ES2360159A1 - Un tren de potencia de un aerogenerador accionado directamente. - Google Patents
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Abstract
Un tren de potencia de un aerogenerador accionado directamente que comprende un rotor eólico (15), comprendiendo un buje de rotor (17) y al menos una pala (18), un generador (41) de imanes permanentes accionado directamente a través de un eje de generador (43) rígidamente conectado al eje principal (29), estando el rotor eólico (15) y el generador (41) situados en lados opuestos respecto a la torre (11), estando soportado el generador (41) por el eje del generador (43) mediante una unidad de cojinetes; estando soportado el buje del rotor (17) por la estructura de soporte (13) del aerogenerador mediante un cojinete principal (27) que no permite la transmisión de momentos flectores; estando adaptadas las conexiones entre el cojinete principal (27), el eje principal (29) y el eje del generador (43) para transmitir el par del rotor eólico al eje de generador (43) sin movimientos de flexión.
Description
Un tren de potencia de un aerogenerador
accionado directamente.
Esta invención se refiere a un aerogenerador y,
en particular, a un aerogenerador con un tren de potencia accionado
directamente.
Los aerogeneradores son dispositivos que
convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador
típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un
tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un
generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de
orientación mediante los que se gira el aerogenerador, varios
controladores y un freno. El rotor soporta varias palas que se
extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y
causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del
rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento
pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza
ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado
-directamente o a través de un dispositivo de multiplicación- un
generador eléctrico. La cantidad de energía producida por los
aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de
palas que recibe la energía del viento y, consecuentemente, el
incremento de la longitud de las palas implica normalmente un
incremento de la producción de energía del aerogenerador.
En la técnica anterior se conocen tres conceptos
básicos del tren de potencia de un aerogenerador.
En un primer concepto básico el generador está
situado entre el rotor y la estructura de soporte. Uno de sus
problemas es que el entrehierro entre el rotor del generador y el
estator del generador está influenciado por las cargas del rotor.
Los momentos de giro y basculación del rotor causan deflexiones al
eje principal que mueven el rotor del generador hacia el estator del
generador.
En un segundo concepto básico, el generador está
situado delante del rotor. El entrehierro entre el rotor del
generador y el estator del generador está entonces menos
influenciado por las cargas del rotor ya que tanto el estator del
generador como el rotor del generador se mueven conjuntamente con
las deflexiones del eje principal. Ahora bien, la holgura interna de
los cojinetes principales aún puede causar variaciones en el
entrehierro como consecuencia de las cargas del rotor.
En un tercer concepto básico, el generador está
situado detrás de la torre y conectado al rotor eólico por un eje
principal. Un problema planteado por este concepto es que el eje
principal puede flectar bajo altas cargas del rotor causando
variaciones en el entrehierro entre el rotor del generador y el
estator del generador. Se conocen varias propuestas que se ocupan de
este problema.
En WO 01/94779 A1 se describe una estructura
conectora entre el buje del rotor y el generador constituida por
eje dividido en dos partes y soportado por dos unidades de
cojinetes.
En WO 02/33254 A1 la estructura conectora entre
el buje del rotor y el generador es un eje principal soportado por
dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la
torre. Las deformaciones del generador se evitan por medio de un
acoplamiento no-rotatorio entre el estator del
generador la base del aerogenerador.
En WO 2009/05664 la estructura conectora entre
el buje del rotor y el generador es un eje principal soportado por
dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la
torre. Las deformaciones del generador se evitan por medio de un
acoplamiento entre el alojamiento del generador y la estructura de
soporte del aerogenerador.
Las propuestas conocidas no resuelven
satisfactoriamente el problema de evitar variaciones del entrehierro
del generador y esta invención está orientada a la solución de ese
inconveniente.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un aerogenerador con un tren de potencia accionado
directamente, con el generador situado detrás de la torre y
conectado con el rotor eólico por medio de un eje principal, que
mantiene sin variaciones significativas el entrehierro entre el
rotor del generador y el estator del generador.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un aerogenerador con un tren de potencia accionado
directamente, con el generador situado detrás de la torre y
conectado con el rotor eólico por medio de un eje principal, que
minimiza el peso del buje del rotor y del cojinete principal.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un aerogenerador con un tren de potencia accionado
directamente, con el generador situado detrás de la torre y
conectado con el rotor eólico por medio de un eje principal, que
minimiza el peso del eje principal.
