ES2378716A1 - Módulo de placa de cubierta de imanes para generadores, disposición, procedimiento de montaje y desmontaje del mismo. - Google Patents
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Abstract
Módulo de placa de cubierta de imanes para
generadores, disposición, procedimiento de montaje y desmontaje del
mismo.
La presente invención describe un módulo de
placa de cubierta de imanes para colocar y proteger imanes
permanentes individualmente sobre una horquilla de rotor para
generadores eólicos de turbina. Dicho módulo de imanes comprende una
placa de cubierta de imanes hecha de un material magnético blando
para cubrir dichos imanes permanentes individualmente, una placa no
magnética está permanentemente fijada a dicha placa de cubierta de
imanes, dicha placa no magnética comprende medios para fijar dicho
módulo de placa de cubierta de imanes a una superficie externa de
dicha horquilla de rotor, siendo dichos medios de fijación amovibles
para permitir el montaje y el desmontaje de dicho módulo de placa de
cubierta individualmente. Además, un extensor magnético configurado
para guiar el flujo magnético y evitar el escape de flujo está
dispuesto sobre una superficie interna de la horquilla del rotor.
Procedimientos relacionados de montaje, desmontaje y reparación de
imanes permanentes también se describen.
Description
Módulo de placa de cubierta de imanes para
generadores, disposición, procedimiento de montaje y desmontaje del
mismo.
La presente invención se refiere a conjuntos o
disposiciones de imanes y a procedimientos de montaje o desmontaje
para generadores en turbinas eólicas, especialmente imanes
permanentes (2) montados sobre una superficie de horquilla (6).
Las turbinas eólicas convierten la energía
cinética del viento en energía mecánica que se convierte
posteriormente en electricidad. Los tamaños siempre en aumento de
los niveles de energía de salida necesarios resultan en un tamaño
aumentado de los componentes de las turbinas eólicas, que finalmente
hacen que se requieran procedimientos de fabricación complicados y
costosos. Son necesarios sistemas robustos. Además, las horquillas
(6) del rotor de las turbinas eólicas deben rotar a una velocidad
siempre en aumento. Esto resulta necesariamente en fuerzas
centrífugas aumentadas para dichos imanes permanentes y la necesidad
de anclaje, fijación y retención de los imanes firmemente sobre
dicha horquilla (6).
Los procedimientos convencionales de montaje o
desmontaje de imanes se basan en el montaje de las unidades
magnéticamente directamente sobre las horquillas (6) del rotor o
estatores. Los soportes de las horquillas (6) del rotor y el imán
del estator son generalmente de sección transversal circular o
curvada. El montaje de los imanes permanentes individuales sobre las
superficies del eje curvado habitualmente requiere estaciones de
trabajo dedicadas, e intrínsicamente consume tiempo. Esto resulta en
una baja eficiencia en términos de tiempo y capacidad de montaje.
Además, la fijación de dichos imanes sobre una superficie curvada, o
concretamente una superficie que tiene una curvatura, también
complica una fijación firme, permanente y estable.
La técnica anterior incluye la solicitud de
patente japonesa publicada
JP-2009-171736 que describe una
placa de cubierta donde los imanes permanentes están insertados en
posiciones regulares una superficie del rotor de un motor. Dicha
placa de cubierta constituye una capa que cubre varios imanes al
mismo tiempo.
El documento publicado DE102005048731 describe
una horquilla laminada con salientes de retención alineados
radialmente. Dichos salientes sujetan las porciones de extremo de
los imanes permanentes.
Además, la patente US2006220483 describe capas y
separadores flexibles que proporcionan tensión mecánica entre una
disposición de imanes permanentes sobre un rotor.
La patente IT8467083 describe imanes permanentes
que tienen orificios para pernos fijados y roscados sobre el
rotor.
