本發(fā)明涉及一種用于滑環(huán)式電機的陰性接觸元件以及涉及一種滑環(huán)式電機。

背景技術：

空氣分離設備使用大尺寸壓縮機壓縮空氣。壓縮機通過感應電機或異步電機驅(qū)動，所述感應電機或異步電機的功率輸出通常為12至18兆瓦(MW)。

感應或異步電機為AC(交流電)電動機，其中轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生扭矩所必需的電流通過來自定子繞組的磁場的電磁感應而獲得。感應電機的轉(zhuǎn)子可為繞線式或鼠籠式的任一種。

在繞線轉(zhuǎn)子式電機中，轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)連接至外電阻。這是為何該類型電機也稱作為滑環(huán)式電機的原因。在啟動期間，外電阻使定子處的場強減少。因此，定子繞組中的電流被限制至標稱電流。當電機達到滿速度時，轉(zhuǎn)子電極切換至短路。為此，使用包括陽性接觸元件和陰性接觸元件的切換機構(gòu)。當陽性接觸元件/插頭式接觸元件和陰性接觸元件/插座式接觸元件彼此脫離接合時，電流流過外電阻。在陽性接觸元件和陰性接觸元件接觸后，轉(zhuǎn)子電極切換至短路。

陽性接觸元件和陰性接觸元件安裝成以便與定子一起旋轉(zhuǎn)，例如以每分鐘1500至1800轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)。因而，陽性接觸元件和陰性接觸元件經(jīng)歷高離心力。已發(fā)現(xiàn)的是對申請人內(nèi)在已知的陰性接觸元件由于蠕變和其它因素而趨于嚴重變形。陰性接觸元件的變形不僅關于與對應陽性接觸元件的恰當接合是有害的，而且可負面地影響陽性接觸元件和陰性接觸元件之間的電接觸?？紤]到大型滑環(huán)式電機中經(jīng)過每對陽性接觸元件和陰性接觸元件的例如2至3kA的高電流，減少的電接觸區(qū)域?qū)е铝丝蓪佑|元件的材料引起局部熔融或其它損傷的甚至更高的局部電流。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于滑環(huán)式電機的改善的陰性接觸元件。

該目的通過用于功率輸出大于1MW的滑環(huán)式電機的陰性接觸元件實現(xiàn)，其中所述陰性接觸元件配置成與陽性接觸元件接合，藉此在所述陰性接觸元件與所述陽性接觸元件之間產(chǎn)生電連接，所述陰性接觸元件包含Cu-Be合金。

本發(fā)明所基于的一個構(gòu)思是至少部分地由Cu-Be合金(銅鈹合金)制造所述陰性接觸元件。Cu-Be合金具有卓越的彈性特性。尤其地，疲勞強度高于其它銅合金。這將減輕或避免如上所述在離心力的作用下陰性接觸元件中的蠕變。另外Cu-Be合金具有高導電性，例如范圍在10×10⁶S/m至35×10⁶S/m，因此相比于使用其它銅合金在系統(tǒng)中引入的附加電阻是可接受的。

根據(jù)一實施例，所述Cu-Be合金包含0.1至3wt％、優(yōu)選0.1至2wt％的Be。

發(fā)現(xiàn)Be的這些wt％(重量百分比)范圍提供了具有期望強度、導電性和成本的合金。

根據(jù)另一實施例，所述Cu-Be合金包含Ni和/或Co。

Ni(鎳)和Co(鈷)可為Cu-Be合金提供其它期望的特性。

根據(jù)另一實施例，所述Cu-Be合金被時效硬化(age hardened)和/或冷鍛(cold hammered)。

盡管其它途徑的硬化Cu-Be合金是可以的，但是時效硬化和冷鍛是優(yōu)選的。硬化更加改善了材料強度和/或疲勞強度。

根據(jù)另一實施例，所述Cu-Be合金被銀涂覆。

銀涂層提供了陰性接觸元件和陽性接觸元件所彼此接觸的接觸區(qū)域處增強的導電性。因而，當電流流過時更少的熱量在接觸區(qū)域處傳播，增加了接觸元件的壽命。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括至少一個接觸部分，所述至少一個接觸部分包含Cu-Be合金或由Cu-Be合金構(gòu)成，所述至少一個接觸部分配置成彈性地變形以產(chǎn)生電連接。

本文中，“包含”應理解為非排他性的。因而，接觸部分可包含其它材料。另一方面，“構(gòu)成”應理解為排他性的。因而，接觸部分除Cu-Be合金外可不包括任何其它材料。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括至少一個片簧，所述至少一個片簧具有所述至少一個接觸部分以及至少一個彎曲部，所述至少一個片簧的厚度優(yōu)選大于1mm、優(yōu)選大于1.5mm，所述至少一個彎曲部具有小于10mm、優(yōu)選小于6mm內(nèi)半徑。

