CONMUTADOR PARA UNA MÁQUINA ELÉCTRICA DESCRIPCION
La presente invención se relaciona con un conmutador para una máquina eléctrica comprendiendo un cuerpo portador fabricado de un material moldeado aislante, una multiplicidad de segmentos conductores metálicos dispuestos en este de manera uniforme alrededor del eje de conmutador con elementos de conexión dispuestos en ellos para un devanado de rotor y un dispositivo supresor de interferencia con el cual los segmentos conductores están conectados en forma eléctricamente conductiva y que comprende una cantidad de elementos supresores de interferencia individuales correspondiente a la cantidad de elementos conductores, siendo que los segmentos conductores tienen láminas de contacto que están conectados respectivamente a distancia de sus bases en puntos de contacto asociados con polos de contacto contiguos de dos elementos supresores de interferencia contiguos. Conmutadores de diferentes tipos constructivos
(conmutadores de tambor, conmutadores planos) se conocen en muy diversas configuraciones. Cada vez es más frecuente que conmutadores, particularmente en el caso de su realización como conmutadores de tambor, se equipen con instalaciones para suprimir chispas, con la finalidad de impedir un efecto adverso sobre grupos constructivos electrónicos dispuestos físicamente en la cercanía de la máquina eléctrica correspondiente, debido a la formación de chispas en el conmutador. Semejantes supresores de interferencia se realizaron hasta ahora comúnmente como discos supresores de interferencia anulares consistiendo de un material con una resistencia no lineal que están conectados con los segmentos conductores en forma eléctricamente conductora. El disco supresor de interferencia correspondiente puede estar dispuesto en esto por un lado radialmente afuera de la pista de escobillas (véase, por ejemplo, US 5895990 A, US 5717270 A, GB 2183933 A e US 5796203 A) o por el otro lado en el interior de la pista de escobillas (véase, por ejemplo, US 6285106 Bl y DE 19953231 Al) . En adición a esto se conocen formas especiales de conmutadores de tambor con supresión de interferencias, donde los segmentos conductores están dispuestos en el exterior sobre casquillo cilindricos supresores de interferencia (véase DE 2055648 y DE 3614869 C2) . EP 364292 Bl describe un conmutador de tambor con un cuerpo portador consistiendo de material termoplástico, donde un anillo de refuerzo resistente al calor está previsto por debajo de las colas de empalme que tiene un recubrimiento supresor de interferencias o que puede estar dispuesto contiguo al anillo supresor de interferencias; el anillo de refuerzo está dispuesto en esto, al igual como el anillo supresor de interferencia separado eventualmente previsto, en un asiento del cuerpo portador, donde es sujetado por unas bridas sobresalientes de los segmentos conductores . Independientemen e del respectivo arreglo específico del disco supresor de interferencias, los costos considerables para el dispositivo de supresión de interferencia son una desventaja en el caso de todos los conmutadores donde el dispositivo supresor de interferencias comprende un disco supresor de interferencias anular. Ya que el material de cerámica es muy caro, del cual se fabrican usualmente semejantes discos supresores de interferencias; y en la producción de discos supresores de interferencias, siendo que estos se recortan de una placa metálica-cerámica de capas múltiples, se produce una gran cantidad de desperdicio. Adicionalmente , entre los conmutadores de tambor conocidos que emplean un disco supresor de interferencia para suprimir las interferencias, solamente conmutadores de tambor compactos con discos supresores de interferencia dispuestos radialmente - al interior de las pistas de escobillas, pueden considerarse para muchas aplicaciones prácticas, debido a las limitaciones del espacio disponible para el respectivo conmutador. Otro problema de semejantes conmutadores de tambor con anillos supresores de interferencia