ESTATOR DE GENERADOR ELÉCTRICO ROTATIVO, GENERADOR ELÉCTRICO ROTATIVO QUE COMPRENDE DICHO ESTATOR Y TURBINA EÓLICA QUE INCORPORA DICHO GENERADOR ELÉCTRICO ROTATIVO.

Estator de generador eléctrico rotativo, generador eléctrico rotativo que comprende dicho estator y turbina eólica que incorpora dicho generador eléctrico rotativo.

Permite una refrigeración más completa del generador, comprendiendo: un núcleo magnético con una corona (3) de cuya periferia parten dientes (4) que llevan arrollados devanados (5); un circuito de refrigeración exterior (9) para conducir un fluido refrigerante; al menos un orificio pasante (12) recorriendo el interior de cada diente (4), y al menos un primer conducto (13), para comunicar el orificio pasante (12) con el circuito de refrigeración exterior (9) y con el orificio pasante (12) de manera que permite el paso del fluido refrigerante, estando el primer conducto (13, 16) interpuesto entre un extremo (7, 8) del diente (4) y el devanado (5).

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico de los generadores eléctricos rotativos, en particular en la refrigeración de dichos generadores eléctricos rotativos.

En concreto, la invención se refiere, de acuerdo con un primer objeto, a un estator de generador eléctrico rolativo que incorpora medios de refrigeración de eficiencia aumentada. De acuerdo con un segundo objeto, la invención se refiere a un generador eléctrico rotativo que comprende dicho estator. De acuerdo con un tercer objeto, la invención se refiere a una turbina eólica que incorpora el generador eléctrico rotativo antes referido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Hoy en día es habitual el empleo de energías renovables para la generación eléctrica, siendo de entre ellas la energía eólica una de las más eficientes. El empleo de energía eólica permite obtener electricidad a partir del viento mediante turbinas eólicas, que comprenden básicamente una torre, una góndola que alberga un generador eléctrico rotativo y un rotor formado a su vez por al menos dos palas.

En turbinas eólicas de las conocidas como multimegawatio existe una tendencia de mercado hacia sistemas de conversión de potencia sin empleo de multiplicadora, lo cual implica que la velocidad de giro es baja, y por tanto, el par desarrollado es en cambio muy elevado.

Las dimensiones de una turbina eólica -diámetro y altura de la torre-dependen del par desarrollado, siendo en general interesante aumentar el diámetro en relación a la altura para optimizar el peso y el coste de las partes activas, esto es, el cobre, el material

magnético y en su caso, los imanes pennanentes. Otro factor que afecta al dimensionamiento de la turbina eólica es el calentamiento. La temperatura afecta a la degradación del aislamiento de la turbina eólica y, en el caso de las turbinas eólicas con imanes pennanentes, puede llegar a provocar la pérdida de magnetización.

Existen diversas alternativas para la refrigeración de los generadores eléctricos rotativos empleados en las turbinas eólicas.

-Aletas disipadoras de calor. Las carcasas de las máquinas eléctricas presentan a menudo aletas que favorecen la disipación del calor generado en el interior. Dichas aletas favorecen la refrigeración del exterior del generador por convección.

-Refrigeración forzada por aire. Emplea ventiladores para forzar la circulación de aire por el entrehierro, favoreciendo la refrigeración por convección. Se consiguen niveles de refrigeración mayores que con el simple uso de aletas.

-Refrigeración líquida. Es común que, en el exterior de la corona del estator, se instale un circuito de refrigeración mediante un fluido. En estas soluciones se incorporan además radiadores externos para la disipación del calor evacuado por el circuito, que además pueden estar refrigerados mediante ventilación.

La solicitud estadounidense US2012/0091837 muestra un ejemplo ilustrativo de un gran número de soluciones que proponen un sistema de refrigeración líquido aplicado a un generador eléctrico de una turbina eólica, donde el generador comprende un estator dotado de un sistema de refrigeración líquida, mediante una pluralidad de tubos (o agujeros) en dirección longitudinal dispuestos en la periferia del estator, a través de los cuales puede fluir un líquido refrigerante, fonnando un circuito cerrado serpenteante.

Por otra parte, la solicitud estadounidense US2007/0024132 tiene por objeto un generador de turbina eólica , que comprende un estator dotado de un núcleo magnético cuya corona está dispuesta circunferencialmente entorno a un eje longitudinal y cuyos dientes se extienden radialmente desde la corona. Sobre los dientes se disponen una pluralidad de bobinas. Dicho generador dispone de un circuito de refrigeración en conexión con una pluralidad de conductos configurados para transportar un fluido refrigerante que, en una realización, atraviesan la corona magnética del estator. En una realización alternativa, entre bobinas contiguas se dispone un espacio en el que se ubica un conducto de refrigeración.

