Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador con una torre (11) y una estructura de soporte (41) que incluye un buje de rotor (13),

un eje principal (21) soportado por un cojinete frontal (43) y un cojinete trasero (45), un generador (31) situado en un lado opuesto al buje del rotor (13) respecto a la torre (11), con un eje de generador (23) rígidamente conectado al eje principal (21), y un elemento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) del generador y la estructura de soporte (41) colocado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular (Y -Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centro del cojinete trasero (45) y realizado de manera que permite desplazamientos del alojamiento (33) del generador en la dirección del eje (X) del eje principal (21) pero impide desplazamientos giratorios del alojamiento (33) del generador respecto al eje (X) del eje principal (21)

Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un aerogenerador y, en particular, al tren de potencia de un aerogenerador sin multiplicadora que usa un generador accionado directamente por un eje principal.

Antecedentes

Son bien conocidas configuraciones del tren de potencia de aerogeneradores con y sin multiplicadora.

En el primer caso la multiplicadora y el generador están dispuestos sucesivamente como componentes individuales ó integrados en una misma unidad. Un ejemplo del último caso se describe en US 2006/0104815 A1 en el que el generador está construido como un anillo que abraza concéntricamente a la multiplicadora siendo ambos elementos desmontables axialmente y estando conectados a un soporte de la máquina de manera desmontable individualmente.

En el segundo caso, particularmente en el caso de aerogeneradores que tienen un generador de imanes permanentes que está accionado directamente por una estructura conectora entre el buje del rotor y el generador, son conocidas distintas configuraciones del tren de potencia.

En una de estas configuraciones descrita en WO 01/94779 A1 dicha estructura conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en un eje dividido en dos partes y soportado por dos unidades de cojinetes.

En otra de esas configuraciones dicha estructura conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en un eje hueco soportado por cojinetes en un miembro tubular (interior al eje hueco) unido a la estructura de soporte del aerogenerador. En estas configuraciones, la estructura de soporte del aerogenerador montada sobre la torre está diseñada para permitir que la unidad del generador -que tiene un rotor y un estator de gran diámetro- pueda estar situada entre el buje del rotor y la torre. Un ejemplo de estas configuraciones se describe en US 2004/0108733 A1 en la que el eje hueco está soportado por medio de un único cojinete que asimismo transmite momentos al miembro tubular. Esta configuración está orientada a la reducción del tamaño y el peso de los elementos del aerogenerador que se montan encima de la torre pero tiene el inconveniente de un mantenimiento costoso, particularmente cuando se necesita desmontar componentes.

En otra de esas configuraciones, la torre está situada entre el buje del rotor y la unidad del generador. Un ejemplo de esas configuraciones se describe en WO 02/33254 A1 en la que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador es un eje principal soportado por dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la torre.

Un problema planteado por los trenes de potencia accionados directamente, especialmente cuando la torre está situada entre el buje del rotor y la unidad del generador y consecuentemente requiere un eje principal largo radica en impedir deformaciones dañinas en la unidad del generador cuando el eje principal flecta bajo grandes cargas en el buje del rotor.

WO 02/033254 hace frente a ese problema mediante un acoplamiento no rotatorio entre el estator del generador y la base del aerogenerador. Sin embargo esta solución implica grandes cargas en los cojinetes.

Esta invención está orientada a la solución de ese inconveniente.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un generador con una potencia superior a 500 kW accionado directamente por un eje principal con una configuración del tren de potencia orientada a facilitar su montaje y su mantenimiento.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un generador con una potencia superior a 500 kW accionado directamente por un eje principal y en el que la configuración del tren de potencia está orientada a minimizar las deformaciones de la unidad del generador y las cargas en los cojinetes cuando el eje principal flecta bajo grandes cargas del buje del rotor.

Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende:

- Una torre.

- Una estructura de soporte montada sobre la cima de la torre.

- Un tren de potencia que incluye un buje de rotor, un eje principal y un generador con un eje del generador rígidamente conectado al eje principal, en el que el buje del rotor y el generador están situados a distinto lado de la torre, el eje principal esta soportado por la estructura de soporte por medio de un cojinete frontal próximo al buje del rotor y un cojinete trasero próximo al generador; el estator, rígidamente unido al alojamiento del generador, está soportado por eje del generador por medio de dos cojinetes; el tren de potencia también comprende un elemento de acoplamiento entre el alojamiento del generador y la estructura de soporte que está colocado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular Y-Z al eje X del eje principal en el centro del cojinete trasero y está realizado de manera que permite desplazamientos del alojamiento del generador en la dirección del eje X del eje principal pero impide desplazamientos giratorios del alojamiento del generador respecto al eje X del eje principal.

