Máquina eléctrica.

Una máquina eléctrica, que comprende

- una carcasa (2);

- un estator (3) y un rotor (4) soportado por la carcasa (2),

teniendo el rotor (4) al menos una bobina (7) del rotor;

- un conmutador (9) permanentemente conectado al rotor (4) y conectado eléctricamente a la bobina (7) del rotor;

- al menos un par de escobillas (12), teniendo cada escobilla (12) un primer extremo (12a) acoplado de forma deslizante con el conmutador (9) y que está conectado eléctricamente a los respectivos terminales que pueden conectarse a un suministro de red eléctrica;

- al menos un par de elementos de soporte de escobilla (11) hecho de un material metálico conductor, que tiene una forma tubular y soportados por la carcasa (2), estando cada elemento de soporte de escobilla (11) asociado con una escobilla (12) respectiva para mantener presionado sobre el conmutador (9);

teniendo cada elemento de soporte de escobilla (11) al menos una superficie lateral (18) para hacer frente a una respectiva porción de tope (17) de la carcasa (2) y que puede estar unido a la porción de tope (17) para transmitir energía térmica a la porción de tope (17), estando la superficie lateral (18) eléctricamente aislada de la porción de tope (17), comprendiendo la carcasa (2) una pared (P) definida por un elemento de cubierta extraíble (5) asociado con una parte restante de la carcasa (2) y situada en un plano sustancialmente perpendicular al eje de rotación (X) del rotor (4), estando la máquina eléctrica caracterizada porque cada una de la porción de tope (17) está definida por un correspondiente saliente (20) del elemento de cubierta (5) que se extiende alejándose del elemento de cubierta (5), frente a un espacio dentro de la máquina eléctrica (1) y que tiene una superficie de tope (19) conformada para que coincida con la superficie lateral (18) del elemento de soporte de escobilla (11), comprendiendo el elemento de cubierta al menos un par de dicho saliente (20), cada uno de los cuales topa con un respectivo soporte de elemento escobilla (11).

Campo técnico

La presente invención se refiere a una máquina eléctrica.

En particular, la invención se refiere a una máquina eléctrica rotativa del tipo de conmutador y, aún más específicamente, a una máquina eléctrica sellada, por ejemplo un motor del tipo utilizado para accionar un ventilador de refrigeración eléctrico para aplicaciones de automoción o un generador de electricidad. Preferentemente, la máquina eléctrica de acuerdo con esta invención es del tipo accionado con corriente continua.

Antecedentes de la técnica

Las máquinas eléctricas de la técnica anterior de tipo conmutador comprenden un rotor, un estator y un conmutador, integral con el rotor, en el que una pluralidad de escobillas se activan definiendo contactos eléctricos deslizantes. Estos contactos eléctricos deslizantes permiten una conexión entre los devanados del rotor, montados en el rotor, y un circuito eléctrico que puede estar conectado a la red eléctrica de suministro, que también puede estar conectado a las bobinas del estator si el estator no es del tipo de imanes permanentes.

La energía suministrada por las máquinas eléctricas de conmutador está directamente ligada a la corriente que circula en las bobinas del rotor que, por lo tanto, pasa a través del conmutador y las escobillas. La corriente que pasa a través de las escobillas, que también tiene valores nominales altos, calienta las escobillas debido al efecto Joule, y las escobillas también se calientan debido a su deslizamiento sobre las barras del conmutador.

Los motores eléctricos de tipo convencional comprenden elementos de soporte de escobillas especiales, también conocidos como carcasas de soporte de la escobilla, que son parte integral con un elemento de soporte hecho de material plástico soportado por el estator y por una carcasa exterior de la máquina eléctrica. Los elementos de soporte de la escobilla de la técnica anterior tienen una forma tubular que se extiende en una dirección radial respecto al rotor, es decir, en una dirección perpendicular al eje de rotación del rotor. Las escobillas se deslizan en el interior del respectivo elemento de soporte de escobilla bajo la acción de un muelle de contraste que mantiene un extremo de la escobilla presionada contra el conmutador para evitar desplazamientos recíprocos entre la escobilla y el conmutador. Por lo general, cada escobilla está conectada eléctricamente al circuito de alimentación por el mismo elemento de soporte de escobilla, hecho de metal. Las escobillas se hacen generalmente de material conductor, en particular de grafito, posiblemente combinado con otros materiales, tales como resina fenólica o polvos metálicos. Un ejemplo de este tipo de motor eléctrico se divulga en el documento DE298327U1

Además, el elemento de soporte está empaquetado con el estator y se mantiene en posición contra el estator mediante una fuerza de empuje impartida por una cubierta fuera de la carcasa. El elemento de soporte que, como ya se ha mencionado, está hecho de material plástico, tiene unos salientes elásticos también hechos de material plástico, activos entre el elemento de soporte y el estator para absorber deformaciones térmicas o tolerancias de montaje del elemento de soporte.

