ES2830761T3 - Generador accionado por cinta transportadora - Google Patents

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Abstract

Generador (10) para generar electricidad a partir de un rodillo (38) giratorio de cinta transportadora de un conjunto de cinta transportadora de material a granel, comprendiendo el generador (10) un estator (12) y un rotor (14) que rodea el estator (12), en el que: el estator (12) tiene un eje (22) central y extremos axialmente opuestos primero y segundo, estando el estator (12) configurado y adaptado para ser soportado por y fijado con relación a una parte estacionaria de una estructura (28) de soporte de cinta transportadora del conjunto de cinta transportadora de material a granel desde el primer extremo axial del estator, estando el segundo extremo axial del estator configurado y adaptado para soportar un extremo de un rodillo (38) de cinta transportadora de manera que el estator (12) sea capaz de soportar el extremo del rodillo (38) de cinta transportadora desde la parte de la estructura de soporte de cinta transportadora, teniendo el segundo extremo axial del estator (12) un rebaje (36) que está alineado con el eje (22) central, el rebaje (36) está adaptado y configurado para recibir y soportar el extremo de un eje (58) del rodillo (38) de cinta transportadora, el estator (12) comprende además devanados (26) de inducido separados circunferencialmente alrededor del eje (22) central; el rotor (14) está configurado y adaptado para conectarse operativamente al rodillo (38) de cinta transportadora de manera que el rotor (14) pueda ser accionado de manera giratoria por el rodillo (38) de cinta transportadora alrededor del estator (12) y con relación a la parte de la estructura (28) de soporte de cinta transportadora, comprendiendo el rotor múltiples imanes (46) permanentes separados circunferencialmente alrededor del eje (22) central del estator (12); y al menos un imán (16) permanente de accionamiento está conectado operativamente al rotor (14), estando el al menos un imán (16) de accionamiento configurado y adaptado para fijar magnéticamente el rotor (14) al rodillo (38) de cinta transportadora de manera que la fijación del rotor (14) al rodillo (18) sea el resultado de la inserción del eje (58) en el rebaje (36) y que la rotación del rodillo (38) de cinta transportadora sea capaz de hacer girar el rotor (14) alrededor del estator (12), estando el al menos un imán (16) de accionamiento configurado y adaptado también para permitir que el rotor (14) se deslice de manera giratoria con relación al rodillo (38) de cinta transportadora en el caso en el que el par resistivo entre el rotor (14) y el estator (12) supere un umbral.

Description

DESCRIPCIÓN
Generador accionado por cinta transportadora
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
La presente solicitud de patente reivindica la prioridad sobre la solicitud de patente de los Estados Unidos con N° de serie 14/640.810, titulada "Conveyor Belt Driven Generator", presentada el 6 de marzo de 2015, cuya divulgación completa se incorpora al presente documento por referencia.
Declaración relacionada con investigación o desarrollo realizados con financiación federal
No aplicable
Anexo
No aplicable
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere a generadores eléctricos y a métodos relacionados con los mismos. Más específicamente, la presente invención se refiere a un generador configurado para acoplarse a un rodillo de cinta transportadora de un conjunto de cinta transportadora de material a granel de manera que el rodillo accione de manera giratoria el generador.
Antecedentes generales
Frecuentemente, es necesario suministrar electricidad a varios puntos a lo largo de un conjunto de cinta transportadora de material a granel para una diversidad de propósitos. Uno de dichos propósitos es supervisar el rendimiento de diversos componentes del conjunto de cinta transportadora. Pero algunos conjuntos de cinta transportadora de material a granel tienen una longitud de muchos kilómetros. Debido a la extrema longitud de dichos conjuntos de cinta transportadora, frecuentemente es poco práctico suministrar electricidad a lo largo de toda la longitud de la cinta transportadora mediante el despliegue de cables eléctricos.
