BR112020026884B1 - Anel coletor, unidade de anel coletor, máquina elétrica, e, turbina eólica - Google Patents

Abstract

ANEL COLETOR, UNIDADE DE ANEL COLETOR, MÁQUINA ELÉTRICA, E, TURBINA EÓLICA. A invenção se refere a um anel coletor (1), uma unidade de anel coletor (17) e uma máquina elétrica compreendendo um tal anel coletor (5). O anel coletor (1) é usado para transmitir energia elétrica de uma unidade estacionária (13) para uma área de contato por meio de um elemento de anel coletor eletricamente condutor (11). A área de contato (5) tem pelo menos um recesso (7) em uma direção tangencial (t). O recesso (7) ou camadas de isolamento (9) dispostas entre as áreas de contato (5) têm pelo menos uma projeção (8), em que as projeções (8) produzem um fluxo de ar (15) para resfriar a área de contato (5) e/ou o elemento de anel coletor (11), em particular durante um movimento rotacional do anel coletor (1). A fim de melhorar o fluxo de ar (15), aberturas (10) são introduzidas nas superfícies anulares (12), que sã formadas por um raio elevado da área de contato (5) em comparação com as regiões de isolamento dispostas adjacentemente (19). As aberturas (10) são preferencialmente usadas para transferir o fluxo de ar (15) para dentro do respectivo recesso (7). Em virtude das características da invenção, grandes quantidades de energia elétrica podem ser transmitidas com uma construção compacta do anel coletor (1). O anel coletor (1) é, por conseguinte,(...).

Description

Descrição

[001] A invenção se refere a um anel coletor e uma unidade de anel coletor. A invenção se refere adicionalmente a uma máquina elétrica e a uma turbina eólica.

[002] Geradores para turbinas eólicas às vezes compreendem bobinas no rotor e no estator. Em geral, as bobinas no rotor são supridas com energia elétrica por intermédio de anéis coletores.

[003] Anéis coletores são expostos a altas cargas de corrente, em particular durante a transmissão de energias elétricas na faixa de Megawatt. Uma carga térmica intensa resulta dessas altas cargas de corrente.

[004] A fim de reduzir a carga térmica, os anéis coletores ou as unidades de anel coletor (o anel coletor tendo um arranjo estacionário correspondente) podem ser incorporados maiores. Todavia, em particular em uma turbina eólica, isso é quase impossível.

[005] Por conseguinte, o documento EP 3 322 047 A1 propõe uma unidade de anel coletor tendo um segmento de isolamento de ventoinha.

[006] A patente alemã não examinada DE 25 29 519 A1 se refere a um anel coletor resfriado a ar, que é cominado de discos anulares individuais que são dispostos espaçados uns dos outros e passagens que são dispostas niveladas umas com relação às outras são incluídas nos ditos discos anulares e ditas passagens formam dutos de resfriamento que se estendem axialmente a partir de pelo menos uma face de extremidade.

[007] O modelo de utilidade DE 77 34 576 U1 se refere a um arranjo de anel coletor para uma máquina elétrica. O corpo do anel coletor compreende um anel coletor e também um anel de suporte e espaçadores que conectam esse anel coletor e anel de suporte. O anel coletor é provido com ranhuras anulares ou helicoidais que chegam às aberturas de passagem de ar, que são paralelas ao eixo.

[008] O objetivo da invenção é o de prover um anel coletor ou uma unidade de anel coletor, que pode ser incorporado de uma maneira compacta e pode simultaneamente transferir grandes quantidades de energia elétrica.

[009] Esse objetivo é alcançado com um anel coletor de acordo com a reivindicação 1 e também com uma unidade de anel coletor de acordo com a reivindicação 7. Além disso, uma máquina elétrica conforme definida na reivindicação 8 e uma turbina eólica conforme definida na reivindicação 9 alcançam esse objetivo.

[0010] Modalidades e desenvolvimentos vantajosos da invenção são a matéria das reivindicações dependentes.