Además, las soluciones convencionales
encontradas en la técnica anterior incluyen el uso de resinas de
unión y otros materiales entre la superficie de la horquilla y el
imán permanente.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un conjunto de imán que proporciona una operación de
fácil montaje y también un procedimiento de montaje y desmontaje
para reparación y un procedimiento de reparación que sea rápido,
barato y preciso.
Otro objeto es proporciona un conjunto modular
donde los imanes permanentes se puedan reemplazar
individualmente.
Otro objeto es proporcionar un procedimiento de
reemplazo de imanes individuales que no requiera el desmontaje del
eje del rotor o la horquilla del generador.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y una disposición que pueda aumentar
la precisión o exactitud de los imanes montados. El posicionamiento
regular de las unidades de imanes es importante para el posterior
rendimiento eléctrico y electromagnético sobre los rotores y
estatores. Así, se puede conseguir un tiempo de montaje reducido u
optimizado y se puede disminuir el esfuerzo en mano de obra y
costes.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y una disposición simples capaces de
hacer estaciones de trabajo dedicadas redundantes y así también
capaces de ahorrar capacidad de montaje.
Otro objeto es proporcionar una disposición que
no perjudique o disminuya las propiedades de flujo magnético del
circuito magnético, que guíe el flujo magnético a confinar en el
circuito magnético o electromagnético deseado y así evitar fugas
magnéticas.
La presente invención soluciona por lo menos uno
de los objetos o problemas de la técnica anterior. Los imanes
permanentes (2) pueden ser de cualquier tipo, en particular los
hechos de neodimio, samario o materiales terrestres raros. La
presente invención describe un módulo de placa de cubierta de imanes
(1, 4) para posicionar y proteger los imanes permanentes (2)
individualmente sobre una horquilla del rotor (6) en un generador de
turbina eólica, comprendiendo dicho módulo de placa de cubierta de
los imanes (1, 4) una placa de cubierta de imanes (1) hecha de un
material magnético blando configurada para cubrir dichos imanes
permanentes (2) individualmente, en el que una placa no magnética
(4) está fijada de manera permanente a dicha placa de cubierta de
imanes (1), en el que dicha placa no magnética (4) comprende medios
para fijar dicho módulo de placa de cubierta de los imanes (1, 4) a
una superficie externa (9) de dicha horquilla del rotor, siendo
dichos medios de fijación amovibles para permitir el montaje y el
desmontaje de dicho módulo de placa de cubierta (1, 4)
individualmente.
Particularmente ventajosa es una disposición
para una horquilla del rotor (6) que utiliza dicho módulo de placa
de cubierta de los imanes (1, 4). Muestra además un extensor
magnético (3) configurado para guiar el flujo magnético del
generador de la turbina eólica, en el que dicho extensor magnético
(3) está fijado a una superficie interna (8) de la horquilla del
rotor (6).
Otra realización tiene una disposición para la
horquilla del rotor (6) en la que el extensor magnético (3) está
fijado en la superficie interna (8) de la horquilla (6)
simétricamente alrededor de un primer eje (A), en el que dicho
primer eje (A) está definido por una dirección radial de la forma
cilíndrica conjunta de la horquilla, atravesando dicha dirección
radial la superficie de la horquilla (6) a través de unos primeros
(7) y segundos (11) orificios seleccionados.
Otra realización tiene por lo menos dos
extensores magnéticos (3) dispuestos simétricamente alrededor de un
segundo eje (B), estando definido dicho segundo eje (B) por una
dirección radial de la forma cilíndrica de la horquilla, atravesando
dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6) a través
del centro de la anchura (W) de la cubierta del imán.
Preferiblemente, se utilizan pernos que son capaces de introducirse
a través de los primeros (7) o segundos (11) orificios de la
horquilla (6) y se pueden fijar o enroscar sobre los mismos.
La disposición puede hacerse de varios módulos,
a saber, por lo menos dos módulos de placa de cubierta de imanes (1,
4) colocados uno al lado del otro sobre la superficie de la
horquilla del rotor (9). Dicha disposición puede parecerse así a un
mosaico o a una superficie completamente cubierta con baldosas,
concretamente el número de módulos de placa de cubierta de imanes
(1, 4) colocados uno al lado del otro es tal que cubren toda la
superficie externa (8) sobre la horquilla del rotor.
