Conjunto de anillo colector con refrigeración.

Conjunto de anillo colector (1) para el suministro de electricidad hacia o desde un rotor que gira en relación conun estator en un generador o un motor eléctrico,

que comprende:

- una unidad de anillo colector (2) que gira alrededor de un eje central y que tiene al menos un primer anillocolector (3) con una superficie exterior (4), un diámetro, una periferia y una anchura,

- al menos un medio conductor (7) que tiene contacto conductor con la superficie (4) del anillo colector (3),

- una carcasa (8) en la que se encuentran la unidad del anillo colector (2) y el medio conductor (7),

- un medio de succión (10) en conexión con la carcasa (8) para la succión de gas de dentro de la carcasa (8)a través de una salida de succión (11) en la carcasa (8) y que provocan una presión negativa dentro de lacarcasa (8),

en el que la carcasa (8) tiene una entrada de succión (12) que está en conexión con un medio de guiado (13),el medio de guiado (13) tiene una abertura orientada hacia la superficie del anillo colector (4), y la abertura estácolocada a una distancia predeterminada de la superficie (4) del anillo colector (3) de manera que el gas escapaz de refrigerar la superficie (4) del anillo colector (3), caracterizado porque la abertura del medio de guiado(13) de la entrada de succión (12) y de la salida de succión (11) están colocadas de forma radial y

sustancialmente opuesta a la superficie (4) del anillo colector (3) de manera que el gas se ve forzado a fluir enparte a lo largo de la periferia del anillo colector (3).

Conjunto de anillo colector con refrigeración.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un conjunto de anillo colector para suministrar electricidad a un rotor que es capaz de girar en relación con un estator en un generador o en un motor eléctrico, comprendiendo el conjunto de anillo colector una unidad de anillo colector que gira alrededor de un eje central y que tiene al menos un primer anillo colector con una superficie exterior, al menos un medio conductor que hace contacto conductor con la superficie del anillo colector, y una carcasa en la que se sitúan la unidad de anillo colector y el medio conductor. Además, la invención se refiere a un generador y una turbina eólica que comprende un conjunto de anillo colector de este tipo.

Antecedentes de la invención Una turbina eólica convierte energía eólica en energía eléctrica a través de un generador accionado por las palas de la turbina eólica bajo condiciones de viento. En algunas turbinas eólicas, el generador comprende un estator y un rotor teniendo ambos bobinas multifásicas, tales como un generador de inducción de doble alimentación, un generador regulado por cascada, y un generador de inducción o sincrónico, o incluso un generador de corriente continua.

Cuando se dispone de un rotor que gira en relación a un estator de un generador, la electricidad tiene que ser transferida hacia o desde el rotor. La electricidad puede ser transferida por medio de un conjunto de anillo colector también llamado una interfaz eléctrica rotatoria, conector eléctrico de rotación, colector, o articulación giratoria o rotativa eléctrica, lo que permite al rotor recibir o devolver electricidad mientras gira en relación con el estator. Cuando se tiene un rotor con un bobinado multifásico, un sistema de control dentro de la turbina eólica es capaz de regular la frecuencia, de modo que la turbina eólica genera a una frecuencia predeterminada de, por ejemplo, aproximadamente 50 Hz.

Típicamente, el conjunto de anillo colector comprende una unidad de anillo colector giratorio que gira con el rotor y que tiene anillos o bandas conductoras. Por otra parte, el conjunto de anillo colector comprende escobillas que tienen un contacto deslizante con los anillos para la transferencia de electricidad al rotor. Por lo tanto, la electricidad es transferida de la unidad de anillo colector a los bobinados del rotor con el fin de controlar el campo eléctrico en el generador. La electricidad se transfiere a la unidad de anillo colector por medio de escobillas que frotan contra los anillos conductores, típicamente tres anillos conductores, uno para cada fase eléctrica. Cuando las escobillas frotan contra los anillos, se genera calor debido a la fricción.

Las pruebas han demostrado que el desgaste de las escobillas se puede reducir sustancialmente si la superficie de las escobillas que se enfrenta a los anillos se refrigera durante la conducción de la electricidad. Reemplazar las escobillas desgastadas en una turbina eólica es muy costoso y por lo tanto hay una necesidad de aumentar la vida útil de las escobillas.

