ES2281383T3 - Configuracion de anillo colector para motores electricos y generadores. - Google Patents
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Abstract
Configuración de anillo colector para motores eléctricos y generadores, donde los cepillos de materiales de carbón y los anillos colectores (10, 10¿, 10¿) del cuerpo del anillo colector (11) son conectados entre sí de forma conductora, donde los anillos colectores (10, 10¿, 10¿) comprenden anillos colectores metálicos (2, 2¿ y 2¿) de construcción estándar como base del anillo colector y un revestimiento deslizante eléctricamente conductor (3, 3¿ y 3¿) compuesto de un material de grafito, caracterizada por el hecho de que su espesor representa un máximo del 11% del radio del anillo colector (10, 10¿, 10¿) y que éste es fijado de forma conductora por encolado a la circunferencia de la base metálica del anillo colector (2, 2¿ y 2¿).
Description
Configuración de anillo colector para motores
eléctricos y generadores.
La invención se refiere a configuraciones de
anillos colectores para máquinas eléctricas con cepillos compuestos
de materiales de carbón y cuerpos de anillos colectores, donde los
cepillos están conectados de forma conductora a los anillos
colectores de los cuerpos de anillos colectores.
Los motores eléctricos y los generadores, con
los que se transforma la energía eléctrica en energía de rotación o
inversamente la energía de rotación en energía eléctrica, requieren
una alimentación de corriente para la bobina dispuesta en modo
rotativo que está conectada al eje de rotación en acoplamiento
dinámico o geométrico. Esto ocurre habitualmente a través de unos
anillos colectores conectados al eje de rotación y concéntricos con
ese mismo eje, los cuales son conectados de forma conductora a unos
cepillos fijos, o mediante el acoplamiento de los cepillos con unos
llamados conmutadores o colectores, los cuales, además de
proporcionar la conexión eléctrica entre la parte fija y la parte
rotativa de la máquina eléctrica, producen también la conmutación
de corriente (en las máquinas de corriente continua).
Los anillos colectores y los conmutadores se
componen generalmente de metales como el cobre, aleaciones de
cobre, por ejemplo bronce, bronces de estaño, bronce al níquel,
plata o acero. Los anillos colectores son conectados por medio de
fijaciones aislantes al buje (eje de rotación) para formar unos
cuerpos de anillos colectores, estando éstos aislados entre sí y
con respecto a dicho buje. Unos cepillos eléctricamente conductores
son dispuestos de forma fija a lo largo de la circunferencia de los
anillos colectores, los cuales permanecen en contacto con la
superficie de los anillos colectores a través de la fuerza
elástica. Para los motores y los generadores de corriente alterna
los anillos colectores son necesarios individual o pluralmente para
cada fase.
Los contactos deslizadores (cepillos) están
compuestos principalmente de materiales de carbón, eventualmente
combinados con metales (por ejemplo grafito de metal, para producir
unas mezclas de polvos metálicos, en particular de cobre, estaño o
plomo, que son prensadas con grafito, en particular con grafito
natural y sucesivamente endurecidas por recocido o
sinterización).
Con todas estas combinaciones de materiales se
crea un desgaste debido al movimiento recíproco y también por la
transmisión de corrientes más bien elevadas, donde debido a la
abrasión se puede formar polvo, lo cual puede producir una
reducción de la vía de dispersión de la corriente a causa del
ensuciamiento y asimismo la formación de arcos; por otra parte se
verifica una erosión de las capas de contacto. Debido a la
necesidad de sustituir los cepillos y al tratamiento adicional de
la superficie de los anillos colectores (torneado de los puntos
defectuosos tales como surcos o similares), se verifican en este
caso unos intervalos adicionales de mantenimiento, que son más
cortos que los intervalos de mantenimiento de los cojinetes (de
rodillos), lo cual implica costes de mantenimiento notablemente
superiores debido sobre todo a los tiempos de parada
adicionales.
Es por lo tanto apropiado impedir al máximo la
abrasión y por lo tanto intentar reducir la frecuencia de los
trabajos de mantenimiento que dependen de ella o como máximo hacer
que dicha frecuencia sea igual a la frecuencia de los trabajos de
mantenimiento para los cojinetes y/o otras partes sometidas a
desgaste.