Este sistema de refrigeración presenta una serie de desventajas. La primera es que no se dispone de una refrigeración adecuada de los finales de las bobinas, que en ocasiones pueden ser de dimensiones elevadas y que se aumentan considerablemente las dimensiones del generador, al requerir de un espacio libre entre las bobinas destinado a alojar los conduelas de refrigeración que reduce el espacio disponible para el cobre de los conductores.

Adicionalmente, la solicitud europea EP2124322, se refiere a un sistema para generar energía que comprende un generador de superconductores que a su vez incluye un conjunto de armadura dotado de una porción de cuerpo, una porción de diente (con una superficie anterior y una superficie posterior) , una ranura parcialmente definida por la porción de cuerpo y la porción de diente, una barra de armadura que conecta con la ranura, y una cavidad de refrigeración parcialmente definida por la porción de diente, y que está comunicada con la superficie anterior y la superficie posterior, atravesando la porción de diente y configurada para conducir aire refrigerante o albergar unos conductos de fluido refrigerante.

Dicha invención proporciona un mejor aprovechamiento del espacio que el anterior antecedente pero sigue sin proporcionar una adecuada solución al problema de la refrigeración del final de las bobinas. Se ha detectado la necesidad de describir un generador eléctrico rotativo refrigerado de manera que resuelva los problemas mencionados del estado de la técnica.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención resuelve el problema técnico planteado, mediante, de acuerdo con un primer objeto, un estator de generador eléctrico rotativo, que proporciona una refrigeración más eficiente de todos sus componentes y más concretamente, mediante una refrigeración más directa de los finales de las bobinas, según se explicará seguidamente. De acuerdo con un segundo objeto de la invención, se describe un generador eléctrico rotativo que comprende el estator mencionado. De acuerdo con un tercer objeto, se describe una turbina eólica que comprende el generador eléctrico rotativo anteriormente mencionado.

El estator de generador eléctrico rotativo de acuerdo con el primer objeto de la invención comprende un núcleo magnético dotado de una corona que a su vez está dotada de una pluralidad de dientes que sobresalen de la periferia de dicha corona, donde alrededor de los dientes está arrollado un devanado, tal como es conocido en el estado de la técnica.

El estator comprende adicionalmente un circuito de refrigeración exterior destinado a conducir un fluido refrigerante.

En el interior de al menos uno de los dientes, preferentemente de todos los dientes, existe al menos un orificio pasante, que lo recorre por completo longitudinalmente, es decir, entre los dos extremos que delimitan su longitud.

La invención se caracteriza por que incorpora adicionalmente al menos un primer conducto, para conectar el circuito de refrigeración exterior con el al menos un orificio pasante en cada uno de sus extremos. De manera preferente, el primer conducto está configurado para permitir el paso del fluido refrigerante desde el circuito de refrigeración exterior hasta el orificio pasante, tanto de entrada en uno de sus extremos como de salida en el extremo opuesto.

Mediante la configuración descrita, se permite al fluido refrigerante, además de refrigerar la periferia de la corona durante su recorrido por el exterior de la corona, también extraer el calor generado por las pérdidas de una manera más directa (tanto las que tienen lugar en los devanados como las que se originan en el núcleo magnético) mediante el paso de fluido refrigerante consecutivamente por el interior de cada uno de los dientes.

Además, el primer conducto está interpuesto entre un extremo de dicho diente y el devanado. El devanado forma bobinas que se sitúan rodeando los primeros conductos, las pérdidas generadas por el paso de la corriente eléctrica en las bobinas se extraen mejor, repercutiendo en una mejor y más homogénea refrigeración del generador, que permite incrementar la eficiencia del generador y la vida del mismo. De otra manera, pueden existir puntos calientes en el generador que son fuente de fallos.

Para ello el primer conducto es de un material con una elevada conductividad térmica, por ejemplo, metálico.

Adicionalmente a una refrigeración más intensa del estator, también se produce una mejora en la refrigeración de otros componentes del generador cercanos al estator, como por ejemplo,...

1. Estatar (2) de generador rotativo, que comprende:

-un núcleo magnético que comprende a su vez una corona magnética (3) y al menos un diente (4) ;

-un devanado (5) arrollado alrededor del al menos un diente (4) ;

-un circuito de refrigeración exterior (9) destinado a conducir un fluido refrigerante para refrigerar el estatar (2) ; y

-al menos un orificio pasante (12) ubicado en el al menos un diente (4) , que recorre longitudinalmente el diente (4) entre los extremos (7, 8) del diente (4) ; caracterizado por que comprende adicionalmente al menos un primer conducto (13, 16) situado en conexión con el circuito de refrigeración exterior (9) y con el orificio pasante (12) de manera que permita el paso del fluido refrigerante , estando el primer conducto (13, 16) interpuesto entre un extremo (7, 8) del diente (4) Y el devanado (5) .

2. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el primer conducto (13, 16) está dispuesto en contacto térmico por conducción con el devanado (5) .

3. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el primer conducto (13, 16) está dispuesto además en contacto térmico por conducción con el diente (4) .

4. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la geometría del al menos un primer conducto (13, 16) esta configurada para para maximizar la superficie en contacto térmico por conducción con el devanado (5) .

5. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el al menos un primer conducto (13, 16) comprende: -una primera cara (23) plana en contacto térmico por conducción con un extremo (7, 8) del diente (4) ; y -una segunda cara (24) curvada, opuesta a la primera cara (23) , para adaptarse a la geometría del devanado (5) .

6. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los primeros conductos (13, 16) comprenden primeros conductos de entrada (13) configurados para pelTI1itir la entrada de fluido refrigerante desde el circuito de refrigeración exterior (9) hacia el al menos un orificio pasante (12) .

7. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los primeros conductos (13, 16) comprenden primeros conductos de salida (16) configurados para permitir la salida del fluido refrigerante desde el al menos un orificio pasante (12) hacia el circuito de refrigeración (9) .

8. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que al menos uno de los primeros conductos de entrada (13) comprende en su interior una pluralidad de canales (20) para derivar el flujo de fluido refrigerante desde unas primeras entradas (14) ubicadas en dichos primeros conductos de entrada (13) , desde las cuales el fluido refrigerante accede a los primeros conductos de entrada (13) desde el conducto de refrigeración exterior (9) , donde los canales (20) desembocan en el al menos un orificio pasante (12) a través de primeras salidas (15) repartidas a lo largo del al menos un orificio pasante (12) .

9. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado por que adicionalmente al menos uno de los primeros conductos de salida (16) comprende en su interior una pluralidad de canales (20) para derivar el flujo de fluido refrigerante, donde los canales (20) desembocan en el al menos un orificio pasante (12) a través de segundas salidas (18) repartidas a lo largo del al menos un orificio pasante (12) .

10. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que incorpora adicionalmente un segundo conducto (22) insertado en el al menos un orificio pasante (12) y conectado con el circuito de refrigeración exterior (9) en los extremos (7, 8) configurado para alojar la circulación del fluido refrigerante por el interior de los dientes (4) de manera estanca.

11. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos uno de los dientes (4) comprende una pluralidad de orificios pasantes (12) .

12. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que al menos uno de los dientes (4) comprende una pluralidad de segundos conduelos (22) .

13. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con las reivindicaciones 8, 9 Y 11, caracterizado por que los canales (20) y las primeras entradas (14) presentan secciones que son proporcionales a las secciones de los orificios pasantes (12) en los que desembocan.

14. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 y 13, caracterizado por que comprende adicionalmente unos cuerpos de unión (26) en los primeros conductos (13, 16) para conectar dichos primeros conductos con los segundos conductos (22) .

15. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque los cuerpos de unión (26) presentan una sección ligeramente inferior a la de los segundos conductos (22) .

16. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer conducto (13, 16) ocupa al menos el 60% de la superficie del primer extremo (7) del diente (4) .

17. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que el primer conducto (13, 16) ocupa el 80% de la superficie del primer extremo (7) del diente (4) .

18. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el al menos un orificio pasante (12) está centrado respecto de la anchura del diente (4) .

19. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 18, caracterizado por que el al menos un orificio pasante (12) ocupa al menos el 60% de la altura del diente (4 ) .

20. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado por que, el orificio pasante (12) ocupa al menos el 80% de la altura del diente (4) .

21. . Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la anchura del al menos un orificio pasante (12) es substancialmente menor que la anchura del diente (4) .

22. Estator (2) de generador rotativo, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el circuito de refrigeración exterior (9) define un circuito serpenteante que comprende:

-tramos de recorrido (10) , por el interior de los cuales el fluido refrigerante recorre el exterior de la periferia alternativamente entre el primer extremo (7) y el segundo extremo (8) ; y

-tramos de giro (11) , donde el fluido refrigerante cambia su sentido de recorrido.

23. Generador eléctrico rotativo que comprende un rotor de generador (1) , caracterizado porque comprende adicionalmente el estator (2) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

24. Turbina eólica caracterizada por que comprende el generador eléctrico rotativo descrito en la reivindicación anterior.