Generador de turbina eólica.

Generador de turbina eólica que comprende un rotor, un estator y un entrehierro (104) entre una región delimitante (100) del estator y una región delimitante (101,

102) del rotor; en el que el rotor y/o el estator son deformables bajo cargas operacionales;

caracterizado porque el rotor y/o el estator están configurados de modo que el entrehierro (104) resultante de la presencia de cargas operacionales es más uniforme que el entrehierro (104) en la ausencia de cargas operacionales.

Generador de turbina eólica

La presente invención se refiere a un generador de turbina eólica que comprende un rotor, un estator y un 5 entrehierro (air gap) entre una región delimitante del estator y una región delimitante del rotor, siendo dichos rotor y/o estator deformables bajo cargas operacionales.

La presente invención también se refiere a un procedimiento para optimizar un entrehierro (air gap) entre una región delimitante de un estator y una región delimitante de un rotor de un generador de turbina eólica, siendo dichos rotor 10 y/o estator deformables bajo cargas operacionales.

Antecedentes de la técnica

Los generadores de turbina eólica (p.ej. generadores auto-excitados o con imanes permanentes) pueden estar 15 expuestos a deformaciones de su rotor y/o estator debido al efecto de cargas operacionales (como p.ej. el peso del rotor/estator, fuerzas electromagnéticas entre el rotor y el estator, etc.) . Estas deformaciones pueden causar la degradación del entrehierro entre el rotor y el estator, produciendo dicha degradación un mal rendimiento y una reducción de la vida del generador.

Es conocido, por ejemplo, que deformaciones del rotor/estator y la consecuente degradación del entrehierro causa cargas de atracción desequilibradas que generan una fuerza de tracción (pull force) . Esta fuerza de tracción, la cual se incrementa a medida que aumenta la degradación del entrehierro, puede afectar el rendimiento del generador, la vida de los componentes del generador tal como el rotor, el estator, rodamientos, acoplamientos elásticos y otros componentes de la turbina eólica (p.ej. bastidores) . 25

Actualmente, algunos diseños ponen en práctica generadores con partes pesadas para incrementar la rigidez de los componentes del generador y, así, reducir la deformación del rotor/estator con el objetivo de asegurar un entrehierro constante entre el estator y el rotor. No obstante, la aplicación de este enfoque genera estructuras muy pesadas cuya fabricación y transporte, por ejemplo, son muy costosos. 30

EP2106013A2 muestra otro enfoque mediante la divulgación de un generador de turbina eólica resistente a la desviación en el que el estator y el rotor tienen superficies acoplables selectivamente que mantienen el entrehierro sustancialmente estable y permiten la rotación del rotor durante el acoplamiento, acoplándose dichas superficies acoplables cuando el rotor alcanza una desviación predeterminada. Además, EP2106013A2 también describe que 35 dichas superficies acoplables selectivamente pueden incluir un conjunto de rodamientos internos.

EP2063114A1 muestra otro enfoque mediante la divulgación de una turbina eólica que comprende una estructura de retención (p.ej. un bastidor principal en forma de brazo de retención) que soporta un elemento de soporte del rotor y está conectada a un elemento de soporte del estator, de modo que se incrementa la estabilidad de la estructura 40 rotor-estator.

No obstante, los enfoques comentados en los dos párrafos anteriores generalmente implican geometrías complejas, introducen componentes adicionales, etc. Así pues, los generadores de turbina eólica resultantes pueden ser caros y difíciles de mantener. 45

Resumen de la invención

Por lo tanto, aún existe una necesidad de nuevos generadores de turbina eólica y procedimientos de optimización de un entrehierro (air gap) que resuelvan al menos algunos de los inconvenientes antes mencionados. Es un objeto de 50 la presente invención satisfacer dicha necesidad.