[0011] A invenção é baseada na idéia de que um fluxo de ar é transportado na direção axial através de aberturas no anel coletor e é transportado para fora através de aberturas, para fora do anel coletor, na direção radial. O fluxo de ar neste caso flui no lado interno do recesso do anel coletor e absorve energia térmica. Além disso, o fluxo de ar radial pode ser usado de forma a resfriar os elementos de anel coletor. É particularmente vantajoso nesse caso que o fluxo de ar que se estende na direção radial pode resfriar os elementos de anel coletor particularmente efetivamente. O fluxo de ar que se estende na direção radial é adicionalmente usado para resfriar superfícies laterais dos elementos de anel coletor. O fluxo de ar, que é transportado para fora na direção radial, é preferivelmente incorporado de forma a resfriar elementos de anel coletor. Os elementos de anel coletor são vantajosamente resfriados a partir do lado inferior.

[0012] Os elementos de anel coletor são particularmente bem resfriados pelo fluxo de ar que se estende radialmente para fora. O anel coletor, para essa finalidade, tem áreas de contato, em que as áreas de contato podem, cada uma, ser incorporadas de uma maneira essencialmente cilíndrica e têm, cada uma, um recesso em sua superfície de contato. A superfície de contato é preferivelmente disposta na superfície periférica da área de contato cilíndrica. Além disso, o resfriamento da área de contato é pelo menos indiretamente melhorado por intermédio do resfriamento dos elementos de anel coletor eletricamente condutores. Um resfriamento melhorado do anel coletor torna possível prover um tipo de construção mais compacto do anel coletor ou da unidade de anel coletor.

[0013] O anel coletor é usado em particular de forma a transmitir energia elétrica para um eixo montado rotativamente, preferivelmente em uma turbina eólica. O anel coletor tem pelo menos uma área de contato e pelo menos duas áreas de isolamento, em que as áreas de isolamento e a pelo menos uma área de contato são dispostas adjacentes entre si na direção axial, em que a área de contato tem a superfície de contato pelo menos na direção que é voltada radialmente para fora, em que a área de contato tem pelo menos um recesso na região da superfície de contato, - em que o recesso tem projeções no lado interno, - e/ou o recesso é interrompido na direção tangencial.

[0014] A respectiva área de isolamento é preferivelmente produzida de plástico. A respectiva área de contato é preferivelmente produzida essencialmente de um metal que conduz eletricidade efetivamente, tal como aço inoxidável, cobre ou bronze.

[0015] A área de contato preferivelmente tem a superfície de contato na superfície periférica de dita área de contato. Alternativamente ou adicionalmente, a superfície de contato pode ser disposta em uma área anular da respectiva face de extremidade da área de contato.

[0016] O respectivo recesso é preferivelmente incorporado de uma maneira radialmente simétrica e tem uma profundidade que se estende pelo menos tão longe na área de contato de forma que as aberturas conduzam para dentro do recesso. É preferido que o recesso, pelo menos em áreas, tenha uma largura na direção axial de um quarto a um terço da largura da superfície de contato. É preferido que o recesso seja disposto no centro axial da superfície de contato.

[0017] As projeções podem ser incorporadas na superfície periférica da respectiva área de contato. As projeções podem ser incorporadas, em uma modalidade, como uma interrupção do recesso na direção tangencial. As projeções e as interrupções do respectivo recesso preferivelmente têm o mesmo efeito, nomeadamente, o de prover um fluxo de ar na direção radial. O fluxo de ar é usado em particular para resfriar os elementos de anel coletor.

[0018] É preferido que, durante a produção do anel coletor, as áreas de isolamento e as áreas de contato sejam dispostas uma em cima da outra. É preferido que a respectiva área de contato seja pelo menos em parte coberta em sua respectiva face de extremidade por uma área de isolamento. A parte anular em cada caso não coberta é referida aqui como uma superfície anular.

[0019] É preferido que as projeções sejam dispostas no recesso de uma tal maneira que ditas projeções induzam um fluxo de ar na direção que é voltada radialmente para fora durante um movimento rotacional do anel coletor.

[0020] O anel coletor preferivelmente compreende elementos de contato. Os elementos de contato são preferivelmente dispostos em uma face de extremidade do anel coletor. Os elementos de contato são preferivelmente conectados à correspondente superfície de contato de uma maneira eletricamente condutora.

