ES2655365T3 - Máquina eléctrica - Google Patents

Abstract

Máquina eléctrica, en particular generador de corriente alterna, con un estator (16) y un rotor (20), soportando el rotor (20) una disposición de conductores para la excitación de un campo electromagnético, con un equipo para la transmisión de energía eléctrica a la disposición de conductores, presentando el equipo para la transmisión de energía eléctrica al menos un contacto deslizante y al menos un contracontacto (66) fijo al rotor, con un casquillo de encaje (63) en el cual está dispuesto un rodamiento (28) para el apoyo de un árbol (27) que reviste la mayor parte del al menos un contracontacto (66) fijo al rotor, caracterizada porque un ventilador (70) está dispuesto en el casquillo de encaje (63) y el casquillo de encaje (63) presenta una abertura (82, 126) que permite una entrada de aire de barrido y el casquillo de encaje (63) presenta aberturas de salida (106) para aire de barrido que se usan para dejar salir el aire impelido por el ventilador (70), estando las aberturas de salida (106) dispuestas radialmente fuera del ventilador (70) o bien desplazadas axialmente respecto del ventilador (70).

Description

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DESCRIPCION

Máquina eléctrica.

Estado actual de la técnica

Por el escrito de publicación alemán DE 19705228 A1 se conoce un generador de corriente trifásica que presenta una disposición de rotor y estator, siendo el rotor con su bobina de excitación energizable mediante una disposición de anillos colectores en el extremo derecho del árbol. Sobre esta disposición de anillos colectores se deslizan escobillas de carbón. Para la protección frente a influencias ambientales, dicho conjunto de anillos colectores está protegido mediante un casquillo de encaje contra la penetración de agua (por ejemplo en el caso de lavado del motor de un vehículo motorizado mediante un limpiador de alta presión). Por otra parte se desea que de este casquillo de encaje sea eliminado el producto de la abrasión de las escobillas de carbón que, en funcionamiento, se produce forzosamente.

Por el documento US 5.625.244 se conoce una disposición que mediante uno de los ventiladores que enfrían el devanado del estator generan una corriente de aire a través de un casquillo de encaje respectivo. En este caso es una desventaja que el grado de eficiencia solo sea insatisfactorio y, además, unas rendijas longitudinales aplicadas en la sección de cojinete influyan en el soportaje de toda la máquina eléctrica.

Otro estado actual de la técnica es el documento GB 549.805, así como el documento DE198 20 885 A1. Por lo tanto, existe el objetivo de crear una resolución técnica para la ventilación forzada de un espacio en el cual se genera el producto de la abrasión de carbón.

Ventajas de la invención

La invención según las características de la reivindicación principal tiene la ventaja de que mediante la disposición de un ventilador en el casquillo de encaje resulta en el casquillo de encaje una generación particularmente efectiva de un flujo de aire o bien flujo de aire de barrido. El casquillo de encaje presenta una abertura que permite la entrada de aire de barrido y aberturas de salida para aire de barrido. Las aberturas de salida se usan para dejar salir el aire impelido por el ventilador, estando las aberturas de salida dispuestas radialmente fuera del ventilador o bien desplazadas axialmente respecto del ventilador. Con la ayuda de un flujo de aire de barrido particularmente intenso es posible de manera particularmente efectiva eliminar del espacio de anillos colectores el polvo abrasivo de las escobillas de carbón. Además del traslado del polvo de carbón o polvo abrasivo, se consigue con este sistema una reducción de temperatura en el espacio de anillos colectores. Con esta reducción de temperatura de aproximadamente 10 °C es posible aumentar la vida útil de las escobillas en más del 10%.

