ES2353927T3

ES2353927T3 - Generador de accionamiento directo y turbina eólica.

Info

Publication number: ES2353927T3
Application number: ES08012250T
Authority: ES
Inventors: Henrik Stiesdal
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2011-03-08
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: EP2143941A1; CN102037239B; US20110062719A1; US8004107B2; DE602008003563D1; WO2010003830A2; CA2724880C; DK2143941T3; WO2010003830A3; CA2724880A1; JP5340383B2; ATE488695T1; CN102037239A; EP2143941B1; NZ588977A; JP2011521162A

Abstract

Generador de accionamiento directo para una turbina eólica que comprende - una disposición (19, 117, 208, 308) de estator y - una disposición (18, 116, 219, 314) de rotor, en el que - la disposición (19, 117) de estator y/o la disposición (116, 219, 314) de rotor comprende al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo frontal y/o trasera al menos parcialmente flexible, caracterizado porque la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo está compuesta al menos parcialmente por fibra de vidrio.

Description

La invención se refiere a un generador de accionamiento directo para una turbina eólica y a una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo de este tipo.

En principio existen dos tipos principales de turbinas eólicas en vista de la configuración de accionamiento de una turbina eólica. El primer tipo de turbina eólica es el tipo más clásico de turbina eólica que comprende una caja de engranajes dispuesta entre el árbol principal y un generador de la turbina eólica. El segundo tipo de turbina eólica es un tipo sin engranajes que comprende un accionamiento directo o un generador accionado directamente. Un generador de accionamiento directo de este tipo puede fabricarse como un generador síncrono con rotor bobinado o con imanes permanentes unidos al rotor, o puede estar diseñado como un tipo alternativo de generador. Independientemente del tipo de generador de accionamiento directo, es deseable que se mantenga la anchura del entrehierro entre el rotor y el estator del generador de manera preferiblemente constante o al menos dentro de ciertas tolerancias durante el funcionamiento de la turbina eólica y el generador de accionamiento directo, respectivamente, incluso cuando la disposición del rotor de la turbina eólica, el árbol principal y el generador de accionamiento directo están sometidos a cargas.

Por tanto, se desarrollaron diferentes disposiciones de cojinete para una configuración de accionamiento de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo. Hasta ahora, la disposición clásica de cojinete de un generador de accionamiento directo es una disposición de dos cojinetes. De ese modo, el rotor del generador que está conectado al rotor de la turbina eólica está soportado con dos cojinetes hacia un árbol interno estacionario o un árbol interno fijo. El estator está unido en un lado al árbol interno estacionario. Por tanto, el rotor puede girar en relación con el estator alrededor del árbol interno estacionario. Turbinas eólicas con un diseño de

este tipo se describen por ejemplo en los documentos EP 1 641 102 A1 y US 6.483.199 B2. El inconveniente de un diseño de este tipo es que el soporte en un lado del estator dificulta mantener la anchura del entrehierro al menos de manera sustancialmente constante en el lado no soportado del estator, en particular cuando toda la estructura del generador no sólo se somete a la gravedad y la inercia de masa, sino también a atracción magnética desequilibrada. Para reducir este inconveniente, un generador de accionamiento directo con una disposición de dos cojinetes de este tipo necesita una estructura de soporte del estator grande y pesada que pueda absorber momentos de flexión relativamente grandes del estator. Una estructura de soporte del estator de este tipo se describe por ejemplo en el documento WO 02/05408 A1, en el que la estructura de soporte del estator comprende una construcción de soporte que tiene muchos brazos de soporte.

En un diseño alternativo, la disposición de dos cojinetes se reemplaza por un único cojinete con una parte de cojinete interno estacionario unida a un árbol interno estacionario y a una parte de cojinete externo rotatorio que soporta el rotor del generador de accionamiento directo. Turbinas eólicas que comprenden un generador de accionamiento directo con un único cojinete se dan a conocer en los documentos US 2006/0152014 A1 y WO 02/057624 A1. Pero la sustitución de los dos cojinetes por un único cojinete no cambia sustancialmente el inconveniente de la estructura del estator soportada unilateralmente.

En algunas soluciones adicionales, el concepto de árbol interno estacionario se reemplaza por un concepto de árbol rotatorio. Puesto que el estator del generador está soportado en ambos lados según el concepto de árbol rotatorio, es más fácil mantener la anchura del entrehierro entre el rotor y el estator del generador al menos de manera sustancialmente constante. Hay dos variantes conocidas del concepto de árbol rotatorio, una con una disposición de dos cojinetes y una con una disposición de cuatro cojinetes.

Según la disposición de dos cojinetes, los cojinetes del generador actúan como cojinetes de un árbol principal para la turbina eólica, árbol principal que está conectado al rotor de la turbina eólica. La estructura del estator está soportada hacia el árbol principal y unida a una placa de asiento de la turbina eólica. Turbinas eólicas que tienen un diseño de este tipo se dan a conocer en los documentos US 7.119.453 B2 y WO 03/023943 A2. Un inconveniente de este diseño es que la estructura del estator necesita dimensionarse para absorber y transferir todas las cargas del rotor de la turbina eólica, es decir el peso del rotor de la turbina eólica y todas las cargas aerodinámicas asimétricas para mantener la anchura del entrehierro dentro de las tolerancias necesarias. En las turbinas eólicas grandes, esto conduce a estructuras del estator muy pesadas y caras.