發(fā)現(xiàn)該厚度和半徑引起具有長使用壽命的陰性接觸元件。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括兩個接觸部分，所述兩個接觸部分在它們之間限定一槽，其中陽性接觸元件的對應接觸部分可插入到所述槽中，當所述陽性接觸元件的接觸部分插入到所述槽中時陰性接觸元件的兩個接觸部分彈性地散開藉此產(chǎn)生電連接，其中所述兩個接觸部分包含Cu-Be合金或由Cu-Be合金構(gòu)成。

該設計允許制作可釋放的連接(用于陽性接觸元件與陰性接觸元件的接合和脫離接合)。與此同時，所述設計是簡單的且提供可靠的電連接。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括兩個片簧，每個片簧具有U形部分，所述U形部分包括兩個接觸部分的其中之一。

所述U形部分具有如下半圓部分，當陽性接觸元件插入到所述槽中時所述半圓部分提供期望的柔性。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括對所述兩個接觸部分的運動進行約束的約束單元，其中所述約束單元優(yōu)選由鋼制成。

所述約束單元例如防止當陰性接觸元件與滑環(huán)式電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和/或由陽性接觸元件接合時該陰性接觸元件的變形。優(yōu)選地，所述約束單元由如下材料制成，該材料相比于制造兩個接觸部分的材料而言具有更高的拉伸強度和/或更高的彈性模量。例如，所述約束單元可由鋼或鈦制成。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括兩個接觸部分，所述兩個接觸部分在它們之間限定一槽，其中陽性接觸元件的對應接觸部分可沿著第一軸線插入到所述槽中，當所述陽性接觸元件的接觸部分插入到所述槽中時，所述陰性接觸元件的兩個接觸部分彈性地散開，藉此在所述陰性接觸元件的兩個接觸部分與所述陽性接觸元件的接觸部分之間產(chǎn)生電連接，其中所述兩個接觸部分在它們彈性地散開時至少部分地分別沿第二軸線移動，所述第一軸線和第二軸線彼此垂直地定向，并且所述陰性接觸元件包括約束單元，所述約束單元對所述兩個接觸部分沿著與第一軸線和第二軸線垂直定向的第三軸線的運動進行約束，其中所述約束單元包括抵接部分，所述兩個接觸部分在沿著所述第三軸線移動時抵靠所述抵接部分。在滑環(huán)式電機的操作期間，離心力將趨向于使所述兩個接觸部分變形。當陰性接觸元件安裝在滑環(huán)式電機上時離心力的作用方向與第三軸線一致。所述抵接部分防止接觸部分的這種變形。因而，由于蠕變或其它塑性變形而引起的對兩個接觸部分的損傷非常少可能性地發(fā)生。

所述陰性接觸元件可包括嵌套在彼此內(nèi)的兩個片簧。因而，一個片簧形成外片簧并且另一片簧形成內(nèi)片簧。所述內(nèi)片簧和外片簧在它們的相應端部各自設有U形部分。因而，形成限定總共兩個槽的四個U形部分。

優(yōu)選地，所述陽性接觸元件具有U形形狀，其具有兩個自由端部。每個自由端部形成為接觸部分。所述陽性接觸元件的兩個接觸部分可插入到所述陰性接觸元件的兩個槽中。

根據(jù)另一實施例，多個突伸部從兩個接觸部分的自由端部突伸，其中所述約束單元接合所述突伸部。

所述突伸部可沿著所述第三軸線突伸。通過突伸部被約束單元接合，力和力矩可高效地從所述兩個接觸部分傳遞到所述約束單元中。反之亦然，所述兩個接觸部分的變形因而可被準確地控制。

根據(jù)另一實施例，所述約束單元配置成對突伸部沿著第一軸線和/或第二軸線的運動進行約束。

尤其地，當所述陽性接觸元件的接觸部分從所述槽移除、即脫離接合時，所述兩個接觸部分經(jīng)受沿第一軸線的高的力。這會是陰性接觸元件的兩個接觸部分與陽性接觸元件的接觸部分由于經(jīng)過所述陽性接觸元件和陰性接觸元件的高電流而造成的局部焊接的結(jié)果。所述突伸部因而尤其良好地適于防止當從所述槽移除陽性接觸元件的接觸部分時兩個接觸部分的彎曲。

