Procedimiento para estimar el nivel de magnetización de uno o más imanes permanentes situados en uno o más rotores de imanes permanentes de un generador de turbina eólica y de una turbina eólica.

Procedimiento para remagnetizar uno o más imanes permanentes (IP) en un generador (10) de turbina eólicacon uno o más rotores (9) de imanes permanentes que comprende las etapas de

conectar unos medios de magnetización que comprenden una o más bobinas de magnetización (31) pararemagnetizar dicho material de IP (20) en el generador (10),

y

remagnetizar dicho material de IP (20) con dichos medios de magnetizacióncaracterizado porque la una o más bobinas de magnetización (31) forman al menos una parte temporal de laconstrucción del estator.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2008/000113.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus DINAMARCA.

Inventor/es: HELLE,Lars , LINDHOLM,Morten , BENDIXEN,Flemming,Buus .

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D9/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02).
  • G01R31/34 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayo de máquinas dinamoeléctricas.
  • G01R33/12 G01R […] › G01R 33/00 Dispositivos o aparatos para la medida de valores magnéticos. › Medida de propiedades magnéticas de artículos o muestras de sólidos o de fluidos (en los que interviene la resonancia magnética G01R 33/20).
  • H02K11/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › Asociación estructural de máquinas dinamo-eléctricas con dispositivos de medida o de protección o con componentes eléctricos, p. ej. con resistencias o interruptores.
  • H02K21/14 H02K […] › H02K 21/00 Motores síncronos con imanes permanentes; Generadores síncronos con imanes permanentes. › Imanes giratorios en el interior del inducido.
  • H02P9/32 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 9/00 Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida. › utilizando dispositivos magnéticos con grado de saturación controlable (H02P 9/34 tiene prioridad).

PDF original: ES-2387221_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para estimar el nivel de magnetización de uno o más imanes permanentes situados en uno o más rotores de imanes permanentes de un generador de turbina eólica y de una turbina eólica

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para estimar el nivel de magnetización de uno o más imanes permanentes situados en uno o más rotores de imanes permanentes de un generador de turbina eólica y en una turbina eólica.

Descripción del estado de la técnica relacionada

El funcionamiento de un generador de turbina eólica de IP es extremadamente dependiente del estado de los 10 imanes permanentes. Fallos tales como imanes rotos o niveles de magnetización no uniformes de los imanes dan lugar a una degradación de la calidad y utilización del generador.

Es bien conocido montar una máquina eléctrica de IP con imanes pre-magnetizados en ranuras preparadas comprendidas en el rotor, como se divulga en la patente danesa DK 17430.

Una desventaja del procedimiento descrito es que en la instalación actúan fuerzas magnéticas extensivas entre los

imanes y otros componentes magnéticos de la máquina eléctrica. Esto requiere la adopción de precauciones especiales durante la instalación comprendiendo la utilización de herramientas especiales para el manejo de los imanes, componentes magnéticos y las fuerzas que interactúan.

Además, como los imanes están magnetizados antes de su instalación, el estado de los imanes tras su instalación es incierto hasta que se acciona la turbina eólica.

La solicitud norteamericana de patente US 2002/0149275 divulga una máquina eléctrica que comprende detectores de campo magnético montados en el estator para detectar la posición angular del rotor. Detectar el nivel de magnetización de imanes permanentes es asimismo el objeto de los documentos US 2003/0055584 y JP 20004173415. La remagnetización de imanes permanentes con bobinas separadas es propuesta en los documentos GB 786485 y GB 669686.

Es un objeto de la invención proporcionar una técnica sin las desventajas anteriormente mencionadas, y especialmente es un objeto proporcionar una técnica que permita monitorizar el estado de los imanes permanentes tras su instalación en el rotor de un generador de turbina eólica.

La invención

La invención está definida de modo preciso en la reivindicación de procedimiento 1 y en la reivindicación de 30 dispositivo 10 correspondiente. Las reivindicaciones dependientes recitan detalles ventajosos de la invención.