dispuestos al interior de la pista de escobilla resulta del comportamiento de expansión diferente del disco supresor de interferencia, comúnmente consistiendo de material cerámico, en comparación con los demás componentes de los conmutadores correspondientes . Tensiones térmicas correspondientes pueden, ciertamente, causar una falla prematura de conmutadores debido a rotura de discos supresores de interferencias y/o destrucción de conexiones de los segmentos conductores con los discos supresores de interferencias, si no se toman medidas preventivas especiales. Para solventar este problema, se propone en DE 19953231 Al unir el disco supresor de interferencia con un pegamento elástico con el cuerpo portador y conectar los segmentos conductores mediante alambres delgados con el disco supresor de interferencia, mismos que se sueldan por un lado en la cola de empalme de segmento conductor asociado y por el otro con la zona de metalización asociada del disco supresor de interferencia. Según US 6285106 Bl que manifiesta un conmutador de tambos del tipo mencionado, se están previendo, en contraste con esto, unos muelles de lámina para el empalme eléctrico de los segmentos conductores con el disco supresor de interferencia, mismos que están dispuestos en el interior de una cámara anular que está delimitada por el cuerpo portador, los segmentos conductores y una tapa anular y donde es alojado también el disco supresor de interferencia. Los muelles de lámina, que permiten un aislamiento térmico radial diferente del disco supresor de interferencia por un lado y, por el otro, de los demás elementos constructivos de conmutador, pueden fijarse en esto particularmente en la tapa anular. Particularmente desventajoso en ambos conmutadores de tambor conocidos, referenciados en lo precedente, con un disco supresor de interferencia dispuesto respectivamente al interior de los segmentos conductores, es particularmente un costo de fabricación alto contrario a la competitividad de los conmutadores de tambor correspondientes, que se basa, particularmente en el caso del conmutador según EP 364292 Bl, en adición a los altos costos de fabricación para el disco supresor de interferencia (véase arriba) , también en la gran cantidad de elementos constructivos que deben ser ensamblados. En el caso del conmutador de tambor según EP 364292 Bl es una desventaja además, que el empalme resultante solamente de la fuerza de contacto de los muelles de' hoja en los segmentos conductores y en el disco supresor de interferencia, a lo largo no es confiable, siendo que puede verse afectado, por ejemplo, por corrosión. DE 4338345 Al manifiesta un conmutador realizado como conmutador de tambor del tipo descrito con un dispositivo supresor de interferencias que comprende individuales elementos supresores de interferencias incrustados en el cuerpo portador. Cada segmento conductor está conectado en esto, mediante dos nervios de sujeción del segmento conductor correspondiente que sirven para asegurar la posición, con respectivamente dos elementos supresores de interferencias contiguos. En este conmutador, ciertamente, no se presentan los costos considerables que se asocian con los conmutadores, descritos más arriba, con la disposición del disco supresor de interferencia anular. Pero se puede esperar una vida útil solamente limitada del conmutador según DE 4338345 Al, debido al comportamiento de expansión térmica diferente de los diferentes materiales, según se ha explicado precedentemente. El objetivo en el que se basa la presente invención consiste a la luz del estado de la técnica precedentemente reflejado en la producción de un conmutador del tipo descrito de larga vida útil, que suprime las interferencias confiablemente, que puede fabricarse con poca inversión productiva a bajos costos, siendo que preferentemente debe ser posible producir un conmutador con supresión de interferencias esencialmente con las mismas dimensiones como un conmutador sin supresión de interferencias con las mismas especificaciones.
