MX2014014072A

MX2014014072A - Generador sincrono optimizado de instalacion eolica sin engranaje.

Info

Publication number: MX2014014072A
Application number: MX2014014072A
Authority: MX
Inventors: Wilko Gudewer; Jochen Röer
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2015-01-26
Also published as: CN104335461B; AU2013265355A1; NZ701757A; CA2872956A1; RU2625343C2; KR101719046B1; WO2013174852A3; MX353538B; WO2013174852A2; AU2013265355B2; TWI519710B; KR20150014980A; TW201408873A; RU2014151566A; CA2872956C; CL2014003139A1; CN104335461A; US20150180288A1; JP2015519033A; IN2014DN09761A

Abstract

La invención se refiere a un generador síncrono (301) de una instalación de energía eólica sin engranajes (100), que comprende un miembro de rotor exterior (304) y un estator (302), en donde el generador síncrono (301) presenta un diámetro exterior (344) del generador y el estator (302) presenta un diámetro exterior del estator, y una relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador es mayor de 0.86, en especial mayor de 0.9, y en especial mayor de 0.92.

Description

GENERADOR SINCRONO OPTIMIZADO DE INSTALACION EOLICA SIN ENGRANAJE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un generador síncrono para una instalación de energía eólica sin engranajes. Además, la invención se refiere a una instalación de energía eólica sin engranajes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las instalaciones de energía eólica son generalmente conocidas, generan energía eléctrica a partir de la energía del viento. A tal efecto se emplea usualmente una denominada instalación de energía eólica de eje horizontal, como se representa por ejemplo en la Figura 1. La misma presenta un rotor aerodinámico que, al ser accionado por el viento, rota alrededor de un eje esencialmente horizontal y, de esta manera, acciona un generador. Instalaciones de energía eólica especialmente confiables están diseñadas sin engranajes, de manera tal que el rotor aerodinámico está acoplado de manera directa al generador, principalmente, el rotor electrodinámico del generador. El rotor aerodinámico y el rotor electrodinámico, que en lo que sigue y a efectos de evitar malos entendidos llevarán la denominación de miembro de rotor rotan en este caso con la misma velocidad. A tal efecto, en todo caso para instalaciones de energía eólica que ef. 252251 involucran altos niveles de potencia, que en la actualidad se encuentran en el intervalo de los megavatios, son necesarios correspondientes generadores síncronos de gran tamaño constructivo, específicamente provistos de huelgos de aire de diámetros especialmente elevados. Dicho con otras palabras, el diámetro de los huelgos de aire se hace cada vez más grande y con ello aumenta el tamaño constructivo de los generadores síncronos, a medida que aumenta la potencia que ha de generar el generador síncrono.

Sin embargo, el tamaño de un generador no puede aumentarse arbitrariamente. En especial las condiciones de transporte sobre las carreteras públicas restringen el tamaño constructivo de un generador.

La instalación de energía eólica que en la actualidad es probablemente la de mayor potencia en el mundo, el E126 de ENERCON GmbH, presenta un huelgo de aire de 10 metros de diámetro y resuelve el problema del transporte subdividiendo en cada caso tanto el miembro del rotor como también el estator del generador en cuatro segmentos, que son ensamblados solamente en o cerca del lugar del montaje de la instalación energía eólica. Sin embargo, un procedimiento de este tipo puede ser muy laborioso y costoso y presupone precauciones especiales, a efecto de reducir los riesgos de errores, en especial de un lugar de separación. También sería deseable reducir la complejidad y el costo involucrados en el montaj e .

En la solicitud de prioridad, la Oficina de Patentes y Marcas Alemana ha investigado el siguiente estado de la técnica: DE 44 02 184 Al, DE 196 36 591 Al, DE 199 23 925 Al y DE 10 2004 018 758 Al.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de abordar por lo menos uno de los problemas mencionados en lo que precede. En especial, busca proponer un generador con la mayor potencia posible para una instalación de energía eólica sin engranajes que pueda ser transportada con la menor cantidad posible de problemas y que pueda ser instalada con la menor complicación y costos posibles durante el montaje de una instalación de energía eólica. La invención busca proponer al menos una solución alternativa.

De acuerdo con la invención se propone un generador síncrono de acuerdo con la reivindicación 1. Este generador síncrono para una instalación de energía eólica sin engranajes abarca un miembro de rotor exterior y un estator, alrededor del que rota el miembro de rotor exterior de acuerdo con la finalidad prevista. El generador síncrono tiene un diámetro exterior del generador y el estator tiene un diámetro exterior del estator. Se propone ahora diseñar el generador síncrono de manera tal que una relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador sea mayor de 0.86. De esta manera, se propone colocar el huelgo de aire de un generador síncrono para una instalación de energía eólica sin engranaje lo más lejos posible hacia afuera. Por lo tanto, el generador síncrono se diseña de manera tal que el huelgo de aire esté situado lo más exteriormente posible y que de manera correspondiente el miembro de rotor esté configurado con la mayor esbeltez posible, de manera tal que esta relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador sea superior a 0.86.

Al respecto cabe tener en cuenta que en el caso de un generador síncrono de tipo miembro de rotor exterior propuesto aquí, el diámetro exterior del estator sea básicamente corresponda al diámetro del huelgo de aire. En este caso, se parte fundamentalmente de una configuración básica adoptada que es una configuración cilindrica tanto para el estator como también para el miembro de rotor y en especial para el huelgo de aire. Si se desdeña el grosor del huelgo de aire, el diámetro del huelgo de aire coincide con el diámetro exterior del estator.

Se prefiere especialmente que el huelgo de aire sea trasladado lo más exteriormente posible de manera tal que la relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador sea superior a 0.9. Es más preferible que se diseñe el generador síncrono de manera tal que la relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador sea superior a 0.92.

