Sistema de escobilla de puesta a tierra mejorado para atenuar la corriente eléctrica en árboles giratorios.

Sistema de escobilla de puesta a tierra para un motor (12) que tiene una placa frontal de carcasa (14) y un árbol(16),

comprendiendo dicho sistema de escobilla de puesta a tierra (10):

un cuerpo (40) que se puede conectar eléctricamente a la placa frontal de motor (14);

un conjunto de escobillas (42) conectado eléctricamente a dicho cuerpo (40) que comprende filamentos conductores(50) conectados eléctricamente a dicho cuerpo (40) y que tiene extremos (54) configurados para estar dispuestoscerca del árbol (16);

estando los filamentos en contacto con la capa (30) cuando el motor (12) está en reposo o está funcionando a bajavelocidad, y en una relación muy próxima si aumenta la velocidad,

un collar (20) configurado para disponerlo sobre el árbol (16) y conectarlo eléctricamente al mismo,caracterizado por que

dicho collar (20) tiene un anillo de anclaje (26) y tornillos de ajuste (32) destinados a acoplarse con dicho árbol (16),y un anillo de contacto (28) adyacente a dicho anillo de anclaje (26), estando una capa (30) de materialeléctricamente conductor dispuesta sobre una superficie exterior de dicho anillo de contacto (28) entre dichosextremos de dichos filamentos conductores y dicho árbol.

Sistema de escobilla de puesta a tierra mejorado para atenuar la corriente eléctrica en árboles giratorios

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a conjuntos de puesta a tierra, y, más en concreto, a conjuntos de puesta a tierra para mover objetos que incluyen árboles giratorios tales como árboles de motor, árboles de turbina y otros componentes móviles unidos de manera conductiva a componentes que crean una carga eléctrica, o que pueden experimentar un acumulación de carga eléctrica.

Estado de la técnica

El documento WO 97/01200 A1 da a conocer un sistema de puesta a tierra para un motor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Éste comprende una escobilla conductora que está incluida en un cuerpo conductor que está dispuesto en el extremo de un árbol en cuyo extremo es recibido un manguito conductor. El documento EP 1 523 086 A describe un escobilla de puesta a tierra para atenuar la carga eléctrica estática en un árbol de motor que tiene una pluralidad de filamentos asegurados en un bastidor anular alrededor del árbol. El documento JP 04 368 446 A muestra un dispositivo de puesta a tierra que consta de una escobilla que está dispuesta sobre un árbol, sin embargo, dicha escobilla no rodea el árbol.

La corriente eléctrica inducida por árbol se observa en motores eléctricos, y comúnmente en motores trifásicos accionados mediante variadores de velocidad. Los variadores de velocidad utilizan tecnología de modulación por ancho de pulso para variar la velocidad de motores CA, lo que permite el uso de motores CA menos caros en aplicaciones en las que se habían utilizado previamente motores CC más caros. Un inconveniente de la utilización de motores CA con variadores de velocidad es que el variador de velocidad genera un voltaje en modo común (VMC) más alto, lo que aumenta las corrientes inducidas por árbol.

El voltaje en el árbol de motor induce flujo de corriente a través de los cojinetes de árbol al bastidor del motor y luego a tierra. Mientras el motor está funcionando, los cojinetes se hacen más resistentes al flujo de corriente, produciendo una acumulación de carga en las superficies del árbol. Durante un corto período de tiempo, el VMC hace que las cargas eléctricas se acumulen a un alto nivel. A medida que las cargas eléctricas pasan el nivel umbral de la trayectoria eléctricamente menos resistiva, a veces a través de los cojinetes de bolas en el árbol, una explosión o descarga instantánea de energía eléctrica pasa a lo largo de la trayectoria. La descarga puede producir mecanizado por descarga eléctrica (EDM) a lo largo de la trayectoria, lo que puede dañar las superficies de los anillos de rodadura y de las bolas en el cojinete si la trayectoria menos resistiva es a través de los cojinetes. La explosión de energía eléctrica crea cráteres de fusión, y las partículas que se producen por la formación de cráteres permanecen en el interior del cojinete sellado. Tanto el cráter de fusión como las partículas en el cojinete actúan para alterar la libre rotación del cojinete, lo que puede dar lugar a daños físicos y a un fallo prematuro del cojinete.

Se sabe que una serie de tecnologías de atenuación han sido utilizadas para intentar superar este problema. Intentos conocidos incluyen el uso de grasa conductora para cojinetes, que aísla los cojinetes y el uso de escobillas de cobre/fósforo y de un blindaje Faraday. Una solución común, en cierto modo rentable es poner a tierra el árbol con ayuda de escobillas de cobre accionadas por resorte que proporcionan un flujo continuo de corriente a tierra. Sin embargo, las escobillas de cobre se pueden desgastar con rapidez, lo que requiere un servicio periódico frecuente y su reemplazo. Además, la acumulación de óxido en el árbol y otras barreras entre las escobillas y el árbol reduce el flujo de corriente y provoca una explosión de energía eléctrica a través de la escobilla y el árbol. Las escobillas accionadas por resorte también tienden a vibrar debido a la alternancia de relaciones de fricción entre la escobilla y la superficie del árbol. La vibración de las escobillas, por cualquier causa, puede dar lugar a un chisporroteo no deseado.

