ES2944292T3 - Módulos de imanes permanentes - Google Patents

Abstract

Se proporciona un módulo de imán permanente para un rotor que está configurado para montarse en un borde (111) del rotor y que comprende un cuerpo principal metálico (100), un primer componente de imán permanente (101) y un primer componente no magnético. componente (102). El cuerpo principal metálico (100) forma una primera pieza polar parcial (105) en un primer lado lateral del módulo de imanes permanentes y forma un primer receptáculo. El primer componente de imán permanente (101) está dispuesto dentro del primer receptáculo del cuerpo principal metálico (100) y está imantado de tal manera que, en uso, el primer componente de imán permanente (101) tiene una dirección de magnetización radial (115). con respecto a un eje de rotación del rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulos de imanes permanentes

[0001] La presente divulgación se refiere a módulos de imanes permanentes para un rotor y, más concretamente, a módulos de imanes permanentes especialmente adecuados para el rotor de un generador de una turbina eólica.

Antecedentes

[0002] Se conocen máquinas eléctricas como los generadores que tienen un rotor portador de imanes permanentes. Generalmente se consideran fiables y requieren menos mantenimiento que otras topologías.

[0003] Las turbinas eólicas modernas se utilizan habitualmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbinas eólicas de este tipo constan generalmente de una torre y un rotor dispuesto sobre la torre. El rotor, que suele constar de un buje y una pluralidad de palas, se pone en rotación bajo la influencia del viento sobre las palas. Esta rotación se transmite normalmente a través de un eje del rotor a un generador, ya sea directamente ("accionamiento directo") o mediante el uso de una caja de engranajes. De este modo, el generador puede producir electricidad que puede suministrarse a la red eléctrica.

[0004] Especialmente para las turbinas eólicas marinas, se suele optar por sistemas de accionamiento directo que emplean imanes permanentes. Un generador de turbina eólica de accionamiento directo de este tipo puede tener, por ejemplo, un diámetro de 6 a 8 metros y una longitud de, por ejemplo, 2 a 3 metros. Puede ser necesario fijar cientos de imanes, por ejemplo atornillándolos o pegándolos, a la circunferencia del rotor. Este proceso de fabricación puede resultar engorroso.

[0005] Además, si uno o varios imanes se dañan y hay que sustituirlos, el acceso a estos imanes puede ser complicado (especialmente con generadores de gran tamaño), por lo que el mantenimiento puede resultar muy caro.

[0006] Este tamaño y tipo de generador no se limita a las aplicaciones en alta mar y ni siquiera al ámbito técnico de las turbinas eólicas únicamente. También pueden encontrarse generadores de dimensiones considerables, por ejemplo, en turbinas de vapor y turbinas hidráulicas.

[0007] Los ejemplos de rotores de imanes permanentes que pretenden abordar el problema de la fijación de un gran número de imanes pueden comprender una pluralidad de módulos de imanes permanentes dispuestos en un perímetro exterior o interior de un borde (“rim”) del rotor.

[0008] Un módulo de imanes permanentes (“permanent magnet module”) puede definirse como una unidad que tiene una pluralidad de imanes permanentes, de forma que la pluralidad de imanes puede montarse y desmontarse conjuntamente. Dicho módulo puede tener una base con una forma adecuada para alojar o recibir una pluralidad de imanes permanentes. Los imanes pueden fijarse a la base de diversas maneras. La base puede estar configurada para fijarse a un borde del rotor de tal manera que la pluralidad de imanes se fijen juntos al borde del rotor a través de la base del módulo. El uso de módulos de imanes permanentes puede facilitar la formación de un rotor generador.

[0009] Independientemente de si los imanes permanentes están agrupados en módulos o no, los imanes se disponen normalmente de forma que provoquen un flujo magnético que siga una trayectoria que atraviese un entrehierro entre el rotor y un estátor de forma que se alcance el estátor y se vea influido por el flujo magnético.

[0010] Normalmente se necesita un gran número de imanes y también grandes cantidades de material/elementos de fijación (por ejemplo, cuñas, tornillos, pegamento, soldadura, etc.) para fijar los imanes directamente al borde del rotor o a la base del módulo correspondiente. En las configuraciones basadas en la agrupación de los imanes en módulos, pueden ser necesarios más elementos de fijación para fijar los módulos (es decir, la base del módulo con los imanes acoplados) al borde del rotor.

[0011] El procesamiento de cantidades tan grandes de material/elementos de fijación también puede complicar el conjunto del rotor y las operaciones de mantenimiento del mismo. Otro inconveniente puede ser la presencia excesiva de materiales/elementos adicionales en el rotor, en el sentido de que haya materiales/elementos que no sean necesarios para fines electromagnéticos, sino sólo para fines de fijación. Estos materiales/elementos extra pueden afectar negativamente al comportamiento electromagnético del rotor.

[0012] También se conocen otras máquinas eléctricas de dimensiones relativamente grandes, como por ejemplo los motores eléctricos que comprenden grandes cantidades de imanes permanentes en el contexto, por ejemplo, del accionamiento de compresores o bombas, o en aplicaciones de tracción o marinas. Estos motores eléctricos de gran tamaño pueden presentar problemas similares a los descritos anteriormente en relación con los generadores.

