ES2889975T3 - Generador preferentemente de una turbina eólica - Google Patents
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Abstract
Generador (12) para producir energía eléctrica con un estátor (5') y un rotor (4) preferentemente para su uso en una turbina eólica (1), - comprendiendo el estátor (5, 5') hojas de laminación apiladas (100, 200, 300) y devanados de estátor (22), - comprendiendo el rotor (4) imanes (11) y pudiendo girar en dirección circunferencial (101, 201, 301), - estando los imanes (11) y los devanados de estátor (22) enfrentados unos a los otros mediante un entrehierro (10) que se extiende en dirección circunferencial (101, 201, 301), - comprendiendo el estátor (5, 5') o un segmento de estátor (5') del estátor (5) primeras hojas de laminación (200) y segundas hojas de laminación (300) que están apiladas unas sobre las otras, - comprendiendo la primera hoja de laminación (200) una primera zona de diente de estátor (211) que se extiende en dirección radial (213) desde una primera zona de yugo de estátor (214); - comprendiendo la primera zona de diente de estátor (211) una primera abertura pasante cerrada (215) que se extiende en dirección radial (103, 203, 303), - comprendiendo la segunda hoja de laminación (300) una segunda zona de diente de estátor (311) que se extiende en dirección radial (313) desde una segunda zona de yugo de estátor (314), - comprendiendo la segunda zona de diente de estátor (311) una segunda abertura pasante (315) que se extiende en dirección radial (313) y que comprende una abertura de lado (317) de entrehierro (10) y un extremo cerrado de lado (E4) no de entrehierro en la zona de diente de estátor (311), - comprendiendo la segunda zona de yugo de estátor (314) una tercera abertura pasante (316) que se extiende en dirección radial (313) y que comprende una abertura de lado (318) no de entrehierro (10) y un extremo cerrado de lado (E3) de entrehierro (10), caracterizado por que la primera abertura pasante cerrada (215) de la primera hoja de laminación (200) se superpone con la segunda abertura pasante (315) de la segunda hoja de laminación (300) que está situada adyacente a la primera hoja de laminación (200), formando/construyendo, de este modo, una primera conexión de fluido (320, E1, E4) en dirección axial (404, 105), la primera abertura pasante cerrada (215) de la primera hoja de laminación (200) se superpone con la tercera abertura pasante (316) de la segunda hoja de laminación (300) que está situada adyacente a la primera hoja de laminación (200), formando/construyendo una segunda conexión de fluido (321, E2, E3) en dirección axial (404, 105).
Description
DESCRIPCIÓN
Generador preferentemente de una turbina eólica
La invención se refiere a un generador preferentemente de una turbina eólica.
El documento EP 2670026 A1 muestra una pila de estátor para un estátor de un generador de turbina eólica. La pila de estátor comprende varias hojas de laminación. La primera hoja de laminación intermedia comprende un primer corte para formar un canal de refrigeración entre la primera hoja de laminación y la segunda hoja de laminación, de modo que un fluido de refrigeración se puede guiar a través del canal de refrigeración.
El documento EP 2600495 A1 muestra una pila de estátor para un estátor de un generador de turbina eólica. La pila comprende una pluralidad de placas que tienen superficies planas principales, extendiéndose las superficies en una dirección circunferencial en mayor medida que en una dirección radial, en donde la pluralidad de placas comprende al menos una primera placa que tiene una primera abertura pasante de una primera forma y una segunda placa que tiene una segunda abertura pasante de una segunda forma diferente de la primera forma, en donde las placas están delimitadas en sus superficies principales para formar la pila, de modo que se forma un conducto de refrigeración en el interior de la pila por al menos superposición parcial de la primera abertura pasante y la segunda abertura pasante, en donde fluido de refrigeración se puede guiar dentro del conducto de refrigeración.
El documento GB 358240 A muestra un generador con tres hojas de laminación diferentes. Las hojas de laminación diferentes se apilan unas sobre las otras de manera simétrica, de modo que una de las tres hojas de laminación diferentes se encuentra en un plano de espejo.
El documento DE 3334501 A1 muestra un generador que comprende una pluralidad de hojas de laminación. Las hojas de laminación comprenden aberturas pasantes, en donde solo hay una superposición de una abertura pasante abierta de lado con una abertura pasante cerrada.
La potencia nominal en aumento de los generadores de turbina eólica modernos conduce a pérdidas de potencia aumentadas y producción de calor aumentada.
