ES2400090B1 - Un modulo de anillos colectores para aerogeneradores accionados directamente - Google Patents

Un modulo de anillos colectores para aerogeneradores accionados directamente Download PDF

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Abstract

Un modulo de anillos colectores para aerogeneradores accionados directamente. El aerogenerador comprende un rotor eólico que comprende un buje de rotor (17) y al menos una pala, un generador (41), una torre (11), una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11), estando soportados el rotor eólico y el estator del generador (43) por un eje no rotatorio (19) unido a la estructura de soporte (13); el módulo de anillos colectores (61) está estructurado para proporcionar energía eléctrica a dispositivos instalados en la parte rotatoria del aerogenerador y/o para transferir señales eléctricas hacia/desde dichos dispositivos, y está situado en el extremo frontal del eje no rotatorio (19), en el eje central (30) del buje del rotor (17), con su parte rotatoria (63) conectada a un componente rotatorio del aerogenerador por medio de un primer conector (67) y con su parte estática (65) conectada a un componente no rotatorio del aerogenerador por medio de un segundo conector (69).

Description

UN MODULO DE ANILLOS COLECTORES PARA AEROGENERADORES ACCIONADOS DIRECTAMENTE
5
CAMPO DE LA INVENCION
1 o
Esta invención se refiere a aerogeneradores controlados mediante el ángulo de paso de las palas accionados directamente y, en particular, al modulo de anillos colectores necesario para proporcionar señales y energía eléctrica &1 ciertos equipos del aerogenerador como los equipos para el control del ángulo de paso de las palas.
ANTECEDENTES
15 2 o 2 5 3 o
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 radial mente para capturat 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 que está conectado -directamente o a través de un dispositivo de multiplicación-al generador eléctrico. En los métodos y sistemas de control conocidos la energía producida por un aerogenerador se incrementa con la velocidad del viento hasta que se alcanza un nivel nominal pre-establecido. Ello se hace regulando el ángulo de paso de las palas mediante un sistema de control del ángulo de paso de las palas que comprende motores y otros dispositivos que requieren un suministro de energía eléctrica. Se utiliza así mismo el sistema del control del ángulo de
paso de las palas para disponer las palas en la posición de bandera al efecto
de frenar el aerogenerador.
En el caso de los aerogeneradores con multiplicadora es habitual montar
el módulo de anillos colectores en un eje en la parte trasera del generador y
5
hacer pasar los cables a través del generador y la multiplicadora hasta el buje
del rotor. En el caso de un aerogenerador accionado directamente con un eje no
rotatorio la manera típica de transferir energía eléctrica y señales es montar los
anillos colectores alrededor del eje. Su diseño debe pues ajustarse a las
medidas del eje y la velocidad de contacto es relativamente alta.
1 o
La presente invención está orientada a la solución de ese problema.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador
15
accionado directamente con un modulo optimizado de anillos colectores para
proporcionar energía eléctrica y/o señales eléctricas a dispositivos instalados en
una parte rotatoria del aerogenerador.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aerogeneradar
accionado directamente con un modulo de anillos colectores para proporcionar
2 o
energía eléctrica y/o señales eléctricas a dispositivos instalados en una parti3
rotatoria del aerogenerador que pueda ser montado fácilmente.
Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un aerogenerador
que comprende un generador accionado directamente por un rotor eólico
comprendiendo un buje de rotor y al menos una pala, una torre, una estructura
2 5
de soporte montada sobre la torre y un módulo de anillos colectores
estructurado para proporcionar energía eléctrica a dispositivos instalados en la
parte rotatoria del aerogenerador y/o para transferir señales eléctricas
hacia/desde dichos dispositivos, estando soportados el buje del rotor y el estator
del generador por un eje no rotatorio unido a la estructura de soporte, estando
3 o
situado dicho módulo de anillos colectores en el extremo frontal del eje no
rotatorio, en el eje central del buje del rotor, con su parte rotatoria conectada a
un componente rotatorio del aerogenerador por medio de un primer conector y
su parte estática conectada a un componente no rotatorio del aerogenerador
