Un anillo colector es un dispositivo electromecánico que permite la transmisión de energía y señales eléctricas desde una estructura estacionaria a una giratoria. Un anillo colector se puede utilizar en cualquier sistema electromecánico que requiera rotación mientras se transmite energía o señales. Puede mejorar el rendimiento mecánico, simplificar el funcionamiento del sistema y eliminar los cables propensos a sufrir daños que cuelgan de las juntas móviles.
También llamados interfaces eléctricas rotativas , conectores eléctricos rotativos , colectores , eslabones giratorios o juntas eléctricas rotativas , estos anillos se encuentran comúnmente en motores de anillos rozantes , generadores eléctricos para sistemas de corriente alterna (CA) y alternadores y en maquinaria de envasado, carretes de cable y turbinas eólicas . Se pueden utilizar en cualquier objeto giratorio para transferir energía, circuitos de control o señales analógicas o digitales, incluidos datos como los que se encuentran en balizas de aeródromos , tanques giratorios , palas mecánicas , radiotelescopios , sistemas de telemetría , helióstatos o norias .
Un anillo colector (en términos de ingeniería eléctrica ) es un método para realizar una conexión eléctrica a través de un conjunto giratorio. Formalmente, es un dispositivo de transmisión eléctrica que permite el flujo de energía entre dos piezas eléctricas giratorias, como en un motor .
Por lo general, un anillo colector consta de un contacto fijo de grafito o metal (cepillo) que roza el diámetro exterior de un anillo metálico giratorio. A medida que el anillo metálico gira, la corriente eléctrica o señal se conduce a través del cepillo fijo hasta el anillo metálico, lo que hace la conexión. Se apilan conjuntos de anillo/cepillo adicionales a lo largo del eje giratorio si se necesita más de un circuito eléctrico. Los cepillos o los anillos son fijos y el otro componente gira. [1] [2] Este diseño simple se ha utilizado durante décadas como un método rudimentario para pasar corriente a un dispositivo giratorio.
Otros nombres que se utilizan para los anillos colectores son anillo colector, contacto eléctrico rotatorio y anillo colector eléctrico. Algunas personas también utilizan el término conmutador ; sin embargo, los conmutadores son algo diferentes y están especializados para su uso en motores y generadores de CC. Mientras que los conmutadores están segmentados, los anillos colectores son continuos y los términos no son intercambiables. Los transformadores rotatorios se utilizan a menudo en lugar de los anillos colectores en entornos de alta velocidad o baja fricción. [3]
Se puede utilizar un anillo colector dentro de una unión rotatoria para que funcione simultáneamente con el dispositivo, comúnmente denominado junta rotatoria. Los anillos colectores hacen lo mismo con la energía eléctrica y la señal que las uniones rotatorias hacen con los medios fluidos. A menudo se integran en las uniones rotatorias para enviar energía y datos hacia y desde la maquinaria rotatoria junto con los medios que proporciona la unión rotatoria. [4]
El principio básico de los anillos rozantes se remonta a finales del siglo XIX, cuando se utilizaron inicialmente en los primeros experimentos eléctricos y en el desarrollo de generadores y motores eléctricos. Con la llegada de la Revolución Industrial y la creciente demanda de energía eléctrica, la tecnología detrás de los anillos rozantes comenzó a evolucionar. Se convirtieron en componentes esenciales de la maquinaria eléctrica a gran escala, como turbinas y generadores, lo que permitió la transferencia de energía y señales en máquinas en las que una parte de la maquinaria necesitaba girar continuamente. [5]
Los anillos colectores se fabrican en varios tipos y tamaños; un dispositivo fabricado para iluminación de escenarios teatrales, por ejemplo, tenía 100 conductores. [6] El anillo colector permite rotaciones ilimitadas del objeto conectado, mientras que un cable flojo solo se puede torcer unas pocas veces antes de que se atasque y restrinja la rotación.
Los anillos colectores humedecidos con mercurio , conocidos por su baja resistencia y conexión estable, utilizan un principio diferente que reemplaza el contacto de cepillo deslizante con un depósito de metal líquido unido molecularmente a los contactos. [7] Durante la rotación, el metal líquido mantiene la conexión eléctrica entre los contactos estacionarios y giratorios. Sin embargo, el uso de mercurio puede plantear problemas de seguridad si no se maneja adecuadamente, ya que es una sustancia tóxica. El dispositivo de anillo colector también está limitado por la temperatura, ya que el mercurio se solidifica a aproximadamente -40 °C. [8]
Un anillo colector tipo panqueque [9] tiene los conductores dispuestos en un disco plano como anillos concéntricos centrados en el eje giratorio. Esta configuración tiene mayor peso y volumen para los mismos circuitos, mayor capacitancia y diafonía, mayor desgaste de las escobillas y recoge más fácilmente los residuos de desgaste en su eje vertical. Sin embargo, un anillo colector tipo panqueque ofrece una longitud axial reducida para la cantidad de circuitos, por lo que puede resultar inadecuado en algunas aplicaciones.
Los anillos colectores inalámbricos no dependen de los métodos típicos de contacto de escobillas de carbón y metal basados en fricción que se han empleado por los anillos colectores desde su invención, como los explorados anteriormente. En cambio, transfieren energía y datos de forma inalámbrica a través de un campo magnético , que es creado por las bobinas que se colocan en el receptor giratorio y el transmisor estacionario. [10] Los anillos colectores inalámbricos se consideran una mejora de los anillos colectores tradicionales, o una alternativa a ellos, ya que su falta de piezas mecánicas giratorias estándar significa que normalmente son más resistentes en entornos operativos hostiles y requieren menos mantenimiento. Sin embargo, la cantidad de energía que se puede transmitir entre bobinas es limitada; normalmente, un anillo colector de tipo contacto tradicional puede transmitir órdenes de magnitud más de energía en el mismo volumen.