ES2899130T3 - Unidad de anillo colector con sistema de refrigeración activo - Google Patents

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Abstract

Unidad de anillo colector (1) para una máquina eléctrica, estando prevista la unidad de anillo colector (1) para el alojamiento de un dispositivo portaescobillas (2), presentando el dispositivo portaescobillas (2) conductos de aire refrigerante (3) para la alimentación selectiva de aire refrigerante a escobillas de anillo colector, que se pueden disponer en el dispositivo portaescobillas (2), presentando el dispositivo portaescobillas (2) canales de aire refrigerante (6) cada uno de los cuales presenta al menos una abertura de entrada de aire (11) para la captación de aire refrigerante y cada uno de ellos al menos una abertura de salida de aire (10) para la alimentación de aire refrigerante almacenado en los canales de aire refrigerante (6), a través de los conductos de aire refrigerante (3) conectados a las aberturas de salida de aire (10), a las escobillas de anillo colector que se pueden disponer cada una de ellas en bolsas de escobilla (4) del dispositivo portaescobillas (2), caracterizada por que la unidad de anillo colector (1) presenta un ventilador (9) y/o se puede acoplar con un ventilador (9), por que el ventilador (9) está previsto para generar un caudal de aire con el fin de refrigerar el dispositivo portaescobillas (2) como sistema de refrigeración activo, por que el canal de aire refrigerante (6) está configurado como parte de un puente de escobillas (13), por que el puente de escobillas (13) presenta una primera zona parcial para el cableado eléctrico del cepillo de anillo colector y una segunda zona parcial que actúa como canal de aire refrigerante (6), y por que el puente de escobillas (13) presenta las aberturas de salida de aire (10) para la conexión de los conductos de aire refrigerante (3) con las escobillas de anillo colector que pueden disponerse cada una de ellas en bolsas de escobilla (4) del dispositivo portaescobillas (2).

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de anillo colector con sistema de refrigeración activo
La invención se refiere a una unidad de anillo colector para una máquina eléctrica, estando prevista la unidad de anillo colector para el alojamiento de un dispositivo portaescobillas. La invención se refiere, además, a una máquina eléctrica con tal unidad de anillo colector.
Tal unidad de anillo colector para una máquina eléctrica se utiliza, por ejemplo, en aerogeneradores. En este caso, se da la necesidad de que las máquinas eléctricas en forma de generadores y sus componentes sean cada vez más compactos. El resultado es que los componentes del anillo colector están sometidos a cargas cada vez mayores, mientras el tamaño sigue siendo el mismo, ya que las temperaturas, en particular de anillos colectores, escobillas de anillo colector y portaescobillas de anillos colectores suelen aumentar. Por tanto, se plantea la necesidad de refrigerar todos los componentes de la máquina eléctrica, en particular también la unidad de anillo colector, de la manera más eficiente posible.
En el documento JP H07 123648 A, para evitar cortocircuitos entre carriles conductores y descargas eléctricas y para facilitar y la refrigeración de la superficie del conmutador sin sacrificar el espacio de mantenimiento, se propone un procedimiento en el que se evita la dispersión del polvo de carbón. Una caja hueca se compone de material aislante, estando prevista en la caja en su dirección axial en el centro una placa de separación vertical para formar una cámara de entrada de aire y una cámara de extracción de aire. En la superficie de la base de la cámara de entrada de aire, está configurado un orificio en la posición que se corresponde con la posición de una de las hendiduras de unión de un conmutador en el lado de guía del centro y, en la superficie de la base de la cámara de salida de aire, está configurado un orificio en la posición que se corresponde con una de las hendiduras de unión del conmutador que se encuentra en el lado opuesto de guía del centro. Por otro lado, un tubo de abastecimiento de aire refrigerante y un rubo de salida de aire están conectados con las superficies superiores de la cámara de abastecimiento de aire o la cámara de salida de aire. Además, está previsto un agente de retención de portaescobillas que retiene el portaescobillas.
Por el documento DE 102010 016930 A1, se conoce una máquina eléctrica rotativa para vehículos que posee un rotor, un estátor, un bastidor delantero y un bastidor trasero que soportan el rotor y el estátor. Además, está prevista una unidad de escobillas que aloja una pareja de escobillas y cubre los anillos colectores, así como un convertidor de potencia que realiza un funcionamiento de conversión de la fuerza electromotriz de corriente alterna inducida en un devanado del estátor en corriente continua y/o un funcionamiento de conversión de la potencia de corriente continua almacenada en una batería en corriente alterna para la alimentación del devanado del estátor, además de una cubierta posterior que cubre el convertidor de potencia, así como un canal de entrada de aire refrigerante que establece la conexión entre un lado exterior de la cubierta posterior y la unidad de escobillas. La unidad de escobillas posee una abertura que está prevista en el lado del ventilador de refrigeración, así como una abertura que está prevista en un extremo del canal de entada de aire refrigerante.