Las configuraciones ventajosas de la invención resultan de las reivindicaciones secundarias. Mediante la disposición de álabes de ventilador que salen de una placa de ventilador del ventilador, resulta la posibilidad de diseñar un ventilador cuyo esfuerzo en contra de las fuerzas centrífugas a través de los ventiladores permanezcan en un margen aceptable, muy particularmente en el sector de cubo. Si axialmente frente a los extremos libres de las aletas de ventilador está dispuesto un sector de placas que es parte del casquillo de encaje, esto mejora considerablemente el grado de eficiencia del ventilador. Si el ventilador tiene un diámetro exterior que es menor que el diámetro mayor de un rodamiento dispuesto en el casquillo de encaje, resulta una configuración relativamente simple del casquillo de encaje, ya que de este modo en la fabricación por fundición del casquillo de encaje es posible evitar en este lugar el uso de así llamadas correderas transversales. Se ha previsto que el ventilador se centre mediante una sección de árbol y/o mediante una sección de un aislador, soportando el aislador el al menos un contracontacto fijo al rotor. Dicha disposición permite un centraje sencillo del ventilador sobre el árbol del rotor. Para no tener que realizar el ventilador demasiado macizo, en particular en su sector de cubo, se ha previsto que a un borde interno radial del ventilador esté integrada una sección de casquillo que hace contacto con el aislador.

Según otra configuración de la invención se ha previsto que el ventilador con su placa de ventilador resguarde el rodamiento contra ensuciamiento. La abertura para la entrada de aire de barrido puede estar dispuesta, por ejemplo, en un sector lateral del casquillo de encaje o sector frontal o sector de transición entre laterales y sector frontal (extremo del casquillo de encaje apartado del rodamiento). Además, dicha abertura también puede ser un resquicio que se produce en una abertura del casquillo de encaje, estando en esta abertura insertada la carcasa del portaescobillas y ese resquicio permite una corriente de aire. Para impedir el corrimiento entre el ventilador y el árbol del rotor se ha previsto fijar dicho ventilador sobre el rotor mediante una unión de material (pegado, soldadura por fricción) o unión positiva o unión no positiva.

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Descripción

Breve descripción de las figuras:

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de una máquina eléctrica, en este caso a modo de generador de corriente alterna;

la figura 2 muestra una sección a través del espacio de anillos colectores (primer ejemplo de realización);

la figura 3 muestra una sección longitudinal parcial a través de un laberinto de ajuste con carcasa de escobillas

insertado;

la figura 4 muestra un segundo ejemplo de realización en una vista de sección longitudinal; la figura 5a muestra el casquillo de encaje del segundo ejemplo de realización en una vista de sección parcial; la figura 5b muestra esquemáticamente una cubierta del extremo abierto del casquillo de encaje mediante una sección de la caperuza de protección;

la figura 6 muestra una vista espacial al interior del casquillo de encaje de la figura 5 con diferentes componentes dispuestos en el mismo.

Exposición de la invención

En la figura 1 se representa una sección transversal a través de una máquina eléctrica 10, en este caso en realización como generador o bien generador de corriente alterna para vehículos motorizados. Dicha máquina eléctrica 10 presenta, entre otros, una carcasa 13 de dos partes que se compone de una primera placa de cojinete

13.1 y una segunda placa de cojinete 13.2. La placa de cojinete 13.1 y la placa de cojinete 13.2 alojan en sí mismas un denominado estator 16 que, por un lado, se compone de un hierro estatórico 17 circular anular, y en el cual en las ranuras extendidas axiales orientadas radialmente hacia dentro se encuentra insertado un devanado del estator 18. Este estator anular 16 rodea, con su superficie ranurada orientada radialmente hacia dentro, un rotor 20 configurado como rotor de polos intercalados. El rotor 20 se compone, entre otros, de dos platinas de polos de garras 22 y 23 en cuyas circunferencia exterior presentan, cada una, dedos de polos de garras 24 y 25 extendidos en sentido axial. Ambas platinas de polos de garras 22 y 23 están dispuestas de tal manera en el rotor 20 que sus dedos de polos de garras 24 o 25 extendidos en sentido axial se alternan en la circunferencia del rotor 20. De ahí resultan espacios intermedios magnéticamente necesarios entre los dedos de polos de garras 24 y 25 magnetizados en sentidos inversos que son denominados intersticios de polos de garras. El rotor 20 está montado en las placas de cojinete

13.1 o 13.2 respectivas mediante un árbol 27 y, cada uno, mediante un rodamiento 28 en cada una de las caras del rotor.