En la patente DD 258 687 A1 y en la revista VEM
1975, p. 15 y siguientes, se observa que en caso de acoplamiento de
los cepillos de grafito con unos anillos colectores de grafito, el
desgaste se reduce de manera importante. Sin embargo este sistema
tiene como desventaja el hecho de poder transmitir sólo corrientes
pequeñas a través del cuerpo de grafito de los anillos colectores a
causa de su resistencia específica, que es relativamente elevada
respecto a los metales. Cuando se transmiten corrientes elevadas, el
calor óhmico es inaceptablemente alto. Esto puede producir daños en
el sistema. En un anillo colector la entrada o la desviación de
corriente se realiza a través de un conductor metálico, que se
extiende paralelamente al eje de rotación de manera que esté
lateralmente desviado con respecto a éste y sea conectado de forma
conductora al cuerpo del anillo colector. En el momento en que la
resistencia en el interior de un anillo de grafito posee un tamaño
similar a la resistencia de contacto entre el anillo colector y el
cepillo, se producen, en caso de corriente inducida constante en la
bobina, variaciones de tensiones periódicas en un generador y/o en
un momento de giro no uniforme en un motor, en función de la
longitud del paso de la corriente y por lo tanto de la resistencia
activa en el anillo colector.
Se describe otra construcción en la patente DD
248 909. Aquí se describe un anillo colector con una base metálica
del anillo colector y un anillo deslizante de carbón soldado sobre
ésta, donde la base del anillo colector presenta una cavidad, para
poder eliminar la pérdida de calor por todos los lados mediante
ventilación. El lado dirigido hacia la base metálica del anillo
colector del anillo deslizante de carbón debe ser metalizado, para
garantizar una resistencia de contacto baja y permitir una conexión
soldada. Se verifican tensiones térmicas debido al calentamiento de
la construcción a través de la potencia óhmica disipada y también
durante la soldadura. La parte externa de la base metálica del
anillo colector está provista por lo tanto preferiblemente de
entrantes para la compensación de las tensiones
térmicas.
térmicas.
El documento WO99/35720 divulga una
configuración de anillo colector según el concepto general de la
reivindicación 1.
El objetivo consiste por lo tanto en encontrar
una construcción para anillos colectores que presente un desgaste
posiblemente reducido y por otra parte admita una carga de
corriente suficientemente elevada para poder emplear tales sistemas
también en un rango de corriente elevada, sin que se verifiquen
fuertes aumentos de temperatura tales como los descritos en el
estado de la técnica. Otro objetivo consiste en poder potenciar las
máquinas existentes con anillos colectores metálicos de una manera
tal que el desgaste sea reducido, para poder sustituir el menor
número posible de piezas.
Este objetivo es alcanzado mediante una
construcción de anillo colector, compuesta de un anillo colector
metálico de construcción estándar como base del anillo colector y
de un revestimiento deslizante pegado sobre esta base del anillo
colector, el cual está constituido preferiblemente por un material
de carbón. Cuando se emplea un material de carbón, es apropiado
usar un material de grafito y en particular un material de grafito
prensado isostáticamente. Además, la resistencia a la flexión del
material de grafito debería ser preferiblemente igual a al menos 30
MPa (= 30 N/mm^{2}), para que el espesor de la capa de material
de carbón se mantenga suficientemente reducido. El resultado de
esta construcción es que una parte del acoplamiento de las
superficies de contacto presenta un desgaste mínimo, con lo cual el
material de la pieza asociada de fricción de los cepillos puede ser
elegido de tal manera que la abrasión entre estos materiales,
dispuestos el uno contra el otro, sea considerablemente inferior en
comparación con la que existe entre un acoplamiento de metales o un
acoplamiento con metal y material de carbón para los cepillos. Por
otra parte, debido a esta construcción la resistencia de contacto
entre la base metálica del anillo colector y el revestimiento
deslizante es centrosimétrica.
La invención se refiere por lo tanto a una
configuración de anillo colector para motores eléctricos y
generadores, en los que los cepillos de materiales de carbón y los
anillos colectores de los cuerpos de anillos colectores están
conectados entre sí de manera eléctricamente conductora,
caracterizada por el hecho de que los anillos colectores comprenden
anillos colectores metálicos de construcción estándar (base del
anillo colector) y un revestimiento deslizante eléctricamente
conductor compuesto de un material de grafito, cuyo espesor
corresponde como máximo al 11% del radio externo del anillo colector
y cuyo revestimiento deslizante es fijado de manera eléctricamente
conductora sobre la circunferencia de la base metálica del anillo
colector por encolado. También puede ser posible que no todos los
anillos colectores del cuerpo de anillos colectores estén provistos
del revestimiento deslizante.