Este objetivo se logra mediante la presente invención porque en un conmutador del tipo en cuestión, las láminas de contacto están realizadas de manera elástica y porque están separadas, respectivamente en la región entre su base y su punto de contacto frente a los elementos constructivos rígidos del conmutador, de manera tal que en esta región puede modificarse, en función de la expansión térmica, la posición relativa de las láminas de contacto frente a los respectivos elementos constructivos rígidos - contiguos del conmutador. Un primer atributo característico para el conmutador según la presente invención es, por lo tanto, que el dispositivo supresor de interferencias no comprende un disco supresor de interferencia anular, sino más bien una cantidad de elementos supresores de interferencias correspondiente a la cantidad de segmentos conductores; tales elementos supresores de interferencias individuales, que pueden tener como condensadores de capas múltiples particularmente una forma de paralelepípedo, pueden producirse de una placa metálica cerámica de capas múltiples sin desperdicio de corte alguno y por lo tanto de manera particularmente económica. Además es característico para el conmutador inventivo que las láminas de contacto, que son componente integral de los segmentos conductores, es decir, están fabricados en una pieza con las demás regiones de los segmentos conductores, sirven como contacto directo de los segmentos conductores con los elementos supresores de interferencia; elementos constructivos separados, adicionales, tales como están previstos según el estado de la técnica particularmente en forma de alambres y muelles de lámina para establecer el contacto de los segmentos conductores con el disco supresor de interferencia, no están previstos en el conmutador según la presente invención. Como "conexión" de las láminas de contacto con los polos de contacto de respectivamente dos elementos supresores de interferencias contiguos debe entenderse, en esto, cualquier contacto conducto eléctrico; particularmente no está previsto, de manera forzosa, un material de conexión separado, como por ejemplo soldadura. El establecimiento de contacto de las láminas de contacto, fijados en los segmentos conductores en una pieza mediante conformación, con los elementos supresores de interferencia, sin que esto tenga efectos negativos sobre la durabilidad del conmutador, se facilita porque las láminas de contacto pueden deformarse para compensar diferentes comportamientos de expansión térmica de los elementos constructivos individuales. La capacidad de deformación de las láminas de contacto, a su vez, se debe por un lado a su diseño elástico, siendo que los puntos de contacto, donde las láminas de contacto están unidas a los elementos de supresión de interferencia, están dispuestos a distancia de los puntos de base de las láminas de contacto, en los cuales estas hacen transición, en el sentido de una sujeción estática, hacia la región contigua de los segmentos conductores, y por el otro a la separación de las láminas de contacto frente a elementos constructivos contiguos, de manera que estos últimos no impidan la libre compensación de expansión. En particular, en el conmutador inventivo, las láminas de contacto elásticos están separados, en sus áreas interiores radiales, de manera tal del elemento constructivo contiguo, dispuesto dentro de las láminas de contacto, que la distancia hacia el elemento constructivo correspondiente puede cambiar en función de la expansión térmica. La separación mencionada de las láminas de contacto elásticas frente a los respectivos elementos constructivos contiguos del conmutador puede comprender, en esto, particularmente una colocación libre de las láminas de contacto dentro de entalladuras del cuerpo portador, de manera tal que las láminas de contacto están envueltos por aire, exceptuando su punto de base y su punto de contacto,-se puede considerar también, sin embargo, un incrustado completo o parcial de las láminas de contacto elásticos en un material flexible elástico. Gracias a esa separación de las láminas de contacto elásticos respecto al elemento constructivo rígido contiguo radialmente hacia dentro del conmutador, las láminas de contacto pueden mantenerse a una distancia radial más o menos grande hacia los elementos constructivos rígidos contiguos radialmente hacia dentro, a saber hacia el cuerpo portador formado de material moldeado, en función de la respectiva expansión