[0021] A área de contato pode ser incorporada, em cada caso, para a finalidade de receber energia elétrica a partir de um elemento de anel coletor eletricamente condutor. O elemento de anel coletor eletricamente condutor é incorporado como uma escova, por exemplo. O elemento de anel coletor eletricamente condutor é provido de forma a transmitir a energia elétrica a partir de um arranjo estacionário.

[0022] O elemento de anel coletor eletricamente condutor pode ser resfriado pela invenção com a ajuda de um fluxo de ar a partir do lado que contata a pista de contato.

[0023] Além disso, é possível omitir um arranjo de ventilação forçada.

[0024] O resfriamento aprimorado torna possível que o anel coletor seja incorporado como componente menor e mais compacto e, por conseguinte, mais leve.

[0025] Em uma modalidade vantajosa da invenção, a respectiva projeção é provida de forma a prover um fluxo de ar na direção radial.

[0026] A área conformada é usada durante um movimento rotacional do anel coletor para gerar o fluxo de ar a fim de resfriar um elemento de anel coletor, que transmite energia elétrica para a respectiva área de contato. Como um resultado do vantajoso arranjo da área conformada no interior do recesso, o fluxo de ar se estende a partir de baixo ao lado inferior e as superfícies laterais dos elementos de anel coletor.

[0027] Em outra modalidade vantajosa da invenção, o respectivo recesso está posicionado na área do centro axial da superfície de contato.

[0028] O recesso é preferivelmente disposto na área do centro ou no centro da largura que se estende axialmente da superfície de contato.

[0029] Como um exemplo, o recesso tem uma largura de aproximadamente um terço da largura da superfície de contato.

[0030] Como um resultado do arranjo central do recesso, o fluxo de ar escoa particularmente uniformemente através do recesso e para o centro dos respectivos elementos de anel coletor. É preferido que os elementos de anel coletor sejam incorporados de uma maneira em duas partes, em particular providas com um recesso. Alternativamente, os elementos de anel coletor são incorporados por elementos de anel coletor, que são espaçados uns dos outros. O fluxo de ar escoa nessa modalidade preferivelmente entre os elementos de anel coletor.

[0031] Como uma consequência, os elementos de anel coletor são consequentemente resfriados pelo fluxo de ar fluindo pelo lado que, em cada caso, está voltado para o outro lado. O anel coletor é também consequentemente resfriado mais eficientemente como um resultado da superfície aumentada.

[0032] Como um resultado do arranjo do recesso no centro da superfície de contato, é possível resfriar a superfície de contato e o pelo menos um elemento de anel coletor de uma maneira particularmente uniforme.

[0033] É preferido que um anel coletor tenha três áreas de contato para três fases elétricas. As áreas de contato são separadas umas das outras, em cada caso, por uma área de isolamento. Em particular, uma área de isolamento é posicionada entre uma primeira área de contato e uma segunda área de contato de forma a espaçar as duas áreas de contato, em que a área de isolamento é incorporada em particular de forma a isolar eletricamente as áreas de contato umas das outras.

[0034] O raio da respectiva área de contato é maior do que o raio da respectiva área de isolamento.

[0035] É preferido que tanto a respectiva área de contato quanto a respectiva área de isolamento sejam essencialmente incorporadas como cilíndricas. As partes da respectiva área de contato, que, em cada caso, estão situadas radialmente no exterior, são aqui referidas como superfícies anulares.

[0036] A respectiva superfície anular preferivelmente tem um vetor normal que está voltado na direção axial.

[0037] As superfícies anulares não são cobertas, graças à modalidade das áreas de isolamento tendo um menor raio do que as áreas de contato e as superfícies anulares podem ser resfriadas mais eficientemente por um fluxo de ar.

[0038] A área de contato tem aberturas, em que as aberturas são, cada uma, dispostas em uma superfície anular, em que as aberturas conduzem para dentro dos respectivos recessos.

[0039] As aberturas são preferivelmente incorporadas de uma tal maneira que ditas aberturas incorporem um duto para o fluxo de ar para dentro do recesso.

[0040] As aberturas são, consequentemente, usadas em particular para a transferência do fluxo de ar ao interior do recesso.