Para abordar este problema, se han usado generadores accionados por el movimiento de cintas transportadoras. En algunos casos, un rodillo loco del conjunto de cinta transportadora ha sido reemplazado por un rodillo especial equipado con un generador en su interior. Sin embargo, la utilización de dichos rodillos especiales dentro del conjunto de cinta transportadora tiene diversos inconvenientes. Requiere la fabricación y la producción de un tipo especial de rodillo. Además, si el generador en el interior del rodillo especializado se agarrota, el rodillo podría dejar de funcionar de manera apropiada y/o la fricción podría crear un riesgo de incendio.
En otros casos, generadores estándar han sido accionados mediante cintas transportadoras colocando varios ejes accionados para transferir energía mecánica a los generadores. Sin embargo, dicha configuración tiene también varios inconvenientes importantes. El conjunto de cinta transportadora frecuentemente transporta material a granel polvoriento, tal como mineral. Por consiguiente, el polvo tiende a acumularse en el eje de accionamiento y en el generador. Esto resulta frecuentemente en múltiples problemas de funcionamiento que, en última instancia, resultan en el fallo del generador.
El documento US2009/166157 divulga un accionamiento de rodillo para un rodillo transportador en el que, si un artículo a ser transportado debe ser frenado, la máquina eléctrica puede ser usada también como un generador para frenar el rodillo. Pueden proporcionarse también unos medios antibloqueo en un acoplamiento del dispositivo.
El documento US 6286659 divulga un transportador motorizado con un mecanismo limitador de par de fricción lateral para accionar un rodillo del transportador. El mecanismo limitador de par incluye una primera superficie de fricción asociada con el rodillo y una segunda superficie de fricción asociada con el elemento de accionamiento que está realizada en un material magnético. Cuando la fuerza requerida para hacer girar el rodillo es mayor que la fuerza de fricción entre las superficies de fricción primera y segunda, se produce un deslizamiento entre las superficies de fricción primera y segunda.
El documento US2014/0305773 divulga un embrague deslizante basado en imanes, que puede montarse en el extremo de un eje giratorio asociado con un rodillo transportador.
El documento US2003/0019724 divulga un acoplamiento magnético para hacer girar de manera selectiva los rodillos de un transportador de rodillos.
Sumario de la invención
La presente invención aborda y supera algunos de los problemas que existen actualmente en los conjuntos de cinta transportadora que utilizan generadores. El generador de la presente invención está conectado directamente a un rodillo loco de una cinta transportadora convencional. Además, el rotor del generador está configurado preferiblemente para deslizarse de manera giratoria con relación a ese rodillo loco en el caso en el que el par resistivo entre el rotor y el estator del generador supere un par umbral o el generador se agarrote por completo. La presente invención proporciona esta y otras ventajas.
En un aspecto de la invención, se proporciona un generador para generar electricidad según la reivindicación 1.
En otro aspecto de la invención, se proporciona un conjunto que comprende un generador y un rodillo de cinta transportadora según la reivindicación 5.
Todavía otro aspecto de la invención se refiere a un método para generar electricidad y soportar un rodillo de cinta transportadora según la reivindicación 6.
A continuación, se describen detalladamente características y ventajas adicionales de la presente invención, así como el funcionamiento de la invención, con referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 representa una vista en perspectiva de una parte del conjunto de cinta transportadora que incorpora un generador según la presente invención.
La Figura 2 representa una vista frontal del conjunto de cinta transportadora mostrado en la Figura 1.
La Figura 3 representa una vista en perspectiva del conjunto de cinta transportadora mostrado en las Figuras 1 y 2 con la cinta transportadora omitida en aras de la claridad.
La Figura 4 muestra una vista en despiece ordenado del conjunto de generador y de rodillos mostrado en las Figuras 1 -3.
La Figura 5 representa una vista en sección transversal del generador mostrado en las Figuras 1 -4.
La Figura 6 representa una vista en perspectiva de parte del estator rodeado por los imanes permanentes o el rotor. Los números de referencia en la memoria descriptiva escrita y en las figuras de los dibujos indican elementos correspondientes.
