Grupo de tres devanados de estator para un estator de una máquina eléctrica, disposición de estator, generador y turbina eólica.

Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator para un estator (S) de una máquina eléctrica,

en el que

- el estator (S) tiene una primera superficie cilíndrica con una pluralidad de ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado separadas circunferencialmente formadas en él, extendiéndose cada ranura (WS1, WS2, ...) de devanado a lo largo de una longitud axial de la primera superficie cilíndrica y estando establecidas para incrustar una sección de un único devanado (W1, W2, W3) de estator,

- cada devanado (W1, W2, W3) de estator está formado previamente como un lazo cerrado, estando dos secciones sustancialmente paralelas de cada devanado (W1, W2, W3) de estator establecidas para incrustarse en una primera (WS1, WS3, WS5) y en una segunda ranura (WS2, WS4, WS6) de devanado del estator (S), siendo la segunda ranura (WS2, WS4, WS6) de devanado la tercera ranura de devanado adyacente a la primera ranura (WS1, WS3, WS5) de devanado,

- cada uno de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator tiene una primera sección (WH1, WH2, WH3) de cabeza de devanado que sale de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado en la dirección axial del estator (S), caracterizado porque la primera sección (WH2) de cabeza de devanado de un primer devanado (W2) de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator describe en el espacio por partes una combinación de una rotación sobre un eje y una traslación a lo largo de ese eje, siendo el eje sustancialmente perpendicular a un plano de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado, teniendo cada uno de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator una segunda sección de cabeza de devanado que sale de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado en la dirección axial opuesta del estator (S) a la de la primera sección (WH1, WH2, WH3) de cabeza de devanado,

en el que para el segundo (W3) y tercer devanado (W1), las respectivas secciones de cabeza de devanado primera (WH3, WH1) y segunda tienen conexiones sustancialmente rectas entre respectivas secciones de curvatura dentro del plano de la primera ranura (WS1, WS5) de devanado del estator (S) y una sección de curvatura dentro del plano de la segunda ranura (WS2, WS6) de devanado del estator (S), estando dispuestas las conexiones en un plano sustancialmente perpendicular a los planos de las ranuras (WS1, WS2, WS5, WS6) de devanado primera y segunda, estando los planos de las conexiones de los devanados de estator segundo (W3) y tercero (W1) desalineados, particularmente no en paralelo,

en el que las secciones de cabeza de devanado primera (WH2) y segunda del primer devanado (W2) de estator están inclinadas continuamente en una curvatura hasta que la curvatura es sustancialmente una sección de 90 grados de un arco sustancialmente circular, estando entonces inclinadas continuamente en una curvatura en el sentido opuesto en el mismo plano, lo que conduce a la combinación de la rotación sobre el eje y la traslación a lo largo de ese eje de la respectiva cabeza (WH2) de devanado del primer devanado (W2) de estator, y

en el que la combinación de la rotación sobre el eje y la traslación a lo largo de ese eje continúa para la respectiva cabeza (WH2) de devanado del primer devanado (W2) de estator hasta que la sección transversal de devanado se enfrenta a la extensión longitudinal de la segunda ranura de devanado (WS3) y está en el mismo plano que las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado.

Grupo de tres devanados de estator para un estator de una máquina eléctrica, disposición de estator, generador y turbina eólica.

La invención se refiere a un grupo de tres devanados de estator para un estator de una máquina eléctrica. La invención se refiere también a una disposición de estator que comprende tales devanados de estator, a un generador, por ejemplo un generador de accionamiento directo para una turbina eólica, que comprende un estator de este tipo así como a una turbina eólica que comprende un generador de este tipo.

En máquinas eléctricas grandes o generadores es común usar un denominado devanado de doble capa. Este tipo de devanado tiene el beneficio de que todas las bobinas son idénticas y las bobinas son fáciles de fabricar.

