ES2346413T3 - Generador de corriente de potencia eolica. - Google Patents

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Abstract

Generador de corriente de energía eólica que comprende un alojamiento (2), un estator (3) fijado allí, un rotor (4) giratorio con respecto al estator (3), un cubo (5) conectado con el rotor (4) y al menos dos palas, que se extienden radialmente desde el cubo (5), de manera que el estator (3) y el rotor (4) se forman por secciones tubulares concéntricas entre sí, sobre cuyas superficies opuestas están dispuestos, respectivamente, imanes permanentes (7) y arrollamientos (8) y que se extienden sobre los imanes y los arrollamientos, para recibir entre ellos al menos en un lado un cojinete, caracterizado porque el cubo (5) está fijado en uno de los extremos de la sección tubular del rotor (4) por medio de una brida (11) y porque en el extremo de la sección tubular del estator (3), que está alejado del cubo (5), está conectado con una brida (14) sobre el alojamiento (2), de manera que el alojamiento (2) está configurado como una transición hueca y el cojinete es un rodamiento.

Description

Generador de corriente de potencia eólica.
La presente invención se refiere a un generador de corriente de energía eólica, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Como se conoce a partir de la solicitud internacional WO 01/29413, los llamados generadores de energía eólica multipolares, A1, en los que un rotor activado a través del viento está asociado a un generador de corriente, que está alojado de forma giratoria en el extremo superior de una torre. El rotor está fijado en el extremo de un eje, que está dispuesto de forma giratoria en dos cojinetes que, por su parte, están alojados dentro de una carcasa, que rodea el estator del generador de corriente. El rotor propiamente dicho está constituido por una pluralidad de brazos que soportan el anillo, en el que están fijados los electroimanes que, durante la rotación del rotor, se colocan frente a los arrollamientos que, por su parte, están alojados dentro de la carcasa.
Hay que indicar que en esta solicitud se describe un generador de corriente anular, en el que el árbol del rotor está apoyado de forma giratoria por medio de cojinetes, que se extienden en forma de radios en la carcasa. Por otra parte, el árbol del rotor propiamente dicho activado por medio de la fuerza eólica actúa como árbol de rotor del generador, que está provisto con brazos que están dispuestos radialmente y están diseñados para alojar el anillo con los electroimanes.
Hay que indicar que en un generador configurado de esta manera, no existe ninguna transición entre el interior de la torre y el interior de las palas, que se extienden fuera del cubo del rotor. Por lo tanto, la ventilación interior de las palas del rotor y especialmente un efecto de deshielo de las palas propiamente dichas están configurados dificultosos.
El diseño del generador de fuerza eólica de tipo conocido es, además, complicado en lo que se refiere al alojamiento del rotor dentro del cuerpo del estator y el acceso al rotor es muy difícil debido al alojamiento del árbol del rotor.
En la publicación de patente alemana DE 44 02 184, en cambio, se describe un generador síncrono multipolar para instalaciones de energía eólica de eje horizontal, en las que el generador está formado por una única unidad de construcción, que está constituida por un estator y un rotor -que están unidos entre sí a través de un alojamiento volante previsto dentro del generador-, que soporta el movimiento giratorio del rotor y absorbe fuerzas y momentos introducidos desde el exterior. En el caso propuesto, se muestra una estructura muy compleja del rotor, puesto que ambas superficies del rotor y del estator deben diseñarse con una distancia considerable frente a los rodamientos del rotor. La publicación DE 197 11 869 A1 describe un generador de corriente de energía eólica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Este generador de corriente de energía eólica no garantiza ninguna posibilidad de acceso a los diferentes componentes del generador y tiene una estructura débil.
El cometido de la presente invención reside, por lo tanto, en evitar las deficiencias de los generadores de energía eólica de tipo convencional y proponer un generador de corriente de energía eólica, en el que se asegura una máxima cota de posibilidades de ventilación, proporcionada a través de una gran posibilidad de acceso a los diferentes componentes del generador, debiendo garantizarse al mismo tiempo una alta rigidez en la estructura.
Éstos y otros cometidos se solucionan en un generador de corriente de energía eólica a través de la parte de caracterización de la reivindicación 1.