El rotor 20 presenta en total dos caras frontales axiales, a cada una de las cuales está fijado un ventilador 30. Dicho ventilador 30 se compone, en lo esencial, de una sección con forma de placa o disco de la cual, de manera conocida, salen álabes de ventilador. Estos ventiladores 30 se usan para que mediante aberturas 40 en las placas de cojinete 13.1 y 13.2 posibiliten un recambio de aire entre el lado exterior de la máquina eléctrica 10 y el espacio interior de la máquina eléctrica 10. Con este propósito se han previsto aberturas 40, esencialmente en los extremos axiales de las placas de cojinete 13.1 y 13.2, por medio de las cuales los ventiladores 30 aspiran aire refrigerante al espacio interior de la máquina eléctrica 10. Dicho aire refrigerante es acelerado radialmente hacia fuera mediante la rotación de los ventiladores 30, de manera que pueda atravesar el saliente de arrollamiento 45 permeable al aire. Mediante dicho efecto se refrigera el sobresaliente de arrollamiento 45. El aire refrigerante, después de atravesar el saliente de arrollamiento 45 o bien después de fluir alrededor de dicho sobresaliente de arrollamiento 45, toma un camino radial hacia fuera a través de las aberturas 41 aquí mostradas en la figura 1.

En la parte derecha de la figura 1 se encuentra una caperuza de protección 47 que protege de influencias ambientales diferentes componentes constructivos. De esta manera, dicha caperuza de protección 47 cubre, por ejemplo, un así denominado conjunto de anillos colectores 49 que es usado para alimentar de corriente de excitación un arrollamiento de excitación 51. Alrededor de este conjunto de anillos colectores 49 está dispuesto un cuerpo refrigerante 53 que aquí actúa como cuerpo refrigerante positivo. Una placa 54 actúa como un así denominado cuerpo refrigerante negativo. En el cuerpo refrigerante 53 está dispuesta una placa de conexión 56 que es usada para en el cuerpo refrigerante 53 conectar entre sí diodos negativos dispuestos en la placa 54 y aquí en esta representación diodos positivos no mostrados y, por lo tanto, ilustrar una conexión en puente per se conocida.

En la placa de cojinete 13.2 se encuentra en su lado radial interior un cubo 60 que presenta una circunferencia interior cilíndrica y, de este modo, un taladro. En dicho taladro se asienta un así llamado casquillo de encaje 63, que tiene el objetivo de alojar el así llamado rodamiento 28 del lado de las escobillas. Los detalles respecto a ello se explicarán en la figura 2. Este casquillo de encaje no solo tiene esta sección de anillo de encaje real, que se encuentra directamente en el cubo 60, sino también, además, con dicha sección de anillo de encaje integrada una caperuza con forma de manguito, que rodea los contracontactos 66, que en este caso son anillos colectores, fijos al rotor 20 y por lo tanto, permanentes. Sobre este contracontacto 66 fijo al rotor se conduce un contacto deslizante no mostrado que, habitualmente, también se denomina escobilla. En este casquillo de encaje 63 está dispuesto, además, un ventilador 70 que activa el aire de barrido que se encuentra dentro del casquillo de encaje 63 y así

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conseguir la expulsión de polvo abrasivo, que se produce por desgaste de los contactos deslizantes, del espacio interior del casquillo de encaje 63.

Consecuentemente, se muestra una máquina eléctrica 10, en particular un generador de corriente alterna, con un estator 16 y un rotor 20, llevando el rotor 20 una disposición de conductores, en este caso en forma de un arrollamiento de excitación 51, para la excitación de un campo electromagnético en el rotor, con un equipo para la transmisión de energía eléctrica a la disposición de conductores, incluyendo el equipo al menos un contacto deslizante en forma de una escobilla (escobilla de grafito, escobilla de carbón) para la transmisión de energía eléctrica y al menos un contracontacto fijo al rotor. En el ejemplo de realización mencionado, el contracontacto fijo al rotor está realizado como anillo colector. Otro modo de realización puede estar realizado, por ejemplo en una máquina de corriente continua, como conmutador con delgas distribuidas sobre el perímetro. Además, la máquina eléctrica 10 presenta un casquillo de encaje 63 en el cual está dispuesto, preferentemente, el rodamiento 28

mencionado para el apoyo de un árbol 27, que rodea en gran parte el al menos un contracontacto 66 fijo al rotor. Se

ha previsto que en el casquillo de encaje 63 esté dispuesto un ventilador 70.