Ya la sola utilización propuesta de un miembro de rotor externo posibilita una relación favorable de este tipo. Debido al diseño involucrado más específicamente, los polos del miembro de rotor o bien en su configuración física actual, las zapatas polares del miembro de rotor con los correspondientes arrollamientos de excitación, si se emplea un generador síncrono de excitación externa, puede reducirse en su extensión radial, diseñándoselos con dimensiones muy reducidas. De esta manera, es posible trasladar el huelgo de aire lo más lejos posible hacia afuera. Al mismo tiempo y de esta manera, el estator obtiene lugar para configurar de manera ventajosa los arrollamientos del estator. Es posible utilizar un espacio adicional en el interior del estator, cómo también se explica en lo que sigue mediante algunas modalidades a manera de ejemplo.

De acuerdo con una modalidad, se propone que el estator presente una estructura de soporte radial que se extienda radialmente hacia el interior y que está preparada para su fijación en un soporte de montaje axial que se extiende axialmente a través del estator. De esta manera, se aprovecha de manera ventajosa el espacio en el interior del estator, para lograr un diseño estable del estator. A tal efecto el diseño subyacente involucra un montaje de muñón de eje, que después de la apropiada instalación del generador se extiende céntricamente a través del estator. Tal Un montaje axial es un elemento estable, en especial de forma tubular, que está fijado firmemente en un porta-máquina y que puede ser, por ejemplo, una pieza de fundición de hierro. De esta manera, la estructura de soporte se extiende desde el ensamble de laminación del estator, que lleva el arrollamiento del estator, esencialmente desde el huelgo de aire de forma radial hacia el interior hacia tal montaje axial, en la que puede ser fijada firmemente mediante una correspondiente brida anular.

De manera ventajosa, se propone que el estator presente canales de refrigeración radiales y axiales. Los canales de refrigeración radiales han sido provistos para el aporte radial de aire de refrigeración hacia el estator, principalmente y en especial hacia el ensamble de laminación del estator. Los canales de refrigeración axiales conducen luego el aire de refrigeración radialmente aportado para la refrigeración del estator, a lo largo del éste, en especial a través del ensamble de laminación del estator y/o entre los polos del miembro de rotor. En especial, el aire de refrigeración, que es introducido radialmente en cantidad suficiente, se divide para su guiado axial, principalmente en una dirección hacia delante, que bajo una operación de acuerdo con la finalidad prevista de la instalación de energía eólica está orientada en contra del viento, y en una dirección hacia atrás, es decir esencialmente en la dirección del viento.

También de esa manera, se aprovecha de manera ventajosa el lugar en el interior del estator. Al respecto, la utilización de este espacio permite un aporte de un gran volumen de aire de refrigeración. Si éste se divide seguidamente en una dirección hacia adelante y hacia atrás, fluye de manera correspondiente desde un lugar de división de este tipo sobre solamente la mitad de la longitud del estator, con relación a la dirección axial. De manera correspondiente, es posible refrigerar bien el estator, y se evitan recorridos de refrigeración prolongados en los que el aire de refrigeración, cuando llega al final de una trayectoria de ref igeración de este tipo, ya se habrá calentado en grado tal que su capacidad de refrigeración habrá decaído de forma considerable.

Además es favorable introducir aire de refrigeración radialmente sobre la totalidad de la extensión axial del estator. De esta manera, los canales de refrigeración axiales adoptan un ancho correspondiente a la longitud del estator. De esta forma, se posibilita una corriente de refrigeración de gran volumen para este aporte radial, lo que permite evitar pérdidas de flujo del aire de refrigeración.

También es favorable configurar la estructura de soporte radial de manera tal que en este caso la misma proporcione los canales de refrigeración radiales. Gracias a ello es fundamentalmente posible utilizar la totalidad del espacio situado dentro del estator para el aporte del aire de refrigeración. A tal efecto, la estructura de soporte puede presentar unas cuantas placas de soporte que esencialmente se extienden en dirección radial. Es preferible utilizar placas de las que algunas se extienden radial y axialmente y otras se extienden radial y transversalmente con respecto a un eje longitudinal, principalmente el eje de rotación del generador síncrono. Estas placas pueden estar yuxtapuestas de manera tal que pueden soportar con seguridad el estator, específicamente y en especial el ensamble de laminación del estator, y al mismo tiempo conducir aire de refrigeración radialmente en la dirección hacia el ensamble de laminación del estator. Si en su conjunto el diseño ha sido concebido de manera tal que el espacio interior en el estator se encuentra esencialmente disponible para esta introducción radial del aire de refrigeración, es posible asegurar una corriente de aire de refrigeración de gran volumen, que a tal efecto adquiere una reducida velocidad de flujo del aire de refrigeración y que de manera correspondiente a las características aerodinámicas de los canales de refrigeración solamente ha de satisfacer unos pocos requisitos.

De acuerdo con otra configuración, se propone que el generador síncrono esté encapsulado. En especial, se propone que el miembro de rotor exterior del generador síncrono esté encapsulado. De esta manera, puede lograrse una forma constructiva compacta, que también puede ser manipulada de manera ventajosa para su transporte. Gracias a un diseño ventajoso de manera tal que el huelgo de aire sea trasladado lo más lejos radialmente hacia afuera, es posible lograr una elevación de la potencia del generador sin elevar sus dimensiones externas. De este modo, es posible aumentar la potencia sin aumentar las dimensiones globales del generador, de manera tal que el mismo pueda ser transportado, posiblemente en una sola pieza, desde un taller de fabricación hacia el lugar de su montaje. De esta manera, una construcción encapsulada ya puede lograrse en el taller de fabricación, y es posible transportar de manera ventajosa el generador en forma encapsulada. De esta manera, se facilita la construcción global de la instalación.

En especial, a tal efecto puede el miembro de rotor, específicamente el miembro de rotor exterior, presentar una campana de miembro de rotor, que específicamente rodea el miembro de rotor a modo de una campana. A este respecto, para el mantenimiento del generador síncrono se proporcionan a tal efecto aberturas de inspección en la campana de miembro de rotor. Tales aberturas de inspección son aberturas que pueden ser abiertas en especial también en un lado frontal de la campana de miembro de rotor, a efectos de verificar el estado del generador síncrono y eventualmente llevar a cabo pequeñas reparaciones o similares.