En una forma de realización preferida, el generador síncrono hueco y multipolar con imanes permanentes presenta arrollamientos exteriores. En este caso, el generador multipolar y síncrono con imanes permanentes y sin multiplicación prevé un elemento tubular, que sirve al mismo tiempo como árbol para el alojamiento de los cojinetes y como estructura para el anclaje de cuerpos magnéticos, de manera que con ello se evitan los brazos entre el árbol y el anillo que soporta los imanes permanentes.
El generador es componente integral de la estructura de soporte y las cargas son transmitidas directamente desde el cubo sobre el árbol del rotor del generador, que las introduce en el cuerpo del estator a través de dos cojinetes, que están dispuestos al comienzo y al final de la máquina eléctrica.
La construcción hueca que resulta de ello permite el acceso a la parte delantera de la góndola, de manera que se facilitan los trabajos de mantenimiento y conservación de los subsistemas recibidos. El sistema permite, además, realizar el montaje del cubo desde el interior.
La construcción hueca hace posible, además, aprovechar el calor cedido por la electrónica energética alojada en la torre y la porción e aquélla que es liberada por el propio generador, para conducir aire caliente al cubo y desde allí a las palas del rotor, de manera que con ello se establece un sistema de deshielo especialmente eficiente. El calentamiento de las palas del rotor que, en el funcionamiento, no sea necesaria ninguna alimentación de energía exterior, utilizando de manera sencilla el calor cedido por la propia electrónica energética.
La construcción hueca del generador, insertada en la del resto de la góndola, permite dentro de la misma alojar subsistemas eléctricos y electrónicos, de manera que con ello se obtiene una protección excelente contra rayos, que se basa en el principio de la jaula de Faraday.
En una variante, el generador síncrono hueco y multipolar con imanes permanentes presenta arrollamientos interiores. Si se invierte el concepto de la forma de realización preferida, es posible realizar una máquina que presenta la unidad de estator en el interior y el rotor en el exterior. Los imanes están colocados sobre la superficie interior del rotor y los arrollamientos están colocados sobre la superficie exterior del árbol del rotor.
Las ventajas de tal solución son una potencia específica mayor, la posibilidad de utilizar todo el calor liberado por el generador para el sistema de deshielo y una simplificación en el posicionamiento de los cables de la corriente de energía, que son necesarios para la conducción de la corriente eléctrica desde el generador hacia la torre.
En otra variante, la sección de tubo del estator se extiende en forma de campana en la dirección del cubo, cuyo fondo de la campana presenta una abertura central de forma circular, mientras que la sección de tubo del rotor se extiende dentro de la sección de tubo del estator igualmente en forma de campana concéntricamente a la forma de campana del estator y cuyo fondo de campana presenta igualmente una abertura central, que se prolonga en un apéndice de tubo, que se extiende en la abertura del fondo de campana del estator bajo la configuración de un alojamiento para un rodamiento y soporta el cubo con el borde exterior.
En una forma de realización preferida, el rodamiento es un cojinete de rodillos cónicos con doble corona de rodadura.
De manera más conveniente, la sección de tubo del rotor está provista en su extremo dirigido hacia el bastidor de soporte con una estructura de cojinete de freno y con un freno estacionario.
En esta solución, por lo tanto, el cojinete trasero se ha omitido y el cojinete delantero ha sido sustituido por un único cojinete especial, por ejemplo, un cojinete de rodillos esféricos con doble corona de rodadura, que es de diámetro más pequeño y está alojado en un estrechamiento conveniente en la parte delantera de la estructura del estator, que se realiza por medio de un elemento toroidal del tipo de sándwich reforzado, que solamente reduce en parte la accesibilidad al cubo.
La utilización de un único cojinete de rodillos esféricos con doble corona de rodadura ofrece, frente a las variantes descritas en primer lugar con dos cojinetes las siguientes ventajas:
1.
Simplificación de la técnica de montaje del generador (un único alojamiento de cojinete).
2.
Eliminación de corrientes parásitas peligrosas en el generador, que son posibles debido a la formación de circuitos de corriente temporales, que se forman entre la pared del estator, la pared del rotor y los rodamientos de los cojinetes dispuestos en los extremos de la parte activa (arrollamientos).