[0013] Documento US 2012/187696 A1 se refiere a una máquina eléctrica rotativa y a un sistema de generación de potencia eólica, la máquina eléctrica rotativa comprende un rotor y un estátor. El rotor incluye un núcleo de rotor que tiene una pluralidad de imanes permanentes dispuestos circunferencialmente en él a intervalos. En particular, el núcleo del rotor puede formarse disponiendo alternativamente de manera circunferencial las primeras porciones de polos magnéticos que tienen los imanes permanentes y las segundas porciones de polos magnéticos que no tienen imanes permanentes.

[0014] El documento AT184978B se refiere a una zapata de polos (“pole shoe”) para un rotor, en la que la zapata de polos se fija a porciones superiores de las paredes laterales de un receptáculo receptor de imanes para cerrar el lado superior del receptáculo.

[0015] Los ejemplos de la presente divulgación resuelven al menos parcialmente algunos de los problemas anteriores.

Resumen

[0016] En un primer aspecto, se proporciona un módulo de imanes permanentes para un rotor de acuerdo con la reivindicación 1. El módulo de imanes permanentes está configurado para ser montado en un borde del rotor y comprende un cuerpo principal metálico, un primer componente de imán permanente, un primer componente no magnético y una cubierta. El cuerpo principal metálico forma una primera pieza polar (“pole piece”) parcial en un primer lado lateral del módulo de imanes permanentes, forma una segunda pieza polar parcial y forma un primer receptáculo en forma de zanja o canal entre las piezas polares parciales primera y segunda, teniendo el primer receptáculo una sección transversal sustancialmente en forma de U que incluye un fondo y dos paredes laterales.

[0017] El primer componente magnético permanente está dispuesto dentro del primer receptáculo del cuerpo principal metálico y está magnetizado de tal manera que, en uso, el primer componente magnético permanente tiene una dirección de magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor.

[0018] El primer componente no magnético está dispuesto entre la primera pieza polar parcial y el primer componente magnético permanente según una dirección que, en uso, es (localmente) sustancialmente tangencial al borde del rotor.

[0019] La cubierta está hecha de material no magnético y se fija a porciones superiores de las paredes laterales del primer receptáculo para cerrar un lado superior del primer receptáculo, definiendo así un lado superior del módulo de imanes permanentes que fija el primer componente de imán permanente dentro del primer receptáculo.

[0020] La configuración sugerida favorece los flujos magnéticos entre la primera pieza polar parcial y el primer componente magnético permanente en lugar de entre los imanes permanentes. Esto puede permitir reducir el número de imanes permanentes que deben utilizarse para formar un rotor completo, lo que a su vez puede provocar una reducción del material/elementos necesarios para fijar los imanes permanentes a la base del módulo (es decir, al cuerpo principal metálico).

[0021] El primer componente no magnético está dispuesto para hacer que un flujo magnético (entre la pieza polar y los imanes permanentes) siga una trayectoria que se extiende más allá de un lado superior del módulo de imanes permanentes, con el fin de alcanzar e influir en los devanados correspondientes en el contexto de un generador (o motor) completo.

[0022] La disposición, el material y las características dimensionales del componente no magnético, con respecto a la disposición y las características del componente de imán permanente, pueden ser tales que se minimicen o eviten las líneas de flujo magnético que atraviesan el componente no magnético. Por ejemplo, cuando el material empleado para el componente no magnético tiene una capacidad relativamente baja para soportar la formación de un campo magnético en su interior, las dimensiones requeridas del componente no magnético pueden ser menores.

[0023] La fijación del componente no magnético puede llevarse a cabo conjuntamente con la fijación del componente magnético permanente, de modo que puede requerirse muy poco material/elementos adicionales para fijar el componente no magnético. En el caso de que el componente no magnético se forme como un espacio vacío (que contenga aire) no se requiere ninguna fijación (del aire).

Breve descripción de los dibujos

[0024] A continuación, se describirán ejemplos no limitativos de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación a la corona del rotor, según un primer ejemplo;

La Fig. 2 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación al borde del rotor, según un segundo ejemplo;

La Fig. 3 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación al borde del rotor, según un tercer ejemplo (no reivindicado); y

La Fig. 4 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación al borde del rotor, según un cuarto ejemplo.

Descripción detallada de los ejemplos

[0025] En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un módulo de imanes permanentes para un rotor. El módulo de imanes permanentes está configurado para montarse en un borde del rotor y comprende un cuerpo principal metálico, un primer componente de imán permanente, un primer componente no magnético y una cubierta. El cuerpo principal metálico forma una primera pieza polar parcial en un primer lado lateral del módulo de imanes permanentes, forma una segunda pieza polar parcial y forma un primer receptáculo en forma de zanja o canal entre las primera y segunda piezas polares parciales, teniendo el primer receptáculo una sección transversal sustancialmente en forma de U que incluye un fondo y dos paredes laterales.

[0026] A lo largo de la presente divulgación, debe considerarse que un componente no magnético es un componente fabricado con materiales que no se atraen ni se repelen cuando se colocan en un campo magnético externo y que no pueden magnetizarse por sí mismos.

[0027] En algunos ejemplos, el cuerpo principal metálico forma la segunda pieza polar parcial en un segundo lado lateral opuesto al primer lado lateral del módulo de imanes permanentes, de modo que el primer receptáculo se forma entre la primera pieza polar parcial y la segunda pieza polar parcial. El módulo de imanes permanentes puede comprender un segundo componente no magnético dispuesto entre el primer componente de imán permanente y la segunda pieza polar parcial según una dirección que, en uso, es sustancialmente tangencial al borde del rotor.