根據(jù)另一實施例，所述突伸部包括第一突伸部和第二突伸部，所述第一突伸部和第二突伸部從兩個接觸部分中的每一個沿著第三軸線在相反方向上突伸。

出于對稱以及有關于作用于兩個接觸部分的力矩的原因，可優(yōu)選的是在相應接觸部分的任一側(cè)上設置第一突伸部和第二突伸部。

根據(jù)另一實施例，鄰近于所述抵接部分，所述約束單元包括凹部，所述凹部與突伸部中的至少一個或多個接合?？商娲?，所述凹部可形成為孔，例如形成為桿或板中的切口。

有利地，凹部良好地適于約束沿第一軸線和/或第二軸線在一個方向或兩個方向(正方向和負方向)上的運動。例如，所述約束單元可包括具有凹部的鉤或閂鎖(更普遍地本文中也稱為自由端部)，其中所述閂鎖鉤住與所述兩個接觸部分關聯(lián)的兩個突伸部。

根據(jù)另一實施例，突伸部的其中一個或多個與相關聯(lián)的接觸部分制成為單件，并且優(yōu)選地由與相關聯(lián)的接觸部分相同的材料制成。

例如，設置兩個片簧，每個片簧分別具有兩個接觸部分的其中之一，所述接觸部分包括一個或多個突伸部。包括接觸部分和突伸部的所述片簧可在單個步驟中由坯料切成。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括基底，所述兩個片簧附接至所述基底，其中所述基底優(yōu)選由鋼制成。

優(yōu)選地，所述基底由如下材料制成，該材料相比于制成兩個接觸部分的材料而言具有更高的拉伸強度和/或更高的彈性模量。例如，所述基底可由鋼或鈦制成。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括基底和兩個片簧，每個片簧包括基底部分和兩個接觸部分的其中之一，其中相應的基底部分附接至所述基底，并且其中所述約束單元相對于所述基底從后方接合所述突伸部。

以該方式，所述突伸部在沿著第一軸線背離所述基底方向上被固定。

根據(jù)另一實施例，所述約束單元具有U形支架，所述支架包括自由端部，所述自由端部形成抵接部分以用于兩個接觸部分沿著第三軸線在相反的方向上抵靠。

所述支架可附接至所述陰性接觸元件的基底。所述兩個接觸部分沿著第三軸線在正方向和負方向上的運動因而被約束。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括片簧，其中所述支架抓在片簧的U形部分周圍，所述U形部分包括所述兩個接觸部分的其中之一。

這可為陰性接觸元件提供緊湊設計。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件還包括外片簧和內(nèi)片簧，所述外片簧和內(nèi)片簧具有在其之間限定兩個槽的四個接觸部分，所述支架抓在包括四個接觸部分其中兩個接觸部分的內(nèi)片簧的U形部分周圍，其中所述基底具有U形形狀并且抓在包括四個接觸部分中另外兩個接觸部分的外片簧的U形部分周圍，其中所述基底的自由端部成型為以便朝著彼此匯聚。

鑒于所述支架約束內(nèi)片簧的U形部分的變形，所述基底約束外片簧的U形部分的變形。因而獲得穩(wěn)定的設計。所述支架可具有U形形狀或雙U形形狀或H形形狀。

根據(jù)另一實施例，所述約束單元具有籠，所述籠形成抵接部分以用于兩個接觸元件沿著第三軸線在相反的方向上抵靠。

與支架相對比，籠可提供對例如力矩更大的阻力，或者換句話說，相比于支架對于籠而言可使用更輕的設計以獲得同樣的穩(wěn)定性。另一方面，支架會更易于制造，并且將支架附接至基底相比于將籠附接至基底會更容易。然而，任一設計(支架或籠)同樣可行。所述籠可尤其具有矩形形狀。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件還包括兩個片簧，其中所述籠抓在兩個片簧分別的U形部分周圍，每個U形部分包括所述兩個接觸部分的其中之一。

因而，所述籠配置成支承兩個片簧(例如內(nèi)片簧和外片簧)的U形部分。相比于之前描述的一個使用支架與基底結(jié)合以支承內(nèi)片簧和外片簧的U形部分的實施例，這表示了一替代實施例。

根據(jù)另一實施例，所述陰性接觸元件包括多個片簧，所述多個片簧預加載所述兩個接觸部分以便當陽性接觸元件的接觸部分被插入到所述槽中時抵消兩個接觸部分的散開，其中由每個片簧產(chǎn)生的預加載是相同的，其中所述片簧優(yōu)選由鋼制成。

