Anillo colector sin escobillas para turbina eólica y procedimiento de montaje.

Un anillo colector (400) sin escobillas que comprende:

un primer miembro conductor rotativo (412);

un segundo miembro conductor no rotativo (416) situado a una distancia predeterminada del citado primermiembro conductor rotativo; y

un material semisólido conductor (418) que acopla eléctricamente el citado primer miembro conductorrotativo al citado segundo miembro conductor no rotativo, en el que el citado material semisólido estáconfigurado para transferir la corriente eléctrica desde el citado miembro rotativo al citado miembro norotativo que se caracteriza por: un manguito no conductor (410) posicionado circunferencialmentealrededor de un árbol rotativo (404); extendiéndose radialmente el primer miembro conductor rotativo (412)hacia fuera desde el citado manguito no conductor (410), comprendiendo el citado primer miembroconductor rotativo (412) un pluralidad de aletas (424) que se extiende hacia fuera desde al menos unasuperficie (412a, 412b) del mismo.

Anillo colector sin escobillas para turbina eólica y procedimiento de montaje La presente divulgación se refiere, en general, a generadores y, más en particular, a los anillos colectores utilizados con generadores de turbina eólica para transferir la corriente eléctrica.

Como consecuencia de que los precios de la energía han aumentado, las turbinas eólicas han recibido una mayor atención como fuentes de energía alternativas ambientalmente seguras y relativamente baratas. Con este creciente interés, se han realizado esfuerzos considerables para desarrollar turbinas eólicas que sean fiables y eficientes.

En general, las turbinas eólicas conocidas incluyen un rotor que tiene múltiples palas. El rotor está montado en una carcasa o góndola que se coloca en la parte superior de una torre de cerchas o tubular. Las turbinas eólicas de calidad de suministro público (es decir, las turbinas eólicas diseñadas para proporcionar energía eléctrica a una red de suministro eléctrico) pueden tener rotores grandes (por ejemplo, de 30 o más metros de diámetro) . Las palas en los rotores transforman la energía del viento en un par o fuerza rotativa que acciona uno o más generadores que pueden estar acoplados rotativamente al rotor, ya sea directamente o a través de una caja de cambios. La caja de cambios incrementa o intensifica la velocidad rotacional inherentemente baja del rotor de la turbina para que el generador convierta eficientemente la energía mecánica en energía eléctrica, que a continuación se transmite a una red de suministro eléctrico.

Las turbinas eólicas que incluyen generadores de transmisión directa eliminan la caja de cambios y los problemas de fiabilidad asociados a las cajas de cambios. Sin embargo, en al menos algunas turbinas eólicas conocidas de transmisión directa o con engranaje, los anillos colectores utilizados para transferir la corriente eléctrica desde un árbol rotativo a un miembro estacionario pueden fallar prematuramente. Los anillos colectores conocidos, en general, utilizan un conjunto de escobillas para transferir la corriente eléctrica. Sin embargo, tales conjuntos de escobillas se desgastan con el tiempo y por lo general requieren una sustitución periódica. La sustitución de los conjuntos de escobillas incrementa los costos operativos asociados a la turbina eólica. En algunos casos, la sustitución de los conjuntos de escobillas puede requerir que la turbina eólica esté fuera de servicio en un estado no productivo y no operativo.

Adicionalmente, al menos algunos conjuntos de anillos colectores conocidos utilizan mercurio para transferir la corriente eléctrica a través del conjunto de anillo colector. Aunque es útil de alguna manera, la inclusión de mercurio puede afectar negativamente la fabricación, distribución, operación y mantenimiento de los anillos colectores, debido a que el mercurio es tóxico, y es un material peligroso que requiere un manejo especial.

El documento US 2003/0162422 describe una junta eléctrica que utiliza un lodo conductor.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un anillo colector sin escobillas de acuerdo con la reivindicación 1, adjunta.

