本發(fā)明涉及一種如滑環(huán)或者旋轉(zhuǎn)接頭的電力傳輸裝置?；h(huán)用于在如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、CT掃描儀或者發(fā)電機(jī)的機(jī)器的旋轉(zhuǎn)部件之間傳輸電力。主要由如金屬或碳的導(dǎo)電材料構(gòu)成的刷在由導(dǎo)電材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)圓柱形軌道上滑動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)圓柱形軌道被稱作滑動(dòng)軌道。用于這種軌道的常用材料為鋼、青銅或者黃銅，有時(shí)鍍金或者鍍銀?；瑒?dòng)軌道中的至少一條或者多條由絕緣材料保持，從而形成模塊。模塊可以具有盤(pán)狀或者圓柱狀的形狀。

背景技術(shù)：

在歐洲專利申請(qǐng)EP 0 662 736A1中公開(kāi)了一種滑環(huán)，所述滑環(huán)由多根導(dǎo)電材料絲構(gòu)成，所述導(dǎo)電材料絲在由其它導(dǎo)電材料制成的滑動(dòng)軌道的V形槽中滑動(dòng)。由于絲和滑動(dòng)軌道之間的電流接觸，因此可在彼此抵靠旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)部件之間傳輸電流。

國(guó)際專利申請(qǐng)公報(bào)WO 2012/028992公開(kāi)了因在滑環(huán)旋轉(zhuǎn)且同時(shí)傳輸高電流的條件下產(chǎn)生的高熱而引發(fā)的問(wèn)題。其還公開(kāi)了通過(guò)選擇特定材料來(lái)處理滑環(huán)內(nèi)的高溫的解決方案。

美國(guó)專利US4,849,586公開(kāi)了一種基于平面導(dǎo)電板的滑環(huán)，所述滑環(huán)具有位于這種平面導(dǎo)電板附近的加熱器，以防止冷凝水冰凍。

GB 2 461 533A公開(kāi)了一種用于通過(guò)測(cè)量滑環(huán)溫度以及風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙濕度來(lái)消除和控制風(fēng)力渦輪機(jī)滑環(huán)刷的磨損的方法。

在EP 2 696 449A1中公開(kāi)了一種加熱的滑環(huán)模塊，所述加熱的滑環(huán)模塊防止滑動(dòng)軌道在表面上結(jié)冰和變潮，這將降低絕緣性。

JP S49 105106A公開(kāi)了一種滑環(huán)，所述滑環(huán)具有滑動(dòng)軌道，所述滑動(dòng)軌道具有一體的冷卻管道。

US 2013/147310A1公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)接頭，在所述旋轉(zhuǎn)接頭處，由液體金屬形成旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間的連接。加熱/冷卻單元設(shè)置成用于將液體金屬的溫度保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。

US 4,410,821A公開(kāi)了一種滑環(huán)，其中，滑動(dòng)軌道在表面中具有槽或者槽口，所述槽或者槽口還連接到管，以用于保持強(qiáng)制空氣流動(dòng)。

EP 269-6449A1公開(kāi)了一種滑環(huán)，所述滑環(huán)具有一體的加熱元件，以允許滑環(huán)在低環(huán)境溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)以及去除表面濕度，所述表面濕度可降低絕緣性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種滑環(huán)，所述滑環(huán)在增大的溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)的電流傳輸能力，尤其是在可用空間有限的情況下。

在獨(dú)立權(quán)利要求中描述了這種問(wèn)題的解決方案。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的其它改進(jìn)。

根據(jù)第一實(shí)施例，冷卻元件集成到滑環(huán)模塊中。優(yōu)選地，滑環(huán)模塊具有用于保持滑動(dòng)軌道的絕緣本體。最優(yōu)選地，這種冷卻元件嵌入到滑環(huán)模塊中或者附接到滑環(huán)模塊。還優(yōu)選的是冷卻元件附接到滑環(huán)模塊的表面，優(yōu)選地附接到與滑環(huán)軌道相對(duì)的側(cè)部，最優(yōu)選地附接到滑環(huán)模塊的內(nèi)表面。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻元件與滑動(dòng)軌道隔離開(kāi)。因此，優(yōu)選的是在冷卻元件和滑動(dòng)軌道之間設(shè)置絕緣材料層。這種絕緣層優(yōu)選地是滑環(huán)本體絕緣材料的一部分。優(yōu)選地，冷卻元件與滑動(dòng)軌道隔離開(kāi),并且最優(yōu)選地嵌入到滑環(huán)模塊的絕緣本體中。

