Máquina de polos salientes de alta eficiencia y método para formar la misma.

Una máquina (800) de polos salientes que comprende:

una unidad (200) de campo rotativo que incluye uno o más polos (202) de rotor,

arrollamientos (214), y barras (206) de soporte de bobina, y un diámetro exterior curvado, extendiéndose una porción de los arrollamientos más allá de los polos del rotor; y

al menos una tapa (218) de bobina de extremo conectada a la unidad de campo rotativo y que aloja las barras de soporte de bobina y la porción (314) de arrollamientos que se extienden más allá de los polos del rotor para reducir las pérdidas por rozamiento con el aire asociadas a la máquina de polos salientes, teniendo la tapa de bobina de extremo un diámetro (524) externo sustancialmente igual a, o igual a, el diámetro exterior de la unidad de campo rotativo,

donde la unidad de campo rotativo incluye un área de aire abierta entre los polos (202) del rotor y soportes (208) de arrollamiento.

Máquina de polos salientes de alta eficiencia y método para formar la misma Campo de la invención La invención se refiere a máquinas de polos salientes, incluyendo generadores y motores.

Antecedentes de la invención En la técnica anterior, el coste inicial de las máquinas de polos salientes tales como generadores y motores era el factor principal a la hora de comprar una máquina eléctrica de polos salientes de una potencia dada, junto con el diseño y la cubierta de entre los suministradores que tienen la disponibilidad y fiabilidad adecuadas. Normalmente se compraban las máquinas de polos salientes más baratas, y en muchos casos se ignoraban las pérdidas de operación.

Sin embargo, el precio del crudo continúa subiendo y los costes de operación de estos dispositivos constituyen ahora un factor significativo en la selección de las máquinas de polos salientes. El coste de operación asociado a la generación de energía eléctrica mediante máquinas de polos salientes no puede ignorarse. Además, también es deseable la reducción en los gases de efecto invernadero asociada a una generación de energía más eficiente.

Las aplicaciones de potencia motriz constituyen un área en la que las unidades de generación de alta eficiencia se benefician de las enseñanzas de esta invención. El beneficio debido a esta mayor eficiencia y unos costes de la unidad que pueden ser relativamente pequeños son muy atractivos económicamente. Por tanto, existe la necesidad de aumentar la eficiencia de las máquinas de polos salientes.

Las pérdidas por rozamiento con el aire son pérdidas asociadas a los ventiladores de refrigeración y al diseño del polo saliente de la máquina de polos salientes. En algunas aplicaciones, las pérdidas por rozamiento con el aire pueden constituir el componente de pérdidas individual mayor presente en la unidad. Esto es debido a la necesidad de grandes flujos de aire necesarios para evitar aumentos excesivos de temperatura. Adicionalmente, se producen grandes caídas de presión inducidas por una geometría desfavorable. Estos dos problemas provocan una muy baja eficiencia de los ventiladores en la técnica anterior, lo que da como resultado unas pérdidas elevadas. Por tanto, existe la necesidad de reducir las pérdidas por rozamiento con el aire, y así mejorar la eficiencia de las máquinas de polos salientes.

Breve compendio de la invención Deberían elegirse máquinas de polos salientes de alta eficiencia tales como generadores cuando son deseables ahorros en el uso de combustible. Sin embargo, las máquinas de polos salientes de alta eficiencia producen beneficios más allá de los ahorros en combustible. Las máquinas con pérdidas más bajas producen menos calor y, por tanto, funcionan a temperaturas más bajas que los modelos menos eficientes. Estas menores temperaturas aumentan sustancialmente la vida útil de la máquina de polos salientes, ya que la vida útil de los materiales de aislamiento disminuye a medida que crece la temperatura.

Para reducir las pérdidas asociadas a los ventiladores de refrigeración montados en eje, para refrigerar la unidad se ha utilizado un nuevo concepto de pequeños ventiladores accionados por motor de inducción. Para minimizar las pérdidas turbulentas de los polos salientes, se han utilizado tapas inter-polos hechas de material compuesto y tapas de bobina de extremo de material compuesto para minimizar el arrastre. Además, las unidades de ventilador pueden ser independientes de la unidad de campo rotativo.

Una máquina de polos salientes que comprende una unidad de campo rotativo y al menos una tapa inter-polo conectada a la unidad de campo rotativo y/o al menos una tapa de bobina de extremo conectada a la unidad de campo rotativo. Cada tapa inter-polo preferiblemente incluye una superficie superior que tiene una curvatura y/o al menos una cavidad. La tapa de bobina de extremo puede incluir al menos un soporte. La máquina de polos salientes puede también incluir al menos una unidad de ventilador independiente de la unidad de campo rotativo. En una realización preferida, la máquina de polos salientes incluye al menos una placa de montaje, donde cada unidad de ventilador está montada a la placa de montaje. Las tapas inter-polo y las tapas de bobina de extremo preferiblemente comprenden materiales compuestos, polímeros, aleaciones, cerámicas, o materiales que se dan en la naturaleza.

Un método para formar una máquina de polos salientes que tiene una unidad de campo rotativo, el método que comprende el paso de conectar al menos una tapa inter-polo a la unidad de campo rotativo. El método también puede incluir conectar al menos una tapa de bobina de extremo a la unidad de campo rotativo y/o conectar al menos una unidad de ventilador independiente de la unidad de campo rotativo a la máquina de polos salientes. En una realización preferida, la tapa inter-polo comprende una superficie superior y donde la superficie superior de cada tapa inter-polo tiene curvatura.