Dicho objeto se consigue con un generador de turbina eólica según la reivindicación 1, y con un procedimiento de optimización de un entrehierro según la reivindicación 8.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un generador de turbina eólica que comprende un rotor, un estator y un entrehierro entre una región delimitante del estator y una región delimitante del rotor; en el que el rotor y/o el estator son deformables bajo cargas operacionales y están configurados de manera que el entrehierro resultante de la presencia de cargas operacionales es más uniforme que el entrehierro en la ausencia de cargas operacionales. 60

La estructura del generador de este primer aspecto se basa en aprovecharse de las deformaciones sufridas por el rotor/estator bajo cargas operacionales dándole una pre-forma al rotor/estator de modo que dichas deformaciones producen un entrehierro más uniforme. Se consideran dos situaciones diferentes: una situación por defecto, la cual se refiere a la ausencia de cargas operacionales, y una situación de carga, la cual se refiere a la presencia de cargas operacionales. El punto clave de este primer aspecto de la invención es que el rotor/estator en la situación 5 por defecto tiene una configuración (p.ej. introduciendo distorsiones aparentes) de manera que el rotor/estator en la situación de carga constituye un entrehierro más uniforme que el entrehierro en la situación por defecto.

Este innovador primer aspecto puede ser visto como una paradoja, puesto que un diseño aparentemente deformado del rotor/estator en la situación por defecto resulta en una mejor forma del rotor/estator en la situación de carga. Así, 10 el generador de este primer aspecto tiene ventajas tales como la extensión de la vida del generador, la mejora de su rendimiento, etc. sin p.ej. incrementar la masa/peso del generador.

En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para optimizar un entrehierro entre una región delimitante de un estator y una región delimitante de un rotor de un generador de turbina eólica, siendo dicho 15 rotor y/o dicho estator deformables bajo un conjunto de cargas operacionales y consistiendo dicha optimización en que el entrehierro resultante de la presencia del conjunto de cargas operacionales es más uniforme que el entrehierro en la ausencia del conjunto de cargas operacionales.

El procedimiento de este segundo aspecto comprende simular la operación del rotor y el estator bajo el conjunto de 20 cargas operacionales, basándose dicha simulación en un rotor de prueba que representa el rotor, un estator de prueba que representa el estator y un entrehierro (air gap) de prueba entre dicho rotor de prueba y estator de prueba. Una vez que la simulación ha sido completada, se verifica si el entrehierro de prueba satisface un modelo de entrehierro. En caso de que el entrehierro de prueba no satisfaga el modelo de entrehierro, se calcula una corrección de prueba del rotor de prueba y/o del estator de prueba para adaptar el entrehierro de prueba con el fin de que 25 satisfaga el modelo de entrehierro, y dicha corrección de prueba es aplicada al rotor de prueba y/o al estator de prueba para su consideración en una siguiente simulación.

El tratamiento descrito en el párrafo anterior es repetido hasta que el entrehierro de prueba satisface el modelo de entrehierro. Entonces, en caso de que dicho tratamiento haya producido una o más correcciones de prueba, estas 30 correcciones de prueba son aplicadas al rotor y/o estator del generador de la turbina eólica.

Este procedimiento permite producir un generador en el que el entrehierro constituido por el rotor/estator en la situación de carga es más uniforme que el entrehierro en la situación por defecto. Así, los principios y ventajas comentados en relación con el primer aspecto de la invención pueden ser también aplicados a este segundo aspecto 35 de la invención.

Objetos, ventajas y características adicionales de realizaciones de la invención serán claros para aquellos expertos en el campo de la técnica al examinar la descripción, o pueden ser aprendidos al poner en práctica la invención.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán realizaciones concretas de la presente invención mediante los siguientes ejemplos no limitativos, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

Figura 1 es una representación esquemática de una configuración rotor-estator de la técnica anterior que ilustra la degradación del entrehierro entre el rotor y el estator;

Figura 2 es una representación esquemática de un rotor/estator con imanes permanentes que ilustra algunos ejemplos de regiones delimitantes de un entrehierro para una mejor comprensión de realizaciones de la invención;

Figura 3 es una representación esquemática de una configuración rotor-estator de la técnica anterior y una 50 configuración rotor-estator según una primera realización de la invención;

Figura 4 es una representación esquemática de la configuración rotor-estator de la técnica anterior mostrada en la Figura 3 y de una configuración rotor-estator según una segunda realización... [Seguir leyendo]

1. Generador de turbina eólica que comprende un rotor, un estator y un entrehierro (104) entre una región delimitante (100) del estator y una región delimitante (101, 102) del rotor; en el que el rotor y/o el estator son deformables bajo cargas operacionales; 5

caracterizado porque el rotor y/o el estator están configurados de modo que el entrehierro (104) resultante de la presencia de cargas operacionales es más uniforme que el entrehierro (104) en la ausencia de cargas operacionales.