由于冷卻，可降低模塊和/或絕緣本體和/或滑動(dòng)軌道的溫度，這導(dǎo)致模塊和整個(gè)滑環(huán)具有更高的電流能力。這還導(dǎo)致絕緣本體的更好的絕緣，原因在于絕緣性隨著溫度升高而下降。當(dāng)冷卻絕緣本體時(shí)，附接到絕緣本體或者由絕緣本體保持的滑動(dòng)軌道的溫度也降低。

測(cè)試已經(jīng)表明：滑動(dòng)軌道的系統(tǒng)磨損在高溫(尤其是100℃以上的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的情況中)條件下增大。任何液體潤(rùn)滑劑(如果使用的話)會(huì)經(jīng)受顯著蒸發(fā)(因?yàn)檎羝麎毫ι?。另外，如果溫度太高，則處于應(yīng)力作用下的設(shè)計(jì)元件會(huì)發(fā)生故障或者蠕變和/或會(huì)因不同的熱膨脹而發(fā)生不可接受的形狀改變。

冷卻元件優(yōu)選地是帕爾貼元件或者熱管。冷卻元件還可以是散熱器或者包含液體或者冷卻劑的管。冷卻元件將熱量從滑環(huán)模塊傳遞到環(huán)境。冷卻元件還可以連接到散熱器，以用于將熱量更好地消散到環(huán)境中。這種散熱器可以是大型金屬部件，優(yōu)選地具有翅片。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻元件包括液體冷卻系統(tǒng)。其可以被供應(yīng)冷卻液，所述冷卻液可以是水或者任何冷卻劑。有時(shí)，在復(fù)雜的滑環(huán)系統(tǒng)中，滑環(huán)與至少一個(gè)液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)接頭組合，以用于在旋轉(zhuǎn)部件之間輸送液體。經(jīng)常地，在此使用的被輸送的液體是水或者任何其它冷卻劑。這種液體還可以應(yīng)用在冷卻元件中，用于冷卻所述模塊。因此，液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)部件可以連接到冷卻元件。還可以有換熱器，所述換熱器還可以是熱管并且將供應(yīng)給冷卻元件的局部冷卻液連通到被輸送的液體。

流動(dòng)通過(guò)管的冷卻液的流動(dòng)可以是主動(dòng)(通過(guò)泵)或者通過(guò)液體或者在管的熱側(cè)上蒸發(fā)并且在管的冷側(cè)上凝結(jié)的液體的對(duì)流而是被動(dòng)的。

優(yōu)選地，由溫度控制器或者冷卻控制器控制滑環(huán)模塊的冷卻。最優(yōu)選地，溫度控制器在溫度超過(guò)閾值時(shí)啟動(dòng)冷卻。溫度控制器可以控制冷卻泵或者通過(guò)帕爾貼元件的電流。冷卻滑環(huán)模塊的主要優(yōu)勢(shì)在于：因?yàn)閮H僅將冷卻施加給滑環(huán)的需要冷卻的部分，所以動(dòng)力消耗大大降低。冷卻控制器可以將冷卻液供給到冷卻管中，以冷卻模塊。控制器可以包括帕爾貼元件、熱泵、散熱器或者用于冷卻液的任何其它設(shè)施。如果控制器包括用于產(chǎn)生流動(dòng)通過(guò)管的冷卻液的泵，則更優(yōu)選。

在另一實(shí)施例中，存在嵌入到滑環(huán)模塊中的溫度傳感器。

另一方面是熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)包括冷卻元件和加熱元件。在EP 2 696 449A1中公開(kāi)了一種示例性加熱元件，所述專利的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本發(fā)明。這種熱管理系統(tǒng)可以在其溫度處于下限以下時(shí)加熱滑環(huán)模塊，而在其溫度處于上限以上時(shí)可以冷卻滑環(huán)模塊。

另一個(gè)實(shí)施例涉及一種滑環(huán)組件，所述滑環(huán)組件包括滑環(huán)模塊和至少一個(gè)刷，所述滑環(huán)模塊具有絕緣本體，所述絕緣本體具有至少一條滑環(huán)軌道，所述至少一個(gè)刷與所述至少一條滑環(huán)軌道電接觸。

關(guān)于大量滑環(huán)的測(cè)試表明：可通過(guò)降低溫度來(lái)增大滑環(huán)軌道的電流能力。這還降低了接觸噪音和滑動(dòng)刷的磨損。具體地，表明碳刷對(duì)于極度干燥環(huán)境敏感。由于冷卻，因此溫度會(huì)升高并且相對(duì)濕度會(huì)增加，這顯著延長(zhǎng)了使用壽命。而且，高溫導(dǎo)致刷和模塊的電絕緣退化，這可能致使部件發(fā)出火星以及損壞。