[0028] En algunas realizaciones, el primer (y el segundo) componente no magnético puede estar formado como un espacio vacío (el aire es un medio no magnético) o como un espacio relleno de material no magnético como, por ejemplo, resina, plástico o un material similar. El primer componente magnético permanente puede, por ejemplo, actuar como separador entre las cavidades que definen dichos espacios (vacíos o rellenos) completamente separados. Alternativamente, el primer receptáculo (por ejemplo, entre las primera y segunda piezas polares parciales) puede rellenarse con material no magnético y el primer componente de imán permanente puede incrustarse en el material no magnético. Por lo tanto, puede existir una capa de material no magnético por debajo y/o por encima del primer componente magnético permanente.

[0029] En algunos ejemplos, el cuerpo principal metálico puede estar formado como una pila de láminas metálicas, lo que puede resultar ventajoso en el sentido de que pueden reducirse las pérdidas debidas a las corrientes de Foucault (“eddy currents”).

[0030] De acuerdo con la invención, el módulo de imanes permanentes comprende una cubierta que fija al menos parcialmente el primer componente de imán permanente en el primer receptáculo del cuerpo principal metálico y que define al menos parte de un lado superior del módulo de imanes permanentes. Un aspecto de esta cubierta puede ser que se impida eficazmente el aflojamiento del primer componente de imán permanente (junto con los componentes no magnéticos).

[0031] En algunos ejemplos no reivindicados, el primer receptáculo del cuerpo principal metálico puede ser un orificio pasante, de modo que la cubierta sea una parte integral del cuerpo principal metálico. Un aspecto de esta cubierta "integral" es que la protección del primer componente de imán permanente (junto con los componentes no magnéticos) puede ser más fuerte. Otro aspecto es que la formación del módulo de imanes permanentes puede ser más sencilla en comparación con, por ejemplo, el acoplamiento de una cubierta "no integral" al cuerpo principal metálico.

[0032] En algunos de estos ejemplos no reivindicados, el cuerpo principal metálico puede comprender uno o más orificios que se extienden longitudinalmente a lo largo del cuerpo principal metálico entre al menos uno de los primer y segundo componentes no magnéticos y el lado superior del módulo de imanes permanentes. Un aspecto de estos orificios es que se puede promover aún más la extensión del flujo magnético más allá del lado superior del módulo de imanes permanentes, ya que el aire es un medio no magnético. Estos orificios también pueden tener la función de refrigerar el módulo.

[0033] El receptáculo del cuerpo principal metálico tiene forma de zanja o canal con una sección transversal sustancialmente en forma de U. La cubierta está hecha de material no magnético. Dicha cubierta puede proporcionar una buena protección del imán permanente y de los componentes no magnéticos sin afectar negativamente a la trayectoria de los flujos magnéticos más allá del lado superior del módulo de imanes permanentes.

[0034] En algunas configuraciones, al menos uno de los componentes no magnéticos (cuando están hechos de material no magnético) puede comprender uno o más orificios de refrigeración que se extienden sustancialmente de forma longitudinal a lo largo del material no magnético. Un aspecto de estos orificios de refrigeración puede ser que se mejora la refrigeración del módulo al tiempo que se preserva la función de conformar adecuadamente los flujos magnéticos por los componentes no magnéticos, ya que el aire (contenido en los orificios de refrigeración) es un medio no magnético.

[0035] En algunas realizaciones, el primer componente magnético permanente y, opcionalmente, los primer y segundo componentes no magnéticos (cuando están hechos de material no magnético) se fijan al menos parcialmente en el receptáculo del cuerpo principal metálico con adhesivo y/o con resina y/o de forma prensada. Una fijación aún más fuerte puede resultar de la combinación de al menos algunos de dichos materiales y/o técnicas de fijación con o sin la inclusión de alguna de las cubiertas antes mencionadas.

[0036] Como se comenta en otras partes de la descripción, los primer y segundo componentes no magnéticos pueden estar formados como un espacio vacío (que contiene aire), en cuyo caso no se requiere fijación (del aire), o como un espacio relleno con, por ejemplo, resina, en cuyo caso la resina se utiliza como relleno.

[0037] En algunos ejemplos, el módulo de imanes permanentes puede tener dos lados laterales que, en uso, se extienden generalmente a lo largo de una dirección axial del rotor y cada uno de dichos lados laterales puede comprender una ranura que se extiende longitudinalmente a lo largo del lado lateral y puede estar configurado de tal manera que, en uso, un ancla encaje sustancialmente en la ranura para fijar el módulo de imanes permanentes al borde del rotor. El anclaje puede ser, por ejemplo, un anclaje en forma de T.

[0038] Un aspecto de esta fijación basada en ranuras y anclajes compatibles es que puede implementarse una fijación eficaz del módulo al borde del rotor. Esta fijación puede ser eficiente en términos de resistencia, flexibilidad, etc., y en el sentido de que sólo se necesitan unos pocos materiales/elementos de fijación. Por lo tanto, una fijación de este tipo puede simplificar el conjunto del rotor y las operaciones de mantenimiento posteriores, como por ejemplo la sustitución de un módulo de imanes permanentes.

