ES2295426T3 - Dispositivo para el antiparasitaje de una maquina de conmutador electrica. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para el antiparasitaje de una máquina de conmutador eléctrica, en especial de un motor de corriente continua (10), con un rotor (12) alimentado a través de escobillas (14a, 14b) y láminas de conmutador (32) de un conmutador (34) y con un circuito de desparasitaje (16), que presenta al menos un condensador (18, 20a, 20b) y otros elementos de desparasitaje (28, 30, 56), caracterizado porque el circuito de desparasitaje (16) contiene por un lado un anillo de desparasitaje (24) o una arandela de desparasitaje con al menos un varistor (28) o una resistencia y al menos un condensador (30) así como, por otro lado, al menos otro condensador de desparasitaje exterior (18, 20a, 20b), en donde el anillo de desparasitaje (24) o bien está unido a un cuerpo básico de conmutador (58) del conmutador (34) y está situado por debajo de ganchos de conexión (36) de las láminas de conmutador (32), o bien está fijado directa o indirectamente sobre una superficie frontal exterior del cuerpo básico de conmutador (58).
Description
Dispositivo para el antiparasitaje de una
máquina de commutador eléctrica.
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La presente invención se refiere a un
dispositivo para el antiparasitaje de una máquina de conmutador
eléctrica, en especial de un motor de corriente continua, según el
género de la reivindicación 1. Los dispositivos de desparasitaje de
este tipo para motores eléctricos son usuales en vehículos de
motor.
Asimismo se conoce del documento EP 0369 746 A
un motor pequeño de corriente continua eléctrico, cuyo conmutador
está equipado con una disposición de varistor anular para eliminar
ruidos parasitarios. Con ello el anillo de varistor está unido,
mediante una cantidad de contactos correspondiente al número de
láminas de contacto, a las láminas del conmutador. Una superficie
frontal del anillo de varistor puede estar recubierta con material
conductor, para configurar una capacidad entre las diferentes
láminas de colector. El anillo de varistor está unido a las láminas
de colector a través de cables de conexión. Una disposición de este
tipo posee sólo una potencia de desparasitaje limitada, y sólo es
eficaz en un margen parcial de la banda de frecuencia afectada.
Del documento DE 199 53 231 A se conoce un motor
eléctrico con un medio para antiparatizaje, que está configurado
anularmente y está dispuesto directamente sobre el conmutador. El
medio de desparasitaje compuesto de material cerámico, aunque puede
fabricarse con un reducido tamaño constructivo y disponerse
directamente sobre el conmutador, a causa de los valores eléctricos
prefijados por el material cerámico y el procedimiento de
fabricación sólo puede alcanzarse una acción de desparasitaje
limitada.
El documento GB2287133 describe un anillo de
desparasitaje que, entre las diferentes láminas de conmutador,
presenta en cada caso un condensador para el desparasitaje. En
anillo de desparasitaje está formado por varistores en el documento
EP0682400.
La invención se ha impuesto la tarea de mejorar
dispositivos conocidos para el antiparasitaje de máquinas de
conmutador eléctricas, en especial de motores de corriente continua,
con la finalidad de alcanzar una potencia de desparasitaje
satisfactoria en un amplio margen de frecuencias parásitas. Esto se
consigue mediante las particularidades características de la
reivindicación 1.
Ha demostrado ser ventajoso que el anillo de
desparasitaje esté acoplado a una conexión en triángulo, formada
por condensadores exteriores entre los bornes de conexión de la
máquina eléctrica para formar el dispositivo de desparasitaje, en
donde un ramal de la conexión en triángulo está situado entre los
bornes de conexión en triángulo, mientras que los otros dos ramales
de la conexión en triángulo están unidos entre sí y están
colocados juntos a masa. Con un dispositivo conjunto de este tipo
pueden prefijarse valores capacitivos específicamente, por un lado
en el anillo de desparasitaje y por otro lado en los condensadores
de desparasitaje exteriores, para desparasitar determinadas bandas
de frecuencia. Aquí el condensador de desparasitaje exterior entre
los bornes de conexión de la máquina eléctrica es efectivo en
especial en el margen de frecuencias parásitas inferior en el caso
de recepción de radiodifusión, es decir en especial en el margen de
onda larga y onda media, mientras que los otros dos condensadores,
interconectados con una conexión y conectados a masa, son efectivos
en especial en el margen de frecuencia superior a 30 Mhz, es decir
en especial en el margen de UKW. Mediante la combinación conforme a
la invención del anillo de desparasitaje con al menos otro
condensador de desparasitaje exterior se hace posible asimismo una
altura constructiva muy reducida de todos los elementos de
desparasitaje, que permite a su vez la disposición de los elementos
de desparasitaje directamente en la región del motor eléctrico en
donde se producen perturbaciones, es decir en la región del
conmutador y de las escobillas.
