Máquina eléctrica con estator de doble cara.

Una máquina eléctrica síncrona, que comprende:

al menos un rotor (14) con un núcleo (20) interior de rotor y un núcleo (16) exterior de rotor,

comprendiendo cada uno imanes permanentes; y

al menos un estator (24) de doble cara con una cara (30) interior de estator que comprende un enrollamiento (72) interior de estator, y una cara (26) exterior de estator, separada, que comprende un enrollamiento (70) exterior de estator,

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

comprendiendo adicionalmente dicha máquina eléctrica síncrona al menos un canal (40) de refrigeración que separa la cara (30) interior de estator y la cara (26) exterior de estator.

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

El viento normalmente se considera 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 se ven modificados por el terreno de la tierra, los cuerpos de agua y la vegetación. Los términos energía eólica o potencia eólica describen el procedimiento por el cual se utiliza el viento para generar energía mecánica o electricidad.

Normalmente, las turbinas eólicas se utilizan para convertir la energía cinética del viento en energía mecánica. Esta energía mecánica puede utilizarse para tareas específicas (tales como moler grano o bombear 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 del aire en un movimiento mecánico, que a continuación se convierte en energía eléctrica con un generador. La potencia de salida del generador es proporcional al cubo de la velocidad del viento. A medida que la velocidad del viento se duplica, la capacidad de los generadores eólicos aumenta casi ocho veces.

La mayoría de las turbinas eólicas disponibles en el mercado utilizan trenes motrices con engranajes para conectar las palas de la turbina a los generadores eólicos. El viento hace girar las palas de turbina, que giran un eje, que avanza hacia el interior de una caja de engranajes y a continuación se conecta a un generador eólico y produce electricidad. La unidad impulsora con engranajes tiene como objetivo aumentar la velocidad del movimiento mecánico. El inconveniente de una unidad impulsora con engranajes es que reduce la fiabilidad de la turbina eólica y aumenta el ruido y el coste de la turbina eólica.

Algunas turbinas eólicas que utilizan generadores de accionamiento directo también están disponibles comercialmente. Los grandes diámetros de los generadores de accionamiento directo presentan grandes desafíos de transporte y de montaje, tanto en las fábricas como en los lugares de instalación de turbinas eólicas. A medida que la industria de turbinas eólicas avanza y la tecnología mejora, serán necesarias mayores potencias nominales para continuar con la tendencia a la baja en el coste de la energía. Se prevé que las potencias nominales estándar para las turbinas terrestres serán de 3 MW o más en los próximos años, y se prevé que para las turbinas marinas sea de 5 MW o más.

Para que las turbinas eólicas puedan evolucionar a potencias nominales superiores, los enfoques convencionales normalmente incluyen un aumento del diámetro o de la longitud axial (pila) del generador de accionamiento directo. El aumento del diámetro resulta preferible desde un punto de vista puramente electromagnético del generador, pero no resulta atractivo desde el punto de vista del transporte, configuración, y montaje del mismo, especialmente para las turbinas terrestres. El aumento de la longitud axial de los generadores, siempre que se mantenga el diámetro por debajo de 4 metros aproximadamente, alivia el problema de transporte por tierra, pero resulta en estructuras complejas y costosas con longitudes axiales largas. En el documento US 2002/047418 se desvela una máquina síncrona de rotores múltiples.

Por tanto, es deseable proporcionar turbinas eólicas rentables con potencias nominales aumentadas y diámetros reducidos.

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

Brevemente, de acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona un generador de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 6 adjunta.

Brevemente, de acuerdo con otra realización de la presente invención, se proporciona un motor de propulsión de buques de acuerdo con la reivindicación 7 adjunta.

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor al leer la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales los mismos caracteres representan las mismas partes en todos los dibujos, en lo que:

La Fig. 1 ilustra una vista en sección de una turbina eólica que comprende un generador de doble cara de accionamiento directo ejemplar;

La Fig. 2 ilustra una vista en sección del generador ejemplar de la Fig. 1 con un estator de doble cara y un rotor;

La Fig. 3 ilustra una vista en sección tridimensional del estator de doble cara de la Fig. 2;

La Fig. 4 ilustra una representación esquemática del rotor de la Fig. 2;

La Fig. 5 ilustra una realización ejemplar con tuberías de refrigeración líquida en la disposición de la Fig. 2;

La Fig. 6 ilustra una realización ejemplar que tiene agujeros para refrigeración por aire forzado en la disposición de la Fig. 2; y La Fig. 7 ilustra una vista en sección de una unidad de propulsor para buques, que comprende un motor de doble cara de propulsión para buques ejemplar.