2. Generador de turbina eólica según la reivindicación 1, en el que la región delimitante (100) del estator y/o la región 10 delimitante (101, 102) del rotor tienen, en la ausencia de cargas operacionales, una o más secciones transversales no circulares (24; 26) con respecto al eje de rotación (110) del rotor.

3. Generador de turbina eólica según la reivindicación 2, en el que una sección transversal no circular (24; 26) es debida a al menos uno de los siguientes tipos de distorsión: 15

protuberancia local (25) ;

depresión local (27) ; y pre-deformación del rotor/estator.

4. Generador de turbina eólica según la reivindicación 2, en el que una sección transversal no circular (24) es debida 20 a al menos una protuberancia local (25) ; y en el que una protuberancia local (25) es debida a al menos uno de los siguientes tipos de disposiciones:

presencia de una o más láminas metálicas (30) entre un imán (20) fijado en el rotor/estator y la superficie del rotor/estator sobre la que el imán (20) está fijado;

presencia de una o más láminas metálicas (30) entre un imán (20) fijado en el rotor/estator a través de una base 25 de soporte (70) y dicha base de soporte (70) ; y presencia de una o más láminas metálicas (30) entre una base de soporte (70) a través de la cual un imán (20) está fijado en el rotor/estator y la superficie del rotor/estator sobre la que está fijado el imán (20) a través de dicha base de soporte (70) .

5. Generador de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la región delimitante (100) del estator y/o la región delimitante (101, 102) del rotor tienen, en la ausencia de cargas operacionales, una sección transversal no constante (24; 26) con respecto al eje de rotación (110) del rotor.

6. Generador de turbina eólica según la reivindicación 5, en el que la sección transversal no constante (24; 26) es 35 debida a al menos uno de los siguientes tipos de distorsiones:

protuberancia local (25) ;

depresión local (27) ;

pre-deformación del rotor/estator; e inclinación del eje de rotación (60) del rotor con respecto al eje de simetría (61) del estator. 40

7. Generador de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el rotor y el estator constituyen, en la ausencia de cargas operacionales, una configuración no coaxial debida a al menos uno de los siguientes tipos de distorsiones:

inclinación del eje de rotación (60) del rotor con respecto al eje de simetría (61) del estator; y 45

desplazamiento del eje de rotación (60) del rotor con respecto al eje de simetría (61) del estator.

8. Procedimiento para optimizar un entrehierro (104) entre una región delimitante (100) de un estator y una región delimitante (101, 102) de un rotor de un generador de turbina eólica, siendo dicho rotor y/o estator deformables bajo un conjunto de cargas operacionales y consistiendo dicha optimización en que el entrehierro (1001) resultante de la 50 presencia del conjunto de cargas operacionales es más uniforme que el entrehierro (104) en la ausencia del conjunto de cargas operacionales; comprendiendo el procedimiento:

repetir hasta que se satisface una condición de finalización:

simular la operación del rotor y del estator bajo el conjunto de cargas operacionales, basándose dicha simulación en un rotor de prueba que representa el rotor, un estator de prueba que representa el estator y un entrehierro de 55 prueba (104) entre dicho rotor de prueba y dicho estator de prueba;

verificar si el entrehierro de prueba (104) satisface un modelo de entrehierro (1001) ;

en caso de resultado positivo:

causar la satisfacción de la condición de finalización;

en caso de resultado negativo: 60

calcular una corrección de prueba del rotor de prueba y/o del estator de prueba para adaptar el entrehierro de prueba (104) con el fin de que satisfaga el modelo de entrehierro (1001) ;

aplicar dicha corrección de prueba al rotor de prueba y/o al estator de prueba para su consideración en la siguiente simulación;

verificar si se ha producido una o más correcciones de prueba;

en caso de resultado positivo:

aplicar las correcciones de prueba al rotor y/o al estator. 5

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el modelo de entrehierro (1001) comprende una anchura mínima y una anchura máxima; y en el que el entrehierro de prueba (104) satisface el modelo de entrehierro (1001) cuando la anchura del entrehierro de prueba (104) a lo largo de todo el entrehierro de prueba (104) se encuentra entre la anchura mínima y la anchura máxima. 10

