Generador (41) de un aerogenerador accionado directamente comprendiendo una torre (11),

una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11), un tren de potencia accionado directamente por un rotor eólico (15), soportado por un eje principal (29) unido a la estructura de soporte (13) por al menos un cojinete, estando el rotor del generador (45) unido rígidamente al buje de rotor (17) y estando el estator del generador (43) unido rígidamente al eje principal (29), estando configurados el rotor del generador (45) y el estator del generador (43) con una distancia variable predeterminada del entrehierro (44) entre ellos apropiada para compensar modificaciones de la distancia del entrehierro (44) debidas a fuerzas internas y externas actuantes sobre el generador (41) y el buje del rotor (17), de manera que pueda mantenerse una distribución aceptable de la distancia del entrehierro (44) para el funcionamiento del generador (41) en cualquier situación operacional.

Generador de un aerogenerador accionado directamente.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un aerogenerador accionado directamente y, en particular, al generador de un aerogenerador accionado directamente.

Antecedentes

Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de orientación mediante los que se gira la góndola, varios controladores y un freno. El rotor soporta varias palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado -directamente o a través de un dispositivo de multiplicación- un generador eléctrico. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la energía del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.

Se conocen en la técnica tres conceptos básicos de trenes de potencia de aerogeneradores sin multiplicadoras.

En el primer concepto básico el generador está posicionado entre el rotor y la estructura de soporte. US 7,084,522 (ver Fig. 1) describe un ejemplo. Uno de sus problemas es que el entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador está influenciado por las cargas del rotor. Los momentos de rotación y vuelco del rotor ocasionan deflexiones en el eje principal lo que produce un produce un acercamiento el rotor del generador al estator del generador.

En el segundo concepto básico el generador está posicionado delante del rotor. DE 102004020929 (ver Fig. 2) describe un ejemplo. El entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador está menos influenciado por las cargas de rotor ya que tanto el estator del generador como el rotor del generador se mueven conjuntamente con las deflexiones del eje principal. Pero el juego interno en los cojinetes principales ocasiona variaciones del entrehierro debidas a las cargas del rotor.

En el tercer concepto básico el generador está posicionado detrás de la torre y conectado al rotor por un eje principal. WO 01/94779 (ver Fig. 3) describe un ejemplo. Un problema de este concepto es que el eje principal puede flectar ante grandes cargas del rotor causando variaciones en el entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador.

Las soluciones propuestas en la técnica anterior están basadas en la incorporación de medios específicos para evitar o limitar las variaciones del entrehierro del generador, del tipo de cojinetes adicionales o entrehierros incrementados con la consiguiente reducción de eficiencia, que aumentan la complejidad y coste del aerogenerador.

La presente invención está orientada a la eliminación del riesgo de un colapso del entrehierro, manteniendo la eficiencia o minimizando las pérdidas de un aerogenerador accionado directamente sin necesidad de ningún medio específico para evitar variaciones del entrehierro del generador.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador altamente eficiente.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador capaz de afrontar deflexiones del buje del rotor y/o del eje principal.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador que permite reducir su coste.

Estos y otros objetivos se consiguen proporcionando un aerogenerador comprendiendo una torre, una estructura de soporte montada sobre la torre, un tren de potencia incluyendo un generador que está accionado directamente por un rotor eólico, comprendiendo un buje de rotor y al menos una pala, soportado por un eje principal rotatorio o no rotatorio unido a la estructura de soporte por al menos un cojinete, estando el rotor del generador unido rígidamente al buje de rotor y el estator del generador unido rígidamente al eje principal, en el que el rotor del generador y el estator del generador están configurados con una distancia variable predeterminada del entrehierro entre ellos, a lo largo de al menos parte de su longitud, apropiada para compensar modificaciones de la distancia del entrehierro debidas a fuerzas internas y externas actuantes sobre el generador y el buje del rotor, de manera que pueda mantenerse una distribución aceptable para el funcionamiento del generador en cualquier situación operacional.

En una realización preferente, el generador está posicionado aguas arriba del buje del rotor. Se consigue con ello un generador altamente eficiente para una configuración de un aerogenerador accionado directamente que está sujeto a deflexiones significativas del buje del rotor.

En otra realización preferente, el generador está posicionado aguas abajo el buje del rotor. Se consigue con ello un generador altamente eficiente para una configuración de un aerogenerador accionado directamente que está sujeto a deflexiones significativas del buje del rotor/eje principal.

En otra realización preferente, el generador es un generador de imanes permanentes. Se consigue con ello una configuración optimizada de un generador de imanes permanentes para un aerogenerador accionado directamente.

En otra realización preferente, el generador es un generador de inducción. Se consigue con ello una configuración optimizada de un generador de inducción para un aerogenerador accionado directamente.

En otra realización preferente la configuración del rotor exterior/interior del generador y/o del estator interior/exterior del generador incluye una sección no cilíndrica a lo largo de al menos una parte de la longitud del generador para crear crear una distancia variable del entrehierro con una correspondiente sección cilíndrica o no cilíndrica, orientada en sentido contrario, del estator del generador y/o el rotor del generador, estando definidas dichas secciones teniendo en cuanta las deflexiones esperadas del buje del rotor/eje principal con formas tales como una forma lineal, una forma siguiendo una curva progresiva, una forma de escalones lineales, una forma de escalones siguiendo una curva progresiva o una combinación de una forma de escalones lineales y una forma de escalones siguiendo una curva progresiva.

Se consiguen con ello configuraciones del generador apropiadas para implementar diferentes distribuciones predeterminadas de la distancia del entrehierro.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas y no limitativas de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figuras 1, 2, 3 tomadas, respectivamente, de US 7,084,522, DE 102004020929 y WO 01/94779 ilustran los tres conceptos básicos conocidos de aerogeneradores sin multiplicadora.

La Figura 4a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador conocido en la técnica accionado directamente con el generador situado aguas arriba del rotor y la Figura 4b es una vista esquemática ilustrando una situación de colapso del entrehierro causada por una deflexión del rotor.

La Figura 5a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención con el generador situado aguas arriba del rotor y la Figura 5b es una vista esquemática ilustrando una situación de una deflexión extrema del rotor.

La Figura 6a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención con el generador situado aguas abajo del rotor y la Figura 6b es una vista esquemática ilustrando una situación de una deflexión extrema del rotor.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Esta invención se refiere a un tren de potencia accionado directamente de un aerogenerador con el generador situado aguas arriba o aguas abajo...

1. Aerogenerador comprendiendo una torre (11), una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11), un tren de potencia incluyendo un generador (41) que está accionado directamente por un rotor eólico (15), comprendiendo un buje de rotor (17) y al menos una pala (19), soportado por un eje principal (29) rotatorio o no rotatorio unido a la estructura de soporte (13) por al menos un cojinete, estando el rotor del generador (45) unido rígidamente al buje de rotor (17) y estando el estator del generador (43) unido rígidamente al eje principal (29), caracterizado porque el rotor del generador (45) y el estator del generador (43) están configurados con una distancia variable predeterminada del entrehierro (44) entre ellos, a lo largo de al menos parte de su longitud, apropiada para compensar modificaciones de la distancia del entrehierro (44) debidas a fuerzas internas y externas actuantes sobre el generador (41) y el buje del rotor (17), de manera que pueda mantenerse una distribución aceptable de la distancia del entrehierro (44) para el funcionamiento del generador (41) en cualquier situación operacional.

2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador (41) está situado aguas arriba del buje del rotor (17).

3. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador (41) está situado aguas abajo del buje del rotor (17).

4. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicación 1-3, caracterizado porque el generador (41) es un generador de imanes permanentes.

5. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicación 1-3, caracterizado porque el generador (41) es un generador de inducción.

6. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicación 1-5, caracterizado porque la configuración del rotor del generador (45) y/o del estator del generador (43) incluye una sección no cilíndrica a lo largo de, al menos, una parte de la longitud del generador (41) para crear una distancia variable del entrehierro (44) con una correspondiente sección cilíndrica, ó no cilíndrica orientada en sentido contrario, del estator del generador (43) y/o del rotor del generador (45), estando definidas dichas secciones teniendo en cuenta las deflexiones esperadas del buje del rotor (17) y/o el eje principal (29).

7. Aerogenerador según la reivindicación 6, caracterizado porque la forma de dicha sección no cilíndrica es una de las siguientes:

- una forma lineal;

- una forma siguiendo una curva progresiva;

- una forma de escalones lineales;

- una forma de escalones siguiendo una curva progresiva;

- una combinación de una forma de escalones lineales y una forma de escalones siguiendo una curva progresiva.

8. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicación 1-7, caracterizado porque el generador está configurado con un rotor de generador (45) exterior y un estator de generador (43) interior.

9. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicación 1-7, caracterizado porque el generador está configurado con un rotor de generador (45) interior y un estator de generador (43) exterior.