por medio de un segundo conector.
En una realización preferente, la instalación de dicho módulo de anillos
colectores en el extremo frontal del eje no rotatorio está estructurado como una
5
instalación separable. Se consigue con ello un aerogenerador accionado
directamente con un módulo de anillos colectores separable que facilita el
acceso del personal de servicio al buje del rotor y al generador.
En otras realizaciones preferentes (con diferentes disposiciones de
cojinetes) el generador está situado aguas arriba del rotor eólico, dicho
1 o
componente rotatorio del aerogenerador es el rotor del generador y dicho
componente no rotatorio del aerogenerador es el eje no rotatorio. Se consigue
con ello un aerogenerador accionado directamente con el generador situado
aguas arriba del rotor eólico con un módulo de anillos colectores que puede
montarse fácilmente.
15
En otras realizaciones preferentes (con diferentes disposiciones de
cojinetes) el generador está situado aguas abajo del rotor eólico, dicho
componente rotatorio del aerogenerador es el rotor eólico y dicho componente
no rotatorio del aerogenerador es el eje no rotatorio. Se consigue con ello un
aerogenerador accionado directamente con el generador situado aguas abajo
2 o
del rotor eólico con un módulo de anillos colectores que puede montarse
fácilmente.
En otra realización preferente, dicho primer conector es un brazo que
conecta la parte rotatoria del módulo de anillos colectores con el componente
rotatorio del aerogenerador y dicho segundo conector es un soporte que permite
2 5
soportar la parte estática del módulo de anillos colectores en el extremo frontal
del eje no rotatorio. Se consigue con ello un aerogenerador accionado
directamente con un modulo de anillos colectores optimizado que puede ser
implementado utilizando componentes comerciales.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
3 o
de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa y no limitativa
de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista esquemática lateral de un aerogenerador
accionado directamente con el generador situado aguas arriba del rotor eólico y
5
cojinetes comunes para el buje del rotor y el rotor del generador dispuestos en
el buje del rotor.
La Figura 1 es una vista esquemática lateral de un aerogenerador
accionado directamente con el generador situado aguas arriba del rotor eólico y
cojinetes separados para el buje del rotor y el rotor del generador.
10
La Figura 3 es una vista esquemática lateral de un aerogenerador
accionado directamente con el generador situado aguas abajo del rotor eólico y
cojinetes comunes para el buje del rotor y el rotor del generador dispuestos en
el generador.
La Figura 4 es una vista esquemática lateral de un aerogenerador
15
accionado directamente con el generador situado aguas abajo del rotor eólico~
cojinetes comunes para el buje del rotor y el rotor del generador dispuestos eit
el buje del rotor.
La Figura 5 es una vista esquemática lateral de un aerogeneradm
accionado directamente con el generador situado aguas abajo del rotor eólico y
2 o
un cojinete de momento común para el buje del rotor y el rotor del generador.
La Figura 6 es una vista esquemática de un módulo de anillos colectores
conocido.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
25
Esta invención se refiere a un aerogenerador accionado directamente
con el generador dispuesto aguas arriba o aguas abajo del rotor eólico.
Las Figuras 1 y 2 muestran dos realizaciones de un aerogenerador
accionado directamente con el generador 41 dispuesto aguas arriba del rotor
3 o
eólico incorporando un modulo de anillos colectores 61 según la presente
invención.
En la Figura 1 puede verse un aerogenerador comprendiendo una torre
11 soportando medios alojados dentro de la cubierta de una góndola (no
mostrada) para convertir la energía rotacional del rotor eólico en energía
eléctrica por medio de un generador 41, preferiblemente un generador de
5
imanes permanentes. El rotor eólico comprende un buje de rotor 17 y,
típicamente, tres palas. El buje del rotor 17 está soportado por dos cojinetes
principales 21, 23, estando situado el primer cojinete 21 cerca de la parte frontal
del buje del rotor y el segundo cojinete cerca de la parte trasera del buje del
rotor. Ambos cojinetes 21, 23 están posicionados sobre un eje no rotatorio 19
1 o
conectado a la estructura de soporte 13 del aerogenerador. El generador 41
está situado delante del buje del rotor 17. El estator del generador 43 esta
conectado al eje no rotatorio 19 y el rotor del generador 45 está conectado al