La presente invención también describe un
procedimiento de montaje de imanes permanentes (2) individualmente
sobre una horquilla del rotor (6) para un generador de turbina
eólica que comprende las etapas de colocar un imán permanente
individual (2) sobre una superficie externa (9) de una horquilla de
rotor, colocar el módulo de placa de cubierta del imán permanente
(1, 4) sobre dicho imán permanente (2), alinear unos segundos
orificios (11) sobre la placa no magnética (4) con al menos dichos
primeros orificios (7) de la horquilla del rotor (6), y fijar el
módulo de placa de cubierta del imán permanente (1, 4) sobre la
horquilla del rotor (6).
Otra realización también muestra la fijación de
un extensor magnético (3) sobre la superficie interna (8) de dicha
horquilla del rotor (6) para minimizar el escape de flujo cuando el
rotor está en funcionamiento.
Además, la presente invención no está solamente
limitada a un procedimiento de montaje. Realizaciones de la presente
invención describen un procedimiento de desmontaje de módulos,
especialmente para trabajos de reparación o mantenimiento sobre
imanes individuales. Dicho procedimiento comprende las etapas de
acceder a una sección de la superficie de la horquilla del rotor
(9), y separar por lo menos un módulo de placa de cubierta del imán
permanente (1, 4) individualmente de la superficie de la horquilla
del rotor. Dicho procedimiento puede tener la etapa adicional de
separar individualmente por lo menos un extensor magnético (3) sobre
la superficie interna (8) de dicha horquilla del rotor.
La Figura 1 muestra una realización preferida
con un módulo de placa de cubierta (1, 4) montado sobre la
superficie externa (9) de una horquilla (6) y que tiene un extensor
magnético (3).
La Figura 2 muestra una vista isométrica que
muestra la disposición de una pluralidad de orificios (7) sobre una
horquilla (6) para la fijación de los módulos de placa de cubierta
individuales (1, 4).
La Figura 3 muestra el flujo magnético aumentado
del circuito magnético resultante y dos extensores magnéticos
consecutivos (3) montados sobre la superficie interna (8) de una
horquilla del rotor (6).
La Figura 1 y la Figura 2 muestran diferentes
realizaciones de la presente invención. Una placa no magnética (4)
está permanentemente unida a una placa de cubierta de imanes (1).
Está preferentemente dispuesta en un lado de la placa de cubierta de
imanes (1), donde dicho lado puede ser el lado longitudinal (L) de
la placa de cubierta de imanes. Dicha unión permanente se consigue
preferentemente mediante soldadura, encolado, unión u otros medios
de fijación adecuados.
La placa no magnética (4) comprende medios para
fijar dicha placa no magnética (4) sobre una superficie externa (9)
de una horquilla (6), preferentemente estos medios de fijación son
unos segundos orificios (11) que corresponden a unos primeros
orificios (7) sobre la horquilla. Pueden introducirse pernos con
tornillos a través de los primeros (7) y segundos (11) orificios. La
parte roscada de un perno puede atornillarse directamente sobre las
correspondientes partes roscadas en los primeros (7) o segundos (8)
orificios. Alternativamente, el perno puede fijarse mediante una
tuerca.
La superficie externa (9) de una horquilla (6)
debe entenderse como la superficie que encarada con el estator,
bobinas o serpentines del estator. De hecho, la forma tridimensional
global de un rotor es sustancialmente un cilindro. La superficie
interna (8) de una horquilla (6) se entiende como la superficie
encarada con el eje de dicho cilindro en su dirección radial.
El número y posición de dichos primeros
orificios (7) y dichos segundos orificios (11) se selecciona para
proporcionar un agarre y una estabilidad mecánica suficientes
durante todas las operaciones del rotor y/o los diferentes regímenes
de velocidad, las diferentes cargas eléctricas y magnéticas, así
como para prever circunstancias de desgaste y desgarro, expectativas
de vida útil y condiciones ambientales de campo.