Como es habitual para el experto, la
configuración compuesta por el buje, el aislante (preferiblemente
el revestimiento aislante en forma de superficie cilíndrica
lateral) y los anillos colectores, los cuales en el caso de la
invención están constituidos por la base metálica del anillo
colector y por el revestimiento deslizante, es definido aquí como
cuerpo del anillo colector.
El espesor del revestimiento deslizante está
limitado hacia arriba por su conductividad (cuánto más grueso es el
revestimiento deslizante, que es menos conductor en comparación con
los metales, más elevada es la resistencia entre la derivación
conectada de forma conductora a la base metálica del anillo
colector y la línea de conexión sobre el cepillo). Se ha comprobado
que resulta ventajoso el hecho de que el espesor del revestimiento
deslizante no sea superior al 11% del radio de la superficie lateral
externa del revestimiento deslizante.
La base metálica del anillo colector es
generalmente un anillo de soporte cilíndrico plano, que puede ser
construido en forma maciza, con entrantes (habitualmente
circulares) o en forma de rueda de radios. También es posible y
preferible que la anchura de la base del anillo colector cerca de la
superficie lateral externa sea mayor en esta región que en la parte
restante del anillo. La base del anillo colector obtiene así el
aspecto de un anillo plano (que puede presentar asimismo
entrantes), sobre cuya circunferencia se ha formado de modo
preferencial una superficie cilíndrica lateral más ancha (en
dirección paralela al eje) en forma de collarín. Sobre la
superficie lateral (externa) de esta base del anillo colector se ha
fijado de manera eléctricamente conductora un revestimiento
deslizante de espesor constante. Esta fijación se produce
preferiblemente por encolado conductor. La ventaja de un encolado es
que la conexión eléctrica posee una superficie de contacto
posiblemente extendida, lo cual reduce la resistencia de contacto y
distribuye la fuerza entre los dos materiales sobre una superficie
posiblemente extendida. Con el encolado se reduce también el
calentamiento a temperaturas a las que se funde la aleación, lo
cual es también requerido durante la producción de una conexión
soldada. De hecho, cuando se suelda es necesario adoptar medidas
cautelosas particulares, para evitar daños en la base del anillo
colector, como el desmontaje o la aplicación de una protección
térmica.
El revestimiento deslizante está compuesto de un
material de grafito eléctricamente conductor. Como material para el
revestimiento deslizante se emplea preferiblemente un material de
grafito con una resistencia a la flexión de al menos 30 MPa. Además
se usa preferiblemente un material de grafito prensado
isostáticamente. El espesor del revestimiento deslizante debería
mantenerse preferiblemente reducido a causa de la resistencia
específica, que es más alta con respecto a la base metálica del
anillo colector. En este caso sin embargo se debe considerar que
por una parte, la estabilidad mecánica del revestimiento deslizante
disminuye con un espesor inferior y, por otra, la abrasión en
conexión con los cepillos (compuestos habitual y preferiblemente de
materiales de carbón) debe ser determinada eligiendo apropiadamente
el material y su espesor, de tal manera que los intervalos de
mantenimiento necesarios a causa de la renovación del revestimiento
deslizante sean iguales o mayores a la duración media de un
cojinete de rodillos. El espesor del revestimiento deslizante en
consecuencia no debería ser superior al 11% del radio externo del
anillo colector (por lo tanto del radio externo del revestimiento
deslizante); el espesor del revestimiento deslizante corresponde
preferiblemente al 10% o menos de este radio, en particular al 8% o
menos, prefiriendo particularmente unas proporciones del 6% e
inferiores y/o del 4% e inferiores.