En la disposición de cuatro cojinetes, el árbol principal de la turbina eólica que está conectado al rotor de la turbina eólica en un extremo, está soportado por sus propios dos cojinetes y lleva en su otro extremo el generador de accionamiento directo. El generador de accionamiento directo tiene una disposición de dos cojinetes para el centrado del rotor dentro del estator. Un ejemplo de una turbina eólica de este tipo se describe en el documento US 6.781.276 B1. En esta disposición montada del árbol principal, el rotor del generador lleva el estator del generador y el par de torsión se transfiere desde el generador hasta la placa de asiento de la turbina eólica a través de una disposición de brazo de par de torsión. La disposición de brazo de par de torsión necesita comprender algún tipo de flexibilidad, por ejemplo implementada con elementos de caucho, para prever desalineaciones menores entre estructura del árbol principal -generador y la placa de asiento de la turbina. El soporte bilateral del estator en el rotor permite una estructura relativamente liviana del estator. El principal inconveniente de este diseño es que se requiere un total de cuatro cojinetes y que el par de torsión completo tiene

que pasar al menos parcialmente a través de esos cojinetes. Para las turbinas eólicas grandes esto significa cojinetes comparativamente grandes y caros. Además, para las turbinas eólicas grandes, la disposición de brazo de par de torsión se vuelve una estructura comparativamente sustancial y pesada.

En el documento US 4.291.235 se describe una disposición de cojinete adicional para una turbina eólica. La turbina eólica comprende un árbol estacionario así como un generador de accionamiento directo que tiene un estator interno y un rotor

externo.: El estator interno está dispuesto en el árbol

estacionario.: El rotor externo está conectado al buje de la

turbina: eólica, en el lado frontal conectado al árbol

estacionario mediante un cojinete frontal y en el lado trasero conectado al árbol estacionario mediante un cojinete trasero. De ese modo, la disposición de cojinete no es óptima en relación con la capacidad de carga.

Además, en el documento EP 07013519.9 no publicado previamente, se describe una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene un rotor y un estator. El rotor del generador de accionamiento directo está unido al lado trasero de un árbol principal, árbol principal que está soportado por dos cojinetes principales. El estator está dispuesto sustancialmente alrededor del rotor y comprende una placa de extremo frontal, una placa de extremo trasera y un elemento de carcasa que conecta las placas de extremo frontal y trasera entre sí. La placa de extremo trasera del estator está soportada en el rotor o el árbol principal mediante un tercer cojinete. La placa de extremo frontal del estator está unida al menos indirectamente a una parte estacionaria de la turbina eólica. Por tanto, en el documento EP 07013519.9 no publicado previamente, se describe una disposición de tres cojinetes.

Una estructura de tres cojinetes de este tipo en ocasiones puede ser estáticamente indeterminada. En este caso, cualquier desalineación debida a tolerancias de montaje o cualquier deformación que surja como resultado de la gravedad o de cargas

externas al árbol principal y/o al generador de accionamiento directo podría conducir potencialmente a una distribución de carga no uniforme entre los tres cojinetes de la turbina eólica, lo que a su vez podría producir un fallo prematuro de los cojinetes. La placa de extremo frontal del estator es por tanto al menos parcialmente flexible en cierto grado adecuado en las direcciones de un eje central del árbol principal.

Por tanto, se elimina el problema potencial de una indeterminación estática de la disposición de tres cojinetes estableciendo una flexibilidad suficiente de la placa de extremo frontal en las direcciones del eje central del árbol principal. La placa de extremo frontal actúa como una membrana que soporta el estator de manera sustancialmente firme en la dirección radial para mantener el entrehierro, pero flexionándose fácilmente para permitir por ejemplo una flexión del árbol principal sin resistencia importante.

Es un objeto de la presente invención indicar un material apropiado para una placa de extremo flexible de un generador de accionamiento directo de una turbina eólica para garantizar preferiblemente una flexibilidad suficiente de la placa de extremo.

Este objeto se logra de manera inventiva por un generador de accionamiento directo para una turbina eólica que comprende una disposición de estator y una disposición de rotor, en el que la disposición de estator y/o la disposición de rotor comprende al menos una placa de extremo frontal y/o trasera al menos parcialmente flexible, en el que la al menos una placa de extremo está compuesta al menos parcialmente, de manera preferible completamente, por fibra de vidrio. La fibra de vidrio comprende un módulo de elasticidad relativamente bajo y por tanto es un material apropiado para la al menos una placa de extremo en vista de la flexibilidad requerida. Adicionalmente, la fibra de vidrio comprende un comportamiento de corrosión excelente, incluso en un entorno agresivo como una aplicación en alta mar de una turbina eólica. Una ventaja adicional de la

fibra de vidrio como material para un generador es el buen aislamiento eléctrico. Un generador de accionamiento directo que comprende al menos una placa de extremo de este tipo compuesta por fibra de vidrio es por tanto muy adecuado para una turbina eólica que comprende una configuración de accionamiento que en ocasiones podría ser estáticamente indeterminada, por ejemplo una configuración de accionamiento con una estructura de tres cojinetes.