Sin embargo, en máquinas eléctricas con un gran número de polos y un paso de polo pequeño los devanados de doble capa tradicionales pueden ser difíciles de montar porque una inserción de una última bobina dentro de las ranuras dedicadas requiere levantar temporalmente una primera bobina fuera de las ranuras mientras se completa el devanado de la bobina, de modo que la última bobina pueda insertarse por debajo de la parte retirada temporalmente de la primera bobina.

Además, para una máquina eléctrica seccionada los devanados de doble capa requieren bobinas que se conectan a través de la unión de secciones.

Es posible realizar devanados de una sola capa que no requieren la retirada de las primeras bobinas insertadas cuando se insertan las últimas bobinas en un estator. Es posible también realizar devanados de una sola capa que no tienen que cruzar uniones de secciones. Por consiguiente, los devanados de una sola capa pueden ser ventajosos para máquinas eléctricas grandes.

Los devanados de una sola capa requieren normalmente tanto salientes de devanado en el plano como fuera de plano. Estos salientes de devanado se denominan también devanados de extremo o cabezas de devanado.

Es posible realizar un devanado de una sola capa que no tenga que cruzar la unión de secciones de un estator seccionado, pero cuando se usa tecnología de una sola capa conocida esto conduce a salientes de devanado grandes que ocupan un espacio grande en los extremos del paquete de estator y consumen cantidades grandes de cobre para el devanado.

El documento US 5.619.787 A da a conocer un método para montar secciones de conductor sobre una armadura de estator de una máquina dinamoeléctrica. Se dan a conocer diversas formas de secciones de cabeza de devanado de devanados. Por ejemplo se dan a conocer cabezas de devanado curvadas de un devanado, en el que el devanado forma la mitad de un lazo entre dos ranuras de estator.

El documento JP 61185045 A da a conocer un devanado de estator polifásico de devanado coaxial de una sola capa. Particularmente se da a conocer una cabeza de devanado formada específicamente de un devanado de estator para evitar que el devanado cruce los lazos de extremo de los devanados. Se muestra un devanado que comprende cabezas de devanado curvadas, en el que las cabezas de devanado tienen al menos cinco secciones que discurren ortogonales las unas con respecto a las otras hasta que se forma la mitad de un lazo de la sección de devanado.

Es por tanto un objeto de la presente invención proporcionar un grupo de devanados de estator, una disposición de estator, un generador así como una turbina eólica de tal manera que los salientes de devanado consuman menos cobre.

El objeto de la invención se consigue por la invención mediante un grupo de tres devanados de estator con características según la reivindicación 1, una disposición de estator con características según la reivindicación 11, mediante un generador con características según la reivindicación 12, y mediante una turbina eólica con características según la reivindicación 13.

Pueden encontrarse realizaciones ventajosas en las reivindicaciones dependientes.

De manera más específica, la parte de la sección de cabeza de devanado primera y/o segunda, que es la combinación de la rotación y la traslación puede tener sustancialmente simetría axial helicoidal.

Adicionalmente este eje es sustancialmente perpendicular a un plano de las ranuras de devanado.

La invención es ventajosa en particular porque la longitud global de todos los devanados y por tanto también de las bobinas puede mantenerse en una longitud mínima que da como resultado una reducción de material para los devanados, especialmente cobre. Además, esto da como resultado también una reducción de peso, por ejemplo de un par de cientos de kilogramos en un generador grande, por ejemplo en una turbina eólica.

Adicionalmente la invención permite reducir la extensión axial de las cabezas de devanado de modo que el estator que incluye los devanados tendrá una dimensión axial menor. Esto puede reducir la dimensión del alojamiento de la máquina eléctrica y también el peso global de la máquina eléctrica.

Además, la invención permite ventajosamente tener las tres bobinas con sustancialmente la misma longitud y por tanto tener todas la misma resistencia. Esto es cierto para los tres devanados pero particularmente también para las tres bobinas que comprenden cada una una pluralidad del mismo número de devanados. Esto entonces también da como resultado que las tres bobinas consumen la misma corriente.