[0041] É preferido que as duas superfícies anulares da respectiva área de contato tenham aberturas. As aberturas são vantajosamente posicionadas em cada caso nas mesmas posições da respectiva superfície anular. As aberturas se estendem através da área de contato, preferivelmente na direção axial. Um fluxo de ar que se estende na direção axial pode, por conseguinte, ser guiado através das aberturas para dentro do recesso. O fluxo de ar que escoa através da abertura para dentro do recesso pode escolar para fora do recesso na direção radial, como um resultado da conexão da abertura e do recesso. É preferido que as duas superfícies anulares da respectiva área de contato sejam providas com aberturas. As aberturas podem ser posicionadas, nesse caso, nas mesmas posições tangenciais.

[0042] As aberturas se estendem, em cada caso, com uma leve inclinação com relação à direção axial.

[0043] É preferido que as aberturas, que se estendem essencialmente axialmente, sejam orientadas de uma maneira inclinada na direção tangencial. Uma inclinação de aproximadamente 5 graus a 45 graus é incorporada com relação à normal da respectiva superfície anular. A respectiva abertura pode, por conseguinte, ser usada de forma a prover um fluxo de ar para dentro do recesso.

[0044] As superfícies anulares são preferivelmente as superfícies anulares, que se estendem radialmente, que são incorporadas graças a um maior diâmetro da pista de contato do que a superfície periférica do anel coletor remanescente.

[0045] Em particular, as aberturas, que são incorporadas de uma maneira não ortogonal com relação à superfície anular, são usadas de forma a melhorar o fluxo de ar, que é voltado radialmente para fora.

[0046] As aberturas, consequentemente, melhoram consideravelmente o procedimento de resfriamento do anel coletor ou da unidade de anel coletor.

[0047] Em outra modalidade vantajosa da invenção, pelo menos uma área de isolamento tem projeções ou áreas conformadas.

[0048] As projeções ou áreas conformadas são usadas preferivelmente para gerar ou para suportar o fluxo de ar na direção axial.

[0049] Uma área conformada, que é disposta em uma área de isolamento pode ser orientada voltada para dentro. Uma tal área de isolamento pode ser incorporada como uma ventoinha.

[0050] As projeções e/ou áreas conformadas são usadas preferivelmente de forma a melhorar o resfriamento.

[0051] Em outra modalidade vantajosa da invenção, o anel coletor é incorporado de forma a transmitir uma energia elétrica de pelo menos 100 Quilowatt, em particular 1 Megawatt.

[0052] A energia elétrica, que é transmitida, é vantajosamente distribuída sobre três áreas de contato. Além disso, uma pluralidade de elementos de anel coletor eletricamente condutores podem ser aplicados à respectiva área de contato.

[0053] É vantajoso resfriar o anel coletor e/ou a unidade de anel coletor de forma a transmitir tais grandes quantidades de energia elétrica.

[0054] Em outra modalidade vantajosa da invenção, uma ventoinha é disposta, pelo menos, em um lado do anel coletor, em que a ventoinha é disposta, em cada caso, de uma maneira não rotativa, no lado do anel coletor.

[0055] A pelo menos uma ventoinha pode também ser espaçada do anel coletor fixado no eixo.

[0056] A pelo menos uma ventoinha é usada preferivelmente de forma a gerar um fluxo de ar, em particular um fluxo de ar axial. O fluxo de ar preferivelmente se estende em uma direção axial ao longo da superfície periférica do anel coletor. O fluxo de ar preferivelmente flui através das aberturas para dentro do recesso. O fluxo de ar é guiado pelo menos em parte na direção radial para os elementos de anel coletor eletricamente condutores e/ou para o arranjo estacionário. O fluxo de ar no interior do recesso é usado em particular de forma a resfriar a respectiva área de contato.

[0057] A projeção pode conduzir à divisão de um recesso em uma pluralidade de recessos, que são dispostos tangencialmente adjacentes uns aos outros. Um lado da respectiva projeção preferivelmente forma uma parte da superfície de contato. É preferido que as projeções sejam dispostas na área de isolamento.