En el documento JP 2002 130192 A, para la refrigeración de un conmutador y una escobilla mediante un soplador de aire accionado por motor, se propone que, en el soplador de aire accionado por motor, con un rotor fijado a un eje de rotor y un estátor, se disponga un elemento pasante para introducir directamente una parte del aire exterior soplado por un soplador de aire en las proximidades del conmutador. Opuestamente al rotor, está dispuesto el conmutador en un eje de rotor y dirige la energía eléctrica hacia una bobina del rotor, girando el soplador de aire junto con el eje de rotor.
Por el documento DE 853 474 C, se conoce una máquina eléctrica con conmutador y ventilador incorporado que transporta el aire refrigerante por medio del conmutador a través de la máquina hacia las aberturas de salida de la carcasa, estando configurado el puente de escobillas como dispositivo conductor a través del cual llega al conmutador el aire refrigerante que entra a través de las aberturas frontales de la carcasa.
La invención se basa en el objetivo de mejorar una unidad de anillo colector de tal modo que, de manera sencilla y económica, permita una distribución uniforme de la temperatura de la unidad de anillo colector y, por tanto, una refrigeración lo más efectiva posible de la máquina eléctrica.
Este objetivo se consigue mediante una unidad de anillo colector con las características indicadas en la reivindicación 1.
La invención se basa en el conocimiento de que el comportamiento térmico de una máquina eléctrica se puede optimizar previéndose específicamente conductos de aire refrigerante para guiar de manera específica aire refrigerante hacia escobillas de anillo colector que se pueden disponer en el dispositivo portaescobillas. Mediante tales conductos de aire refrigerante se puede optimizar el comportamiento térmico de la unidad de anillo colector y, por tanto, también de la máquina eléctrica, de tal modo que la unidad de anillo colector se pueda escoger más pequeña de lo que sería el caso sin un sistema de refrigeración activo, que sería proporcionado por los conductos de aire refrigerante sobre o en el dispositivo portaescobillas. El esfuerzo adicional en conductos de aire refrigerante requiere a este respecto costes de material reducidos, en contraposición a los elevados costes de material derivados de un mayor dimensionamiento exterior de la máquina eléctrica completa. Mediante la refrigeración específica de las escobillas de anillo colector, se produce una clara reducción de las temperaturas en esta zona, de tal modo que la menor temperatura permite menores tamaños de construcción de la unidad de anillo colector y de los componentes directamente adyacentes. Además, el cuerpo de anillo colector o la unidad de anillo colector puede funcionar con más escobillas por fase, lo cual es difícilmente posible, por no decir imposible, sin la refrigeración activa y directa de las escobillas. Así, con igual nivel de potencia son posibles tamaños de construcción más pequeños.
Formas de diseño ventajosas se presentan en las reivindicaciones dependientes.
Una alimentación específica de una corriente de aire refrigerante hacia zonas muy cargadas desde el punto de vista del calor de la unidad de anillo colector, en particular en la zona de las escobillas de anillo colector, tiene lugar específicamente por que el dispositivo portaescobillas presenta canales de aire refrigerante que en cada caso presentan al menos una abertura de entrada para la captación de aire refrigerante y en cada caso al menos una abertura de salida de aire para la alimentación de aire refrigerante almacenado en los canales de aire a través de los conductos de aire refrigerante conectados con las aberturas de salida de aire a los cepillos de anillo colector que se pueden disponer en cada caso en bolsas de escobilla. De esta manera, se produce una cooperación específica de los conductos de aire refrigerante con canales de aire refrigerante dispuestos en el dispositivo portaescobillas.
La corriente de aire refrigerante se consigue de manera sencilla y con poco esfuerzo porque la unidad de anillo colector presenta un ventilador y/o se puede acoplar con un ventilador. A este respecto, el ventilador de la máquina eléctrica, que está presente en particular en cualquier caso, está previsto para generar un caudal de aire para la refrigeración del dispositivo portaescobillas.
La corriente de aire refrigerante se consigue ventajosamente porque la unidad de anillo colector presenta una carcasa de anillo colector, presentando la carcasa de anillo colector una abertura de entrada de aire para la alimentación de aire refrigerante por medio de un canal de entrada de aire hacia el canal de aire refrigerante.
El canal de aire refrigerante se crea así, sin gran esfuerzo adicional, de manera sinérgica, configurándose el canal de aire refrigerante como parte de un puente de escobillas. Tal puente de escobillas se requiere ya generalmente para conectar los portaescobillas individuales.