La combinación conforme a la invención del
anillo de desparasitaje que ahorra espacio con condensadores
exteriores relativamente pequeños permite, de forma especialmente
ventajosa, configurar estos últimos como elementos constructivos
SMD (Surface Mounted Devices) y disponer los mismos sobre una placa
de circuito impreso directamente sobre el portaescobillas, con
preferencia entre los contactos de conexión de escobillas. El propio
portaescobillas sirve aquí de soporte eléctrico y mecánico de la
placa de circuito impreso, con lo que aparte del ahorro de piezas
de fijación adicionales también se hace posible la disposición
ventajosa directamente en la región en la que se producen las
perturbaciones.
El anillo de desparasitaje está dispuesto
convenientemente directamente sobre el conmutador y allí se fija
eléctrica y mecánicamente. Aquí es especialmente posible integrar el
anillo de desparasitaje en el soporte de conmutador o fijarlo
directamente sobre el mismo, con lo que puede materializarse también
una disposición del anillo de desparasitaje directamente en la
región, en la que se producen las perturbaciones y deben
suprimirse.
Con relación a la estructura y a la conexión del
anillo de desparasitaje han demostrado ser especialmente ventajosas
dos variantes. Aquí pueden contactarse los elementos aislados del
anillo de desparasitaje en cada caso a una de sus conexiones con
una lámina de conmutador, mientras que las otras conexiones de los
elementos de desparasitaje están unidas unas a otras y de este modo
forman un punto neutro virtual. La otra posibilidad de conexión
ventajosa de los elementos aislados del anillo de desparasitaje
consiste en que estos se unan con sus dos conexiones a láminas de
colector adyacentes. A esta conexión en serie de los elementos de
desparasitaje a través de las láminas de colector puede conectarse
además en paralelo una unión directa de los elementos entre sí.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Se deducen detalles adicionales y
perfeccionamientos ventajosos de la invención de la descripción de
los ejemplos de ejecución con base en las figuras. Estas muestran
en
la figura 1 una representación de principio de
un dispositivo conforme a la invención para el antiparasitaje de una
máquina de conmutador eléctrica, en
la figura 2 un primer ejemplo de ejecución de
una disposición de circuito para el antiparasitaje de una máquina
de conmutador, en donde los elementos aislados del anillo de
desparasitaje están conectados entre sí formando un punto neutro
virtual, en
la figura 3 un segundo ejemplo de ejecución de
una disposición de circuito para el antiparasitaje de una máquina
de conmutador, en donde los elementos aislados del anillo de
desparasitaje están unidos en cada caso a láminas de conmutador
adyacentes, en
la figura 4 un corte longitudinal a través de un
motor de corriente continua con un dispositivo conforme a la
invención para el antiparasitaje, y en
la figura 5 un esquema de conexiones de una
placa de circuito impreso con condensadores de desparasitaje en modo
constructivo SMD.