[0058] É preferido que a respectiva projeção seja incorporada de uma tal maneira que a área de contato tenha dois discos de cobertura, em que o respectivo disco de cobertura tem, rebaixada, uma parte de sua superfície periférica e o recesso é incorporado pela união conjunta dos respectivos discos. Nesse caso, os discos de cobertura são preferivelmente unidos conjuntamente de uma tal maneira que o recesso seja alocado aos dois discos de cobertura.

[0059] Alternativamente, é possível que o respectivo disco de cobertura não tenha um recesso e, em cada caso, se una a uma face de extremidade de uma camada intermediária. Nesse caso, a camada intermediária tem o pelo menos um recesso. A camada intermediária pode ter uma superfície periférica tendo um menor diâmetro do que a camada de cobertura, em que as projeções são preferivelmente dispostas na superfície periférica de a camada intermediária. A respectiva projeção pode atingir as áreas para o diâmetro da respectiva camada de cobertura e, por conseguinte, divide o recesso em uma pluralidade de recessos tangencialmente espaçados.

[0060] Como um resultado do recesso ser interrompido de uma maneira tangencial pela respectiva área conformada, é possível gerar um fluxo de ar tendo uma densidade de fluxo particularmente elevada.

[0061] A unidade de anel coletor tem um arranjo estacionário para guiar e/ou reter elementos de anel coletor eletricamente condutores, em particular escovas, para a transmissão por contato rotativa de energia elétrica, e um anel coletor acima descrito, em que pelo menos um elemento de anel coletor é incorporado de forma a transmitir a energia elétrica para uma das camadas de contato do anel coletor.

[0062] A unidade de anel coletor preferivelmente compreende uma pluralidade de elementos de anel coletor, cada um dos quais está em contato operativo com a superfície de contato ou a área de contato. Os elementos de anel coletor são preferivelmente incorporados como escovas. Os elementos de anel coletor são usados de forma a prover a energia elétrica, que é transmitida para a respectiva pista de contato.

[0063] O anel coletor torna possível resfriar os elementos de anel coletor de uma maneira melhor através do recesso em conjunção com as áreas conformadas. Por conseguinte, é possível que a unidade de anel coletor seja construída de uma maneira particularmente compacta.

[0064] Em uma outra modalidade vantajosa da invenção, o anel coletor tem elementos de contato, em que os elementos de contato tornam possível prover uma conexão elétrica de, por exemplo, enrolamentos em um rotor. Os elementos de contato são eletricamente conectados à respectiva área de contato.

[0065] A máquina elétrica é incorporada em particular como um gerador para uma turbina eólica. A máquina elétrica tem um anel coletor, que é descrito acima ou uma unidade de anel coletor, que é descrita acima.

[0066] É preferido que o anel coletor, que é descrito aqui, seja usado em uma turbina eólica, um motor industrial, ou um acionamento para a indústria pesada. É preferido que uma máquina elétrica, que é descrita aqui, seja usada como um acionamento no setor de mineração, em sistemas de propulsão de navios ou no setor da produção de petróleo.

[0067] A invenção é adicionalmente descrita e explicada abaixo com referência às figuras. As características que são ilustradas nas figuras podem ser combinadas dentro do escopo da invenção para formar novas modalidades da invenção. As modalidades que são ilustradas nas figuras não limitam de forma alguma a invenção. Nos desenhos: a figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma unidade de anel coletor, a figura 2 mostra um anel coletor de exemplo, a figura 3 mostra uma área de contato tendo recessos, a figura 4 mostra uma vista secional de um possível anel coletor, a figura 5 mostra uma outra vista secional, e também a figura 6 mostra uma outra vista secional.

[0068] A figura 1 ilustra um diagrama esquemático de uma unidade de anel coletor 17. A unidade de anel coletor 17 compreende um anel coletor 1, um elemento de anel coletor eletricamente condutor 11 e um arranjo estacionário 13. O anel coletor 1 é posicionado em um eixo 3 e é rotativamente montado com o eixo 3. O anel coletor 1 compreende áreas de contato 5 e áreas de isolamento 9. As áreas de contato 5 têm em sua superfície periférica duas superfícies de contato 5a. As superfícies de contato 5a da respectiva área de contato 5 são separadas pelo menos em áreas pelo recesso 7. O recesso 7 é disposto no centro da respectiva pista de contato 5, nesse caso. Projeções 8 no respectivo recesso 7 não são ilustradas por razões de clareza.