Según una realización de la invención, el generador de accionamiento directo comprende un eje central, en el que la al menos una placa de extremo es al menos parcialmente flexible en cierto grado en las direcciones del eje central. Por tanto, se elimina el problema potencial de una indeterminación estática por ejemplo de una disposición de tres cojinetes estableciendo una flexibilidad suficiente de la al menos una placa de extremo en las direcciones del eje central del generador de accionamiento directo. Cuando se requiere, la al menos una placa de extremo se flexiona fácilmente para permitir por ejemplo una flexión de un componente respectivo de la configuración de accionamiento de la turbina eólica sin resistencia importante de modo que no se produzca sustancialmente distribución de carga no uniforme entre por ejemplo los tres cojinetes de la configuración de accionamiento de la turbina eólica.

Según una variante de la invención, la al menos una placa de extremo es una placa de extremo con forma de anillo. Según una variante adicional de la invención, la al menos una placa de extremo tiene un espesor de aproximadamente 15 -50 mm, preferiblemente 20 -30 mm en la dirección del eje central. Por tanto, la al menos una placa de extremo tiene dimensiones tales que, por ejemplo, dependiendo de la estructura de la al menos una placa de extremo, la al menos una placa de extremo tiene una resistencia a la flexión comparativamente pequeña.

En una realización de la invención, la disposición de estator se dispone sustancialmente alrededor de la disposición de rotor, comprende una placa de extremo frontal, una placa de

extremo trasera y un elemento de estator cilíndrico hueco que conecta la placa de extremo frontal y la placa de extremo trasera entre sí. Preferiblemente, el elemento de estator cilíndrico hueco comprende en el interior al menos una pila de laminación dotada de al menos un arrollamiento, normalmente con una pluralidad de arrollamientos.

En una realización adicional de la invención, la disposición de rotor se dispone sustancialmente dentro de la disposición de estator. En particular, la disposición de rotor comprende una placa de extremo frontal, una placa de extremo trasera y un elemento de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa de extremo frontal y la placa de extremo trasera entre sí. Preferiblemente, el elemento de rotor cilíndrico hueco comprende en el exterior al menos un imán permanente dispuesto de manera opuesta a la pila de laminación con arrollamientos para la generación de energía. Como norma, se dispone una pluralidad de imanes permanentes en la superficie externa del elemento de rotor cilíndrico hueco.

En otra realización de la invención, la disposición de rotor se dispone sustancialmente alrededor de la disposición de estator, comprende una placa de extremo frontal, una placa de

extremo: trasera y un elemento de rotor cilíndrico hueco que

conecta: la placa de extremo frontal y la placa de extremo

trasera: entre sí. Preferiblemente, el elemento de rotor

cilíndrico hueco comprende al menos un imán permanente en el interior. Como norma, se dispone una pluralidad de imanes permanentes en la superficie interna del elemento de rotor cilíndrico hueco.

Según una variante de la invención, la disposición de estator se dispone sustancialmente dentro de la disposición de rotor y comprende una estructura de soporte del estator. Preferiblemente, al menos una pila de laminación dotada de al menos un arrollamiento, normalmente con una pluralidad de arrollamientos, se dispone en la estructura de soporte del

estator de manera opuesta a los imanes permanentes para la generación de energía.

El objeto de la invención también se logra mediante una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo tal como se ha dado a conocer anteriormente y una configuración de accionamiento para hacer girar la disposición de rotor en relación con la disposición de estator que comprende al menos tres cojinetes o dos cojinetes, en el que al menos uno de los dos cojinetes es un cojinete de cuatro puntos que normalmente muestra el comportamiento de dos cojinetes de modo que la disposición de dos cojinetes con al menos un cojinete de cuatro puntos se comporta como una estructura de tres cojinetes.

La invención se explicará a continuación con más detalle con referencia a los dibujos esquemáticos, en los que

la figura 1 muestra un primer tipo de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene una placa de extremo flexible,

la figura 2 muestra un segundo tipo de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene dos placas de extremo flexibles,

la figura 3 muestra un tercer tipo de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene una placa de extremo flexible y

la figura 4 muestra un cuarto tipo de una turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo que tiene una placa de extremo flexible.

La figura 1 muestra esquemáticamente una primera realización de una turbina 1 eólica que comprende un generador 2 de accionamiento directo que está dispuesto en el lado a sotavento de una torre 3 de la turbina 1 eólica.

Un reborde 4 de torre está dispuesto en la parte superior de la torre 3. Una placa 5 de asiento está unida al reborde 4 de torre. La turbina 1 eólica comprende, de una manera no mostrada explícitamente, un sistema de guiñada para hacer girar la placa 5 de asiento de la turbina eólica alrededor del eje Y junto con

los otros componentes de la turbina 1 eólica que están unidos directa o indirectamente a la placa 5 de asiento.

