Generador eléctrico.

Un generador de energía eléctrica alimentado por una fuente de energía eléctrica externa, tal como una fuente eólica, que comprende:

- un árbol motriz

(3) con un eje longitudinal (L), destinado para ser acoplado a una fuente de energía externa que tiene un par de torsión predeterminado;

- una máquina eléctrica rotativa de reluctancia síncrona (7), que comprende un estator (8) y un rotor de laminado transversal (9) y un árbol impulsado (6) acoplado de modo operativo a dicho árbol motriz (3) para generar energía eléctrica que tiene una ondulación de par de una amplitud predeterminada durante su funcionamiento;

- unos medios de conexión eléctrica (13) aptos para inyectar la energía eléctrica generada por dicha máquina electrica (7) en la red (R);

- unos medios de control (14) destinados para el ajuste de los parámetros eléctricos y dinámicos de dicha máquina eléctrica (7);

en el que dicho estator (8) tiene un número par (ns) de ranuras longitudinales (15) para cada par de polos, presentando dicho rotor (9) una pluralidad de hendiduras longitudinales (16) que definen un número par (nr) de hendiduras magnéticamente equivalentes,

caracterizado por el hecho de que dicho número (ns) de ranuras (15) es diferente del número (nr) de hendiduras equivalentes multiplicado por un número entero (m), en donde la diferencia entre dicho número (ns) de ranuras y dicho número (nr) de hendiduras equivalentes es diferente de cero, +2 y -2, estando dicho rotor (9) constituido por una pluralidad de elementos laminares en forma de disco (17) dispuestos axialmente uno al lado de otro, estando dicha pluralidad de hendiduras de paso longitudinales (16) formada en cada uno de dicha pluralidad de elementos en forma de disco (17), siendo cada uno de dichos elementos laminares en forma de disco (17) sustancialmente anular, con un diámetro exterior (D) y un orificio de paso central con un diámetro interior (d), que está destinado para ser acoplado con dicho árbol impulsado (6), estando la proporción (r) entre dicho diámetro interior (d) y dicho diametro exterior (D) de cada uno de dichos elementos laminares anulares (17) comprendida entre 0,4 y 0,8.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2011/055393.

Solicitante: KSB AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Johann-Klein-Strasse 9 67227 Frankenthal ALEMANIA.

Inventor/es: BERTOTTO,EZIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Disposiciones de refrigeración o de ventilación... > H02K9/06 (con ventiladores o dispositivos de arrastre movido por el árbol de la máquina)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Detalles del circuito magnético (circuitos magnéticos... > H02K1/27 (Núcleos rotóricos de imanes permanentes)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Motores o generadores síncronos (teniendo imanes... > H02K19/24 (con rotores de hierro dulce de reluctancia variable, sin bobinado)

PDF original: ES-2533308_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Generador eléctrico Campo de la invención

La presente invención generalmente encuentra aplicación en el campo de las máquinas eléctricas, y en particular se refiere a un generador de energía eléctrica impulsado por una fuente de energía externa, particularmente del tipo renovable, tal como una fuente de energía eólica.

Estado de la técnica

Es conocido que los generadores comprenden una máquina eléctrica rotativa que tiene un estator y un rotor acoplados a un árbol motriz, que es impulsado por una fuente de energía externa, por ejemplo una fuente de energía alternativa tal como una fuente de energía eólica, o fuentes de energía hidráulica o química.

Adicionalmente, el generador comprende unos medios de control para el ajuste de los parámetros eléctricos y dinámicos de la máquina eléctrica y medios de conexión eléctrica para inyectar la energía eléctrica en una red de suministro o en medios de almacenamiento de energía, tal como unas unidades de acumulador eléctrico.

Un tipo particular de generador eléctrico comprende una máquina eléctrica asincrona "double-fed" (doblemente alimentada) en la que el estator es conectado a la red eléctrica externa y el rotor es conectado eléctricamente a unos medios para ajustar el campo magnético asociado con la misma.

Los medios de control pueden ajustar la velocidad de rotación del rotor y mantenerla en un valor predeterminado, de modo que la energía eléctrica inyectada en la red presenta una potencia predeterminada, sustancialmente constante.

De modo general, la máquina eléctrica rotativa en el generador doblemente alimentado es una máquina eléctrica asincrona utilizada como generador.

Mientras que este tipo de máquina eléctrica tiene una estructura sólida y es particularmente ventajosa en términos de costes, aun presenta ciertas desventajas.