而且，刷塊體的熱容量顯著高于刷的熱容量。因此，冷卻刷塊體通常導(dǎo)致冷卻刷。

本發(fā)明方法包括通過(guò)冷卻元件從滑環(huán)模塊傳輸熱量來(lái)冷卻滑環(huán)模塊的步驟。

附圖說(shuō)明

在下文中，參照附圖就實(shí)施例的各示例，通過(guò)舉例而不限制本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思的方式描述本發(fā)明。

圖1示出了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例；

圖2示出了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的另一視圖；

圖3示出了連接到滑環(huán)模塊的控制器；

圖4示出了另一實(shí)施例；

圖5以截面圖示出了另一實(shí)施例；

圖6以截面圖示出了又一個(gè)實(shí)施例；

圖7示出了直接軌道冷卻；

圖8示出了整體滑環(huán)組件的側(cè)視圖；

圖9示出了整體滑環(huán)組件的俯視圖；

圖10示出了滑環(huán)殼體。

具體實(shí)施方式

在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的截面圖?；h(huán)模塊10具有至少一條滑環(huán)軌道17，所述滑環(huán)軌道17由絕緣本體13保持，所述絕緣本體13可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線14旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，滑環(huán)軌道17被嵌入或者模制到絕緣本體13中。而且，冷卻元件60集成到絕緣本體13中。優(yōu)選地，冷卻元件是管，冷卻液流動(dòng)通過(guò)所述管。所述冷卻元件可以具有入口61和出口62。優(yōu)選地，冷卻元件60與滑環(huán)軌道17隔離開(kāi)。最優(yōu)選地，管具有塑料材料。進(jìn)一步優(yōu)選的是冷卻元件60布置成緊密靠近滑環(huán)軌道17，最為優(yōu)選地與滑環(huán)軌道17良好熱接觸。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣本體13包括導(dǎo)熱材料，以提高從冷卻元件60至滑環(huán)軌道17的熱傳遞。冷卻元件60可以是單根管或者多根管。

在圖2中，示出了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的另一視圖。在此，平行于旋轉(zhuǎn)軸線14剖開(kāi)滑環(huán)模塊。除了第一軌道17之外，還存在第二軌道18和第三軌道19。在這個(gè)實(shí)施例中，冷卻元件是形成螺旋的管，所述管嵌入到三條滑環(huán)軌道下方的絕緣本體13中。替代螺旋狀管的是，還可以使用多根管。而且，可以使用管或者任何其它類型的腔(例如鉆孔或者模制孔)。

在圖3中，示出了冷卻控制器80。這種控制器連接到冷卻元件60，以控制冷卻元件和/或滑環(huán)軌道17的溫度?？刂破鲗⒗鋮s液供給到冷卻管60中，以冷卻模塊?？刂破骺梢园ㄅ翣栙N元件、熱泵、散熱器或者冷卻液的其它器件。進(jìn)一步優(yōu)選的是控制器包括泵，用于產(chǎn)生流動(dòng)通過(guò)管的冷卻液?？梢酝ㄟ^(guò)使用至少一個(gè)傳感器或者通過(guò)外部控制信號(hào)來(lái)控制冷卻液的流動(dòng)和/或溫度。還可以設(shè)置溫度傳感器81，以將關(guān)于滑環(huán)模塊和/或滑環(huán)軌道的溫度信息提供給控制器80。優(yōu)選地，溫度傳感器被嵌入到滑環(huán)模塊的絕緣本體13中。溫度傳感器還可以熱連接到至少一條滑環(huán)軌道，以提供精確溫度測(cè)量。而且，還可以設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，以提供不同位置的溫度信息。還可以設(shè)置濕度傳感器82，所述濕度傳感器向控制器80提供濕度信息。優(yōu)選地，該濕度傳感器位于滑環(huán)模塊10的表面處。濕度傳感器可以是標(biāo)準(zhǔn)電容濕度傳感器或者其可以是導(dǎo)電性傳感器，所述導(dǎo)電性傳感器測(cè)量滑環(huán)模塊10的表面上的導(dǎo)電性。為了測(cè)量導(dǎo)電性，還可以在滑環(huán)模塊10的表面內(nèi)設(shè)置一些電極。在一個(gè)可替代實(shí)施例中，可以測(cè)量滑環(huán)軌道之間的導(dǎo)電性和/或絕緣性、最為優(yōu)選地相鄰滑環(huán)軌道之間的導(dǎo)電性和/絕緣性?；趤?lái)自濕度傳感器的信息，可以減少或者暫停冷卻，以防止在模塊表面處發(fā)生冷凝，這將降低絕緣。冷卻控制器還可以使得滑環(huán)模塊的溫度降低到溫度下限以下時(shí)將熱量輸送到滑環(huán)模塊。