Un alojamiento 6 de cojinete está dispuesto firmemente en la placa 5 de asiento. El alojamiento 6 de cojinete comprende dos cojinetes 7 y 8 principales. Mientras que cada parte fija de los cojinetes 7, 8 principales está unida al alojamiento 6 de cojinete, cada parte rotatoria de los cojinetes 7, 8 principales está unida al árbol 9 principal. En el extremo frontal, el árbol 9 principal está conectado a un buje 11 de la turbina 1 eólica. El buje 11 comprende tres dispositivos 12 de montaje para tres palas de rotor de la turbina eólica no mostradas, pero bien conocidas.

En el extremo trasero, el árbol 9 principal comprende un reborde 13 de tipo anillo conectado firmemente al árbol 9 principal. Además, el alojamiento 6 de cojinete comprende en el extremo trasero un reborde 14 de tipo anillo. Una pieza 15 de conexión de tipo tubo con un primer reborde 16 en su lado frontal y con un segundo reborde 17 en su lado trasero está unida con pernos al reborde 14 de tipo anillo del alojamiento 6 de cojinete.

El generador 2 de accionamiento directo está dispuesto en el árbol 9 principal y en el alojamiento 6 de cojinete y por tanto, en la placa 5 de asiento. El árbol 9 principal y el generador 2 de accionamiento directo comprenden un eje A central de unión. El generador 2 de accionamiento directo es una unidad que comprende una disposición 18 de rotor y una disposición 19 de estator.

La disposición 18 de rotor comprende en el lado frontal un reborde 20 de tipo anillo. El reborde 20 de tipo anillo está unido con pernos al reborde 13 de tipo anillo del árbol 9 principal. Imanes 24 permanentes no mostrados en detalle están montados en la superficie externa de un elemento 23 de anillo de la disposición 18 de rotor. En el lado trasero, la disposición 18 de rotor comprende un resalte 25. Un saliente 26 de tipo tubo

está unido al resalte 25 mediante pernos. Un tercer cojinete 27 está dispuesto en el saliente 26 de tipo tubo.

La disposición 19 de estator comprende una placa 28 de extremo trasera con forma de anillo del estator unida al alojamiento o parte sustancialmente estacionaria o del tercer cojinete 27.

Además la disposición 19 de estator comprende una placa 29 de extremo frontal con forma de anillo del estator que tiene un reborde 30 de tipo anillo. El reborde 30 de tipo anillo de la placa 29 de extremo frontal y el reborde 17 de tipo anillo de la pieza 15 de conexión de tipo tubo están unidos entre sí con pernos. Un elemento 32 de estator cilíndrico hueco conecta la placa 29 de extremo frontal con forma de anillo y la placa 29 de extremo trasera con forma de anillo entre sí. El elemento 32 de estator cilíndrico hueco comprende en el interior y la superficie interna respectivamente una pila 33 de laminación con arrollamientos.

La pila 33 de laminación con arrollamientos de la disposición 19 de estator y los imanes 24 permanentes de la disposición 18 de rotor están dispuestos de manera opuesta entre sí con un entrehierro 34 intermedio con forma de anillo de aproximadamente 5 mm. Por tanto, la disposición 18 de rotor puede girar junto con el árbol 9 principal en relación con la disposición 19 de estator alrededor del eje A central.

Según la disposición de tres cojinetes descrita en particular que comprende el árbol 9 principal y el generador 2 de accionamiento directo, la disposición 19 de estator está soportada en el lado trasero con la placa 28 de extremo trasera en la disposición 18 de rotor a través del tercer cojinete 27 y está soportada en el lado frontal con la placa 29 de extremo frontal a través del alojamiento 6 de cojinete en la estructura fija de la placa 5 de asiento de la turbina eólica cerca del cojinete 8 principal.

Para evitar situaciones en las que la disposición de tres cojinetes sea estáticamente indeterminada, la placa 29 de

extremo frontal de la disposición 19 de estator que está soportada en la estructura fija de la placa 5 de asiento está compuesta por fibra de vidrio y por tanto, comprende flexibilidad suficiente en las direcciones del eje A central. De ese modo, la placa 29 de extremo frontal actúa como una membrana que soporta la disposición 19 de estator de manera sustancialmente firme en la dirección radial para mantener la anchura del entrehierro 34 sustancialmente constante, pero flexionándose fácilmente para permitir por ejemplo una flexión del árbol 9 principal sin resistencia importante. La placa 29 de extremo frontal tiene de ese modo un espesor de aproximadamente 15 -50 mm, preferiblemente 20 -30 mm y tiene una resistencia a la flexión comparativamente pequeña. Simplemente se flexiona de manera pasiva en las direcciones del eje A cuando por ejemplo el árbol 9 principal se desplaza un poco por desviación. Por tanto, cuando se produce una flexión del árbol 9 principal al que está unida la disposición 18 de rotor, la placa 29 de extremo frontal se flexiona en las direcciones del eje A central en las que se mantiene la anchura del entrehierro 34 sustancialmente constante

o dentro de las tolerancias requeridas. Además, se evita una distribución de carga no uniforme entre los tres cojinetes de la turbina eólica.

La figura 2 muestra esquemáticamente una segunda realización de una turbina 100 eólica que comprende un generador 102 de accionamiento directo que está dispuesto en el lado a barlovento de una torre 103 de la turbina 100 eólica.