Es preferible que el generador síncrono tenga una excitación independiente. El miembro de rotor, principalmente, el miembro de rotor exterior, presenta con ello varios polos de miembro de rotor con arrollamientos de excitación, por medio de los cuales se controla una corriente para excitar los polos de miembro de rotor y con ello el miembro de rotor. Estos polos del miembro de rotor están configurados en especial como zapatas polares o como cuerpos de zapata polares con arrollamiento de excitación, que son soportados en un anillo portante del miembro de rotor. De esta manera, este diseño se adapta al montaje de manera tal de ser especialmente esbelto, y de manera de presentar en dirección radial un espesor lo más reducido posible. Gracias a ello, es posible trasladar el huelgo de aire lo más lejos radialmente hacia el exterior.

Es preferible que el generador síncrono esté configurado como generador anular. La expresión generador anular describe una forma constructiva de un generador, en la que la región magnéticamente efectiva está dispuesta esencialmente sobre una región anular concéntricamente alrededor del eje de rotación del generador. En especial, la región magnéticamente efectiva, principalmente del miembro de rotor y del estator, sólo está dispuesta en el cuarto radialmente exterior del generador. Gracias a esta configuración como generador anular se crea también la posibilidad de trasladar el huelgo de aire lo más lejos posible radialmente hacia afuera, o bien se simplifica este traslado.

De manera ventajosa, se propone un generador síncrono de operación lenta, que presente por lo menos 48 polos de estator. Con ello es posible generar una corriente alterna con una frecuencia comparativamente elevada, aún con un bajo número de revoluciones. De manera correspondiente, se propone de manera preferible proveer por lo menos 72 polos de estator, siendo todavía más preferible utilizar una cantidad mayor de polos de estator, en especial por lo menos 192 polos de estator.

Además, es favorable configurar el generador síncrono como generador de seis fases, principalmente como un generador con dos sistemas de tres fases, que en especial están desplazados entre sí en aproximadamente 30 grados. Una configuración de este tipo es especialmente ventajosa para generar una corriente de seis fases, y por ello es bien adecuada para la rectificación, y que en principio causa una reducida formación de ondas armónicas durante la rectificación .

Además, se propone proveer un arrollamiento continuo para el estator, principalmente y en especial una línea continua, o sistema de líneas continuas para cada fase. En el caso del generador de seis fases, es decir en el caso de dos veces tres fases, correspondería por lo tanto colocar en total sistemas de seis líneas. La colocación de tales sistemas de seis líneas sin interrupción en la totalidad del estator, que preferiblemente puede presentar un diámetro exterior de 4.5 m, es sumamente laboriosa y costosa, pero conduce a un estator muy fiable y con ello de manera correspondiente a un generador fiable, por cuanto se prescinde de lugares de unión que en caso contrario podrían soltarse durante la operación del generador.

De acuerdo con otra modalidad, se propone que el estator sea llevado sobre un montaje axial, en especial sobre un montaje de muñón de eje. Este montaje axial, en especial montaje de muñón de eje, se extiende axialmente a través del estator y del miembro de rotor exterior, principalmente centralmente a lo largo del eje de rotación del miembro de rotor exterior y con ello simultáneamente, del eje central del estator. Además y de manera preferible, el miembro de rotor exterior se apoya sobre un primer cojinete y un segundo cojinete asociados con tal montaje, en donde ambos cojinetes están dispuestos en dirección axial en uno de los lados del estator, en especial de manera tal que uno de los cojinetes está dispuesto en dirección axial entre el otro cojinete y el estator. De esta manera, el miembro de rotor está soportado por estos dos cojinetes, de manera tal que está dispuesto libremente apoyado en la región del estator.

Dicho con otras palabras, el estator está fijado firmemente en la base por medio de estos dos cojinetes, separados axialmente entre sí, de manera tal que el miembro de rotor recubre el estator y es llevado y está soportado en un lado del estator, sobre ambos cojinetes. De ello resulta un diseño sumamente estable y por ello comparativamente fácil de montar. La utilización de dos cojinetes, principalmente ambos en un lado del estator, es especialmente adecuada para absorber las fuerzas de vuelco que pueden ser introducidas en especial por una carga del viento sobre las palas de rotor por medio de un cubo de rotor hacia el miembro de rotor exterior. Cabe observar que uno de los cojinetes o ambos, también puede estar dispuestos separados a una distancia mayor con respecto a una fijación del estator sobre el montaje o un muñón de eje. Una distancia lo más grande posible entre ambos cojinetes tiene también la capacidad de absorber fuerzas de vuelco.

De manera ventajosa, se propone un generador síncrono que se caracteriza porque se ha provisto por lo menos un soplador (309) , en especial en la estructura de soporte del estator, a efectos de soplar aire de refrigeración a través del ensamble de laminación estatórico (658) radialmente hacia afuera. De esta manera, la corriente de aire está intencionalmente orientada hacia afuera y puede por de pronto refrigerar el estator.

De acuerdo con otra modalidad se propone que el miembro de rotor exterior presente aberturas de refrigeración hacia el huelgo de aire, de manera tal que una parte del aire de refrigeración fluya continuando desde el huelgo de aire (206) hacia afuera a través del miembro de rotor exterior (304) y entre polos de miembro de rotor, en especial zapatas polares de miembro de rotor (32A) del miembro de rotor exterior a lo largo de arrollamientos de excitación del miembro de rotor exterior, a efectos de así refrigerar las zapatas polares del miembro de rotor, en especial sus arrollamiento de excitación.

De esta manera, se propone por lo menos de acuerdo con una modalidad preferida un generador síncrono de gran tamaño, de operación lenta, que presenta un rotor de excitación exterior separado. Se refrigera selectivamente mediante por lo menos un soplador en la estructura de soporte de su estator. En este caso, el aire de refrigeración es soplado desde el soplador radialmente hacia afuera, es decir se lo presiona hacia afuera y de esta manera enfría por de pronto el estator, en especial el ensamble de laminación estatórico, a través del cual el aire de refrigeración fluye hacia afuera hacia el huelgo de aire. Con ello el aire de refrigeración sigue fluyendo a través del huelgo de aire y refrigera con ello el estator y el miembro de rotor exterior. Además, una parte del aire de refrigeración, que entretanto se habrá calentado por lo menos un poco, fluye a través de aberturas en el miembro de rotor, hacia afuera. De esta manera, es posible llegar a los arrollamientos de excitación del miembro de rotor exterior y refrigerarlos, que por lo demás no están en contacto directo con el huelgo de aire.

