ES2855548T3 - Dispositivo de contacto eléctrico para una máquina eléctrica - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de contacto eléctrico (10) para una máquina eléctrica con - un equipo de escobilla (12), - un equipo de anillo colector (18) que está montado de manera giratoria con respecto al equipo de escobilla (12) y que está en contacto eléctrico con el equipo de escobilla (12), - un ventilador (26) para transportar un refrigerante y - una carcasa (24) en la que están dispuestos el equipo de escobilla (12), el equipo de anillo colector (18) y el ventilador (26), en el que - la carcasa (24) presenta una abertura (28) para la entrada del refrigerante, y en el que - un primer elemento de guía de aire (30), que está dispuesto en la carcasa (24) de tal manera que este guía el refrigerante que entra por la abertura (28) a una zona (36) en la que el equipo de escobilla (12) y el equipo de anillo colector (18) están en contacto eléctrico, caracterizado por que - el primer elemento de guía de aire (30) rodea por completo el equipo de anillo colector (18) a lo largo de su dirección circunferencial.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de contacto eléctrico para una máquina eléctrica
La presente invención se refiere a un dispositivo de contacto eléctrico para una máquina eléctrica con un equipo de escobilla, un equipo de anillo colector que está montado de manera giratoria en el equipo de escobilla y que está en contacto eléctrico con el equipo de escobilla, un ventilador para transportar un refrigerante y una carcasa en la que están dispuestos el equipo de escobilla, el equipo de anillo colector y el ventilador, en el que la carcasa presenta una abertura para la entrada de un refrigerante. Además, la presente invención se refiere a una máquina eléctrica con un dispositivo de contacto eléctrico. Por último, la presente invención se refiere a un aerogenerador con una máquina eléctrica de este tipo.
Los aerogeneradores o los generadores de energía eólica comprenden una máquina eléctrica que funciona como generador. En particular, como máquina eléctrica se puede usar una máquina eléctrica de doble alimentación. Debido al aumento de rendimiento en el ámbito de los aerogeneradores de doble alimentación, los componentes utilizados están expuestos a cargas cada vez mayores. Para valorar debidamente la alta presión de los costes, se intenta realizar el aumento de rendimiento con componentes de igual construcción y existe el riesgo de que las temperaturas en la zona de transmisión del anillo colector superen el nivel permisible y que ya no se garantice la fiabilidad operacional.
Por este motivo, se intenta enfriar los componentes de manera más efectiva. Sin embargo, esto aumenta los costes de fabricación del aerogenerador. Además, se usan accesorios de anillo colector más grandes con corrientes de transmisión crecientes. Por ejemplo, los anillos colectores, los puentes portaescobillas y la carcasa de anillo colector están dimensionados correspondientemente más grandes.
En cambio, estas medidas también tienen como consecuencia mayores costes de fabricación.
Para valorar debidamente el aumento de rendimiento, hasta ahora se ha intentado agrandar los sistemas de transmisión, es decir, los anillos colectores, el puente portaescobillas y la carcasa de anillo colector, con respecto a su superficie hasta que se proporcione una refrigeración suficiente. Habitualmente se usa un ventilador radial sin control esencial de la conducción de aire dentro de la carcasa de anillo colector para aspirar el aire de refrigeración necesario desde el exterior o desde el espacio interior de la góndola de energía eólica.
Para ello, el documento US 2005/0077788 A1 describe un equipo de anillo colector para suministrar energía eléctrica a un rotor de una máquina eléctrica. El equipo de anillo colector comprende un anillo colector que comprende una superficie exterior cilíndrica y que está conectado con el rotor. Además, está prevista una escobilla que está conectada eléctricamente con el anillo colector. Se puede suministrar un medio de refrigeración al anillo colector a través de una abertura en una carcasa.
Asimismo, el documento DE 10 2010 001 437 A1 describe una máquina dinamoeléctrica con un rotor de anillos colectores, cuya disposición de anillos colectores está dispuesta en el lado B de la máquina dinamoeléctrica. A este respecto, en cada caso está previsto un circuito de refrigeración de aire primario cerrado para la máquina dinamoeléctrica, así como para la disposición de anillos colectores. Para ello puede estar previsto, por ejemplo, un ventilador radial. Además, puede estar previsto un refrigerador secundario que enfría los medios de refrigeración del circuito de refrigeración primario de la máquina dinamoeléctrica y del circuito de refrigeración primario de la disposición de anillos colectores.
