn)對接地連接的測量和故障電流的漏泄。這一點在很多場合下利用這種公知電纜都能實現(xiàn)。盡管如此，所述電纜尤其在工作電壓增大時也會受到損傷。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于對本文前言所述類型的電纜以及用其制成的繞組進行改進，使之可簡便地與不同的工作電壓匹配，由此可避免過高的工作電壓所帶來的傷害。
上述就電纜所提出的技術(shù)問題通過一種用于直線電動機的電纜來解決，其由一具有良好導電能力的金屬導體、一包繞該金屬導體的內(nèi)導電層、一設(shè)置在該內(nèi)導電層上的絕緣層、一包繞該絕緣層的外導電層、一設(shè)置在該外導電層上且由具有良好導電能力的絕緣材料制成的外殼以及一設(shè)置在所述外導電層與所述外殼之間的導電中間層組成，按照本發(fā)明，所述中間層由一帶材構(gòu)成，該帶材單位長度的電阻值可在1Ω/m和30Ω/m之間變化調(diào)節(jié)。
上述就繞組所提出的技術(shù)問題通過一種用于直線電動機的繞組來解決，其由三根設(shè)置在一長條狀的感應(yīng)器內(nèi)的電纜組成，這三根電纜分別具有一導電外殼和一外導電層以及一設(shè)置在該導電外殼和外導電層之間的包含金屬的中間層，其中，在由所述感應(yīng)器和所述連接成一個三相繞組的三根電纜組成的定子的整個長度上設(shè)有至少一個由具有良好導電能力的金屬材料制成的、作為接地導體的金屬條，該金屬條與所述電纜的導電外殼導電良好地接觸，按照本發(fā)明，所述中間層單位長度的電阻值大于所述用作接地導體的金屬條的單位長度電阻值。
在本發(fā)明的電纜中，屏蔽層的電阻值可以簡便地滿足不同的要求。所述電纜的結(jié)構(gòu)、其生產(chǎn)方法和為此所采用的裝置為此可保持不變。通過所述帶材提高了所述電纜屏蔽層的導電性能，使得同樣的屏蔽層可承受足夠高的電流，以確保簡便和快速地識別接地。所述帶材例如可設(shè)計成由塑料纖維和金屬絲制成的混雜帶材，或者由集束為一體的碳纖維制成。但所述屏蔽層的電阻值很高，因此不會形成導致高損耗的低歐姆次級回路。由在電纜屏蔽層中感應(yīng)出的電壓和電流所造成的損失相對于其它功耗可忽略不計。所述帶材的電阻值可針對電纜不同的應(yīng)用場合相應(yīng)調(diào)節(jié)得足夠高。當在采用所述電纜作為三根繞組相線的直線電動機的定子中，設(shè)有一單獨的與所有三根電纜的導電外殼良好接觸的接地導體時，所述帶材的電阻值被調(diào)節(jié)成高于所述用作接地導體的金屬條的電阻值。這樣，就可以與直線電動機的工作電壓無關(guān)地、通過接地導體可靠地排泄掉故障電流和補償電流。從而有效地避免了所述電纜且尤其是其外殼受到高電流的損害。這在電纜因日夜使用和在不同季節(jié)中使用存在很大溫差的情況下也同樣適用。所述帶材即便在這樣的情況下也能以很高的精度保持其在制作完畢時所形成的電阻值。


下面結(jié)合附圖所示實施方式對本發(fā)明予以詳細說明，附圖中圖1是按照本發(fā)明的呈蛇形彎曲的繞組相線的示圖；圖2以分段可視的方式示出構(gòu)成電纜的各層；圖3至圖8分別示出存在于電纜結(jié)構(gòu)中的一混雜帶材的不同設(shè)置方案。
具體實施例方式
附圖標記1表示一個直線電動機的感應(yīng)器，該感應(yīng)器與一個三相繞組共同構(gòu)成所述直線電動機的定子。所述感應(yīng)器1由疊片鐵心構(gòu)成，在所述疊片上開設(shè)有用于容納繞組的繞組相線的凹槽2。所述定子呈長條狀，它可以有好多公里長。在本實施例中，所述繞組相線由電纜構(gòu)成，該電纜的精確結(jié)構(gòu)例如可從圖2中看到。
在圖1中示出了一電纜3。該電纜以蛇曲形的走向固定在所述感應(yīng)器1的槽2內(nèi)。圖1中所示空著的槽2是用于容納具有與電纜3相同結(jié)構(gòu)的另外兩根電纜。為圖示簡化起見沒有示出這另外兩根電纜。所述三根電纜共同構(gòu)成所述直線電動機的三相繞組。該電纜3構(gòu)造成容易變形成蛇曲形，并且無需多余費用就能保持其在感應(yīng)器1之外的區(qū)段(“繞組端部4”)內(nèi)的形狀。在所述感應(yīng)器1的至少一側(cè)可設(shè)置一個在該感應(yīng)器的整個長度上延伸的作為接地導體的金屬條5。該金屬條由具有良好導電性能的金屬材料制成。該金屬條與所述電纜良好地導電接觸并可連接在地電位上。
所述電纜3以及所述另外兩根電纜具有如下結(jié)構(gòu)所述電纜3的導體被設(shè)計成絞線6，它由許多單根絲線構(gòu)成。至少有兩層單根絲線。這兩層單根絲線的扭捻方向應(yīng)相反。在具有更多層單根絲線的情況下，各層單根絲線應(yīng)交替反向扭捻。所述絞線6可由許多鋁絲制成。但也可采用銅絲或鋁銅復合絲線。
