Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante.

Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante (1),

con el fin de alimentar de energía eléctrica y de transmisión de datos un elemento rotante (02) desde un elemento estático (01), y disponiendo el elemento rotante (02) de un grado de libertad de rotación respecto del elemento estático (01), y que consta de un dispositivo de transmisión datos (11) y un tramo soporte datos (15), con la finalidad de transmitir un polo de datos, y que también consta de un cuerpo fijo (120, 130) que contiene en su interior un cuerpo giratorio (121, 131) y en cuya holgura ente ambos cuerpos se dispone de un fluido conductor (132), con la finalidad de alimentar cada uno un polo de energía.

Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante.

Objeto y sector de la técnica al que se refiere la invención

En el sector de la técnica existen multitud de sistemas, como por ejemplo máquinas herramienta de fabricación y producción de automóviles, tuneladoras, aerogeneradores, industria de embalaje, etc., los cuales requieren de alimentación eléctrica y de 10 transmisión de datos para sus elementos rotantes.

El objeto de la invención es un dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante. Dicho dispositivo se utiliza para alimentar a elementos rotantes (que dispongan de un grado de libertad de rotación sobre su eje axial) de 15 energía eléctrica, con el número de polos que se requiera, como por ejemplo 2 polos para sistemas monofásicos, o 4 polos para sistemas trifásicos con neutro, así como para transmitir tanto señales digitales como analógicas a 2 hilos (sistemas de bus de campo y Ethernet).

2 0 La invención se sitúa en el sector técnico de fabricación, producción industrial,

transporte y energía, y más concretamente en el relativo a ingeniería eléctrica y mecánica.

Generalidades v estado de la técnica anterior más próximo 25

En el estado de la técnica son conocidas diferentes soluciones técnicas de alimentación de elementos rotantes mediante anillos rozantes o deslizantes. Se utilizan tanto para proveer de energía eléctrica como de datos.

3 0 En el estado de la técnica más cercana tenemos los siguientes documentos:

En el documento de patente denominado D01 con número de publicación EP 2019460 B1 y fecha de presentación 04.06.2008 y titulado literalmente: "Rotary electrical slip ring assembly", se describe un dispositivo compuesto de dos conjuntos de escobillas 35 fijas y de anillos conductores deslizantes, aislados eléctricamente entre sí, para alimentar a un rotor, un conjunto de energía eléctrica y otro conjunto de señales a un rotor.

En el documento de patente denominado D02 con número de publicación ES 2290503 40 T3 y fecha de presentación 29.10.2003 y titulado literalmente: "Máquina eléctrica con una disposición de anillos rozantes", se describe una máquina eléctrica con una disposición de anillos rozantes y un conjunto de escobillas estáticas situadas sobre un perno de escobillas, y éste está fijado a la tapa del cojinete, con el fin de facilitar el mantenimiento de los anillos rozantes para que mantenga lo menor posible la abrasión 45 de las escobillas.

En el documento de patente denominado D03 con número de publicación US 4992691 y fecha de presentación 12.02.1991 y titulado literalmente: "Slip ring arrangements", se describe un dispositivo de anillos rozantes y escobillas fijas para la alimentación 5 eléctrica del bobinado de un rotor, permitiendo la reducción de la longitud de la disposición de los anillos rozantes y reduciendo el segundo anillo el desgaste de la escobilla.

En el documento de patente denominado D04 con número de publicación US 3757190 10 y fecha de presentación 04.09.1973 y titulado literalmente: "Slip ring electrical connections", se describe un dispositivo formado por un servo anillo rozante para reducir la fricción entre el anillo conductor y la escobilla fija.

En la página web denominada D05 con enlace:

http://www.gat-mbb.de/index.php?page=anillos_rozantes-sp&group=produkte- sp:anilIos_rozantes_electricos-sp , podemos encontrar un catálogo de anillos rozantes de última generación tanto para energía eléctrica como para datos.

