ES2274391T3 - Conmutador de segmentos de carbono. - Google Patents
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Abstract
Conmutador que comprende una pluralidad de terminales de conmutador teniendo cada uno una pieza (12) de contacto y una parte (13) de terminal separada, soportes (10, 11) primero y segundo de material aislante para soportar las piezas (12) de contacto y las piezas (13) de terminal, respectivamente, y una pluralidad de segmentos (14) de carbono formados en el primer soporte (10) y sobre las piezas (12) de contacto, respectivamente, de los terminales, comprendiendo cada una de las piezas (13) de terminal una primera parte (24) a la que se conecta el hilo para bobinado del inducido de un motor y una segunda parte (25) para establecer una conexión mecánica con una pieza (12) de contacto respectiva, caracterizado porque dicho hilo para bobinado del inducido está conectado a dicha primera parte (24) mediante un proceso de conexión térmica.
Description
Conmutador de segmentos de carbono.
Esta invención se refiere a un conmutador de
segmentos de carbono para un motor eléctrico.
Hay dos métodos principales para conectar el
bobinado del inducido a los segmentos del conmutador de motores
eléctricos. Uno es proporcionar una conexión mecánica. El otro es
conectar el hilo para bobinado a una espiga utilizando un proceso
de conexión térmica, tal como un proceso de fusión. Los conmutadores
de segmentos de carbono se están utilizando más comúnmente. Estos
comprenden una base de conmutador de material aislante, una
pluralidad de terminales de conmutador, cada uno de los cuales
comprende una parte terminal y una parte de contacto, y una
pluralidad de segmentos de carbono formados en la base y sobre las
partes de contacto, respectivamente, de los terminales. El calor
generado mediante la fusión del hilo para bobinado a las partes
terminales de los terminales de conmutador es necesariamente alto
con el fin de eliminar por quemado el aislamiento del hilo y este
calor se transferirá a la conexión entre el grafito y la parte de
contacto de metal con el consiguiente riesgo de daño de esta
conexión. Por otra parte, las conexiones mecánicas que se basan en
situar el hilo para bobinado en ranuras estrechas en las partes
terminales de las terminales de conmutador requieren una variedad
de terminales de conmutador diferentes para conectarse a los
diferentes diámetros de hilo utilizados y esto requiere un
mecanizado diferente y conlleva el riesgo de mezclar los
componentes.
La presente invención busca vencer estos
inconvenientes.
Según el primer método descrito anteriormente,
se conoce a partir del documento US5679996A proporcionar un
conmutador montado que tiene una parte de soporte del segmento y una
parte de alojamiento. La parte de alojamiento tiene elementos de
alojamiento formados con rebajes con forma de "T" que se
extienden axialmente y ranuras que se extienden transversalmente
para alojar cables del inducido. Los terminales de desplazamiento
del aislamiento se insertan en los rebajes con forma de "T" y
se forman con ranuras que cooperan con las ranuras del alojamiento
que se extienden transversalmente para sujetar y contactar con los
cables del inducido. Los terminales se mantienen en su sitio
mediante los segmentos del conmutador e incluyen rebajes para alojar
retenes situados en los segmentos del conmutador.
A partir del documento US5910259A, se conoce un
método y un producto para fabricar un inducido de motor que incluye
un submontaje de disco de carbono o un conmutador de tambor de
carbono con la capa de carbono soldada a los conmutadores de metal.
El método incluye, mientras se funde el segmento de hilo del
inducido para cada conmutador de metal, aplicar líquido
refrigerante al segmento del conmutador que se está fundiendo y/o al
electrodo de fusión con el fin de eliminar o reducir la
transferencia de calor a la capa de soldadura. Esta técnica produce
muchos beneficios al proceso y al producto, incluyendo (1) se evita
el sobrecalentamiento, el flujo y el rebordeado de la soldadura,
(2) puede controlarse mejor la elevación de la temperatura del
electrodo y la junta fundida, (3) puede lograrse de manera más
uniforme la aplicación de energía y el consumo de energía, y (4)
puede lograrse una repetibilidad, rendimiento y calidad del producto
mejores.
Además, a partir del documento US2003020360A1 se
conoce proporcionar un conmutador de gancho que tiene una
conducción térmica reducida en una región entre un gancho del
conmutador y el segmento de carbono y, por tanto, la conexión
soldada del hilo del inducido está protegida frente a un calor
excesivamente alto.