Gracias al diseño de este generador sin engranajes, de excitación externa separada, de operación lenta, como miembro de rotor exterior es posible lograr una refrigeración de este tipo también del miembro de rotor exterior. El diseño de miembro de rotor exterior crea también en la región de las zapatas polares del miembro de rotor un espacio intermedio, que posibilita una refrigeración de este tipo.

Es preferible que el generador síncrono esté diseñado y dimensionado de manera tal que el diámetro exterior del estator sea de por lo menos 4.4 m, con preferencia, de por lo menos 4.5 m y en especial de por lo menos 4.6 m, en especial para un generador que tenga un diámetro exterior de 5 m. Con ello se propone un generador síncrono que con un diámetro exterior de 5 m todavía permita su transporte sobre carreteras públicas y que junto con esto presente tenga un estator con un diámetro lo más grande posible y que por ello pueda presentar una potencia nominal lo más elevada posible.

Además, se propone una instalación de energía eólica que presente un generador síncrono de acuerdo con por lo menos una de las modalidades anteriormente descritas.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Seguidamente se explica con mayor detenimiento la invención a título de ejemplo y con ayuda de modalidades, haciéndose referencia a las figuras adjuntas.

La Figura 1 muestra una instalación de energía eólica, en una vista en perspectiva.

La Figura 2 muestra un generador de tipo miembro de rotor interior, en una vista en corte lateral.

La Figura 3 muestra un generador de tipo miembro de rotor exterior, en una vista en corte lateral.

La Figura 4 muestra un generador similar al de la Figura 3, en una vista en perspectiva.

La Figura 5 muestra un generador de acuerdo con la Figura 4, en otra vista en perspectiva.

La Figura 6 muestra un generador de acuerdo con la invención de acuerdo con otra modalidad, en una vista en perspectiva .

La Figura 7 muestra el generador de la Figura 6 en perspectiva, en una vista en corte.

La Figura 8 muestra el generador de acuerdo con la Figura 7, en otra vista.

La Figura 9 muestra esquemáticamente una porción de un generador en escala alargada.

La Figura 10 muestra esquemáticamente porción de un generador en escala alargada.

La Figura 11 muestra esquemáticamente una porción de un rotor de un miembro de rotor exterior con una porción de un rotor de un miembro de rotor interior, y La Figura 12 muestra esquemáticamente en una vista en corte lateral, un generador fijado a una estructura de soporte .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La Figura 1 muestra una instalación de energía eólica 100 con una torre 102 y una góndola 104. En la góndola 104 se halla dispuesto un rotor 106 con tres palas de rotor 108 y un cono de hélice 110. En operación, el rotor 106 es puesto en un movimiento de rotación por el viento y, de esta manera, acciona un generador situado en la góndola 104.

La Figura 2 muestra un generador 201 de tipo miembro de rotor interior y con ello un estator situado exteriormente 202 y un miembro de rotor 204 situado interiormente. Entre el estator 202 y el miembro de rotor 204 se encuentra el huelgo de aire 206. El estator 202 es soportado por medio de una campana de estator 208 sobre un porta-estator 210. El estator 202 presenta ensambles de laminación 212 que alojan arrollamientos de los que se muestran los cabezales de arrollamiento 214. Los cabezales de arrollamiento 204 muestran esencialmente los alambres de arrollamiento que salen de una ranura del estator y que desde allí se han introducido en la siguiente ranura del estator. Los ensambles de laminación 212 del estator 202 están fijados en un anillo de soporte 216, que también puede ser considerado como parte del estator 202. Por medio de este anillo de soporte 216 el estator 202 está fijado a una brida o reborde de estator 218 de la campana de estator 208. Por arriba de esto la campana de estator 208 lleva el estator 202. Además de ello la campana de estator 208 puede estar provista de sopladores para refrigeración, dispuestos en la campana de estator 208. Por medio de ello es posible introducir aire bajo presión para refrigerar también a través del huelgo de aire 206, a efectos de refrigerar así la región del huelgo de aire.

La Figura 2 muestra además el contorno exterior 220 del generador 201. Desde el mismo sobresalen solamente orejas 222 para el manipuleo, lo que sin embargo no presenta problemas ya que tales orejas no se encuentran presentes en la totalidad del contorno.

En el porta-estator 210 se empalma un muñón de eje 224 que sólo se ha representado parcialmente. Sobre este muñón de eje 224 se halla apoyado el miembro de rotor 204 por medio de dos cojinetes de miembro de rotor 226, de los que se ha representado uno sólo. A tal efecto, el miembro de rotor 204 está fijado en una sección de cubo 228, que también está unida a las palas de rotor del rotor aerodinámico, de manera tal que al ser movidas las palas de rotor por el viento pueden hacer rotar el miembro de rotor 204 por medio de esta sección de cubo 228.

En este caso, el miembro de rotor 204 presenta cuerpos de zapata polar con arrollamientos de excitación 230. Hacia el huelgo de aire 206, en los arrollamientos de excitación 230 todavía puede reconocerse una parte de la zapata polar 332. Hacia el lado alejado con respecto al huelgo de aire 206, es decir hacia adentro, la zapata polar 232 con el arrollamiento de excitación que soporta, está fijada a un anillo de soporte 234 del miembro de rotor que a su vez, este anillo está fijado por medio de un portador 236 del miembro de rotor a la sección de cubo 228. El anillo de soporte 234 del miembro de rotor es fundamentalmente una porción sólida continua en forma de configuración cilindrica.

El portador 236 del miembro de rotor presenta una pluralidad de refuerzos .

En la Figura 2 puede reconocerse que la extensión radial del mieAbro de rotor 204, principalmente desde anillo de soport e 234 del miembro de rotor hacia el huelgo de aire 206, es mcmifiestamente más pequeña que la extensión radial del estabor 202, principalmente desde el huelgo de aire 206 hacia e L perímetro exterior 220.