優(yōu)選地，預加載片簧由如下材料制成，該材料相比于制成所述兩個接觸部分的材料而言具有更高的拉伸強度和/或更高的彈性模量。例如，預加載片簧可由鋼制成。優(yōu)選地，所述片簧沿著第二軸線預加載所述兩個接觸部分以便抵消它們的散開。因而，當陽性接觸元件的接觸部分插入到所述槽中時，由陰性接觸元件的兩個接觸部分對該陽性接觸元件的接觸部分施加的接觸壓力沿著第一軸線是恒定的。這(借助于增加表面接觸區(qū)域)改善了導電性，并且因而減少了對接觸部分的材料的熱負荷。另外借助于所述多個片簧，所述兩個接觸部分在變形以插入所述陽性接觸元件的接觸部分時不會被過度地加載。

根據(jù)另一實施例，每個片簧具有等邊梯形的形狀，其包括基底、兩個腿部以及開放側(cè)，其中所述兩個接觸部分伸過所述開放側(cè)并且相應腿部的自由端部對相關聯(lián)的接觸部分預加載。

該設計良好地適于使用單個片簧以同時對兩個接觸部分預加載。

根據(jù)另一實施例，所述片簧具有不同的厚度。

所述片簧在所述接觸部分的不同高度處施加相應的預加載。因而，為了提供同樣的預加載，所述片簧經(jīng)受不同的力矩。通過選擇帶有不同厚度的片簧，每個片簧中的應力被保持處于近似同一水平。

根據(jù)另一實施例，所述片簧嵌套在彼此內(nèi)。

因而，獲得陰性接觸元件的緊湊設計。

根據(jù)另一實施例，設置至少三個片簧。

以該方式，所述預加載更均勻地分布在每個接觸部分的高度上(所述高度涉及第一軸線)。

此外，提供一種功率輸出尤其大于1或大于10兆瓦(MW)的滑環(huán)式電機，所述滑環(huán)式電機包括以上所述的陰性接觸元件。

在其它實施例中，所述滑環(huán)式電機的功率輸出可大于10MW。另外所述滑環(huán)式電機可耦接至空氣分離設備的壓縮機。參照本發(fā)明的陰性接觸元件描述的結(jié)構(gòu)的實施例對滑環(huán)式電機作出了適當?shù)母?/p>

“一”或“一個”元件不應被理解為限制成僅僅一個元件，而是多于一個元件，例如可設置兩個、三個或更多個元件。出于同樣原因，“兩個”或本文中有關具體數(shù)量的任何其它措辭不應理解為僅限制至那個數(shù)量的元件，而是可設置其它數(shù)量的元件。

“垂直地”或“成直角”優(yōu)選包括距完美垂直或成直角的線高達20°的偏差，優(yōu)選高達10°的偏差以及更優(yōu)選高達3°的偏差。

本發(fā)明另外可能的實施方式或替代解決方案也涵蓋了以上描述特征或以下關于實施例描述特征的(在本文中未明確提及的)組合。本領域技術人員也可對本發(fā)明的最基本形式增加各個的或孤立的方面和特征。

附圖說明

本發(fā)明另外的實施例、特征和優(yōu)點將從隨后的說明和從屬權利要求結(jié)合所附附圖而變得明顯，其中：

圖1以局部剖視圖示出根據(jù)一實施例的滑環(huán)式電機；

圖2以軸向視圖示出圖1的包括陰性接觸元件的第一環(huán)單元；

圖3以軸向視圖示出圖1的包括陽性接觸元件的第二環(huán)單元；

圖4以立體圖示出圖2的陰性接觸元件；

圖5以側(cè)視圖示出圖4的陰性接觸元件；

圖6示出了圖5的俯視圖；

圖7以俯視圖示出了圖4至6的外片簧；

圖8以立體圖示出圖4至6的支架；

圖9至11示出了在圖4至6的陰性接觸元件中使用的片簧的側(cè)視圖；

圖12以立體圖示出根據(jù)另一實施例的陰性接觸元件；

圖13以立體圖示出圖12的籠的一部分；

圖14以俯視圖示出在圖12的陰性接觸元件中使用的片簧的坯料；以及

圖15A至圖17B分別以側(cè)視圖和俯視圖示出了在圖12的陰性接觸元件中使用的片簧。

在附圖中，除非另外指明，否則同樣的附圖標記代表同樣或功能上等同的元件。

具體實施方式

圖1以局部剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的滑環(huán)式電機1。

滑環(huán)式電機1對例如在空氣分離設備中使用的壓縮機(未示出)進行驅(qū)動。滑環(huán)式電機1包括設置在定子(未示出)內(nèi)的轉(zhuǎn)子2。轉(zhuǎn)子2為繞線式的。轉(zhuǎn)子2包括多個繞組3a、3b。繞組3a、3b通過第一和第二電纜線4、5連接至第一和第二滑環(huán)6、7。為了簡化表示，在圖1中示出僅僅兩條纜線4、5和兩個滑環(huán)6、7。通常地，設置六條或更多條纜線以及對應的滑環(huán)。