El documento WO03/019748 describe un nuevo sistema y método mejorado par la retención de la vuelta de extremo 2 5

para cables del rotor de un generador para su uso en aplicaciones de alta velocidad tales como aplicaciones en aeronaves. El rotor incluye un eje, radios, soportes, y bobinas arrolladas con cables, y al menos un dispositivo de tapa. Los radios se extienden radialmente hacia fuera desde el eje, y cada soporte está situado en un radio asociado. Cada bobina se arrolla alrededor de un soporte y radio asociado. Cada dispositivo de tapa está acoplado a un extremo de su radio asociado para evitar que los arrollamientos se desplacen radialmente hacia fuera cuando el rotor gira. Cada soporte está asociado a un dispositivo de tapa, e incluye en su borde radial interior un reborde que sobresale alejándose del radio respectivo. Debido al reborde y al dispositivo de tapa, se absorbe la holgura del arrollamiento del cable entre el reborde y la tapa asociada.

La presente invención se describe en las reivindicaciones independientes, describiéndose algunas características opcionales en las reivindicaciones dependientes de las mismas.

Breve descripción de las diferentes vistas de los dibujos La FIG. 1 muestra una vista en perspectiva de la técnica anterior de una unidad de campo rotativo;

La FIG. 2 muestra una vista de despiece parcial en perspectiva de una realización de una unidad de campo rotativo de acuerdo con la invención;

La FIG. 3 muestra una vista ensamblada en perspectiva de una realización de una unidad de campo rotativo;

La FIG. 4 muestra una vista en perspectiva de una realización de una tapa inter-polo;

La FIG. 5 muestra una vista en perspectiva de una realización de un lado exterior de una tapa de bobina de extremo;

La FIG. 6 muestra una vista de despiece en perspectiva de una realización de al menos una unidad de ventilador;

La FIG. 7 muestra una vista en perspectiva de una realización de las unidades de ventilador; y La FIG. 8 muestra una vista en perspectiva de una realización de una máquina de polos salientes ensamblada.

Descripción detallada A continuación se presentan una o más realizaciones ilustrativas que incorporan la invención descrita en el presente documento. En aras de la claridad, en esta aplicación no se describen o muestran todas las características de una implementación real. Se entiende que en el desarrollo de una realización real que incorpore la presente invención, se deberán tomar numerosas decisiones específicas de la implementación para conseguir los objetivos del desarrollados, tales como el cumplimiento de condiciones relacionadas con el sistema, con el negocio, o con el gobierno, que varían de una implementación a otra y de un momento a otro. Aunque los esfuerzos del desarrollador pueden ser complejos y consumir tiempo, tales esfuerzos constituirán, sin embargo, una rutina para aquellos expertos en la materia que lean esta descripción.

La máquina de polos salientes, un generador, de la técnica anterior pierde eficiencia en numerosas áreas. La FIG. 1 muestra una unidad 100 de campo rotativo de un generador. La unidad 100 de campo rotativo incluye los polos 102 del rotor, los arrollamientos 104, y las barras 106 de soporte de bobina. Los arrollamientos 104 se sujetan en su posición mediante los soportes 108 de arrollamiento. La naturaleza abierta del área entre los polos 102 del rotor, donde están ubicados los soportes 108 del arrollamiento, tiende a ser el área donde se producen las pérdidas por rozamiento con el aire.

Una unidad 112 de ventilador está montada al eje 110. La técnica anterior presenta pérdidas por rozamiento con el aire significativas por que la unidad 112 de ventilador requiere grandes cantidades... [Seguir leyendo]

1. Una máquina (800) de polos salientes que comprende:

una unidad (200) de campo rotativo que incluye uno o más polos (202) de rotor, arrollamientos (214) , y barras (206) de soporte de bobina, y un diámetro exterior curvado, extendiéndose una porción de los arrollamientos más allá de 5 los polos del rotor; y al menos una tapa (218) de bobina de extremo conectada a la unidad de campo rotativo y que aloja las barras de soporte de bobina y la porción (314) de arrollamientos que se extienden más allá de los polos del rotor para reducir las pérdidas por rozamiento con el aire asociadas a la máquina de polos salientes, teniendo la tapa de bobina de extremo un diámetro (524) externo sustancialmente igual a, o igual a, el diámetro exterior de la unidad de campo rotativo, donde la unidad de campo rotativo incluye un área de aire abierta entre los polos (202) del rotor y soportes (208) de arrollamiento.

2. La máquina de polos salientes de la reivindicación 1, donde cada tapa de polo de bobina de extremo comprende al menos un soporte (528) estructural formado en la misma de un modo que no interfiere con los componentes 15 internos de la unidad de campo rotativo.

3. La máquina de polos salientes de la reivindicación 1, donde cada tapa de bobina de extremo comprende materiales compuestos, polímeros, aleaciones, cerámicas, o materiales que se dan en la naturaleza.

4. La máquina de polos salientes de la reivindicación 1, que además comprende al menos una tapa (518) inter-polo conectada a la unidad de campo rotativo y fijada entre polos adyacentes del rotor.

5. La máquina de polos salientes de las reivindicaciones 1 o 3, donde cada tapa inter-polo comprende una superficie superior y donde la superficie superior de cada tapa inter-polo tiene una curvatura.

6. La máquina de polos salientes de las reivindicaciones 1 o 3, donde cada tapa inter-polo comprende al menos una cavidad.

7. La máquina de polos salientes de las reivindicaciones 1 o 2, que además comprende al menos una unidad (630) 25 de ventilador independiente de la unidad de campo rotativo.

8. La máquina de polos salientes de la reivindicación 7, que además comprende al menos una placa (632) de montaje, donde cada unidad de ventilador está montada en la placa de montaje.