Una primera desventaja es que las máquinas asincronas presentan sustancialmente grandes dimensiones y pesos importantes, especialmente cuando están asociadas con unos generadores eléctricos del tipo medio a alto, por ejemplo los generadores de 5 kW.

Una desventaja adicional es que estas máquinas tienen unas pérdidas eléctricas no despreciables, lo que reduce la eficiencia del generador de modo considerable.

En una tentativa de obviar, al menos en parte, estas desventajas, se han desarrollado unos generadores eléctricos que utilizan máquinas eléctricas rotativas con imanes permanentes. A diferencia de la configuración precedente, los medios de control eléctrico de estos generadores incluyen una primera conexión eléctrica con los devanados del estator y una segunda conexión eléctrica con la red externa.

En su totalidad, los generadores con máquinas eléctricas de imanes permanentes proporcionan unas ventajas en comparación con los generadores asincronos, tal como menos pérdidas magnéticas y dimensiones y pesos reducidos.

No obstante, las máquinas de imanes permanentes tienen un coste más elevado que las máquinas asincronas doblemente alimentadas.

De modo adicional, en las máquinas de imanes permanentes la potencia eléctrica suministrada crece de una manera sustancialmente lineal con el aumento de la velocidad de rotación del rotor.

De acuerdo con ello, para que la potencia suministrada se mantenga en un valor sustancialmente constante, la máquina tiene que ser liberada del flujo, es decir, el flujo de campo magnético en la misma tiene que ser reducido con el cambio de la velocidad de rotación de la máquina eléctrica.

A este efecto, los medios de control actúan sobre la máquina mediante la inyección de una corriente eléctrica que tiene un sentido tal que genera un flujo magnético opuesto al flujo generado por los imanes permanentes.

Una desventaja particular de esta solución es que, en unas condiciones particulares de operación, la corriente de liberación de flujo puede presentar un valor elevado y necesitar medios de control demasiado importantes.

Además, en unas transitorias particulares, la liberación de flujo puede causar unas pérdidas eléctricas más elevadas de los desvanados de la máquina eléctrica, debido al efecto Joule.

Se conocen unos generadores eléctricos que utilizan máquinas eléctricas síncronas. Por ejemplo, el documento EP15666 revela un generador que comprende una máquina eléctrica rotativa de reluctancia síncrona que tiene un rotor laminado.

El documento JP 28 48584 revela también un generador relacionado.

No obstante, estas máquinas del estado de la técnica tienen unas eficiencias eléctricas muy bajas y también están caracterizadas por una elevada ondulación de par.

Divulgación de la invención

El objeto principal de la presente invención es superar las desventajas arriba mencionadas, proporcionando un generador que sea altamente eficaz y relativamente rentable.

Un objeto particular es proporcionar un generador que comprende una máquina eléctrica rotativa que tenga unos rendimientos particularmente elevados y unas pérdidas eléctricas bajas.

Un objeto adicional particular es proporcionar un generador cuyo coste sea sustancialmente más bajo que él de un generador convencional con una máquina eléctrica rotativa que tiene imanes permanentes.

Otro objeto particular es proporcionar un generador que tenga un tamaño y peso más reducidos, incluso para aplicaciones de potencia media a alta.

Un objeto adicional particular de la invención es proporcionar un generador que utilice una máquina eléctrica que no tenga dimensiones demasiado grandes.

Aun otro objeto particular de la invención es proporcionar un generador que disponga de medios de ajuste eléctrico con especificaciones eléctricas y de potencia más bajas que los medios de ajuste eléctrico de los generadores que comprenden máquinas eléctricas rotativas con imanes permanentes.

Otro objeto particular importante de la invención es el suministro de un generador que tenga unos medios de control con dimensiones y un peso más bajos comparados con los medios de ajuste eléctrico de los generadores que comprenden máquinas eléctricas rotativas con imanes permanentes.

Aquellos y otros objetos, tal como se aclara mejor más abajo, son cumplidos por un generador eléctrico tal como es definido en la reivindicación 1, comprendiendo un árbol motriz con un eje longitudinal, destinado para ser acoplado a una fuente de energía externa que tiene un par de torsión predeterminado, una máquina eléctrica rotativa de reluctancia síncrona que comprende un estator y un rotor de laminado transversal y un árbol impulsado acoplado de modo operativo con dicho árbol motriz para generar energía eléctrica que tiene una amplitud predeterminada de ondulación de par durante su funcionamiento, unos medios de conexión eléctrica aptos para inyectar la energía eléctrica generada por dicha máquina eléctrica en la red y unos medios de control para el ajuste de los parámetros eléctricos y dinámicos de la máquina eléctrica.