Se conoce el uso de escobillas de puesta a tierra que incluyen filamentos conductores en un soporte que rodea el árbol. La escobilla con filamentos delgados se puede utilizar como un ionizador sin contacto para reducir las cargas eléctricas en el árbol aislado o en un rodillo aislado. Los filamentos delgados y ligeros también se pueden utilizar como conductor de contacto contra un árbol de rotación u otra superficie móvil. Sin embargo, la eficacia de las escobillas de puesta a tierra de filamentos delgados ya sea como ionizador sin contacto o como conductor de contacto puede verse comprometida por las propiedades de la superficie con la que interactúa. La corrosión del árbol o de otra superficie puede afectar negativamente a la eficacia. La eficacia de puesta a tierra de un nuevo motor puede disminuir con el tiempo debido a la corrosión del árbol, y la readaptación de un sistema de puesta a tierra de este tipo puede resultar problemática si el árbol de motor está corroído.

Lo que se necesita en la técnica es un sistema de puesta a tierra que se pueda utilizar de manera efectiva durante un período de tiempo prolongado en condiciones adversas, y que pueda ser instalado como una readaptación o incorporado en nuevos conjuntos.

Descripción de la invención La presente invención proporciona un sistema de escobilla de puesta a tierra para un motor de acuerdo con la reivindicación 1.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica tras la revisión de la siguiente descripción detallada, las reivindicaciones y los dibujos en los que se utilizan los mismos números de referencia para indicar las mismas características.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una vista en perspectiva de un motor que tiene un sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es una vista en perspectiva de un collar de árbol utilizado en un sistema de escobilla de puesta a tierra mostrado en la figura 1;

La figura 3 es una vista en sección transversal parcial del motor y el sistema de escobilla de puesta a tierra mostrados en la figura 1.

Antes de que se expliquen en detalle las realizaciones de la invención, se debe entender que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y a las disposiciones de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención permite otras realizaciones y ser puesta en práctica o llevada a cabo de diferentes maneras. Además, se entiende que la fraseología y la terminología utilizada en el presente documento tienen fines descriptivos y no deben considerarse como limitantivos. El uso en el presente documento de "que incluye", "que comprende" y variaciones de los mismos pretende abarcar los elementos listados a partir de entonces y sus equivalentes, así como elementos adicionales y sus equivalentes.

Mejor modo de llevar a cabo la invención Haciendo referencia ahora más específicamente a los dibujos y a la figura 1 en particular, el número 10 indica un sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la presente invención. El sistema de escobilla de puesta a tierra 10 está instalado en un motor 12 y específicamente contra una placa frontal de carcasa 14 de motor 12 para disipar cargas eléctricas que puedan acumularse en un árbol 16 de motor 12. Se debe entender que el sistema de escobilla de puesta a tierra 10 se puede proporcionar en una variedad de tamaños diferentes para su uso en motores de diferentes tipos y en árboles 16 de diferentes diámetros. El sistema de escobilla de puesta a tierra 10 también se puede utilizar en árboles giratorios de turbinas, transportadores y otros conjuntos y construcciones que puedan acumular una carga eléctrica. El uso de la presente invención no se limita a motores eléctricos, y el motor 12 se muestra y describe sólo como un uso adecuado y ventajoso de la presente invención.

El sistema de escobilla de puesta a tierra 10 incluye un collar de árbol 20 montado en el árbol 16 y rodeándolo y un conjunto de anillo de escobilla 22 asegurado en la placa frontal de motor 14 a través de una placa de montaje 24. El conjunto de anillo de escobilla 22 rodea generalmente el collar 20 y está dispuesto funcionalmente entre el collar de árbol 20 y la placa de montaje 24 para disipar las cargas estáticas o de otro tipo que se acumulan en el árbol de motor 16 durante el funcionamiento del motor 12 a través de la puesta a tierra del... [Seguir leyendo]

1. Sistema de escobilla de puesta a tierra para un motor (12) que tiene una placa frontal de carcasa (14) y un árbol (16) , comprendiendo dicho sistema de escobilla de puesta a tierra (10) :

un cuerpo (40) que se puede conectar eléctricamente a la placa frontal de motor (14) ;

un conjunto de escobillas (42) conectado eléctricamente a dicho cuerpo (40) que comprende filamentos conductores (50) conectados eléctricamente a dicho cuerpo (40) y que tiene extremos (54) configurados para estar dispuestos cerca del árbol (16) ;

estando los filamentos en contacto con la capa (30) cuando el motor (12) está en reposo o está funcionando a baja velocidad, y en una relación muy próxima si aumenta la velocidad,

un collar (20) configurado para disponerlo sobre el árbol (16) y conectarlo eléctricamente al mismo,

caracterizado por que dicho collar (20) tiene un anillo de anclaje (26) y tornillos de ajuste (32) destinados a acoplarse con dicho árbol (16) , y un anillo de contacto (28) adyacente a dicho anillo de anclaje (26) , estando una capa (30) de material eléctricamente conductor dispuesta sobre una superficie exterior de dicho anillo de contacto (28) entre dichos extremos de dichos filamentos conductores y dicho árbol.

2. Sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la reivindicación 1, siendo dicha capa (30) de material eléctricamente conductor un material altamente conductor seleccionado de entre el grupo de metales que incluyen oro, plata, cobre y bronce.

3. Sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la reivindicación 1, estando dicho cuerpo (40) conectado

eléctricamente a una placa de montaje (24) , y pudiéndose conectar eléctricamente dicha placa de montaje a la placa frontal (14) .

4. Sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la reivindicación 3, siendo dicha placa de montaje (24) un material altamente conductor seleccionado de entre el grupo de materiales que incluyen plástico conductor, aluminio, acero inoxidable, cobre y bronce.

5. Sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la reivindicación 3, teniendo dicha placa de montaje (24) ranuras alargadas (66) en la misma y pudiéndose conectar a dicho motor (12) mediante pernos (64) que se extienden a través de dichas ranuras y en el motor.

6. Sistema de escobilla de puesta a tierra de acuerdo con la reivindicación 1, estando dicho conjunto de escobillas 30 (42) configurado para rodear dicho árbol (16) .