Para el encolado del revestimiento deslizante y
de la base metálica del anillo colector se usan adhesivos
conductores. Estos adhesivos deben ser seleccionados
preferiblemente de tal manera que su estabilidad a la temperatura
sea lo suficientemente grande para asegurar también un encolado
sólido del revestimiento deslizante sobre la base metálica del
anillo colector a las temperaturas sobre el anillo colector, que se
verifican durante el funcionamiento de la configuración de anillo
colector. Además se usan también preferiblemente unos adhesivos que
no poseen conductibilidad propia adecuada, y a los que se añade un
polvo metálico, preferiblemente un polvo de cobre. En un modo
particularmente preferido, después de la aplicación de la capa
adhesiva, las superficies revestidas son rociadas con el polvo
metálico para obtener una conexión adhesiva eléctricamente
conductora. Los polvos metálicos utilizados tienen preferiblemente
un tamaño de grano de 0,01 mm a 0,2 mm. Entre los adhesivos
utilizados se incluyen en particular los adhesivos de resina
epoxídica, los adhesivos de resina fenólica, los adhesivos de resina
de éster cianato y los adhesivos a base de resinas de poliuretano,
resinas de poliéster y resinas amínicas. Para los anillos
colectores conformes a la invención se emplean de forma
particularmente preferida adhesivos de resina fenólica. El espesor
de la capa adhesiva sobre la superficie metálica de la base del
anillo colector y/o sobre la superficie interna del revestimiento
deslizante se sitúa preferiblemente en un rango comprendido entre
0,02 y 0,2 mm, en particular entre 0,05 mm y 0,1 mm. Durante el
proceso de encolado los segmentos de revestimiento deslizante son
dispuestos acoplados sobre la base del anillo colector de soporte y
son prensados desde arriba con una presión uniforme. En este caso
la anchura de las ranuras entre los segmentos individuales del
revestimiento deslizante debe ser mantenida posiblemente
reducida.
Como pieza asociada de deslizamiento para el
revestimiento deslizante de los anillos colectores se usan
preferiblemente unos cepillos de grafito, es decir cepillos de
materiales de carbón con un carácter grafítico. Entre estos
materiales se incluyen en particular el electrografito y los
materiales quemados de carbón que contienen grafito natural.
Otra ventaja de esta construcción consiste en el
hecho de que el revestimiento deslizante, que está compuesto
preferiblemente por el material mencionado de carbón rígido, puede
ser renovado sin problema en caso de necesidad; para este fin sólo
se debe extraer el revestimiento deslizante y la capa adhesiva
restante hasta el metal, para poder aplicar después un nuevo
revestimiento deslizante. En este caso no es necesario modificar la
posición de los cepillos durante esta reparación. En caso de una
realización en metal puro el anillo colector debe ser mejorado una
vez usado, sin descender de un diámetro mínimo hacia abajo, en caso
contrario todo el anillo colector deberá ser sustituido, y en ese
caso también los cepillos deberán ser renovados.
La transformación parcial o completa de las
máquinas existentes, que poseen anillos colectores puramente
metálicos, debe ser efectuada sin problemas de tal manera que la
capa de contacto metálico sobre la superficie lateral externa de
los anillos colectores presentes en el cuerpo del anillo colector
sea elaborada, preferiblemente mecanizada de un modo
particularmente preferido por torneado, de manera que el
revestimiento deslizante pueda ser aplicado según el espesor
necesario y pueda ser conectado a la base metálica permanente del
anillo colector por encolado. El revestimiento deslizante puede ser
a continuación mejorado, en caso de necesidad para eliminar las
irregularidades de la superficie, por ejemplo mediante torneado o
rectificaciones. La ventaja de la forma de realización conforme a
la invención surge en particular en el caso de dicha transformación,
ya que el espesor (en dirección radial) del revestimiento
deslizante de los anillos colectores metálicos es en general
suficientemente grande para ser sometido a un torneado hasta
obtener el diámetro necesario sin pérdida de estabilidades. Esto es
aplicable en particular en el caso de los anillos colectores
metálicos, los cuales poseen dos capas en dirección radial, un
revestimiento de soporte metálico y un revestimiento deslizable
externo separado.
Es particularmente apropiado elaborar los
anillos colectores metálicos de una máquina existente (por ejemplo
mediante rectificaciones, torneado o fresado) de tal manera que al
menos sobre uno de los bordes de la superficie lateral externa de
la base metálica permanente del anillo colector permanezca en cada
caso un saliente (en dirección del radio creciente), con una anchura
preferiblemente de 0,5 mm a 5 mm, en particular 1 mm a 3 mm y una
altura de 0,5 mm a 3 mm, preferiblemente de 1 a 2 mm. El
revestimiento deslizante es pegado en la ranura cilíndrica, que se
forma de esta manera, para que el revestimiento deslizante se
termine con los salientes o que sobresalga de estos salientes
preferiblemente 5 mm máximo, en particular 3 mm máximo.
