MX2015003477A - Ensamble activo de una maquina electrica giratoria de una turbina eolica. - Google Patents

Ensamble activo de una maquina electrica giratoria de una turbina eolica.

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Abstract

Un ensamble activo (29) de una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica tiene una guía magnética que tiene por lo menos dos ranuras (28) separadas por un diente (19) con un plano de simetría (S); y una bobina (20) formada por una pluralidad de conductores eléctricos, cada uno con una sección transversal esencialmente rectangular y enrollados repetidamente alrededor del diente (19) para llenar las ranuras (28) y formar dos cabezas (30) cerca de los extremos opuestos del diente (19); el ancho (L1; L3) de cada uno de los conductores eléctricos es menor de un tercio de la distancia (D) entre el conductor eléctrico y el plano de simetría (S).

Description

ENSAMBLE ACTIVO DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA GIRATORIA DE UNA TURBINA EOLICA CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con un ensamble activo de una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica.
ANTECEDENTES DEL CAMPO TÉCNICO Se sabe que las turbinas eólicas emplean máquinas eléctricas giratorias del tipo en el que un rotor gira alrededor de un eje de rotación con respecto a un estator. El rotor y el estator comprenden estructuras de soporte correspondientes, preferiblemente tubulares y partes activas tubulares respectivas concéntricas y orientadas una hacia la otra, acopladas a las estructuras de soporte respectivas. Las partes activas están separadas por un espacio de aire, el cual preferiblemente debe ser constante y muy pequeño para optimizar la eficiencia de la máquina eléctrica giratoria.
En este campo, las partes activas segmentadas, es decir, las partes activas divididas en una pluralidad de segmentos activos axiales se emplean preferiblemente para hacer posible el fácil ensamble, desensamble y mantenimiento de las partes activas de la máquina eléctrica giratoria, la cual está montada decenas de metros lejos del suelo. De hecho, cada segmento activo puede retirarse y de ser necesario reemplazarse con uno nuevo de manera relativamente 52-1108-15 fácil. Las partes tubulares activas se aseguran a las estructuras de soporte respectivas, las cuales tienen caras correspondientes respectivas para los segmentos activos y las ranuras axiales para guiar y posiblemente fijar los segmentos activos respectivos en su posición. Los segmentos activos del estator normalmente tienen uno o más ensambles activos, lo cual significa un ensamble que comprende una guia magnética con por lo menos dos ranuras separadas por un diente y una bobina hecha de conductores eléctricos enrollados para llenar las ranuras y formar dos cabezas cerca de los extremos opuestos del diente.
La eficiencia de la máquina eléctrica depende de la medida en que se llenan las ranuras en cada ensamble activo.
Además, para reducir las pérdidas de flujo magnético y para reducir el tamaño de los extremos de los segmentos y hacer los segmentos más fáciles de manejar, las cabezas de las bobinas deben sobresalir tan poco como sea posible de la guia magnética.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es objeto de la presente invención proporcionar un ensamble activo diseñado para optimizar la eficiencia eléctrica y fácil manejo.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un ensamble activo de una máquina eléctrica 52-1108-15 giratoria de una turbina eólica, el ensamble activo comprende una guia magnética que tiene dos ranuras separadas por un diente con un plano de simetría y una pluralidad de conductores eléctricos, cada uno con una sección transversal esencialmente rectangular y enrollados alrededor del diente para llenar las ranuras y formar dos cabezas junto a los extremos opuestos del diente; y en donde el ancho de cada conductor eléctrico es menos de una tercera parte de la distancia entre el conductor eléctrico y el plano de simetría del diente.
Debido a la sección transversal rectangular de los conductores eléctricos, las ranuras pueden llenarse de manera relativamente uniforme, y los conductores eléctricos pueden doblarse todos en "U" para formar cabezas compactas y agrupadas de cerca. De hecho, siempre que se cumplan las condiciones geométricas, el conductor eléctrico puede doblarse por el borde sin dañarlo.
En una modalidad preferida de la presente invención, todos los conductores eléctricos dentro de las ranuras tienen el mismo ancho.
Esta solución tiene la ventaja principal de emplear únicamente un tipo de conductor eléctrico.