Esta doble funcionalidad en forma de un acoplamiento mecánico y también como alimentación de aire selectiva se garantiza de manera sencilla presentando el puente de escobillas una primera zona parcial para el cableado eléctrico de las escobillas de anillo colector y una segunda zona parcial que actúa como canal de aire refrigerante.
A continuación, se describe y explica con más detalle la invención con ayuda de los ejemplos de realización representados en las figuras.
Muestran:
la Figura 1 un fragmento de una unidad de anillo colector con sistema de refrigeración activo,
la Figura 2 una unidad de anillo colector con sistema de refrigeración activo en una vista de conjunto y
la Figura 3 una vista detallada de un dispositivo portaescobillas con canal de aire refrigerante y correspondientes conductos de aire refrigerante.
La figura 1 muestra un fragmento de una unidad de anillo colector 1 con sistema de refrigeración activo, La unidad de anillo colector 1 se compone esencialmente de una carcasa de anillo colector 12 en la que están dispuestos un dispositivo portaescobillas 2 y un ventilador 9. La carcasa de anillo colector 12 presenta en la zona delantera una abertura de entrada de aire 8 que está acoplada operativamente por medio de un canal de entrada de aire 7 con un canal de aire refrigerante 6 de un puente de escobillas 13.
La particularidad de la unidad de anillo colector con sistema de refrigeración activo mostrada en la figura 1 consiste en que, en la unidad de anillo colector 1, no se efectúa una refrigeración específica de las escobillas de anillo colector, no mostradas en el detalle de la figura 1, en aras de una mayor claridad. Para ello, se conduce específicamente aire refrigerante a través de la abertura de entrada de aire 8, así como de los canales de entrada de aire 7, conectados con ella, en el canal de aire refrigerante 6 del puente de escobillas 13. Este caudal de aire refrigerante se transmite luego por medio de aberturas de salida de aire 10 en el canal de aire refrigerante 6 y los conductos de aire refrigerante 3 conectados con las aberturas de salida de aire 10 (véase también figura 3). Los conductos de aire refrigerante 3 dirigen esta corriente de aire refrigerante directamente a las escobillas de anillo colector, no representadas en la figura 1. Así, se genera un sistema activo de refrigeración en cooperación con el ventilador 9 que sirve esencialmente para la extracción del aire, de tal modo que se evitan sobrecalentamientos y también se consiguen para todos los estados de funcionamiento intervalos de temperatura admisibles.
El aire frío se aspira, por tanto, por un lado, a través de las aberturas de aire refrigerante de la unidad de anillo colector 1. La segunda vía se forma por medio de los canales de entrada de aire 7, que son abastecidos por medio de aberturas de aire refrigerante propias en forma de la entrada de aire 8 en la unidad de anillo colector 1. Debido a estos canales adicionales independientes en el puente de escobillas 13, cada una de las escobillas pueden abastecerse desde ellos también individualmente con aire refrigerante. Para ello sirven los propios tubos de aire refrigerante en forma de conductos de aire refrigerante 3.
En el ejemplo de realización de la figura 1, la alimentación de aire refrigerante se efectúa por medio del canal de aire refrigerante 6 integrado en el puente de escobillas 13. Alternativamente, también podría integrarse un abastecimiento activo de aire refrigerante en la cápsula de anillo colector y no el puente de escobillas 13. Con ayuda de estas guías de aire refrigerantes, el aire refrigerante puede dirigirse ahora directamente en cada punto de contacto de cada escobilla de anillo colector en todo el sistema. De esta manera, las superficies de las partes críticas se sitúan directamente en la corriente de aire frío alimentada. Esto se ve reforzado por el ventilador radial 9 incluido de manera estándar en la unidad de anillo colector 1. El aire refrigerante es guiado así directamente en los puntos "calientes" del sistema, es decir, en las escobillas de anillo colector. El aire calentado es ahora aspirado por el ventilador de anillo colector 9 y evacuado por la corriente de aire a través de la carcasa de ventilador fuera del espacio del anillo colector hacia el entorno. Así, las escobillas de anillo colector de la unidad de anillo colector 1 se refrigeran directamente. Las superficies de rodadura del anillo colector y las temperaturas de las escobillas permanecen mediante estas medidas en un intervalo de temperatura adecuado para el correcto funcionamiento, protegiéndose así contra sobrecalentamientos. Así, se pueden utilizar componentes considerablemente más pequeños y baratos y, sin embargo, el funcionamiento sin problemas sigue estando garantizado.
