ITMI20121568A1 - Gruppo attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore - Google Patents

Gruppo attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore Download PDF

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ITMI20121568A1 IT001568A ITMI20121568A ITMI20121568A1 IT MI20121568 A1 ITMI20121568 A1 IT MI20121568A1 IT 001568 A IT001568 A IT 001568A IT MI20121568 A ITMI20121568 A IT MI20121568A IT MI20121568 A1 ITMI20121568 A1 IT MI20121568A1
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Description

DESCRIZIONE
“GRUPPO ATTIVO DI UNA MACCHINA ELETTRICA ROTANTE PER UN AEROGENERATOREâ€
La presente invenzione riguarda un gruppo attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore.
Nel settore degli aerogeneratori à ̈ noto impiegare delle macchine elettriche rotanti del tipo in cui un rotore ruota attorno a un asse di rotazione rispetto a uno statore. Il rotore e lo statore comprendono rispettive strutture di supporto preferibilmente tubolari e rispettive parti attive di forma tubolare, disposte concentricamente, reciprocamente affacciate e supportate dalle rispettive strutture di supporto. Le parti attive sono separate l’una dall’altra da un traferro, il quale preferibilmente deve essere costante e particolarmente piccolo in modo da ottimizzare l’efficienza della macchina elettrica rotante.
In tale settore della tecnica à ̈ conveniente impiegare parti attive di tipo segmentato, ossia in cui le parti attive sono suddivise in una pluralità di segmenti attivi, assiali. Questa conformazione rende particolarmente agevole il montaggio, lo smontaggio e la manutenzione delle parti attive della macchina elettrica rotante, la quale à ̈ supportata a decine di metri sopra il suolo. Infatti, ciascun segmento attivo può essere agevolmente rimosso ed eventualmente sostituito con un nuovo segmento attivo in modo relativamente semplice. Le parti attive di forma tubolare sono ancorate alle rispettive strutture di supporto che presentano rispettive facce di riscontro per i segmenti attivi e presentano delle scanalature assiali per guidare ed eventualmente fissare in posizione i rispettivi segmenti attivi. I segmenti attivi dello statore generalmente presentano uno o più gruppi attivi, dove con gruppo attivo s’intende un assieme formato da una guida magnetica provvista di almeno due cave separate e da un dente, il quale separa le due cave; e una bobina, la quale à ̈ formata da conduttori elettrici, à ̈ avvolta per realizzare il riempimento delle cave e due testate in prossimità delle estremità opposte del dente.
L’efficienza della macchina elettrica dipende dal grado di riempimento delle cave di ciascun gruppo attivo.
Inoltre, le testate delle bobine devono sporgere il meno possibile dalla guida magnetica sia per ridurre le perdite di flusso magnetico, sia per rendere poco ingombranti le estremità dei segmenti e accrescere, di conseguenza, la maneggevolezza di questi ultimi.
Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un gruppo attivo che sia in grado di ottimizzare le caratteristiche di efficienza elettrica e di maneggevolezza.
In accordo con la presente invenzione viene realizzato un gruppo attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore, il gruppo attivo comprendendo una guida magnetica provvista di due cave separate da un dente avente un piano di simmetria; una pluralità di conduttori elettici, ciascuno dei quali presenta una sezione trasversale di forma sostanzialmente rettangolare ed à ̈ avvolto attorno al dente per riempire le cave e formare due testate in prossimità delle estremità opposte del dente; in cui la larghezza di ciascun conduttore elettrico à ̈ inferiore a un terzo della distanza del conduttore elettrico dal piano di simmetria del dente.
In questo modo, grazie alla sezione rettangolare à ̈ possibile realizzare un riempimento relativamente omogeneo delle cave e, nello stesso tempo, piegare a U tutti i conduttori elettrici in modo da realizzare delle testate compatte e con un ingombro ridotto. Rispettando appunto i vincoli geometrici rivendicati à ̈ appunto possibile realizzare la piegatura di coltello del conduttore elettrico senza danneggiare il conduttore elettrico stesso. Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione tutti i conduttori elettrici disposti all’interno delle cave presentano la stessa larghezza.
Questa soluzione à ̈ particolarmente vantaggiosa per il fatto di utilizzare un unico tipo di conduttore elettrico.
Preferibilmente, ciascuna cava presenta una larghezza sostanzialmente pari a un multiplo intero della larghezza dei conduttori elettrici.