El generador es caracterizado por el hecho de que el estator tiene un número par de ranuras longitudinales para cada par de polos, presentando el rotor una pluralidad de hendiduras longitudinales, definiendo un número par de hendiduras magnéticamente equivalentes, donde el número de ranuras es diferente del número de las hendiduras equivalentes, multiplicado por un número entero, siendo la diferencia entre el número de ranuras y el número de las hendiduras equivalentes otra que cero, +2 y -2.

De manera adicional, el generador es caracterizado por las características adicionales de la reivindicación 1.

Con esta configuración particular es posible proporcionar un generador que tenga unos rendimientos eléctricos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un generador de energía eléctrica alimentado por una fuente de energía eléctrica externa, tal como una fuente eólica, que comprende:

- un árbol motriz (3) con un eje longitudinal (L), destinado para ser acoplado a una fuente de energía externa que tiene un par de torsión predeterminado;

- una máquina eléctrica rotativa de reluctancia síncrona (7), que comprende un estator (8) y un rotor de laminado transversal (9) y un árbol impulsado (6) acoplado de modo operativo a dicho árbol motriz (3) para generar energía eléctrica que tiene una ondulación de par de una amplitud predeterminada durante su funcionamiento;

- unos medios de conexión eléctrica (13) aptos para inyectar la energía eléctrica generada por dicha máquina eléctrica (7) en la red (R);

- unos medios de control (14) destinados para el ajuste de los parámetros eléctricos y dinámicos de dicha máquina eléctrica (7);

en el que dicho estator (8) tiene un número par (ns) de ranuras longitudinales (15) para cada par de polos, presentando dicho rotor (9) una pluralidad de hendiduras longitudinales (16) que definen un número par (nr) de hendiduras magnéticamente equivalentes,

caracterizado por el hecho de que dicho número (ns) de ranuras (15) es diferente del número (nr) de hendiduras equivalentes multiplicado por un número entero (m), en donde la diferencia entre dicho número (ns) de ranuras y dicho número (nr) de hendiduras equivalentes es diferente de cero, +2 y -2, estando dicho rotor (9) constituido por una pluralidad de elementos laminares en forma de disco (17) dispuestos axialmente uno al lado de otro, estando dicha pluralidad de hendiduras de paso longitudinales (16) formada en cada uno de dicha pluralidad de elementos en forma de disco (17), siendo cada uno de dichos elementos laminares en forma de disco (17) sustancialmente anular, con un diámetro exterior (D) y un orificio de paso central con un diámetro interior (d), que está destinado para ser acoplado con dicho árbol impulsado (6), estando la proporción (r) entre dicho diámetro interior (d) y dicho diámetro exterior (D) de cada uno de dichos elementos laminares anulares (17) comprendida entre ,4 y ,8.

2. Un generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho número (nr) de hendiduras equivalentes del rotor (9) es superior a seis (nr> 6).

3. Un generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, para cada uno de dichos elementos laminares en forma de discos anulares (17) dicha proporción (r) es sustancialmente igual a ,45 y el número (nr) de hendiduras equivalentes es definido por la formula siguiente:

nr = ns± 4

donde ns es el número de dichas ranuras (15) de dicho estator (8).

4. Un generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende una pluralidad de imanes permanentes (23) insertados en una o varias de dichas hendiduras longitudinales (16) de dicho rotor (9).

5. Un generador de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dichos imanes permanentes (23) contienen unas materias seleccionadas entre el grupo que comprende neodimio (Nd), hierro (Fe) y boro (Bo) y tienen una masa magnética total comprendida entre 3 kg y 15 kg para un generador que tiene una potencia máxima comprendida entre 1 MW y 3 MW.

6. Un generador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dichos medios de control (14) son aptos para controlar dicha máquina eléctrica (7) con unas corrientes eléctricas comprendidas entre 4 A y 1 A, de modo preferente entre 5 A y 8 A.

7. Un generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos medios de control (14) comprenden un circuito (25) acoplado eléctricamente a dicho estator (8) para ajustar los parámetros eléctricos y dinámicos de dicha máquina eléctrica (7).

8. Un generador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho estator (8) comprende unas bobinas de estator (44) que tienen una extensión axial inferior a la de los estatores convencionales, de manera que se reduce la dimensión longitudinal del generador (1).