PT2465185E

PT2465185E - Disposição de anéis coletores para uma máquina elétrica rotativa

Info

Publication number: PT2465185E
Application number: PT107445512T
Authority: PT
Inventors: Alexander Schwery; Ricardo Naoki Okai; Stefan Baumeister
Original assignee: Alstom Renewable Technologies
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2014-03-25
Also published as: KR20120041760A; ES2453866T3; RU2543968C2; US8872406B2; IN2012DN01288A; WO2011018438A2; CN102598487B; BR112012003274B1; HRP20140269T1; CA2770559A1; EP2465185B1; RU2012109422A; BR112012003274A2; WO2011018438A3; RS53218B; SI2465185T1; CN102598487A; US20120200194A1; EP2465185A2; CA2770559C

Description

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DESCRIÇÃO

"DISPOSIÇÃO DE ANÉIS COLETORES PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA"

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se ao domínio das máquinas elétricas rotativas. Refere-se a uma disposição de anéis coletores para uma máquina elétrica rotativa de acordo com o preâmbulo das reivindicações 1 e 3.

ESTADO DA TÉCNICA

No caso das máquinas elétricas rotativas com anéis coletores, tais como por ex. um motor assíncrono de corrente trifásica sob a forma de um motor com anéis coletores, através de anéis coletores os quais rodam com o eixo por meio de escovas correspondentes são transmitidas correntes. Um exemplo de uma máquina elétrica rotativa da referida natureza é parcialmente apresentado na Fig. 1. A máquina elétrica rotativa 10 com o respetivo eixo de máquina 17 apresentada na referida figura compreende um rotor rotativo em torno do eixo de máquina 17 com um corpo central 11, o qual na extremidade culmina com um eixo 16. Sobre o corpo central 11 assenta um corpo de chapa metálica do rotor 12, no qual está disposto um enrolamento de rotor 13, o qual na extremidade apresenta uma cabeça de enrolamento do rotor 13'. O rotor 11, 12, 13 está concentricamente rodeado por um corpo de chapa metálica do estator 15, no qual está disposto um enrolamento do estator com uma cabeça de enrolamento do estator 15' correspondente. No lado exterior do eixo 16 estão dispostos vários (quatro) anéis coletores 14, os quais servem para a transmissão de corrente entre o rotor e ambiente exterior. 2 É evidente, que no caso da máquina apresentada na Fig. 1 a potência dissipada tem de ser eliminada através de dispositivos de refrigeração específicos, os quais não são apresentados nas figuras.

No caso de máquinas de alta capacidade da referida natureza a área dos anéis coletores no que se refere à refrigeração tem de ser particularmente considerada. Devido às elevadas cargas elétricas assim como mecânicas (fricção) das escovas (não apresentadas na Fig. 1) como igualmente dos anéis coletores 14 é gerado um desenvolvimento de temperaturas elevadas na referida área. Considerando que as escovas no caso de um desvio da temperatura operacional ótima reagem com um aumento do desgaste ou a partir de uma determinada temperatura limite podem ser totalmente destruídas, tem de ser prevista uma refrigeração correspondente dos referidos componentes. A construção convencional da área dos anéis coletores de acordo com a Fig. 2 prevê um eixo contínuo 16, sobre o qual estão montados os anéis coletores 14. No caso da referida construção uma refrigeração dos anéis coletores 14 apenas é possível de forma muito condicionada. Os anéis coletores 14 teriam de ser sujeitos a um fluxo de ar de refrigeração (ou com qualquer outro meio de refrigeração) a partir do exterior. Contudo isto é dificultado devido à rotação dos anéis coletores 14. Uma refrigeração a partir do interior, no caso da qual o ar circula radialmente para o exterior a partir do interior do eixo 16, não é possível devido ao eixo 16 fechado. Por outro lado prover o eixo 16 de muitos orifícios correspondentes, é problemático devido à resistência mecânica.

Da publicação DE-A1-0 052 385 é conhecida uma disposição de anéis coletores para máquinas elétricas, na qual os anéis 3 coletores estão providos de orifícios de gás de refrigeração axiais, os quais são cortados por sulcos ou por ranhuras na superfície dos anéis coletores. 0 gás de refrigeração absorvendo calor penetra nos orifícios de gás de refrigeração radialmente a partir do exterior por meio dos sulcos ou das ranhuras e é eliminado através destes por meio de um exaustor. Contudo uma configuração de refrigeração da referida natureza construtivamente é muito complexa.