Además la Figura muestra una longitud de separación o distancia 238, que describe aproximadamente una distancia o separación media| de un montaje del miembro de rotor 250 con respecto a un montaje del estator 252. La longitud de separación 238 és una medida de la influencia del huelgo de aire en el diseio del generador, debida a fuerzas externas. En el caso de este generador de acuerdo con la Figura 2, esta longitud de separación axial es relativamente grande y muestra con ello que es necesario un diseño muy rígido de estator y miembro de rotor, a efectos de asegurar una separación unifojrme entre el estator y el miembro de rotor también bajo cori.diciones de operación.

El ger.erador 301 de la Figura 3 es de tipo miembro de rotor exterior. De manera correspondiente, el estator 302 está situado interiormente y el miembro de rotor 304 está situado exteriormente . El estator 302 está soportado por una construcción central porta-estator 308 sobre el porta-estator 310. Para la refrigeración, en la construcción del porta-estator, 308, S2 muestra un soplador 309. De esta manera, el estator 312 está soportado céntricamente, lo que puede elevar considerablemente la estabilidad. Además, puede ser refrigerado desde el interior por medio del soplador 309 que de manera característica representa otros sopladores. En este diseño el estator 302 es accesible desde su interior. Por medio del soplador se introduce bajo presión aire de refrigeración hacia el exterior.

El miembro de rotor 304 presenta un anillo de soporte 334 del miembro de rotor, situado exteriormente , que está fijado sobre un portador 336 del miembro de rotor, que también puede llevar la designación de campana 336 del miembro de rotor, y que es llevado por el mismo o bien los mismos sobre la sección de cubo 328 que, a su vez, y por medio de dos cojinetes de miembro de rotor, de los que se muestra un cojinete 326 de miembro de rotor, está apoyado sobre muñón de eje 324.

Debido a la disposición intercambiada, del estator 302 y del miembro de rotor 304, resulta un huelgo de aire 306, que presenta un diámetro más grande que el huelgo de aire 206 de la Figura 2 del generador 201 de tipo miembro de rotor interior.

La Figura 3 muestra además una disposición favorable de un freno 340 que en caso de necesidad y por medio de un disco de freno 342 asociado con el miembro de rotor 304 puede inmovilizar el miembro de rotor 304.

En la Figura 3 se muestra también una longitud axial 338 del portador, que también describe una separación o distancia media entre un montaje del miembro de rotor 350 y un montaje de estator 352. En este caso, esta distancia de separación 338 está manifiestamente disminuida con respecto a la longitud de separación axial 238, que se ha mostrado en el generador de tipo miembro de rotor interno de la Figura 2. También la longitud de separación axial 238 de la Figura 2 da una distancia o separación media entre ambas construcciones de soporte para el estator 202 por una parte y el miembro de rotor 204 por otra parte. Cuanto más pequeña sea una longitud de soporte axial de este tipo 238 o bien 338, tanto más elevada será la estabilidad que puede lograrse para el huelgo de aire, en especial también una estabilidad contra vuelco entre estator y miembro de rotor.

En ambos generadores mostrados en las Figuras 2 y 3, los diámetros exteriores 334 del contorno exterior 320 son idénticos. El contorno exterior 201 del generador de la Figura 2 presenta por lo tanto también el diámetro exterior 344. A pesar de tener diámetros exteriores 344 iguales, en el caso del diseño de la Figura 3, que muestra el generador 301 del tipo miembro de rotor exterior, es posible obtener un huelgo de aire de mayor diámetro para el huelgo de aire 306 que para el huelgo de aire 206 de la Figura 2.

En la representación en perspectiva de la Figura 4, puede reconocerse la composición fundamental de un generador encapsulado 401 de acuerdo con la invención. En la Figura 4 puede reconocerse además un porta-estator, 410, en especial su brida o reborde. Este porta-estator 401 lleva el estator. La brida de estator 405 mostrada está prevista para su fijación en un porta-máquina, que específicamente está dispuesto en una góndola de una instalación de energía eólica, de acuerdo con la finalidad prevista. El porta-estator 410 lleva el estator del generador 401 y también lleva la denominación de montaje de muñón de eje, por cuanto este montaje de muñón de eje está fijado en uno de sus lados principalmente la brida de portador 450 en el porta-máquina y en su otro lado, no mostrado en la Figura 4, firmemente con un muñón de eje. Un muñón de eje de este tipo lleva o soporta el rotor aerodinámico.

El porta-estator 410 o bien el montaje de muñón de eje 410 puede considerarse como parte del generador 401.

En la Figura 4, se muestran también frenos 440 que también marcan la transición desde el miembro de rotor exterior 404 hacia el estator 402 situados interiormente. En este caso, los frenos están fijados en un disco de anillo de estator 446 y desde allí pueden frenar el miembro de rotor 404 en su disco de frenado 442. El disco de anillo de estator 446 está esencialmente fijado en la brida de portador 450.

En la Figura 5, se muestra otra vista del generador 401, que esencialmente demuestra un miembro de rotor encapsulado 404. En la vista en perspectiva de la Figura 5 puede reconocerse además del porta-estator 410 o bien montaje de muñón de eje 410 una brida de muñón de eje 452, en el que de acuerdo con el destino se monta un muñón de eje. Esto da a entender también que el montaje de muñón de eje 401 o bien el porta-estator 410 pueden considerarse como parte del generador 401, lo que por lo demás no rige solamente para esta modalidad, por cuanto en las Figuras 4 y 5 se pone de manifiesto que en todo caso el generador 410 forma conjuntamente con este porta-estator 410 un dispositivo claramente prefijado desde el punto de vista espacial.

La Figura 6 muestra un generador 601, que está compuesto de manera similar al generador 401 y al generador 301. Con respecto al generador 401 de las Figuras 4 y 5, este generador 601 se diferencia esencialmente en el hecho de que no se ha representado un porta-estator ni un montaje de muñón de eje, por lo que no interesa la representación. Además, en la Figura 6 se muestra una abertura de inspección 656, a través de la cual puede observarse visualmente el miembro de rotor 604 a efectos de poder emprender cualquiera tarea de mantenimiento o de verificación del miembro de rotor 604.