Por lo tanto se podrá observar que diversas configuraciones de la presente invención proporcionan turbinas eólicas con anillos colectores sin escobillas que tienen una durabilidad operativa incrementada.

Además, también se podrá observar que algunas configuraciones de la presente invención proporcionan otras ventajas, tales como un aumento de la productividad de la turbina eólica.

Varios aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán a continuación en relación con los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es una vista esquemática lateral de una turbina eólica ejemplar.

La figura 2 es una vista en perspectiva recortada de una góndola que se puede utilizar con la turbina eólica que se muestra en la figura 1 y que incluye un tren de transmisión con engranajes acoplado a un generador.

La figura 3 es una vista lateral recortada de una configuración de generador de turbina eólica con transmisión directa ejemplar.

La figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de un anillo colector sin escobillas ejemplar que puede ser usado con las configuraciones de turbinas eólicas que se muestran en las figuras 2 y 3.

En algunas configuraciones y con referencia a la figura 1, una turbina eólica 100 incluye una góndola 102 que aloja un generador (no que se muestra en la figura 1) . En una realización ejemplar, la góndola 102 está acoplada encima de una torre alta 104, de la cual sólo se muestra una parte en la figura 1. La turbina eólica 100 incluye también un rotor 106 que incluye una o más palas 108 de rotor acopladas a un cubo rotativo 110. Aunque la turbina eólica 100 ilustrada en la figura 1 incluye tres palas 108 de rotor, no hay límites específicos con respecto al número de palas 108 de rotor requeridas por las realizaciones de la presente invención.

En algunas configuraciones y con referencia a la figura 2, diversos componentes están alojados en la góndola 102 encima de la torre 104 (que se muestra en la figura 1) de turbina eólica 100 (que se muestra en la figura 1) . La altura (no que se muestra) de la torre 104 se selecciona en base a factores y condiciones conocidos en la técnica. En algunas configuraciones, uno o más microcontroladores (no que se muestras) dentro del panel de control 212 incluyen un sistema de control utilizado para la monitorización general del sistema y el control de la turbina eólica. Arquitecturas de control distribuidas o centralizadas alternativas pueden ser utilizadas en algunas configuraciones.

En algunas configuraciones, se proporciona un accionamiento de inclinación longitudinal 214 de pala para controlar la inclinación longitudinal de las palas 108 (que se muestras en la figura 1) de forma sustancialmente simultánea en base a la dirección del viento. En otras configuraciones, las inclinaciones longitudinales de las palas 108 son controladas individualmente por el accionamiento de inclinación longitudinal 214 de la pala.

El tren de transmisión de la turbina eólica 100 incluye un árbol principal 216 del rotor, también denominado como "árbol de baja velocidad", acoplado al cubo 110 por medio del cojinete principal 230 en un primer extremo 216a, en algunas configuraciones, en un extremo opuesto 216b del árbol 216 a una caja de engranajes 218. La caja de engranajes 218 acciona un árbol de alta velocidad (no que se muestra en la figura 2) de un generador de potencia eléctrica 220. En otras configuraciones, el árbol principal 216 del rotor está acoplado directamente al generador 220. El árbol de alta velocidad se utiliza para accionar el generador 220. El generador 220 está montado sobre el bastidor principal 232. En algunas configuraciones, el par del rotor es transmitido a través del acoplamiento 222. En una realización ejemplar, el generador 220 es un generador de transmisión directa de imán permanente.

En una realización ejemplar, el accionamiento de guiñada 224 y la plataforma de guiñada 226 proporcionan un sistema de orientación de guiñada para la turbina eólica 100. Un brazo metereológico 228 proporciona información a un sistema de control de turbina que incluye un sistema de orientación de guiñada. El brazo metereológico 228 puede incluir sensores de instrumentación de la dirección del viento y / o de la velocidad del viento. En algunas configuraciones, el sistema de orientación de guiñada está montado encima de la torre 104.