Na DE-Al-32 32 102 para melhorar a refrigeração na área da disposição de anéis coletores é sugerido, que cada anel coletor seja dividido num determinado número de anéis coletores individuais, os quais são retraídos em anéis retráteis intermédios isolados na direção do eixo dos anéis coletores. Sobre os anéis retráteis intermédios antes e depois dos anéis coletores estão dispostos ventiladores de ar de refrigeração. A referida solução requer igualmente uma construção complicada e uma condução de ar de refrigeração muito exigente. A DE 85 14 756 UI divulga uma disposição de anéis coletores de acordo com o preâmbulo das reivindicações 1 e 3.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Por conseguinte a presente invenção tem por objetivo conceber uma disposição de anéis coletores, a qual no que se refere à refrigeração suprima as desvantagens das disposições de anéis coletores conhecidas e seja caracterizada por uma construção simples e uma refrigeração muito simples e eficaz, assim como um processo para a refrigeração da referida disposição. 4 0 referido objetivo é alcançado através das caracteristicas das reivindicações 1 e 3. Para a solução de acordo com a presente invenção é essencial, que a disposição de anéis coletores seja autoportante. Devido à construção autoportante da disposição de anéis coletores pode suprimir-se um eixo portador na referida área. Por conseguinte, por um lado os anéis coletores são facilmente acessíveis por todos os lados para o contacto com o meio de refrigeração. Por outro lado a construção da disposição de anéis coletores pode ser realizada de forma flexível e com uma grande economização de peso, o que no que se refere ao alojamento do eixo de máquina traz consigo vantagens significativas.

Uma forma de realização da disposição de anéis coletores de acordo com a presente invenção é caracterizada por os anéis coletores formando orifícios de passagem, dispostos entre os anéis coletores, para um meio de refrigeração, particularmente ar de refrigeração, estarem interligados e serem mantidos a uma determinada distância por meio de meios distanciadores dispostos entre os anéis coletores.

Particularmente os meios distanciadores podem compreender anéis distanciadores, os quais apresentam, de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores adicionais.

Uma condução particularmente vantajosa do meio de refrigeração é alcançada, quando os elementos espaçadores adicionais se projetam para ambos os lados do anel distanciador correspondente na direcção axial, e, por os elementos espaçadores adicionais serem formados no anel distanciador correspondente.

De acordo com uma outra forma de realização da presente invenção é igualmente concebível, que os meios 5 distanciadores apresentem, de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores.

Neste caso preferencialmente a disposição de anéis coletores é mantida ligada por meio de uma pluralidade de pinos de tração axiais, dispostos de forma distribuída na periferia, sendo que os pinos de tração passam através dos anéis coletores e dos elementos espaçadores. A disposição de anéis coletores é particularmente estável, quando os anéis coletores e os elementos espaçadores dispostos entre os anéis coletores são comprimidos, por meio dos pinos de tração, entre dois anéis de extremidade os quais atuam como flanges de compressão.

Uma outra forma de realização de acordo com a presente invenção é caracterizada por os anéis coletores respetivamente estarem divididos numa pluralidade de anéis parciais separados, dispostos de forma concêntrica e uns a seguir aos outros na direção axial, sendo que os anéis parciais formando orifícios de passagem, dispostos entre os anéis parciais, para um meio de refrigeração, particularmente ar de refrigeração, estarem interligados e serem mantidos a uma determinada distância por meio de meios distanciadores dispostos entre os anéis parciais. Por conseguinte os anéis coletores podem ser refrigerados de uma forma ainda mais eficaz.

Preferencialmente os meios distanciadores para os anéis parciais compreendem elementos espaçadores dispostos de forma distribuída na periferia.

Uma outra forma de realização de acordo com a presente invenção é caracterizada por a disposição de anéis coletores envolver um espaço interior, e, por no espaço 6 interior serem conduzidos condutores de descarga dos anéis coletores até à extremidade do lado da máquina da disposição de anéis coletores. Por conseguinte é possível, alargar a refrigeração eficaz aos condutores de descarga. 0 processo para a refrigeração da disposição de anéis coletores de acordo com a presente invenção é caracterizado por um meio de refrigeração, particularmente ar de refrigeração, ser introduzido no interior da disposição de anéis coletores na direção axial e entre os anéis coletores ou os anéis parciais voltar a ser radialmente expelido.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Em seguida a presente invenção é mais detalhadamente explicada com base em exemplos de realização conjuntamente com as figuras. Em que

Fig. 1 apresenta num recorte uma máquina elétrica rotativa com uma disposição de anéis coletores de natureza convencional exemplificativa;

Fig. 2 apresenta numa representação a tracejado e numa representação plana o corte através de uma disposição de anéis coletores de natureza convencional;

Fig. 3 apresenta uma representação comparável com a Fig. 2 de uma disposição de anéis coletores de acordo com um primeiro exemplo de realização de acordo com a presente invenção;

Fig. 4 apresenta uma vista em detalhe da disposição de anéis coletores de acordo com a Fig. 3; 7

Fig. 5 apresenta numa vista lateral em perspetiva uma disposição de anéis coletores de acordo com um segundo exemplo de realização de acordo com a presente invenção;

Fig. 6 apresenta um corte através da disposição de anéis coletores de acordo com a Fig. 5.