Un brazo 106 de retención está dispuesto en su lado de base directamente en una placa 105 de asiento. En el otro lado el brazo 106 de retención comprende un reborde 108. Un árbol 107 estacionario está unido al reborde 108 con un reborde 109.

Un árbol 110 principal está soportado hacia el árbol 107 estacionario por medio de un primer cojinete 111 principal y un segundo cojinete 112 principal. En el extremo frontal, el árbol 110 principal está conectado a un buje 114 de la turbina 100 eólica. El buje 114 comprende tres dispositivos 115 de montaje

para tres palas de rotor de la turbina eólica no mostradas explícitamente, pero bien conocidas.

El generador 102 de accionamiento directo está dispuesto sustancialmente alrededor del árbol 110 principal y comprende una disposición 116 de rotor y una disposición 117 de estator.

La disposición 116 de rotor comprende una placa 118 de extremo frontal con forma de anillo del rotor, una placa 119 de extremo trasera con forma de anillo del rotor y un elemento 120 de rotor cilíndrico hueco que conecta las placas 118 y 119 de extremo frontal y trasera del rotor entre sí. El elemento 120 de rotor cilíndrico hueco lleva alrededor de su perímetro externo imanes 125 permanentes no mostrados en detalle.

La disposición 117 de estator comprende una placa 126 de extremo frontal con forma de anillo del estator, una placa 127 de extremo trasera con forma de anillo del estator y un elemento 128 de estator cilíndrico hueco que conecta las placas 126 y 127 de extremo frontal y trasera del estator entre sí. El elemento 128 de estator cilíndrico hueco lleva alrededor de su perímetro interno una pila 133 de laminación con arrollamientos no mostrada en detalle.

La pila 133 de laminación con arrollamientos y los imanes 125 permanentes están dispuestos de manera opuesta entre sí para la generación de energía con un entrehierro 134 intermedio con forma de anillo de aproximadamente 5 mm. La anchura del entrehierro 134 es tan pequeña que el entrehierro 134 no es explícitamente visible en la figura 2.

Para que la disposición 116 de rotor pueda girar junto con el árbol 110 principal alrededor de un eje A central del generador 102 de accionamiento directo y en relación con la disposición 117 de estator, la turbina 100 eólica y en particular el generador 102 de accionamiento directo comprenden un cojinete 135 de generador tercero o frontal y un cojinete 136 de generador cuarto trasero.

El tercer cojinete 135 está, en el caso de la presente realización de la invención, unido a un reborde 137 del árbol

110 principal. Más precisamente, la cubierta de cojinete interna del tercer cojinete 135 está unida firmemente al reborde 137 del árbol 110 principal. La cubierta de cojinete interna del tercer cojinete 135 está además unida firmemente a la placa 118 de extremo frontal del rotor, que soporta la parte frontal de la disposición 116 de rotor. La cubierta de cojinete externa del tercer cojinete 135 está conectada firmemente a la placa 126 de extremo frontal del estator, que soporta la parte frontal de la disposición 117 de estator.

La parte trasera de la disposición 117 de estator está soportada por la placa 127 de extremo trasera del estator, que está conectada firmemente al reborde 109 del árbol 107 estacionario y por tanto, a la disposición de retención. En el caso de la presente realización de la invención, la cubierta de cojinete interna del cuarto cojinete 136 está unida firmemente a la placa 127 de extremo trasera del estator y la placa 119 de extremo trasera del rotor que soporta la parte trasera de la disposición 116 de rotor está conectada firmemente a la cubierta de cojinete externa del cuarto cojinete 136.

Basándose en la disposición descrita que comprende el árbol 110 principal, el primer cojinete 111 principal, el segundo cojinete 112 principal, la disposición 116 de rotor, la disposición 117 de estator, el tercer cojinete 135 y el cuarto cojinete 136, el árbol 110 principal gira en el funcionamiento de la turbina 100 eólica junto con la disposición 116 de rotor en relación con la disposición 117 de estator.

Para evitar situaciones en las que esta disposición de cuatro cojinetes sea estáticamente indeterminada, en el caso de la presente realización de la invención, la placa 118 de extremo frontal del rotor soportada firmemente en el árbol 110 principal y la placa 127 de extremo trasera del estator soportada firmemente en la disposición de retención están compuestas por fibra de vidrio y por tanto comprenden un cierto y suficiente grado de flexibilidad en las direcciones del eje A central. La placa 118 de extremo frontal del rotor y la placa 127 de extremo

trasera del estator tienen de ese modo un espesor de aproximadamente 15 -50 mm, preferiblemente 20 -30 mm y una resistencia a la flexión comparativamente pequeña. De ese modo, estas placas 118, 127 de extremo actúan como membranas que soportan la disposición 116 de rotor y la disposición 117 de estator de manera sustancialmente firme en la dirección radial para mantener la anchura del entrehierro 134, pero flexionándose fácilmente para permitir por ejemplo una flexión del árbol 110 principal sin resistencia importante. Las placas 118, 127 de extremo simplemente se flexionan de manera pasiva cuando por ejemplo el árbol 110 principal se desplaza un poco por desviación. Por tanto, cuando se produce una flexión del árbol 110 principal al que están conectadas la disposición 116 de rotor y la disposición 117 de estator, la placa 118 de extremo frontal del rotor y la placa 127 de extremo trasera del estator se flexionan de una manera sustancialmente respectiva en las direcciones del eje A central en las que se mantiene la anchura del entrehierro 134 sustancialmente constante o dentro de las tolerancias requeridas. Además se evita una distribución de carga no uniforme entre los cuatro cojinetes de la turbina eólica.