[0039] Hasta ahora, se han descrito módulos de imanes permanentes que sólo tienen un componente de imán permanente que genera flujos magnéticos en cooperación con el polo o polos magnéticos parciales correspondientes.

[0040] Como alternativa a los módulos con un único componente de imán permanente, pueden proporcionarse módulos de imán permanente con más de un componente de imán permanente junto con la(s) pieza(s) polar(es) parcial(es) correspondiente(s).

[0041] En estas realizaciones alternativas, el módulo de imanes permanentes comprende al menos un segundo componente de imán permanente y un segundo componente no magnético. El cuerpo principal metálico puede formar una segunda pieza polar parcial en un segundo lado lateral opuesto al primer lado lateral del módulo de imanes permanentes y puede formar un segundo receptáculo. El segundo componente magnético permanente puede estar dispuesto dentro del segundo receptáculo del cuerpo principal metálico y puede estar magnetizado de tal manera que, en uso, el segundo componente magnético permanente tenga una dirección de magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor. El segundo componente no magnético puede estar dispuesto entre la segunda pieza polar parcial y el segundo componente magnético permanente según una dirección que, en uso, sea sustancialmente tangencial al borde del rotor.

[0042] Además, el cuerpo principal metálico puede formar una pieza polar completa, el primer receptáculo puede estar formado entre la primera pieza polar parcial y la pieza polar completa, y el segundo receptáculo puede estar formado entre la pieza polar completa y la segunda pieza polar parcial. El módulo de imanes permanentes puede comprender un tercer componente no magnético dispuesto entre el primer componente de imán permanente y la pieza polar completa. El módulo de imanes permanentes puede comprender un cuarto componente no magnético dispuesto entre la pieza polar completa y el segundo componente de imán permanente.

[0043] Puede considerarse que estos módulos con dos componentes de imán permanente comprenden dos módulos con un componente de imán permanente como cualquiera de los descritos anteriormente, en los que una de las piezas polares parciales de un primero de dichos módulos y una de las piezas polares parciales de un segundo de dichos módulos forman integralmente la pieza polar completa.

[0044] Por lo tanto, cualquiera de las características opcionales atribuidas a los módulos con un componente de imán permanente puede aplicarse de forma similar a los módulos con dos componentes de imán permanente. Por ejemplo, puede utilizarse una cubierta añadida para fijar (y proteger) al menos parcialmente cada uno de los componentes de imán permanente de los módulos con dos componentes de imán permanente.

[0045] De acuerdo con los mismos principios, también pueden proporcionarse módulos de imanes permanentes con más de dos componentes de imanes permanentes.

[0046] En algunos ejemplos, la pieza polar completa puede comprender además un orificio axial adaptado para recibir una varilla de fijación, y una pluralidad de orificios radiales, de manera que el módulo de imanes permanentes pueda fijarse a un borde del rotor mediante una pluralidad de pernos insertados en los orificios radiales y fijados a la varilla de fijación.

[0047] Puede proporcionarse un rotor para un generador que comprenda una pluralidad de cualquiera de los módulos de imanes permanentes descritos anteriormente. También puede proporcionarse un generador que comprenda dicho rotor y una turbina eólica que comprenda dicho generador. En particular, la turbina eólica puede ser de accionamiento directo.

[0048] La formación de dicho rotor y del generador correspondiente, así como las operaciones de mantenimiento posteriores, pueden ser más sencillas, más baratas, requerir menos tiempo, etc., según los argumentos anteriores con respecto a los módulos de imanes permanentes sugeridos.

[0049] En otro ejemplo más, se proporciona una máquina eléctrica que comprende un rotor y un estátor. El rotor tiene un borde de rotor, y una pluralidad de módulos de imán permanente montados en el borde de rotor según la invención.

[0050] En particular, los componentes de imanes permanentes de los módulos de imanes permanentes pueden tener la misma dirección de magnetización radial. Es decir, todos los componentes de imanes permanentes tienen su norte y su sur en la misma ubicación, ya sea más cerca o más lejos de la disposición del estátor.

[0051] La Fig. 1 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación a un borde de rotor, según un primer ejemplo. El módulo de imanes permanentes se muestra comprendiendo un cuerpo principal metálico 100, un componente de imán permanente 101, un primer componente no magnético 102 y un segundo componente no magnético 103.

[0052] El cuerpo principal metálico 100 puede estar formado, por ejemplo, como una pila de láminas metálicas dispuestas una detrás de otra en la dirección axial y unidas entre sí, de manera que se puedan reducir las pérdidas debidas a las corrientes de Foucault. El cuerpo principal metálico 100 puede estar hecho, por ejemplo, de acero o de un material similar.

[0053] La dirección axial debe entenderse aquí como la dirección del eje de rotación del rotor (es decir, la dirección perpendicular a la que se ha realizado la sección transversal de las figuras).

[0054] Las láminas de la pila de láminas metálicas 100 pueden haberse unido entre sí mediante una resina de unión, como por ejemplo epoxi, poliéster, éster de vinilo, etc. Alternativamente, las láminas pueden haberse unido entre sí con un adhesivo, como por ejemplo un adhesivo pasivo capaz de activarse por calor.