Ventajosamente los tres devanados representan las tres fases en una máquina eléctrica con un polo por ranura por fase y están dispuestos con igual paso angular y, en cuanto a la distancia entre la primera y la segunda ranura de devanado, con un paso de tres pasos de ranura de devanado. Esto quiere decir que entre la primera y la segunda ranura de devanado de un primer devanado y entre la segunda ranura de devanado de un primer devanado hasta la primera ranura de devanado de otro devanado que pertenece a la misma bobina que representa una fase, existen dos aberturas de ranura de devanado que se llenarán con dos devanados adicionales que pertenecen a dos bobinas adicionales para las otras dos fases.

Además, ventajosamente la invención se refiere a devanados de una sola capa de estator de modo que sólo se montará un devanado en una ranura de devanado.

Los devanados de estator pueden formarse previamente de manera que la sección transversal de un devanado será sustancialmente rectangular. La sección transversal de los devanados puede ser la misma por todo el del lazo del devanado.

Las cabezas de devanado pueden estar dispuestas de de manera que los devanados no se tocan entre sí cuando se montan en ranuras de devanado adyacentes.

La invención mencionada anteriormente define una primera cabeza de devanado que se extiende en una dirección axial del estator. Obviamente para cerrar el lazo también está presente una segunda cabeza de devanado que se extiende en la otra dirección axial del estator. En una realización preferida, la segunda cabeza de devanado tiene la misma dimensión y estructura que la primera cabeza de devanado, teniendo posiblemente simetría de reflexión y/o simetría puntual con respecto a la primera cabeza de devanado.

Además, al menos uno de los tres devanados de estator puede tener en sí mismo simetría de reflexión, siendo el eje de simetría paralelo a las ranuras de devanado, incluyendo también la primera y la segunda cabeza de devanado.

Una forma ventajosa para un ejemplo de las cabezas de devanado se explicará más adelante con respecto a un dibujo esquemático.

El objeto de la presente invención se consigue también por la invención mediante una disposición de estator que comprende el grupo de devanados tal como se describió anteriormente, mediante un generador que comprende una disposición de estator de este tipo y una turbina eólica que comprende un generador de este tipo.

La invención se explicará a continuación con más detalle con referencia a los dibujos esquemáticos, en los que la figura 1 muestra tres cabezas de devanado de tres devanados.

La figura 1 muestra una sección tridimensional de un estator S para una máquina eléctrica giratoria convencional grande, especialmente un generador para una turbina eólica. El estator S completo comprende un núcleo SC de estator y un gran número de ranuras WS1, WS2, ... de devanado radiales de tipo abierto que está separadas uniformemente alrededor de la circunferencia de la superficie radialmente interna o externa del núcleo SC de estator, dependiendo de si el estator S es un estator interno o externo de la máquina eléctrica. Debido a la gran dimensión del estator S, la sección mostrada del estator S aparece en la figura 1 como un cuboide con ranuras WS1, WS2, ..., WSx... [Seguir leyendo]

1. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator para un estator (S) de una máquina eléctrica, en el que

- el estator (S) tiene una primera superficie cilíndrica con una pluralidad de ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado separadas circunferencialmente formadas en él, extendiéndose cada ranura (WS1, WS2, ...) de devanado a lo largo de una longitud axial de la primera superficie cilíndrica y estando establecidas para incrustar una sección de un único devanado (W1, W2, W3) de estator,

- cada devanado (W1, W2, W3) de estator está formado previamente como un lazo cerrado, estando dos secciones sustancialmente paralelas de cada devanado (W1, W2, W3) de estator establecidas para incrustarse en una primera (WS1, WS3, WS5) y en una segunda ranura (WS2, WS4, WS6) de devanado del estator (S) , siendo la segunda ranura (WS2, WS4, WS6) de devanado la tercera ranura de devanado adyacente a la primera ranura (WS1, WS3, WS5) de devanado,

