Máquina eléctrica con apilamiento de laminaciones de doble cara.

Una máquina eléctrica síncrona que comprende:

un generador de imanes permanentes de accionamiento directo;

al menos un rotor (14) con un núcleo (20) de rotor interno que comprende imanes (22) permanentes interiores y un núcleo (16) de rotor exterior que comprende imanes permanentes exteriores (18), en el que el núcleo (16) de rotor exterior se invierte con respecto al núcleo del rotor interior (20); y

al menos un estator (24) de doble cara con una cara (30) del estator interior y una cara (26) del estator exterior que comprende un apilamiento (66) de laminaciones de doble cara configurado para habilitar al flujo magnético para que fluya radialmente entre la cara (30) del estator interior y la cara (26) del estator exterior, habilitando de este modo que al menos una parte del flujo magnético sea compartida entre la cara (30) del estator interior y la cara (26) del estator exterior;

en el que el al menos un estator (24) de doble cara está dispuesto concéntricamente entre el núcleo (20) del rotor interior y el núcleo (16) del rotor exterior de la máquina eléctrica síncrona.

Máquina eléctrica con apilamiento de laminaciones de doble cara La presente invención se refiere en general a generadores de turbinas eólicas y a motores de propulsión de buques.

El viento es generalmente considerado como una forma de energía solar causada por un calentamiento desigual de la atmósfera por el sol, las irregularidades de la superficie de la tierra, y la rotación de la tierra. Los patrones de flujo del viento son modificados por el terreno de la tierra, cuerpos de agua y la vegetación. Los términos energía eólica o la potencia eólica, describen el proceso por el cual el viento se utiliza para generar energía mecánica o electricidad.

Típicamente, las turbinas eólicas se utilizan para convertir la energía cinética del viento en energía mecánica. Esta energía mecánica se puede utilizar para tareas específicas (tales como la molienda del grano o el bombeo de agua)

o un generador puede convertir esta energía mecánica en electricidad. Una turbina eólica por lo general incluye un mecanismo aerodinámico para convertir el movimiento de aire en un movimiento mecánico, que se convierte luego con un generador en energía eléctrica. La potencia de salida del generador es proporcional al buje de la velocidad del viento. Cuando se duplica la velocidad del viento, la capacidad de los generadores eólicos aumenta casi ocho veces.

La mayoría de las turbinas eólicas disponibles en el mercado utilizan los trenes de engranajes orientados a conectar las paletas de la turbina a los generadores eólicos. El viento hace girar las paletas de la turbina, que giran un eje, que se alimenta en una caja de cambios y luego se conecta a un generador de viento y produce electricidad. La unidad orientada tiene como objetivo aumentar la velocidad del movimiento mecánico. El inconveniente de una unidad orientada es que reduce la fiabilidad de la turbina eólica y aumenta el ruido y el coste de la turbina eólica.

Unas pocas turbinas eólicas que utilizan generadores de accionamiento directo están también disponibles comercialmente. Los grandes diámetros de los generadores de accionamiento directo presentan formidables desafíos de transporte y montaje, tanto en las fábricas y en los sitios de instalación de turbinas eólicas. A medida que la industria de turbinas eólicas madura y la tecnología mejora, potencias más grandes serán necesarias para continuar con el impulso a la baja en el coste de la energía. Se espera que los valores de potencia estándar para las turbinas en tierra sean de 3 MW o más en los próximos años, y se espera que las turbinas en alta mar sean de 5 MW o superior.

El documento DE 197 04 652 divulga el uso de una arandela enrollada en máquinas de inducción eléctrica.

El documento US 2002/047418 describe una estructura compacta y fiable de una máquina síncrona con múltiples rotores.

Para que las turbinas eólicas evolucionen a potencias superiores, los enfoques convencionales normalmente incluyen un aumento en el diámetro del generador de accionamiento directo o longitud (apilamiento) axial. Aumentar el diámetro se prefiere desde una perspectiva puramente del generador electromagnético, pero no es atractivo desde las perspectivas de transporte, marco, y de montaje, especialmente para las turbinas en tierra. El aumento de la longitud axial de los generadores, manteniendo al mismo tiempo el diámetro inferior a aproximadamente 4 metros, alivia el problema de transporte con base en tierra, pero resulta en estructuras de marco complejas y costosas con longitudes axiales largas.

Por lo tanto, es deseable proporcionar turbinas eólicas rentables de potencia aumentada y de diámetros reducidos.

Brevemente, de acuerdo con la presente invención, se proporciona una máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1 adjunta.

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lee con referencia a los dibujos adjuntos, en los que los mismos caracteres representan partes similares en todos los dibujos, en donde:

La figura 1 ilustra una vista en sección de una turbina eólica que incluye un generador de imán permanente de doble cara de accionamiento directo ejemplar (PM) de acuerdo con aspectos de la presente técnica;

La figura 2 ilustra una vista en sección de un generador de imanes permanentes de intercambio de flujo de accionamiento directo de doble cara de la figura 1;

La figura 3 ilustra una vista en primer plano del generador de imanes permanentes de transmisión directa de la figura 2 con los pasajes de refrigeración de aire;

La figura 4 ilustra una vista en sección de un estator de doble cara de un generador de imanes permanentes útil para las realizaciones de las figuras 1-3;

La figura 5 ilustra una vista de primer plano del estator de doble cara de la figura 4;

La figura 6 ilustra una vista en sección transversal del estator de doble cara y los rotores interior y exterior;

La figura 7 ilustra las trayectorias de flujo de imán en el estator de doble cara y los rotores interior y exterior en un instante de tiempo;

La figura 8 ilustra una realización ejemplar con canales de refrigeración de líquido en la disposición de la figura 2; y La figura 9 ilustra una parte de un motor de propulsión de buques ejemplar con una apilamiento de laminaciones de doble cara para el estator de doble cara de acuerdo con aspectos de la presente técnica.