Se han desarrollado muchos intentos para refrigerar las escobillas. Una solución se muestra en el documento JP53116406-A, en la que aire es conducido a través del centro de rotación y por delante de las escobillas antes de salir de nuevo de la carcasa. Sin embargo, al insuflar aire en la carcasa del conjunto de anillo colector, el polvo liberado por las escobillas se transmite al generador en el que el polvo tiene un efecto perjudicial sobre la función del anillo colector.

En otras soluciones, el aire es aspirado hacia fuera de la carcasa reduciendo el riesgo de que el polvo de granito se extienda dentro de la carcasa. Sin embargo, la refrigeración no es muy eficiente y por lo tanto no aumenta sustancialmente la vida útil de las escobillas. Otras soluciones anteriores se muestran en los documentos EP-A-1 768 235 y FR 350 275 A.

Resumen de la invención Un objetivo de la presente invención es, al menos en parte, superar las desventajas anteriores y los inconvenientes de la técnica anterior y proporcionar un conjunto de anillo colector mejorado con una refrigeración más eficiente que las soluciones conocidas de la técnica anterior, de forma que el desgaste de las escobillas sea sustancialmente reducido.

Un objetivo adicional es proporcionar una turbina eólica mejorada que sea capaz de refrigerar la superficie de las escobillas que se enfrentan al anillo colector del conjunto de anillo colector colocado para controlar la rotación y/o la transferencia de electricidad al rotor en el generador.

Los objetivos anteriores, junto con otros numerosos objetivos, ventajas y características, que serán evidentes a partir de la descripción que sigue, se consiguen mediante una solución de acuerdo con la presente invención mediante un conjunto de anillo colector, tal como se define en la reivindicación 1.

Otros modos de realización de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Cuando el gas es succionado a través del medio de guiado, es dirigido para fluir por la superficie del anillo y de esta manera refrigerar la superficie del anillo ya que el medio de guiado está colocado cerca de la superficie del anillo. De esta manera, la superficie del anillo se refrigera y casi toda la capacidad de refrigeración del gas se utiliza para la refrigeración de la superficie, ya que el gas no se calienta viajando a través de la carcasa antes de llegar a la superficie del anillo.

Las soluciones de la técnica anterior se han centrado en la refrigeración de las escobillas, es decir, la totalidad de la escobilla. Cuando una escobilla está desgastada, la escobilla se agota y en consecuencia el área de superficie de la escobilla disminuye. Cuando la refrigeración es sobre la escobilla, el gas de refrigeración pasa por el área de superficie de la escobilla y, a medida que el área de escobilla y por lo tanto la superficie de refrigeración de la escobilla disminuye, la refrigeración disminuye en consecuencia. Tal aumento de desgaste con el tiempo es muy impredecible y por lo tanto no deseable.

Al refrigerar el anillo colector como en la presente invención, en lugar de refrigerar las escobillas, se transporta más calor lejos del área de contacto entre el medio conductor y la superficie del anillo colector. Esto es debido al hecho de que el anillo colector, por ejemplo, de cobre, es un mejor conductor del calor que las escobillas, por ejemplo, de carbono.

Además, la superficie del medio conductor, tal como la escobilla, también se refrigera, pero no toda la escobilla. Por este medio, el área en la que el calor es más elevado se refrigera y el desgaste sobre la escobilla es gradual y por lo tanto más predecible. Además, se reduce sustancialmente el desgaste de las escobillas.

Por otra parte, el gas a alta velocidad es guiado hacia la superficie del anillo colector y, a medida que el anillo gira, el gas es llevado por la superficie para seguir al menos parcialmente la superficie mientras el anillo gira. De esta manera, el gas a alta velocidad arrastra el calor lejos del anillo sobre una distancia de rotación más larga que en las soluciones de la técnica anterior. Esto es debido al hecho de que el gas es guiado por el medio de guiado para fluir sobre la superficie del anillo a alta velocidad y a una distancia suficientemente pequeña para que la superficie del anillo sea capaz de conducir una parte del gas al menos parcialmente alrededor con la rotación.

Por otra parte, la apertura del medio de guiado de la entrada de succión y la salida de succión se coloca sustancialmente de forma radial opuesta a la superficie del anillo colector de manera que el gas se ve forzado a fluir en parte a lo largo de la periferia del anillo colector.