Le dimensioni della cava sono definite in funzione delle dimensioni dei conduttori elettrici.
Secondo una forma di attuazione alternativa della presente invenzione, alcuni conduttori elettrici dei detti conduttori elettrici presentano larghezze diverse tra loro; i conduttori elettrici di larghezza maggiore essendo disposti a una distanza maggiore dal piano di simmetria del dente rispetto ai conduttori elettrici aventi una larghezza minore.
Questa soluzione tecnica permette di ridurre il numero di conduttori elettrici per riempire una cava. La riduzione del numero di conduttori ha un benefico effetto sull’efficienza della macchina elettrica rotante perché riduce lo spazio occupato dal rivestimento del conduttore elettrico e i vuoti determinati dagli spigoli arrotondati della sezione rettangolare del conduttore elettrico.
Preferibilmente, i conduttori elettrici presentano rispettive larghezze crescenti in funzione della distanza dei conduttori elettrici dal piano di simmetria del dente.
Il conduttore più distante dal piano di simmetria può essere realizzato con una larghezza ben maggiore della larghezza del conduttore elettrico più vicino al piano di simmetria. Non necessariamente la legge di crescita della larghezza varia in modo lineare con la distanza dal piano di simmetria del dente.
In accordo a questa configurazione, la cava presenta una larghezza sostanzialmente pari alla somma delle larghezze di tutti i conduttori elettrici.
In accordo con la presente invenzione, ciascuna testata à ̈ formata da una pluralità di curve a U adiacenti dei conduttori elettrici contenuti nella cava.
La presente invenzione à ̈ inoltre relativa a un segmento attivo.
Secondo la presente invenzione à ̈ realizzato un segmento attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore, comprendente almeno un gruppo attivo avente le caratteristiche sopra identificate.
La presente invenzione à ̈ inoltre relativa a una macchina elettrica rotante per aerogeneratore.
Secondo la presente invenzione à ̈ realizzata una macchina elettrica rotante per aerogeneratore; la macchina elettrica rotante essendo di tipo sincrono a magneti permanenti e comprendente uno statore e un rotore girevole attorno allo statore attorno a un asse di rotazione; lo statore comprendendo una struttura di supporto di forma tubolare, una parte attiva di forma tubolare montata sulla struttura di supporto, e una pluralità di gruppi attivi, i quali sono uniformemente distribuiti attorno all’asse di rotazione in modo da formare la detta parte attiva e sono realizzati in accordo con quanto specificato in precedenza; e il rotore comprende un’ulteriore struttura di supporto di forma tubolare, e un’ulteriore parte attiva di forma tubolare montata sull’ulteriore struttura di supporto.
La macchina elettrica rotante risulta pertanto particolarmente efficiente e di facile manutenzione.
La presente invenzione à ̈ inoltre relativa a un aerogeneratore per la produzione di energia elettrica.
Secondo la presente invenzione à ̈ realizzato un aerogeneratore per la produzione di energia elettrica; l’aerogeneratore comprendendo una struttura verticale e un telaio principale configurati per supportare in posizione sopraelevata una macchina elettrica rotante come sopra identificata.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
- la figura 1 Ã ̈ una vista in elevazione laterale, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un aerogeneratore a cui si applica vantaggiosamente la presente invenzione;
- la figura 2 à ̈ una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza e in scala ingrandita, di una macchina elettrica rotante dell’aerogeneratore della figura 1 e comprendente dei gruppi attivi realizzati in accordo con la presente invenzione;
- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica in scala ingrandita, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un conduttore elettrico impiegato nel realizzare i gruppi attivi della figura 2;
- la figura 4 Ã ̈ una vista in pianta, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un gruppo attivo realizzato in accordo con la presente invenzione;
- la figura 5 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, in scala ulteriormente ingrandita e con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio del gruppo attivo della figura 4;
- la figura 6 à ̈ una vista in pianta, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un gruppo attivo realizzato in accordo con un’ulteriore forma di attuazione della presente invenzione; e
- la figura 7 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, in scala ingrandita e con parti asportate per chiarezza, del gruppo attivo realizzato in accordo con la figura 6.