térmica. Debido a la deformabilidad de las láminas de contacto se reducen, además, en tal grado las tensiones que actúan en la región de la unión fija de las láminas de contacto con los elementos supresores de interferencias, que se excluyen daños en esta unión. Las láminas de contacto pueden, por lo tanto, unirse de manera permanente con los elementos supresores de interferencias, particularmente, mediante uniones sencillas de soldadura o también mediante unión con pegamento conductor eléctrico en la región de los puntos de contacto . Evidentemente es posible, por lo tanto, fabricar conmutadores compactos con supresión de interferencias, de larga vida útil, con un mínimo de inversión productiva y extremadamente económicos, aplicando la presente invención en base a la combinación de los atributos característicos. Según un primer perfeccionamiento preferido del conmutador inventivo, los elementos supresores de interferencias están realizados como condensadores de capas múltiples en forma de paralelepípedo y están dispuestos a lo largo de las aristas de un polígono equilátero alrededor del e e de conmutador, y a saber convenientemente respectivamente frente al espacio entre dos segmentos conductores contiguos . Esto favorece particularmente un método de producción sencillo y por lo tanto económico del conmutador inventivo. Según otro perfeccionamiento preferido, el ancho promedio de las láminas de contacto elásticas en dirección periférica en el conmutador inventivo es menor que el ancho de los segmentos conductores. También es preferido dimensionar la longitud de las láminas de contacto sustancialmente mayor que su ancho, y este a su vez mayor que el espesor de las láminas de contacto. Esto, por un lado, es ventajoso respecto a la flexibilidad elástica de las láminas de contacto; además, esto crea condiciones de ensamble convenientes para los elementos supresores de interferencias de manera tal que las láminas de contacto sobresalen respectivamente entre dos polos de contacto de dos elementos supresores de interferencias contiguos y forman juntas con los polos de contacto asociados una región de contacto contigua en el sentido de que puentean respectivamente el intersticio entre los polos de contacto de ambos elementos supresores de interferencias contiguos . Mientras que es posible realizar el concepto básico de la presente invención con ventaja en conmutadores de diferente tipo constructivo (conmutadores de tambor, conmutadores planos) , son particularmente notables las ventajas obtenibles gracias a la presente invención en el caso de la realización del conmutador como conmutador de tambor con una pista de escobillas cilindrica. En particular en aquellos conmutadores inventivos que están realizados como conmutadores de tambor, las láminas de contacto se ramifican, en un perfeccionamiento particularmente preferido de la invención, del área radial interior de los segmentos conductores. Esto permite un diseño constructivo particularmente compacto, ya que la pista de escobillas se extiende en dirección axial más allá del dispositivo supresor de interferencias. Existen varias opciones para la conexión conductora eléctrica de las láminas de contacto con los elementos supresores de interferencias en la región de sus polos de contacto. De manera particularmente preferida, las láminas de contacto unen por soldadura con los polos de contacto de los elementos supresores de interferencias asociados. Pero se pueden emplear también con ventaja una unión por pegamento conductor eléctrico. En condiciones particulares, hasta es imaginable renunciar a un material de unión especial, como soldadura o pegamento, y realizar el empalme conductor eléctrico de las láminas de contacto con los elementos supresores de interferencias exclusivamente gracias a un apoyo bajo precarga de las láminas de contacto en los polos de contacto de los elementos supresores de interferencias . Con respecto a la realización de los elementos conectores, otro perfeccionamiento preferido de la invención se distingue ahora porque los elementos conectores están realizados como colas de empalme que están dispuestos, en el caso de una realización del conmutador como conmutador de tambor, en la región de la cara frontal del conmutador opuesta al dispositivo supresor de interferencias. En este caso se minimiza el riesgo de una avería del empalme de las láminas de contacto con los elementos supresores de interferencias durante la soldadura del devanado de rotor a las