La figura 1 muestra el principio de un
dispositivo conforme a la invención para el desparasitaje de un
motor de corriente continua 10, cuyo rotor 12 está unido a una red
de corriente continua a través de escobillas 14a y 14b. Un circuito
de desparasitaje 16 encuadrado con una línea a trazos para el motor
de corriente continua 10 contiene condensadores de desparasitaje
exteriores 18, 20a y 20b, en donde el condensador 18 se designa
normalmente como Cx y los condensadores 20a y 20b como Cy. El
condensador 18 está situado entre los bornes de conexión 22a y 22b
de la red de corriente continua, los condensadores 20a y 20b están
conectados en serie también entre los bornes de de conexión 22a y
22b, en donde el punto de unión de los condensadores 20a y 20b está
situado en una conexión a masa 26. Los condensadores de
desparasitaje exteriores 18, 20a y 20b forman de este modo una
conexión en triángulo, de cuyos vértices dos están unidos a los
bornes de conexión 22a y 22b del motor y el tercer vértice a masa
26.
Como medida de desparasitaje adicional el
circuito de desparasitaje 16 contiene un anillo de desparasitaje
24, cuya estructura y cuyo conexionado se explicarán más adelante.
El anillo de desparasitaje 24, que también puede estar configurado
como arandela, está dispuesto directamente en las escobillas 14a, b
del rotor 12 y con ello de la fuente parasitaria del motor. Esto es
aplicable en gran medida también para los condensadores de
desparasitaje exteriores 18 y 20a, 20b, lo que se describirá con más
detalle con base en las siguientes figuras. Al contrario que los
circuitos usuales para el antiparasitaje de un motor eléctrico, que
se materializan normalmente mediante la instalación de un filtro de
desparasitaje exterior, mediante el dispositivo conforme a la
invención se obtiene una optimización espacial y constructiva del
dispositivo de desparasitaje, que permite en especial una
integración de los elementos de desparasitaje directamente en la
región de la fuente parasitaria, precisamente el sistema de
conmutación formado por conmutador y escobillas. El dispositivo de
desparasitaje conforme a la invención puede prescindir a causa de
esta posibilidad de integración en el sistema de conmutación de
inductividades en las líneas de alimentación del motor que, en el
caso de circuitos usuales a causa de su disposición en las líneas de
conexión de motor, tienen que diseñarse para toda la corriente de
motor y por ello poseen un considerable tamaño de pieza constructiva
y provocan elevados
costes.
costes.
En la figura 2 se ha representado en detalle el
rotor 12 de un motor de corriente continua en la región de las
escobillas 14a, 14b. La disposición de los condensadores 18 así como
20a y 20b ya se ha explicado con base en la figura 1 y permanece
invariable en la disposición conforme a la figura 2. Los diferentes
elementos constructivos del anillo de desparasitaje 24 están
dotados en la figura 2 del número de referencia 56. En la forma de
ejecución repreentada contienen en cada caso un varistor 28 y un
condensador 30, en donde el varistor 28 también puede sustituirse o
complementarse con una resistencia óhmica. Con 32 se designan las
láminas del conmutador 34, con las que los diferentes elementos de
desparasitaje 56 están unidos en cada caso a una conexión. La
resistencia de paso entre una escobilla 14a, 14b y una lámina 32 del
conmutador 34 está designada con 40. Los extremos de los elementos
constructivos de desparasitaje 56 alejados de las láminas 32 están
unidos entre sí anularmente, en el caso de la disposición conforme a
la figura 2, y forman un punto neutro virtual 33.
El devanado del rotor 12 se indica en la figura
2 mediante la respectiva resistencia de devanado 42 y la respectiva
inductividad de devanado 44 entre dos láminas de colector 32, y las
conexiones de devanado sobre el conmutador se han designado con
50.
En funcionamiento del motor se producen en cada
conmutación chispas, ya que al desplazar una escobilla 14a,b de una
lámina 32 a la siguiente se cortocircuita la correspondiente
inductividad de devanado 44 a través de la resistencia de devanado
42 y las resistencias de paso de escobilla 40. La energía acumulada
en la inductividad de devanado 44 no puede eliminarse sin embargo
por completo, si el cortocircuito se termina a través de la
escobilla 14a o de la 14b, antes de que la energía acumulada en la
inductividad de devanado 44 se haya eliminado en la resistencia de
devanado 42 como calor. En este caso se forma entre la escobilla 14
y el extremo que se desarrolla de la lámina 32 una descarga de
chispas, que por un lado reduce la vida útil del motor y por otro
lado causa el parasitaje. A continuación se trata de suprimir las
medidas propuestas o al menos reducirlas a una medida admisible en
cuanto a tolerancia electromagnética (EMV), en donde se hace
hincapié en la radiación de interferencias ligada a la línea en el
margen de onda larga, media y corta.