Por ende, el objetivo de la invención es proporcionar un generador con un alto rendimiento de refrigeración.
Este objetivo se consigue por las características de la reivindicación independiente.
Otras realizaciones y mejoras de la invención se listan en las reivindicaciones dependientes.
Un generador para producir energía eléctrica con un estátor y un rotor preferentemente para su uso en una turbina eólica,
- comprendiendo el estátor hojas de laminación apiladas y devanados de estátor,
- comprendiendo el rotor imanes y siendo giratorio en dirección circunferencial,
- estando los imanes y los devanados de estátor enfrentados unos a los otros mediante un entrehierro que se extiende en dirección circunferencial, comprendiendo el estátor o un segmento de estátor del estátor primeras hojas de laminación y segundas hojas de laminación que están apiladas unas sobre las otras,
- comprendiendo la primera hoja de laminación una primera zona de diente de estátor que se extiende en dirección radial desde una primera zona de yugo de estátor,
- comprendiendo la primera zona de diente de estátor una primera abertura pasante cerrada que se extiende en dirección radial,
- comprendiendo la segunda hoja de laminación una segunda zona de diente de estátor que se extiende en dirección radial desde una segunda zona de yugo de estátor,
- comprendiendo la segunda zona de diente de estátor una segunda abertura pasante que se extiende en dirección radial y que comprende una abertura de lado de entrehierro y extremo cerrado de lado no de entrehierro en la zona de diente de estátor,
- comprendiendo la segunda zona de yugo de estátor una tercera abertura pasante que se extiende en dirección radial y que comprende una abertura de lado no de entrehierro y un extremo cerrado de lado de entrehierro, En donde la primera abertura pasante cerrada de la primera hoja de laminación se superpone con la segunda abertura pasante de la segunda hoja de laminación que está situada adyacente a la primera hoja de laminación, formando/construyendo, de este modo, una primera conexión de fluido en dirección axial. La primera abertura pasante cerrada de la primera hoja de laminación se superpone con la tercera abertura pasante de la segunda hoja de laminación que está situada adyacente a la primera hoja de laminación, formando/construyendo una segunda conexión de fluido en dirección axial.
El estátor o el segmento de estátor proporciona un alto rendimiento de refrigeración con una pérdida de presión bastante baja y una enorme superficie de refrigeración proporcionada por los conductos de refrigeración y conexiones.
Adicionalmente, el flujo magnético en las hojas de laminación creado por los devanados de estátor no se debilita significativamente por las aberturas pasantes. Adicionalmente, unos pequeños canales de refrigeración radiales igualmente distribuidos proporcionan un flujo magnético suave que reduce la ondulación de par del generador.
Opcionalmente, el generador también puede trabajar como o ser un motor eléctrico.
Preferentemente, la primera abertura pasante cerrada se extiende en dirección radial hacia la primera zona de yugo y el extremo cerrado de lado de entrehierro de la tercera abertura pasante terminando en la segunda zona de yugo de estátor. De este modo, se aumenta la estabilidad mecánica y la sección transversal de flujo magnético.
Preferentemente, una primera pluralidad de primeras hojas de laminación está apilada adyacentes unas a las otras. Una segunda pluralidad de segundas hojas de laminación está apilada adyacentes unas a las otras.
Las primeras y segundas pluralidades de hojas de laminación están situadas adyacentes unas a las otras alternando en dirección axial, en donde
las primeras aberturas pasantes, las segundas aberturas pasantes y las terceras aberturas pasantes de las hojas de laminación apiladas forman primeros, segundos y terceros conductos de fluido (de refrigeración) en dirección radial, estando los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido conectados mediante las respectivas primeras conexiones de fluido y estando los primeros conductos de fluido y los terceros conductos de fluido conectados mediante las respectivas segundas conexiones de fluido,
formando, de este modo, una red de conductos de fluido que permiten el flujo de un fluido de refrigeración entre el entrehierro y el lado no de entrehierro del estátor o el segmento de estátor.
Preferentemente, la anchura de la primera abertura pasante y/o la segunda abertura pasante es entre 1 mm y 20 mm, más preferentemente entre 2 mm y 5 mm.
