Un dispositivo electromecánico.

Un dispositivo electromecánico que comprende:

- una estructura de interfaz mecánico (101) para su conexión a un elemento giratorio externo,

- una máquina eléctrica (102-104, 117), y

- una o más etapas de engranajes (105-112) en una trayectoria de transmisión de potencia mecánica entre la estructura de interfaz mecánico y un rotor de la máquina eléctrica,

caracterizado por que el dispositivo electromecánico comprende además unos medios de cojinete (118, 119) para conectar el rotor (103) de la máquina eléctrica de modo giratorio con la estructura del dispositivo electromecánico, medios de cojinete que transportan las fuerzas axiales y radiales del rotor y al menos parcialmente las fuerzas axiales y radiales del árbol de accionamiento (112) de la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor, en el que dicho árbol de accionamiento (112) se conecta con el rotor (103) de la máquina eléctrica, con el fin de proporcionar tolerancia frente a posibles desviaciones mutuas entre las direcciones de dicho árbol de accionamiento (112) y de dicho rotor (103), y en el que las tensiones provocadas por las fuerzas que actúan sobre el estator (102) se disponen para circunvalar las estructuras mecánicas que soportan la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor (103) y se conducen directamente a una estructura mecánica externa.

Un dispositivo electromecánico Campo de la invención

La invención se refiere a un dispositivo electromecánico que es una combinación de una o más etapas de engranajes y una máquina eléctrica rotativa. Más concretamente, la invención se refiere a una construcción de cojinete y a una estructura de este tipo de un dispositivo electromecánico.

Antecedentes de la invención

En muchos sistemas de generación de energía puede ser ventajoso desde el punto de vista de diversos aspectos de diseño y construcción conectar un generador a una máquina motriz, por ejemplo una turbina eólica, mediante una caja de engranajes dispuesta para transformar la velocidad de giro de la máquina motriz en un intervalo de velocidades adecuado para el generador. De modo correspondiente, en muchas aplicaciones de motor puede ser ventajoso conectar un motor eléctrico a un actuador mediante una caja de engranajes dispuesta para transformar la velocidad de giro del motor eléctrico en un intervalo de velocidades adecuado para el actuador. La caja de engranajes puede comprender una o más series de etapas de engranajes conectadas con la ayuda de las cuales se consigue una relación de desmultiplicación deseada. Cada etapa de engranajes individual puede ser, por ejemplo, una etapa de engranajes planetarios o una etapa de engranajes cilindricos.

Los aspectos de diseño más demandantes relacionados con una combinación de una caja de engranajes y una máquina eléctrica que puede ser un generador y/o un motor son, entre otros, el tamaño y peso de la combinación. Además, el equipo necesario para lubricar, refrigerar, y monitorizar la combinación de la caja de engranajes y la máquina eléctrica puede ser complejo en comparación con aquel de, por ejemplo, un sistema sin engranajes. Por ejemplo, la fiabilidad de los sistemas de lubricación puede requerir una atención especial debido a que, como es evidente por si mismo, tanto el sistema de lubricación de la caja de engranajes como el sistema de lubricación de la máquina eléctrica tienen que funcionar simultáneamente de modo adecuado con el fin de que la combinación funcione adecuadamente. Por lo tanto, para obtener una fiabilidad suficiente efectiva o combinada, la fiabilidad del sistema de lubricación de la caja de engranajes y de la máquina eléctrica respectivamente tienen que ser significativamente superiores a la fiabilidad que sería necesaria para un único sistema de lubricación de un sistema sin engranajes. Sin embargo, la caja de engranajes, especialmente en muchas aplicaciones de energía eólica, hace posible utilizar una máquina eléctrica significativamente menor en dimensiones y peso que una máquina eléctrica de un sistema sin engranajes correspondiente. Por lo tanto, la elección de si utilizar una caja de engranajes o tener un sistema sin engranajes depende de muchos aspectos diferentes, muchos de los cuales están más o menos en compromiso entre sí. La caja de engranajes proporciona muchas ventajas y por tanto hay una necesidad de proporcionar soluciones técnicas para aliviar o incluso eliminar los inconvenientes relativos al uso de la caja de engranajes.