3.
Simplificación de los ciclos de ajuste del cojinete (los rodillos cónicos deben estar pretensados: su versión con dos cojinetes en los extremos del generador presenta, por lo tanto, dificultades en la realización, que están relacionadas con las tolerancias de construcción y las deformaciones térmicas).
4.
Un único sistema de juntas de obturación y de lubricación, que se concentra sobre la zona delantera del generador.
5.
La topología utilizada del cojinete ofrece, además, una alta presión de rodamiento (eliminación del juego gracias a la tensión previa) y una resistencia baja al rodamiento (aumento sensible de la productividad del generador).
Otras características y detalles se deducen a partir de las reivindicaciones y de la descripción de un generador de corriente, activado a través de energía eólica, en sus formas de realización preferidas, representadas en los dibujos adjuntos. En este caso:
La figura 1 muestra una vista en sección a lo largo de un plano axial vertical de un generador de corriente, activado a través de energía eólica, de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra una sección como la figura 1 en una variante.
En la figura 1 se indica con el número de referencia 1, en general, un generador de energía eólica. Éste está colocado sobre una transición hueca 2 en el extremo superior de una torre no representada en detalle. El generador de fuerza eólica 1 está constituido por un estator 3 y un rotor 4. El rotor 4 está conectado de manera conocida con un cubo 5, con el que están conectadas, en el presente caso tres palas huecas no mostradas, que están fijadas en brisas 6 del cubo 5. El rotor 4 está formado por una sección de tubo, en cuya envolvente exterior están insertados imanes permanentes 7, que se colocan frente a abollamientos 8, que están fijados en la superficie interior de una sección de tubo del estator 3. En la zona de los extremos de la sección de tubo del estator 3 están dispuestos unos rodamientos 9 y 10, que soportan de forma giratoria la sección de tubo del rotor 4. Al menos uno de los dos rodamientos 9 y 10 debe ser un cojinete de presión. Ambos están dispuestos de tal forma que entre ellos se mantienen los imanes permanentes 7 y los arrollamientos.
El cubo 5 está fijado en uno de los extremos de la sección de tubo del rotor 4 por medio de su brida 11, que está colocada en un collar anular 12 de la sección de tubo 4 por medio del bulón roscado.
En el lado dirigido hacia el cubo 5, la sección de tubo del rotor 4 presenta una cavidad 14 en su superficie exterior, de tal forma que ésta puede alojar el anillo interior 15 del rodamiento 9, mientras que el anillo exterior 16 del mismo cojinete tubular se puede deslizar libremente sobre la superficie exterior de la sección tubular del estator 3. El rodamiento 9 está retenido, además, entre la cavidad 14 y en el elemento anular acodado 17.
En el extremo alejado del cubo 5, la sección tubular del estator 3 está conectada con una brida 14 de la transición 2, que está enroscada con un borde 20 espesado en la sección tubular del estator 3 por medio de tornillos 21. El anillo exterior 22 en el rodamiento 10 está retenido en posición por medio de una nervadura radial 23 de la sección del estator 3 y por medio de un distanciador 18, que descansa directamente en la brida 19, mientras que el anillo interior 24 del mismo rodamiento 10 encuentra alojamiento sobre un cinturón 25 que sobresale en la superficie exterior de la sección tubular del rotor 4. El anillo interior 24 está retenido en posición, además, por medio de un elemento angular 26 en forma de L en la sección transversal.
En la figura 2, en una primera variante, un generador de energía eólica 100 está compuesto por un rotor 104, que se encuentra fuera de un estator 3. El rotor 4 es alojado por medio del estator 3, de manera similar a la describa con referencia a la figura 1. En este caso, los arrollamientos 108 se encuentran sobre la superficie exterior del estator 103, mientras que los imanes permanentes 107 se encuentran en la superficie interior del rotor 104.
En una forma de realización preferida de acuerdo con la figura 3, el generador de corriente de energía eólica de acuerdo con la invención se indica, en general, con el número de referencia 200. Está fijado en un bastidor 201 en el extremo superior de una torre 202 solamente indicada parcialmente. También en este caso, el generador de corriente de energía eólica 200 presenta un estator, que está formado por una sección de tubo 203, uno de cuyos extremos está fijado en
el bastidor 201 por medio de una unión roscada 204.