Debido a la forma conocida de los motores eléctricos de tipo cerrado, el elemento de soporte de la escobilla se sumerge en un ambiente sellado sometido a un calentamiento continuo debido esencialmente al efecto Joule causado por el paso de la corriente a través de las bobinas del rotor (y, posiblemente, la bobinas del estator, también). Este entorno sellado no está sujeto a un intercambio de aire y, en condiciones de estado estacionario, las temperaturas en este entorno pueden ser tan altas como de 2°C o más. Esto penaliza seriamente la dispersión del calor de las escobillas que, por lo tanto, tienden a sobrecalentarse, alcanzando temperaturas inaceptables para su correcto funcionamiento.

En realidad, se ha encontrado que los materiales utilizados ordinariamente a gran escala para la fabricación de las escobillas tienen propiedades de resistencia al desgaste y conductividad eléctrica que se mantienen en niveles aceptables hasta temperaturas que son mucho más bajas que las alcanzadas en los motores eléctricos cerrados y, en particular, estas propiedades se mantienen a temperaturas de hasta aproximadamente 15°C. Cuando se ha excedido este límite, el deterioro de la activación eléctrica de las escobillas, así como su deterioro (desgaste) aumenta de manera inaceptable, y esto lleva a un rápido desgaste de la máquina eléctrica que, después de un corto tiempo, debe ser reemplazada o someterse a mantenimiento.

Cuando el elemento de soporte para la escobilla está hecho de material plástico, el efecto negativo del aumento de la temperatura se penaliza aún más debido a las muy pobres propiedades de intercambio de calor de los materiales plásticos. Un elemento de soporte de escobilla hecho de materiales de plástico resulta en el funcionamiento de la escobilla casi en una situación de aislamiento térmico respecto al exterior, haciendo así que la escobilla llegue a temperaturas incluso más altas en comparación con el caso de los soportes de escobilla de metal.

Por esta razón, se conocen actualmente los motores sellados, en los que las escobillas y los elementos de soporte de la escobilla son de un gran tamaño en comparación con las dimensiones que tendrían si se Instalaran en una máquina eléctrica abierta, es decir, en una máquina en la que hay un Intercambio de aire aspirado desde el exterior, para reducir el sobrecalentamiento debido al efecto Joule y favorecer el Intercambio de calor con el entorno dentro de la máquina eléctrica. Desventajosamente, el sobredimensionamlento anteriormente mencionado tiene una influencia negativa en los aspectos dimensionales de la máquina eléctrica, haciéndola más grande, y en el coste de fabricación de la propia máquina.

Divulgación de la invención

Por consiguiente, el objetivo de la presente Invención es proporcionar una máquina eléctrica que esté libre de los defectos anteriormente mencionados.

Uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar una máquina eléctrica con un alto nivel de fiabilidad.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una máquina eléctrica que sea barata de fabricar.

Otro objetivo adicional de la invención es proporcionar una máquina eléctrica con un pequeño tamaño global.

Los propósitos técnicos y los objetivos Indicados, y otros, se logran substanclalmente mediante una máquina eléctrica de acuerdo con la invención como se define en la reivindicación 1 y en las reivindicaciones dependientes de la misma.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la presente Invención son más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, con referencia a una realización preferente no limitativa de una máquina eléctrica, como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 ilustra una vista en perspectiva en despiece de una máquina eléctrica de acuerdo con la presente invención;

La figura 2a ilustra una vista en sección en despiece de la máquina eléctrica de la figura 1 en una configuración de montaje;

La figura 2b ilustra una vista en sección ampliada de una porción de la vista en la figura 2a en una configuración montada;

La figura 2c ilustra una vista en sección ampliada de una porción de la vista en la figura 2b;

La figura 3 ¡lustra una vista en perspectiva de una primera porción de la máquina eléctrica de la figura 1 con algunas partes omitidas para ilustrar mejor otras;

La figura 4 ¡lustra una primera vista en perspectiva de una segunda porción de la máquina eléctrica en la figura 1 con algunas partes omitidas para ¡lustrar mejor otras;

La figura 5 ¡lustra una segunda vista en perspectiva de la porción de la figura 4.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes de la invención

La máquina eléctrica descrita en detalle a continuación es específicamente un motor eléctrico. Sin embargo, las características técnicas y las enseñanzas de la presente invención también se aplican a otras máquinas eléctricas rotativas del tipo de escobilla-conmutador, en particular a generadores de electricidad.

Con referencia a los dibujos adjuntos, el número 1 indica en conjunto un motor eléctrico de acuerdo con la presente

invención.