Estos y otros objetos se consiguen
proporcionando un aerogenerador que comprende una torre, una
estructura de soporte montada sobre la torre, un tren de potencia
incluyendo un generador de imanes permanentes que está accionado
directamente por un rotor eólico, comprendiendo un buje de rotor y
al menos una pala, a través de un eje de generador rígidamente
conectado al eje principal, estando el rotor eólico y el generador
situados en lados opuestos respecto a la torre, estando el generador
soportado por el eje del generador mediante una unidad de cojinetes,
estando el buje del rotor soportado por la estructura de soporte
mediante un cojinete principal, preferentemente un cojinete de doble
hilera de rodillos cónicos, que no permite la transmisión de
momentos flectores; estando adaptadas las conexiones entre el
cojinete principal, el eje principal y el eje del generador para
transmitir el par del rotor eólico al eje de generador sin
movimientos de flexión.
En una realización preferente, la unidad de
cojinetes del generador comprende dos cojinetes, preferentemente
cojinetes de una hilera de rodillos cónicos, y el eje principal está
conectado con dicho cojinete principal por medio de una primera
disposición de acoplamiento y al eje del generador por una segunda
disposición de acoplamiento, estando ambas disposiciones de
acoplamiento configuradas para mantener alineados el eje principal y
el eje del generador. Se consigue con ello una configuración de
aerogenerador que asegura que no haya variaciones del entrehierro
entre el rotor del generador y el estator del generador.
En otra realización preferente, la unidad de
cojinetes del generador comprende un cojinete, preferentemente un
cojinete esférico, y el eje principal está conectado con dicho
cojinete principal por medio de una primera disposición de
acoplamiento configurada para mantener alineados el eje principal y
el eje del generador. Se consigue con ello un aerogenerador con un
tren de potencia simplificado en el que el entrehierro entre el
rotor del generador y el estator del generador puede tener lugar una
pequeña y limitada variación.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de
una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación
con la figura que se acompaña.
La Figura 1 es una vista en sección transversal
de un aerogenerador conocido en la técnica.
La Figura 2 es una vista esquemática de una
primera realización de un tren de potencia de un aerogenerador según
la presente invención.
La Figura 3 es una vista esquemática de una
segunda realización de un tren de potencia de un aerogenerador
según la presente invención.
Esta invención se refiere a un tren de potencia
accionado directamente estando el generador situado detrás de la
torre, es decir siguiendo el tercer concepto básico mencionado en
los antecedentes, y, para su mejor comprensión, describiremos
brevemente en primer término aquellas características de la
configuración descrita en WO 2009/05664 que están presentes en un
presentes en un aerogenerador según la presente invención.
Siguiendo la Figura 1 puede verse que la
configuración del tren de potencia está basado en un eje principal
29 que se extiende sobre la torre 11 desde el buje del rotor 17
hasta el generador PM 41.
El tren de potencia comprende un buje de rotor
17 rotatorio al que están unidas una o más palas 18, un eje
principal 29 y un generador PM 41 que comprende un rotor de
generador 55 y un estator de generador 57.
El eje principal 29 está conectado al buje del
rotor 17 y al eje del generador 43 para llevar a cabo la
transferencia directa del par motor al rotor del generador 55.
Según una primera realización de esta invención
mostrada en la Figura 2, destacando las diferencias respecto a la
configuración conocida en la técnica, el generador 41 está conectado
con el buje del rotor 17 a través del eje principal 29 que es un
puro eje transmisor porque el buje del rotor 17 está unido a un
cojinete principal 27, tal como un cojinete de doble hilera de
rodillos cónicos, que es capaz de soportar las cargas de momentos
del rotor eólico 15. Por tanto el cojinete principal 27 no permite
la transmisión de momentos flectores por parte del eje principal 29.
El cojinete principal 27 está unido a la estructura de soporte
13.
Por otra parte, el generador 41 está realizado
como una unidad independiente con cojinetes internos 45, 47 que
aseguran que haya ninguna variación del entrehierro entre el rotor
del generador 55 y el estator del generador 57.
