GENERADOR DE ACCIONAMIENTO DIRECTO Y TURBINA EÓLICA.

Generador de accionamiento directo para una turbina eólica que comprende - una disposición (19,

117, 208, 308) de estator y - una disposición (18, 116, 219, 314) de rotor, en el que - la disposición (19, 117) de estator y/o la disposición (116, 219, 314) de rotor comprende al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo frontal y/o trasera al menos parcialmente flexible, caracterizado porque la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo está compuesta al menos parcialmente por fibra de vidrio

La invención se refiere a un generador de accionamiento directo para una turbina eólica y a una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo de este tipo.

En principio existen dos tipos principales de turbinas eólicas en vista de la configuración de accionamiento de una turbina eólica. El primer tipo de turbina eólica es el tipo más clásico de turbina eólica que comprende una caja de engranajes dispuesta entre el árbol principal y un generador de la turbina eólica. El segundo tipo de turbina eólica es un tipo sin engranajes que comprende un accionamiento directo o un generador accionado directamente. Un generador de accionamiento directo de este tipo puede fabricarse como un generador síncrono con rotor bobinado o con imanes permanentes unidos al rotor, o puede estar diseñado como un tipo alternativo de generador. Independientemente del tipo de generador de accionamiento directo, es deseable que se mantenga la anchura del entrehierro entre el rotor y el estator del generador de manera preferiblemente constante o al menos dentro de ciertas tolerancias durante el funcionamiento de la turbina eólica y el generador de accionamiento directo, respectivamente, incluso cuando la disposición del rotor de la turbina eólica, el árbol principal y el generador de accionamiento directo están sometidos a cargas.

Por tanto, se desarrollaron diferentes disposiciones de cojinete para una configuración de accionamiento de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo. Hasta ahora, la disposición clásica de cojinete de un generador de accionamiento directo es una disposición de dos cojinetes. De ese modo, el rotor del generador que está conectado al rotor de la turbina eólica está soportado con dos cojinetes hacia un árbol interno estacionario o un árbol interno fijo. El estator está unido en un lado al árbol interno estacionario. Por tanto, el rotor puede girar en relación con el estator alrededor del árbol interno estacionario. Turbinas eólicas con un diseño de

este tipo se describen por ejemplo en los documentos EP 1 641 102 A1 y US 6.483.199 B2. El inconveniente de un diseño de este tipo es que el soporte en un lado del estator dificulta mantener la anchura del entrehierro al menos de manera sustancialmente constante en el lado no soportado del estator, en particular cuando toda la estructura del generador no sólo se somete a la gravedad y la inercia de masa, sino también a atracción magnética desequilibrada. Para reducir este inconveniente, un generador de accionamiento directo con una disposición de dos cojinetes de este tipo necesita una estructura de soporte del estator grande y pesada que pueda absorber momentos de flexión relativamente grandes del estator. Una estructura de soporte del estator de este tipo se describe por ejemplo en el documento WO 02/05408 A1, en el que la estructura de soporte del estator comprende una construcción de soporte que tiene muchos brazos de soporte.

En un diseño alternativo, la disposición de dos cojinetes se reemplaza por un único cojinete con una parte de cojinete interno estacionario unida a un árbol interno estacionario y a una parte de cojinete externo rotatorio que soporta el rotor del generador de accionamiento directo. Turbinas eólicas que comprenden un generador de accionamiento directo con un único cojinete se dan a conocer en los documentos US 2006/0152014 A1 y WO 02/057624 A1. Pero la sustitución de los dos cojinetes por un único cojinete no cambia sustancialmente el inconveniente de la estructura del estator soportada unilateralmente.

En algunas soluciones adicionales, el concepto de árbol interno estacionario se reemplaza por un concepto de árbol rotatorio. Puesto que el estator del generador está soportado en ambos lados según el concepto de árbol rotatorio, es más fácil mantener la anchura del entrehierro entre el rotor y el estator del generador al menos de manera sustancialmente constante. Hay dos variantes conocidas del concepto de árbol rotatorio, una con una disposición de dos cojinetes y una con una disposición de cuatro cojinetes.

Según la disposición de dos cojinetes, los cojinetes del generador actúan como cojinetes de un árbol principal para la turbina eólica, árbol principal que está conectado al rotor de la turbina eólica. La estructura del estator está soportada hacia el árbol principal y unida a una placa de asiento de la turbina eólica. Turbinas eólicas que tienen un diseño de este tipo se dan a conocer en los documentos US 7.119.453 B2 y WO 03/023943 A2. Un inconveniente de este diseño es que la estructura del estator necesita dimensionarse para absorber y transferir todas las cargas del rotor de la turbina eólica, es decir el peso del rotor de la turbina eólica y todas las cargas aerodinámicas asimétricas para mantener la anchura del entrehierro dentro de las tolerancias necesarias. En las turbinas eólicas grandes, esto conduce a estructuras del estator muy pesadas y caras.