Mediante la disposición tanto del medio de guiado de la entrada de succión como de la salida de succión en alineación con la superficie del anillo colector, el gas succionado a través de la entrada se dirige a lo largo de la superficie del anillo colector y por lo tanto proporciona una refrigeración óptima del anillo colector. Las herramientas de la técnica anterior pueden aspirar el aire a través de una abertura situada axialmente desplazada de los anillos colectores en el extremo de la carcasa; sin embargo, debido a este desplazamiento axial, el aire es forzado a fluir axialmente de los anillos colectores y por lo tanto no a lo largo de la superficie del anillo colector.

Además, mediante la disposición tanto de la entrada de succión como de la salida de succión alineadas en forma radial con la superficie del anillo colector, las partículas generadas por la abrasión de las escobillas se mantienen cerca de la superficie... [Seguir leyendo]

1. Conjunto de anillo colector (1) para el suministro de electricidad hacia o desde un rotor que gira en relación con un estator en un generador o un motor eléctrico, que comprende:

– una unidad de anillo colector (2) que gira alrededor de un eje central y que tiene al menos un primer anillo colector (3) con una superficie exterior (4) , un diámetro, una periferia y una anchura,

– al menos un medio conductor (7) que tiene contacto conductor con la superficie (4) del anillo colector (3) ,

– una carcasa (8) en la que se encuentran la unidad del anillo colector (2) y el medio conductor (7) ,

– un medio de succión (10) en conexión con la carcasa (8) para la succión de gas de dentro de la carcasa (8) a través de una salida de succión (11) en la carcasa (8) y que provocan una presión negativa dentro de la carcasa (8) ,

en el que la carcasa (8) tiene una entrada de succión (12) que está en conexión con un medio de guiado (13) , el medio de guiado (13) tiene una abertura orientada hacia la superficie del anillo colector (4) , y la abertura está colocada a una distancia predeterminada de la superficie (4) del anillo colector (3) de manera que el gas es capaz de refrigerar la superficie (4) del anillo colector (3) , caracterizado porque la abertura del medio de guiado (13) de la entrada de succión (12) y de la salida de succión (11) están colocadas de forma radial y sustancialmente opuesta a la superficie (4) del anillo colector (3) de manera que el gas se ve forzado a fluir en parte a lo largo de la periferia del anillo colector (3) .

2. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el medio de guiado (13) guía el gas en una dirección radial a la unidad de anillo colector (2) .

3. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia predeterminada es entre 5-60 mm, preferentemente entre 10-50 mm, más preferentemente entr.

2. 40 mm.

4. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio de guiado (13) se estrecha desde la entrada de succión (12) hacia la superficie (4) del anillo colector (3) .

5. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la abertura tiene una extensión a través de la anchura del anillo colector (3) , y en el que la extensión es entre el 10-100% del diámetro del anillo colector (3) , preferentemente entre e.

2. 60%, más preferentemente entre e.

2. 40%.

6. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la salida de succión (11) está conectada con un segundo medio de guiado (17) que se extiende desde la salida de succión (11) hacia la superficie (4) del anillo colector (3) , y en el que el segundo medio de guiado (17) tiene una segunda abertura situada a una segunda distancia predeterminada de la superficie (4) del anillo colector (3) .

7. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en la reivindicación 7, en el que el segundo medio de guiado

(17) puede estar situado a una distancia del primer medio de guiado (13) a lo largo de la superficie (4) del anillo colector (3) en un ángulo d.

9. 270º, preferentemente en un ángulo d.

15. 210º, más preferentemente en un ángulo d.

17. 290º.

8. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la segunda abertura tiene una extensión a través de la anchura del anillo colector (3) , y en el que la extensión del segundo medio de guiado (17) es entre e.

2. 120% del diámetro del anillo colector, preferentemente entre e.

3. 80%, más preferentemente entre e.

3. 55%.

9. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el anillo colector (3) comprende al menos una ranura (16) .

10. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el anillo colector (3) comprende un reborde saliente radialmente hacia el exterior de la unidad de anillo colector

(2) en cada lado del anillo colector (3) .

11. Conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de anillos colectores (3) y en el que el un medio de guiado (13) guía el gas a cada anillo colector (3) .

12. Generador que comprende un conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

13. Turbina eólica que comprende un conjunto de anillo colector (1) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-11.