La figura 3 muestra esquemáticamente una tercera realización de una turbina 200 eólica que comprende un generador 202 de accionamiento directo que tiene un eje A central que está dispuesto en el lado a barlovento de una torre 203 de la turbina 200 eólica.

La turbina 200 eólica comprende un árbol 206 externo estacionario. El lado trasero del árbol 206 externo estacionario está unido a una disposición 207 de retención que está unida a una placa 205 de asiento. En el lado frontal del árbol 206 externo estacionario está dispuesta una disposición 208 de estator del generador 202 de accionamiento directo. La disposición 208 de estator comprende una estructura 209 de soporte de estator y una pila 210 de laminación con arrollamientos 211. La estructura 209 de soporte de estator

comprende dos elementos 212 de soporte para un soporte bilateral de la pila 210 de laminación. En el caso de la presente realización de la invención, los elementos 212 de soporte son elementos 212 de soporte con forma de anillo unidos, por ejemplo con pernos, al exterior del árbol 206 externo estacionario. Los elementos 212 de soporte con forma de anillo pueden ser compactos o pueden comprender radios o una estructura de radios. Un tipo de elemento 213 de soporte cilíndrico hueco está unido a los extremos externos de los elementos 212 de soporte con forma de anillo. El elemento 213 de soporte cilíndrico hueco lleva la pila 210 de laminación con forma de anillo con arrollamientos

211. La pila 210 de laminación puede comprender segmentos de pila de laminación con forma de segmento de anillo, teniendo cada uno al menos un arrollamiento 211, segmentos que se incorporan en su totalidad a la pila 210 de laminación.

Un árbol 214 interno rotatorio está dispuesto dentro del árbol 206 externo estacionario y está soportado de manera rotatoria por dos cojinetes 215, 216 principales contra el árbol 206 externo estacionario. En el caso de la presente realización de la invención, el eje A central es un eje A central de unión del generador 202 de accionamiento directo, el árbol 206 interno rotatorio y el árbol 214 externo estacionario. Un buje 217 está conectado al extremo frontal del árbol 214 interno rotatorio por ejemplo por medio de pernos. El buje 217 comprende tres dispositivos 218 de montaje para tres palas de rotor de la turbina eólica no mostradas, pero bien conocidas. Por tanto, el árbol 214 interno rotatorio puede girar junto con el buje 217.

Una disposición 219 de rotor está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición 208 de estator. En el caso de la presente realización de la invención, la disposición 219 de rotor comprende una placa 220 de extremo frontal con forma de anillo, una placa 221 de extremo trasera con forma de anillo y un elemento 222 de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa 220 de extremo frontal con forma de anillo y la placa 221 de extremo trasera con forma de anillo entre sí. En el interior, el

elemento 222 de rotor cilíndrico hueco comprende una pluralidad de imanes 223 permanentes dispuestos sustancialmente de manera opuesta a la pila 210 de laminación. Un entrehierro 224 que tiene una anchura de aproximadamente 5 mm está ubicado entre los imanes 223 permanentes y la pila 210 de laminación.

En el caso de la presente realización de la invención, la placa 220 de extremo frontal con forma de anillo está conectada por ejemplo con pernos al buje 217 y al árbol 214 interno rotatorio. La placa 221 de extremo trasera con forma de anillo está conectada al árbol 206 externo estacionario por medio de un tercer cojinete, un denominado cojinete 225 de soporte. Por tanto, también la disposición 219 de rotor tiene un soporte bilateral. Además, la disposición 219 de rotor puede girar junto con el buje 217 y el árbol 214 interno rotatorio, en la que en particular los imanes 223 permanentes giran en relación con la pila 210 de laminación para la generación de energía.

Para evitar situaciones en las que la disposición de tres cojinetes que comprende los dos cojinetes 215, 216 principales y el cojinete 225 de soporte sea estáticamente indeterminada, la placa 220 de extremo frontal de la disposición 219 de rotor comprende una flexibilidad adecuada en las direcciones del eje A central. De ese modo, la placa 220 de extremo frontal actúa como una membrana que soporta la disposición 219 de rotor de manera sustancialmente firme en la dirección radial para mantener la anchura del entrehierro 224, pero flexionándose fácilmente para permitir por ejemplo una flexión del árbol 214 interno rotatorio y el árbol 206 externo estacionario sin resistencia importante. La placa 220 de extremo frontal tiene dimensiones tales que tiene una resistencia a la flexión comparativamente pequeña. Simplemente se flexiona de manera pasiva cuando por ejemplo el árbol 214 interno rotatorio se desplaza un poco por desviación. Por tanto, cuando se produce una flexión del árbol 214 interno rotatorio y el árbol 206 externo estacionario que están conectados entre sí por medio de los cojinetes 215, 216 principales, la placa 220 de extremo frontal se flexiona en las

direcciones del eje A central en las que se mantiene la anchura del entrehierro 224 sustancialmente constante o dentro de las tolerancias requeridas. De nuevo se evita una distribución de carga no uniforme entre los tres cojinetes.

