ES2587362T3

ES2587362T3 - Generador para instalaciones eólicas

Info

Publication number: ES2587362T3
Application number: ES08003666.8T
Authority: ES
Inventors: Stephan Jöckel
Original assignee: Vensys Energy AG
Current assignee: Vensys Energy AG
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2016-10-24
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: EP1968172A2; EP1968172A3; CN101299552B; CN101299552A; EP1968172B1; DE102007011261A1

Abstract

Generador para una instalación eólica, que presenta dientes (1) rodeados por bobinados (3) y separados por ranuras (2) e imanes permanentes (4c, 4c'; 4d, 4d', 4d", 4d''') que forman los polos (5c, 5c') del campo de excitación, caracterizado porque los bordes delanteros y traseros (6c, 6c'; 7c, 7c') de cada polo (5c, 5c') están inclinados en la misma dirección con respecto al eje de rotación del rotor, y los bordes delanteros y traseros (6c, 6c'; 7c, 7c') dispuestos directamente unos junto a otros de polos sucesivos (5c, 5c') o de grupos sucesivos de polos inclinados en la misma dirección están inclinados en dirección opuesta respectivamente con respecto al eje de rotación del rotor.

Description

DESCRIPCION

Generador para instalaciones eolicas.

5 La invencion se refiere a un generador para una instalacion eolica, que presenta dientes rodeados por bobinados y separados por ranuras e iimanes permanentes que forman los polos del campo de excitacion.

Un objetivo importante a la hora de perfeccionar instalaciones eolicas consiste en disminuir los ruidos que emiten durante su funcionamiento. Un alto nivel de ruido se produce sobre todo cuando la torre u otras piezas de la 10 instalacion se excitan con su frecuencia natural. Por lo tanto, para luchar contra los ruidos, en primer lugar deben prevenirse las posibles vibraciones.

Una de las causas de los ruidos puede ser la retencion de los dientes en un engranaje que transmite la rotacion del rotor al generador. Pero el propio generador tambien es una fuente de vibraciones. La causa principal de las mismas 15 son los llamados pares de retencion de las ranuras. Medios conocidos para eliminarlas se situan en la parte achaflanada de los polos y/o dientes.

Por el documento EP 0 995 257 B1 se conoce una instalacion eolica que, para reducir los ruidos, utiliza un generador smcrono, cuyo rotor lleva n-polos, que estan dispuestos de forma asimetrica con respecto a un plano que 20 contiene el eje de rotacion del rotor. Otras medidas para reducir las vibraciones locales en el generador consisten en una configuracion en forma de flecha de la geometna de polos, asf como la configuracion de zapatas polares con seccion transversal trapezoidal.

Por el documento EP 1 586 769 A2 se conoce una instalacion eolica con un rotor externo de un generador smcrono 25 que presenta imanes permanentes.

Por el documento US 5.677.587 A se conoce una maquina electrica con un estator, cuyos imanes permanentes que forman polos estan inclinados de manera distinta con respecto a la direccion rotatoria de un rotor y de este modo provocan una reduccion del par de retencion. De los documentos WO 2006/02990 A1, EP 1 306 963 A1, EP 0 554 30 310 A2 y EP 1 586 769 A2 se deducen otras maquinas electricas.

La invencion tiene como objetivo explorar otras posibilidades para reducir los ruidos en instalaciones eolicas.

Este objetivo se consigue con un generador del tipo mencionado al principio, que esta caracterizado porque los 35 bordes delanteros y traseros de cada polo estan inclinados en la misma direccion con respecto al eje de rotacion del rotor, y los bordes delanteros y traseros dispuestos directamente unos junto a otros de polos sucesivos o de grupos sucesivos de polos inclinados en la misma direccion estan inclinados en direccion opuesta respectivamente con respecto al eje de rotacion del rotor.

40 Ventajosamente, una eliminacion de vibraciones se produce porque las fuerzas generadas por los polos durante el funcionamiento del generador que actuan sobre los dientes se compensan haciendo que polos sucesivos o grupos sucesivos de polos generen dichas fuerzas opuestas respectivamente.

Si el cociente del numero de ranuras y del producto de los numeros de los polos y las fases de bobinado es una 45 fraccion y > 1, en dicho generador todos los pares de retencion no se encuentran de forma sincronica en una ranura, por lo que el par de retencion de la ranura y de este modo las vibraciones son eliminadas en gran parte por el generador.