El antiparasitaje puede alcanzarse ahora
conforme a la invención de forma especialmente eficaz y económica
mediante la combinación del anillo de desparasitaje 24 con al menos
un condensador exterior 18, en donde cada elemento del anillo de
desparasitaje 24 contiene con preferencia un varistor 28 y un
condensador 30. Aquí el anillo de desparasitaje 24 es efectivo en
especial en el margen de frecuencia de aproximadamente entre 30 MHz
y 120 MHz, es decir en especial en el margen UKW, el o los
condensadores de desparasitaje 18 más exteriores en el margen de
frecuencia inferior, es decir en el margen de las radiofrecuencias
de onda larga, onda media y onda corta. El condensador exterior 18
posee con ello un valor capacitivo de entre aproximadamente 150 nF
y algunos \muF. Si se añaden los condensadores de desparasitaje
exteriores 20a y 20b, que poseen en cada caso aproximadamente 1/10
del valor capacitivo del condensador 18, la eficacia de la conexión
en triángulo formada por los condensadores de filtro 18, 20a y 20b
va de aproximadamente 10 kHz a unos 50 MHz. Mediante la combinación
de las dos medidas de desparasitaje puede cubrirse de este modo todo
el margen de frecuencias de tensión parásita afectado, en donde
también se suprimen intensidades de campo parásito ligados a la
línea en el margen UKW. Aquí los condensadores de desparasitaje 20a
y 20b exteriores unidos a uno de sus extremos y conectados a masa
apoyan también la acción del anillo de desparasitaje 24, cuyos
elementos aislados 56 muestran una acción similar mediante su
conexionado formando un punto neutro virtual 33. Con ello los
valores capacitivos de los condensadores 30 de los elementos
constructivos 56 son aproximadamente de entre 1nF y 300 nF, y los
varistores 28 generan en el caso de un paso de corriente de 10 mA
una caída de tensión aproximada de entre 1 V y 100 V. Resistencias
óhmicas adicionales en serie o dado el caso también en paralelo al
varistor 28 y/o al condensador 30 de los elementos de desparasitaje
56 pueden poseer una resistencia entre aproximadamente 1 ohmio y
100 ohmios. El porcentaje capacitivo de los elementos de
desparasitaje 56 está forzado con ello también por su estructura,
ya que los elementos de desparasitaje 56 producidos con material
cerámica poseen una determinada capacidad, que puede variar dentro
de unos límites a causa de medidas de fabricación.
La disposición de circuito según la figura 3 se
corresponde en gran medida a la de la figura 2, en donde las piezas
iguales están dotadas de los mismos símbolos de referencia y aquí ya
no se vuelven a describir. De forma diferente a la disposición de
circuito conforme a la figura 2, en donde los elementos de
desparasitaje 56 sólo están unidos con una de sus conexiones a una
lámina de colector 32, los diferentes elementos de desparasitaje 56
están situados, en el caso de la disposición conforme a la figura 3,
con sus dos conexiones eléctricas sobre láminas 32 adyacentes. Los
elementos de desparasitaje 56 adyacentes están de este modo unidos
entre sí a través de las láminas 32. Además de esto están
contactados directamente entre sí a través de uniones entre sus
conexiones y forman de este modo un anillo de desparasitaje. Al
contrario de esto el plano de contacto del anillo de unión 33 en la
figura 2 no tenía ninguna unión eléctrica de baja frecuencia sino
que formaba con el anillo 33 un punto neutro virtual. En el caso de
la disposición de circuito conforme a la figura 3 todos los
elementos de desparasitaje 56 están conectados en serie y de este
modo acoplados eléctricamente. La energía de conmutación acumulada
en la inductividad de devanado 44 es absorbida aquí en cada caso por
un elemento de desparasitaje 56. Este circuito podría
materializarse también con elementos constructivos discretos, por
ejemplo en ejecución SMD, en donde los elementos de circuito están
dispuestos sobre el conmutador 34 entre las láminas 32.