La figura 2 se ilustra una sección longitudinal a través del conjunto de anillos colectores. También se ilustra cómo este conjunto de anillos colectores y también el rodamiento 28 están circundados por el casquillo de encaje 63. El árbol 27 presenta en su extremo apartado de la parte electromagnética del rotor 20 un muñón 73, sobre el cual se encuentra dispuesta una sección de contacto 76 del conjunto de anillos colectores 49. Esta sección de contacto 76 presenta un taladro central que se encuentra sobre el muñón 73 al menos en unión no positiva. La sección de

contacto 76 retiene con su material plástico aislante dos contracontactos 66 fijos al rotor, que se encuentran

radialmente debajo de una abertura 82. Dicha abertura 82 está instalada en el anillo de encaje 63 y se usa para alojar una carcasa no mostrada aquí de un portaescobillas, para que unos contactos deslizantes respectivos que están alojados en el portaescobillas o bien en su carcasa puedan contactar los contracontactos 66. De la circunferencia interior de los contracontactos 66 mostrados aquí sale, en cada caso, un conductor eléctrico que va hacia la izquierda dentro del material aislante y aguas abajo del rodamiento, es decir radialmente dentro del anillo interior del rodamiento. Con una sección de collar 85, la sección de contacto 76 está orientada en la figura 2 hacia la izquierda a la parte electromagnética del rotor 20 orientada en sentido a una superficie de contacto 88 del árbol 27 y puede hacer contacto allí.

A la superficie de contacto 88 se conecta, en sentido contrario a los anillos colectores 66, una sección de árbol que está configurada como asiento 91 para el rodamiento 28. El rodamiento 28 descansa con su anillo interior 94 sobre el asiento 91; su anillo exterior 97 se apoya radialmente hacia fuera en la sección de anillo de encaje 100 y en el cubo 60. El anillo de encaje 100 contacta la placa de cojinete 13.2 mediante un collar 103 (véase también la figura 1), desde el lado interior de la placa de cojinete 13.2. Entre el cojinete 28 y la sección de contacto 76 está dispuesto el ventilador 70 con sus álabes de ventilador. Desplazadas radialmente, eventualmente también de manera ligeramente axial, se encuentran fuera del ventilador 70 dispuestas en el casquillo de encaje 63 unas aberturas 106 que en este lugar se distribuyen sobre todo la circunferencia del casquillo de encaje 63. A través de dichas aberturas 106, el ventilador 70 con sus álabes de ventilador 73 distribuye radialmente hacia fuera, o en lo esencial virtualmente radialmente hacia fuera el aire que ha impelido del espacio interior del casquillo de encaje 63 y elimina así el polvo producido. Los álabes de ventilador 73 salen de la placa de ventilador 109. Axialmente opuesto a los extremos libres 112 de los álabes de ventilador 73 está dispuesto un sector de placas 115, que es parte del casquillo de encaje 63. Mediante esta disposición mejora considerablemente el grado de eficiencia del ventilador.

El ventilador 70 tiene un diámetro exterior que es menor que el diámetro mayor del rodamiento 28 dispuesto en el casquillo de encaje 63. Con su placa de ventilador 109, el ventilador 70 blinda el rodamiento 28 contra ensuciamiento.

Según la figura 2, el ventilador 70 está centrado por una sección de árbol 118 y por una sección del aislador, concretamente la sección de collar 85, en este caso sobre su lado radial exterior. En este caso, el aislador es la parte de contenido de plástico o sector de plástico de la sección de contacto 76. Alternativamente, el ventilador 70 también podría ser centrado solamente mediante la sección de árbol 118 o bien solamente por la sección de collar 85.

Una sección de casquillo 123 que contacta el aislador, es decir el material aislante de la sección de contacto 76, está moldeada integrada al borde interior radial 120 del ventilador 70.