Según la presente invención tal como se define
en la reivindicación 1, se proporciona un conmutador que comprende
una pluralidad de terminales de conmutador, teniendo cada uno una
pieza de contacto y una pieza de terminal separada, soportes
primero y segundo de material aislante para soportar las piezas de
contacto y las piezas de terminal, respectivamente, y una
pluralidad de segmentos de carbono formados en el primer soporte y
sobre las piezas de contacto, respectivamente, de los terminales,
caracterizado porque las piezas de terminal que comprenden cada
una, una primera parte a la que se conecta el hilo para bobinado del
inducido de un motor mediante un proceso de conexión térmica y una
segunda parte para establecer una conexión mecánica con una pieza de
contacto
respectiva.
respectiva.
Por tanto, es posible conectar el bobinado del
inducido a las piezas de terminal de las terminales de conmutador
mediante un proceso de conexión térmica tal como un proceso de
fusión antes de conectar las piezas de terminal a las piezas de
contacto de las terminales de conmutador. Por tanto, esto evita que
cualquier calor generado mediante el proceso de conexión térmica
dañe la conexión entre el grafito y las partes de contacto.
Preferiblemente, la segunda parte de cada pieza
de terminal tiene al menos una ranura alargada para alojar de
manera deslizante una parte de una pieza de contacto respectiva. En
este caso, la segunda parte de cada pieza de terminal puede ser de
forma de canal invertido con dos lados y una parte superior,
teniendo la parte superior una ranura transversal que confluye en
los extremos opuestos con los extremos abiertos de las ranuras
alargadas que se extienden desde la parte superior y a lo largo de
los dos lados, de manera que dicha parte de una pieza de contacto
respectiva puede insertarse de manera deslizante en las ranuras en
los dos lados de la segunda parte de la pieza de terminal. Los
bordes alargados de las ranuras, ventajosamente, tienen proyecciones
hacia el interior, por ejemplo, lengüetas, para sujetar dicha parte
de una pieza de contacto respectiva.
Preferiblemente, el segundo soporte está en la
forma de un alojamiento, tal como una corona, que tiene una
pluralidad de rebajes del alojamiento para alojar las segundas
partes de las piezas de terminal, respectivamente. En este caso,
las segundas partes de las piezas de terminal pueden tener
proyecciones hacia el exterior, por ejemplo, lengüetas, para sujetar
las paredes de los rebajes.
Preferiblemente, las primeras partes de las
piezas de terminal están en la forma de espigas con forma de gancho
conectadas a las segundas partes respectivas mediante partes
intermedias. En este caso las partes intermedias, al menos en parte,
pueden colocarse contra una superficie periférica exterior del
alojamiento.
Preferiblemente, los rebajes se proporcionan en
el alojamiento detrás de las espigas con forma de gancho de manera
que el vástago de soporte de alta resistencia a la temperatura puede
situarse en el rebaje durante la fusión del hilo para bobinas.
El conmutador puede estar en la forma de un
conmutador plano que tiene una superficie de conmutación plana. En
este caso, el primer soporte puede estar en la forma de una base de
conmutador de material aislante, teniendo la base un eje de
rotación y superficies delantera y trasera que se extienden, al
menos en parte, transversalmente con respecto al eje de rotación, y
las piezas de contacto pueden extenderse a través de aberturas
respectivas en la base e inclinarse para situarse contra, o en
proximidad cercana con, la superficie delantera de la base. En este
caso, las partes que se extienden hacia atrás de las piezas de
contacto establecen la conexión mecánica con las piezas de terminal
respectivas. La base de conmutador puede tener postes que se
proyectan desde su superficie trasera para ajustarse en los rebajes
detrás de las espigas con forma de gancho en el alojamiento.
Según la presente invención, se proporciona
adicionalmente un método para montar un conmutador tal como se
define en la reivindicación 14, en el que el hilo para bobinado del
inducido está conectado a las primeras partes de las piezas de
terminal mediante un proceso de conexión térmica, por ejemplo, un
proceso de fusión, antes de conectar las piezas de terminal a las
piezas de contacto.
La invención se describirá ahora más
particularmente, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva desde
delante de una primera pieza de un conmutador según la presente
invención,
la figura 2 es una vista en perspectiva desde
detrás de la pieza mostrada en la figura 1,
la figura 3 es una vista en perspectiva desde
delante de una segunda pieza de un conmutador según la presente
invención,
la figura 4 es una vista en perspectiva desde
detrás de la segunda pieza del conmutador,
la figura 5 es una vista en perspectiva de una
pieza de terminal de un terminal del conmutador,
la figura 6 es una vista en perspectiva de una
pieza de contacto del terminal del conmutador, y
la figura 7 es una vista en perspectiva que
muestra el conmutador montado.