Descripción detallada
En las figuras se muestra una realización preferida de un generador 10 según la presente invención. El generador 10 comprende un estator 12 y un rotor 14. Preferiblemente, el generador 10 comprende además múltiples imanes 16 permanentes de accionamiento, un retén 18 de accionamiento y un acoplamiento 20 de accionamiento.
El estator 12 comprende un eje 22 central, un eje 24 central y devanados 26 de inducido. El estator 12 está configurado y adaptado para ser soportado por una parte rígida de la estructura 28 de soporte de cinta transportadora. Preferiblemente, el estator 12 está soportado por la parte de la estructura 28 de soporte de cinta transportadora por medio del eje 24 del estator. Los devanados 26 de inducido están enrollados alrededor de los dientes 30 de inducido que se extienden desde y alrededor del eje 24 del estator 12. Un conducto 32 axial se extiende a través del eje 24 del estator 12 y sirve como un conducto para los cables 34 conductores que están conectados a los devanados 26. Los cables 34 conductores se extienden desde el generador 12 para transmitir electricidad al exterior del generador. El extremo axial opuesto del eje 24 del estator 12 comprende un rebaje 36 que está alineado con el eje 22 central. El rebaje 36 está configurado y adaptado para recibir y soportar el extremo de un eje de un rodillo 38 de cinta transportadora (tal como se explica más detalladamente a continuación) y puede ser cilíndrico, hexagonal o de cualquier otra forma adecuada para soportar el extremo del eje. De esta manera, el estator 12 está adaptado para soportar uno de los rodillos de la cinta transportadora desde la estructura de soporte de la cinta transportadora. Preferiblemente, el estator 12 comprende además una primera tapa 40 de extremo y una segunda tapa 42 de extremo que están fijadas de manera rígida al eje 24 del estator 12 (preferiblemente mediante ajuste a presión o adhesivo). El rotor 14 comprende una carcasa 44 cilíndrica exterior y múltiples imanes 46 permanentes. Los imanes 46 permanentes están fijados a la superficie interior de la carcasa 44 cilíndrica y están separados circunferencialmente unos de otros alrededor del eje 22 central del estator 12. El rotor 14 comprende además una primera tapa 48 interior y una segunda tapa 50 interior separada axialmente. Las tapas 48, 50 de extremo interiores primera y segunda se extienden radialmente hacia el interior hacia el eje 24 del estator 12, pero se detienen antes de acoplarse con el eje de manera que crean un espacio anular.
El montaje del rotor 14 al estator 12 incluye el uso de un par de cojinetes 52, un par de juntas 54 elásticas anulares y unos pocos clips 56 en forma de C/en forma de E. Antes de montar el rotor 14 al estator 12, los clips 56 en forma de C interiores pueden ajustarse a presión en las ranuras anulares formadas en el eje 24 del estator. A continuación, con el estator 12 completamente montado, excepto por sus tapas 40, 42 de extremo primera y segunda, y con el rotor 14 completamente montado, excepto por sus tapas 48, 50 interiores primera y segunda, el rotor se desliza axialmente alrededor del estator. Cuando están en posición axial, los imanes 46 permanentes del rotor 14 rodean los dientes 30 de inducido y los devanados 26 del estator 12. A continuación, las tapas 48, 50 interiores primera y segunda del rotor 14 pueden deslizarse al interior de la carcasa 44 cilíndrica del rotor hasta que golpeen los topes formados en la superficie interior de la carcasa (que posicionan axial y correctamente las tapas interiores). A continuación, las tapas 48, 50 interiores se ajustan a presión preferiblemente en la carcasa 44 cilíndrica (de manera alternativa, pueden usarse otros métodos para unir las tapas interiores a la carcasa cilíndrica). A continuación, los cojinetes 52 se deslizan al interior de los espacios anulares entre las tapas 48, 50 interiores del rotor y el eje del estator 12. Los clips 56 en forma de C interiores previenen una inserción excesiva de los cojinetes 52. A continuación, los clips 56 en forma de C exteriores pueden ajustarse a presión en ranuras anulares adicionales formadas en el eje 24 del estator 12 para asegurar axialmente los cojinetes 52 en su sitio (los cuales, por lo tanto, aseguran también axialmente el rotor 14 en su sitio con relación al estator 12). Además, en esta etapa, las juntas 54 pueden deslizarse al interior de la carcasa 44 cilíndrica del rotor 14 hasta que golpeen los topes adicionales formados en la superficie interior de la carcasa. Una vez realizado lo indicado anteriormente, las tapas 40, 42 de extremo del estator pueden ajustarse a presión axialmente sobre el eje 24 hasta que se acoplen contra las grapas 56 en forma de C exteriores (en cuyo punto se acoplarán con y comprimirán ligeramente también las juntas 54). Con las tapas 40, 42 de extremo ajustadas a presión sobre el eje 24, se completa el proceso de montaje del rotor 14 al estator 12.