El casquillo de encaje 63 presenta una abertura 126 ya mostrada en la figura 1, que posibilita una entrada de aire de barrido. En la figura 2 se ha previsto, alternativamente, la abertura 82 como orificio que posibilita una entrada de aire de barrido. En dicha abertura 82 se inserta, preferentemente, la carcasa 129 de un portaescobillas, existiendo entre la carcasa y la abertura 82 un resquicio que posibilita la entrada de aire de barrido. La carcasa tiene en la figura 3 la cifra de referencia 129. Las escobillas 128 penetran la abertura 82. Se ha previsto que el ventilador 70 esté asegurado sobre el rotor mediante una unión de material, unión positiva o unión no positiva.

Se ha previsto que el ventilador 70 mantenga una de distancia determinada respecto del rodamiento 28. Esto es

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importante para eliminar del espacio intermedio líquido que, eventualmente, ha ingresado debido al efecto centrífugo. Si el espaciado es demasiado pequeño, es difícil sino imposible eliminar el líquido del rodamiento de bolas y ventilador por efecto capilar. Los espaciados apropiados entre el rodamiento de bolas 28 y el ventilador 70 trabajando como disco centrífugo son > 0,3 mm. El espaciado del diámetro exterior de álabes ha de ser dimensionado de tal manera que exista un flujo de aire óptimo con un simultáneo espaciado reducido respecto del diámetro interior del anillo de encaje 63. Esto cambia el efecto de entrada de líquido con los generadores en marcha. Los espaciados habituales entre diámetro exterior, ventilador y encapsulado de diámetro interior se encuentran entre 1 y 2 mm. El ventilador tiene el objetivo de generar una presión negativa permanente en el espacio de anillos colectores. El aire más frío es aspirado a través del laberinto de anillo colector de regulador (resquicio 130), enfría selectivamente los anillos colectores y abandona el espacio de anillos colectores por las aberturas del anillo de encaje. Dicha abertura de salida está colocada paralela al diámetro exterior de ventilador para, inmediatamente, mediante efecto centrífugo eliminar del encapsulado el líquido eventualmente ingresado. El número de álabes debe ser seleccionado de manera que se asegure un caudal tan grande como sea posible. Un número habitual de álabes es de entre 6 y 30. Los agujeros en el anillo de encaje son circundantes, es decir dispuestos sobre todo el perímetro de 360°. De esta manera se asegura en todas las posiciones de montaje un desagote de líquido ingresado. Adicionalmente, dichas aberturas deben ser aplicadas en el diámetro mayor del anillo de encaje. De esta manera se garantiza una descarga completa de líquidos.

Como muestra la figura 4 en un segundo ejemplo de realización, el sector de placa 115 puede estar, alternativamente, también dispuesto a una distancia mayor respecto de los álabes de ventilador 73 (mayor que en el primer ejemplo de realización). En el caso de tal distancia, para conseguir un elevado grado de eficiencia del ventilador se ha previsto, preferentemente, que el casquillo de encaje 63 con un extremo 116 de la caperuza con forma de casquillo a modo de tubuladura orientado al rodamiento 28 alcance axialmente hasta más próximo a los álabes de ventilador 73 que lo que el sector de placa 115 está distanciado axialmente de los álabes de ventilador 73. Se ha previsto el casquillo de encaje 63 presente aberturas de salida 106 para aire de barrido que se usan para la salida del aire impelida por el ventilador 70, estando las aberturas de salida 106 dispuestas radialmente fuera del ventilador 70 o bien desplazadas axialmente respecto del ventilador 70. El extremo 116 a modo de tubuladura dificulta, por ejemplo en estado de reposo de la máquina eléctrica, la penetración de líquidos a través de las aberturas de salida 106. El extremo 106 con forma de tubuladura puede ser anular de manera continua así como también estar interrumpido en algunos pocos lugares, véase, por ejemplo, también la figura 5. Allí se ilustra una interrupción 140.