En referencia a los dibujos, el conmutador plano
de segmentos de carbono mostrado en ellos comprende los soportes 10
y 11 primero y segundo, respectivamente, una pluralidad de
terminales de conmutador teniendo cada uno una pieza 12 de contacto
y una pieza 13 de terminal separada, y una pluralidad de segmentos
14 de carbono formados en el primer soporte 10 y sobre las piezas
12 de contacto, respectivamente, del terminal del conmutador.
El primer soporte 10 está en la forma de una
base de conmutador de material aislante, normalmente material
termoendurecible. La base 10 es de forma similar a un disco que
tiene superficies 10a y 10b delantera y trasera, respectivamente,
que se extienden transversalmente con respecto al eje de rotación
del conmutador. Tiene un núcleo 15 central para alojar el árbol del
inducido (no mostrado) de un motor eléctrico.
La base 10 también tiene filas interiores y
exteriores que se extienden circunferencialmente de aberturas 16 y
17 separadas, respectivamente, y una fila que se extiende
circunferencialmente de ranuras 18 separadas que se disponen entre
medias de las dos filas de aberturas 16 y 17 y que alojan las piezas
12 de contacto de las terminales de conmutador.
El segundo soporte 11 está en la forma de un
alojamiento de forma similar a una corona formado de material
aislante, normalmente material termoplástico, que tiene un núcleo 19
central para alojar el núcleo 15 de la base 10 y el árbol (no
mostrado) del inducido. El alojamiento 11 también tiene una
pluralidad de rebajes 20 (o cavidades) del alojamiento separados
circunferencialmente para soportar las piezas 13 de terminal,
respectivamente, de las terminales de conmutador.
Cada pieza 12 de contacto está formada de una
tira alargada de metal plegada en dos. Proyecciones 21 laterales se
extienden hacia fuera desde los lados opuestos de cada pieza 12 de
contacto inmediatamente adyacente a muescas 22 que se extienden
lateralmente que alojan mediante ajuste a presión las partes de
extremo de las ranuras 18. Los extremos libres de las piezas 12 de
contacto plegadas tienen aberturas 23 para un fin que se hará
evidente más adelante en el presente documento.
Las piezas 12 de contacto se montan a la base 10
prensando las partes de contacto plegadas a través de las ranuras 18
respectivas hasta las proyecciones 21, que sirven como topes, se
acoplan con la parte inferior de la base 10 y las muescas 22 se
acoplan mediante ajuste a presión con las partes de extremo de las
ranuras 18. Los dos extremos libres de las partes de contacto se
inclinan entonces de manera que se sitúen contra, o en proximidad
cercana a, la superficie delantera de la base 10.
Los segmentos 14 de carbono se forman entonces
sobre la superficie 10a delantera de la base 10 de conmutador y
sobre las piezas 12 de contacto. Esto puede lograrse mediante el
prensado en caliente de un disco de material de grafito verde sobre
la superficie 10a delantera y cortando después el disco en segmentos
14 individuales. El material de grafito verde es una mezcla de
grafito antes de la sinterización o el tratamiento en caliente
durante el cual se endurece el material aglutinante. Durante el
proceso de prensado en caliente, el aglutinante se ablanda
(posiblemente se licua) y esto permite que la mezcla fluya a presión
hacia las aberturas 17 exteriores y a través de las aberturas 23 en
las piezas 12 de contacto y hacia las aberturas 16 interiores para
anchar el disco de grafito a la base 10. El aglutinante, que es de
material termoendurecible, tal como resina fenólica, una vez
fundido y enfriado llega a hacerse resistente al calor, creando una
superficie de contacto estable para el conmutador. Como alternativa
al proceso de prensado en caliente, puede utilizarse un proceso de
sobremoldeado. En este último proceso, los componentes,
concretamente la base 10 de conmutador y las piezas 12 de contacto,
se colocan en un molde y se inyecta material de grafito en el molde
una vez que este último se ha cerrado. El proceso de prensado en
caliente o de moldeo crea una buena conexión eléctrica con las
piezas 12 de contacto.