El número de segundos orificios (11) puede ser
entre 1 y 12, preferentemente entre 2 y 9, y preferentemente 7.
Dichos intervalos han mostrado que proporcionan una compensación
óptima entre el agarre mecánico y la complejidad del sistema.
El número de segundos orificios (11) no
necesariamente se corresponde con los primeros orificios (7) en la
horquilla. De hecho, como los segundos orificios (11) están
dispuestos a intervalos separados regulares (I) y éstos pueden
atornillarse con pernos u otros medios de fijación a la horquilla
(6), no es necesario utilizar todos los primeros orificios (7) en la
horquilla.
Estas disposiciones proporcionan flexibilidad al
sistema. El número de segundos orificios (11) se selecciona
ventajosamente para minimizar la perturbación de las propiedades
magnéticas del rotor o una fuga de flujo magnético, ahorrar peso en
el lado del rotor e incluso lograr un agarre suficiente para las
operaciones del rotor sin módulos de placa de cubierta de imanes
(1), aflojándose o separándose durante la operación.
La disposición de perno y orificio pueden ser
avellanada. Las dimensiones preferidas para los pernos son M8 x 40,
donde M significa métrico y los valores son el diámetro del perno y
la longitud en milímetros, respectivamente.
Las secciones transversales de los orificios
avellanados pueden mostrar varios ángulos achaflanados,
preferentemente entre 60 grados y 120 grados.
Un extensor magnético (3) está convenientemente
fijado a la superficie interna (8) de la horquilla. El término
extensor magnético (3) debe entenderse como cualquier módulo o parte
hecha de materiales magnéticos blandos que ayudan en el guiado del
flujo magnético y/o otros parámetros magnéticos de interés para
permanecer dentro de los límites de un circuito magnético
predeterminado. Dicho extensor magnético (3) ayuda así a evitar
pérdidas magnéticas o fugas de flujo. Puede hacerse de cualquier
material magnético blando, en particular de hierro magnético blando.
Dicho hierro magnético blando puede estar hecho ventajosamente de
hierro laminado siliconado o de acero de construcción sólido.
La forma del extensor magnético (3) puede
coincidir con la superficie interna (8) de la horquilla en su
dirección longitudinal (L). Como muestra la Figura 1, la sección
transversal de dicho extensor magnético (3) es sustancialmente un
triángulo truncado. Cualquier otra forma que tenga un polígono
truncado de tres lados puede utilizarse. Uno de los lados del
extensor magnético (3), es decir, el que está en contacto o fijado a
la superficie interna (8) de la horquilla (6) puede ser curvado o
ligeramente curvado sustancialmente para adaptarse a dicha
superficie (8). Dicho triángulo truncado es especialmente simple de
fabricar y fácil de colocar y fijar. Sin embargo, otras formas y
secciones transversales son posibles, ya sean truncadas o no
truncadas. Se pueden instalar extensores magnéticos (3) que tengan
polígonos cuadriláteros o de cuatro lados. Otras secciones
transversales adecuadas incluyen heptágonos, hexágonos y otros
polígonos que tienen siete o más lados. La forma del extensor
magnético, sin embargo, no está limitada a polígonos y pueden usarse
igualmente formas de sección transversal curvada.
La colocación adecuada del extensor magnético
(3) en la superficie interior (8) de la horquilla proporciona
propiedades magnéticas óptimas del generador eólico. Su sección
transversal está preferentemente colocada de forma simétrica
respecto al eje (A) definido por la dirección de inserción de los
pernos, que coincide con la dirección radial del cilindro de la
horquilla, tal como se muestra en la Figura 1. Así, el
posicionamiento de dicho extensor magnético (3) puede centrarse en
el eje (A).