Se usan unos acoplamientos 31, 33 en las
conexiones entre el cojinete principal 27 y el eje principal 29 y
entre el eje principal 29 y el eje del generador 43. Estos
acoplamientos 31, 33 absorben las desalineaciones entre el cojinete
principal 27 y las posiciones de montaje del generador 41. También
absorben las deflexiones angulares del cojinete principal 27 debidas
a cargas de momentos.
En la segunda realización de la invención
mostrada en la Figura 3 destacando las diferencias con respecto a la
configuración conocida en la técnica, en lugar de usar dos cojinetes
en el generador 41 solo se usa un cojinete cojinete esférico 49.
Esto permite deflexiones angulares del rotor del generador 55 y por
tanto solo se requiere un acoplamiento 31 entre el cojinete
principal 27 y el eje principal 29. En esta realización el
entrehierro entre el rotor del generador 55 y el estator del
generador 57 puede tener lugar alguna pequeña variación porque el
eje principal 29 puede estar sometido a alguna carga de momentos y
el cojinete esférico 49 puede causar alguna variación del
entrehierro, aunque debido a la longitud del eje principal, la
variación será mínima.
Entre las ventajas de la invención, se pueden
encontrar las siguientes:
- Las dimensiones del buje del rotor 17 y del
cojinete principal 27 pueden ser optimizadas de acuerdo con las
cargas del rotor (no existe ningún eje entre ellos). Se mantiene por
ello un peso bajo del buje del rotor 17 y del cojinete principal 27
lo que también afecta al resto de la estructura del aerogenerador.
Se minimiza con ello el coste total del aerogenerador.
- El eje principal 29 no necesita ser
dimensionado para cargas de momentos, solo para cargas de
transmisión del par. Se minimiza por consiguiente el peso y coste
del eje principal 29.
Aunque la presente invención se ha descrito
enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente
que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance
de, no considerando éste como limitado por las anteriores
realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones
siguientes.
Claims (6)
1. Aerogenerador que comprende una torre (11),
una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11), un tren
de potencia incluyendo un generador (41) de imanes permanentes que
está accionado directamente por un rotor eólico (15), comprendiendo
un buje de rotor (17) y al menos una pala (18), a través de un eje
de generador (43) rígidamente conectado al eje principal (29),
estando el rotor eólico (15) y el generador (41) situados en lados
opuestos respecto a la torre (11), estando soportado el generador
(41) por el eje del generador (43) mediante una unidad de cojinetes,
caracterizado porque:
a) el buje del rotor (17) está soportado por la
estructura de soporte (13) mediante un cojinete principal (27) que
no permite la transmisión de momentos flectores;
b) las conexiones entre el cojinete principal
(27), el eje principal (29) y el eje del generador (43) están
adaptadas para transmitir el par del rotor eólico al eje de
generador (43) sin movimientos de flexión.
2. Aerogenerador según la reivindicación 1,
caracterizado porque el cojinete principal (27) es un
cojinete de doble hilera de rodillos cónicos.
3. Aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2 caracterizado porque la
unidad de cojinetes del generador comprende dos cojinetes (45, 47) y
porque el eje principal (29) está conectado con dicho cojinete
principal (27) por medio de una primera disposición de acoplamiento
(31) y al eje del generador (43) por una segunda disposición de
acoplamiento (33), estando ambas disposiciones de acoplamiento (31,
33) configuradas para mantener alineados el eje principal (29) y el
eje del generador (43).
4. Aerogenerador según la reivindicación 4,
caracterizado porque dichos cojinetes (45, 47) son cojinetes
de una hilera de rodillos cónicos.
5. Aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la
unidad de cojinetes del generador comprende un cojinete (49) y
porque el eje principal (29) está conectado con dicho cojinete
principal (27) por medio de una primera disposición de acoplamiento
(31) configurada para mantener alineados el eje principal (29) y el
eje del generador (43).
6. Aerogenerador según la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho cojinetes (49) es un cojinete
esférico.
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| Date | Code | Title | Description |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2360159 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20120410 |
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| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: ADWEN OFFSHORE, S.L. Effective date: 20160919 |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20210915 |