Cada pieza 13 de terminal de las terminales de
conmutador comprende una primera parte en la forma de una espiga 24
con forma de gancho a la que puede conectarse el hilo para bobinado
del inducido de un motor mediante un proceso de conexión térmica
tal como un proceso de fusión y una segunda parte 25 en forma de
canal invertido para establecer una conexión mecánica con una pieza
12 de contacto respectiva. La parte 25 con forma de canal tiene dos
lados 26 y 27 y una parte 28 superior. La parte 28 superior tiene
una ranura 29 transversal que confluye en los extremos opuestos con
los extremos abiertos de las ranuras 30 alargadas que se extienden
alejándose de la parte 28 superior y a lo largo de los dos lados 26
y 27, de manera que una parte que se proyecta hacia atrás de una
pieza 12 de contacto respectiva puede insertarse de manera
deslizante en las ranuras 30 en los dos lados de la parte 25 con
forma de canal de las piezas de terminal. Los bordes alargados de
las ranuras 30 tienen proyecciones hacia el interior en la forma de
lengüetas 31 para sujetar la parte que se proyecta hacia atrás de
una pieza 12 de contacto respectiva y las partes 25 con forma de
canal de las piezas de terminal tienen proyecciones hacia el
exterior también en la forma de lengüetas 32 para sujetar las
paredes de los rebajes 20.
Las espigas 24 con forma de gancho están
conectadas a las partes 25 con forma de canal respectivas mediante
las partes 33 intermedias que sirven en parte como apoyos que
descansan contra la superficie periférica exterior del alojamiento
11 similar a una corona. Se facilitan rebajes 34 en el alojamiento
11 con forma de corona detrás de las espigas 24 con forma de gancho
de manera que pueda colocarse un vástago de soporte (no mostrado)
de alta resistencia a la temperatura, por ejemplo, de material
termoendurecible o metal, en el rebaje durante la fusión del hilo
para bobinas. El contacto entre las partes 33 intermedias y la
superficie periférica del alojamiento 11 similar a una corona evita
el curvado de las espigas 24 durante el proceso de fusión. Los
postes 35 que se proyectan hacia atrás desde la superficie trasera
de la base 10 de conmutador llenan los rebajes 34 cuando el
conmutador se ha montado completamente.
Las nervaduras 36 en la superficie trasera del
alojamiento 11 similar a una corona refuerzan el alojamiento 11
durante el montaje y los pilares 37 de orientación están separados
alrededor de la periferia exterior del núcleo 15 de la base 10 para
la ubicación en las ranuras 38 correspondientes en el núcleo 19 del
alojamiento 11 con el fin de orientar la base 10 y el alojamiento
11 la una con respecto al otro durante el montaje.
La base 10, junto con las piezas 12 de contacto
y los segmentos 14 de carbono, y el alojamiento 11, junto con las
piezas 13 de terminal, se montan en primer lugar. El alojamiento 11
se desliza entonces en un árbol del inducido de un motor y el
bobinado del inducido se enrolla alrededor de una pila de laminación
aislada. El bobinado se funde entonces a las espigas 24 antes de
deslizar la base 10 en el árbol del inducido y conectar las piezas
12 de contacto a las piezas 13 de terminal.
Esto significa que el calor generado por la
fusión del hilo para bobinado a las espigas 24 no se transfiere a la
conexión entre el grafito y piezas de contacto y que se evita la
necesidad de proporcionar una variedad de terminales de conmutador
diferentes para conectarse a los diferentes diámetros de hilo
utilizados.
Aunque se prefiere fundir el bobinado a las
espigas 24 antes de conectar las piezas 12 de contacto a las piezas
13 de terminal, sería posible conectar las piezas 12 de contacto a
las piezas 13 de terminal y después fundir posteriormente el
bobinado a las espigas 24 como las espigas 24 están relativamente
alejadas de los segmentos de carbono y más o menos desacopladas
térmicamente debido a la construcción de la terminal de dos
piezas.
\newpage
Pueden utilizarse procesos de conexión térmica
distintos a un proceso de fusión para conectar el hilo para bobinado
del inducido a las espigas 24. Por ejemplo, el hilo para bobinado
podría conectarse a las espigas 24 mediante soldadura convencional
o mediante soldeo por láser/soldadura por láser.
Las realizaciones descritas anteriormente se
facilitan únicamente a modo de ejemplo y serán evidentes diversas
modificaciones para las personas expertas en la técnica sin
apartarse del alcance de la invención tal como se define mediante
las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la invención también
podría aplicarse a un conmutador cilíndrico de segmentos de carbono
así como a un conmutador plano de segmentos de carbono.