En la configuración según la invención todo el
cuerpo del anillo colector puede ser sujetado para la reparación
y/o la renovación del revestimiento deslizante, los anillos
colectores son torneados hasta la base metálica y el revestimiento
deslizante puede ser sustituido (al mismo tiempo con uno o más
anillos colectores).
El revestimiento deslizante puede estar
compuesto de un anillo cerrado; incluso preferiblemente el
revestimiento deslizante está constituido de más segmentos, que son
cortados en uno o más anillos de grafito, donde éstos son aplicados
sobre el soporte en al menos dos, en una forma particularmente
preferida, en al menos tres segmentos. En este caso resulta adecuado
que la junta entre dos segmentos de revestimiento deslizante
adyacentes no esté paralela al eje de rotación (es decir
perpendicular a la tangente), sino que forme con la tangente un
ángulo máximo de 75º, preferiblemente de 60º y de manera
particularmente preferida un ángulo máximo de 45º. El término
"tangente" se define y será utilizado tal y como se indica a
continuación: "Una tangente es toda línea que toca la superficie
externa del anillo colector y que es perpendicular al eje de
rotación de la parte rotativa de la máquina eléctrica". De este
modo resulta particularmente ventajoso, cuando se aplica el
revestimiento deslizante en una única pieza en forma de anillo, el
hecho de cortar este último sobre la circunferencia para formar un
ángulo \beta con la tangente, cuyo ángulo debe tener unas
dimensiones tales preferiblemente para que la ranura se extienda al
menos una vez alrededor de la circunferencia total del revestimiento
deslizante. Si el revestimiento deslizante es aplicado sobre más de
un segmento, es apropiado que estos segmentos no tengan la misma
longitud (arco), aunque la longitud (arco) del segmento más largo
debería corresponder a al menos el 110% de la longitud del otro
segmento (y/o del segundo segmento en orden de longitud). El
espesor del revestimiento deslizante corresponde a un máximo del
11% del radio externo del anillo colector, preferiblemente a un
máximo de 5 mm, en particular de 4 mm y menos.
Las figuras muestran:
Fig. 1 una sección longitudinal esquemática a
través de un cuerpo de anillo colector
Fig. 2 una ampliación detallada según la sección
II de la Fig. 1
Fig. 3 una ampliación detallada según la sección
de la Fig. 2 de una realización alternativa a la Fig. 1
Fig. 4 una sección transversal según la línea IV
- IV de la Fig. 1
Fig. 5 una vista lateral desde arriba de un
cuerpo de anillo colector según la Fig. 4
Fig. 6 una vista desde arriba de un cuerpo de
anillo colector según una forma de realización alternativa a la
Fig. 4
En la Fig. 1 se representa un cuerpo de anillo
colector 11 según la invención, comprendiendo en conjunto tres
anillos colectores 10, 10', 10'', que es una sección a través del
cuerpo de anillo colector 11 en un plano paralelo al eje de
rotación. Sobre un revestimiento aislante 12, que está dispuesto
sobre un buje 1, se fijan unos anillos metálicos 2, 2', 2'' en
forma de base de anillo colector. Un revestimiento deslizante
respectivo 3, 3' y 3'' en forma de anillo cilíndrico es pegado
sobre la superficie externa entre estos anillos metálicos 2, 2',
2'' con la ayuda de un adhesivo eléctricamente conductor. Esta
construcción es evidente en la Fig. 2, la cual es una ampliación de
una sección de la Fig. 1. Aquí se representa una parte metálica de
la base del anillo colector 2, sobre el que está fijado por medio
del adhesivo eléctricamente conductor 6 el revestimiento deslizante
anular 3.
La forma de realización preferida mencionada
anteriormente, en la que la base del anillo colector 2 es realizada
de tal manera que en los bordes de su superficie lateral externa
permanezca un saliente respectivo 4, 4', visible en la Fig. 3. Ésta
es una forma de realización modificada con respecto a la forma de
realización representada en la Fig. 2 y/o en la Fig. 1. A diferencia
de la construcción representada en la Fig. 1, un saliente
respectivo 4 y 4' ha sido mantenido aquí en los dos bordes de la
superficie lateral externa de la base del anillo colector 2, lo que
permite formar una ranura 5 en el centro de la superficie de
delimitación externa de la base del anillo colector 2, en la que el
revestimiento deslizante puede ser introducido a ese nivel. El
adhesivo eléctricamente conductor 6 es extendido en el fondo de la
ranura 5, el revestimiento deslizante 3 es dispuesto encima y pegado
a la base del anillo colector 2.