En muchas aplicaciones especiales, tales como en turbinas eólicas, por ejemplo, el tamaño y peso de la combinación de una máquina eléctrica, tal como un generador o un motor eléctrico, y una caja de engranajes es de importancia critica, ya que estos elementos afectan a muchos otros aspectos de diseño directamente relacionados con esta combinación. Estos incluyen, entre otros, la estructura de soporte para la combinación así como el espacio necesario para la combinación.

Por lo tanto, existe una gran demanda de combinaciones más pequeñas y ligeras de una caja de engranajes y una máquina eléctrica.

En la publicación US 5 770 904 se da a conocer un motor eléctrico que tiene una construcción más compacta y que puede ser ensamblado más fácilmente, y en el cual motor al menos parte de un engranaje se dispone en la cámara interna libre del rotor.

En la publicación WO 2006/115132 se da a conocer una rueda accionada eléctricamente y un vehículo, que comprende un motor en la rueda montado dentro del disco de la rueda para accionar el disco de la rueda y el buje de la rueda o para ser accionado por el disco de la rueda y el buje de la rueda.

En la publicación DE 10 2007 012408 se da a conocer una turbina eólica que comprende un engranaje que alberga un alojamiento de engranajes y un generador dentro del alojamiento de engranajes, en el que el cojinete del rotor, el alojamiento de engranajes y el alojamiento del generador se diseñan y construyen como componentes de transmisión de carga y se conectan entre sí con conexiones de tornillos.

En la publicación EP 1 905 633 se da a conocer un dispositivo de accionamiento de rueda eléctrico, en el que dos medios de reductora planetaria se disponen dentro del elemento externo que forma una parte del cojinete de la rueda y en un extremo lateral fuera de borda del elemento interno con el fin de reducir el peso y famaño del aparato.

Se debe apreciar asimismo que una máquina eléctrica en el contexto de la presente solicitud puede ser un generador o un motor eléctrico.

Resumen

En la presente Invención, el peso y tamaño del dispositivo electromecánico, que consiste en una caja de engranajes que tiene una o más etapas de engranajes y en una máquina eléctrica, se minimiza ventajosamente con una construcción integrada del dispositivo electromecánico.

Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la presente invención comprende:

- una estructura de interfaz mecánico para conectar el dispositivo electromecánico con un elemento giratorio externo,

- una máquina eléctrica, tal como un generador o un motor eléctrico,

- una o más etapas de engranajes en una trayectoria de transmisión de potencia mecánica entre la estructura de interfaz mecánico y un rotor de la máquina eléctrica,

- medios de cojinete para conectar el rotor de la máquina eléctrica de modo giratorio con la estructura del dispositivo electromecánico, medios de cojinete que transportan las fuerzas axiales y radiales del rotor y al menos parcialmente las fuerzas axiales y radiales del árbol de accionamiento de la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor, en el que dicho árbol de accionamiento se conecta con el rotor de la máquina eléctrica, con el fin de proporcionar tolerancia frente a posibles desviaciones mutuas entre las direcciones de dicho árbol de accionamiento y de dicho rotor, y en el que las tensiones provocadas por las fuerzas que actúan sobre el estator se disponen para circunvalar las estructuras mecánicas que soportan la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor y se conducen directamente a una estructura mecánica externa.

El dispositivo electromecánico descrito anteriormente es una combinación de la máquina eléctrica y de la una o más etapas de engranajes que se integran en una única unidad y utilizan al menos un elemento de cojinete común. Por lo tanto, los medios de cojinete pueden ser más sencillos y más fiables de los de un sistema de cojinetes tradicional en el cual hay cojinetes separados para la caja de engranajes y para la máquina eléctrica. Además, el tamaño y peso del dispositivo electromecánico de acuerdo con la invención puede ser menor que aquellos de una combinación tradicional de una máquina eléctrica y una caja de engranajes.

En una solución de acuerdo con la presente invención, los cojinetes del rotor se sitúan ventajosamente entre el árbol del rotor y una estructura mecánica conectada de modo fijo al bastidor de la etapa de engranajes directamente conectada al rotor. La mencionada estructura mecánica puede estar integrada asimismo en el bastidor de la etapa de engranajes como parte del bastidor.