纜線4、5在轉(zhuǎn)子2的中空軸9(以局部剖視圖示出)中從繞組3a、3b導向至滑環(huán)6、7?；h(huán)6、7相對于軸9不可旋轉(zhuǎn)以便與該軸一起旋轉(zhuǎn)?；h(huán)6、7分別被電刷11、12接觸。電刷11、12是靜止的且電連接至外電阻10。

纜線4示出為連接至滑環(huán)6，并且纜線5連接至滑環(huán)7。另外，纜線4優(yōu)選通過接觸栓(未示出)連接至第一旋轉(zhuǎn)單元15的陽性接觸元件(插頭式接觸元件)14(見圖3)，并且纜線5優(yōu)選通過另一接觸栓(未示出)連接至第一旋轉(zhuǎn)單元15的陽性接觸元件16。圖1和圖3中的黑點表示纜線4、5或接觸栓的電連接點。

第一旋轉(zhuǎn)單元15可包括如圖3軸向視圖中所見的環(huán)17。環(huán)17由使陽性接觸元件14、16彼此電絕緣的材料制成。例如，環(huán)17由玻璃纖維復合物制成。

另外，滑環(huán)式電機1包括在圖2的軸向視圖中示出的第二旋轉(zhuǎn)單元18。第二旋轉(zhuǎn)單元18包括環(huán)19。環(huán)19由基底環(huán)元件20(見圖1)和導電環(huán)元件21構(gòu)成。基底環(huán)元件20配置為電絕緣件并且例如由玻璃纖維復合物制成。另一方面，導電環(huán)元件21由導電材料、例如由銅制成。陰性接觸元件(插座式接觸元件)22、23(見圖2)附接至導電環(huán)元件21，其中在陰性接觸元件22、23與導電環(huán)元件21之間產(chǎn)生電連接。

當然，第一旋轉(zhuǎn)單元15可包括多于兩個、例如包括六個至十二個陽性接觸元件，并且第二旋轉(zhuǎn)單元18可包括多于兩個、例如包括六個至十二個陰性接觸元件，如圖2和圖3中虛線所表示。為了示意性目的，分別在圖2和圖3中示出僅僅兩個這樣的元件。

旋轉(zhuǎn)單元15、18二者都附接至軸9以便與該軸一起旋轉(zhuǎn)。然而，第一旋轉(zhuǎn)單元15還關于軸9軸向地固定，而第二旋轉(zhuǎn)單元18配置成在中空軸9上沿著軸線24移動。

圖1示出第一狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)，第一和第二旋轉(zhuǎn)單元15、18彼此間隔開以使得陽性接觸元件14、16和陰性接觸元件22、23彼此脫離接合。因而，纜線4、5和它們對應的繞組3a、3b并未切換至短路。于是，在滑環(huán)式電機1的啟動期間感應的涌入電流從繞組3a通過纜線4、經(jīng)由滑環(huán)6和電刷11進入到外電阻10中。外電阻10可包含電解質(zhì)或任何其它高電阻材料。在經(jīng)過外電阻10之后，電流經(jīng)由電刷12、滑環(huán)7和纜線5返回至繞組3b。電流通過外電阻10的路徑由虛線箭頭表示。

當滑環(huán)式電機1已啟動后，即當轉(zhuǎn)子2的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)增加，通過纜線4、5的電流變得更小。因而，期望的是當滑環(huán)式電機1已達到其標稱速度時關掉外電阻10。為此，第二旋轉(zhuǎn)單元18沿著軸線24在方向25上移動到第二狀態(tài)(未示出)，在所述第二狀態(tài)，陽性接觸元件14、16接合陰性接觸元件22、23。因而，纜線4、5被切換至短路，是因為電流從纜線4流過陽性接觸元件14進入到陰性接觸元件22中，流過導電環(huán)元件21并經(jīng)由陰性接觸元件23和陽性接觸元件16進入到纜線5中。

即使目前僅關于單相和/或單對的繞組3a、3b進行解釋，同一原理適用于其它相和/或其它對的繞組。

圖4以立體圖示出圖1和圖2的陰性接觸元件22。對應的陽性接觸元件14通過虛線表示。

陰性接觸元件22包括兩個片簧即外片簧26和內(nèi)片簧27、基底28、支架29(更普遍地本文稱作為約束單元)、嵌套的預加載彈簧30、31、32和對立板33。

外片簧26和內(nèi)片簧27的設計將參照以側(cè)視圖示出陰性接觸元件22的圖5和以俯視圖示出外片簧26的圖7更詳細地解釋。

外片簧26和內(nèi)片簧27由Cu-Be合金構(gòu)成。所述Cu-Be合金可包含0.1至3wt％、優(yōu)選0.1至2wt％的Be，以及附加地包含Ni和Co。采用包含0.34wt％的Be、1.68wt％的Ni和0.07wt％的Co的Cu-Be合金獲得外片簧26和內(nèi)片簧27尤其長的使用壽命。另外，當Cu-Be合金被硬化、例如被時效硬化和/或冷鍛時發(fā)現(xiàn)甚至更高的耐久度。發(fā)現(xiàn)對外片簧26和內(nèi)片簧27涂覆銀更加改善了陰性接觸元件22與陽性接觸元件14、16之間的電連接。