[0069] Nas figuras que são descritas abaixo, o caractere de referência z se refere à direção axial, o caractere de referência r se refere à direção radial e o caractere de referência t se refere à direção tangencial.

[0070] Na modalidade, que é ilustrada nesse caso, o anel coletor 1 compreende três áreas de contato 9 e quatro áreas de isolamento 9, em que a respectiva área de contato 5 se une à sua respectiva face de extremidade sobre uma área de isolamento 9. As áreas de contato 5 e as áreas de isolamento 9 são fixadas de uma maneira não rotativa na direção axial z ao eixo 3.

[0071] Em geral, pelo menos um elemento de anel coletor é usado para cada área de contato 5 de forma a transmitir energia elétrica para a superfície de contato 5a e, por conseguinte, para a área de contato. Cada respectivo elemento de anel coletor 11 é posicionado a partir de um arranjo estacionário de forma que o elemento de anel coletor 11 contate a correspondente superfície de contato 5a. O elemento de anel coletor 11, nesse caso, tem um recesso. O elemento de anel coletor 11 pode também ser incorporado de uma maneira em duas partes. É preferido que o fluxo de ar 15 também se estenda entre os elementos de anel coletor 11 (incorporados de uma maneira em duas partes) ou através do recesso do elemento de anel coletor 11.

[0072] O arranjo estacionário 13 é usado de forma a reter o elemento de anel coletor 11. O elemento de anel coletor 11 contata uma correspondente pista de contato 5 durante a operação. O elemento de anel coletor 11 é preferivelmente incorporado como uma escova e é usado de forma a transmitir energia elétrica para o anel coletor.

[0073] A figura 2 ilustra um anel coletor de exemplo 1. O anel coletor tem três áreas de contato 5. Em cada caso, áreas de isolamento 9 são dispostas adjacentes entre si na direção axial z entre as áreas de contato 5. As camadas de isolamento 9 são usadas de forma a isolar eletricamente e termicamente as áreas de contato 5 umas das outras. A camada de isolamento é adicionalmente usada de maneira a estabilizar o anel coletor 1 de forma que as áreas de contato 5 incluam uma distância definida umas com relação às outras. As áreas de contato 5 e as áreas de isolamento 9 são fixadas entre si na direção axial z. As áreas de contato 5 têm um maior raio do que as áreas de isolamento 9 de forma que as áreas de contato 5, em cada caso, incorporem uma superfície anular 12 na parte não coberta de sua face de extremidade. A superfície anular 12 se projeta na direção radial r sobre a superfície periférica da respectiva camada de isolamento 9.

[0074] As superfícies anulares 12 têm aberturas 10, em que as aberturas 10 incorporam uma passagem para os recessos 7. As aberturas 10 são dispostas espaçadas umas das outras na direção tangencial t. Os recessos 7 da respectiva área de contato 5 são interrompidos. As interrupções que interrompem o recesso na direção tangencial t operam como uma projeção 8. A respectiva projeção 8 ou a respectiva interrupção é usada de forma a prover um fluxo de ar 15 na direção radial r.

[0075] As aberturas 10 na respectiva superfície anular 12 são usadas de modo a transferir um fluxo de ar 15 (ilustrado por uma seta na figura 5) para dentro da respectiva parte do recesso 7. É preferido que as aberturas 10 sejam posicionadas de uma tal maneira que o fluxo de ar 15 possa fluir ou escoar através das aberturas 10, através da área de contato 5 e do recesso 7. A esse respeito, as aberturas 10 não são preferivelmente dispostas deslocadas na direção tangencial t.

[0076] O anel coletor 1 tem elementos de contato 4 em uma face de extremidade. Os elementos de contato são eletricamente conectados à respectiva área de contato 5. A conexão elétrica preferivelmente conduz através da área de isolamento 9.