En una realización preferente dicho elemento de acoplamiento es una placa metálica. Se consigue de esta manera un acoplamiento flexible simplificado entre el generador y la estructura de soporte.

En una realización preferente el generador es un generador de imanes permanentes. Se facilita de esta manera el uso de este tipo de generadores en los aerogeneradores.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con la figura que se acompaña.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista parcial en sección transversal de un aerogenerador según esta invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La configuración del tren de potencia de un generador sin multiplicadora que usa un generador de imanes permanentes (PM) de baja velocidad accionado directamente por un eje principal depende de las características específicas de este tipo de generadores.

La configuración del tren de potencia según la presente invención está basada en un eje principal 21 que se extiende desde el buje del rotor 13 hasta el generador PM 31, que tiene una potencia mayor de 500 kW, por encima de la torre 11.

El tren de potencia comprende un buje de rotor 13, al que están unidas una o más palas 15 por medio de cojinetes de pala 17, un eje principal 21 y un generador PM 31 que comprende un rotor 35 y un estator 27 dentro de un alojamiento 33.

El eje principal 21 está acoplado al buje del rotor 13 y a eje del generador 23 para llevar a cabo la transferencia directa del par motor. La conexión entre el eje principal 21 y el eje del generador 23 se realiza por medio de un disco de compresión 25 que proporciona una conexión rígida en flexión y torsión.

El eje principal 21 está soportado por la estructura de soporte 41 montada encima de la torre 11 por medio de un cojinete frontal 43 próximo al buje del rotor 13 y un cojinete trasero 45 próximo al generador 31. El generador 31 está soportado por el eje del generador 23 por medio de cojinetes 27, 29.

La estructura de de soporte 41 está montada encima de la torre 11 entre el buje del rotor 13 y el generador 31 junto con las interfases para los motores de los mecanismos de orientación 49 y sus soportes (no mostrados).

Para equilibrar el par producido por el generador 31, su alojamiento 33, al que el estator 37 está unido rígidamente, está acoplado con la estructura de soporte 41 por medio de un elemento de acoplamiento 39 situado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular Y-Z al eje X del eje principal 21 en el centro del cojinete trasero 45.

Cuando el eje principal 21 está cargado por el buje del rotor 13 con fuerzas y momentos flecta y cualquier punto del generador 31 se desplaza en una trayectoria circular con centro en el cojinete trasero 45. Como el elemento de acoplamiento 39 está situado en el mismo plano que el cojinete trasero, el borde exterior 51 del elemento de acoplamiento 39 se tiene que mover principalmente en la dirección del eje X del eje principal 21 para eliminar fuerzas extremas de reacción en los cojinetes del generador 27, 29.

El elemento de acoplamiento...

1. Un aerogenerador que comprende un tren de potencia que incluye un buje de rotor (13) soportando las palas del rotor (15), un eje principal (21) y un generador (31) de una potencia mayor de 500 kW con un eje de generador (23) rígidamente conectado al eje principal (21), una torre (11), y una estructura de soporte (41) montada sobre la cima de la torre (11), en el que:

a) el buje del rotor (13) y el generador (31) están situados a distinto lado de la torre (11);

b) el eje principal (21) esta soportado por la estructura de soporte (41) por medio de un cojinete frontal (43) próximo al buje del rotor (13) y un cojinete trasero (45) próximo al generador (31);

c) el estator (37), rígidamente unido al alojamiento (33) del generador, está soportado por eje del generador (23) por medio de dos cojinetes (27, 29);

caracterizado porque también comprende un elemento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) del generador y la estructura de soporte (41) que está colocado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular (Y-Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centro del cojinete trasero (45) y está realizado de manera que permite desplazamientos del alojamiento (33) del generador en la dirección del eje (X) del eje principal (21) pero impide desplazamientos giratorios del alojamiento (33) del generador respecto al eje (X) del eje principal (21).

2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de acoplamiento (39) es una placa metálica.

3. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el elemento de acoplamiento (39) está unido a la estructura de soporte (41) y al alojamiento (33) del generador con medios de unión rígidos.

4. Aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos medios de unión a la estructura de soporte (41) son tornillos.

5. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dicho generador (31) es un generador de imanes permanentes.