El motor eléctrico 1 comprende una carcasa 2, dentro de la cual están alojados un estator 3 y un rotor 4, y un elemento de cubierta 5 o cubierta que está asociada permanentemente con la carcasa 2 mediante las uniones de bridas especiales... [Seguir leyendo]

1. Una máquina eléctrica, que comprende

- una carcasa (2);

- un estator (3) y un rotor (4) soportado por la carcasa (2), teniendo el rotor (4) al menos una bobina (7) del rotor;

- un conmutador (9) permanentemente conectado al rotor (4) y conectado eléctricamente a la bobina (7) del rotor;

- al menos un par de escobillas (12), teniendo cada escobilla (12) un primer extremo (12a) acoplado de forma deslizante con el conmutador (9) y que está conectado eléctricamente a los respectivos terminales que pueden conectarse a un suministro de red eléctrica;

- al menos un par de elementos de soporte de escobilla (11) hecho de un material metálico conductor, que tiene una forma tubular y soportados por la carcasa (2), estando cada elemento de soporte de escobilla (11) asociado con una escobilla (12) respectiva para mantener presionado sobre el conmutador (9);

teniendo cada elemento de soporte de escobilla (11) al menos una superficie lateral (18) para hacer frente a una respectiva porción de tope (17) de la carcasa (2) y que puede estar unido a la porción de tope (17) para transmitir energía térmica a la porción de tope (17), estando la superficie lateral (18) eléctricamente aislada de la porción de tope (17), comprendiendo la carcasa (2) una pared (P) definida por un elemento de cubierta extraíble (5) asociado con una parte restante de la carcasa (2) y situada en un plano sustancialmente perpendicular al eje de rotación (X) del rotor (4), estando la máquina eléctrica caracterizada porque cada una de la porción de tope (17) está definida por un correspondiente saliente (2) del elemento de cubierta (5) que se extiende alejándose del elemento de cubierta (5), frente a un espacio dentro de la máquina eléctrica (1) y que tiene una superficie de tope (19) conformada para que coincida con la superficie lateral (18) del elemento de soporte de escobilla (11), comprendiendo el elemento de cubierta al menos un par de dicho saliente (2), cada uno de los cuales topa con un respectivo soporte de elemento escobilla (11).

2. La máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende medios de empuje (23) activos entre la carcasa (2) y los elementos de soporte de escobilla (11) para mantener las superficies laterales (18) de los elementos de soporte de escobilla (11) presionados contra la porción de tope (17).

3. La máquina según la reivindicación 2, caracterizada porque comprende un elemento de soporte (1) que se desliza a lo largo del eje de rotación (X) del rotor (4) y en el que los elementos de soporte de escobilla (11) están montados de manera permanente, siendo los medios de empuje (23) operativamente activos entre la carcasa (2) y el elemento de soporte (1).

4. La máquina según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque comprende al menos un elemento intermedio

(21) térmicamente conductor y eléctricamente aislante, teniendo el elemento intermedio (21) al menos resistencia a la compresión mecánica y estando colocado entre la superficie lateral (18) del elemento de soporte de escobilla (11) y la respectiva porción de tope (17) para facilitar el intercambio de calor entre los mismos mientras los mantiene aislados eléctricamente entre sí.

5. La máquina según la reivindicación 4, caracterizada porque el elemento intermedio (21) se puede montar de manera amovible entre la superficie lateral (18) del elemento de soporte de escobilla (11) y la correspondiente porción de tope (17).

6. La máquina según la reivindicación 3, caracterizada porque los medios de empuje (23) comprenden un elemento elástico (16) que tiene una forma anular, teniendo el elemento de soporte (1), en particular, una forma discoidal, siendo el elemento elástico (16) activo en la periferia del elemento de soporte (1).

7. La máquina según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento elástico (16) es una placa ondulada que opera mediante tensión de flexión.

8. La máquina según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la superficie lateral (18), frente a la respectiva porción de tope (17), está orientada perpendlcularmente al eje de rotación (X) del rotor (4).

9. La máquina según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la superficie lateral (18) del elemento de soporte de escobilla (11) se acopla con y soporta la correspondiente porción de tope (17).

1. La máquina según la reivindicación 4 o 5, caracterizada porque el elemento intermedio (21) comprende una cuña

(22) que se extiende principalmente en un plano y que tiene dimensiones por lo menos ¡guales a una superficie potencial de contacto entre la superficie lateral (18) y la correspondiente porción de tope (17).

11. La máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el saliente (2) se extiende alejándose de la pared (P) a lo largo de una dirección paralela al eje de rotación (X) del rotor (4).

12. La máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de tope (17) es plana y perpendicular al eje de rotación (X) del rotor (4).

13. La máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de cubierta (5) tiene una superficie 5 exterior con aletas para favorecer el intercambio de calor entre la pared (P) y el exterior de la máquina eléctrica (1).

14. La máquina según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende una pluralidad de porciones de tope (17), acoplándose cada porción de tope (17) con una respectiva superficie lateral (18) de un elemento de soporte de escobilla (11).

15. La máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque la pared (P) tiene una pluralidad de salientes (2) separados en intervalos angulares iguales y cada uno de los cuales se acopla con una respectiva superficie lateral (18) de un elemento de soporte de escobilla (11).