Preferiblemente, el ancho de cada ranura es esencialmente igual a un múltiplo entero del ancho de los conductores eléctricos. 52-1108-15 El tamaño de la ranura se basa en el tamaño de los conductores eléctricos.
En una modalidad alternativa de la presente invención, algunos de tales conductores eléctricos tienen anchos diferentes; los conductores eléctricos de mayor ancho están ubicados más alejados del plano de simetría del diente que los conductores eléctricos de menor ancho.
Esta solución téenica reduce el número de conductores eléctricos necesarios para llenar la ranura. Reducir el número de conductores mejora la eficiencia de la máquina eléctrica giratoria reduciendo el espacio ocupado por el aislamiento del conductor eléctrico, y los espacios vacíos formados por las esquinas redondeadas de la sección transversal rectangular del conductor eléctrico.
Preferiblemente, el ancho respectivo de los conductores eléctricos aumenta como una función de la distancia entre los conductores eléctricos y el plano de simetría del diente.
El conductor más alejado del plano de simetría puede ser mucho más ancho que el más cercano al plano de simetría. No necesariamente el ancho aumenta linealmente con la distancia desde el plano de simetría del diente.
En esta configuración, el ancho de la ranura es esencialmente igual a la suma de los anchos de todos los conductores eléctricos. 52-1108-15 En la presente invención, cada cabeza comprende una pluralidad de vueltas adyacentes en forma de "U" de los conductores eléctricos dentro de la ranura.
La presente invención también se relaciona con un segmento activo.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un segmento activo de una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica que comprende por lo menos un ensamble activo como se definió anteriormente.
La presente invención también se relaciona con una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica; la máquina eléctrica giratoria es del tipo síncrono de imán permanente, y comprende un estator y un rotor que gira alrededor de un eje de rotación alrededor del estator; el estator comprende una estructura de soporte tubular, una parte activa tubular acoplada a la estructura de soporte, y una pluralidad de ensambles activos distribuidos uniformemente alrededor del eje de rotación para formar la parte activa, y según lo definido anteriormente; y el rotor comprende una estructura de soporte tubular adicional, y una parte activa tubular adicional acoplada a la estructura de soporte adicional.
De acuerdo con la presente invención, se 52-1108-15 proporciona una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica; la máquina eléctrica giratoria es de tipo síncrono de imán permanente, y comprende un estator, y un rotor que gira alrededor de un eje de rotación alrededor del estator; el estator comprende una estructura de soporte tubular, una parte activa tubular acoplada a la estructura de soporte, y una pluralidad de ensambles activos distribuidos de manera uniforme alrededor del eje de rotación para formar la parte activa, según lo definido anteriormente; y el rotor comprende una estructura de soporte tubular adicional, y una parte tubular adicional acoplada a la estructura de soporte adicional.
Así, la máquina eléctrica giratoria se mantiene altamente eficiente y fácil de mantener.
La presente invención también se relaciona con una turbina eólica para producir energía eléctrica.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona una turbina eólica para producir energía eléctrica; la turbina eólica comprende una estructura vertical y una estructura principal para soportar una máquina eléctrica giratoria en una posición elevada según lo definido anteriormente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Varias modalidades no limitantes de la presente invención se describirán mediante un ejemplo con referencia 52-1108-15 a los dibujos adjuntos, en donde: La Figura 1 muestra una vista lateral en corte parcial, con partes removidas para claridad, de una turbina eólica a la cual puede aplicarse ventajosamente la presente invención; La Figura 2 muestra un corte transversal a mayor escala, con partes removidas para claridad, de una máquina eléctrica giratoria de la turbina eólica de la figura 1 y comprende ensambles activos de acuerdo con la presente invención; La Figura 3 muestra una vista seccionada parcialmente a mayor escala, con partes removidas para claridad, de un conductor eléctrico de los ensambles activos de la Figura 2; La Figura 4 muestra una vista en planta seccionada parcialmente, con partes removidas para claridad, de un ensamble activo de acuerdo con la presente invención; La Figura 5 muestra un corte transversal a mayor escala, con partes removidas para claridad, de un detalle del ensamble activo de la Figura 4; La Figura 6 muestra una vista en planta parcialmente seccionada, con partes removidas para claridad, de un ensamble activo de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención; La Figura 7 muestra un corte transversal a mayor 52-1108-15 escala, con partes removidas para claridad, del ensamble activo de la Figura 6.