Además, la figura 5a muestra un casquillo de encaje 63 cuyo extremo de la caperuza apartado del rodamiento 28 está provisto de una abertura de entrada de aire 143. El casquillo de encaje 63 que allí está configurado redondo en forma de tubo muestra a modo de barrera, una nervadura 149 desplazada algo hacia el extremo 146 del casquillo de encaje 63, es decir ligeramente retrasada del extremo 146. Primeramente, dicha nervadura 149 produce per se un impedimento para la entrada potencial de líquidos. Muy especialmente en cooperación con una caperuza de protección 47, véase también la figura 1, que con un sector de caperuza 150 con forma de cubeta o de olla con ranura está dispuesta encima de la entrada de aire 143, véase la figura 5b, se consigue, por una parte, dificultar el ingreso de líquidos y, al mismo tiempo, posibilitar una buena ventilación del casquillo de encaje 63. A lo largo de una pared interior 152 del casquillo de encaje 63 se extienden dos nervaduras 155. Estas dos nervaduras 155 tienen la función de un separador de agua. Sin embargo, si en algún momento es succionada o salpicada agua u otro líquido por la abertura de entrada de aire 143, se humedece, por ejemplo, la sección de superficie de la pared interna 152 que está dispuesta aguas arriba de la nervadura 149. Además, se humedece también, por ejemplo, el conjunto de anillos colectores 49 y el agua centrifugada por la rotación del conjunto de anillos colectores 49 existente eventualmente. Las nervaduras 155 se usan para recolectar agua (canalizar) o bien dejar que en estas nervaduras 155 se formen gotas que de esta manera pueden ser arrancadas o desviadas más fácil y fuertemente con la corriente en sentido al ventilador 70. De esta manera disminuye el tiempo de permanencia del líquido en el casquillo de encaje 63.

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   REIVINDICACIONES

   1. Máquina eléctrica, en particular generador de corriente alterna, con un estator (16) y un rotor (20), soportando el rotor (20) una disposición de conductores para la excitación de un campo electromagnético, con un equipo para la transmisión de energía eléctrica a la disposición de conductores, presentando el equipo para la transmisión de energía eléctrica al menos un contacto deslizante y al menos un contracontacto (66) fijo al rotor, con un casquillo de encaje (63) en el cual está dispuesto un rodamiento (28) para el apoyo de un árbol (27) que reviste la mayor parte del al menos un contracontacto (66) fijo al rotor, caracterizada porque un ventilador (70) está dispuesto en el casquillo de encaje (63) y el casquillo de encaje (63) presenta una abertura (82, 126) que permite una entrada de aire de barrido y el casquillo de encaje (63) presenta aberturas de salida (106) para aire de barrido que se usan para dejar salir el aire impelido por el ventilador (70), estando las aberturas de salida (106) dispuestas radialmente fuera del ventilador (70) o bien desplazadas axialmente respecto del ventilador (70).
2. 2. Máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque el ventilador (70) presenta sobre una placa de ventilador (109) unos álabes de ventilador (73) salientes de la misma.
3. 3. Máquina eléctrica según la reivindicación 2, caracterizada porque un sector de placas (115) que es parte del casquillo de encaje (63) está dispuesto axialmente opuesto a los extremos libres (112) de los álabes de ventilador (73).
4. 4. Máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el casquillo de encaje (63) con un extremo (116) de la caperuza con forma de casquillo a modo de tubuladura orientado al rodamiento (28) alcanza axialmente hasta más próximo a los álabes de ventilador (73) que lo que el sector de placa (115) está espaciado axialmente de los álabes de ventilador (73).
5. 5. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el ventilador (70) presenta un diámetro exterior que es menor que el mayor diámetro de un rodamiento (28) dispuesto en el casquillo de encaje (63).
6. 6. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ventilador es centrado mediante una sección de árbol (118) y/o mediante una sección de un aislador, soportando el aislador el al menos un contracontacto (66) fijo al rotor.
7. 7. Máquina eléctrica según la reivindicación 6, caracterizada porque con un borde interior radial del ventilador (70) está integrada una sección de casquillo (123) que contacta el aislador.
8. 8. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ventilador (70) blinda un rodamiento (28) contra ensuciamiento mediante una placa de ventilador (109).
9. 9. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el casquillo de encaje (63) presenta una abertura (82, 126), que posibilita la entrada de aire de barrido en el cual penetra, preferentemente, una carcasa (129) de un portaescobillas, estando entre la carcasa (129) y la abertura (82) una rendija (130) que permite una entrada de aire de barrido.
10. 10. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ventilador (70) está asegurado sobre el rotor (20) mediante una unión de material, unión positiva o unión no positiva.