[0055] Un adhesivo capaz de activarse por el calor puede definirse como una sustancia pasiva que no es adherente mientras se encuentra a una temperatura inferior a un umbral de temperatura, pero que se vuelve adherente cuando se supera dicho umbral de temperatura.

[0056] La fijación de las láminas con resina o adhesivo pasivo puede haberse realizado utilizando un molde adecuado que disponga de un sistema de calefacción para calentar el interior del molde, por ejemplo.

[0057] El componente magnético permanente 101 puede comprender uno o más imanes permanentes dispuestos en forma de, por ejemplo, una o más filas axiales de imanes permanentes. Los primer y segundo componentes no magnéticos 102, 103 pueden comprender, por ejemplo, uno o más bloques o acumulaciones de material no magnético como resina, plástico o material similar.

[0058] El imán o imanes permanentes 101 pueden estar magnetizados de tal manera que (cuando el módulo de imanes permanentes está montado en un borde del rotor 111) el imán o imanes permanentes 101 tienen una dirección de magnetización radial 115 con respecto a un eje de rotación del rotor.

[0059] El imán o imanes permanentes 101 pueden fijarse dentro de un receptáculo de la pila de láminas metálicas 100 de tal manera que se genere un primer flujo magnético 107 y un segundo flujo magnético 108 entre la pila de láminas metálicas 100 (piezas polares parciales 105, 106) y el imán o imanes permanentes 101.

[0060] En este ejemplo, el primer bloque o acumulación de material no magnético 102 se fija entre el imán o imanes permanentes 101 y la pieza polar parcial 105 de la pila de láminas metálicas 100 de tal manera que el primer flujo magnético 107 sigue una trayectoria que rodea el primer bloque o acumulación de material no magnético 102 y se extiende más allá de un lado superior 114 del módulo de imanes permanentes.

[0061] La expresión "pieza polar parcial" se utiliza aquí para referirse a una pieza metálica (del cuerpo principal metálico) que está configurada para cooperar con otra pieza polar parcial (por ejemplo, de otro módulo) para formar una pieza polar completa, es decir, una estructura que sirve para dirigir el campo magnético. Por ejemplo, dos piezas polares parciales vecinas pueden formar una pieza polar completa.

[0062] En este ejemplo, el segundo bloque o acumulación de material no magnético 103 se fija entre el imán o imanes permanentes 101 y la pieza polar parcial 106 de la pila de láminas metálicas 100 de tal manera que el segundo flujo magnético 108 sigue una trayectoria que rodea el segundo bloque o acumulación de material no magnético 103 y se extiende más allá del lado superior 114 del módulo de imanes permanentes.

[0063] El módulo de imanes permanentes está configurado para ser montado en un borde del rotor 111.

[0064] El módulo de imanes permanentes en este ejemplo comprende una cubierta 104 para fijar el imán o imanes permanentes 101 y el primer y segundo bloque o bloques de material no magnético 102, 103 dentro del receptáculo de la pila de láminas metálicas 100. Dicha cubierta 104 puede estar configurada para definir al menos parte del lado superior 114 del módulo de imanes permanentes.

[0065] En cooperación con la cubierta 104, se pueden utilizar otras técnicas y/o materiales para fijar el imán o imanes permanentes 101, y opcionalmente el material no magnético 102, 103, dentro del receptáculo de la pila de láminas metálicas 100. Por ejemplo, los imanes pueden fijarse a presión y/o pegarse. También puede utilizarse resina para fijar el imán o imanes permanentes 101.

[0066] El receptáculo de la pila de láminas metálicas 100 tiene forma de zanja o canal con una sección transversal sustancialmente en forma de U, de modo que los imanes 101 pueden insertarse por la parte superior. La forma de U comprende un fondo y dos paredes laterales. La tapa 104 cierra el lado superior del receptáculo y se fija a las correspondientes porciones superiores de las paredes laterales. La cubierta 104 está hecha de un material no magnético, como por ejemplo fibra de vidrio, resina, acero inoxidable, etc., para favorecer la extensión de los flujos magnéticos 107, 108 más allá del lado superior 114 del módulo de imanes permanentes. Dicha cubierta 104 puede servir para proteger los imanes 101 contra la corrosión, por ejemplo.

[0067] En el caso particular de la Fig. 1, la cubierta 104 se muestra cubriendo completamente el imán o imanes permanentes 101 y el primer y segundo bloque o acumulación o acumulaciones de material no magnético 102, 103.

[0068] En ejemplos alternativos, la cubierta 104 puede comprender unas primera y segunda partes de cubierta. En tales ejemplos, la primera parte de la cubierta puede cubrir completamente el primer bloque(s) o acumulación(es) de material no magnético 102 y cubrir parcialmente el imán(es) permanente 101. La segunda parte de la cubierta puede cubrir completamente el segundo(s) bloque(s) o acumulación(es) de material no magnético 103 y cubrir parcialmente el(los) imán(es) permanente(s) 101.

[0069] La pila de láminas metálicas 100 tiene dos lados laterales que, cuando el módulo de imanes permanentes está montado en un borde del rotor 111, se extienden generalmente a lo largo de una dirección axial del rotor. Cada uno de dichos lados laterales (de la pila de láminas metálicas 100) comprende en este caso una ranura 109, 110 que se extiende longitudinalmente a lo largo de la pila de láminas metálicas 100. Puede utilizarse un anclaje con una forma complementaria a las ranuras para fijar los módulos al borde del rotor.