El documento EP 0 939 481 A1 describe asimismo un equipo de refrigeración para una máquina eléctrica que presenta un anillo colector. A este respecto, puede estar previsto al menos un elemento con el que al menos una primera parte de un flujo de aire, que es provocado por un ventilador, se conduce al anillo colector. Otro equipo de refrigeración se describe en el documento US 3731121 A.
Es objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo de contacto eléctrico para una máquina eléctrica que se puede operar de manera más efectiva.
Este objetivo se consigue mediante un dispositivo de contacto eléctrico con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos de la presente invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la invención para una máquina eléctrica comprende un equipo de escobilla, un equipo de anillo colector que está montado de manera giratoria en el equipo de escobilla y que está en contacto eléctrico con el equipo de escobilla, un ventilador para transportar un refrigerante y una carcasa en la que están dispuestos el equipo de escobilla, el equipo de anillo colector y el ventilador, en el que la carcasa presenta una abertura para la entrada del refrigerante y un primer elemento de guía de aire que está dispuesto en la carcasa de tal manera que este guía el refrigerante que entra a través de la abertura en una zona en la que el equipo de escobilla y
el equipo de anillo colector están en contacto eléctrico. Además, el primer elemento de guía de aire rodea por completo el equipo de anillo colector a lo largo de su dirección circunferencial.
Un contacto de anillo colector se establece por medio del dispositivo de contacto eléctrico. Esto se puede usar, por ejemplo, en una máquina eléctrica de doble alimentación. El dispositivo de contacto eléctrico comprende al menos un equipo de escobilla, que a su vez comprende al menos una escobilla de material eléctricamente conductor. La al menos una escobilla puede estar dispuesta en un portaescobillas. La escobilla se puede presionar contra el equipo de anillo colector, que comprende al menos un anillo colector, mediante fuerza de resorte, mediante lo cual se establece una conexión eléctrica entre la escobilla y el anillo colector. El equipo de anillo colector puede estar dispuesto de manera resistente al giro en un árbol. Por lo tanto, el equipo de anillo colector se puede girar con respecto al equipo de escobilla.
En la carcasa está dispuesto un ventilador para enfriar el equipo de anillo colector y/o el equipo de escobilla. Por ejemplo, el ventilador puede estar dispuesto en el árbol y estar diseñado un ventilador radial. Cuando el dispositivo de contacto eléctrico está en funcionamiento, el ventilador aspira un refrigerante, en particular aire de refrigeración, desde el exterior de la carcasa a través de la abertura de la carcasa. El refrigerante calentado se conduce al exterior a través de una abertura adicional en la carcasa. En el presente caso, está previsto un primer elemento de guía de aire en la carcasa. Este está dispuesto en la carcasa de tal manera que el refrigerante se guía a una zona en la que el equipo de escobilla y el equipo de anillo colector están en contacto eléctrico. De este modo, el refrigerante o el aire ambiente frío se pueden conducir con precisión a los sitios necesarios del dispositivo de contacto eléctrico. El primer elemento de guía de aire se puede configurar, por ejemplo, como pared de conducción de aire o como pared de mamparo. El aire exterior frío es aspirado por el ventilador del árbol a través de la abertura de refrigeración en la carcasa y guiado directamente a los sitios a enfriar y, por lo tanto, no toman el camino directo hacia el ventilador pasando por los componentes a enfriar. Las superficies de los componentes a enfriar, es decir, el equipo de escobilla y el equipo de anillo colector, están por tanto directamente en el flujo de refrigerante.
Además, el primer elemento de guía de aire rodea por completo el equipo de anillo colector a lo largo de su dirección circunferencial. Por lo tanto, el equipo de escobilla y el equipo de anillo colector se pueden enfriar uniformemente a lo largo de la dirección circunferencial del equipo de anillo colector. De esta manera, el dispositivo de contacto eléctrico se puede operar de manera efectiva.
La abertura en la carcasa está dispuesta preferentemente en un primer lado del primer elemento de guía de aire y el ventilador está dispuesto en un segundo lado del primer elemento de guía de aire opuesto al primer lado. Mediante esta disposición puede provocarse que el flujo de aire de refrigeración que se aspira a través de la abertura se guíe a las zonas del equipo de escobilla y del equipo de anillo colector que se calientan durante el funcionamiento del dispositivo de contacto eléctrico. Las temperaturas de las superficies de rodadura de anillos colectores y las escobillas permanecen en un intervalo de temperatura apropiado para el funcionamiento mediante esta medida. Por lo tanto, se pueden usar los grupos de construcción convencionales anteriores y los costes de fabricación se pueden mantener al mismo nivel.