Con riferimento alla figura 1, con 1 à ̈ indicato nel suo complesso un aerogeneratore per la generazione di energia elettrica. L’aerogeneratore 1 à ̈ del tipo a trazione diretta. Nella fattispecie, l’aerogeneratore 1 comprende una struttura verticale 2; un telaio principale 3 montato in modo girevole alla sommità della struttura verticale 2; una macchina elettrica rotante 4; e un gruppo pale 5 girevole attorno a un asse di rotazione A. La macchina elettrica rotante 4 à ̈ disposta fra il telaio principale 3 e il gruppo pale 5 e, oltre a produrre energia elettrica, ha la funzione di supportare il gruppo pale 5 e di trasmettere forze e momenti indotti dal gruppo pale 5 e dalla macchina elettrica rotante 4 stessa al telaio principale 3.
Il telaio principale 3, nella fattispecie, Ã ̈ definito da una navicella di forma tubolare e ricurva.
Il gruppo pale 5 comprende un mozzo 6 cavo collegato alla macchina elettrica rotante 4, e una pluralità di pale 7.
La macchina elettrica rotante 4 si estende attorno all’asse di rotazione A ed à ̈ sostanzialmente di forma tubolare in modo da formare un vano di passaggio fra il telaio principale 3 cavo e il mozzo 6 cavo. La macchina elettrica rotante 3 comprende uno statore 8; un rotore 9, il quale à ̈ disposto all’interno dello statore 8, ed à ̈ girevole attorno all’asse di rotazione A rispetto allo statore 8.
Con riferimento alla figura 2, lo statore 8 comprende una struttura di supporto 10 di forma tubolare e una parte attiva 11, la quale presenta anch’essa una forma tubolare e comprende una pluralità di segmenti 12 attivi, assiali. In modo analogo, il rotore 9 comprende una struttura di supporto 13 di forma tubolare e una parte attiva 14, la quale presenta anch’essa una forma tubolare e comprende una pluralità di segmenti 15 attivi, assiali. Con riferimento alla figura 1, la struttura di supporto 10 à ̈ collegata al telaio principale 3, mentre la struttura di supporto 13 à ̈ collegata al gruppo pale 5.
La struttura di supporto 10 presenta una faccia di riscontro 16, nella fattispecie di forma cilindrica, lungo la quale sono disposti in battuta i segmenti attivi 12. Ciascun segmento attivo 12 nella fattispecie comprende un pacco di lamierini 17, il quale presenta una forma sostanzialmente prismatica, si estende in direzione prevalentemente assiale, à ̈ provvisto di una faccia di riscontro 18 configurata per essere disposta in battuta contro la faccia di riscontro 16, e di una pluralità di denti 19 che si protendono dalla banda opposta alla faccia di riscontro 18; e delle bobine 20 avvolte attorno ai denti 19 in modo da definire delle espansioni polari.
In maggiore dettaglio, ciascun segmento 15 comprende un gruppo 21 formato da guide magnetiche e magneti permanenti; e una pinza 22 di serraggio del gruppo 21. La pinza 22 à ̈ disposta in battuta contro la struttura tubolare 13 ed à ̈ fissata alla struttura tubolare 13 stessa.
Il sistema di bloccaggio dei segmenti 12 prevede di fissare ciascun segmento 12 alla struttura tubolare 10 in modo indipendente dagli altri segmenti 12. A questo scopo la struttura di supporto 10 presenta una pluralità di scanalature 23 che si estendono nel corpo della struttura di supporto 10 lungo la faccia di riscontro 16. Le scanalature 23 e 24 definiscono esse stesse degli elementi di bloccaggio dei segmenti attivi 12 e cooperano con ulteriori elementi di bloccaggio, non illustrati nelle figure allegate, e configurati per cooperare con le scanalature 23 e 24.
Nella fattispecie, la struttura di supporto 10 presenta un numero di scanalature 23 pari al numero di segmenti 12. A sua volta, ciascun segmento 12 presenta una scanalatura 24 configurata per essere affacciata e comunicante con una delle scanalature 23.
Ciascuna bobina 20 à ̈ formata da una pluralità di conduttori elettrici 25 ciascuno dei quali à ̈ avvolto attorno a un dente 19. Nella fattispecie illustrata nella figura 3, i conduttori avvolti 25 attorno al dente 19 sono cinque.
I segmenti attivi 12 e 15 sono selettivamente estraibili dalla macchina elettrica rotante 4 nella direzione D1 e sono selettivamente inseribili nella macchina elettrica rotante 4 nella direzione opposta alla direzione D1.