[0070] Cada una de las ranuras 109, 110 puede estar configurada para ser un recorte sustancialmente rectangular de manera que un anclaje en forma de T 112, 113 encaje sustancialmente en la ranura 109, 110, respectivamente, para fijar el módulo de imanes permanentes al borde 111 del rotor. Esto se muestra en el ejemplo de la Fig. 1. Los anclajes en forma de T y las ranuras cuadradas pueden fabricarse / mecanizarse con bastante facilidad.

[0071] La fijación de los anclajes en forma de T 112, 113 al borde del rotor 111 no se ilustra en detalle en la Fig. 1. Dicha fijación puede realizarse, por ejemplo, de la misma manera o similar a la mostrada en la Fig. 3 (en relación con el anclaje 112).

[0072] La Fig. 2 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes según un segundo ejemplo. Este módulo de imanes permanentes es similar al módulo de la Fig. 1. Una diferencia es que uno de los componentes no magnéticos 102 comprende un orificio de refrigeración interior 200 que puede extenderse sustancialmente en sentido longitudinal a lo largo del componente no magnético 102. Alternativa o adicionalmente, el otro de los componentes no magnéticos 103 puede comprender otro orificio de refrigeración interior con la misma configuración o similar.

[0073] Dado que el aire es un medio no magnético, el orificio u orificios de refrigeración interior propuestos pueden ofrecer la doble función de refrigerar las partes internas del módulo y de "guiar" el flujo magnético correspondiente para provocar su extensión más allá del lado superior del módulo, como se explica en otras partes de la descripción.

[0074] La Fig. 3 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación al borde de un rotor, según un tercer ejemplo (no reivindicado). En este caso concreto, el receptáculo de la pila de láminas metálicas 100 es un orificio pasante en el que se fijan el imán o imanes permanentes 101 y el material no magnético 102, 103. Por lo tanto, una parte integral de la pila de láminas metálicas 100 forma una cubierta 300 que implementa, al menos parcialmente, la fijación del imán o imanes permanentes 101 junto con el material no magnético 102, 103.

[0075] La pila de láminas metálicas 100 puede comprender además uno o más orificios pasantes 301 que se extienden longitudinalmente a lo largo de la pila de láminas metálicas 100 entre uno de los bloques de material no magnético 103 y un lado superior 114 del módulo. Alternativa o adicionalmente, otro u otros orificios pasantes similares a los orificios pasantes 301 representados pueden extenderse longitudinalmente a lo largo de la pila de láminas metálicas 100 entre el otro de los bloques de material no magnético 102 y el lado superior 114 del módulo. Estos orificios pasantes 301 pueden cooperar con el material no magnético 103 correspondiente para garantizar que el flujo magnético 108 (véase la fig. 1) se extienda efectivamente más allá del lado superior 114 del módulo. Un efecto de proporcionar los orificios pasantes 301 es que se puede evitar un "puente" magnético desde una porción central de la cubierta 300 hasta las piezas polares parciales, porque el material de la cubierta se satura magnéticamente con rapidez.

[0076] Para el conjunto de un rotor de generador según cualquiera de los ejemplos de las Fig. 1 - Fig. 3, los anclajes 112 pueden fijarse sin apretar en la circunferencia del borde 304 del rotor utilizando, por ejemplo, pernos 302 con tuerca 303. A continuación, los módulos magnéticos permanentes 100 pueden insertarse y deslizarse entre dos anclajes vecinos. A continuación, para fijar los módulos magnéticos 100 en su lugar, los pernos 302 pueden apretarse (moviendo las tuercas de la posición 305 a la 303), de modo que los anclajes 112 fijen una parte del módulo 100 a la circunferencia exterior del borde 304 del rotor.

[0077] Una guía en T 112 configurada e instalada de la manera anterior o similar en cada lado lateral de la pila de láminas metálicas 100 puede mantener el módulo fuertemente presionado contra el borde 304 del rotor. Por lo tanto, puede implementarse una fijación resistente del módulo que pueda soportar eficazmente todas las cargas relevantes durante el funcionamiento del rotor en el generador.

[0078] Las configuraciones de las Fig. 1 - Fig. 3 generan flujos magnéticos entre las piezas metálicas (piezas polares parciales) y las piezas magnéticas (componente de imán permanente) en lugar de sólo entre las piezas magnéticas. En consecuencia, como se explica en otras partes de la descripción, pueden ser necesarias menores cantidades de imanes y material/elementos de fijación en comparación con las configuraciones de la técnica anterior.

[0079] En los ejemplos de las Fig. 1 - Fig. 3, el componente magnético permanente 101 se muestra actuando como un separador que separa completamente el primer componente no magnético 102 y el segundo componente no magnético 103.

[0080] La Fig. 4 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación a un borde del rotor, según un cuarto ejemplo. En este caso, se propone un único módulo con dos configuraciones como las mostradas en las figuras anteriores.

[0081] Según la Fig. 4, un módulo de imanes permanentes puede comprender una pila de láminas metálicas 400 con dos receptáculos 406, 421.

[0082] El imán o imanes permanentes 401 pueden estar magnetizados de tal manera que (cuando el módulo de imanes permanentes está montado en el borde del rotor 411) el imán o imanes permanentes 401 tienen una dirección de magnetización radial 424 con respecto a un eje de rotación del rotor.