La figura 2 muestra una serie de primeros
orificios (7) dispuestos a intervalos regulares (I) a lo largo de la
dirección longitudinal (L). Estos también pueden disponerse en otros
intervalos regulares a lo largo de la dirección perimetral de dicho
cilindro.
Aunque no se ha dibujado expresamente en la
figura 2, dos o más módulos de placa de cubierta de imanes (1) con
sus placas no magnéticas fijadas (5) se pueden colocar uno al lado
del otro. Éstos pueden cubrir la totalidad del área alrededor de la
superficie externa de la horquilla (9) y formar así un mosaico lleno
o una estructura modular.
Es de esta forma que la manipulación de los
imanes permanentes (2) durante cualquier operación de montaje,
reparación o mantenimiento resulta muy mejorada. El número de imanes
permanentes (2) montados puede seleccionarse en cualquier momento,
el trabajo de reparación puede realizarse en una única placa de
cubierta de imanes permanente (1) sin desmontar o retirar otros
módulos.
Además, la posición de dos o más extensores
magnéticos (3) colocados en dos ejes consecutivos (A) pertenecientes
a dos placas no magnéticas consecutivas (4) puede igualmente cubrir
la superficie interna completa (8) de la horquilla (6).
El número de extensores magnéticos (3) también
es modular. Una realización muestra que éstos pueden cubrir la
superficie interna completa (8) de la horquilla. Dichos extensores
magnéticos pueden retirarse individualmente, si fuera necesarios
trabajo de mantenimiento o reparación.
La figura 3 muestra las propiedades magnéticas
de la disposición del rotor cuando está en combinación con el
estator (10) del generador eólico. El flujo magnético está
representado mediante líneas en el dibujo, que cruza los imanes y
las partes magnéticas blandas. Dichas líneas están dirigidas por el
extensor magnético (3) para formar un circuito magnético que muestra
bajas pérdidas. La fuga de flujo se minimiza guiando dicho flujo a
través del extensor magnético (3).
La figura 3 muestra además una colocación
preferida de dos extensores magnéticos diferentes consecutivos (3).
Estos dos extensores magnéticos consecutivos (3) están cercanos
entre sí o en contacto. Muestran además una disposición simétrica
alrededor de un eje (B), donde dicho eje (B) está definido por el
eje radial de la sección transversal del imán permanente (2), tal
como se muestra en la Figura 3.
Los primeros (7) y segundos (11) orificios
pueden ventajosamente ser orificios pasantes y cooperar con unos
terceros orificios correspondientes realizados sobre una superficie
del extensor magnético (3). Estos terceros orificios pueden ser
taladrados o perforados y estar provistos de una parte roscada para
fijarse al perno. Dicho perno y orificio con una parte roscada es
una disposición particularmente simple que no requiere ningún uso
extra de adhesivos.
Por lo tanto, la retirada de los medios de
fijación o pernos de un módulo sobre la superficie externa de la
horquilla (9) preferentemente significa la retirada de un extensor
magnético (3) colocado sobre la superficie lateral interna (8) de la
horquilla.
Las realizaciones mostradas por las figuras no
limitan de ninguna manera. La presente invención está definida por
el alcance de las reivindicaciones.
Claims (14)
1. Módulo de placa de cubierta de imanes (1, 4)
para colocar y proteger imanes permanentes (2) individualmente sobre
una horquilla de un rotor (6) en un generador de turbina eólicas,
comprendiendo dicho módulo de placa de cubierta de imanes (1,
4):
- una placa de cubierta de imanes (1) hecha de
un material magnético blando configurado para cubrir dichos imanes
permanentes (2) individualmente;
caracterizado por
- una placa no magnética (4) permanentemente
fijada a dicha placa de cubierta de imanes (1), en el que dicha
placa no magnética (4) comprende medios para fijar dicho módulo de
placa de cubierta de imanes (1, 4) en una superficie externa (9) de
dicha horquilla del rotor;
- dichos medios de fijación son amovibles para
permitir el montaje y el desmontaje de dicho módulo de placa de
cubierta (1, 4) individualmente.