圖4以俯視圖示出了另一實(shí)施例。第一滑環(huán)模塊100包括至少第一滑環(huán)軌道110。滑環(huán)軌道由絕緣本體120保持。至少一個(gè)冷卻元件101、102、103位于絕緣本體120的多個(gè)孔內(nèi)。優(yōu)選地，冷卻元件等距地間隔開(kāi)。優(yōu)選地，設(shè)置一根、兩根、三根或者四根冷卻元件棒。這種冷卻元件可以包括熱管的一部分，優(yōu)選地?zé)峁艿摹盁帷倍恕?/p>

圖5以截面圖示出了前一幅圖的實(shí)施例。盲孔109可以設(shè)置在絕緣本體120內(nèi)。其可以保持冷卻元件101，以用于冷卻滑環(huán)軌道110、111、112、113和114。優(yōu)選地，冷卻元件是熱管的一部分。熱管的另一個(gè)端部可以熱連接到模塊外部的散熱器。冷卻元件101可以具有管連接件108，用于便于組裝和拆卸。

圖6以截面圖示出了另一個(gè)實(shí)施例。存在位于在絕緣本體120內(nèi)的至少一個(gè)通孔130。在通孔130內(nèi)，可以設(shè)置冷卻元件，所述冷卻元件優(yōu)選地由連接管131、132連接起來(lái)。

圖7示出了直接軌道冷卻。在此，冷卻元件(優(yōu)選地?zé)峁艿囊徊糠?可以直接連接到滑環(huán)軌道141。優(yōu)選地，其由螺紋142連接。這允許實(shí)心機(jī)械和導(dǎo)熱連接。

在圖8中，示出了整個(gè)滑環(huán)組件的側(cè)視圖。示例性地設(shè)置了三個(gè)滑環(huán)模塊10、15和安裝到軸12的液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)接頭16。液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)部件可以連接到冷卻元件，以將冷卻液輸送到冷卻元件。

在圖9中，示出了整個(gè)滑環(huán)組件的俯視圖?；h(huán)模塊10由模塊支撐件11保持并且安裝到軸12。設(shè)置了多個(gè)接觸刷，如第一接觸刷21和第二接觸刷22，所述第一接觸刷和所述第二接觸刷由刷保持件20保持并且電接觸。在此示出的優(yōu)選的接觸刷是由金屬絲形成的金屬絲刷。替代地，可以使用碳刷。滑環(huán)組件由滑環(huán)殼體30包封，所述滑環(huán)殼體30具有多個(gè)側(cè)壁40?？梢栽O(shè)置用于電連接滑環(huán)刷的連接空間50，該連接空間可以具有第一蓋51。而且，殼體的內(nèi)部空間70具有第二蓋71。

在圖10中，示出了滑環(huán)殼體。第一蓋51可以由多個(gè)螺釘52鎖定。還可以設(shè)置軸承90的殼體，以包封軸承，這允許模塊和刷以及模塊連接外殼91之間旋轉(zhuǎn)，用于電連接和接觸模塊。這種外殼還可以容納控制器80。

附圖標(biāo)記列表

10 滑環(huán)模塊

11 模塊支撐件

12 軸

13 絕緣本體

14 旋轉(zhuǎn)軸線

15 第二滑環(huán)模塊

16 液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)接頭

17 第一軌道

18 第二軌道

19 第三軌道

20 刷保持件

21 第一刷

22 第二刷

30 滑環(huán)殼體

31 頂板

40 側(cè)壁

50 連接空間

51 第一蓋

52 螺釘

60 冷卻元件

61 冷卻元件入口

62 冷卻元件出口

63 冷卻管

70 殼體的內(nèi)部空間

71 第二蓋

80 控制器

81 溫度傳感器

82 濕度傳感器

90 軸承的殼體

91 模塊連接外殼

100 第三滑環(huán)模塊

101 第一冷卻元件

102 第二冷卻元件

103 第三冷卻元件

108 管連接件

109 孔

110 第一軌道

111 第二軌道

112 第三軌道

113 第二軌道

114 第三軌道

120 絕緣本體

130 通孔

131、132 連接管

140 冷卻元件

141 滑環(huán)軌道

142 螺紋