buje del rotor 17.
Como en otras configuraciones de aerogenerador, ciertos dispositivos
15
instalados en una parte rotatoria del aerogenerador, particularmente lo.s
dispositivos utilizados para el control del ángulo de paso de las palas, deben
disponer de un suministro de energía a través de un módulo de anillos
colectores que, como es bien conocido en la técnica, es un dispositivo para la
transferencia de corrientes eléctricas entre partes rotatorias y estacionarias.
2 o
En la Figura 6 se muestra una típica disposición de anillos colectores
para aerogeneradores cuyo tren de potencia incluye una multiplicadora qui3
comprende una parte estática 51 conectada a líneas de entrada 53 y una parte
rotatoria 55 (comprendiendo anillos colectores fijados al eje rotatorio 57)
conectada a líneas de salida 59 que alimentan dichos dispositivos. El contacto
25
entre la parte estática 51 y la parte rotatoria 55 está asegurada por un muelle o
cualquier otro medio apropiado. Las partes estática y rotatoria 51, 55 pueden
comprender sub-partes separadas para transferir, por ejemplo, energía,
comandos y datos.
Según la presente invención un modulo de anillos colectores 61 está
3 o
situado en el eje central del rotor 30 en el extremo frontal del generador 41, con
su parte estática 63 montada en el eje central del buje del rotor 30 cerca del
extremo frontal del eje no rotatorio 19 por medio de un soporte 69 y su parte
rotatoria 65 unida al rotor del generador 45 por medio de un brazo 67.
La realización mostrada en la Figura 2 es similar a la realización
mostrada en la Figura 1 con la excepción de que el generador 41 está montado
5
sobre sus propios cojinetes 25, 27 y está conectado al buje del rotor por medio
de un acoplamiento 33.
Las Figuras 3, 4 y 5 muestran tres realizaciones de un aerogenerador
accionado directamente con el generador situado aguas abajo del rotor eólico
incorporando un módulo de anillos colectores 61 según la presente invención.
1 o
En la Figura 4 puede verse un aerogenerador comprendiendo una torre
11 soportando medios alojados dentro de la cubierta de una góndola (no
mostrada) para convertir la energía rotacional del rotor eólico en energía
eléctrica por medio de un generador 41, preferiblemente un generador de
imanes permanentes. El rotor eólico comprende un buje de rotor 17 y,
15
típicamente, tres palas. El buje del rotor 17 está soportado por dos cojinetes
principales 21, 23, estando situado el primer cojinete 21 cerca de la parte frontaJ
del buje del rotor y el segundo cojinete 23 cerca de la parte trasera del buje del
rotor. Ambos cojinetes 21, 23 están posicionados sobre un eje no rotatorio 1 Q
conectado a la estructura de soporte 13 del aerogenerador. El generador 41
2 o
está situado detrás del buje del rotor 17. El estator del generador 43 eslB
conectado al eje no rotatorio 19 y el rotor del generador 45 está conectado al
buje del rotor 17.
Según la presente invención un modulo de anillos colectores 61 está
situado en el eje central del buje del rotor 30 en el extremo frontal del generador
2 5
41, con su parte estática 63 montada en el eje central del rotor 30 cerca del
extremo frontal del eje no rotatorio 19 por medio de un soporte 69 y su parte
rotatoria 65 unida al rotor del generador 45 por medio de un brazo 67.
La realización mostrada en la Figura 3 es similar a la realización
mostrada en la Figura 4 con la excepción de que el rotor del generador 45 está
3 o
soportado por los cojinetes 21, 23 y el buje del rotor 17 está rígidamente
conectado al rotor del generador 45.
La
realización mostrada en la Figura 5 es similar a la realización
mostrada en la Figura 3 con la excepción de que el rotor del generador 45 está
soportado por un cojinete de momento 29.
Una ventaja de esta invención es que la posición del módulo de anillos
5
colectores 61 en el extremo frontal del generador 41 no supone ninguna
restricción
para su diseño por lo que puede ser optimizado respecto a una
transmisión
ideal, permitiendo particularmente que puedan usarse módulos
comerciales simplemente alineando las interfaces.
Otra
ventaja de la presente invención es que el módulo de anillos
1 o
colectores 61 puede ser separado fácilmente después de su montaje de manera
que el personal de servicio pueda acceder al buje del rotor 17 o al generador 41
Aunque la presente invención se
ha descrito enteramente en conexión
con
realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas
modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por
15
las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las

Claims (1)

  1. reivindicaciones
    siguientes.
    REIVINDICACIONES
    5 1 o 15
    1.-Un aerogenerador que comprende un generador (41) accionado directamente por un rotor eólico comprendiendo un buje de rotor (17) y al menos una pala, una torre (11), una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11) y un módulo de anillos colectores (61) estructurado para proporcionar energía eléctrica a dispositivos instalados en la parte rotatoria del aerogenerador y/o para transferir señales eléctricas hacia/desde dichos dispositivos, estando soportados el buje del rotor (17) y el estator del generador (43) por un eje no rotatorio (1 9) unido a la estructura de soporte (13}, caracterizado porque dicho módulo de anillos colectores (61) está situado en el extremo frontal del eje no rotatorio (1 9), en el eje central (30) del buje del rotor (17), con su parte rotatoria (63) conectada a un componente rotatorio del aerogenerador por medio de un primer conector (67) y su parte estática (65) conectada a un componente no rotatorio del aerogenerador por medio de un segundo conector (69).
    2 o
    2.-Un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque fa instalación de dicho módulo de anillos colectores (61) en el extremo frontal del eje no rotatorio (1 9) está estructurada como una instalación separable.
    2 5
    3.-Un aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque: -el generador (41) está situado aguas arriba del rotor eólico; -dicho componente rotatorio del aerogenerador es el rotor del generador (45); -dicho componente no rotatorio del aerogenerador es el eje no rotatorio (1 9).
    3 o
    buje 4.-Un aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado porque el del rotor (17) y el rotor del generador (45), estando el último unido
    rígidamente al primero, están soportados por dos cojinetes comunes (21, 23) situados en el buje del rotor (17).
    5
    5.-Un aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado porque el buje del rotor (17) y el rotor del generador (45), estando el último unido rígidamente al primero por medio de un acoplamiento (33), están soportados por cojinetes separados (21, 23; 25, 27).
    1 o 15 2 o
    6.-Un aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 4-5, caracterizado porque dicho primer conector (67) es un brazo conectando 1~ parte rotatoria del módulo de anillos colectores (63) con el rotor del generadm (45) y porque dicho segundo conector (69) es un soporte que permite soportar la parte estática del módulo de anillos colectores (65) en el extremo frontal del eje no rotatorio (19). 7.-Un aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-2~ caracterizado porque: -el generador (41) está situado aguas abajo del rotor eólico; -dicho componente rotatorio del aerogenerador es el buje del rotor (17); -dicho componente no rotatorio del aerogenerador es el eje no rotatorio (19).
    2 5
    8.-Un aerogenerador según la reivindicación 7, caracterizado porque el rotor del generador (45) y el buje del rotor (17), estando el último unido rígidamente al primero, están soportados por dos cojinetes comunes (21, 23) situados en el rotor del generador (45).
    3 o
    9.-Un aerogenerador según la reivindicación 7, caracterizado porque el rotor del generador (45) y el buje del rotor (17), estando el primero unido rígidamente al último, están soportados por dos cojinetes comunes (21, 23) situados en el buje del rotor (17).
    5 1 o
    10.-Un aerogenerador según la reivindicación 7, caracterizado porque el rotor del generador (45) y el buje del rotor (17), estando el último unido rígidamente al primero, están soportados por un cojinete de momento común (29) situado en el rotor del generador (45). 11.-Un aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 8-1O, caracterizado porque dicho primer conector (67) es un brazo conectando la parte rotatoria del módulo de anillos colectores (63) con el buje del rotor (17) y porque dicho segundo conector (69) es un soporte que permite soportar la parte estática del módulo de anillos colectores (65) en el extremo frontal del eje no rotatorio (19).
    15
    12.-Un aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque dicho generador (41) es un generador de imanes permanentes.
    20
    25
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