La presente invención hace posible igualmente combinar el sistema de lubricación de las una o más etapas de engranajes de la trayectoria de transmisión de potencia mecánica con la lubricación de la máquina eléctrica. Esto se realiza ventajosamente combinando los espacios de lubricación de la etapa o etapas de engranajes con el espacio de lubricación de la máquina eléctrica con canales de lubricante previstos en la estructura mecánica conectada de modo fijo al bastidor externo de la etapa de engranajes conectada al rotor, y a la cual se conecta de modo giratorio la estructura mecánica del rotor.

La presente invención es muy adecuada para turbinas eólicas, que consisten habitualmente en dos etapas de engranajes planetarios y un generador.

En la parte caracterizadora de la reivindicación 1 se dan a conocer más concretamente los elementos que caracterizan la solución de acuerdo con la presente... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo electromecánico que comprende:

- una estructura de interfaz mecánico (101) para su conexión a un elemento giratorio externo,

- una máquina eléctrica (102-104, 117), y

- una o más etapas de engranajes (105-112) en una trayectoria de transmisión de potencia mecánica entre la estructura de interfaz mecánico y un rotor de la máquina eléctrica,

caracterizado por que el dispositivo electromecánico comprende además unos medios de cojinete (118, 119) para conectar el rotor (103) de la máquina eléctrica de modo giratorio con la estructura del dispositivo electromecánico, medios de cojinete que transportan las fuerzas axiales y radiales del rotor y al menos parcialmente las fuerzas axiales y radiales del árbol de accionamiento (112) de la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor, en el que dicho árbol de accionamiento (112) se conecta con el rotor (103) de la máquina eléctrica, con el fin de proporcionar tolerancia frente a posibles desviaciones mutuas entre las direcciones de dicho árbol de accionamiento (112) y de dicho rotor (103), y en el que las tensiones provocadas por las fuerzas que actúan sobre el estator (102) se disponen para circunvalar las estructuras mecánicas que soportan la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor (103) y se conducen directamente a una estructura mecánica externa.

2. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos medios de cojinete (118, 119) se sitúan entre un árbol del rotor (117) y una estructura mecánica (115) conectada de modo fijo con el bastidor de la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor (103).

3. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la estructura mecánica (115) es parte del bastidor de la etapa de engranajes directamente conectada con el rotor (103).

4. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos medios de cojinete (118, 119) se sitúan entre partes del rotor (117, 103) y partes de bastidor de la etapa de engranajes (115, 114).

5. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los medios de cojinete (118, 119) comprende cojinetes de rodillos y/o cojinetes deslizantes.

6. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el dispositivo electromecánico comprende además un espacio de aceite lubricante común para ambas de la una o más etapas de engranajes y la máquina eléctrica.

7. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo electromecánico comprende además medios (116a, 116b, 122) para circular al menos parte del aceite lubricante a través de la una o más etapas de engranajes y al menos parte del aceite lubricante a través de cojinetes (118, 119) de la máquina eléctrica.

8. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la una o más etapas de engranajes consisten en una primera etapa de engranajes planetarios (105-108) y una segunda etapa de engranajes planetarios (109-112), un portador de satélite (105) de la primera etapa de engranajes planetarios que constituye una parte de la estructura de Interfaz mecánico, estando un árbol de rueda solar (108) de la primera etapa de engranajes planetarios conectado a un portador de satélite (109) de la segunda etapa de engranajes planetarios, y estando un árbol de la rueda solar (112) de la segunda etapa de engranajes planetarios conectado al rotor de la máquina eléctrica (103, 104, 117).

9. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el rotor (103) de la máquina eléctrica está conectado al árbol de rueda solar (112) de la segunda etapa de engranajes planetarios con un acoplamiento dispuesto para aflojar su agarre como respuesta a una situación en la cual un par de giro que actúa sobre el acoplamiento supera un valor limite predeterminado.

10. Un dispositivo electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la estructura de interfaz mecánico (101) está conectado a una turbina eólica.