[0077] A figura 3 ilustra uma área de contato 5 tendo recessos 7. A área de contato 5 compreende uma camada intermediária 9a, que é ilustrada de uma maneira sombreada. Além disso, a figura 3 indica uma camada de cobertura 9b. A camada intermediária 9a compreende recessos 7 na direção tangencial t. As projeções 8 ou interrupções 8 são usadas de modo a interromper o recesso 7 na direção tangencial t. A camada intermediária 9a e a respectiva camada de cobertura 9b são incorporadas, pelo menos em áreas, por uma grande extensão, como cilíndricas. Em geral, a respectiva camada de cobertura 9b compreende uma superfície periférica arredondada, em que a propriedade concêntrica arredondada da camada de cobertura somente tem um desvio. A superfície de contato 5a é posicionada na superfície periférica da camada de cobertura 9b. As aberturas ilustradas 10 são usadas de modo a transferir um fluxo de ar 15 para dentro da respectiva parte do recesso 7 da área de contato 5 de forma que um fluxo de ar 15 na direção radial r resfrie os elementos de anel coletor eletricamente condutores 11 (não ilustrados) durante o movimento rotacional do anel coletor 1. Círculos são indicados para implementação dos elementos de contato 4 entre as aberturas 10 e o eixo 3.

[0078] Uma camada de cobertura 9b é aplicada à respectiva face de extremidade da camada intermediária 9a, ilustrada sombreada, em cada caso, em que a camada de cobertura 9b tem as aberturas 10 em suas superfícies laterais 12. As duas camadas de cobertura 9b formam a superfície anular 12 na área na qual a área de isolamento 9 não é aplicada às ditas camadas de cobertura.

[0079] Alternativamente, a área de contato 5 pode ser incorporada de uma peça. É preferido que os recessos 7 sejam então incorporados à superfície periférica por meio de um método de usinagem, por exemplo fresagem.

[0080] A figura 4 ilustra uma vista secional de um possível anel coletor 1. Uma seção do eixo 3 é ilustrada no lado inferior. O anel coletor 1 compreende quatro áreas de isolamento 9, em que a respectiva área de isolamento 9 é usada de forma a espaçar e isolar a respectiva área de contato 5. Na modalidade ilustrada, a respectiva área de contato 5 compreende em cada caso uma camada intermediária 9a e duas camadas de cobertura 9b. Na vista secional, torna-se claro que a camada intermediária 9a, em cada caso, se projeta além da respectiva área de isolamento 9 e incorpora a superfície anular 12 na superfície de extremidade. A superfície anular 12 tem as aberturas 10 espaçadas na direção tangencial t. A respectiva abertura 10 das duas camadas de cobertura 9b são preferivelmente dispostas de forma que elas incorporem um duto passante para o fluxo de ar 15. A superfície periférica da respectiva camada de cobertura 9b forma a superfície de contato 5a. Um elemento de anel coletor 11 pode ser aplicado às superfícies de contato 5, que são, em cada caso, somente separadas pela camada intermediária 9b.

[0081] As projeções 8 podem ser dispostas na superfície periférica da respectiva área de isolamento 9. Alternativamente, as projeções 8 podem ser dispostas no respectivo recesso.

[0082] Alternativamente, a respectiva área de contato 5 é incorporada como parte sólida ou como uma parte única. Uma tal modalidade de parte única omite a divisão da área de contato 5 em uma camada intermediária 9a e as camadas de cobertura 9b.

[0083] A figura 5 ilustra uma outra vista secional. Um outro anel coletor de exemplo 1 é ilustrado em um eixo 3. A respectiva área de contato 5, nesse caso, compreende duas camadas de cobertura 9b, em cada caso. As camadas de cobertura 9b formam o recesso 7, como um resultado de seu formato. Duas camadas de cobertura 9b são dispostas no centro e como um resultado da área conformada 8, que é ilustrada, ditas camadas de cobertura não incorporam um recesso 7 na posição ilustrada, na direção tangencial t. A superfície de contato 5a nessa posição compreende a superfície periférica das duas camadas de cobertura 9b. É preferido que as aberturas 10 não sejam providas nas superfícies anulares 12 da respectiva camada de cobertura 9b na posição tangencial, onde as camadas de cobertura 9b não incorporam um recesso 7.