La Fig. 4 muestra una sección a lo largo de la
línea IV-IV de la Fig. 1. La base del anillo
colector anular 2'', sobre la que está pegado el revestimiento
deslizante 3'', es fijado al revestimiento aislante 12 mediante el
buje 1. En esta Fig. 4 se puede ver la forma de realización
múltiple del revestimiento deslizante 3'', representándose aquí una
forma de realización de tres partes, con los segmentos de
revestimiento deslizante 3''_{1}, 3''_{2} y 3''_{3} y las
posiciones de las juntas 7, 7' y 7''.
En la Fig. 5 se representa una vista desde
arriba de un anillo colector de este tipo, donde la dirección de
vista es perpendicular al eje y perpendicular al diámetro del
anillo colector. El revestimiento deslizante 3 es pegado sobre la
base del anillo colector 2 en varios segmentos, en los que se puede
ver aquí una junta 8 entre dos segmentos del revestimiento
deslizante. El ángulo a de la junta 8 con respecto a la tangente es
de 60º.
La Fig. 6 muestra finalmente en una vista desde
arriba como en la Fig. 5 otra forma de realización preferida, donde
el anillo de formación del revestimiento deslizante 3 tiene forma
de ranura. El ángulo (3 de la ranura 9 con respecto a la tangente
es elegido preferiblemente de tal forma que la ranura se extienda a
lo largo de una línea en espiral sobre la superficie externa del
revestimiento deslizante cilíndrico y que la longitud de la ranura
sea mayor a la circunferencia de la superficie externa. La ventaja
de esta forma de realización es que el anillo puede extenderse con
el fin de ser dispuesto sobre la base del anillo colector 2 fijado
sobre el buje 1, donde el anillo puede ser insertado en la ranura
5, en la medida de lo posible, a través de un saliente en relieve 4
y/o 4' de la base del anillo colector presente según la
representación en la Fig. 3, sin riesgo de rotura. El revestimiento
deslizante en forma de ranura 3 es pegado sucesivamente sobre la
base del anillo colector 2 para estar al nivel y que la anchura de
la ranura 9 pueda ser reducida. El ángulo agudo \beta (ángulo
pequeño) de la ranura 9 con respecto a la tangente reduce también al
mínimo las posibles irregularidades o juntas reduciendo en
consecuencia la abrasión.
La invención es explicada a través de los
siguientes ejemplos:
Ejemplo
comparativo
En un motor eléctrico estándar de 6 kV (tipo
"1LS1 456-4HA60-Z" de Siemens
AG, Nr. 904 068) con anillos colectores según el estado de la
técnica de acero X10Cr13 y cepillos optimizados respectivos, es
decir cepillos de grafito de metal "RC53" de la empresa SGL
CARBON GmbH, se determinó la temperatura del aire de alimentación
en el bobinado durante el funcionamiento con una carga nominal en
el espacio del anillo colector, en los cepillos y en los anillos
colectores. Se determinó la abrasión en los cepillos y en los
anillos colectores.
Ejemplo
Se fijó el cuerpo del anillo colector del
ejemplo comparativo (con un diámetro de 280 mm) centralmente sobre
un torno y se tornearon los anillos colectores de acero para
obtener un diámetro exterior de 270 mm. Tres segmentos de anillo
compuestos de un grafito prensado isostáticamente del tipo 300 de
la empresa SGL CARBON GmbH con estas dimensiones: diámetro interno
270 mm, diámetro externo 282 mm, anchura 30 mm, fueron pegados
sobre la superficie lisa obtenida mediante torneado con la ayuda de
una resina fenólica como adhesivo, rellenada con un polvo de cobre
del tipo FFL de la empresa Norddeutsche Affinerie (composición: 50%
en peso de resina, 50% en peso de polvo de cobre). Se realizó el
posicionamiento de las juntas entre los segmentos con una
inclinación de 60º. Se fijó de nuevo centralmente el cuerpo del
anillo colector y se torneó de esa manera para obtener un diámetro
exterior de 280 mm. El cuerpo del anillo colector es incorporado de
nuevo en el motor. Además, los cepillos son sustituidos por unos
cepillos de grafito del tipo RE65 de la empresa SGL CARBON GmbH. Se
han obtenido las mismas mediciones que las del ejemplo comparativo.