En el caso de la disposición conforme a la
figura 2 la atenuación del impulso de tensión parásita se produce
de este modo a través de al menos dos elementos de desparasitaje 56
conectados en serie. Estos forman juntos una unidad de
desparasitaje situada en paralelo a las conexiones del motor, la
cual atenúa aparte del chispeo entre escobillas también impulsos
parásitos sobre la red de abordo.
En el caso de la disposición conforme a la
figura 3, por el contrario, la atenuación del impulso de tensión
parásita se produce a través de un único elemento de desparasitaje
56, que está contactado directamente con sus conexiones con la
combinación, que actúa como conmutador de carga, formada por
escobilla de carbón y lámina de conmutador. Mediante esta
proximidad espacial lo más grande posible entre el elemento de
desparasitaje 56 y la fuente parasitaria puede materializarse un
desparasitaje óptimo.
La figura 4 muestra un corte longitudinal a
través de un motor de corriente continua 10, en donde las piezas
iguales llevan a su vez los mismos símbolos de referencia que en las
figuras anteriores 1 a 3. Con ello se muestra el motor en la parte
superior en corte, en la parte inferior en la vista cortada, en
donde pueden verse una escobilla 14 y la superficie de las láminas
32. Como puede verse en la representación en corte en la parte
superior de la figura 4, el anillo de desparasitaje 24 está unido al
cuerpo básico de conmutador 58 y está situado por debajo de los
ganchos de conexión 36 de las láminas de conmutador 34.
Alternativamente sería posible por ejemplo una fijación del anillo
de desparasitaje 24 directa o indirectamente sobre la superficie
frontal exterior del cuerpo básico de conmutador 58.
A los ganchos de conexión 36 está fijado el
devanado de anclaje 62 a través de cables de conexión de conmutador
64, en donde estos puntos de fijación se corresponden con las
conexiones de devanado 50 de las figuras 2 y 3. Sobre las láminas
de conmutador 32 se asientan las escobillas designadas con 14, que
por su parte se sujetan en el portaescobillas 46 y se aplican
mediante un muelle de apriete 53 al conmutador 34. El portaescobilla
46 soporta asimismo conexiones de enchufe 48a y 48b, que se
corresponden con los bornes de conexión 22a y 22b de las figuras 2
y 3. A estas conexiones de enchufe 48a,b está fijada mecánica y
eléctricamente una placa de circuito impreso 52, que se ha
representado con detalle en la figura 5 en cuanto a su
estructura.
Por último pueden verse en la figura también los
imanes de estator 6a y 6b, que están ejecutados como imanes
permanentes. El rotor 12 se asienta incluyendo el conmutador 24
sobre el eje de rotor 68, y no se han representado detalles
constructivos adicionales. Aparece como fundamental que todo el
dispositivo para el antiparasitaje esté concentrado en la región
del portaescobillas y del conmutador, de tal modo que las
perturbaciones pueden suprimirse directamente en su punto origen y
se evitan en gran medida uniones de línea.
En la figura 5 se ha representado la placa de
circuito impreso 52 con los condensadores 18 así como 20a y 20b.
Los circuitos impresos que conducen desde las conexiones de enchufe
48a y 48b del portaescobillas 46 hasta las escobillas del motor 10
se han designado con 54 y 55. A estos circuitos impresos 54 y 55
están contactados directamente los condensadores 18, 20a y 20b,
ejecutados como elementos constructivos SMD, a través de conexiones
de metalización 21. Existe otra unión con la placa de circuito
impreso 58 conectada a la masa 26, en donde también está contactada
en cada caso una conexión de los condensadores 20a y 20b de forma
correspondiente a las disposiciones de circuito de las figuras 2 y
3.