La placa 220 de extremo frontal está compuesta por fibra de vidrio y tiene un espesor de aproximadamente 15 -55 mm, preferiblemente de 20 -30 mm. La placa 221 de extremo trasera de la disposición 219 de rotor también puede estar compuesta por fibra de vidrio o acero. Normalmente, la placa 221 de extremo trasera tiene un espesor superior al de la placa 220 de extremo frontal.

En una realización de la invención, el cojinete de soporte es un cojinete de cuatro puntos que puede transmitir altas cargas axiales en ambas direcciones del eje A central.

La figura 4 muestra esquemáticamente una cuarta realización de una turbina 300 eólica que comprende un generador 302 de accionamiento directo que tiene un eje A central que está dispuesto en el lado a barlovento de una torre 303 de la turbina 300 eólica.

La turbina 300 eólica comprende un árbol 306 estacionario. El lado trasero del árbol 306 estacionario está unido a una disposición 307 de retención que está unida a una placa 305 de asiento. En el lado frontal del árbol 306 estacionario está dispuesta una disposición 308 de estator del generador 302 de accionamiento directo. La disposición 308 de estator comprende una estructura 309 de soporte de estator y una pila 310 de laminación con arrollamientos 311. La estructura 309 de soporte de estator comprende dos elementos 312 de soporte para un soporte bilateral de la pila 310 de laminación. Los elementos 312 de soporte son elementos 312 de soporte con forma de anillo unidos, por ejemplo con pernos, al exterior del árbol 306 estacionario. Los elementos 312 de soporte con forma de anillo pueden ser compactos o pueden comprender radios o una estructura de radios. Un tipo de elemento 313 de soporte cilíndrico hueco está unido a los extremos externos de los elementos 312 de

soporte con forma de anillo. El elemento 313 de soporte cilíndrico hueco lleva la pila 310 de laminación con forma de anillo con arrollamientos 311. La pila 310 de laminación puede comprender segmentos de pila de laminación con forma de segmento de anillo, teniendo cada uno al menos un arrollamiento 311, segmentos que se incorporan en su totalidad a la pila 310 de laminación.

Una disposición 314 de rotor está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición 308 de estator. En el caso de la presente realización de la invención, la disposición 314 de rotor comprende una placa 315 de extremo frontal con forma de anillo, una placa 316 de extremo trasera con forma de anillo y un elemento 317 de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa 315 de extremo frontal con forma de anillo y la placa 316 de extremo trasera con forma de anillo entre sí. En el interior, el elemento 317 de rotor cilíndrico hueco comprende una pluralidad de imanes 318 permanentes dispuestos sustancialmente de manera opuesta a la pila 310 de laminación. Un entrehierro 319 que tiene una anchura de aproximadamente 5 mm está ubicado entre los imanes 318 permanentes y la pila 310 de laminación.

En el caso de la presente realización de la invención, la placa 315 de extremo frontal con forma de anillo está dispuesta indirectamente en el árbol 306 estacionario mediante un cojinete 320 de cuatro puntos que puede transmitir altas cargas axiales en ambas direcciones del eje A central. Un cojinete de cuatro puntos apropiado se da a conocer por ejemplo en el documento DE 201 16 649 U1. La parte 321 estacionaria del cojinete 320 de cuatro puntos está unida al árbol 306 estacionario. La parte rotatoria 322 del cojinete 320 de cuatro puntos está conectada, en el caso de la presente realización de la invención, a un anillo 323 de montaje. La placa 315 de extremo frontal así como el buje 324 de la turbina 300 eólica están unidos por ejemplo con pernos al anillo 323 de montaje. Por cierto, el buje 324 comprende tres dispositivos 325 de montaje para tres palas de rotor de la turbina eólica no mostradas, pero bien conocidas.

La placa 316 de extremo trasera con forma de anillo está conectada al árbol 306 estacionario por medio de otro cojinete 326 de cuatro puntos, un denominado cojinete 326 de soporte. Por tanto, también la disposición 314 de rotor tiene un soporte bilateral. Además, la disposición 314 de rotor puede girar junto con el buje 324 en relación con la disposición 308 de estator, en la que en particular los imanes 318 permanentes giran en relación con la pila 310 de laminación para la generación de energía.

Para evitar situaciones en las que la disposición de cojinete que comprende los dos cojinetes 320 y 326 de cuatro puntos sea estáticamente indeterminada, la placa 315 de extremo frontal de la disposición 314 de rotor comprende una flexibilidad adecuada en las direcciones del eje A central. De ese modo, la placa 315 de extremo frontal actúa como una membrana que soporta la disposición 314 de rotor de manera sustancialmente firme en la dirección radial para mantener la anchura del entrehierro 319, pero flexionándose fácilmente para permitir por ejemplo una flexión del árbol 306 estacionario sin resistencia importante. La placa 315 de extremo frontal tiene dimensiones tales que tiene una resistencia a la flexión comparativamente pequeña. Simplemente se flexiona de manera pasiva cuando por ejemplo el árbol 306 estacionario se desplaza un poco por desviación. Por tanto, cuando se produce una flexión del árbol 306 estacionario, la placa 315 de extremo frontal se flexiona en las direcciones del eje A central en las que se mantiene la anchura del entrehierro 319 sustancialmente constante o dentro de las tolerancias requeridas. Como se mencionó anteriormente, se evita una distribución de carga no uniforme entre los cojinetes.