Preferentemente, el calor producido en los dientes de estátor por las corrientes de los devanados de estátor se transferirá a través de las hojas de laminación apiladas al fluido de refrigeración en una distancia corta, evitando, de este modo, sitios calientes térmicos en los dientes de estátor. Como un ejemplo, la distancia máxima dmáx entre cualquier punto o ubicación de la zona de diente de estátor de las hojas de laminación apiladas y el conducto de fluido (de refrigeración) y/o una conexión de fluido (de refrigeración) más cercanos 321, 320 es inferior a 10 mm, más preferentemente inferior a 5 mm o más preferentemente inferior a 3,5 mm. La distancia entre cualquier punto o ubicación de la zona de diente de estátor de las hojas de laminación apiladas y el conducto de fluido (de refrigeración) y/o una conexión de fluido más cercanos en el interior de la zona de dientes de estátor es inferior a la distancia máxima en la mayoría de los puntos/ubicaciones de los dientes de estátor debido al diseño de conducto de aire divulgado.
La distancia máxima entre cualquier punto de las hojas de laminación apiladas y un conducto de fluido (de refrigeración) y/o una conexión de fluido (de refrigeración) es inferior a 10 mm, más inferior a 5 mm, más preferente inferior a 3,5 mm.
Preferentemente, las primeras y segundas hojas de laminación están cubiertas con un revestimiento que no es conductor eléctricamente para evitar corrientes parásitas.
Preferentemente, en donde las paredes de las primeras, segundas y terceras aberturas pasantes están desprovistas de revestimiento para aumentar la conductividad térmica y para facilitar la producción de las hojas de laminación.
Preferentemente, la forma y dimensiones exteriores de las primeras y las segundas hojas de laminación son prácticamente idénticas.
Preferentemente, la anchura de la tercera abertura pasante de la segunda hoja de laminación aumenta en dirección radial y no de entrehierro están formando un difusor, con el fin de reducir la resistencia de flujo de fluido. De este modo, una forma compleja, p. ej., un difusor, se puede fabricar de una manera fácil simplemente cortando la tercera abertura pasante en las segundas hojas de laminación.
Preferentemente, los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido tienen una sección transversal rectangular o preferentemente cuadrática prácticamente.
Preferentemente, el espesor de las hojas de laminación está entre 0,1 mm y 2 mm.
Preferentemente, la potencia de salida nominal del generador es más de 100 KW (kilovatios), preferentemente más de 1,5 MW (megavatios).
Preferentemente, los imanes son imanes permanentes, preferentemente del tipo NdFeB.
Preferentemente, una tercera hoja de laminación desprovista de abertura pasante termina el estátor o el segmento de estátor en uno o ambos extremos axiales del segmento de estátor, en donde opcionalmente, la tercera hoja de laminación comprende aberturas pasantes correspondientes a la zona y al tamaño de las primeras y segundas
conexiones de fluido.
Preferentemente, la anchura de la primera abertura pasante y/o la anchura de la segunda abertura pasante es entre 1 mm y 20 mm, más preferentemente entre 2 mm y 5 mm.
Las aberturas pasantes bastante pequeñas resultantes permiten un flujo magnético suave en los dientes de estátor que está creado por los devanados de estátor.
Preferentemente, la relación de la longitud de la primera abertura pasante de la primera hoja de laminación en relación con la longitud de la segunda abertura pasante de la segunda hoja de laminación es entre 2 y 5, preferentemente entre 3 y 4. La corta longitud resultante de la primera abertura pasante conduce a una alta estabilidad mecánica.
Preferentemente, los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido tienen una sección transversal rectangular o cuadrática.
Preferentemente, las hojas de laminación están fijadas y/o incrustadas unas en las otras por una resina.
Preferentemente, la primera pluralidad de primeras hojas de laminación comprende entre una y ocho primeras hojas de laminación, preferentemente entre dos y seis, preferente entre tres y cinco primeras hojas de laminación. La segunda pluralidad de segundas hojas de laminación comprende entre una y ocho segundas hojas de laminación, preferentemente entre dos y seis, preferente entre tres y cinco segundas hojas de laminación,
en donde el número de primeras hojas de laminación puede diferir en dirección axial,
en donde el número de segundas hojas de laminación puede diferir en dirección axial. La primera y/o segunda pluralidad de hojas de laminación que comprenden solo una hoja de laminación requiere atención durante la fabricación, ya que la resina que fija las hojas de laminación no debe cubrir ni cerrar los pequeños conductos de fluido. Por razones de simplificación y comprensión, la expresión "pluralidad de hojas de laminación" también incluye el número "una hoja de laminación" que, evidentemente, no se puede apilar una con la otra.