- cada uno de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator tiene una primera sección (WH1, WH2, WH3) de cabeza de devanado que sale de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado en la dirección axial del estator (S) ,

caracterizado porque la primera sección (WH2) de cabeza de devanado de un primer devanado (W2) de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator describe en el espacio por partes una combinación de una rotación sobre un eje y una traslación a lo largo de ese eje, siendo el eje sustancialmente perpendicular a un plano de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado, teniendo cada uno de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator una segunda sección de cabeza de devanado que sale de las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado en la dirección axial opuesta del estator (S) a la de la primera sección (WH1, WH2, WH3) de cabeza de devanado,

en el que para el segundo (W3) y tercer devanado (W1) , las respectivas secciones de cabeza de devanado primera (WH3, WH1) y segunda tienen conexiones sustancialmente rectas entre respectivas secciones de curvatura dentro del plano de la primera ranura (WS1, WS5) de devanado del estator (S) y una sección de curvatura dentro del plano de la segunda ranura (WS2, WS6) de devanado del estator (S) , estando dispuestas las conexiones en un plano sustancialmente perpendicular a los planos de las ranuras (WS1, WS2, WS5, WS6) de devanado primera y segunda, estando los planos de las conexiones de los devanados de estator segundo (W3) y tercero (W1) desalineados, particularmente no en paralelo,

en el que las secciones de cabeza de devanado primera (WH2) y segunda del primer devanado (W2) de estator están inclinadas continuamente en una curvatura hasta que la curvatura es sustancialmente una sección de 90 grados de un arco sustancialmente circular, estando entonces inclinadas continuamente en una curvatura en el sentido opuesto en el mismo plano, lo que conduce a la combinación de la rotación sobre el eje y la traslación a lo largo de ese eje de la respectiva cabeza (WH2) de devanado del primer devanado (W2) de estator, y

en el que la combinación de la rotación sobre el eje y la traslación a lo largo de ese eje continúa para la respectiva cabeza (WH2) de devanado del primer devanado (W2) de estator hasta que la sección transversal de devanado se enfrenta a la extensión longitudinal de la segunda ranura de devanado (WS3) y está en el mismo plano que las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado.

2. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según la reivindicación 1,

caracterizado porque la segunda sección de cabeza de devanado de uno de los devanados de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator describe en el espacio por partes una combinación de una rotación sobre un eje y una traslación a lo largo de ese eje.

3. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque la máquina eléctrica es un generador.

4. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el grupo de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator y el estator (S) forman una construcción de una ranura por polo por fase para una máquina eléctrica trifásica.

5. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque un segundo devanado (W3) y un tercer devanado (W2) de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator tienen en sí mismos simetría de reflexión, siendo el eje de simetría paralelo a las ranuras (WS1, WS2, ...) de devanado.

6. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las secciones de cabeza de devanado primera (WH1, WH2, WH3) y segunda tienen simetría de reflexión

y/o simetría puntual entre sí.

7. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado porque la primera sección (WH1, WH2, WH3) de cabeza de devanado de uno de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator es idéntica en forma a la segunda sección de cabeza de devanado de otro de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator.

8. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque las secciones de cabeza de devanado primera (WH3) y/o segunda de un segundo devanado (W3) de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator se extienden en el plano de las dos secciones sustancialmente paralelas de cada devanado (W1, W2, W3) de estator.

9. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque las secciones de cabeza de devanado primera (WH1) y/o segunda de un tercero (W1) de los tres devanados (W1, W2, W3) de estator comprenden una sección que está inclinada continuamente en una curvatura.

10. Grupo de tres devanados (W1, W2, W3) de estator según la reivindicación 9, caracterizado porque la curvatura es una sección de 90 grados de un arco sustancialmente circular.

11. Disposición de estator que comprende una pluralidad de grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator,

caracterizada porque los grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator están dispuestos cada uno según una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Generador que comprende una disposición de estator con una pluralidad de grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator,

caracterizado porque los grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator están dispuestos cada uno según una de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Turbina eólica que comprende un generador, comprendiendo el generador una disposición de estator con una pluralidad de grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator, caracterizado porque los grupos de tres devanados (W1, W2, W3) de estator están dispuestos cada uno según una de las reivindicaciones 1 a 10.