La presente invención incluye diferentes realizaciones para generadores y motores de doble cara que son particularmente útiles para turbinas eólicas y unidades de propulsión de buques de accionamiento directo, pero que también pueden utilizarse con unidades de accionamiento con engranajes. Las diferentes configuraciones descritas a continuación en el presente documento se basan en máquinas eléctricas síncronas de doble cara, y flujo radial. Aunque se describen y se muestran máquinas de imanes permanentes (IP) con el propósito de ilustración, alternativamente pueden utilizarse otras máquinas eléctricas, tales como máquinas de campo enrollado, y la excitación de campo puede llevarse a cabo mediante bobinas conductoras que porten corriente. Estas configuraciones contribuyen a lograr turbinas eólicas rentables con mayores potencias nominales (> 2, 0 MW) , y resultan especialmente ventajosas para las aplicaciones terrestres, en las que el diámetro exterior puede verse restringido por las limitaciones de transporte.

Con referencia a las figuras, la Fig. 1 es una representación esquemática de una vista en sección de una turbina 10 eólica con una realización ejemplar de un generador IP 12 de doble cara de accionamiento directo. El generador IP 12 de la turbina 10 eólica incluye al menos dos espacios de flujo de aire concéntricos (no mostrados en la Fig. 1 y analizados más adelante en referencia a la Fig. 2) , convirtiendo eficazmente de este modo el generador IP 12 en dos generadores concéntricos. Por lo tanto, los expertos en la técnica apreciarán que para la misma cubierta total definida por el diámetro exterior y por la longitud axial, el generador IP 12 puede producir una potencia de salida considerablemente mayor que un generador de una sola cara. En la práctica, por tanto, un generador de una sola cara de 2 MW podrá reemplazarse con un generador de doble cara capaz de producir 3-3, 6 MW para el mismo diámetro y longitud axial totales. De manera equivalente, un generador IP de una sola cara de 3 MW que tenga un diámetro de 6 metros podrá reemplazarse con un generador de doble cara con la misma longitud axial y un diámetro de sólo 4, 3 metros, permitiendo de ese modo el transporte terrestre de todo el generador como una unidad.

Una realización ejemplar de la turbina 10 eólica, tal como se muestra en la Fig. 1, incluye un rotor 14 en el generador 12. El rotor 14 incluye un núcleo 16 de rotor exterior con unos imanes 18 permanentes exteriores, o alternativamente unas bobinas de excitación, y un núcleo 20 interior de rotor con unos imanes 22 permanentes interiores o bobinas de excitación. El generador 12 también incluye un estator 24 de doble cara con una cara 26 exterior de estator que tiene unos enrollamientos 28 exteriores de estator, y una cara 30 interior de estator que tiene unos enrollamientos 32 interiores de estator. En funcionamiento, la salida de potencia del estator 24 de doble cara está alimentada y controlada por una unidad de conversión de potencia (no mostrada) capaz de una conversión de potencia completa. El estator 24 está conectado a un bastidor 34 estacionario, que está montado adicionalmente en un bastidor 36 principal. El bastidor principal está montado adicionalmente en una torre 38 a través de un sistema convencional de accionamiento de cojinete de orientación y engranajes (no mostrado) . En un ejemplo más específico, un canal 40 de refrigeración puede estar dispuesto entre la cara 26 exterior de estator y la cara 30 interior de estator. A continuación se... [Seguir leyendo]

1. Una máquina eléctrica síncrona, que comprende:

al menos un rotor (14) con un núcleo (20) interior de rotor y un núcleo (16) exterior de rotor, comprendiendo cada uno imanes permanentes; y 5 al menos un estator (24) de doble cara con una cara (30) interior de estator que comprende un enrollamiento (72) interior de estator, y una cara (26) exterior de estator, separada, que comprende un enrollamiento (70) exterior de estator, en la que el al menos un estator (24) de doble cara está dispuesto concéntricamente entre el núcleo (20) de rotor interior y el núcleo (16) de rotor exterior de la máquina eléctrica, comprendiendo adicionalmente dicha máquina eléctrica síncrona al menos un canal (40) de refrigeración que separa la cara (30) interior de estator y la cara (26) exterior de estator.

2. La máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1, en la que el al menos un canal (40) de refrigeración está configurado para utilizar el viento para refrigerar la cara (30) interior de estator y la cara (26) exterior de estator.

3. La máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1, en la que el al menos un canal (40) de refrigeración 15 comprende un soporte (41) del núcleo de estator acoplado con un bastidor estacionario (34) .

4. La máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente al menos una tubería (800) de refrigeración líquida situada adyacente a al menos una de las caras (30, 26) interior y exterior de estator.

5. La máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una pluralidad de agujeros

(82) axiales situados en el al menos un estator (24) de doble cara, y configurados para que el aire de refrigeración 20 fluya a través del estator.

6. Una turbina (12) eólica que comprende la máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1.

7. Un motor (712) de propulsión de buques que comprende la máquina eléctrica síncrona de la reivindicación 1.