Con riferimento alla figura 3, ciascun conduttore 25 ha una sezione trasversale sostanzialmente rettangolare e presenta una larghezza L1 (lato lungo) e un’altezza H1 (lato corto). Di fatto, la sezione trasversale del conduttore elettrico 25 differisce leggermente da un rettangolo per il fatto che ha gli spigoli smussati. Ciascun conduttore 25 comprende un nocciolo metallico 26, e un rivestimento isolante 27 disposto attorno al nocciolo metallico 26. In conduttore elettrico 25 à ̈ particolarmente rigido ed à ̈ in grado di assumere conformazioni diverse nella sua estensione in lunghezza a seguito di deformazione plastica. Generalmente, il conduttore elettrico 25 avente le caratteristiche tecniche descritte à ̈ definito “piattina†a causa della sua forma piatta.
Con riferimento alla figura 4, l’assieme formato dalla porzione di pacco di lamierini 17 che presenta un dente 19 e due cave 28 disposte da bande opposte del dente 19, e da una bobina 20 avvolta attorno al dente 19 e denominato gruppo attivo 29. La bobina 20 oltre a due porzioni parallele alloggiate all’interno delle cave 28 presenta due testate 30 disposte in corrispondenza delle estremità opposte del dente 19, e due estremità di collegamento 31.
I conduttori elettrici 25 sono incurvati di coltello (edgewise) attorno al dente 19 in corrispondenza delle testate 30. In maggiore dettaglio, i conduttori elettrici 25 sono avvolti attorno al dente 19 secondo uno schema di eliche concentriche o simil-eliche concentriche. In altre parole, un primo conduttore elettrico 25 à ̈ avvolto direttamente attorno a un dente 19 lungo un primo percorso elicoidale; un secondo conduttore elettrico 25 à ̈ avvolto direttamente attorno al primo conduttore elettrico 25 lungo un secondo percorso elicoidale. Gli ulteriori conduttori elettrici 25 sono avvolti secondo ulteriori schemi analoghi a quelli descritti con riferimento al primo e al secondo conduttore elettrico 25. In funzione, della posizione dei conduttori elettrici 25 all’interno delle cave 28, i conduttori elettrici 25 definiscono delle curve C1, C2, C3, C4, C5, le quali presentano raggi di curvatura crescenti a partire dal dente 19.
Con riferimento alla figura 5, ciascun dente 19 presenta un piano di simmetria S che sostanzialmente definisce anche il piano di simmetrica della bobina 20. Nella fattispecie in esame la larghezza L2 della cava 28 à ̈ sostanzialmente pari a un multiplo intero della larghezza L1 dei conduttori elettrici 25 o viceversa la larghezza L1 dei conduttori elettrici 25 à ̈ sostanzialmente pari a un sottomultiplo della larghezza L2 della cava 28. La larghezza L1 del conduttore elettrico à ̈ selezionata in modo che sia inferiore a un terzo della distanza D del conduttore elettrico 25 dal piano di simmetria S del dente 19.
Con riferimento alla figura 4, il rispetto di questa condizione permette di piegare di coltello (edgewise) il conduttore elettrico 25 per formare la Curva C1 e di conseguenza anche le curve C2, C3, C4, e C5 in corrispondenza delle testate 30, senza danneggiare il nocciolo metallico 26 e il rivestimento isolante 27 del conduttore elettrico 25 stesso (figura 3).
Nel caso in esame, per motivi di semplicità e razionalizzazione dei componenti tutti i conduttori elettrici L1 presentano la stessa larghezza L1 e in generale le stesse dimensioni. In questo modo, tutte le curve C1, C2, C3, C4, e C5 sono delle curve a U e le testate 30 risultano essere particolarmente raccolte, compatte e poco sporgenti.
Con riferimento alle 6 e 7, una preferita forma di realizzazione della presente invenzione prevede di impiegare conduttori elettrici 25 aventi la stessa altezza H1, ma larghezze diverse L1 e L3 con L3 maggiore di L1.
In linea generale, il principio seguito à ̈ quello di utilizzare conduttori elettrici 25 la cui larghezza cresce al crescere della distanza D dal piano di simmetria S del dente 19. In questo modo, il riempimento della cava 28 à ̈ realizzato con un numero minore di conduttori elettrici 25, nella fattispecie quattro conduttori anziché cinque come nella forma di attuazione delle figure 4 e 5.