[0084] A figura 6 ilustra uma outra vista secional. Em comparação com as ilustrações na figura 4 e na figura 5, a respectiva área de contato 5 é incorporada como uma parte única. É preferido que a área de contato 5 seja produzida de uma peça, em particular com a ajuda de uma máquina de tornear.

[0085] Em suma, a invenção se refere a um anel coletor 1, a unidade de anel coletor 17 e uma máquina elétrica tendo um tal anel coletor 1. O anel coletor 1 é usado de forma a transmitir energia elétrica de uma unidade estacionária 13 por intermédio de um elemento de anel coletor eletricamente condutor 11 para a área de contato 5. A área de contato 5 tem pelo menos um recesso 7 na direção tangencial t. O recesso 7 ou camadas de isolamento 9 que são dispostas entre as áreas de contato 5, têm pelo menos uma projeção 8, em que as projeções 8, em particular durante um movimento rotacional do anel coletor 1, provêm um fluxo de ar 15 para resfriar a área de contato 5 e/ou o elemento de anel coletor 11. A fim de melhorar o fluxo de ar 15, aberturas 10 são incorporadas em superfícies anulares 12, que são formadas como um resultado de um raio aumentado da área de contato 5 em comparação com as áreas de isolamento 9, adjacentemente dispostas. As aberturas 10 são usadas preferivelmente de modo a transferir o fluxo de ar 15 para dentro do respectivo recesso 7. Como um resultado das características da invenção, é possível transmitir grandes quantidades de energia elétrica com uma construção compacta do anel coletor 1. Por conseguinte, o anel coletor 1 é apropriado em particular para uso em uma turbina eólica.

Claims (8)

1. Anel coletor (1), em particular para um rotor tendo enrolamentos de uma máquina elétrica, em particular para uso em uma turbina eólica, tendo pelo menos uma área de contato (5) e pelo menos duas áreas de isolamento (9), em que as áreas de isolamento (9) e a pelo menos uma área de contato (5) são dispostas axialmente adjacentes entre si, em que pelo menos a respectiva área de contato é essencialmente incorporada como cilíndrica, em que a área de contato (5) tem uma superfície de contato (5a) pelo menos na direção (r) que é voltada radialmente para fora, em que a área de contato (5) na região da superfície de contato (5a) tem um recesso (7), em que o recesso (7) tem projeções (8) no lado interno e/ou o recesso (7) é interrompido na direção tangencial (t), - o raio da respectiva área de contato (5) é maior do que o raio da respectiva área de isolamento (9), - a área de contato (5) tem aberturas (10), em que as aberturas (10) são, cada uma, dispostas em uma superfície anular que se projeta em uma direção radial para além da área de isolamento (9), em que as aberturas (10) conduzem para dentro do recesso (7), caracterizado pelo fato de que - as aberturas (10) seguem obliquamente para a direção axial e a inclinação é configurada em um intervalo de 5 graus a 45 graus com relação a uma normal da superfície anular.

2. Anel coletor (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a respectiva projeção (8) é provida de forma a prover um fluxo de ar (15) na direção radial (r).

3. Anel coletor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o recesso é posicionado na área do centro axial da superfície de contato (5a).

4. Anel coletor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma área de isolamento (9) compreende áreas ou projeções conformadas (8).

5. Anel coletor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a área de contato (5) compreende pelo menos duas camadas de contato (9a, 9b), em que as camadas de contato (9a, 9b) têm, cada uma, pelo menos um recesso (7) nas superfícies que estão voltadas na direção uma para a outra axialmente, em que o respectivo recesso (7) reduz o tamanho da superfície de contato (5a).

6. Unidade de anel coletor (17) tendo um arranjo estacionário (13) para guiar e/ou reter elementos de anel coletor eletricamente condutores (11), em particular escovas, para a transmissão por contato rotativo de energia elétrica, e um anel coletor (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que pelo menos um elemento de anel coletor (11) é incorporado de forma a transmitir a energia elétrica para uma das áreas de contato (5).

7. Máquina elétrica, em particular gerador para uma turbina eólica, caracterizada pelo fato de que tem um anel coletor (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 ou uma unidade de anel coletor (17) conforme definida na reivindicação 6.

8. Turbina eólica, caracterizada pelo fato de que tem uma máquina elétrica conforme definida na reivindicação 7.

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