MEJOR MODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN El número 1 en la Figura 1 indica como un todo una turbina eólica para producir energía eléctrica. La turbina 1 es del tipo de transmisión directa. En el ejemplo mostrado, la turbina eólica 1 comprende una estructura vertical 2; una estructura principal 3 acoplada de manera giratoria a la parte superior de la estructura vertical 2; una máquina eléctrica giratoria 4; y un ensamble de aspas 5 que gira alrededor de un eje de rotación A. La máquina eléctrica giratoria 4 está ubicada entre la estructura principal 3 y el ensamble de aspas 5 y además de producir energía eléctrica, también sirve para soportar el ensamble de aspas 5 y transmitir fuerzas y momentos inducidos por el ensamble de aspas 5 y la máquina eléctrica giratoria 4 a la estructura principal 3.
En el ejemplo mostrado, la estructura principal 3 está definida por una góndola tubular curva. 52-1108-15 El ensamble de aspas 5 comprende un cubo hueco 6 conectado a una máquina eléctrica giratoria 4; y una pluralidad de aspas 7.
La máquina eléctrica giratoria 4 se extiende alrededor del eje de rotación A y es esencialmente tubular para formar un pasaje entre la estructura principal 3 y el cubo hueco 6. La máquina eléctrica giratoria 4 comprende un estator 8 y un rotor 9 ubicado dentro del estator 8, el cual gira con respecto al estator 8 alrededor del eje de rotación A.
Con referencia a la Figura 2, el estator 8 comprende una estructura de soporte tubular 10; y una parte activa tubular 11 comprende una pluralidad de segmentos activos axiales 12. De manera similar, un rotor 9 comprende una estructura de soporte tubular 13 y una parte activa tubular 14 comprende una pluralidad de segmentos activos axiales 15. Como se muestra en la Figura 1, la estructura de soporte 10 está conectada a la estructura principal 3 y la estructura de soporte 13 está conectada al ensamble de aspas 5.
La estructura de soporte 10 tiene una cara correspondiente 16 - en el ejemplo mostrado, una cara correspondiente cilindrica - a lo largo de la cual descansan los segmentos activos 12. En el ejemplo mostrado, cada segmento activo 12 comprende un paquete de laminación 17, el 52-1108-15 cual es de forma esencialmente prismática, se extiende de manera principalmente axial, y tiene una cara correspondiente 18 diseñada para descansar sobre la cara correspondiente 16, y una pluralidad de dientes 19 que se proyectan sobre el lado opuesto a una superficie correspondiente 18; y una pluralidad de bobinas 20 enrolladas alrededor de los dientes 19 para definir polos de campo.
Más específicamente, cada segmento 15 comprende un ensamble 21 de guías magnéticas e imanes permanentes; y un sujetador 22 para el ensamble de sujeción 21. El sujetador 22 se posiciona descansando sobre la estructura tubular 13 y se fija a la misma.
El sistema para los segmentos de bloqueo 12 está diseñado para fijar cada uno de los segmentos 12 a la estructura tubular 10 independientemente de los otros segmentos 12. De manera acorde, la estructura de soporte 10 tiene una pluralidad de ranuras 23, las cuales se extienden dentro del cuerpo de la estructura de soporte 10, a lo largo de la cara correspondiente 16. Las ranuras 23 en si mismas definen seguros para bloquear los segmentos activos 12, y cooperan con seguros adicionales (no mostrados) diseñados para cooperar con las ranuras 23.
En el ejemplo mostrado, la estructura de soporte 10 tiene un número de ranuras 23 iguales al número de segmentos 12. Y cada segmento 12 tiene una ranura 24 diseñada 52-1108-15 para corresponder y comunicarse con una ranura respectiva 23.
Cada bobina 20 es definida por una pluralidad de conductores eléctricos 25, cada uno enrollado alrededor de un diente 19. En el ejemplo de la figura 3, cinco conductores 25 están enrollados alrededor del diente 19.
