(57)【要約】本発明は、周面に少なくとも１つのスリップコンタクトの配置された接触接続装置を有する回転電気機械であって、前記スリップコンタクトがブラシ装置とスリップコンタクトしており（スリップシステム）、少なくとも１つのスリップコンタクトが耐摩耗性材料から成っている形式のものに関する。冷却媒体として液体・ガス混合物が冷却しようとするコンポーネントをスリップシステムを含めて環流し且つ少なくとも１つのスリップコンタクトが少なくとも１つの酸素親和性の合金成分を有する合金から成っている内部冷却器を電気機械が有していることが規定されている。
2004501595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面に少なくとも１つのスリップコンタクトの配置された接触接続装置を有する回転電気機械であって、前記スリップコンタクトがブラシ装置とスリップコンタクトしており（スリップシステム）、少なくとも１つのスリップコンタクトが耐摩耗性材料から成っている形式のものにおいて、
冷却媒体として液体・ガス混合物が冷却しようとするコンポーネントをスリップシステムを含めて環流し且つ少なくとも１つのスリップコンタクトが少なくとも１つの酸素親和性の合金成分を有する合金から成っている内部冷却器を電気機械が有していることを特徴とする回転電気機械。
【請求項２】
前記合金の主要成分が銅であり、酸素親和性の合金成分が非貴金属及び／又は半金属である、請求項１記載の回転電気機械。
【請求項３】
前記非貴金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム及び鉄のグループから成る１構成要素又は構成要素の組合せである、請求項２記載の回転電気機械。
【請求項４】
前記半金属が、テルル、ケイ素及びホウ素のグループから成る１構成要素又は構成要素の組合せである、請求項２記載の回転電気機械。
【請求項５】
合金における酸素親和性の合金成分の質量割合が、０．０５〜３．０％、特に０．３〜０．９％の範囲内である、請求項１から４までのいずれか１項記載の回転電気機械。
【請求項６】
合金が、酸素及び／又はリン等の随伴元素をパーミル範囲又はｐｐｍ範囲で有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転電気機械。
【請求項７】
液体がオイルである、請求項１から６までのいずれか１項記載の回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内部冷却器を備えた回転電気機械に関する。
【０００２】
背景技術
回転する電機子内に配置されたコイルを電気的に接続するための回転電気機械において接触接続装置を使用することは公知である。これらの接触接続装置はブラシ装置とスリップコンタクトされるスリップコンタクトを有している。一般にグラファイト材料をベースにして製作されるブラシは、これらのブラシを回転する接触接続装置に対して押圧するばね力によって負荷されている。この場合、接触接続装置は例えば約３０００〜８０００ｒｐｍの回転数で回転する。電気機械の運転中にスリップコンタクトにもブラシにも摩耗が生じる。摩擦学的状況に基づき生じる摩耗を最小限にするためには、ブラシに使用されるグラファイト材料に、既存の金属成分の他に固形潤滑剤、結合剤及び／又はクリーニング剤を添加することが公知である。
【０００３】
回転電気機械を冷却するためには、冷却しようとするコンポーネントを覆うように空気流を案内するシステムが公知である一方で、液状の冷却媒体を冷却しようとするコンポーネントに導く手段が公知である。防音の理由から、又は電気機械コンポーネントを環境による影響から保護するために密閉されたケーシングが存在している場合、熱流はケーシング内部から該ケーシングの壁を介してのみ生ぜしめられる。このような内部冷却は、従来は冷却媒体として気体を使用した場合にだけ実現されていた。この場合の欠点は冷却媒体の低い熱伝導率であり、これにより不十分な熱導出しか保証され得ない。液状の冷却媒体を使用することは、回転するコンポーネントの領域における剪断応力の不都合な増大をもたらすので、このような手段は低い回転数を有する電気機械にとってしか有利でない。更に、液状の冷却媒体を使用する場合は付加的に摩擦学的な負荷がスリップコンタクトの領域に生じる。このスリップコンタクトが冷却媒体によって濡らされているか若しくは覆われていることにより、酸素流入が妨害される。これにより、接触接続装置のスリップコンタクトを覆う酸化物保護層が比較的急速に剥離して、全体としてはスリップシステムの耐用年数が減少される。
【０００４】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部に記載の構成を有する回転電気機械により、特別な冷却媒体を使用することによって電気機械内部の摩擦損失を小さく保持し、それにも関わらずスリップシステム域の摩耗を最小限にすることが可能である。冷却媒体として液体・ガス混合物が冷却しようとするコンポーネントをスリップシステムを含めて環流し、スリップコンタクトが少なくとも１つの酸素親和性の合金成分を有する合金から成っている内部冷却器を電気機械が有していることによって、ブラシのスリップコンタクトとのスリップコンタクト中の摩擦学的状態に基づく接触接続装置のスリップコンタクトにおける摩耗が減少されると同時に、コンポーネントの極めて効果的な冷却が行われる。
【０００５】
冷却媒体として液体・ガス混合物、有利にはオイルを使用することにより、電気機械の運転開始時にエーロゾルが形成される。このエーロゾルは気体よりも大きな熱伝導率を有しており且つ摩擦損失に関しては冷却液よりも好適な粘性を有している。適用に応じて、液体・ガス混合物における液体成分は１〜３０％となっている。この液体の割合及び選択は、その時々の適用の要求に適合され得る。エーロゾル形成にもかかわらず、ケーシングの内室に配置された電気機械コンポーネントの全表面が濡らされてしまう。このことは、スリップシステムの範囲、特に接触接続装置のスリップコンタクトをも含んでいるので、前記の材料選択が早期の摩耗を防止する必要がある。