colas de empalme . Para asegurar permanentemente su posición, los elementos supresores de interferencias son insertados de manera particularmente preferida respectivamente en un alojamiento del cuerpo portador entallado axialmente en el cuerpo portador. Las paredes limitantes de un alojamiento semejante se oponen en esto a las áreas interiores y exteriores radiales, las dos áreas laterales y el área frontal del elemento supresor de interferencias para soportar el elemento supresor de interferencias en dirección radial, en dirección circunferencial así como en dirección axial. Los alojamientos se limitan en esto preferentemente radialmente en el interior y en dirección circunferencial respectivamente por un anillo de nervadura y radialmente en el exterior por salientes del material moldeado del cuerpo portador. Las áreas laterales de los elementos supresores de interferencias son, no obstante, cubiertas solamente de forma parcial por los nervios del anillo de nervadura, para ofrecer suficiente espacio para la conexión conductora eléctrica de las láminas de contacto con los elementos supresores de interferencias. El anillo de nervadura descrito en lo precedente puede ser extendido particularmente para forma un casguillo de nervadura, que sobresale sustancialmente sobre la cara frontal orientada hacia el dispositivo supresor de interferencias del conmutador, siendo que las dimensiones radiales del casquillo de nervadura son iguales o inferiores que las dimensiones radiales del anillo de nervadura. El casquillo de nervadura correspondiente forma el portador para un elemento anular que puede consistir de material magnetizado, particularmente de ferrita, tierras raras o semi-cobalto, que sirve para capturar la posición angular del rotor. En lugar de estar fijado en un casquillo de nervadura, aquel elemento anular de material magnetizado puede fijarse, según otro perfeccionamiento preferido de la invención, también en un resalte de centrar que sobresale axialmente del cuerpo portador; esto permite la fijación del elemento anular en el cuerpo portador en cualquier posición de ángulo de giro. A continuación se explica la presente invención más de cerca mediante cuatro ejemplos de construcción ilustrados en el dibujo. Muestran en esto Fig. 1 una sección axial a través de un primer modelo constructivo de un conmutador de tambor según la presente invención, Fig. la una sección ampliada de Fig. 1, Fig. 2 una sección por un conmutador de tambor según Fig. 1 a lo largo de la línea II-II, Fig. 2a una sección ampliada de Fig. 2, Fig. 3 la sección ampliada de una sección axial por el conmutador de tambor según Fig. 1 y 2 a lo largo de la línea III-III, Fig. 4 una sección axial por un segundo modelo constructivo de un conmutador de tambor según la presente invención, modificado respecto al modelo constructivo según
Fig. 1 a 3, Fig. 5 una sección transversal por el conmutador de tambor según Fig. 4 a lo largo de la línea V-V, Fig. 6 una sección transversal por un conmutador plano realizado según la presente invención, Fig. 7 una sección axial por el conmutador plano según Fig. 6 a lo largo de la línea VII-VII en Fig. 6, Fig. 8 una sección axial por el conmutador plano según Fig. 6 y 7 a lo largo de la línea VIII-VIII en Fig. 6 Y Fig. 9 una sección axial por una modificación del conmutador de tambor según Fig. 4 y 5. El conmutador de tambor representado en las figuras 1 a 3 comprende como elementos constructivos esenciales un cuerpo 1 portador producido de un material moldeado aislante y diez segmentos 3 conductores dispuesto de manera uniforme alrededor del eje 2 de conmutador, cuyas áreas de circunferencia cilindricas definen las pistas 4 de escobillas. El cuerpo 1 portador tiene una perforación 5 concéntrica respecto al eje 2, que sirve para alojar el conmutador en una flecha de rotor. Elementos 6 de rotor de segmentos 3 conductores están incrustados en el material moldeado del cuerpo 1 portador, para fijar los segmentos conductores seguramente aún con altas revoluciones por minuto, no obstante las fuerzas centrífugas presentes en este caso. En el extremo se están previendo unas colas 7 de empalme en los segmentos 3 conductores, que sirven, de manera en si conocida, para el empalme de alambres de devanado con el conmutador. En el alcance descrito en lo precedente, el conmutador según Fig. 1 a 3 corresponde al estado de la técnica ampliamente conocido, de manera que no se requiere una explicación más detallada para su comprensión.