外片簧26具有平坦的基底部分34，所述基底部分連接至兩個U形部分35和36，所述兩個U形部分在基底部分34的相反兩端處連接。每個U形部分35、36包括關于基底部分34(經(jīng)由帶有內(nèi)半徑R1的彎曲部)成直角并連接至該基底部分的筆直部分37、以內(nèi)半徑R2半圓地彎曲的且連接至所述筆直部分37的彎曲部分38、以及連接至所述彎曲部分38并從彎曲部分38朝著基底部分34向下延伸的筆直接觸部分39。接觸部分39具有自由端部40，所述自由端部帶有與其制成為單件的突伸部41、42(見圖7)。

內(nèi)片簧27類似地包括平坦的基底部分43和U形部分44、45，所述U形部分在基底部分43的相反兩端處連接。每個U形部分44、45包括關于基底部分43(經(jīng)由帶有內(nèi)半徑R3的彎曲部)成直角并連接至該基底部分的筆直部分46、以內(nèi)半徑R4半圓地彎曲的且連接至所述筆直部分46的彎曲部分47、以及連接至彎曲部分47的筆直接觸部分48。所述接觸部分48從筆直部分47向下朝著基底部分43延伸并且包括自由端部49。突伸部50(另一端部處的突伸部未在附圖中示出)成單件地連接至自由端部49。

外片簧26和內(nèi)片簧27可通過由具有恒定厚度的平坦板材彎曲而制造。由于外片簧26和內(nèi)片簧27由Cu-Be合金制造的事實，半徑R1、R2、R3和R4可選擇得較小，例如小于10mm，優(yōu)選小于6mm，而不會將材料中的應力升高超過會顯著減少外片簧26和內(nèi)片簧27壽命的水平。分別將R1至R4等于2mm獲得尤其長的使用壽命。與此同時，由于片簧26、27的材料(Cu-Be合金)厚度D1和D2可有利地相當大地以大于1mm、優(yōu)選大于1.5mm選擇。D1和D2等于2mm獲得尤其好的結(jié)果。

外片簧26和內(nèi)片簧27的每對接觸部分39、48在它們之間限定槽51、52。陽性接觸元件14大體為U形形狀，其具有基底53和以直角連接至基底53的兩個接觸部分54、55。陽性接觸元件14和陰性接觸元件22在圖4和圖5中顯示處于脫離接合狀態(tài)。為了接合，陰性接觸元件22沿著第一軸線X在箭頭25的方向上移動。陽性接觸元件14的接觸部分54、55因而移動到陰性接觸元件22的槽51、52中，其中接觸部分39、48沿著與第一軸線X垂直的第二軸線Y在相反的方向56、57上散開。接觸部分39、48的該彈性運動通過三個預加載彈簧30、31、32抵消。

在另一實施例中，陰性接觸元件22的僅僅一些部分、例如接觸部分39、48被銀涂覆，并且外片簧26和內(nèi)片簧27的每一個的剩余部分根本未被涂覆或涂覆有Zn。再次地，這可減少材料成本。

預加載彈簧包括第一片簧30、第二片簧31和第三片簧32，并且在圖9、10和11中更詳細地示出。

預加載彈簧30、31、32各自基底58、連接至所述基底58的相反兩端的兩個腿部59、60、以及開放側(cè)61。開放側(cè)61在腿部59、60的兩個自由端部62、63之間限定。預加載彈簧30、31、32在高度H和厚度t上不同。對應片簧材料的厚度t隨著預加載彈簧30、31、32高度H的增加而增加。優(yōu)選地，片簧材料為鋼。

現(xiàn)在返回至圖5，示出了由于預加載彈簧30、31、32的不同高度H，這些預加載彈簧接觸沿著第一軸線X處于不同位置的相關聯(lián)的接觸部分39、48。由于預加載彈簧30、31、32的厚度t隨著高度H增加而增加，所以由每個自由端部62、63施加的預加載力在對應的杠桿臂變長時是恒定的。其中，預加載彈簧30、31、32作用于相應接觸部分39、48的外側(cè)表面64。相應接觸部分39、48的限定了與陽性接觸元件14的接觸部分54、55所接觸表面的對應內(nèi)側(cè)表面65利用附圖標記65指明。