[0083] El imán o imanes permanentes 401, el material no magnético 402 y el material no magnético 403 pueden fijarse dentro del receptáculo 406, de manera que se genere un flujo magnético 407 y un flujo magnético 408 que se extiendan más allá del lado superior 413 de la pila de láminas metálicas 400. El flujo magnético 407 se genera entre la pieza polar parcial 404 de la pila de láminas metálicas 400 y el imán o imanes permanentes 401 y el material no magnético 402 circundante. El flujo magnético 408 se genera entre la pieza polar parcial 405 de la pila de láminas metálicas 400 y el imán o imanes permanentes 401 y el material no magnético circundante 403.

[0084] El imán o imanes permanentes 416 pueden estar magnetizados de tal manera que (cuando el módulo de imanes permanentes está montado en el borde del rotor 411) el imán o imanes permanentes 416 tienen una dirección de magnetización radial 425 con respecto a un eje de rotación del rotor.

[0085] En el ejemplo de la Fig. 4, todos los componentes 401 de imanes permanentes tienen la misma magnetización radial, es decir, el norte y el sur de los imanes permanentes están dispuestos de la misma manera para los componentes 401 de imanes permanentes.

[0086] El (los) imán(es) permanente(s) 416, el material no magnético 417 y el material no magnético 418 pueden fijarse dentro del receptáculo 421, de manera que se genere un flujo magnético 422 y un flujo magnético 423 que se extiendan más allá del lado superior 413 de la pila de láminas metálicas 400. El flujo magnético 422 se genera entre la pieza polar parcial 419 de la pila de láminas metálicas 400 y el imán o imanes permanentes 416 y el material no magnético circundante 417. El flujo magnético 423 se genera entre la pieza polar parcial 420 de la pila de láminas metálicas 400 y el imán o imanes permanentes 416 y el material no magnético circundante 418.

[0087] La pieza polar parcial 405 y la pieza polar parcial 419 se muestran formando integralmente una pieza polar central completa de la pila de láminas metálicas 400.

[0088] El receptáculo situado entre las piezas polares parciales 404 y 405 se muestra lleno de material no magnético y con los imanes permanentes 401 incrustados en él, de modo que existe una capa de material no magnético por encima y por debajo de los imanes permanentes 401. Se muestra una configuración similar con respecto al otro receptáculo entre las piezas polares parciales 419 y 420.

[0089] El cuerpo principal metálico (pila de láminas metálicas) 400 puede comprender, en la pieza central completa del poste, un orificio axial en el que se puede insertar una varilla 415. En el cuerpo principal metálico 400 pueden perforarse una pluralidad de orificios radiales, en diferentes posiciones axiales. La varilla 415 puede comprender una serie de orificios pasantes transversales, de manera que cuando se inserte la varilla, los orificios pasantes transversales queden alineados con los orificios radiales del cuerpo principal metálico 400. Los pernos 414 con las tuercas 412 pueden insertarse en estos orificios radiales y pueden extenderse dentro y más allá de los orificios transversales de la varilla 415, hacia una porción superior del cuerpo principal metálico 400.

[0090] La pila de láminas metálicas 400 puede comprender además ranuras 409, 410 que se extienden longitudinalmente a lo largo de la pila de láminas metálicas 400 en lados laterales opuestos. Cada una de las ranuras 409, 410 puede estar configurada de tal manera que, en uso, un anclaje (no mostrado) encaje sustancialmente en la ranura 409, 410, respectivamente, para fijar aún más el módulo de imanes permanentes al borde del rotor 411.

[0091] Cabe señalar que en los ejemplos anteriores, a ambos lados de los módulos, sólo se forman piezas polares "parciales". Estas piezas polares parciales forman una pieza polar "completa" una vez que se instala un módulo de imanes permanentes vecino con una pieza polar parcial correspondiente.

[0092] En algunas realizaciones, el componente de imán permanente se fija al menos en el componente de carcasa con una pared superior, y opcionalmente con adhesivo y/o con resina y/o de forma prensada. Un aspecto de la pared superior es que puede proporcionarse una mayor protección del componente de imán permanente contra, por ejemplo, la corrosión de los imanes, el aflojamiento de los imanes, etc. También puede utilizarse resina para rellenar los espacios vacíos entre el componente de imán permanente y cualquiera de las paredes del componente de carcasa.

[0093] El componente de la carcasa puede estar formado como una pila de láminas metálicas, lo que puede resultar ventajoso en el sentido de que pueden reducirse las pérdidas debidas a las corrientes de Foucault. El componente magnético permanente puede alojarse de forma fija en un orificio pasante del componente de la carcasa, de modo que la pared superior antes mencionada forme parte integrante del componente de la carcasa. Esto puede proporcionar una protección aún mejor de los imanes.

[0094] En todos los ejemplos aquí divulgados, se promueven los flujos magnéticos entre una pieza polar metálica y un componente magnético, en lugar de sólo entre los componentes magnéticos. Por lo tanto, un rotor de generador puede formarse con menores cantidades de imanes permanentes y menores cantidades de módulos de imanes permanentes, en comparación con las configuraciones de la técnica anterior.