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que el conjunto de cargas operacionales comprende uno de los siguientes tipos de cargas:

peso del rotor y/o del estator;

al menos una fuerza electromagnética entre el estator y el rotor; y 15

par causado por la rotación del rotor.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que el conjunto de cargas operacionales comprende al menos dos de los siguientes tipos de cargas operacionales:

peso del rotor y/o del estator; 20

al menos una fuerza electromagnética entre el estator y el rotor; y par causado por la rotación del rotor;

y en el que simular la operación del rotor y del estator bajo el conjunto de cargas operacionales comprende simular simultáneamente todas las cargas operacionales del conjunto de cargas operacionales.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que el conjunto de cargas operacionales comprende al menos dos de los siguientes tipos de cargas:

peso del rotor y/o del estator;

al menos una fuerza electromagnética entre el estator y el rotor; y par causado por la rotación del rotor; 30

y en el que simular la operación del rotor y del estator bajo el conjunto de cargas operacionales comprende simular de forma independiente cada una de las cargas operacionales del conjunto de cargas operacionales y agrupar los resultados de dichas simulaciones independientes.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la simulación es una simulación 35 virtual, el rotor de prueba es un rotor virtual, el estator de prueba es un estator virtual, el entrehierro de prueba (104) es un entrehierro virtual, y la corrección de prueba es una corrección virtual.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que verificar si el entrehierro virtual (104) satisface un modelo de entrehierro (1001) comprende: 40

dividir el entrehierro virtual (104) en una pluralidad de secciones de entrehierro virtuales (1003-1006) de manera que cada sección de entrehierro virtual (1003-1006) está parcialmente delimitada por una sub-región (1035) del rotor virtual y una sub-región (1034) del estator virtual;

verificar, para cada sección de entrehierro virtual (1003-1006) , si dicha sección de entrehierro virtual (1003-1006) satisface un sub-modelo de entrehierro de acuerdo con el modelo de entrehierro (1001) ; 45

en el que calcular una corrección virtual del rotor virtual y/o del estator virtual para adaptar el entrehierro virtual (104) para que satisfaga el modelo de entrehierro (1001) comprende:

para cada sección de entrehierro virtual (1003-1006) que no satisface su sub-modelo de entrehierro relacionado, calcular una sub-corrección virtual de la sub-región del rotor virtual (1035) y/o de la sub-región del estator virtual (1034) de la sección de entrehierro virtual (1003-1006) para adaptar la sección de entrehierro virtual (1003-1006) 50 para que satisfaga su sub-modelo de entrehierro relacionado;

y en el que verificar si se han producido una o más correcciones virtuales comprende:

verificar si se han producido una o más sub-correcciones virtuales;

y en el que aplicar las correcciones virtuales al rotor y/o al estator comprende:

aplicar las sub-correcciones virtuales al rotor y/o al estator. 55

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que cada sub-modelo de entrehierro comprende una anchura mínima y una anchura máxima; y en el que la sección de entrehierro virtual (1003-1006) satisface el sub-modelo de entrehierro cuando la anchura de la sección de entrehierro virtual (1003-1006) a lo largo de toda la sección de entrehierro virtual (1003-1006) se encuentra entre la anchura mínima y la anchura máxima. 60

16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la simulación es una simulación basada en un prototipo, el rotor de prueba es un prototipo de rotor, el estator de prueba es un prototipo de estator, el entrehierro de prueba es un prototipo de entrehierro, y la corrección de prueba es una corrección basada en el prototipo.