En otra forma de realización, el primer elemento de guía de aire se extiende a lo largo de una dirección de extensión radial del equipo de anillo colector desde el equipo de anillo colector hasta la carcasa. La carcasa del dispositivo de contacto eléctrico puede presentar una forma cilíndrica. El primer elemento de guía de aire puede estar dispuesto en la carcasa en paralelo a las superficies laterales de la carcasa. Por ejemplo, el primer elemento de guía de aire puede estar dispuesto en el centro entre las dos superficies laterales de la carcasa. El primer elemento de guía de aire puede estar fijado a la carcasa y/o al equipo de anillo colector. Por lo tanto, se puede proporcionar un primer elemento de guía de aire de fácil fabricación.
En una forma de realización, el primer elemento de guía de aire presenta una primera parte, que está dispuesta en el equipo de anillo colector, y una segunda parte, que está dispuesta en la carcasa, estando formada una hendidura entre la primera parte y la segunda parte. Mediante el diseño de dos partes del primer elemento de guía de aire pueden evitarse corrientes de fuga a lo largo del elemento de guía de aire. Estas pueden surgir, por ejemplo, como consecuencia de la abrasión de las escobillas y anillos colectores en el interior de la carcasa. Además, el diseño en dos partes del primer elemento de guía de aire proporciona una hendidura de ventilación entre las dos partes a través de la cual el flujo de refrigerante puede fluir parcialmente. Al dimensionar la hendidura entre las dos partes, la conducción de aire en la carcasa se puede adaptar de manera sencilla.
En otra forma de realización, el primer elemento de guía de aire presenta una abertura de paso. En esta forma de realización, el primer elemento de guía de aire puede estar dispuesto directamente delante del ventilador. Mediante la colocación de la abertura de paso, es posible controlar en qué zona se transporta el refrigerante al ventilador. Por lo tanto, el flujo de refrigerante en el interior de la carcasa se puede adaptar de manera sencilla.
Preferentemente, la abertura de paso está incorporada en el primer elemento de guía de aire en un lado del equipo de anillo colector opuesto a la abertura de la carcasa. Por tanto, el aire que penetra a través de la abertura de la carcasa fluye a lo largo de la dirección circunferencial del equipo de anillo colector a través del equipo de anillo
colector antes de fluir hacia el ventilador. De este modo se puede hacer posible una refrigeración efectiva del equipo de anillo colector y/o del equipo de escobilla.
En otra configuración, en la carcasa está dispuesto un segundo elemento de guía de aire, que se extiende esencialmente en perpendicular al primer elemento de guía de aire. El segundo elemento de guía de aire puede promover el hecho de que el flujo de refrigerante se conduce primero a través del equipo de anillo colector o el equipo de escobilla y a continuación puede entrar en el ventilador radial.
El primer y/o el segundo elemento de guía de aire está formado preferentemente a partir de un material eléctricamente aislante. Dado que los componentes a refrigerar del dispositivo de contacto eléctrico son elementos activos, en el presente caso se usa un material aislante para los elementos de guía de aire. Además, mediante los elementos de guía de aire de material eléctricamente aislante pueden mantenerse los tramos de aire y de fuga necesarios.
La máquina eléctrica de acuerdo con la invención comprende el dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la invención. La máquina eléctrica es en particular una máquina eléctrica de doble alimentación.
El aerogenerador de acuerdo con la invención comprende la máquina eléctrica de acuerdo con la invención. A este respecto, la máquina eléctrica puede funcionar en particular como generador.
Las ventajas y perfeccionamientos descritos anteriormente en relación con el dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la invención se aplican conforme al sentido para la máquina eléctrica de acuerdo con la invención y la instalación de energía eólica de acuerdo con la invención.
La presente invención se explica ahora con más detalle por medio de los dibujos adjuntos. A este respecto, muestran:
la figura 1 un dispositivo de contacto eléctrico para una máquina eléctrica en una vista lateral en sección;
la figura 2 el dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la figura 1 en una vista en perspectiva;
la figura 3 el dispositivo de contacto eléctrico en otra vista lateral en sección;
la figura 4 un dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con otra forma de realización en una vista lateral en sección;
la figura 5 el dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la figura 4, ilustrándose el flujo de refrigerante en el dispositivo de contacto eléctrico; y
la figura 6 el dispositivo de contacto eléctrico de acuerdo con la figura 4 en una vista lateral en sección.
Los ejemplos de realización descritos con más detalle a continuación representan formas de realización preferidas de la presente invención.