El retén 18 de accionamiento es anular con protuberancias radiales y el acoplamiento 20 de accionamiento está configurado para rodear el retén de accionamiento. Conjuntamente, las protuberancias radiales del retén de accionamiento y del acoplamiento de accionamiento están configuradas para enclavarse con los rebajes correspondientes formados en la carcasa 44 cilíndrica del rotor 14. De esta manera, el rotor 14 está configurado para girar con el retén 18 de accionamiento con relación al estator 12. El acoplamiento 20 de accionamiento está realizado en poliuretano o algún otro material apreciablemente elástico. Además de absorber oscilaciones en el par (que se describe más adelante), el acoplamiento de accionamiento es capaz de tener en cuenta las tolerancias de fabricación entre el retén 18 de accionamiento y la carcasa 48 exterior. Los imanes 16 de accionamiento están asegurados en los rebajes formados en el lado axial del retén 18 de accionamiento orientado en la dirección opuesta al rotor 14. Preferiblemente, los imanes 16 de accionamiento están separados circunferencialmente y rodean el eje 22 central del estator 12.
El generador 10 se conecta a un rodillo 38 loco de la cinta transportadora (que es preferiblemente axialmente simétrico) insertando el eje 58 del rodillo 38 en el rebaje 36 formado en el eje 24 del estator 12. Posteriormente, los imanes 16 de accionamiento fijan magnéticamente el retén 18 de accionamiento al cuerpo 60 cilíndrico principal del rodillo 38 de manera que cree una fricción de torsión entre el rodillo y el accionamiento. Por lo tanto, la rotación del rodillo 38 causará que el rotor 14 del generador 10 gire con el mismo, a menos la fricción de torsión sea superada por el par resistivo. Esto permite que el rotor 14 se deslice de manera giratoria con relación al rodillo 38 en el caso en el que la fricción de rotación entre el rotor y el estator 12 supera la fricción de torsión.
A continuación, el conjunto de rodillo 38 y de generador 10 puede asegurarse a la estructura 28 de soporte de cinta transportadora mediante el eje 58 del rodillo 38 y el eje 24 del estator 12. De esta manera, cuando se asegura a la estructura 28 de soporte de cinta transportadora, un extremo axial del eje 58 del rodillo 38 está soportado directamente por la estructura 28 de soporte y el otro extremo axial del eje 58 del rodillo 38 está soportado por la estructura indirectamente mediante el estator 12 del generador 10. Preferiblemente, la carcasa 44 exterior cilíndrica del rotor 14 tiene un diámetro que coincide con el del cuerpo 60 principal cilíndrico del rodillo 38 de manera que, si la cinta 62 transportadora que se desplaza sobre el rodillo 38 se desplaza hacia el generador 10, la cinta puede desplazarse parcialmente sobre el rotor 14 del generador 10.