La figura 2 muestra una unidad de anillo colector 1 con sistema de refrigeración activo en una vista de conjunto. A este respecto, se utilizan de nuevo las referencias ya introducidas en relación con la figura 1, de tal modo que, para evitar repeticiones, se remite a la anterior descripción de la figura 1. En la figura 2, se observa de nuevo la cooperación con el ventilador 9, que, a través de una salida de aire 15, transporta el aire calentado fuera de la carcasa 12 de la unidad de anillo colector 1.
La figura 3 muestra una vista detallada de un dispositivo portaescobillas 2 con canal de aire refrigerante 6 y correspondientes conductos de aire refrigerante 3. De nuevo se utilizan las referencias ya introducidas en relación con las figuras 1 y 2. A partir de esta vista detallada de la figura 3, se observa en particular que el canal de aire refrigerante 6 presenta una primera zona parcial 14 para el cableado eléctrico de la escobilla de anillo colector, que está dispuesta en la zona de un bolsillo de escobilla 4, así como una segunda zona parcial que actúa como canal de aire refrigerante 6.
En resumen, la invención se refiere a una unidad de anillo colector 1 para una máquina eléctrica, estando prevista la unidad de anillo colector 1 para el alojamiento de un dispositivo portaescobillas 2. Para una refrigeración segura y efectiva de escobillas de anillo colector que se pueden disponer en el dispositivo portaescobillas 2, se propone que el dispositivo portaescobillas 2 presente conductos de aire refrigerante 3 para la alimentación específica de aire refrigerante a las escobillas de anillo colector que se pueden disponer en el dispositivo portaescobillas 2. El dispositivo portaescobillas 2 presenta canales de aire refrigerante 6 que en cada caso presentan al menos una abertura de entrada de aire 11 para la captación de aire refrigerante y en cada caso al menos una abertura de salida de aire 10 para la alimentación de aire refrigerante almacenado en los canales de aire a través de los conductos de aire refrigerante 3 conectados con las aberturas de salida de aire 10 a los cepillos de anillo colector que se pueden disponer en cada caso en bolsas de escobilla 4 del dispositivo portaescobillas 2.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Unidad de anillo colector (1) para una máquina eléctrica, estando prevista la unidad de anillo colector (1) para el alojamiento de un dispositivo portaescobillas (2),
presentando el dispositivo portaescobillas (2) conductos de aire refrigerante (3) para la alimentación selectiva de aire refrigerante a escobillas de anillo colector, que se pueden disponer en el dispositivo portaescobillas (2),
presentando el dispositivo portaescobillas (2) canales de aire refrigerante (6) cada uno de los cuales presenta al menos una abertura de entrada de aire (11) para la captación de aire refrigerante y cada uno de ellos al menos una abertura de salida de aire (10) para la alimentación de aire refrigerante almacenado en los canales de aire refrigerante (6), a través de los conductos de aire refrigerante (3) conectados a las aberturas de salida de aire (10), a las escobillas de anillo colector que se pueden disponer cada una de ellas en bolsas de escobilla (4) del dispositivo portaescobillas (2),
caracterizada
por que la unidad de anillo colector (1) presenta un ventilador (9) y/o se puede acoplar con un ventilador (9),
por que el ventilador (9) está previsto para generar un caudal de aire con el fin de refrigerar el dispositivo portaescobillas (2) como sistema de refrigeración activo,
por que el canal de aire refrigerante (6) está configurado como parte de un puente de escobillas (13),
por que el puente de escobillas (13) presenta una primera zona parcial para el cableado eléctrico del cepillo de anillo colector y una segunda zona parcial que actúa como canal de aire refrigerante (6), y
por que el puente de escobillas (13) presenta las aberturas de salida de aire (10) para la conexión de los conductos de aire refrigerante (3) con las escobillas de anillo colector que pueden disponerse cada una de ellas en bolsas de escobilla (4) del dispositivo portaescobillas (2).
2. Unidad de anillo colector (1) según la reivindicación 1,
presentando la unidad de anillo colector (1) canales de entrada de aire (7) que son abastecidos por medio de aberturas de aire refrigerante propias en forma de abertura de entrada de aire (8) en el anillo colector (1), estando previstos los conductos de aire refrigerante (3) para abastecer a cada una de las escobillas de anillo colector con aire refrigerante.
3. Unidad de anillo colector (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2,
generándose un sistema activo de refrigeración en cooperación con el ventilador (9), que sirve esencialmente para la extracción del aire calentado.
4. Unidad de anillo colector (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
presentando la unidad de anillo colector (1) una carcasa de anillo colector (12), presentando la carcasa de anillo colector (12) la abertura de entrada de aire (8) para la alimentación de aire refrigerante por medio de un canal de entrada de aire (7) hacia el canal de aire refrigerante (6).
5. Máquina eléctrica con una unidad de anillo colector (1), según una de las reivindicaciones anteriores.
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