La presente invención incluye diferentes realizaciones para los generadores de doble cara que son particularmente útiles para turbinas eólicas de accionamiento directo y motores de propulsión de naves. Las diferentes configuraciones de accionamiento directo para turbinas eólicas que aquí se describen a continuación se basan en máquinas eléctricas síncronas, de flujo radial, de doble cara. Aunque las máquinas de imán permanente (PM) se describen y se muestran con el propósito de ilustración, alternativamente, se pueden utilizar otras máquinas eléctricas, tales como máquinas síncronas de campo enrollado. Estas configuraciones contribuyen a la consecución de turbinas eólicas de aumentos de potencia rentables (> 2, 0 MW) y son especialmente ventajosas para las aplicaciones terrestres, donde el diámetro exterior puede verse limitado por las limitaciones de transporte.

Volviendo ahora a las figuras, la figura 1 es una representación esquemática de una vista en sección de una turbina eólica 10 con una realización ejemplar de un generador 12 de imanes permanentes de doble cara de accionamiento directo. El generador 12 de imanes permanentes de la turbina eólica 10 incluye al menos dos espacios concéntricos de aire (que no se muestran en la figura 1 y se examinan más adelante en referencia a la figura 2) , con lo que convierte de manera efectiva al generador 12 de imanes permanentes en dos generadores concéntricos. Por lo tanto, se apreciará por parte de los expertos en la técnica que para la misma cubertura total definida por el diámetro y la longitud axial exterior, el generador 12 de imanes permanentes puede producir considerablemente más potencia de salida que como un generador de una sola cara. En la práctica, por tanto, un generador de una sola cara 2 MW podría ser sustituido por un generador de doble cara capaz de producir 3-3, 6 MW para el mismo diámetro y longitud total axial. De manera equivalente, un generador de imanes permanentes de una sola cara 3 MW que tiene un diámetro de 6 metros podría ser reemplazado con un generador de doble cara de la misma longitud axial solo con un diámetro 4, 3 metros, permitiendo de ese modo el transporte terrestre de todo el generador como una unidad.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, el generador 12 de imanes permanentes está montado sobre un bastidor principal 36 de la góndola a través de un eje principal y el conjunto de cojinete 56. El bastidor principal de la góndola 36 está montado además en una torre 38 a través de un sistema de cojinete de guiñada y un engranaje de accionamiento convencional (no mostrado) . Características más detalladas del generador 12 de imanes permanentes se describen en el presente documento a continuación con referencia a la figura 2. Un buje 44 de las paletas del rotor conecta las paletas del rotor de la turbina eólica 42 al generador 12 de imanes permanentes. Una cubierta 49 del buje del rotor contiene las paletas del rotor de la turbina eólica 42 y otros componentes del rotor de la turbina. Una cubierta 50 de la góndola también se proporciona y normalmente protege los componentes dentro de la góndola del medio ambiente.

La figura 2 ilustra una vista en sección de un generador de imanes permanentes... [Seguir leyendo]

1. Una máquina eléctrica síncrona que comprende:

un generador de imanes permanentes de accionamiento directo;

al menos un rotor (14) con un núcleo (20) de rotor interno que comprende imanes (22) permanentes interiores y un 5 núcleo (16) de rotor exterior que comprende imanes permanentes exteriores (18) , en el que el núcleo (16) de rotor exterior se invierte con respecto al núcleo del rotor interior (20) ; y al menos un estator (24) de doble cara con una cara (30) del estator interior y una cara (26) del estator exterior que comprende un apilamiento (66) de laminaciones de doble cara configurado para habilitar al flujo magnético para que fluya radialmente entre la cara (30) del estator interior y la cara (26) del estator exterior, habilitando de este modo que al menos una parte del flujo magnético sea compartida entre la cara (30) del estator interior y la cara (26) del estator exterior;

en el que el al menos un estator (24) de doble cara está dispuesto concéntricamente entre el núcleo (20) del rotor interior y el núcleo (16) del rotor exterior de la máquina eléctrica síncrona.

2. La máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de pernos axiales 15 (68) para proporcionar la compresión del apilamiento (66) de laminaciones de doble cara.

3. La máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1, que comprende además un conducto de refrigeración (70) para enfriar la máquina eléctrica síncrona a través del paso de al menos uno de entre aire de refrigeración o un medio líquido de refrigeración.

4. La máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1, en el que la cara (30) del estator interior y el núcleo (20)

del rotor interior definen un espacio (64) interior de aire y la cara (26) del estator exterior y el núcleo (16) del rotor exterior definen un espacio (62) exterior de aire, y en el que una porción de aire de refrigeración fluye axialmente a través del espacio de aire interior y exterior.

5. Un generador (12) para una turbina eólica (10) que comprende la máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1.

6. Un motor (712) de propulsión del barco que comprende la máquina eléctrica síncrona según la reivindicación 1.