預加載彈簧30、31、32因而確保了陰性接觸元件22的接觸部分39、48與陽性接觸元件14的相應接觸部分54、55之間的大表面接觸。這避免了由于高的局部電流造成的過度溫度，改善對應接觸表面的壽命。

預加載彈簧30、31、32如例如圖5中所示地嵌套在彼此以內(nèi)。這意味著預加載彈簧31設置在預加載彈簧32以內(nèi)并且預加載彈簧30設置在預加載彈簧31以內(nèi)。嵌套的預加載彈簧30、31、32繼而設置在于片簧26、27的U形部分35、44以內(nèi)限定的空間以內(nèi)。預加載彈簧30、31、32通過對立板33和對應的鉚釘或螺栓66緊固至外片簧26和基底28。

圖8示出支架29的立體圖。

支架29由形成為H形狀的單一板材、優(yōu)選為鋼構(gòu)成。支架29因而具有兩個U形部分67、68，所述兩個U形部分通過基底部分69彼此背靠背連接。每個U形部分67、68包括側(cè)部70和在該側(cè)部70的相反兩端處連接的鉤或閂鎖71、72(本文更普遍地還稱為自由端部)。每個閂鎖71、72在相應內(nèi)側(cè)表面上形成抵接部分73、74。凹部75、76在每個閂鎖71、72中與相應抵接部分73、74相鄰地形成。

如圖4和圖5中所示，支架29的基底部分69借助于鉚釘或螺栓77附接至內(nèi)片簧27和基底28。還如圖6中所示，支架29的U形部分67、68抓在內(nèi)片簧27的U形部分44、45周圍。因而，支架29的抵接部分73、74沿著第三方向Z分別位于接觸部分39、48的彼此反向80、81(見圖6)的相應側(cè)面78、79(見圖4)的前方。第三軸線Z關于第一軸線X和第二軸線Y垂直地定向。

抵接部分73、74因而配置成使接觸部分39、48在沿著第三軸線Z在方向80上作用于陰性接觸元件22的離心力F(見圖2)作用下的運動停止。因而，接觸部分39、48以內(nèi)的變形可被限定至可接受的水平以允許長壽命的陰性接觸元件22。

圖4和圖5還示出了閂鎖71、72越過突伸部41、42、50。因而，對應的接觸部分39、48的成對突伸部41、50和50(另一突伸部未示出)設置在閂鎖71、72以內(nèi)的相關聯(lián)凹部75、76以內(nèi)。為此，突伸部41、50沿著第三軸線Z在方向80上突伸并且突伸部42(另一突伸部未示出)從接觸部分39、48的相應自由端部40、49沿著第三軸線Z在相反的方向81上突伸。從基底28能看到的，閂鎖71、72從后方接合突伸部41、42、50。因而，突伸部41、42、50沿著第一軸線X在方向25上的還有沿著第二軸線Y在方向56、57上的運動被約束。突伸部41、42、50沿方向82(見圖5)的運動通過片簧26、27的幾何形狀被自動約束。

當陽性接觸元件14被拉出槽51、52以為了脫離接合時，該設計就施加在接觸部分39、48上的力而言是尤其有利的。突伸部41、42、50連同閂鎖71、72一起防止了接觸部分39、48在該情況下彎曲。

基底28本身具有U形形狀，其包括基底部分83和自由端部84、85。優(yōu)選地，基底28由鋼制成。自由端部84、85各自關于基底部分83形成小于90°的角度α。因而，自由端部84、85如圖5中點劃線所表示地朝著彼此匯聚。其中，自由端部84、85被預加載靠著外片簧26的U形部分35、36的筆直部分37。與此同時，自由端部84、85的匯聚引起基底29與邊緣86之間在方向25上的形狀配合，所述邊緣86在外片簧26的相應筆直部分37與基底部分34之間形成。該設計賦予U形部分35、36克服在陽性接觸元件14與陰性接觸元件22接合和脫離接合時所發(fā)生力矩的附加阻礙，以及還改善了接觸部分39、48與44、45之間的表面接觸。

類似地，對所述彎曲力矩的阻礙以及改善的表面接觸通過支架29的對內(nèi)片簧27的筆直部分46進行支承的側(cè)部70獲得。

優(yōu)選地，在外片簧26和內(nèi)片簧27的每個U形部分35、36、44、45中設置一個或多個切口87。所述切口在每個U形部分35、36、44、47處通過彎曲部分38、47地伸到筆直部分37、46中并伸到接觸部分39、49中。這些切口87還改善了接觸部分39、48與54、55之間的表面接觸。