Además el estator 602 también puede ser al menos parcialmente examinado y evaluado por medio de esa abertura de inspección 656. La abertura de inspección 656 se muestra para propósitos ilustrativos en la figura 6, sin embargo, si se requiere y teniendo en cuenta la estabilidad restante de la encapsulación mostrada del miembro de motor 604 también es preferible que se proporcionen más aberturas de inspección 606. Para examinar y evaluar sólo el estator 602, una abertura de inspección 656 puede bastar, la cual según se requiera se puede cambiar a la ubicación correspondiente del estator 602. Sin embargo, para examinar el miembro de rotor 604, podría ser ventajoso proporcional una pluralidad de las aberturas de inspección 656.

La representación de la Figura 7 pone de manifiesto una parte del conjunto del estator 602 situado interiormente. El estator presenta un ensamble de laminación de estator 658 que está provisto de arrollamientos, como que se indica mediante los cabezales de arrollamientos 660. En dirección hacia el eje de rotación, el estator 602 presenta una estructura de soporte radial 662. La estructura de soporte radial 662 abarca esencialmente dos placas de guía radiales, que se extienden radialmente hacia afuera y que, en este caso, están dispuestas normalmente con respecto al eje de rotación del generador 601. Estas placas de guía radiales 664 pueden ser fijadas en el estator 602, en especial al ensamble de laminación del estator 658 con sus arrollamientos, en un porta-estator o bien sobre un montaje de muñón de eje, como se muestra por ejemplo en la Figura 4 mediante el número de referencia 410. Al mismo tiempo, las placas guía 664 pueden conducir aire en calidad de aire de refrigeración hacia ensamble de laminación de estator 658.

Con ello es posible enfriar el ensamble de laminación de estator 658 y también los arrollamientos en el ensamble de laminación de estator 658, que se han indicado mediante los cabezales de arrollamientos 660. En dirección radial hacia el exterior se empalma al ensamble de laminación de estator 658 el miembro de rotor 604 con sus zapatas polares 632. Entre el ensamble de laminación de estator 658 y las zapatas polares 632 se ha configurado un huelgo de aire 606, que en la Figura 7 solamente puede reconocerse en forma de una línea.

En la vista en perspectiva de la Figura 8, cabe reconocer igualmente el conjunto del estator 602 con su estructura de soporte radial 662 con ambas placas guía radiales 664. En este caso, es posible reconocer otras aberturas de inspección 656', que también han sido previstos para la inspección y mantenimiento tanto del estator 602 como también del miembro de rotor 604. En este caso, estas aberturas de inspección 656' están dispuestas en una placa de rotor radial 666 y permiten echar un vistazo sobre las zapatas polares 632 del miembro de rotor y en especial sobre los cabezales de arrollamiento 660 situados en el lado del porta-máquina .

Al respecto, la placa de rotor radial 666 está configurada de manera tal que todavía es posible llevar un disco de frenado 642.

Las Figuras 9 y 10 permiten observar en una porción las corrientes de refrigeración de diferentes tipos de generador, principalmente un generador 901 del tipo miembro de rotor interior en la Figura 9 y un generador 1001 de tipo miembro de rotor exterior en la Figura 10. La porción de la Figura 9 coincide aproximadamente con la porción de un generador 201 de la Figura 2, mientras que en la Figura 9 se muestra una modalidad un tanto distinta. La porción de la Figura 10 coincide aproximadamente con la porción de un generador 301, mostrado en la Figura 3, mientras que la Figura 10 muestra una modalidad un tanto diferente.

De acuerdo con la Figura 9, las corrientes de refrigeración radial 970 fluyen esencialmente en ambos lados - referido a la representación de la Figura 9, del miembro de rotor 904 hacia afuera hasta llegar al ensamble de laminación de estator 958 y hacia los cabezales de arrollamiento 960. Se forma una corriente de refrigeración axial 972 en una sola dirección y por lo tanto ha de refrigerar por completo tanto el ensamble de laminación de estator 958 como también las zapatas polares de miembro de rotor 932 en la dirección axial. De esta manera, la trayectoria de enfriamiento es relativamente prolongada y tiene lugar un aporte de aire de refrigeración esencialmente por medio de una de las corrientes de refrigeración radiales 970.

El generador 1001 de tipo miembro de rotor exterior conduce, por medio de las corrientes de refrigeración radiales 1070, fundamentalmente sobre la totalidad del ancho del estator 1002, el aire de refrigeración radialmente hacia el ensamble de laminación de estator 1058 y desde allí eventualmente más allá mediante canales de refrigeración no mostrados, hacia las zapatas polares de miembro de rotor, 1032. El aire de refrigeración puede refrigerar en dos direcciones como corriente de refrigeración axial 1072 el miembro de rotor 1004 y el estator 1002. De esta manera, es posible hacer llegar mucho aire de ref igeración, principalmente sobre la totalidad del ancho del estator 1002 -referido a la representación de la Figura 10- o bien sobre la totalidad de la longitud axial del estator 1002. En este caso, el aire de refrigeración aportado radialmente de las corrientes de refrigeración radial 1070 puede dividirse cuando llega aproximadamente el huelgo de aire 1006, de manera tal que en cada caso solamente sea necesario refrigerar el estator 1002 y el miembro de rotor 1004 axialmente hasta la mitad de una corriente de refrigeración. De esta manera, se reduce a la mitad el tramo de calentamiento de la correspondiente corriente de refrigeración .

La comparación entre las Figuras 9 y 10 permite observar también la posición y el requerimiento de espacio de los cabezales de arrollamiento de estator 960 del generador 901 de la Figura 9 para el caso de un miembro de rotor interior, por una parte y de los cabezales de arrollamiento de estator 1060 del generador 1001 de la Figura 10 para el miembro de rotor exterior, por otra parte.