En la disposición de cuatro cojinetes, el árbol principal de la turbina eólica que está conectado al rotor de la turbina eólica en un extremo, está soportado por sus propios dos cojinetes y lleva en su otro extremo el generador de accionamiento directo. El generador de accionamiento directo tiene una disposición de dos cojinetes para el centrado del rotor dentro del estator. Un ejemplo de una turbina eólica de este tipo se describe en el documento US 6.781.276 B1. En esta disposición montada del árbol principal, el rotor del generador lleva el estator del generador y el par de torsión se transfiere desde el generador hasta la placa de asiento de la turbina eólica a través de una disposición de brazo de par de torsión. La disposición de brazo de par de torsión necesita comprender algún tipo de flexibilidad, por ejemplo implementada con elementos de caucho, para prever desalineaciones menores entre estructura del árbol principal -generador y la placa de asiento de la turbina. El soporte bilateral del estator en el rotor permite una estructura relativamente liviana del estator. El principal inconveniente de este diseño es que se requiere un total de cuatro cojinetes y que el par de torsión completo tiene

que pasar al menos parcialmente a través de esos cojinetes. Para las turbinas eólicas grandes esto significa cojinetes comparativamente grandes y caros. Además, para las turbinas eólicas grandes, la disposición de brazo de par de torsión se vuelve una estructura comparativamente sustancial y pesada.

En el documento US 4.291.235 se describe una disposición de cojinete adicional para una turbina eólica. La turbina eólica comprende un árbol estacionario así como un generador de accionamiento directo que tiene un estator interno y un rotor

estacionario mediante un cojinete frontal y en el lado trasero conectado al árbol estacionario mediante un cojinete trasero. De ese modo, la disposición de cojinete no es óptima en relación con la capacidad de carga.

Además, en el documento EP 07013519.9 no publicado previamente, se describe una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene un rotor y un estator. El rotor del generador de accionamiento directo está unido al lado trasero de un árbol principal, árbol principal que está soportado por dos cojinetes principales. El estator está dispuesto sustancialmente alrededor del rotor y comprende una placa de extremo frontal, una placa de extremo trasera y un elemento de carcasa que conecta las placas de extremo frontal y trasera entre sí. La placa de extremo trasera del estator está soportada en el rotor o el árbol principal mediante un tercer cojinete. La placa de extremo frontal del estator está unida al menos indirectamente a una parte estacionaria de la turbina eólica. Por tanto, en el documento EP 07013519.9 no publicado previamente, se describe una disposición de tres cojinetes.

Una estructura de tres cojinetes de este tipo en ocasiones puede ser estáticamente indeterminada. En este caso, cualquier desalineación debida a tolerancias de montaje o cualquier deformación que surja como resultado de la gravedad o de cargas

externas al árbol principal y/o al generador de accionamiento directo podría conducir potencialmente a una distribución de carga no uniforme entre los tres cojinetes de la turbina eólica, lo que a su vez podría producir un fallo prematuro de los cojinetes. La placa de extremo frontal...

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Generador de accionamiento directo para una turbina eólica que comprende -una disposición (19, 117, 208, 308) de estator y -una disposición (18, 116, 219, 314) de rotor, en el que -la disposición (19, 117) de estator y/o la disposición (116, 219, 314) de rotor comprende al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo frontal y/o trasera al menos parcialmente flexible, caracterizado porque la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo está compuesta al menos parcialmente por fibra de vidrio. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 1, que comprende un eje (A) central, en el que la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo es al menos parcialmente flexible en cierto grado en las direcciones del eje (A) central. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 1 ó 2, en el que la al menos una placa de extremo es una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo con forma de anillo. Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo tiene un espesor de aproximadamente 15 -50 mm. Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición (19, 117) de estator está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición (18, 116) de rotor, comprende una placa (29, 126) de extremo frontal, una placa (28, 127) de extremo trasera y un elemento (32, 128) de estator cilíndrico hueco que conecta la placa (29, 126) de extremo frontal y la placa (28, 127) de extremo trasera entre sí.

6. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 5, en el que el elemento (32, 128) de estator cilíndrico hueco comprende en el interior al menos una pila (33, 133) de laminación dotada de al menos un arrollamiento.

7. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 5 ó 6, en el que la disposición (18, 116) de rotor está dispuesta sustancialmente dentro de la disposición (19, 117) de estator.

8. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 7, en el que la disposición (116) de rotor comprende una placa (118) de extremo frontal, una placa (119) de extremo trasera y un elemento (120) de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa (118) de extremo frontal y la placa (119) de extremo trasera entre sí.

9. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 8, en el que el elemento (120) de rotor cilíndrico hueco comprende en el exterior al menos un imán (125) permanente.

10. Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición (219, 314) de rotor está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición (208, 308) de estator, comprende una placa (221, 315) de extremo frontal, una placa (221, 316) de extremo trasera y un elemento (222, 317) de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa (221, 315) de extremo frontal y la placa (221, 316) de extremo trasera entre sí.

11. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 10, en el que el elemento (222, 317) de rotor cilíndrico hueco comprende al menos un imán (223, 318) permanente en el interior.

12. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 10 u 11, en el que la disposición (208, 308) de estator está dispuesta sustancialmente dentro de la disposición (219, 314) de rotor y comprende una estructura (209, 309) de soporte de estator.

13. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 12, en el que al menos una pila (210, 310) de laminación dotada de al menos un arrollamiento (211, 311) está dispuesta en la estructura (209, 309) de soporte de estator.

5 14. Turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 y una configuración de accionamiento para hacer girar la disposición (18, 116, 219, 314) de rotor en relación con la disposición (19, 117, 208, 308) de estator que comprende al menos tres cojinetes o dos cojinetes en el que al menos uno de los dos cojinetes es un cojinete de cuatro puntos.