圖12示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的陰性接觸元件22。下文的解釋聚焦在與在圖4至圖11中解釋的第一實施例的不同之處。

使用籠88代替使用支架29作為對接觸部分39、48的運動進行約束的約束單元。籠88具有矩形形狀。下文中，將更詳細地解釋圖12右手邊的籠88，所述解釋適用于對圖12左手邊的籠細節(jié)上作必要修正。

籠88包括通過桿91、92彼此連接的兩個板89、90。優(yōu)選地，籠88由鋼制成或由具有高彈性模量和拉伸強度的其它材料制成。如圖13中所示，板89、90在它們的內(nèi)表面上包括抵接部分73、74(后者在任一附圖中未示出)。挨著抵接部分73、74形成的是凹部75、76(后者在任一附圖中未示出)。凹部75、76例如形成為方形孔。當與突伸部41、42、50接合時，這些凹部沿著第一軸線X在相反的方向25、82上(見圖5)以及沿著第二軸線Y在相反的方向56、57上被約束。

如圖13中所示，所述桿91、92可與相應板89、90的孔93、例如方形孔接合。另外，連接件94可從板89以直角突伸并且與所述板一體形成。連接件94具有定位銷95，所述定位銷從連接件94以直角延伸并且與連接件一體形成。在組裝狀態(tài)，銷95伸過圖15A至17B中所示的預加載彈簧30、31、32的每一個中的孔97。另外，銷95伸過圖14中所示的外片簧26中的對應孔96，圖14示出了外片簧26剛好從平坦的板材切除之后、即處于未彎曲狀態(tài)。孔96、97設計成占用來自對應板89、90的兩個銷95。在組裝狀態(tài)，鉚釘或螺栓98(見圖13)將每個連接件94、以及因此將板89、90附接至每個預加載彈簧30、31、32、外片簧26以及基底28。螺栓98穿過連接件94中的孔99、每個預加載彈簧30、31、32中的對應孔100、以及外片簧26中的對應孔101。

在當前示例中，由于部件之間提供的形狀配合不必將桿91、92焊接至板89、90。仍然，在其它實施例中桿91、92可被焊接至板89、90。然而，形狀配合允許容易地拆卸第二實施例的陰性接觸元件26。

籠88抓在兩個相鄰的U形部分36、45(或用于圖12左手邊的籠88的U形部分35、44)的完整界限(parameter)周圍。因而，桿91、92支承外片簧26和內(nèi)片簧27的每個U形部分45、36的筆直部分37和46。結(jié)果，第二實施例的基底28不需要具有匯聚的自由端部84、85(見圖5)。而是，基底28可配置為單個的平坦件。

盡管已依照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是對于本領域技術人員明顯的是在所有實施例中改型是可能的。

附圖標記列表

1 滑環(huán)式電機

2 轉(zhuǎn)子

3a，3b 繞組

4 纜線

5 纜線

6 滑環(huán)

7 滑環(huán)

9 軸

10 外電阻

11 電刷

12 電刷

14 陽性接觸元件

15 旋轉(zhuǎn)單元

16 陽性接觸元件

17 環(huán)

18 旋轉(zhuǎn)單元

19 環(huán)

20 基底環(huán)元件

21 導電環(huán)元件

22 陰性接觸元件

23 陰性接觸元件

24 軸線

26 外片簧

27 內(nèi)片簧

28 基底

29 支架

30，31，32 預加載彈簧

33 對立板

34 基底部分

35 U形部分

36 U形部分

37 筆直部分

38 彎曲部分

39 接觸部分

40 自由端部

41 突伸部

42 突伸部

43 基底部分

44 U形部分

45 U形部分

46 筆直部分

47 彎曲部分

48 接觸部分

49 自由端部

50 突伸部

51 槽

52 槽

53 基底

54 接觸部分

55 接觸部分

56 方向

57 方向

58 基底

59 腿部

60 腿部

61 開放側(cè)

62 自由端部

63 自由端部

64 表面

65 表面

66 螺栓

67 U形部分

68 U形部分

69 基底部分

70 側(cè)部

71 閂鎖

72 閂鎖

73 抵接部分

74 抵接部分

75 凹部

76 凹部

77 螺栓

78 側(cè)面

79 側(cè)面

80 方向

81 方向

82 方向

83 基底部分

84 自由端部

85 自由端部

86 邊緣

87 切口

88 籠

89 板

90 板

91 桿

92 桿

93 孔

94 連接件

95 定位銷

96 孔

97 孔

98 螺栓

99 孔

100 孔

101 孔

α 角度

D1，D2 厚度

R1-R4 半徑

X，Y，Z 軸線