Los segmentos activos 12 y 15 son removibles selectivamente de la máquina eléctrica giratoria 4 en una dirección DI y son insertables selectivamente en la máquina eléctrica giratoria 4 en la dirección opuesta a la dirección DI.
Con referencia a la Figura 3, cada conductor 25 tiene una sección transversal esencialmente rectangular, un ancho L1 (lado largo) y una altura H1 (lado corto). La sección transversal del conductor eléctrico 25, de hecho, difiere ligeramente de un rectángulo al tener esquinas redondeadas.
Cada conductor 25 comprende un núcleo de metal 26, y una funda aislante 27 que cubre el núcleo de metal 26. El conductor 25 es especialmente rígido y puede deformarse permanentemente a lo largo en diversas formas. El conductor eléctrico 25, con las características téenicas descritas, normalmente se conoce como 'plano' debido a su forma plana.
Con referencia a la Figura 4, el ensamble definido por la parte del paquete de laminación 17 con un diente 19 y dos ranuras 28 en lados opuestos del diente 19 y mediante 52-1108-15 una bobina 20 enrollada alrededor del diente 19, se conoce como ensamble activo 29. Además de dos partes paralelas alojadas dentro de las ranuras 28, la bobina 20 además comprende dos cabezas 30 en extremos opuestos del diente 19 y dos extremos de conexión 31.
Los conductores eléctricos 25 se doblan a lo largo alrededor del diente 19 en las cabezas 30. Más específicamente, los conductores eléctricos 25 se enrollan alrededor del diente 19 en un patrón de espirales concéntricas o espirales similares. En otras palabras, un primer conductor eléctrico 25 se enrolla directamente alrededor de un diente 19 a lo largo de una primera trayectoria espiral, y un segundo conductor eléctrico 25 se enrolla directamente alrededor del primer conductor eléctrico 25 a lo largo de una segunda trayectoria espiral. Los otros conductores eléctricos 25 se enrollan en patrones adicionales similares a los del primer y segundo conductor eléctrico 25. Además, dependiendo de la ubicación de los conductores eléctricos 25 dentro de las ranuras 28, los conductores eléctricos 25 definen las vueltas Cl, C2, C3, C4 y C5, las cuales aumentan el radio de la curvatura del diente 19.
Con referencia a la Figura 5, cada diente 19 tiene un plano de simetría S, el cual esencialmente también define el plano de simetría de la bobina 20. En el ejemplo mostrado, 52-1108-15 el ancho L2 de las ranuras 20 es esencialmente igual a un múltiplo entero del ancho L1 de los conductores eléctricos 25, o a la inversa, el ancho L1 de los conductores eléctricos 25 es esencialmente igual a un submúltiplo del ancho L2 de las ranuras 28. El ancho Ll del conductor eléctrico se selecciona de manera que sea menor a una tercera parte de la distancia D entre el conductor eléctrico 25 y el plano de simetría S del diente 19.
Con referencia a la Figura 4, la conformidad con la condición anterior permite que el conductor eléctrico 25 se doble a lo largo del borde para formar la vuelta C1 y en consecuencia también las vueltas C2, C3, C4 y C5 en las cabezas 30 sin dañar el núcleo de metal 26 o la funda aislante 27 del conductor eléctrico 25 (Figura 3).
En el ejemplo mostrado, para fines de simplicidad y estandarización de las partes componentes, los conductores eléctricos 25 son todos del mismo ancho Ll y del mismo tamaño en general. De esta manera, las vueltas Cl, C2, C3, C4 y C5 tienen todas forma de "U" y las cabezas resultantes 30 están agrupadas de forma cercana y compacta con muy poca protuberancia.
Con referencia a las Figuras 6 y 7, una modalidad preferida de la presente invención emplea conductores eléctricos 25 de la misma altura Hl, pero diferentes anchos Ll y L3, donde L3 es mayor que Ll. 52-1108-15 Básicamente, el principio empleado es usar conductores eléctricos 25 que aumentan de ancho con la distancia D desde el plano de simetría S del diente 19. De esta manera, la ranura 28 se llena con menos conductores eléctricos 25 - en el ejemplo mostrado, cuatro en contraposición a los cinco conductores en las Figuras 4 y 5.