La forma constructiva compacta de todo el
dispositivo para el antiparasitaje se crea de este modo mediante la
combinación del anillo de desparasitaje 24 con elementos de
desparasitaje discretos en forma de condensadores de desparasitaje
18, 20a y 20b, en donde estos últimos pueden ejecutarse con un
ahorro especial de espacio como elementos constructivos SMD a causa
de los valores capacitivos necesarios relativamente bajos, lo que a
su vez ofrece la posibilidad como en el anillo de desparasitaje 24
de alojamiento muy cerca de la fuente parasitaria. Puede
prescindirse de inductividades de desparasitaje complicadas y
costosas y se hace posible un desparasitaje completo del motor sin
elementos constructivos cableados, con lo que a su vez se obtiene
una reducción de revestimientos parasitarios de línea. Por último
también el portaescobillas 46 puede configurarse más compacto y
ligero, ya que no tiene que alojar mayores elementos constructivos
discretos.
Claims (11)
1. Dispositivo para el antiparasitaje de una
máquina de conmutador eléctrica, en especial de un motor de
corriente continua (10), con un rotor (12) alimentado a través de
escobillas (14a, 14b) y láminas de conmutador (32) de un conmutador
(34) y con un circuito de desparasitaje (16), que presenta al menos
un condensador (18, 20a, 20b) y otros elementos de desparasitaje
(28, 30, 56), caracterizado porque el circuito de
desparasitaje (16) contiene por un lado un anillo de desparasitaje
(24) o una arandela de desparasitaje con al menos un varistor (28)
o una resistencia y al menos un condensador (30) así como, por otro
lado, al menos otro condensador de desparasitaje exterior (18, 20a,
20b), en donde el anillo de desparasitaje (24) o bien está unido a
un cuerpo básico de conmutador (58) del conmutador (34) y está
situado por debajo de ganchos de conexión (36) de las láminas de
conmutador (32), o bien está fijado directa o indirectamente sobre
una superficie frontal exterior del cuerpo básico de conmutador
(58).
2. Dispositivo de desparasitaje según la
reivindicación 1, caracterizado porque el anillo de
desparasitaje (24) está acoplado al menos a un condensador de
desparasitaje exterior (18, 20) entre los bornes de conexión (22a,b)
de la máquina eléctrica (10).
3. Dispositivo de desparasitaje según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el anillo de
desparasitaje (24) está acoplado a una conexión en triángulo
formada por condensadores exteriores (18; 20a,b), que está situada
por un lado entre los bornes de de conexión de motor (22a,b) y por
otro lado a masa (26).
4. Dispositivo de desparasitaje según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o los
condensadores exteriores (18; 20a,b) y/o el anillo de desparasitaje
(24) están unidos constructivamente de forma muy estrecha a la
fuente parasitaria (34, 38).
5. Dispositivo de desparasitaje según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o los
condensadores exteriores (18; 20a,b) están dispuestos sobre una
placa de circuito impreso (52).
6. Dispositivo de desparasitaje según la
reivindicación 5, caracterizado porque la placa de circuito
impreso (52) está fijada eléctrica y mecánicamente al
portaescobillas (46).
7. Dispositivo de desparasitaje según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los otros
condensadores de desparasitaje (18; 20a,b) están configurados como
elementos constructivos SMD y están dispuestos sobre una placa de
circuito impreso (52), con preferencia sobre el portaescobillas
(46).
8. Dispositivo de desparasitaje según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo
de desparasitaje (24) está fijado eléctrica y mecánicamente al
conmutador (34).
9. Dispositivo de desparasitaje según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo
de desparasitaje (24) presenta, entre conexiones de devanado (50)
adyacentes sobre el conmutador (34), en cada caso al menos un
varistor (28) y un condensador (30) como elementos de
desparasitaje.
10. Dispositivo de desparasitaje según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
elementos aislados (28, 30) del anillo de desparasitaje (24) están
contactados en cada caso, por un lado, con una conexión a una
lámina de conmutador (32) y, por otro lado, están unidos entre sí en
cada caso con su segunda conexión para formar un punto neutro
virtual (33).
11. Dispositivo de desparasitaje según una de
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los
elementos aislados (28, 30) del anillo de desparasitaje (24) están
unidos directamente con sus dos conexiones a láminas de colector
(32) adyacentes y/o entre sí.
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