En vista de lo anterior, debería apreciarse que, cuando una cinta transportadora se desplaza sobre el rodillo 38, el rotor 14 del generador 10 girará con el rodillo (a menos que se deslice de manera giratoria tal como se ha discutido anteriormente), generando de esta manera una corriente eléctrica alterna en los devanados 26 del estator 12 (que los cables conductores transmiten al dispositivo que necesite energía eléctrica). Cuando esto ocurre, el par necesario para accionar el rotor 14 alrededor del estator 12 varía ligeramente dependiendo de la posición de rotación de los imanes 46 del rotor con relación a los devanados 26 del estator. Este par de torsión irregular podría crear una rotación irregular entre el retén 18 de accionamiento y la carcasa 44 del rotor 14 si dichos componentes rígidos están acoplados directamente entre sí. Dicha rotación irregular podría conducir a un rápido desgaste del retén 18 de accionamiento. Sin embargo, debido a que el acoplamiento 20 de accionamiento está realizado en poliuretano, es apreciablemente elástico y actúa para absorber un par de torsión irregular entre el retén 18 de accionamiento y la carcasa 48 exterior, previniendo de esta manera dicho desgaste.
En vista de lo anterior, debería apreciarse que la invención tiene varias ventajas sobre la técnica anterior.
Debido a que podrían realizarse diversas modificaciones en las construcciones y los métodos descritos e ilustrados en el presente documento sin apartarse del alcance de la invención, se pretende que toda la materia contenida en la descripción anterior o mostrada en los dibujos adjuntos se interprete de manera ilustrativa en lugar de limitativa. Por ejemplo, aunque el retén de accionamiento de la realización preferida es distinto de la carcasa exterior del rotor, el retén de accionamiento podría formarse de manera que sea integral con la carcasa exterior del rotor o que esté conectado permanentemente a la misma. De manera alternativa, el retén de accionamiento podría ser una extensión del rodillo de la cinta transportadora y podría estar configurado para deslizarse de manera giratoria con relación al rotor. Además, el generador puede formarse de manera que el generador sea integral con el rodillo de la cinta transportadora. En dicha realización, la carcasa del rotor podría ser una extensión integral del cuerpo principal del rodillo. De esta manera, la extensión y el alcance de la presente invención no deberían estar limitados por ninguna de las realizaciones ejemplares descritas anteriormente, sino que deberían estar definidos solo según las siguientes reivindicaciones adjuntas al presente documento y sus equivalentes.
Debería entenderse también que, cuando los elementos de la presente invención se describen en las reivindicaciones o en la descripción anterior de las realizaciones ejemplares de la invención, las expresiones "que comprende", "que incluye" y "que tiene" pretenden ser ilimitadas y significan que puede haber elementos adicionales distintos de los elementos enumerados. Además, debería interpretarse que el término "parte" significa parte o la totalidad del artículo o elemento que califica. Además, el uso de identificadores tales como primero, segundo y tercero no debería interpretarse de manera que imponga cualquier posición relativa o secuencia temporal entre las limitaciones. Además, el orden en el que se presentan las etapas de cualquier reivindicación de método siguiente no debería interpretarse de una manera que limita el orden en el que deben realizarse dichas etapas, a menos que dicho orden sea inherente.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Generador (10) para generar electricidad a partir de un rodillo (38) giratorio de cinta transportadora de un conjunto de cinta transportadora de material a granel, comprendiendo el generador (10) un estator (12) y un rotor (14) que rodea el estator (12), en el que:
el estator (12) tiene un eje (22) central y extremos axialmente opuestos primero y segundo, estando el estator (12) configurado y adaptado para ser soportado por y fijado con relación a una parte estacionaria de una estructura (28) de soporte de cinta transportadora del conjunto de cinta transportadora de material a granel desde el primer extremo axial del estator, estando el segundo extremo axial del estator configurado y adaptado para soportar un extremo de un rodillo (38) de cinta transportadora de manera que el estator (12) sea capaz de soportar el extremo del rodillo (38) de cinta transportadora desde la parte de la estructura de soporte de cinta transportadora, teniendo el segundo extremo axial del estator (12) un rebaje (36) que está alineado con el eje (22) central, el rebaje (36) está adaptado y configurado para recibir y soportar el extremo de un eje (58) del rodillo (38) de cinta transportadora, el estator (12) comprende además devanados (26) de inducido separados circunferencialmente alrededor del eje (22) central;