【０００６】
本発明の有利な構成では、合金の主要成分が銅であり、酸素親和性の合金成分が非貴金属及び／又は半金属であるようにスリップコンタクトが設計されている。このことから、可能な合金の選択が二元系又は三元系に限定されているのではなく、適当な合金成分の任意の組合せが可能であるということが明らかになる。この場合酸素親和性の合金成分は、有利には約０．０５〜３％、特に０．３〜０．９％の質量割合で添加される。
【０００７】
１構成要素又は構成要素の組合せとしての非貴金属を、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム及び鉄のグループから選択することが特に有利であると判った。特に有利な半金属としては、テルル、ケイ素及びホウ素のグループから１構成要素又は構成要素の組合せが選択され得る。更に、合金が酸素及び／又はリン等の随伴元素をパーミル範囲又はｐｐｍ範囲で有していると有利であることが判った。
【０００８】
本発明の更に別の有利な構成は請求項２以下に記載されている。
【０００９】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１０】
唯一の図には、自動車ボディで使用されるようなクローポール発電機（ｃｌａｗ−ｐｏｌｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０の断面図が示されている。このクローポール発電機１０は、発電機ケーシング１８内に収納された定置の界磁巻線１２と固定子巻線１６とを有している。このようなクローポール発電機１０の作用形式及び構成は一般によく知られているので詳しくは説明しない。
【００１１】
Ａ側（図面右側）では発電機ケーシング１８にスリップシステム２０が組み込まれている。このスリップシステム２０はスリップコンタクト支持体２２から成っており、このスリップコンタクト支持体２２の周面にはスリップリング２４として形成された複数のスリップコンタクトが配置されている。スリップリング２４は電気機械の運転中にブラシ装置２６とスリップコンタクトさせられる。このブラシ装置２６はブラシホルダ２８と、スリップリング２４に面したブラシ３０とから成っている。ブラシホルダ２８を介してブラシ３０は、例えばこのブラシ３０を回転するスリップリング２４に対して押圧するばね力を有するばね部材（図示せず）によって負荷される。
【００１２】
密閉された発電機ケーシング１８には更に内部冷却器３２が組み込まれている。この内部冷却器３２はケーシング１８の空いている内室全体にわたって、つまりケーシング１８内に配置された電気機械コンポーネントによって占拠されない空間にわたって延びている。冷却媒体として前記内室には液体・ガス混合物が添加されており、この場合、液体成分としては特にオイルが適している。液体の充填度及び選択は、例えば電気機械の推定回転数範囲又は液体の粘度を考慮することによってその時々の適用に関連させることができる。電気機械の運転開始に伴い、回転する構成部材の運動に基づきケーシング１８内にエーロゾルが形成される。このエーロゾルは気体よりも大きな熱伝導率を有しており、これによりケーシング１８の内部から壁３４を介したより良好な熱導出を可能にする。
【００１３】
スリップシステム２０、特にスリップリング２４とブラシ３０の領域も冷却媒体によって覆われ、これにより酸素流入が少なくとも著しく妨げられるので、スリップシステム２０を相応に適合させることが必要である。これらの特別な要求は、スリップリング２４が少なくとも１つの酸素親和性の合金成分を有する合金をベースにして実現されることによって考慮され得る。前記合金の主要成分が銅であるのに対して、酸素親和性の合金成分は非貴金属及び／又は半金属である。
【００１４】
前記合金成分を選択することにより、スリップリング２４を保護する酸化物層の摩耗を減少させることができたので、全体的に比較的長い耐用年数が得られる。
【００１５】
酸素親和性の合金成分の選択は、その時々の要求に適合され得る。この場合、特に摩擦学的に制限される擬合金形成（Ｐｓｅｕｄｏｌｅｇｉｅｒｕｎｇｓｂｉｌｄｕｎｇ）、超格子構造及び混合酸化物膜等の材料変化が有利には利用され、これにより、全体摩耗が更に減少される。更に、合金の選択は二元系又は三元系に限定されてはいない、つまり、任意の数の酸素親和性の合金成分を主要成分である銅に添加することができる。この場合、特にマグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム及び鉄等の金属、並びにテルル、ケイ素及びホウ素等の半金属が挙げられる。場合によっては、酸素及び／又はリン等の随伴元素をパーミル範囲又はｐｐｍ範囲で添加することが有利であるということが判った。この場合、合金における酸素親和性の合金成分の質量割合は、０．０５〜３％の範囲、特に０．３〜０．９％の範囲であるのが望ましい。
【００１６】
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。従って、接触接続装置は積層板として形成されたスリップコンタクトを有する整流子を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
クローポール発電機を示した図である。
【符号の説明】
１０  クローポール発電機、  １２  界磁巻線、  １６  固定子巻線、  １８  発電機ケーシング、  ２０  スリップシステム、  ２２  スリップコンタクト支持体、  ２４  スリップリング、  ２６  ブラシ装置、  ２８  ブラシホルダ、  ３０  ブラシ、  ３２  内部冷却器
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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