Figuras

La invención se describirá en lo que sigue con referencia a las figuras, en las cuales: la fig. 1 ilustra una turbina eólica moderna grande, que incluye tres palas de turbina eólica en el rotor de turbina eólica, 35 la fig. 2 ilustra esquemáticamente los componentes de un modo de realización de una turbina eólica síncrona de

accionamiento directo, la fig. 3a ilustra esquemáticamente el principio de construcción de un generador de flujo axial, la fig. 3b ilustra esquemáticamente el principio de construcción de un generador de flujo radial, la fig. 4a ilustra un generador de flujo axial,

la fig. 4b ilustra un flujo momentáneo de flujo magnético en un generador de flujo axial, la fig. 5 ilustra esquemáticamente una sección transversal de la invención, la fig. 6a ilustra esquemáticamente bobinas de estator de una sección transversal de la invención, y la fig. 6b ilustra esquemáticamente detectores de magnetización en una sección transversal de la invención.

Descripción detallada

45 La fig. 1 ilustra una turbina eólica 1 moderna con una torre 2 y una góndola 3 de la turbina eólica situada en la parte superior de la torre.

El rotor de turbina eólica, que comprende al menos una pala tal como tres palas 5 de turbina eólica, como se ilustra, está conectado al cubo 4 a través de mecanismos de paso 6. Cada mecanismo de paso incluye un cojinete de pala y un medio de accionamiento de paso individual que permite el montaje de la pala. El proceso de paso está controlado

mediante un controlador de paso.

Como se indica en la figura, el viento por encima de un cierto nivel activará el rotor y permitirá que gire en una dirección sustancialmente perpendicular al viento. El movimiento de giro es convertido en potencia eléctrica por medios que comprenden un generador, y se alimenta habitualmente a la red de distribución como es bien conocido por los expertos en la técnica.

En general, el uso de generadores eléctricos en turbinas eólicas comprende el uso de uno de al menos dos tipos básicos de generadores, esto es, generadores basados en imanes electromagnéticos o permanentes, respectivamente. La presente invención se refiere a un generador que comprende imanes permanentes (IP) .

Los generadores de IP comprenden dos componentes, esto es, un campo magnético giratorio construido utilizando imanes permanentes y una armadura estacionaria construida utilizando bobinados eléctricos situados en un núcleo

de hierro ranurado.

En un estado magnetizado, dichos imanes permanentes tienen un polo orientado hacia el norte y un polo orientado hacia el sur, respectivamente. Polos de tipo opuesto se atraen, mientras que polos del mismo tipo se repelen entre sí. Además, los polos de cualquier tipo atraen el hierro, acero y otros pocos metales tales como níquel y cobalto.

Los imanes permanentes están fabricados de un material ferro- (o ferri-) magnético, tal como NdFeB, SiFe, SrFeO o

similares. Durante la formación del material magnético, grupos muy pequeños a nivel atómico, denominados dominios magnéticos, actúan como una unidad magnética y producen un momento magnético. Los mismos dominios se alinean a sí mismos en la misma dirección en un pequeño volumen. En un estado no magnetizado, la pluralidad de dominios de dichos imanes permanentes está organizada de un modo no alineado, por lo que a gran escala se cancelan sustancialmente entre sí dando como resultado un campo magnético débil o inexistente.

Al magnetizar un imán permanente ferromagnético, por ejemplo situándolo en un campo magnético externo tal como el producido en un solenoide con una corriente directa que pasa a través del mismo, todos los dominios tienden a alinearse con el campo magnético externo. Algunos dominios se alinean más fácilmente que otros, por lo que el momento magnético resultante depende de la intensidad del campo magnético aplicado, aumentando hasta que todos los posibles dominios están alineados.

Si un material ferromagnético es expuesto a temperaturas por encima de su temperatura de Curie especifica pierde su capacidad magnética característica ya que las fluctuaciones térmicas destruyen el alineamiento de dichos dominios.

Habitualmente los imanes permanentes son sustancialmente no magnéticos cuando son fabricados, pero deben ser magnetizados más adelante, por ejemplo, en el emplazamiento de producción, justo antes de que sean montados o

una vez que han sido incorporados como componentes en generadores, por ejemplo.