所述導電絞線6被一內(nèi)導電層7包繞，該內(nèi)導電層可擠壓涂敷在所述導電絞線6上。該擠壓涂敷過程在此設(shè)計成，使所述內(nèi)導電層7的材料也可擠入導電絞線6的外層單根絲線之間的間隙中。所述導電層7由此與所述導電絞線6固定連接，因為該導電層材料已錨固在所述導電絞線6上。所述導電材料很好地與導電絞線緊密配合，使得既不會因為彎曲也不會因為軸向拉伸而導致導電層7從導電絞線6上松脫開來。對于所述內(nèi)導電層7優(yōu)選可采用一構(gòu)造在EPDM(Ethylen-Propylen-Dien-Monomer)基礎(chǔ)上的材料。這是一種以乙烯和丙烯的共聚合物為基的材料?？上蜻@種基礎(chǔ)材料中添加一些高活性的導電炭黑(Leitrusse)?？梢詢H僅采用一種導電炭黑，也可采用在下腳料中的多種炭黑。
在所述內(nèi)導電層7上設(shè)有一絕緣層8，它同樣可通過擠壓工藝在相同的工序中涂敷上去。所述絕緣層8例如由一種以EPR(Ethylen-Propylen-Rubber乙烯-丙烯-橡膠)為基礎(chǔ)的混合物制成。同樣在相同的工序中，可將一外導電層9擠涂在所述絕緣層8上，該外導電層9的材料可與所述內(nèi)導電層7的材料相同。通過將所述內(nèi)導電層錨固在絞線6上，使得所述相互固定結(jié)合的三層7、8、9總體上緊密配合地固定在所述導電絞線6上。這樣，即便在安裝一組電纜時這三層也不會松脫。
所述電纜3具有一由導電塑料制成的外殼10。該外殼同樣通過擠壓涂敷。適合作為用于外殼10的材料例如是以乙烯的醋酸共聚合物為基礎(chǔ)的聚合物，其中醋酸的含量為30％至70％。優(yōu)選按組合方式可向這種聚合物中添加高導電性的炭黑。
在所述外導電層9和所述導電外殼10之間設(shè)有一導電的中間層11，其電阻在1Ω/m和30Ω/m之間。該中間層11由一種帶材H(圖3至圖8所示)制成。該帶材例如是一種混雜帶材，其中塑料絲線和金屬絲線以變化的成分結(jié)合成一體。這樣一種混雜帶材的單位長度電阻由此可實現(xiàn)變化。在例如采用所謂的拉舍爾經(jīng)編針織技術(shù)(Rascheltechnik)來制造所述混雜帶時，可將所述電阻值調(diào)節(jié)在規(guī)定的范圍內(nèi)，并由此簡便地滿足各種要求。適合作為塑料絲線的材料例如有聚酰胺、聚aramid或者玻璃。所述金屬絲優(yōu)選由銅制成。所述混雜帶可制成任意寬度和長度。當用在電纜上時，該寬度例如在10mm和150mm之間。用碳纖維匯編成一體的帶材具有同樣的優(yōu)點。
所述帶材H所期望的電阻值由電纜的制造商向所述帶材的生產(chǎn)廠商預定。這樣的話，后者提供的帶材H就具有針對其用途所需的位于1Ω/m和30Ω/m之間的電阻值。為實現(xiàn)這一點，帶材的生產(chǎn)者有多種方法。為了使混雜帶材的電阻值符合預定值，例如可改變金屬絲相對于塑料絲的數(shù)量。也可附加地改變金屬絲的直徑。此外，金屬絲可按混雜帶材的預定長度相互電串聯(lián)或電并聯(lián)。它們也可交替地既按串聯(lián)方式又按并聯(lián)方式設(shè)置。
所述帶材可為形成中間層11要么圍繞外導電層9呈螺旋纏繞，要么沿縱向非螺旋狀地環(huán)繞成型，為此請參見圖3至8。
按照圖3所示，所述帶材H以其邊緣重疊搭接的方式圍繞電纜3的外導電層9纏繞。重疊搭接度可例如在2mm至8mm之間。所述帶材H本身的纏繞寬度為10mm至80mm之間。
按圖4所示，所述帶材H也可以其邊緣相互對接的方式圍繞外導電層9纏繞。由此形成一不留空隙、四周和沿電纜縱向封閉的中間層11。
當所述帶材H按圖5所示以其邊緣相互間留有間隙L的方式圍繞外導電層9纏繞時，也可形成一不中斷的中間層11。
當所述帶材H圍繞所述電纜3的外導電層9沿縱向非螺旋狀地包繞成型時，也可取得同樣的效果。具體來說，就是按圖6所示，所述帶材H以其兩個縱向邊緣重疊搭接(重疊搭接度為)的方式圍繞所述外導電層9包繞成型；或者按圖7所示，所述帶材H以其兩個縱向邊緣相互對接貼靠的方式圍繞所述外導電層9包繞成型；或者按圖8所示，所述帶材H以其兩個縱向邊緣相互間留有間隙L的方式圍繞所述外導電層9成型。對于上述情況來說，可采用寬度在80mm至150mm之間的更寬帶材H。在此重要的是，電纜的直徑要大于外導電層9的直徑。
所述電纜可有利地應(yīng)用在直線電動機的定子中，在該定子中至少有一根作為接地導體的由具有良好導電能力的金屬材料制成的金屬條5。該金屬條5與所述定子中的三根電纜的導電外殼10有很好的導電接觸。例如由感應(yīng)形成的電流通常通過所述接地的金屬條5導走。這一點在任何情況下利用本發(fā)明的電纜都可確保，因為所述帶材H的中間層11的單位長度電阻值至少略大于所述金屬條5的單位長度電阻值。
權(quán)利要求