La figura 3 es una vista lateral recortada de una realización ejemplar de la turbina eólica de transmisión directa 300. En una realización ejemplar, la turbina eólica 300 incluye un rotor 106, una góndola 302, un anillo colector 304, un tubo aislante 306 fabricado de un material aislante, una capa aislante 308, y una torre 104. En una realización ejemplar, la góndola 302 incluye un generador de transmisión directa 310, una pluralidad de cojinetes 312, un árbol rotativo 316, y un panel de control 212. Además, en la realización ejemplar, la turbina eólica de transmisión directa 300 no incluye la caja de engranajes 218. El tubo aislante 306 está fabricado de un material aislante. La capa aislante 308 se extiende entre el cubo 110 y el generador de transmisión directa 310 para aislar eléctricamente el generador 310 del cubo 110. La capa aislante 308 también se extiende entre el cojinete 312 y el cubo 110 para aislar eléctricamente el cojinete 312 del cubo 110. En una realización ejemplar, la capa aislante 308 está formada a través de una cara 314 del cojinete 312 y a través de una cara 318 del generador 310. Las caras 314 y 318... [Seguir leyendo]

1. Un anillo colector (400) sin escobillas que comprende:

un primer miembro conductor rotativo (412) ;

un segundo miembro conductor no rotativo (416) situado a una distancia predeterminada del citado primer miembro conductor rotativo; y

un material semisólido conductor (418) que acopla eléctricamente el citado primer miembro conductor rotativo al citado segundo miembro conductor no rotativo, en el que el citado material semisólido está configurado para transferir la corriente eléctrica desde el citado miembro rotativo al citado miembro no rotativo que se caracteriza por: un manguito no conductor (410) posicionado circunferencialmente alrededor de un árbol rotativo (404) ; extendiéndose radialmente el primer miembro conductor rotativo (412) hacia fuera desde el citado manguito no conductor (410) , comprendiendo el citado primer miembro conductor rotativo (412) un pluralidad de aletas (424) que se extiende hacia fuera desde al menos una superficie (412a, 412b) del mismo.

2. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado primer miembro conductor (412) circunscribe el citado manguito no conductor (410) , aislando eléctricamente el citado manguito al menos al citado primer miembro conductor con respecto a un árbol rotativo (404) .

3. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende, además:

una carcasa anular (402) que comprende una pared exterior que comprende al menos una abertura (423) que se extiende a través de la misma, definiendo la citada carcasa una cavidad (414) en la misma, estando alojados el citado material semisólido conductor (418) y el citado segundo miembro conductor no rotativo (416 ) en el interior de la citada cavidad; y

un material aislante (415) posicionado entre el citado segundo miembro conductor no rotativo y la citada cavidad, aislando eléctricamente el citado material al menos al citado segundo miembro conductor con respecto a la citada carcasa.

4. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el citado primer miembro conductor rotativo (412) se extiende en el interior de la citada cavidad (414) .

5. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con la reivindicación 3 o con la reivindicación 4, en el que la citada carcasa (402) circunscribe el árbol rotativo (404) .

6. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, que comprende, además, al menos un par de juntas (420) acopladas a la citada carcasa (402) y configuradas para mantener el citado material semisólido conductor (418) dentro de la citada cavidad (414) .

7. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el citado segundo miembro conductor no rotativo (416) circunscribe sustancialmente el citado primer miembro conductor rotativo (412) .

8. Un anillo colector (400) sin escobillas de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, comprendiendo el citado material semisólido conductor (418) al menos uno de entre una grasa impregnado con plata, una grasa impregnada con carbono, una grasa impregnada con una aleación metálica, un aceite conductor, y un polvo conductor.

9. Una turbina eólica (100) que comprende;

una base estructural, y

un generador de potencia impulsado por viento (220) soportado por la citada base estructural y que comprende un árbol rotativo (404) y al menos una pala rotativa (108) que se extiende desde el mismo, comprendiendo el citado generador, además, al menos un anillo colector (400) sin escobillas como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.