Claims (16)
1. Conmutador que comprende una pluralidad de
terminales de conmutador teniendo cada uno una pieza (12) de
contacto y una parte (13) de terminal separada, soportes (10, 11)
primero y segundo de material aislante para soportar las piezas
(12) de contacto y las piezas (13) de terminal, respectivamente, y
una pluralidad de segmentos (14) de carbono formados en el primer
soporte (10) y sobre las piezas (12) de contacto, respectivamente,
de los terminales, comprendiendo cada una de las piezas (13) de
terminal una primera parte (24) a la que se conecta el hilo para
bobinado del inducido de un motor y una segunda parte (25) para
establecer una conexión mecánica con una pieza (12) de contacto
respectiva, caracterizado porque dicho hilo para bobinado del
inducido está conectado a dicha primera parte (24) mediante un
proceso de conexión térmica.
2. Conmutador según la reivindicación 1, en el
que la segunda parte (25) de cada pieza (13) de terminal tiene al
menos una ranura (30) alargada para alojar de manera deslizante una
parte de una pieza (12) de contacto respectiva.
3. Conmutador según la reivindicación 2, en el
que la segunda parte (25) de cada pieza (13) de terminal está en
forma de canal invertido con dos lados (26, 27) y una parte (28)
superior, teniendo la parte superior una ranura (29) transversal
que confluye en los extremos opuestos con los extremos abiertos de
las ranuras (30) alargadas que se extienden alejándose de la parte
superior y a lo largo de los dos lados de manera que dicha parte de
una pieza (12) de contacto respectiva puede insertarse de manera
deslizante en las ranuras (30) en los dos lados (26, 27) de la
segunda parte (25) de la pieza (13) de terminal.
4. Conmutador según la reivindicación 3, en el
que los bordes alargados de las ranuras (30) tienen proyecciones
hacia el interior (31) para sujetar dicha parte de una pieza (12) de
contacto respectiva.
5. Conmutador según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el segundo soporte (11) está
en la forma de un alojamiento que tiene una pluralidad de rebajes
(20) del alojamiento para alojar las segundas partes (25) de las
piezas (13) de terminal, respectivamente.
6. Conmutador según la reivindicación 5, en el
que las segundas partes (25) de las piezas (13) de terminal tienen
proyecciones hacia el exterior (32) para sujetar las paredes de los
rebajes (20).
7. Conmutador según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las primeras partes (24) de
las piezas (13) de terminal están en la forma de espigas con forma
de gancho conectadas a las segundas partes (25) respectivas
mediante partes (33) intermedias.
8. Conmutador según la reivindicación 7, cuando
es dependiente de la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el
que las partes (33) intermedias al menos en parte están colocadas
contra una superficie periférica exterior del alojamiento.
9. Conmutador según la reivindicación 7 o la
reivindicación 8 cuando es dependiente de la reivindicación 5 o la
reivindicación 6, en el que los rebajes (34) se facilitan en el
alojamiento detrás de las espigas (24) con forma de gancho.
10. Conmutador según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en la forma de un conmutador plano que
tiene una superficie de conmutación plana.
11. Conmutador según la reivindicación 10, en el
que el primer soporte (10) está en la forma de una base de
conmutador de material aislante, teniendo la base un eje de rotación
y superficies (10a, 10b) delantera y trasera que se extienden, al
menos en parte, transversalmente con respecto al eje de rotación, y
en el que las piezas (12) de contacto se extienden a través de
aberturas (18) respectivas en la base (10) y están inclinadas para
colocarse contra, o en proximidad cercana a, la superficie delantera
de la base (10a).
12. Conmutador según la reivindicación 11, en el
que las partes que se extienden hacia atrás de las piezas (12) de
contacto establecen una conexión mecánica con las piezas (13) de
terminal respectivas.
13. Conmutador según la reivindicación 11 o la
reivindicación 12 cuando es dependiente de la reivindicación 9, en
el que la base (10) de conmutador tiene postes (35) que se proyectan
desde su superficie (10b) trasera para ajustarse en los rebajes (20)
detrás de las espigas (24) con forma de gancho.
14. Método para montar un conmutador según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hilo
para bobinado del inducido está conectado a las primeras partes (24)
de las piezas (13) de terminal mediante un proceso de conexión
térmica antes de conectar las piezas (13) de terminal a las piezas
(12) de contacto.
15. Método según la reivindicación 14, en el que
el hilo para bobinado del inducido está fundido a las primeras
partes (24) de las piezas (13) de terminal.
16. Motor eléctrico que tiene un conmutador
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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