FORMAS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

Nas Figs. 3 e 4 numa representação comparável com a da Fig. 2 é apresentada uma disposição de anéis coletores de acordo com um primeiro exemplo de realização de acordo com a presente invenção. No caso da nova construção da disposição de anéis coletores 20 é totalmente suprimido um eixo portador dos anéis coletores 18. Os anéis coletores 18 são concentricamente sobrepostos, quer dizer, dispostos uns a seguir aos outros na direção axial e espacialmente separados entre si por meio de anéis distanciadores 21 interpostos. Assim os anéis coletores 18 e os anéis distanciadores 21 formam uma disposição de anéis coletores autoportante. Nos anéis distanciadores 21 são formados elementos espaçadores 22 distribuídos de forma homogénea na periferia e projetados para ambos os lados do anel distanciador 21, os quais servem para formar secções de interstício anulares entre os anéis distanciadores 21 e os anéis coletores 18 adjacentes respetivamente, através dos quais um meio de refrigeração pode passar radialmente pelos lados dos anéis coletores 18 e absorver calor.

Contudo na disposição de anéis coletores 20 de acordo com as Figs. 3 e 4 não são apenas separados entre si os anéis coletores 18 individuais por meio de anéis distanciadores 21, mas igualmente os anéis coletores 18 individuais são constituídos por vários anéis parciais 19 separados entre si por meio de elementos espaçadores 23 homogeneamente distribuídos na periferia. Por conseguinte o meio de refrigeração ou o ar de refrigeração não pode apenas fluir entre os anéis coletores 18 e os anéis distanciadores 21, mas igualmente "através" dos anéis coletores 18 em si, quer dizer, através das secções de interstício anulares formadas pelos elementos espaçadores 23 entre os anéis parciais 19. Assim, por um lado, é alcançada uma distribuição homogénea do ar de refrigeração e ,por outro lado, a superfície, através da qual é irradiado o calor, é significativamente aumentada.

Através da conceção autoportante de acordo com a presente invenção da disposição de anéis coletores pode igualmente ser preenchido o requisito de refrigerar os condutores de descarga, os quais são conduzidos no lado interior do eixo ou dos anéis coletores. Isto é evidente no exemplo de realização apresentado na Fig. 5 e na Fig. 6: A disposição de anéis coletores 30 de acordo com as Figs. 5 e 6 é igualmente construída de forma autoportante a partir de quatro anéis coletores 18, os quais por sua vez respetivamente estão divididos em três anéis parciais 19. Neste caso em vez dos anéis distanciadores 21 de acordo com a Fig. 3 são utilizados, de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores tipo bloco 24, para assegurar as distâncias e os orifícios de passagem 31 necessários entre os anéis coletores 18 individuais. Assim na referida área é alcançada uma secção transversal de abertura maior para o ar de refrigeração.

Também neste exemplo de realização os anéis parciais 19 estão distanciados uns dos outros por meio de elementos espaçadores (não apresentados nas figuras), de modo que são gerados orifícios de passagem sob a forma de secções de interstício anulares, através das quais pode circular ar. A disposição de anéis coletores 30 autoportante é mantida 9 ligada por meio de uma pluralidade de pinos de tração axiais 27, dispostos de forma distribuída na periferia, os quais passam através dos anéis coletores 18 ou dos anéis parciais 19 e dos elementos espaçadores 24. Os anéis coletores 18 ou os anéis parciais 19 e os elementos espaçadores 24 dispostos entre os anéis coletores 18 são comprimidos, por meio dos pinos de tração 27, entre dois anéis de extremidade 25, 26 os quais atuam como flanges de compressão e assim formam uma unidade mecânica estável. Os orifícios de passagem 31 estão igualmente previstos entre os anéis coletores 18 exteriores e os anéis de extremidade 25 ou 26, para assegurar uma refrigeração suficiente no lado exterior. A disposição de anéis coletores 30 envolve um espaço interior 28, no qual é axialmente introduzido ar de refrigeração para a refrigeração, o qual em seguida sai radialmente por meio dos orifícios de passagem 31 e 32 (meio de refrigeração 33 de acordo com a Fig. 5). No espaço interior 28 vantajosamente podem ser dispostos os condutores de descarga 29 eletricamente ligados aos anéis coletores. Considerando que a totalidade do ar de refrigeração passa pelos condutores de descarga 29, estes são refrigerados. É evidente, que para o isolamento elétrico dos anéis coletores 18 os elementos espaçadores 24 ou os anéis distanciadores 21 têm de ser dispostos de forma isolante. O mesmo se aplica aos pinos de tração 27. A par das possibilidades melhoradas para a refrigeração de acordo com o modo descrito é igualmente possível economizar material, pelo facto, de já não ser necessário um eixo, o qual suporta os anéis coletores 18. O material economizado conduz a uma redução de custos e contribui para o alívio 10 dos alojamentos da máquina. Considerando que os anéis coletores 18 em regra não estão dispostos entre os pontos de alojamento mas no exterior, estes constituem uma carga elevada para os alojamentos (movimentos oscilatórios). Devido à referida redução de peso na referida área as forças, as quais atuam sobre os alojamentos, podem ser vantajosamente reduzidas.