1.一種用于直線電動機的電纜，其由一具有良好導電能力的金屬導體、一包繞該金屬導體的內(nèi)導電層、一設(shè)置在該內(nèi)導電層上的絕緣層、一包繞該絕緣層的外導電層、一設(shè)置在該外導電層上且由具有良好導電能力的絕緣材料制成的外殼以及一設(shè)置在所述外導電層與所述外殼之間的導電中間層組成，其特征在于，所述中間層(11)由一帶材(H)構(gòu)成，該帶材單位長度的電阻值可在1Ω/m和30Ω/m之間變化調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)圍繞所述外導電層(9)呈螺旋狀纏繞。
3.如權(quán)利要求2所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其邊緣重疊搭接的方式進行纏繞。
4.如權(quán)利要求2所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其邊緣相互對接的方式進行纏繞。
5.如權(quán)利要求2所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其邊緣相互間留有間隙(L)的方式進行纏繞。
6.如權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)圍繞所述外導電層(9)非螺旋狀地成型。
7.如權(quán)利要求6所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其兩個縱向邊緣重疊搭接的方式圍繞所述外導電層(9)成型。
8.如權(quán)利要求6所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其兩個縱向邊緣相互對接貼靠的方式圍繞所述外導電層(9)成型。
9.如權(quán)利要求6所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)以其兩個縱向邊緣相互間留有間隙(L)的方式圍繞所述外導電層(9)成型。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)設(shè)計成混雜帶材，它由混雜在一起的塑料纖維和金屬絲制成。
11.如權(quán)利要求10所述的電纜，其特征在于，所述混雜帶材(H)內(nèi)的金屬絲相互電并聯(lián)和/或電串聯(lián)地設(shè)置。
12.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的電纜，其特征在于，所述帶材(H)由集束為一體的碳纖維制成。
13.一種用于直線電動機的繞組，其由三根設(shè)置在一長條狀的感應(yīng)器的槽內(nèi)的電纜組成，這三根電纜分別具有一導電外殼和一外導電層以及一設(shè)置在該導電外殼和外導電層之間的包含金屬的中間層，其中，在由所述感應(yīng)器和所述連接成一個三相繞組的三根電纜組成的定子的整個長度上設(shè)有至少一個由具有良好導電能力的金屬材料制成的、作為接地導體的金屬條，該金屬條與所述電纜的導電外殼導電良好地接觸，其特征在于，所述中間層(11)單位長度的電阻值大于所述用作接地導體的金屬條(5)的單位長度電阻值。
14.如權(quán)利要求13所述的繞組，其特征在于，所述中間層(11)由一帶材(H)構(gòu)成，該帶材單位長度的電阻值可在1Ω/m和30Ω/m之間變化調(diào)節(jié)。
15.如權(quán)利要求14所述的繞組，其特征在于，所述帶材(H)設(shè)計成混雜帶材，它由混雜在一起的塑料纖維和金屬絲制成。
16.如權(quán)利要求14所述的繞組，其特征在于，所述帶材(H)由集束為一體的碳纖維制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于直線電動機的電纜和用其制成的繞組，該電纜由一具有良好導電能力的金屬導體、一包繞該金屬導體的內(nèi)導電層、一設(shè)置在該內(nèi)導電層上的絕緣層、一包繞該絕緣層的外導電層、一設(shè)置在該外導電層上且由具有良好導電能力的絕緣材料制成的外殼以及一設(shè)置在所述外導電層與所述外殼之間的導電中間層組成，本發(fā)明建議，所述中間層(11)由一帶材(H)構(gòu)成，該帶材單位長度的電阻值可在1Ω/m和30Ω/m之間變化調(diào)節(jié)。
文檔編號H01B9/00GK1551248SQ200410043309
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月17日
發(fā)明者彼得·贊佐, 哈拉爾德·布思, 喬治·塔利安, 斯蒂芬·米庫斯, 德克·斯坦布林克, 米庫斯, 塔利安, 彼得 贊佐, 德 布思, 斯坦布林克 申請人:尼克桑斯公司