La figura 1 muestra un dispositivo de contacto eléctrico 10 en una vista lateral en sección. El dispositivo de contacto eléctrico 10 comprende un equipo de escobilla 12. El equipo de escobilla 12 comprende un portaescobillas 14 que porta varias escobillas 16. Además, el dispositivo de contacto eléctrico 10 comprende un equipo de anillo colector 18, que comprende tres anillos colectores 20 en el presente ejemplo de realización. El equipo de anillo colector 18 está dispuesto de forma no giratoria sobre un árbol 22. Por lo tanto, el equipo de anillo colector 18 puede girarse con respecto al dispositivo de escobilla 12. Las escobillas 16 del equipo de escobilla 12 se presionan contra los anillos colectores 20 por ejemplo mediante fuerza de resorte, mediante lo cual las escobillas 16 y los anillos colectores 20 están en contacto eléctrico. Un dispositivo de contacto eléctrico 10 de este tipo se puede usar, por ejemplo, en una máquina eléctrica de doble alimentación.
El dispositivo de contacto eléctrico 10 comprende una carcasa 24 en la que están dispuestos el equipo de escobilla 12 y el equipo de anillo colector 18. Además, el árbol 22 está parcialmente dispuesto en la carcasa 24. En la carcasa 24 del dispositivo de contacto eléctrico 10 está previsto además un ventilador 26. El ventilador 26 puede estar configurado como ventilador radial que está dispuesto en el árbol 22 de manera fija en rotación. En la carcasa 24 está incorporada una abertura 28, que puede estar cubierta, por ejemplo, mediante una rejilla o malla correspondiente. Cuando el ventilador 26 está en funcionamiento, el aire ambiente de refrigeración se puede transportar desde el exterior a través de la abertura 28 a la carcasa 24 del dispositivo de contacto eléctrico 10. Un primer elemento de guía de aire 30 está dispuesto además en la carcasa 24 del dispositivo de contacto eléctrico 10. El primer elemento de guía de aire 30 está formado en particular por un material eléctricamente aislante. El primer elemento de guía de aire 30 se extiende esencialmente a lo largo de la dirección radial 34 del dispositivo de contacto eléctrico 10 o del equipo de anillo colector 18. El primer elemento de guía de aire 30 se extiende desde el equipo de anillo colector 18 hasta la pared de carcasa del dispositivo de contacto eléctrico 10. Mediante el primer elemento de guía de aire 30 puede provocarse que el aire de refrigeración aspirado a través de la abertura 28 sea guiado hacia una zona 36 en la que el equipo de anillo colector 18 y el equipo de escobilla 12 están en contacto
eléctrico. Esta zona 36 se calienta de forma especialmente intensa durante el funcionamiento del dispositivo de contacto eléctrico 10. Mediante la conducción del flujo de refrigerante a través del primer elemento de guía de aire 30 puede provocarse que esta zona 36 se enfríe de manera efectiva.
El primer elemento de guía de aire 30 se extiende a lo largo de la dirección circunferencial del equipo de anillo colector 18 por completo alrededor del equipo de anillo colector 18. De este modo se puede conseguir que el equipo de anillo colector 18 y/o el dispositivo de escobilla 12 se enfríen uniformemente. El primer elemento de guía de aire 30 puede extenderse por completo desde el equipo de anillo colector 18 hasta la carcasa 24. El primer elemento de guía de aire 30 también puede estar formado por dos partes, estando dispuesta una primera parte en el equipo de anillo colector 18 y una segunda parte en la carcasa 24. Además, la primera y la segunda parte del primer elemento de guía de aire 30 se pueden diseñar de manera que se forme una hendidura de ventilación entre la primera parte y la segunda parte. De este modo se puede conseguir que una parte del flujo de refrigerante penetre a través de la hendidura de ventilación. De esta manera, el flujo de refrigerante dentro de la carcasa 24 se puede adaptar de manera sencilla.
La figura 2 muestra el dispositivo de contacto eléctrico 10 de acuerdo con la figura 1 en una vista en perspectiva. En este sentido, se puede ver en particular la abertura 28 en la carcasa 24, que está cubierta por una rejilla correspondiente. Además, se puede ver la disposición del primer elemento de guía de aire 30, estando dispuesto el primer elemento de guía de aire 30 en el centro de la carcasa 24.
La figura 3 muestra otra vista lateral en sección del dispositivo de contacto eléctrico 10. En este sentido, el primer elemento de guía de aire 30 se muestra en una vista superior. Por motivos técnicos de fabricación, el primer elemento de guía de aire 30 puede estar compuesto por varias piezas y puede estar diseñado a modo de pared de mamparo.