Detectar el nivel de magnetización de un material de IP comprende en general mover o situar un conductor en un campo magnético, por lo cual se genera una corriente en el detector de magnetización, siendo dicha corriente proporcional al campo magnético.

La fig. 2 ilustra esquemáticamente los componentes de un modo de realización de la presente invención un

generador de turbina eólica síncrono 7 de velocidad variable, paso controlado y accionamiento directo, que comprende un rotor de turbina eólica 8 comprendiendo palas de turbina eólica 5 conectadas sustancialmente de modo directo sin engranajes a través de un árbol de rotor 21 al rotor giratorio 9 de un generador multipolo 10 que comprende imanes permanentes, el estator 16 conectado a un convertidor AC/DC del lado del generador para convertir una AC generada a un enlace DC 12, un convertidor DC/AC 13 del lado de la red y un transformador 14

45 para transformar al voltaje de red requerido de la red de distribución 15.

Un sistema de control del convertidor 23 es conectado a dichos convertidores 11, 13 con el fin de controlar su funcionamiento.

En varios modos de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para remagnetizar uno o más imanes permanentes (IP) en un generador (10) de turbina eólica con uno o más rotores (9) de imanes permanentes que comprende las etapas de

! conectar unos medios de magnetización que comprenden una o más bobinas de magnetización (31) para 5 remagnetizar dicho material de IP (20) en el generador (10) , y

! remagnetizar dicho material de IP (20) con dichos medios de magnetización

caracterizado porque la una o más bobinas de magnetización (31) forman al menos una parte temporal de la construcción del estator.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además las etapas 10 de: ! establecer uno o más detectores de magnetización en el estator del generador, ! conectar dicho uno o más detectores de magnetización a medios de medición, ! procesar datos medidos en dichos medios de medición,

! establecer valores de magnetización, y 15 ! remagnetizar el material de IP de acuerdo con los valores de magnetización.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho procedimiento se realiza cuando el generador de turbina eólica está instalado en una góndola de la turbina eólica.

4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha conexión de uno o más detectores de magnetización comprende conectar al menos una bobina de estator del generador.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho uno o más detectores de magnetización sustituyen a una o más partes del estator del generador de turbina eólica.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 en el que dichos valores de magnetización son establecidos de modo sustancialmente continuo o a intervalos predefinidos durante el funcionamiento normal.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además la etapa de evaluar dichos valores 25 establecidos de magnetización mediante medios de evaluación.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicha evaluación comprende comparar valores establecidos recientemente con valores establecidos almacenados previamente.

9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en el que dicha evaluación comprende calcular tendencias de valores establecidos y/o predecir valores futuros. 30 10. Turbina eólica (1) que comprende: ! una torre de turbina eólica (2) ,

! un rotor de turbina eólica (8) , ! una góndola (3) de la turbina eólica que comprende uno o más generadores (10) de turbina eólica que comprenden uno o más imanes permanentes (20) situados en uno o más rotores (9) de imanes permanentes, y

! medios de magnetización que comprenden una o más bobinas de magnetización para remagnetizar o ajustar

un nivel de magnetización de dichos uno o más imanes permanentes (20) , caracterizada por que la una o más bobinas de magnetización (31) forman al menos una parte temporal de la construcción del estator.

11. Turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 10, en la que dicho generador de turbina eólica comprende 40 además medios para estimar el nivel de magnetización de dichos uno o más imanes permanentes.

12. Turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, en la que dicho generador de turbina eólica es un generador de flujo axial, un generador de flujo radial o un generador de flujo transversal.

13. Turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, en la que dichos medios para estimar comprenden uno o más detectores de magnetización, medios de medición y/o medios de evaluación.

14. Turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 12, en la que dicho detector de magnetización es una bobina de estator del generador o una bobina de detección establecida dedicada para detectar magnetización.

15. Turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 10, en la que dichos imanes permanentes han sido magnetizados una vez que han sido montados en dichos rotores de imanes permanentes.


 

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