ES2281383T3 - Configuracion de anillo colector para motores electricos y generadores. - Google Patents

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.

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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1

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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.

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.

Lista de las indicaciones de referencia

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.