Los resultados están indicados en la tabla.
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La comparación extensa entre las dos
configuraciones con diferentes tiempos de funcionamiento y
diferentes cargas han dado como resultado que la temperatura de los
cepillos de la forma de realización según la invención se situara
en una media de 13 a 23ºC más baja con respecto a la del ejemplo
comparativo y que la temperatura de los anillos colectores se
situara en una media de 12 a 18ºC más baja con respecto a la del
ejemplo comparativo. Gracias a la baja temperatura de esfuerzo en
la configuración de anillo colector conforme a la invención se
puede aumentar la durabilidad de los componentes de las máquinas
eléctricas, como por ejemplo los cojinetes.
En una comparación con un tiempo de ciclo más
largo (unas cien horas) se ha constatado una clara erosión de los
cepillos de la configuración convencional (comparación), mientras
que la configuración conforme a la invención no mostraba ningún
desgaste medible de los cepillos empleados. El desgaste de los
anillos colectores no podía ser medido en el caso de este tiempo de
ciclo corto.
Además, se realizó una prueba con la
configuración de anillo colector del ejemplo comparativo y con la
configuración de anillo colector conforme a la invención según el
ejemplo, en el banco de pruebas, para probar los sistemas sometidos
a cargas extremas. En este caso las configuraciones de anillos
colectores han sido montados sobre un motor de 710 kW y se ha
efectuado después una prueba de encendido en forma de aceleraciones
con distintas corrientes de rotor, es decir que se ha exigido de
éstos una actuación notable durante un periodo de tiempo corto. En
el caso del dispositivo de anillo colector comparativo conforme al
estado de la técnica anterior, ha sido posible efectuar estas
pruebas con una carga máxima disponible igual a 3,2 veces la
corriente nominal, que corresponde a una densidad de corriente para
el cepillo de aproximadamente 32 A/cm^{2}. En este caso en la
conformación estándar sin embargo, tanto los anillos colectores
como las superficies de deslizamiento de los cepillos mostraban
daños importantes debidos a las fusiones (se ha observado el
centelleo de los cepillos). Se ha podido efectuar la configuración
de anillo colector conforme a la invención según el ejemplo también
con una carga máxima de aproximadamente 3,5 veces la corriente
nominal, que corresponde a una densidad de corriente en la
configuración de anillo colector conforme a la invención de 40
A/cm^{2}. Tampoco con esta carga aún más alta se ha podido
comprobar ningún daño sobre los anillos colectores y sobre los
cepillos (centelleo de los cepillos) de la configuración conforme a
la
invención.
invención.
Una ventaja fundamental de la configuración de
anillo colector conforme a la invención consiste en el hecho de
poder utilizar los anillos colectores casi sin sustituirlos. Sólo
el revestimiento deslizante puede ser renovado, en caso de
necesidad, aunque sin producir ningún efecto significativo sobre la
base metálica del anillo colector. Por el contrario, los anillos
colectores metálicos utilizados hasta ahora debían ser renovados
con el tiempo, ya que en cada mantenimiento previsto de las
máquinas eléctricas para la sustitución de los cojinetes, éstos
debían ser torneados, para compensar la formación de surcos sobre
la superficie del anillo colector.
- 1
- Buje
- 2, 2', 2''
- Base metálica del anillo colector (forma anular)
- 3, 3', 3'',
- Revestimiento deslizante
- 3''_{1}, 3''_{2}, 3''_{3}
- Revestimiento deslizante
- 4, 4'
- Saliente
- 5
- Surco
- 6
- Adhesivo
- 7, 7', 7''
- Posición de la junta
- 8
- Junta
- 9
- Ranura
- 10'
- Anillo colector
- 11
- Cuerpo del anillo colector
- 12
- Aislamiento del buje
- \alpha
- Ángulo de 8
- \beta
- Ángulo de 9
Claims (17)
1. Configuración de anillo colector para motores
eléctricos y generadores, donde los cepillos de materiales de
carbón y los anillos colectores (10, 10', 10'') del cuerpo del
anillo colector (11) son conectados entre sí de forma conductora,
donde los anillos colectores (10, 10', 10'') comprenden anillos
colectores metálicos (2, 2' y 2'') de construcción estándar como
base del anillo colector y un revestimiento deslizante
eléctricamente conductor (3, 3' y 3'') compuesto de un material de
grafito, caracterizada por el hecho de que su espesor
representa un máximo del 11% del radio del anillo colector (10,
10', 10'') y que éste es fijado de forma conductora por encolado a
la circunferencia de la base metálica del anillo colector (2, 2' y
2'').