Las corrientes de refrigeración 1070 o bien 1072 radiales y axiales, mostradas en la Figura 10, pueden generarse por ejemplo mediante un soplador, tal como por ejemplo el soplador 309, mostrado en el generador 301 de la Figura 3. Un soplador de este tipo, del cual también es posible proveer varios, puede presionar por ejemplo aire de refrigeración entre ambas placas de guía radiales 1064, de manera tal que el aire de refrigeración entre ambas placas de guía radiales 1064 es guiado hacia afuera. Por otra parte, mediante otro aporte de aire de refrigeración hacia el estator puede resultar una corriente de refrigeración en dirección radial. Cuando la corriente de refrigeración llega al ensamble de laminación de estator 1058 o a las zapatas polares 1032, o bien esencialmente en la región del huelgo de aire 1006, es posible desviarla en corriente axial. Para continuar el flujo del aire de refrigeración radial 1070 a través del estator 1002 es posible proveer correspondientes canales de refrigeración distribuidos sobre el ensamble de laminación de estator 1058. El aire de refrigeración puede fluir esencialmente en dirección axial entre las zapatas polares 1032 a lo largo de éstas, y también fluir axialmente a través del huelgo de aire 1006. Un flujo parcialmente axial de aire de refrigeración es también posible en algunas partes del ensamble de laminación de estator 1058, principalmente específicamente en las ranuras de arrollamiento, en la medida en que los arrollamientos ahí situados hayan dejado un espacio libre, por ejemplo por medio de canales de refrigeración que están situados en los arrollamientos. Puede tener lugar otro recorrido de aire de refrigeración por medio de canales que se extienden dentro del ensamble de laminación. Aparte de lo mencionado, se señala que las corrientes de refrigeración radiales 1070 y las corrientes de corriente de refrigeración axiales 1072, representadas mediante flechas, deben entenderse como una representación esquemática. Una parte del aire de refrigeración puede fluir desde el huelgo de aire 1006 a través de aberturas en el miembro de rotor 1004, específicamente en el miembro de rotor exterior 1004 radialmente hacia afuera, y con ello refrigerar mejor el miembro de rotor exterior 1004, no habiéndose marcado estas corrientes parciales en la Figura 10.

La Figura 11 es una representación esquemática que en una porción muestra las zapatas polares 32A de un miembro de rotor exterior 4A conjuntamente con las zapatas polares 32B conjuntamente en una representación. La disposición mostrada en este conjunto no forma parte de una máquina en funcionamiento.

En cambio, la Figura 11 debería poner de manifiesto la diferencia entre la disposición de zapatas polares de un miembro de rotor exterior 4A de un generador síncrono de excitación externa y la disposición de zapatas polares de un miembro de rotor interior 4B de un generador síncrono. La Figura 11 muestra también un huelgo de aire 6AB a título de orientación. El miembro de rotor interior 4B se extiende desde el huelgo de aire 6AB hacia el interior, con la consecuencia de que las zapata polares 32B se reducen desde el huelgo de aire 6AB . En este caso, los espacios intermedios 48B se reducen y las zapatas polares 32B concurren fundamentalmente entre sí. Con ello se restringe el espacio de arrollamiento de las zapatas polares 32B, y también se reduce el espacio para cualesquiera corrientes de refrigeración. Se llama la atención sobre el hecho de que la Figura 11 es una representación en vista axial, es decir es una vista a lo largo del eje de rotación.

Por otra parte, las zapatas polares 32A del miembro de rotor exterior 4A divergen entre sí radialmente hacia afuera. De manera correspondiente se origina mucho espacio intermedio 48A entre las zapatas polares 32A. Este efecto también puede utilizarse de manera constructiva y es posible reducir la extensión radial de las zapatas polares del miembro de rotor y con ello fundamentalmente la extensión radial del miembro de rotor. Esto representa una posible medida -fundamental para todas las modalidades inventivas-para desplazar el huelgo de aire lo más posible hacia afuera, a fin de, con un tamaño constructivo dado, en especial con un diámetro exterior del generador dado, elevar o bien optimizar más aún su capacidad de potencia.

La representación del miembro de rotor exterior 4A de la Figura 11, muestra los espacios intermedios 48A, para las cuales también se propone utilizarlos para el guiado del aire de refrigeración.

La Figura 12 muestra esquemáticamente un generador de una modalidad en estado instalado. En este caso, se ha previsto un porta-máquina 1209 en el que está fijado un porta-estator 210 en el que nuevamente se halla fijado un muñón de eje 1224. El estator 1202 del generador 1201 está fijado en el porta-estator 1210. Por lo tanto, el porta-máquina 1209, el porta-estator 1210, el muñón de eje 1224 y el estator 1202, están unidos en forma de un elemento rígido y fijo, a excepción de la posibilidad de un ajuste azimutal de la totalidad de la construcción representada.

El miembro de rotor situado exteriormente 1204 está fijado a un cubo de rotor 1228 por medio de un porta-rotor 1236. La sección de un cubo 1228 está apoyada de manera de poder rotar sobre el muñón de eje 1224 por medio del primero y segundo cojinetes 1226 o bien 1227. Gracias a la gran separación axial entre el primero y segundo cojinetes de rotor 1226 y 1227, resulta una elevada estabilidad del miembro de rotor 1204 contra el vuelco.

La Figura también muestra una distancia de separación axial "e" , que se corresponde a la distancia de separación 338 de la Figura 3. La misma describe una separación media en dirección axial entre el porta-rotor 1236 y un montaje de estator 1252. Mediante la provisión de un generador de miembro de rotor exterior y con ello de un estator situado interiormente 1202, es posible fijar el estator 1202, visto en dirección radial, céntricamente sobre el porta-estator 1210, de manera tal que la longitud de separación mostrada "e" es relativamente pequeña. Juntamente con la gran distancia y la estabilidad resultante de ello contra el vuelco, puede lograrse una estructura especialmente estable.

El miembro de rotor 1204 presenta un disco de freno circundante 1242, que estando el miembro de rotor 1204 en operación, gira conjuntamente con el mismo. Para el frenado o bien inmovilización se ha previsto de manera correspondiente un freno 1240.

Además, en la Figura 12, puede reconocerse que se dispone de mucho espacio para hacer llegar un flujo de medio de refrigeración, en especial aire de refrigeración, desde el interior hacia el estator 1202. Entre otros, un medio de refrigeración de este tipo puede también fluir dentro del montaje de estator mostrado 1252 hacia el estator, en especial en la región de los arrollamientos estatóricos 1230. Además, el aire de refrigeración conducido radialmente para la refrigeración de los polos de rotor 1231 puede utilizarse para la refrigeración de los polos de rotor 1231 del arrollamiento de excitación.