Diferencias entre la técnica anterior más cercana v la invención reivindicada. Efecto de 20 las diferencias v problema técnico que resuelven

En adelante se utilizará la terminología empleada en las reivindicaciones de la solicitud.

En el documento D01 se describe un dispositivo cuyos contactos, de energía y datos, de superficie de contacto muy reducida, rozan por contacto sólido-sólido en los anillos deslizantes y además a elevada velocidad tangencial (siendo ésta proporcional a la velocidad angular y al radio del anillo). En la invención los contactos de energía rozan por contacto sólido-líquido-sólido, disponiendo de una superficie de contacto muy

3 0 elevada, y los contactos de datos rozan por contacto sólido-sólido a prácticamente

velocidad tangencial nula y a ruido dinámico prácticamente nulo, siendo en ambos tipos de contactos nulo su mantenimiento.

Un problema técnico que se deriva de esta diferencia en los contactos de energía es 35 cómo poder suministrar intensidades de corriente muy elevadas, por ejemplo cientos v miles de amperios, a altas velocidades de rotación: y otro problema técnico es cómo evitar tener que realizar labores de mantenimiento de

reemplazamiento de escobillas que se desgastan.

4 0 Un problema técnico que se deriva de esta diferencia en los contactos de datos es cómo

poder transmitir señales digitales con ruido dinámico prácticamente nulo para soportar velocidad de transferencia muy elevada, como por ejemplo del orden de unidades v decenas de Gbits/s. a altas velocidades de rotación: y otro problema técnico es cómo evitar tener que realizar labores de mantenimiento de

reemplazamiento de contactos que se desgastan.

En el documento D02 se describe una máquina eléctrica con una disposición clásica de anillos rozantes y un conjunto de escobillas, de energía, de superficie de contacto reducida, que rozan por contacto sólido-sólido las escobillas en los anillos deslizantes 5 y además a elevada velocidad tangencial; de facilidad para realizar labores de mantenimiento, pero sin aplicación posible para la transmisión de datos. En la invención, los contactos de energía rozan por contacto sólido-líquido-sólido disponiendo de una superficie de contacto muy elevada, y se dispone de contactos de datos, siendo en ambos tipos de contactos nulo su mantenimiento

Un problema técnico que se deriva de esta diferencia en los contactos de energía es el ya mencionado de cómo poder suministrar intensidades de corriente muy elevadas, como por ejemplo del orden de cientos v miles de amperios, a altas velocidades de rotación; y otro problema técnico es cómo evitar tener que realizar 15 labores de mantenimiento de reemplazamiento de escobillas que se desgastan.

Otro problema técnico que se deriva de esta diferencia y careciendo de contactos de datos es cómo poder transmitir señales digitales.

En el documento D03 se describe un dispositivo con una disposición clásica de dos anillos rozantes y un conjunto de dos escobillas, de energía, de superficie de contacto reducida que rozan por contacto sólido-sólido las escobillas en los anillos deslizantes y además una de ellas a elevada velocidad tangencial y la otra a reducida. Ello permite la reducción de la longitud de la disposición de los anillos rozantes pero con un

2 5 mantenimiento desigual en las escobillas y sin aplicación posible para la transmisión

de datos. En la invención, los contactos de energía rozan por contacto sólido-líquido- sólido disponiendo de una superficie de contacto muy elevada, y se dispone de contactos de datos, siendo en ambos tipos de contactos nulo su mantenimiento.

3 0 Un problema técnico que se deriva de esta diferencia en los contactos de energía es el

ya mencionado de cómo poder suministrar intensidades de corriente muy elevadas, como por ejemplo del orden de cientos v miles de amperios, a altas velocidades de rotación: y otro problema técnico es cómo evitar tener que realizar labores de mantenimiento de reemplazamiento de escobillas que se desgastan.

Otro problema técnico que se deriva de esta diferencia y careciendo de contactos de datos es cómo poder transmitir señales digitales.

En el documento D04 se describe un dispositivo con una disposición de anillo rozante

4 0 servoasistido, de superficie de contacto reducida, en el que rozan por contacto sólido-

sólido las escobillas en los anillos deslizantes y además a una elevada velocidad, lo que permite garantizar el adecuado contacto de la escobilla por su control en la fricción y sin aplicación posible para la transmisión de datos. Emplea un sistema muy complejo. En la invención, los contactos de energía rozan por contacto sólido-líquido-sólido

disponiendo de una superficie de contacto muy elevada, y se dispone de contactos de datos, siendo en ambos tipos de contactos nulo su mantenimiento.

Un problema técnico que se deriva de esta diferencia en los contactos de energía es el 5 ya mencionado de cómo poder suministrar intensidades de corriente muy elevadas, como por ejemplo del orden de...

1. Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante (1) del tipo de los que incorporan, en una carcasa (10), solidario con un elemento estático (01), un hornero de datos (113) y una pluralidad de horneros de energía (128,138), y solidario con un elemento rotante (02), un hornero de datos (152), una pluralidad de horneros de energía (127,137) y una pluralidad de bornes elemento rotante (14), con el fin de alimentar de energía eléctrica y de transmisión de datos un elemento rotante (02) desde un elemento estático (01), y disponiendo el elemento rotante (02) de un grado de libertad de rotación respecto del elemento estático (01), y que se caracteriza por constar de:

- un dispositivo de transmisión datos (11) y un tramo soporte datos (15) con la finalidad de transmitir un polo de datos, que sustancialmente está formado por:

- una aguja (110) estática cuya punta de contacto (1100) tiene la finalidad de hacer contacto eléctrico en una base de contacto (1510) de un disco (151) giratorio, estando dicha aguja conformada por un conductor de ida y otro de vuelta, arrollados sobre una helicoidal común cuyas espiras así formadas no se tocan, y cuya finalidad es anular el campo magnético del conjunto, con el fin de anular el ruido dinámico;

- una pluralidad de dispositivos de alimentación de energía (12,13), con la finalidad de alimentar una pluralidad de polos de energía, que sustancialmente están formados por:

- un eje hueco mm (123,133), giratorio, que se soporta mediante unos rodamientos (124,125,134,135) a un cuerpo fijo (120,130) y que soporta solidariamente un cuerpo giratorio (121,131), estando dispuesto el cuerpo giratorio en el interior del cuerpo fijo, manteniendo una holgura entre ambos, la cual está llena de un fluido conductor (132), y cuyos cuerpos complementarios tienen forma de anillos concéntricos, con la finalidad de aumentar la superficie de contacto y provocar un movimiento en el fluido en régimen laminar;

- un eje hueco roscado m (16) para conectarse mecánicamente con un eje superior (03) o un eje inferior (04), de un elemento rotante (02) cualquiera, y una pluralidad de manguitos roscados aislantes (17), con el fin de conectar mecánicamente los elementos (15,12,13), pero aislarlos eléctricamente;

2. Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento rotante (1), según reivindicación 1, que se caracteriza porque el interior del

cuerpo fijo (120, 130) y el exterior del cuerpo giratorio (121, 131) adoptan la forma de anillos concéntricos de sección rectangular.

3. Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento

rotante (1), según reivindicación 1, que se caracteriza porque el interior del

cuerpo fijo (120, 130) y el exterior del cuerpo giratorio (121, 131) adoptan la forma de anillos concéntricos de sección circular.

4. Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento

rotante (1), según reivindicación 1, que se caracteriza porque el interior del

cuerpo fijo (120, 130) y el exterior del cuerpo giratorio (121, 131) adoptan la forma de anillos concéntricos de sección triangular.

5. Dispositivo de alimentación eléctrica y de transmisión de datos para elemento

rotante (1), según reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la

punta de contacto (1100) de la aguja (110) y la base de contacto (1510) del disco (151), adoptan formas complementarias.