En la región de la cara 8 frontal opuesta a las colas 7 de empalme, el conmutador tiene un dispositivo 9 supresor de interferencias . Este comprende diez elementos 10 supresores de interferencias individuales en forma de paralelepípedo, dispuestos de manera uniforme alrededor por el eje 2 de conmutador, de material cerámico. Los elementos 10 supresores de interferencias están dispuestos en esto para quedar frente a espacios entre los segmentos 3 conductores . Tienen respectivamente una función de condensador y disponen respectivamente en dos áreas laterales opuestas entre si unas capas 11 metalizadas. Cada elemento 10 supresor de interferencias está dispuesto en un alojamiento 12 del cuerpo 1 portador en forma de bolsa. Estos alojamientos 12 son limitados radialmente hacia dentro y en dirección circunferencial por un área 13 circunferencial respectivamente dos nervios 14 de un anillo 15 de nervadura, que forma parte del cuerpo 1 portador; radialmente hacia fuera, respectivamente un resalte 16 de material moldeado del cuerpo 1 portador delimita los alojamientos 12 para los elementos 10 supresores de interferencias. Para asegurar su posición, los elementos 10 supresores de interferencia están adheridos con pegamento en los alojamientos 12 asociados. Cerca de los extremos de los segmentos 3 conductores asociados con la cara 8 frontal del conmutador, unas láminas 18 de contacto elásticos están unidos por conformado en la cara 17 interior radial de- estos. Partiendo de su respectivo punto 19 de base, las láminas 18 de contacto se extienden en dirección de la cara 8 frontal del conmutador oblicuamente hacia dentro. Las láminas 18 de contacto no están incrustadas en el material moldeado del cuerpo 1 portador, de manera que es posible una deformación. Las láminas 18 de contacto elásticas de los segmentos 3 conductores sobresalen en sus extremos 20 libres respectivamente entre dos elementos 10 supresores de interferencias contiguos entre si. Mediante una unión 21 de soldadura que comprende, en el sentido de un área 22 de contacto contiguo tanto el punto 23 de contacto del segmento 3 conductor, dispuesto en el extremo libre de la lámina 18 de contacto correspondiente, como también los polos 24 de contacto formados respectivamente por las capas 11 metalizadas, cada lámina de contacto está conectado en forma conductora eléctrica permanente con ambos elementos supresores de interferencias contiguos. Para crear el espacio requerido para la unión 21 de soldadura, entre los nervios 14 del anillo 15 de nervadura y los resaltes 16 de material moldeado del cuerpo 1 portador existe respectivamente un intersticio 25. La modalidad del conmutador inventivo, mostrada en Fig. 4 y 5, corresponde respecto a sus características de configuración esenciales a la modalidad según las figuras 1 a 3. Con el fin de evitar repeticiones se remite a las explicaciones precedentes. Una diferencia esencial es solamente que el anillo 15 de nervios se ha extendido para formar un caequillo 26 de nervios que sobresale esencialmente en la cara 8 frontal asociada con el dispositivo 9 supresor de interferencias por encima de los elementos 10 supresores de interferencia. En el casquillo 26 de nervios, se ha colocado un elemento 27 anular de material magnetizado (por ejemplo, ferrita, tierras raras o semi-cobalto) y adherido con pegamento al casquillo de nervios . En el conmutador plano realizado inventivamente, tal como se muestra en Fig. 6 a 8, el dispositivo 9' supresor de interferencias comprendiendo ocho elementos 10 supresores de interferencias está dispuesto en la región de la cara frontal del conmutador opuesta a las pistas 4 de escobillas. Las explicaciones precedentes para la modalidad según Fig. 1 a 3 son aplicables para el dispositivo supresor de interferencias mismo de manera correspondiente, de manera que se remite a la descripción de aquellos dibujos para evitar repeticiones. Igual como en el caso del conmutador de tambor precedentemente descrito, los puntos 23 de contacto de las láminas 18 de contacto están empalmadas con ambos respectivos elementos 10 supresores de interferencias contiguos mediante uniones 21 de soldadura, tal como se muestra en el dibujo (solamente) para una de las láminas de contacto. La modalidad inventiva del dispositivo supresor de interferencias puede realizarse en conmutadores planos, además, independientemente de si la pista de escobillas es definida por los segmentos conductores mismos o por segmentos de carbón. El conmutador de tambor según Fig. 9 se corresponde respecto a sus características constructivas esenciales con el conmutador de tambor mostrado en las figuras 1 a 3, de manera que se puede remitir a las explicaciones correspondientes para evitar repeticiones . Nuevamente, el conmutador de tambor tiene, tal como es aplicable al conmutador según las figuras 4 y 5, en el lado frontal un elemento 27 anular de material magnetizado. Este, sin embargo, no está colocado sobre un casquillo de nervios; más bien, en el conmutador de tambor según Fig. 9, el cuerpo 1 portador está extendido para formar un resalte 28 de centrar que se proyecta axialmente. El elemento 27 anular de material magnetizado está colocado sobre este. Mediante adhesión 30 por pegamento dispuesta' en la región del área 29 frontal del resalte 28 de centrar, se une el elemento 27 anular fijamente con el cuerpo 1 portador del conmutador.