2. Configuración de anillo colector según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el
material del revestimiento deslizante (3, 3' y 3'') presenta una
resistencia a la flexión de al menos 30 MPa.
3. Configuración de anillo colector según una de
las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por el hecho de
que el revestimiento deslizante (3, 3' y 3'') está compuesto de un
material de grafito prensado isostáticamente.
4. Configuración de anillo colector según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de
que el revestimiento deslizante (3, 3' y 3'') se compone de
segmentos anulares.
5. Configuración de anillo colector según la
reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que las
posiciones de las juntas (7, 7' y 7'') entre los segmentos del
revestimiento deslizante forman un ángulo \alpha de un máximo de
75º con la tangente.
6. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizada por el
hecho de que los segmentos presentan diferentes longitudes de arco,
donde la longitud del segmento más largo representa como mínimo el
110% de la longitud del segundo segmento más largo.
7. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por el
hecho de que la base del anillo colector (2, 2', 2'') es realizada
de tal manera que tenga al menos un saliente (4, 4') sobre uno de
los bordes de su superficie lateral externa.
8. Configuración de anillo colector según la
reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que el
saliente mínimo presente (4, 4') posee una anchura comprendida
entre 0,5 mm y 5 mm y una altura comprendida entre 0,5 mm y 3
mm.
9. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el
hecho de que el revestimiento deslizante está compuesto de un
anillo cuya circunferencia está ranurada en ángulo con la
tangente.
10. Configuración de anillo colector según la
reivindicación 9, caracterizada por el hecho de que el
ángulo tiene unas dimensiones tales que la ranura se extienda al
menos una vez alrededor de la circunferencia total del
revestimiento deslizante.
11. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por el
hecho de que el encolado del revestimiento deslizante (3, 3' y 3'')
y de la base metálica del anillo colector (2, 2' y 2'') es
efectuado usando un adhesivo termoestable, el cual permite una
conexión estable del revestimiento deslizante (3, 3' y 3'') con la
base del anillo colector (2, 2' y 2''), incluso durante el
funcionamiento del dispositivo de anillo colector.
12. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por el
hecho de que el encolado del revestimiento deslizante (3, 3' y 3'')
y de la base metálica del anillo colector (2, 2' y 2'') es
efectuado usando un adhesivo al que se ha añadido un polvo
metálico.
13. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por el
hecho de que los cepillos utilizados son cepillos de grafito.
14. Configuración de anillo colector según una o
más de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por el
hecho de que no todos los anillos colectores (10, 10', 10'') del
cuerpo del anillo colector (11) presentan un revestimiento
deslizante hecho con un material de grafito.
15. Cuerpo de anillo colector (11) según la
configuración de anillo colector de las reivindicaciones 1 a
14.
16. Procedimiento para la transformación de
cuerpos de anillos colectores en máquinas eléctricas con anillos
colectores metálicos, caracterizado por el hecho de que la
capa de contacto metálico sobre la superficie lateral externa de al
menos uno de los anillos colectores metálicos disponibles es
retirada en correspondencia con el espesor del revestimiento
deslizante que aplicar y de que a continuación se aplica un
revestimiento deslizante (3, 3', 3'') según una o más de las
reivindicaciones 1 a 12.
17. Procedimiento para la transformación de
cuerpos de anillos colectores en máquinas eléctricas con anillos
colectores metálicos según la reivindicación 16,
caracterizado por el hecho de que la retirada de la capa de
contacto metálico de al menos uno de los anillos colectores
metálicos es efectuada en tal forma que al menos un saliente (4, 4')
permanezca preferiblemente según la reivindicación 8 sobre un borde
de la superficie lateral externa de la base metálica del anillo
colector (2, 2' y 2'') restante, y de que un revestimiento
deslizante (3, 3', 3'') es aplicado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 12.
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