La placa 315 de extremo frontal está compuesta por fibra de vidrio y tiene un espesor de aproximadamente 15 -55 mm, preferiblemente de 20 -30 mm. La placa 316 de extremo trasera de la disposición 314 de rotor también puede estar compuesta por fibra de vidrio o acero. Normalmente, la placa 316 de extremo

trasera tiene un espesor superior al de la placa 315 de extremo frontal. Además, no es necesario que ambos cojinetes, el cojinete 320 principal y el cojinete 326 de soporte sean cojinetes de cuatro

5 puntos. También es posible que sólo el cojinete 320 principal o sólo el cojinete 326 de soporte sea un cojinete de cuatro puntos.

Una placa de extremo con forma de anillo que tiene una cierta flexibilidad no necesita tener esta flexibilidad en toda 10 la placa de extremo. Por tanto, la placa de extremo con forma de anillo puede tener diferentes zonas. La placa de extremo con forma de anillo puede tener por ejemplo una zona comparativamente rígida por ejemplo para la unión a un componente de la turbina eólica y una zona que tiene la

15 flexibilidad mencionada en las direcciones del eje A central.

Además la placa de extremo respectiva no necesita estar compuesta completamente por fibra de vidrio. Por tanto, la placa de extremo puede tener una zona compuesta por fibra de vidrio y que comprende la flexibilidad requerida y una zona compuesta por

20 otro material, por ejemplo acero, por motivos de montaje.

Claims

1.

2.

3.

4.

5.

Generador de accionamiento directo para una turbina eólica que comprende -una disposición (19, 117, 208, 308) de estator y -una disposición (18, 116, 219, 314) de rotor, en el que -la disposición (19, 117) de estator y/o la disposición (116, 219, 314) de rotor comprende al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo frontal y/o trasera al menos parcialmente flexible, caracterizado porque la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo está compuesta al menos parcialmente por fibra de vidrio. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 1, que comprende un eje (A) central, en el que la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo es al menos parcialmente flexible en cierto grado en las direcciones del eje (A) central. Generador de accionamiento directo según la reivindicación 1 ó 2, en el que la al menos una placa de extremo es una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo con forma de anillo. Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la al menos una placa (29, 118, 127, 220, 315) de extremo tiene un espesor de aproximadamente 15 -50 mm. Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición (19, 117) de estator está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición (18, 116) de rotor, comprende una placa (29, 126) de extremo frontal, una placa (28, 127) de extremo trasera y un elemento (32, 128) de estator cilíndrico hueco que conecta la placa (29, 126) de extremo frontal y la placa (28, 127) de extremo trasera entre sí.

6.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 5, en el que el elemento (32, 128) de estator cilíndrico hueco comprende en el interior al menos una pila (33, 133) de laminación dotada de al menos un arrollamiento.

7.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 5 ó 6, en el que la disposición (18, 116) de rotor está dispuesta sustancialmente dentro de la disposición (19, 117) de estator.

8.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 7, en el que la disposición (116) de rotor comprende una placa (118) de extremo frontal, una placa (119) de extremo trasera y un elemento (120) de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa (118) de extremo frontal y la placa (119) de extremo trasera entre sí.

9.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 8, en el que el elemento (120) de rotor cilíndrico hueco comprende en el exterior al menos un imán (125) permanente.

10.: Generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición (219, 314) de rotor está dispuesta sustancialmente alrededor de la disposición (208, 308) de estator, comprende una placa (221, 315) de extremo frontal, una placa (221, 316) de extremo trasera y un elemento (222, 317) de rotor cilíndrico hueco que conecta la placa (221, 315) de extremo frontal y la placa (221, 316) de extremo trasera entre sí.

11.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 10, en el que el elemento (222, 317) de rotor cilíndrico hueco comprende al menos un imán (223, 318) permanente en el interior.

12.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 10 u 11, en el que la disposición (208, 308) de estator está dispuesta sustancialmente dentro de la disposición (219, 314) de rotor y comprende una estructura (209, 309) de soporte de estator.

13.: Generador de accionamiento directo según la reivindicación 12, en el que al menos una pila (210, 310) de laminación dotada de al menos un arrollamiento (211, 311) está dispuesta en la estructura (209, 309) de soporte de estator.

5 14. Turbina eólica que comprende un generador de accionamiento directo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 y una configuración de accionamiento para hacer girar la disposición (18, 116, 219, 314) de rotor en relación con la disposición (19, 117, 208, 308) de estator que comprende al

10 menos tres cojinetes o dos cojinetes en el que al menos uno de los dos cojinetes es un cojinete de cuatro puntos.