De esta manera, es fundamentalmente posible, en comparación con un generador de miembro de rotor interior de excitación externa, aumentar el diámetro del huelgo de aire, a igualdad de diámetro exterior total. Si en el caso de los generadores de miembro de rotor interior se restringe la relación entre diámetro de huelgo de aire y diámetro exterior total a un valor de 0.86, se hace ahora posible elevar esa relación aún en el caso de un miembro de rotor exterior de excitación externa. Puede obtenerse ahora una relación de 0.86 a 0.94. Además, en el caso de una modalidad encapsulada hay suficiente lugar para los cabezales de arrollamiento estatóricos. En este caso, y en una modalidad encapsulada, está dada una buena accesibilidad a los cabezales de arrollamiento estatóricos.

En el caso de un generador de miembro de rotor exterior es fácil realizar un flujo pasante de aire sobre la totalidad del ancho del ensamble de laminación del estator para un aporte de aire dentro de las dimensiones externas.

En comparación con un generador de miembro de rotor interior con un huelgo de gran diámetro, con un generador de miembro de rotor exterior, como se propone de acuerdo con la intención, es posible realizar un ensamble de laminación más grande en los polos, más arrollamientos de excitación y más aire de refrigeración entre los ensambles polares.

Las desventajas del estado de la técnica, tales como los huelgos de aire de reducido diámetro a igualdad de dimensiones externas comparables, una accesibilidad desfavorable o imposible hacia el cabezal de arrollamiento estatórico en caso de forma constructiva encapsulada, y restringidas posibilidades de refrigeración mediante aire, puede abordarse, por lo menos parcialmente, mediante la inversión propuesta. De esta manera, es posible lograr una mejor utilización de los materiales, una mejor refrigeración y como resultado un generador de mayor potencia o bien un generador con una menor pérdida de potencia.

Al mismo tiempo se mantienen reducidas las dimensiones a ser transportadas; en especial es posible respetar las dimensiones transportable máximas para el transporte sobre carreteras y calles públicos. Es posible lograr una mejora de la refrigeración del generador, y como resultado es posible realizar un generador de mayor potencia o por lo menos un generador con una pérdida de potencia .

En comparación con los generadores de miembro de rotor interior conocidos y teniendo los huelgos de aire iguales diámetros, con los generadores de miembro de rotor exterior de excitación externa propuestos es posible lograr un mayor ensamble de laminación, más arrollamientos de excitación y más aire de refrigeración entre los ensambles polares o bien polos.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Generador síncrono para una instalación de energía eólica sin engranajes, que incluye un miembro de rotor exterior y un estator, caracterizado porque el presenta un diámetro exterior del generador y el estator presenta un diámetro exterior del estator, y una relación entre el diámetro exterior del estator y el diámetro exterior del generador es superior a 0.86, en especial superior a 0.9, y en especial superior a 0.92.

2. Generador síncrono de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estator presenta una estructura de soporte radial, que se extiende radialmente hacia dentro y que está preparada para su fijación en un montaje de eje que se extiende axialmente a través del estator.

3. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el estator: - presenta canales de refrigeración radiales, para el aporte radial de aire de refrigeración desde el interior; y - presenta canales de refrigeración axiales para el guiado axial de aire de refrigeración aportado radialmente para refrigerar el estator, en especial de manera tal que el aire de refrigeración aportado radialmente es conducido a través de un ensamble de laminación de estator y/o a través de ensambles de arrollamiento de estator y/o porque el aire de refrigeración aportado radialmente es subdividido y guiado axialmente en una dirección hacia delante y en una dirección hacia atrás.

4. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aire de refrigeración es aportado radialmente sobre la totalidad de la extensión axial del estator y/o porque los canales de refrigeración radiales o bien los canales de refrigeración radiales están configurados por una o bien la estructura de soporte radial .

5. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el generador síncrono, en especial el miembro de rotor exterior, está encapsulado y/o porque el miembro de rotor exterior presenta una campana de miembro de rotor con una abertura de inspección para el mantenimiento del miembro de rotor exterior y/o del estator.

6. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el generador síncrono es de excitación externa, y/o está configurado como generador anular y/o presenta por lo menos 48, por lo menos 72, en especial por lo menos 192, polos de estator y/o porque está configurado como generador de seis fases y/o porque el estator presenta un arrollamiento continuo.

7. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el estator es soportado sobre un montaje axial que se extiende a través del estator y a través del miembro de rotor exterior, en especial sobre un montaje de muñón de eje, y el miembro de rotor exterior está apoyado opcionalmente sobre primero y segundo cojinetes asociados con el montaje, en donde ambos cojinetes están dispuestos en dirección axial en uno de los lados del estator, en especial de manera tal que uno de los cojinetes está dispuesto en dirección axial entre el otro cojinete y el estator.

8. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el diámetro exterior del estator es de por lo menos 4.4 m, preferentemente de por lo menos 4.5 m, y de manera especialmente preferida es de por lo menos 4.6 m, en donde el diámetro exterior del generador es en especial de aproximadamente 5 m.

9. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se ha provisto por lo menos un soplador, en especial en la estructura de soporte del estator, a efectos de soplar aire de refrigeración a través del ensamble de laminación estatorico radialmente hacia afuera.

10. Generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre el miembro de rotor exterior y el estator se ha provisto un huelgo de aire y el miembro de rotor exterior presenta aberturas de refrigeración orientadas hacia el huelgo de aire, de manera tal que una parte del aire de refrigeración continúa fluyendo desde el huelgo de aire hacia afuera a través del miembro de rotor y entre polos del miembro de rotor, en especial zapatas polares del miembro de rotor del miembro de rotor exterior a lo largo de arrollamientos de excitación del miembro de rotor exterior, a efecto de así refrigerar las zapatas polares del miembro de rotor, en especial sus arrollamientos de excitación.

11. Instalación de energía eólica caracterizada porque comprende un generador síncrono de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes