PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA UN GENERADOR SUPERCONDUCTOR ACCIONADO POR UNA TURBINA EÓLICA.

Procedimiento y aparato para un generador superconductor accionado por una turbina eólica Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a generadores eléctricos y, en particular, se refiere a turbinas eólicas y generadores superconductores. Un generador de accionamiento directo accionado por las palas de una turbina eólica es eficiente y tiene mínimas pérdidas debido a la transmisión de par desde las palas de turbina hasta el generador. Los generadores de accionamiento directo de las torres de turbinas eólicas generalmente tienen una tasa de potencia de tres (3) mega- Watios (MW) o menos. Los generadores de accionamiento directo típicamente tienen una baja densidad de par y se vuelven demasiado pesados para una torre de turbina eólica en tasas de potencia por encima de 3MW. Los generadores pesados con tasas de potencia por encima de 3MW han venido usándose en torres de turbina eólica con accionamiento indirecto, que usualmente incluyen una caja de engranajes y un eje que permiten un generador compacto de alta velocidad. Las cajas de engranajes tienden a ser poco fiables y no adecuadas para una larga vida útil en una torre de turbina eólica. Existe desde hace tiempo la necesidad de generadores de accionamiento directo para turbinas eólicas capaces de generar una potencia eléctrica de múltiples Mega Watios (MW), p. ej., 10 MW. El generador que se necesita deberá ser altamente fiable, y tener un tamaño y peso razonables para permitir un transporte y una instalación económicos en una torre de turbina eólica. Breve descripción de la invención En el documento FR-A-2 313 795 se describe una máquina eléctrica rotativa que usa unas bobinas superconductoras y un sistema de refrigeración criostático asociado. El documento GB-A-2 416 566 describe un generador superconductor de accionamiento directo en una turbina eólica, y el documento WO 01/21956 A describe un generador de accionamiento directo convencional en una turbina eólica. De acuerdo con la invención, se proporciona un generador que comprende: un inducido anular que puede conectarse para rotar con un componente rotativo de una turbina eólica; un devanado de campo anular, no rotativo, coaxial con el inducido y separado del inducido por un huelgo, en el cual el devanado de campo incluye unos imanes de bobina superconductora; y una carcasa que forma un soporte no rotativo para el devanado de campo y que puede conectarse a una zona superior de una torre de la turbina eólica, caracterizado porque dicha carcasa constituye una carcasa aislante para el conjunto de imanes de bobina e incluye un escudo térmico, que forma una cámara anular, suspendido por un tubo transmisor de par en un interior evacuado de la carcasa, conteniendo dicha cámara un cárter anular que encierra los imanes de bobina. El generador de la invención puede comprender al menos un re-condensador montado por encima de los devanados inductores, y cada uno de los imanes de bobina puede ser un imán de bobina superconductor en forma de pista de carreras. La carcasa puede montarse mediante un tubo transmisor de par en una montura fijada a la torre en la que está montado el componente rotativo de la turbina eólica. En una realización, el generador comprende adicionalmente unos conductos aislados para los imanes de bobina superconductora que se extienden a través de la carcasa y hacia arriba hasta un re-condensador montado por encima del devanado de campo. Breve descripción de los dibujos A continuación se describirán realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La FIGURA 1 es una turbina eólica con ungenerador de accionamiento directocon componentes electromagnéticos superconductores. La FIGURA 2 es un diagrama esquemático que muestra en sección transversal ungenerador de accionamiento directo con un inducido rotativo anular y un devanado de campo superconductor, estacionario, rodeado por el inducido. La FIGURA 3 es un diagrama esquemático que muestra en sección transversal el criostato para el devanado de campo superconductor. La FIGURA 4 es una vista en perspectiva de un cárter anular que soporta los imanes de bobina del devanado de campo superconductor. 2 E08101578 11-11-2011   La FIGURA 5 es una vista en perspectiva trasera y lateral del generador y el cubo de la turbina eólica. La FIGURA 6 es una vista en sección transversal parcial de la góndola, el generador, y el cubo de la turbina eólica. Descripción detallada de la invención Se ha desarrollado un generador superconductor de corriente alterna (CA) con un devanado de campo estacionario y con un inducido rotativo accionado directamente por una turbina eólica o una turbina (denominada colectivamente turbina eólica). El generador superconductor de CA puede montarse en la zona superior de la torre de la turbina eólica y acoplarse directamente al componente rotativo de la turbina eólica, p. ej., las palas. El generador de accionamiento directo es lo suficientemente ligero para estar montado en la parte superior de una torre de turbina eólica convencional y acoplado a unas palas de turbina eólica rotativas convencionales. El generador superconductor proporciona una densidad de par elevada que permite que el generador tenga un peso ligero, pese a los componentes añadidos para refrigerar y aislar las bobinas superconductoras del devanado de campo. El devanado de campo estacionario incluye una serie de bobinas superconductoras en forma de pista de carreras refrigeradas a temperaturas criogénicas. El inducido rotativo y un yugo de hierro (opcional) están conectados directamente a, y girados por, la turbina eólica. Un colector de corriente transfiere las corrientes en tres fases generadas por el inducido rotativo en el estator estacionario hasta unos conductores que se extienden hacia abajo a través del bastidor de la turbina eólica. La FIGURA 1 es una vista frontal de una turbina eólica 10 que incluye una torre 12 anclada al suelo. Un generador superconductor está alojado dentro de una góndola 14 montada en la parte superior de la torre. La góndola puede girar sobre un eje de la torre para alinear las palas 18 de la turbina con respecto a la dirección del viento. Las palas se extienden radialmente hacia fuera desde un cubo 20. Las palas 18 típicamente están encaradas hacia el viento y giran por la energía del viento. Un generador está alojado dentro de la góndola 14 y es accionado directamente por el cubo 20 y las palas 18. La rotación de las palas y el cubo acciona directamente el inducido del generador. La torre 12 puede tener una altura de entre 20 y 100 metros, de uno a dos (1 a 2) metros de diámetro en la parte superior y cuatro (4) metros de diámetro en la base. La torre puede estar construida con acero tubular ahusado, pero también puede estar hecha con una estructura reticulada o con secciones de hormigón. Las palas 18 de turbina, cada una con una longitud de 10-45 metros, están uniformemente separadas alrededor del cubo 20. Aunque las palas pueden estar hechas de cualquier material adecuado, típicamente están formadas por plástico o epoxi reforzado con fibra de vidrio. Las palas pueden tener un ángulo de ataque fijo o un ángulo de ataque variable, dependiendo de si en el cubo hay incluida una caja de engranajes para el ángulo de ataque variable. Las dimensiones de la torre y las palas y sus composiciones están fuera del alcance de la presente aplicación y son conocidas por los expertos en la técnica de turbinas eólicas de gran tamaño usadas para la generación de corriente eléctrica. La FIGURA 2 es un diagrama esquemático que muestra la sección transversal de un generador 22 de accionamiento directo con un inducido rotativo 24 y un conjunto 26 de devanado de campo superconductor rodeado por el inducido. El inducido rotativo 24 es un anillo anular exterior alrededor del conjunto 26 de devanado de campo. El inducido está formada de manera convencional y puede comprender unos devanados conductores 27, p. ej., bobinas o barras, dispuestos longitudinalmente a lo largo del inducido y sobre una superficie cilíndrica interior del inducido. A modo de ejemplo, las secciones longitudinales de los devanados del inducido pueden tener una longitud de entre 737 mm y 762 mm, un grosor de entre 102 y 127 mm y un diámetro interior de entre 3,43 y 3,45 m. Las bobinas o barras pueden estar conectadas entre sí por sus extremos opuestos mediante unas espiras extremas 28 conductoras. Las conexiones por las espiras extremas entre las bobinas longitudinales o barras son dependientes de su número y disposición, y de las fases de la electricidad a generar en los devanados del inducido. La superficie cilíndrica interior de los devanados del inducido está separada por un estrecho espacio de aire, p. ej., unos 25-51 mm, de la superficie exterior del conjunto de devanado de campo estacionario.... [Seguir leyendo]

un inducido anular (24) que puede conectarse a un componente rotativo (10) de una turbina eólica (18) para rotar con el mismo; un devanado de campo (26) anular no rotativo, coaxial con el inducido y separado del inducido por un entrehierro, en el cual el devanado de campo incluye unos imanes (68) de bobina superconductora, y una carcasa (56) que forma un soporte no rotativo para el devanado de campo y que puede conectarse a una zona superior de una torre (12) de la turbina eólica, caracterizado porque dicha carcasa (56) constituye una carcasa aislante para el conjunto de imanes (68) de bobina e incluye un escudo térmico (70) que forma una cámara anular suspendida por un tubo (72) transmisor de par en un interior evacuado de la carcasa, contendiendo dicha cámara un cárter anular (71) que encierra los imanes (68) de bobina. 2.- Un generador como en la reivindicación 1, comprendiendo adicionalmente al menos un re-condensador (60, 64) montado por encima de los devanados de campo (26). 3.- Un generador como en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual cada uno de los imanes (68) de bobina es un imán de bobina superconductora en forma de pista de carreras. 4.- Un generador como en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la carcasa (56) puede montarse mediante un tubo (44) de par a una montura (47) fijada a la torre (12) en la que está montado el componente rotativo de la turbina eólica. 5.- Un generador como en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente unos conductos aislados (66) para los imanes de bobina superconductora que se extienden a través de la carcasa (56) y hacia arriba hasta un re-condensador (60, 64) montado por encima del devanado de campo. 6.- Una turbina eólica que comprende una torre y un generador como en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando conectada la carcasa (56) a una zona superior de la torre. 7 E08101578 11-11-2011   8 E08101578 11-11-2011   9 E08101578 11-11-2011   E08101578 11-11-2011   11 E08101578 11-11-2011   12 E08101578 11-11-2011