En el exterior, desde la sección de tubo 203 se extienden nervaduras de refrigeración radiales 205, mientras que en el interior están alojados arrollamientos del estator 206. En el lado alejado de la unión roscada 204, la sección tubular 203 termina en forma de campana con un fondo 207 de forma toroidal del tipo de sándwich, que lleva en su abertura una corona exterior 208, que forma con una corona interior 209 un cojinete de rodillos cónicos 210 para alojar en voladizo un apéndice tubular 211 de un fondo 212 de forma toroidal de la sección tubular 213, que está dispuesto concéntricamente a la sección tubular 213 u lleva sobre su superficie exterior imanes permanentes 214 del rotor, los cuales están colocados opuestos a los arrollamientos 206 del estator.
La sección tubular 213 está conectada a través de una unión roscada 215 con un cubo 216, que presenta un revestimiento o bien una campana 217.
Sobre el lado 214 alejado del apéndice tubular 211, la sección tubular 213 está dirigida con su extremo hacia una construcción de soporte de freno 218, que es capaz de frenar la sección de tubo 213 del toro o bien el movimiento de las palas.

Claims (13)

1. Generador de corriente de energía eólica que comprende un alojamiento (2), un estator (3) fijado allí, un rotor (4) giratorio con respecto al estator (3), un cubo (5) conectado con el rotor (4) y al menos dos palas, que se extienden radialmente desde el cubo (5), de manera que el estator (3) y el rotor (4) se forman por secciones tubulares concéntricas entre sí, sobre cuyas superficies opuestas están dispuestos, respectivamente, imanes permanentes (7) y arrollamientos (8) y que se extienden sobre los imanes y los arrollamientos, para recibir entre ellos al menos en un lado un cojinete, caracterizado porque el cubo (5) está fijado en uno de los extremos de la sección tubular del rotor (4) por medio de una brida (11) y porque en el extremo de la sección tubular del estator (3), que está alejado del cubo (5), está conectado con una brida (14) sobre el alojamiento (2), de manera que el alojamiento (2) está configurado como una transición hueca y el cojinete es un rodamiento.
2. Generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en cada extremo de las secciones tubulares está previsto, respectivamente, un rodamiento (9, 10), entre los cuales se encuentran los imanes permanentes y los arrollamientos.
3. Generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el estator se encuentra en el interior frente al rotor (4).
4. Generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el estator (3) se encuentra fuera del rotor (4).
5. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los imanes permanentes se encuentran en el rotor.
6. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de los cojinetes es un rodamiento de presión.
7. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el interior del generador forma una transición desde el interior de la torre de soporte hacia el cubo y dentro de las palas.
8. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la construcción hueca favorece a través del efecto de chimenea la conducción de aire caliente en la dirección de las palas, de manera que posibilita un aprovechamiento mejorado de las pérdidas de calor generadas a través de los diferentes componentes eléctricos y electrónicos montados.
9. Generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque solamente está previsto un único rodamiento (210).
10. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 9, caracterizado porque el rodamiento es un cojinete de rodillos cónicos (210).
11. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 1, 9 y 10, caracterizado porque la sección tubular (203) del estator se extiende en forma de campana en la dirección del cubo (216), cuyo fondo de la campana presenta una abertura central de forma circular, mientras que la sección tubular (203) del rotor va dentro de la sección tubular (203) del estator que se extiende de la misma manera en forma de campana concéntricamente a la forma de la campana del estator y cuyo fondo de la campana presenta de la misma manera una abertura central, que se proponga en un apéndice tubular (211), que se extiende en la abertura del fondo de la campana del estator bajo la configuración de un alojamiento para el rodamiento (210) y soporta con el bode exterior el cubo (216).
12. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 1, 9, 10 y 11, caracterizado porque el rodamiento es un cojinete de rodillos cónicos con doble corona de rodadura.
13. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 1, 9, 10 y 11, caracterizado porque la sección tubular (203) del rotor está provista en su extremo dirigido hacia el bastidor de soporte con una estructura de cojinete de freno y con un freno estacionario.
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