el rotor (14) está configurado y adaptado para conectarse operativamente al rodillo (38) de cinta transportadora de manera que el rotor (14) pueda ser accionado de manera giratoria por el rodillo (38) de cinta transportadora alrededor del estator (12) y con relación a la parte de la estructura (28) de soporte de cinta transportadora, comprendiendo el rotor múltiples imanes (46) permanentes separados circunferencialmente alrededor del eje (22) central del estator (12); y
al menos un imán (16) permanente de accionamiento está conectado operativamente al rotor (14), estando el al menos un imán (16) de accionamiento configurado y adaptado para fijar magnéticamente el rotor (14) al rodillo (38) de cinta transportadora de manera que la fijación del rotor (14) al rodillo (18) sea el resultado de la inserción del eje (58) en el rebaje (36) y que la rotación del rodillo (38) de cinta transportadora sea capaz de hacer girar el rotor (14) alrededor del estator (12), estando el al menos un imán (16) de accionamiento configurado y adaptado también para permitir que el rotor (14) se deslice de manera giratoria con relación al rodillo (38) de cinta transportadora en el caso en el que el par resistivo entre el rotor (14) y el estator (12) supere un umbral.
2. Generador (10) según la reivindicación 1, en el que el estator (12) comprende cables (34) conductores eléctricos y un eje (24) que se extienden ambos axialmente desde el primer extremo axial del estator (12), el eje (24) tiene un conducto (32) axial y está configurado y adaptado para soportar el estator (12) desde la parte de la estructura (28) de soporte de cinta transportadora, y los cables (34) conductores eléctricos se conectan operativamente a los devanados (26) de inducido y se extienden a través del conducto (32) axial del eje (24).
3. Generador (10) según la reivindicación 1, en el que los imanes (46) permanentes del rotor (14) rodean los devanados (26) de inducido del estator (12), y el rotor (14) está soportado de manera giratoria por el estator (12) mediante cojinetes (52) que rodean el eje (24) del estator (12).
4. Conjunto que comprende el generador (10) según la reivindicación 1 y un rodillo (38) de cinta transportadora, teniendo el rodillo (38) de cinta transportadora un eje (58), estando una parte del eje (58) del rodillo (38) posicionada en el rebaje (36) del estator (12), estando el rodillo (38) conectado operativamente al rotor (14) de manera que la rotación del rodillo (38) con relación al estator (12) cause que el rotor (14) gire alrededor del estator (12), cada uno de entre el rotor (14) y el rodillo (38) tiene una superficie cilíndrica exterior de un mismo diámetro.
5. Método para generar electricidad y soportar un rodillo (38) de cinta transportadora desde una estructura (28) de soporte a través de un generador (10) según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el método las etapas de:
insertar un eje (58) del rodillo (38) en el rebaje (36) del estator (12);
soportar una parte de extremo axial del rodillo (38) de cinta transportadora mediante el eje (58) que se recibe en el rebaje (36) que está formado en la segunda parte de extremo axial del estator (12);
soportar el primer extremo axial del estator (12) desde la estructura (28) de soporte de manera que el estator (12) soporte indirectamente el rodillo (38) de cinta transportadora desde la estructura (28) de soporte, y
conectar operativamente el rodillo (38) al rotor (14) mediante el al menos un imán (16) permanente de accionamiento de manera que cree una fricción de torsión entre el rodillo (38) y el rotor (14) que permita que el rodillo (38) transfiera par al rotor (14) y de manera que el rotor (14) pueda deslizarse de manera giratoria con relación al rodillo (38) en el caso en el que el par resistivo entre el rotor (14) y el estator (12) supera la fricción de torsión, en el que el al menos un imán (16) de accionamiento fija magnéticamente el rotor (14) al rodillo (38) de cinta transportadora,
en el que dicha fijación magnética del rotor (14) al rodillo (38) de cinta transportadora es el resultado de dicha etapa de inserción del eje (58) en el rebaje (36).
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