2. Disposición para una horquilla de rotor (6),
que comprende:
- un módulo de placa de cubierta de imanes (1,
4) según la reivindicación 1;
- un extensor magnético (3) configurado para
guiar el flujo magnético del generador de turbina eólica, en el
que
- dicho extensor magnético (3) está fijado a una
superficie interna (8) de la horquilla del rotor (6).
3. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 2, en la que
- el extensor magnético (3) está fijado a la
superficie interna (8) de la horquilla (6) de manera simétrica
alrededor de un primer eje (A);
estando definido dicho primer eje (A) mediante
una dirección radial de la forma cilíndrica conjunta de la
horquilla, atravesando dicha dirección radial la superficie de la
horquilla (6) a través de unos primeros (7) y segundos (11)
orificios seleccionados.
4. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 2 ó 3, en la que
- el extensor magnético (3) tiene una sección
transversal que tiene una forma bidimensional de un polígono.
5. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 4, en la que dicho polígono es
substancialmente un triángulo truncado.
6. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 2 ó 3,
que tiene por lo menos dos extensores magnéticos
(3) dispuestos simétricamente alrededor de un segundo eje (B);
estando definido dicho segundo eje (B) mediante
una dirección radial de la forma cilíndrica de la horquilla,
atravesando dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6)
a través del centro de la anchura de la cubierta de imán (W).
7. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 2 ó 3, en la que
- los medios de fijación de la placa no
magnética (4) son unos segundos orificios (11) adaptados para
corresponder con unos primeros orificios (7) de la horquilla del
rotor.
8. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 7, que comprende
- pernos capaces de introducirse en los primeros
(7) o los segundos (11) orificios de la horquilla (6) y fijarse o
enroscarse en los mismos.
9. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 2 ó 3, que comprende
- por lo menos dos módulos de placa de cubierta
(1, 4) situados uno al lado del otro sobre la superficie de la
horquilla del rotor (9).
10. Disposición para una horquilla de rotor (6)
según la reivindicación 9, que comprende
- una pluralidad de módulos de placa de cubierta
de imanes (1, 4) situados uno al lado del otro de manera que cubren
toda la superficie externa (8) sobre la horquilla del rotor.
11. Procedimiento para el montaje de imanes
permanentes (2) individualmente sobre una horquilla de rotor (6)
para un generador de turbina eólica, que comprende las etapas
de:
- colocar individualmente por lo menos un imán
permanente (2) sobre una superficie externa (9) de una horquilla de
rotor;
- colocar individualmente por lo menos un módulo
de placa de cubierta de imanes permanente (1, 4) sobre dichos imanes
permanentes individuales (2);
- alinear unos segundos orificios (11) sobre la
placa no magnética (4) con al menos dichos primeros orificios (7) de
la horquilla del rotor (6);
- fijar el módulo de placa de cubierta de imanes
permanente (1, 4) sobre la horquilla del rotor (6).
12. Procedimiento de montaje de imanes
permanentes (2) individualmente según la reivindicación 11, que
también comprende la etapa de:
- fijar individualmente por lo menos un extensor
magnético (3) sobre la superficie interna (8) de dicha horquilla de
rotor (6) para minimizar el escape de flujo cuando el rotor está en
funcionamiento.
13. Procedimiento de desmontaje o reparación de
imanes permanentes (2) individualmente sobre una horquilla de rotor
(6) en un generador de turbina eólica, que comprende las etapas
de:
- acceder a una sección de una superficie de la
horquilla del rotor (9);
- separar individualmente por lo menos un módulo
de placa de cubierta de imanes permanente (1, 4) según la
reivindicación 1 de la superficie de la horquilla del rotor (6).
14. Procedimiento de desmontaje o reparación de
imanes permanentes (2) individualmente según la reivindicación 13,
que también comprende la etapa de:
- separar individualmente por lo menos un
extensor magnético (3) sobre la superficie interna (8) de dicha
horquilla del rotor.
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