Con riferimento alla figura 6, i quattro conduttori elettrici 25 formano in corrispondenza delle testate 30 e a partire dal dente 19, quattro curve C1, C2, C6 e C7 con raggi curvatura crescenti. La larghezza crescente del conduttore elettrico 25 in funzione della distanza dal dente 19 non à ̈ un requisito essenziale, ma à ̈ preferibile.
Risulta infine evidente che al gruppo attivo oggetto della presente invenzione possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore, il gruppo attivo (29) comprendendo una guida magnetica provvista di due cave (28) separate da un dente (19) avente un piano di simmetria (S); e una pluralità di conduttori elettici (25), ciascuno dei quali presenta una sezione trasversale di forma sostanzialmente rettangolare ed à ̈ avvolto ripetutamente attorno al dente (19) per riempire, almeno in parte, le cave (28) e formare due testate (30) in prossimità delle estremità opposte del dente (19); in cui la larghezza (L1; L3) di ciascun conduttore elettrico (25) à ̈ inferiore a un terzo della distanza (D) del conduttore elettrico (25) dal piano di simmetria del dente (19).
  2. 2. Gruppo attivo come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui tutti i conduttori elettrici disposti all’interno delle cave (28) presentano la stessa larghezza (L1).
  3. 3. Gruppo attivo come rivendicato nella rivendicazione 1 o 2, in cui ciascuna cava (28) presenta una larghezza (L2) sostanzialmente pari a un multiplo intero della larghezza (L1) dei conduttori elettrici (25).
  4. 4. Gruppo attivo come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui almeno alcuni conduttori elettrici (25) dei detti conduttori elettrici (25) presentano larghezze (L1; L3) diverse tra loro; i conduttori elettrici (25) di larghezza (L3) maggiore essendo disposti a una distanza maggiore dal piano di simmetria (S) del dente (19) rispetto ai conduttori elettrici (25) aventi una larghezza (L1) minore.
  5. 5. Gruppo attivo come rivendicato nella rivendicazione 4, in cui i conduttori elettrici (25) presentano rispettive larghezze (L1; L3) crescenti in funzione della distanza (D) dei conduttori elettrici (25) dal piano di simmetria (S) del dente (19).
  6. 6. Gruppo attivo come rivendicato nella rivendicazione 4 o 5, in cui ciascuna cava (28) presenta una larghezza (L2) sostanzialmente pari alla somma delle larghezze (L1; L3) di tutti i conduttori elettrici (25) alloggiati nella cava (28).
  7. 7. Gruppo attivo come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun conduttore elettrico (25) presenta un nocciolo metallico (26) e un rivestimento isolante (27) applicato al nocciolo metallico (26).
  8. 8. Gruppo attivo come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascuna testata (30) à ̈ formata da una pluralità di curve (C1, C2, C3, C4, C5; C1, C2, C6, C7) a U adiacenti dei conduttori elettrici (25).
  9. 9. Segmento attivo di una macchina elettrica rotante per un aerogeneratore, comprendente almeno un gruppo attivo (29) come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
  10. 10. Segmento attivo come rivendicato nella rivendicazione 9, e comprendente una faccia di riscontro (18) disposta dalla banda opposta al dente (19), e un elemento di bloccaggio (24) disposto lungo la faccia di riscontro (18).
  11. 11. Macchina elettrica rotante per aerogeneratore; la macchina elettrica rotante (4) essendo di tipo sincrono a magneti permanenti e comprendente uno statore (8) e un rotore (9) girevole attorno allo statore (8) attorno a un asse di rotazione (A); lo statore (8) comprendendo una struttura di supporto (10) di forma tubolare, una parte attiva (11) di forma tubolare montata sulla struttura di supporto, e una pluralità di gruppi attivi (29), i quali sono distribuiti attorno all’asse di rotazione (A) in modo da formare la detta parte attiva (11) e sono realizzati in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8; il rotore (9) comprendendo un’ulteriore struttura di supporto (13) di forma tubolare, un’ulteriore parte attiva (14) di forma tubolare montata sull’ulteriore struttura di supporto (13).
  12. 12. Aerogeneratore per la produzione di energia elettrica; l’aerogeneratore (1) comprendendo una struttura verticale (2) e un telaio principale (3) configurati per supportare in posizione sopraelevata una macchina elettrica rotante (4) come rivendicata nella rivendicazione 11.
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