Preferiblemente, el cociente conocido se situa entre 1 y 1,5. Ademas, en la forma de realizacion preferida de la 50 invencion, los imanes permanentes estan conectados al rotor del generador. Preferiblemente, en cuanto al rotor se trata de un rotor externo. Ademas, en la forma de realizacion preferida de la invencion, el rotor del generador esta previsto para el accionamiento directo, por parte del rotor, de la instalacion eolica sin engranaje intercalado. En este caso, las medidas descritas tienen una repercusion especialmente ventajosa, porque debido al alto grado de integracion del generador en la torre de la instalacion eolica no son posibles elementos de acoplamiento 55 amortiguadores entre el generador y la carcasa de la torre.

En cuanto a los grupos mencionados anteriormente, preferiblemente se trata de grupos de dos polos.

Otra medida para reducir el ruido puede ser que los polos esten dispuestos de forma asimetrica con respecto a un

plano, en el que se encuentra el eje de rotacion del generador.

A continuacion, la invencion se explica en mas detalle por medio de ejemplos y formas de realizacion, as^ como por medio de los dibujos adjuntos que hacen referencia a estos ejemplos y formas de realizacion.

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Las figuras 1 a 3, para comprender la invencion, muestran generadores mostrados de instalaciones eolicas en una vista parcial esquematica.

Las figuras 4 a 6 muestran distintas representaciones para explicar las fuerzas que se producen en el estator del 10 generador de la figura 2, y

Las figuras 7 y 8 muestran formas de realizacion de generadores de instalaciones eolicas segun la invencion en una representacion parcial esquematica.

15 La figura 1 muestra, en una vista en planta desenrollada, una parte de dientes 1 distribuidos a lo largo del penmetro de un estator de generador, que estan separados entre sf por una ranura 2. Cada uno de los dientes esta rodeado por un bobinado 3. La figura 1 muestra uno de estos bobinados a modo de ejemplo. Segun tres fases de bobinado existentes, los bobinados 3 de uno de cada tres dientes 1 estan unidos entre sf y conectados en serie. Frente a los lados frontales de los dientes 1 hay situados, formando el entrehierro del generador, imanes permanentes 4 a una 20 distancia radial, que estan conectados al rotor del generador no mostrado y forman, respectivamente, un polo 5 del campo de excitacion. En el ejemplo mostrado para comprender la invencion, tanto las superficies frontales de los dientes 1 como de los polos 5 presentan una geometna rectangular.

Como puede reconocerse en la figura 1, en un polo 5 hay cuatro ranuras respectivamente. Por lo tanto, en tres fases 25 de bobinado, el cociente del numero de ranuras y del producto de los numeros de los polos y las fases de bobinado es de 1,33. Gracias a esta geometna del generador, los pares de retencion que provocan ruidos se reducen considerablemente.

A diferencia del ejemplo de la figura 1, en el ejemplo segun la figura 2, que tambien se muestra para una mejor 30 comprension de la invencion, los polos 5a formados por imanes permanentes 4a no presentan una forma rectangular, sino una forma de paralelogramo. Los bordes 6 y 7 paralelos entre sf de los polos 5a estan inclinados hacia la direccion de movimiento del rotor segun la flecha 8 y/o hacia el eje de rotacion. Gracias a esta inclinacion se consigue, con respecto al ejemplo de la figura 1, una reduccion adicional del par de retencion y, de este modo, que la instalacion eolica genere aun menos ruido.

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Una reduccion del ruido similar con respecto al ejemplo de la figura 1 se consigue con el ejemplo de la figura 3, que se muestra para comprender la invencion, que presenta imanes permanentes 4b que forman polos 5b en forma de flecha. En este caso, gracias a los bordes de los polos situados de forma oblicua, tambien se produce una "ocultacion" adicional que contrarresta los pares de retencion.

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Ahora se hace referencia a las figuras 4 a 6, en las que se explica que fuerzas actuan en los dientes 1 del generador de la figura 2 en su funcionamiento.

Las figuras parciales (a) muestran respectivamente un corte a traves de un plano que contiene el eje de rotacion 9 45 del generador, y las figuras parciales (b) muestran una vista en planta radial del generador. Como puede reconocerse en las figuras parciales (a), los paquetes de chapa que forman los dientes 1 estan dispuestos sobre una base con un disco 10 perpendicular al eje de rotacion 9 y chapas de apoyo 11 perpendiculares al mismo. En la representacion en corte de las figuras parciales (a) tambien puede reconocerse un anillo del rotor 12 que sostiene los imanes permanentes 4a.