LISTA DE REFERÊNCIAS 10 Máquina elétrica rotativa (por ex assíncrona) 11 Corpo central 12 Corpo em chapa metálica do rotor 13 Enrolamento do rotor 13' Cabeça de enrolamento do rotor 14, 18 Anel coletor 15 Corpo em chapa metálica do estator 15' Cabeça de enrolamento do estator 16 Eixo 17 Eixo de máquina 19 Anel parcial 20, 30 Disposição de anéis coletores 21 Anel distanciador 22, 23, 24 Elemento espaçador 25 Anel de extremidade (interior) 26 Anel de extremidade (exterior) 27 Pinos de tração 28 Espaço interior 29 Condutor de descarga 31, 32 Orifício de passagem 33 Meio de refrigeração máquina

Lisboa, 17 de Março de 2014

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Disposição de anéis coletores (20, 30) para uma máquina elétrica rotativa, sendo que a disposição de anéis coletores (20, 30) compreende uma pluralidade de anéis coletores (18) dispostos de forma concêntrica em relação ao eixo de máquina (17) e uns a seguir aos outros na direção axial, em que a disposição de anéis coletores (20, 30) é concebida de forma autoportante, caracterizada por os anéis coletores (18) formando orifícios de passagem (31), dispostos entre os anéis coletores (18), para um meio de refrigeração, particularmente ar de refrigeração, estarem interligados e serem mantidos a uma determinada distância por meio de meios distanciadores (21, 22; 24) dispostos entre os anéis coletores (18), e, por os meios distanciadores (21, 22; 24) compreenderem anéis distanciadores (21), os quais apresentam, de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores adicionais (22).

2. Disposição de anéis coletores de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os elementos espaçadores adicionais (22) se projetarem para ambos os lados do anel distanciador (21) correspondente na direção axial, e, por os elementos espaçadores adicionais (22) serem formados no anel distanciador (21) correspondente.

3. Disposição de anéis coletores (20, 30) para uma máquina elétrica rotativa, sendo que a disposição de anéis coletores (20, 30) compreende uma pluralidade de anéis coletores (18) dispostos de forma concêntrica em 2 relação ao eixo de máquina (17) e uns a seguir aos outros na direção axial, em que a disposição de anéis coletores (20, 30) é concebida de forma autoportante, caracterizada por os anéis coletores (18) formando orifícios de passagem (31), dispostos entre os anéis coletores (18), para um meio de refrigeração, particularmente ar de refrigeração, estarem interligados e serem mantidos a uma determinada distância por meio de meios distanciadores (21, 22; 24) dispostos entre os anéis coletores (18), e, por os meios distanciadores (21, 22; 24) apresentarem, de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores (24).

4. Disposição de anéis coletores de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por a disposição de anéis coletores (30) ser mantida ligada por meio de uma pluralidade de pinos de tração axiais (27), dispostos de forma distribuída na periferia, e, por os pinos de tração (27) serem passados através dos anéis coletores (18) e dos elementos espaçadores (24).

5. Disposição de anéis coletores de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por os anéis coletores (18) e os elementos espaçadores (24) dispostos entre os anéis coletores (18) serem comprimidos, por meio dos pinos de tração (27), entre dois anéis de extremidade (25, 26) os quais atuam como flanges de compressão.

6. Disposição de anéis coletores de acordo com as reivindicações de 1 a 5, caracterizada por os anéis coletores (18) respetivamente estarem divididos numa pluralidade de anéis parciais (19) separados, dispostos de forma concêntrica e uns a seguir aos 3 outros na direção axial, os quais formando orifícios de passagem (32), dispostos entre os anéis parciais (19), para um meio de refrigeração (33), particularmente ar de refrigeração, estarem interligados e serem mantidos a uma determinada distância por meio de meios distanciadores (23) dispostos entre os anéis parciais (19) .

7. Disposição de anéis coletores de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por os meios distanciadores para os anéis parciais (19) compreenderem, dispostos de forma distribuída na periferia, elementos espaçadores (23).

8. Disposição de anéis coletores de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada por a disposição de anéis coletores (20, 30) envolver um espaço interior (28), e, por no espaço interior (28) serem conduzidos condutores de descarga (29) dos anéis coletores (18) até à extremidade do lado da máquina da disposição de anéis coletores (30). Lisboa, 17 de Março de 2014