La figura 4 muestra una vista lateral en sección de un dispositivo de contacto eléctrico 10 en otra forma de realización. En comparación con el dispositivo de contacto eléctrico 10 de acuerdo con las figuras 1 a 3, el primer elemento de guía de aire 30 en este dispositivo de contacto eléctrico 10 no se extiende por completo desde el equipo de anillo colector 18 hasta la carcasa 24. En el presente caso, el primer elemento de guía de aire 30 presenta una abertura de paso 40 a través de la cual puede fluir el flujo de refrigerante. En el presente caso, la abertura de paso está dispuesta en un lado del equipo de anillo colector 18 opuesto a la abertura 28. En esta forma de realización del dispositivo de contacto eléctrico 10, está previsto además un segundo elemento de guía de aire 42, que está dispuesto en perpendicular al primer elemento de guía de aire 30. El refrigerante es guiado por el segundo elemento de guía de aire 42 al ventilador 26 a lo largo de la dirección axial 32 del equipo de anillo colector 18. Por lo tanto, se puede provocar que el aire de refrigeración que fluye hacia la carcasa 24 a través de la abertura 28 de la carcasa 24 sea guiado a lo largo de la dirección circunferencial alrededor del equipo de anillo colector 18 y a continuación penetre en la abertura de paso 40. El flujo de refrigerante se ilustra en la figura 5 mediante las flechas 44. La torsión con la que se carga el flujo de refrigerante se favorece asimismo por el giro del equipo de anillo colector 18, que se ilustra con la flecha 46 en el presente caso. Mediante la disposición del primer y del segundo elemento de guía de aire 30, 42 puede conseguirse que el equipo de anillo colector 18 o el equipo de escobilla 12 se enfríe de manera efectiva.
La figura 6 muestra otra vista lateral en sección del dispositivo de contacto eléctrico 10, en la que en particular está representada la disposición del segundo elemento de guía de aire 42. Además, se puede ver que, en este ejemplo de realización, el primer elemento de guía de aire 30 está dispuesto directamente delante del ventilador 26.
Claims (10)
1. Dispositivo de contacto eléctrico (10) para una máquina eléctrica con
- un equipo de escobilla (12),
- un equipo de anillo colector (18) que está montado de manera giratoria con respecto al equipo de escobilla (12) y que está en contacto eléctrico con el equipo de escobilla (12),
- un ventilador (26) para transportar un refrigerante y
- una carcasa (24) en la que están dispuestos el equipo de escobilla (12), el equipo de anillo colector (18) y el ventilador (26), en el que
- la carcasa (24) presenta una abertura (28) para la entrada del refrigerante, y en el que
- un primer elemento de guía de aire (30), que está dispuesto en la carcasa (24) de tal manera que este guía el refrigerante que entra por la abertura (28) a una zona (36) en la que el equipo de escobilla (12) y el equipo de anillo colector (18) están en contacto eléctrico,
caracterizado por que
- el primer elemento de guía de aire (30) rodea por completo el equipo de anillo colector (18) a lo largo de su dirección circunferencial.
2. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según la reivindicación 1, en el que la abertura (28) en la carcasa (24) está dispuesta en un primer lado del primer elemento de guía de aire (30) y el ventilador (26) está dispuesto en un segundo lado del primer elemento de guía de aire (30) opuesto al primer lado.
3. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer elemento de guía de aire (30) se extiende a lo largo de una dirección de extensión radial (34) del equipo de anillo colector (18) desde el equipo de anillo colector (18) hasta la carcasa (24).
4. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer elemento de guía de aire (30) presenta una primera parte que está dispuesta en el equipo de anillo colector (18) y una segunda parte que está dispuesta en la carcasa (24), estando formada una hendidura entre la primera parte y la segunda parte.
5. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según la reivindicación 1 o 2, en el que el primer elemento de guía de aire (30) presenta una abertura de paso (40).
6. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según la reivindicación 5, en el que la abertura de paso (40) está incorporada en el primer elemento de guía de aire (30) en un lado del equipo de anillo colector (18) opuesto a la abertura (28) de la carcasa (24).
7. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según la reivindicación 5 o 6, en el que en la carcasa (24) está dispuesto un segundo elemento de guía de aire (42) que se extiende esencialmente en perpendicular al primer elemento de guía de aire (30).
8. Dispositivo de contacto eléctrico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y/o el segundo elemento de guía de aire (30, 42) está formado por un material eléctricamente aislante.
9. Máquina eléctrica con dispositivo de contacto eléctrico (10) según una de las reivindicaciones anteriores.
10. Aerogenerador con una máquina eléctrica según la reivindicación 9.
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