[0095] La fijación de los imanes permanentes a los módulos y la fijación de los módulos al borde del rotor también se simplifican con el uso de menores cantidades de material/elementos de fijación (que no tienen una función electromagnética). La formación del rotor de un generador y las posteriores operaciones de mantenimiento del mismo pueden ser así más fáciles, más baratas, menos lentas, etc., en comparación con los enfoques de la técnica anterior.

[0096] En esta descripción escrita se han utilizado ejemplos para divulgar la invención, incluidas las realizaciones preferidas, y también para permitir a cualquier experto en la materia poner en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier método incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la materia.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un módulo de imanes permanentes para un rotor, configurado para ser montado en un borde (111) del rotor y que comprende un cuerpo principal metálico (100; 400), un primer componente de imán permanente (101; 401), un primer componente no magnético (102; 402) y una cubierta (104); en el que

   el cuerpo principal metálico (100; 400) forma una primera pieza polar parcial (105; 404) en un primer lado lateral del módulo de imanes permanentes, forma una segunda pieza polar parcial (106) en un segundo lado lateral opuesto al primer lado lateral del módulo de imanes permanentes y forma un primer receptáculo (406) en forma de zanja o de canal entre las primera (105; 404) y segunda (106) piezas polares parciales, teniendo el primer receptáculo (406) una sección transversal sustancialmente en forma de U que incluye un fondo y dos paredes laterales; en el que

   el primer componente magnético permanente (101; 401) está dispuesto dentro del primer receptáculo del cuerpo principal metálico (100; 400) y está magnetizado de tal manera que, en uso, el primer componente magnético permanente (101; 401) tiene una dirección de magnetización radial (115; 424) con respecto a un eje de rotación del rotor; en el que

   el primer componente no magnético (102; 402) está dispuesto en una dirección sustancialmente tangencial al borde del rotor (111) entre la primera pieza polar parcial (105; 404) y el primer componente magnético permanente (101; 401); en el que

   la cubierta (104) está hecha de material no magnético y se fija a porciones superiores de las paredes laterales del primer receptáculo para cerrar un lado superior del primer receptáculo, definiendo así un lado superior (114) del módulo de imanes permanentes que fija el primer componente de imán permanente (101) dentro del primer receptáculo.
2. 2. Un módulo de imanes permanentes según la reivindicación 1, en el que el módulo de imanes permanentes comprende un segundo componente no magnético (103) dispuesto en una dirección sustancialmente tangencial al borde del rotor entre el primer componente de imán permanente (101) y la segunda pieza polar parcial (106).
3. 3. Un módulo magnético permanente según la reivindicación 1, que comprende un segundo componente magnético permanente (416) y un segundo componente no magnético (418); en el que

   el cuerpo principal metálico (400) forma una segunda pieza polar parcial (420) en un segundo lado lateral opuesto al primer lado lateral del módulo de imanes permanentes y forma un segundo receptáculo (421); en el que

   el cuerpo principal metálico (400) forma una pieza polar completa (405, 419) formada por dos piezas polares parciales vecinas (405, 419); en la que

   el primer receptáculo (406) está formado entre la primera pieza polar parcial (404) y la pieza polar completa (405, 419), y el segundo receptáculo (421) está formado entre la pieza polar completa (405, 419) y la segunda pieza polar parcial (420); en el que

   el segundo componente magnético permanente (416) está dispuesto dentro del segundo receptáculo (421) del cuerpo principal metálico (400) y está magnetizado de tal manera que, en uso, el segundo componente magnético permanente (416) tiene una dirección de magnetización radial (425) con respecto a un eje de rotación del rotor; en el que

   el segundo componente no magnético (418) se encuentra en una dirección sustancialmente tangencial al borde del rotor (411) dispuesto entre la segunda pieza polar parcial (420) y el segundo componente magnético permanente (416); en el que

   el módulo de imanes permanentes comprende un tercer componente no magnético (403) dispuesto entre el primer componente de imán permanente (401) y la pieza polar completa (405, 419); y en el que el módulo de imanes permanentes comprende un cuarto componente no magnético (417) dispuesto entre la pieza polar completa (405, 419) y el segundo componente de imán permanente (416).
4. 4. Un módulo de imanes permanentes según la reivindicación 3, en el que la pieza polar completa comprende además un orificio axial adaptado para recibir una varilla de fijación (415), y una pluralidad de orificios radiales, de manera que el módulo de imanes permanentes pueda fijarse a un borde del rotor mediante una pluralidad de pernos (414) insertados en los orificios radiales y fijados a la varilla de fijación.
5. 5. Un módulo magnético permanente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer componente no magnético (102) comprende uno o más orificios de refrigeración (200) que se extienden sustancialmente de forma longitudinal a lo largo del componente no magnético (102).
6. 6. Un módulo de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el módulo de imanes permanentes tiene dos lados laterales que, en uso, se extienden generalmente a lo largo de una dirección axial del rotor; y en el que cada uno de los lados laterales del módulo de imanes permanentes comprende una ranura (109, 110; 409, 410) que se extiende longitudinalmente a lo largo del lado lateral y está configurada de tal manera que, en uso, un anclaje (112, 113) encaja sustancialmente en la ranura (109, 110; 409, 410) para fijar el módulo de imanes permanentes al borde del rotor (111; 411).
7. 7. Un rotor que comprende una pluralidad de módulos de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. 8. Un generador que comprende un rotor según la reivindicación 7.
9. 9. Una turbina eólica que comprende un generador según la reivindicación 8.