Con referencia a la Figura 6, los cuatro conductores eléctricos 25 forman, en las cabezas 30 y avanzando hacia afuera del diente 19, cuatro vueltas Cl, C2, C6 y C7 con radio de curvatura creciente. El ancho creciente del conductor eléctrico 25 como una función de la distancia del diente 19 no es esencial, pero es preferible.
Sin embargo, claramente pueden hacerse cambios al ensamble activo de acuerdo con la presente invención sin alejarse del alcance de protección de las reivindicaciones adjuntas. 52-1108-15

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1) Un ensamble activo de una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica, el ensamble activo (29) comprende una guía magnética que tiene dos ranuras (28) separadas por un diente (19) con un plano de simetría (S); una pluralidad de conductores eléctricos (25), cada uno con una sección transversal esencialmente rectangular y enrollados repetidamente alrededor del diente (19) para llenar por lo menos parcialmente las ranuras (28) y formar dos cabezas (30) cerca de los extremos opuestos del diente (19); donde el ancho (Ll, L3) de cada uno de los conductores eléctricos (25) es menor a una tercera parte de la distancia (D) entre el conductor eléctrico (25) y el plano de simetría del diente (19).
2) Un ensamble activo según la reivindicación 1, en donde todos los conductores eléctricos dentro de las ranuras (28) tienen la misma longitud (Ll).
3) Un ensamble activo según las reivindicaciones 1 o 2, en donde el ancho (L2) de cada ranura (28) es esencialmente igual a un múltiplo entero del ancho (Ll) de los conductores eléctricos (25).
4) Un ensamble activo según la reivindicación 1, en donde por lo menos algunos de tales conductores eléctricos (25) tienen diferente ancho (Ll, L3); los conductores eléctricos (25) de ancho mayor (L3) se localizan más lejos 52-1108-15 del plano de simetría (S) del diente (19) que los conductores eléctricos (25) de menor ancho (Ll).
5) Un ensamble activo según la reivindicación 4, en donde los anchos respectivos (Ll, L3) de los conductores eléctricos (25) aumenta como una función de la distancia (D) entre los conductores eléctricos (25) y el plano de simetría (S) del diente (19).
6) Un ensamble activo según las reivindicaciones 4 o 5, en donde el ancho (L2) de cada ranura (28) es esencialmente igual a la suma de los anchos (Ll, L3) de todos los conductores eléctricos (25) dentro de la ranura (28).
7) Un ensamble activo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada uno de los conductores eléctricos (25) tiene un núcleo de metal (26) y una funda aislante (27) que cubre el núcleo de metal (26).
8) Un ensamble activo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada cabeza (30) comprende una pluralidad de vueltas en forma de "U" adyacentes (Cl, C2, C3, C4, C5; Cl, C2, C6, C7) de los conductores eléctricos (25).
9) Un segmento activo de una máquina eléctrica giratoria de una turbina eólica el cual comprende por lo menos un ensamble activo (29) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
10) Un segmento activo según la reivindicación 9, 52-1108-15 el cual comprende una cara correspondiente (18) en el lado opuesto al diente (19) y un miembro de seguro (24) ubicado a lo largo de la cara correspondiente (18).
11) Una máguina eléctrica giratoria de una turbina eólica; la máquina eléctrica giratoria (4) es del tipo síncrono de imán permanente, y comprende un estator (8) y un rotor (9) el cual gira alrededor de un eje de rotación (A) alrededor del estator (8); el estator (8) comprende una estructura de soporte tubular (10), una parte tubular activa (11) acoplada a la estructura de soporte, y una pluralidad de ensambles activos (29) dispuestos alrededor del eje de rotación (A) para formar la parte activa (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8; el rotor (9) comprende una estructura de soporte tubular adicional (13) y una parte tubular activa adicional (14) acoplada a la estructura de soporte adicional (13).
12) Una turbina eólica para producir energía eléctrica; la turbina eólica (1) comprende una estructura vertical (2) y una estructura principal (3) para soportar una máquina eléctrica giratoria en una posición elevada (4) según la reivindicación 11. 52-1108-15
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