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La figura 4 muestra el caso de que el centro del borde delantero 6 de un iman permanente 4a en la direccion de movimiento (flecha 8) esta situado sobre el centro de una ranura 2. De este modo, una parte del iman permanente 4a y/o del polo 5a ya llega al siguiente diente 1', mientras que otra parte todavfa esta sobre el diente adyacente 1. Debido a la distinta posicion de los dientes adyacentes 1 y 1', en la mitad del diente 1' en el lado A del generador se 55 producen fuerzas 13 radiales que actuan hacia fuera, mientras que en la mitad del diente 1, que esta situado en el otro lado B del generador, se producen fuerzas 14 radiales dirigidas hacia dentro. Ademas, en el diente 1', en la mitad en el lado A, se producen fuerzas 15 tangenciales dirigidas contra la direccion de movimiento (flecha 8), y en la mitad del diente 1 en el lado B se producen fuerzas 16 tangenciales en la direccion de movimiento.

La figura 5 muestra el caso de que un borde 6 de un iman permanente 4a con su centro esta situado en el centro de un borde delantero 17 de un diente 1. En esta posicion, se producen, en una zona final del diente siguiente 1' en el lado A del generador, fuerzas 18 radiales que actuan hacia dentro. En una zona central del diente 1 se producen fuerzas 19 radiales que actuan hacia fuera y, en la zona final de este diente en el lado B del generador, se producen 5 fuerzas 20 radiales dirigidas hacia dentro. Las fuerzas tangenciales 21 a 23 se distribuyen de un modo similar.

La figura 6 muestra el caso de que el borde delantero 6 de un iman permanente 4a con su centro esta situado en el centro de un diente 1. En la mitad del diente 1, en el lado A del generador, se producen fuerzas 24 radiales dirigidas hacia dentro, y en su otra mitad, en el lado B del generador, se producen fuerzas 25 radiales dirigidas hacia fuera. 10 En la mitad del diente 1 en el lado A se producen fuerzas tangenciales en la direccion de movimiento, en la otra mitad se producen fuerzas tangenciales contra la direccion de movimiento del iman permanente 4a.

Gracias a las distribuciones de fuerzas descritas, cuando el rotor gira alrededor del estator, en el estator se producen pares de vuelco tanto en direccion radial como en direccion tangencial. Las consecuencias son estfmulos periodicos 15 que se convierten en vibraciones, que pueden transmitirse del estator a la carcasa de la torre y a la torre y constituyen otra causa de los ruidos de la instalacion eolica.

Por lo tanto, una reduccion adicional del ruido con respecto a la forma de realizacion de la figura 2 puede conseguirse gracias a las formas de realizacion mostradas en las figuras 7 y 8 para un generador de una instalacion 20 eolica.

Segun la figura 7, los bordes 6c y 7c y los bordes 6c' y 7c' de los imanes permanentes 4c y 4c' sucesivos estan inclinados de forma opuesta en relacion con la direccion de movimiento de los imanes permanentes y/o en relacion con el eje de rotacion. De este modo, las fuerzas que actuan sobre los respectivos imanes permanentes se 25 neutralizan mutuamente de forma considerable.

Este efecto tambien se consigue con la forma de realizacion de la figura 8, en la que, respectivamente, a dos imanes permanentes 4d y 4d' adyacentes paralelos entre sf le sigue un iman permanente 4d" inclinado con respecto al iman permanente 4d' anterior.

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Generador para una instalacion eolica, que presenta dientes (1) rodeados por bobinados (3) y separados por ranuras (2) e imanes permanentes (4c, 4c'; 4d, 4d', 4d”, 4d''') que forman los polos (5c, 5c') del

5 campo de excitacion, caracterizado porque los bordes delanteros y traseros (6c, 6c'; 7c, 7c') de cada polo (5c, 5c') estan inclinados en la misma direccion con respecto al eje de rotacion del rotor, y los bordes delanteros y traseros (6c, 6c'; 7c, 7c') dispuestos directamente unos junto a otros de polos sucesivos (5c, 5c') o de grupos sucesivos de polos inclinados en la misma direccion estan inclinados en direccion opuesta respectivamente con respecto al eje de rotacion del rotor.

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2. Generador segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el cociente del numero de ranuras (2) y del

producto de los numeros de los polos (5c, 5c') y las fases de bobinado es una fraccion y > 1.
3. Generador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el cociente se situa entre 1 y 1,5.

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4. Generador segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los imanes permanentes (4c, 4c'; 4d, 4d', 4d”, 4d''') estan conectados al rotor del generador.
5. Generador segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el rotor del generador es un 20 rotor externo.
6. Generador segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el rotor del generador esta

previsto para el accionamiento directo, por parte del rotor, de la instalacion eolica sin engranaje intercalado.

25 7. Generador segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los grupos comprenden

respectivamente dos polos (5c, 5c').
8. Generador segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las ranuras (2) y/o polos (5c,

5c') estan dispuestos de forma asimetrica con respecto a un plano, en el que se encuentra el eje de rotacion del 30 rotor del generador.