Preferentemente, el estátor está segmentado en dirección circunferencial en una pluralidad de segmentos de estátor para facilitar el transporte y montaje de estátores grandes.
Preferentemente, la zona de las aberturas pasantes de primeras y segundas hojas de laminación adyacentes están formando las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección circunferencial y la dirección radial, en donde la zona de superposición de las aberturas pasantes de primeras o segundas hojas de laminación adyacentes están formando las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido) que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección axial y la dirección radial.
Preferentemente, una o varias terceras, hojas de laminación desprovistas de aberturas pasantes están situadas entre la primera y la segunda pluralidad de hojas de laminación o entre dos primeras hojas de laminación o entre dos segundas hojas de laminación que permiten una adaptación definida de la respectiva zona de sección transversal de conductos de fluido en dirección axial o una adaptación del número de los conductos de aire en dirección axial.
Preferentemente, la segunda hoja de laminación u hojas comprenden una(s) respectiva(s) cuarta(s) abertura(s) pasante(s) cerrada(s) que se superpone(n) con la primera abertura pasante de una primera hoja de laminación adyacente, formando/construyendo, de este modo, una tercera conexión de fluido en dirección axial entre dos primeros conductos de aire adyacentes o dos primeras aberturas pasantes, extendiéndose la respectiva cuarta abertura pasante cerrada preferentemente en dirección radial. De este modo, el flujo de aire se distribuye más uniformemente para reducir sitios calientes térmicos en la zona de diente de estátor, como se ha mencionado más arriba.
Preferentemente, la anchura de las aberturas pasantes que se extienden radiales/conductos de fluido es prácticamente igual, que da como resultado una zona de sección transversal igual de los conductos de fluido radiales y un flujo de fluido suave.
Preferentemente, la primera abertura pasante que se extiende radial de la primera hoja de laminación está dividida en una quinta y una sexta abertura pasante que se extiende radial cerrada en la zona central de la zona de diente de estátor, en donde la segunda hoja de laminación comprende una cuarta abertura pasante cerrada que se extiende en dirección radial y situada en la zona central de la zona de diente de estátor, en donde los dos extremos respectivos de la quinta y una sexta abertura pasante (se superponen respectivamente con los dos extremos de la cuarta abertura pasante cerrada para formar respectivas conexiones de fluido en dirección axial). De este modo, se reducen sitios calientes térmicos debido a una distribución más igual del flujo de fluido de refrigeración.
Cabe destacar que las realizaciones de la invención se han descrito haciendo referencia a diferentes materias objeto. En particular, se han descrito algunas realizaciones haciendo referencia a reivindicaciones de tipo de método, mientras que se han descrito otras realizaciones haciendo referencia a reivindicaciones de tipo de aparato. Sin embargo, un experto en la materia deducirá, a partir de lo de más arriba y de la siguiente descripción, que, a menos que se notifique lo contrario, en adición a cualquier combinación de características que pertenezcan a un tipo de materia objeto, también cualquier combinación entre características relacionadas con diferentes materias objeto, en particular, entre
características de las reivindicaciones de tipo de método y características de las reivindicaciones de tipo de aparato se considera como que se divulgan con este documento.
Los aspectos definidos más arriba y otros aspectos de la presente invención resultan evidentes a partir de los ejemplos de realización que se van a describir, a continuación, en el presente documento y se explican haciendo referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle, a continuación, en el presente documento, haciendo referencia a ejemplos de realización, pero a los que no se limita la invención.
La figura 1 muestra una vista parcial de principio de un generador de turbina eólica;
La figura 2 muestra una vista de corte de principio a lo largo de la línea II-II del generador de turbina eólica mostrado en la fig. 1;
La figura 3 muestra una vista en 3D de una hoja de laminación como parte del estátor de la figura 2 o la figura 7 La figura 4 muestra una vista en 3D de una parte ampliada de la hoja de laminación de la figura 3
La figura 5 muestra otra realización de la hoja de laminación de la figura 3 con una vista en 3D de una parte ampliada del estátor de la figura 3
La figura 6 muestra otra realización de la hoja de laminación de la figura 3 con una vista en 3D de una parte ampliada del estátor de la figura 3
La figura 7 muestra una parte ampliada de un segmento de estátor de laminación que comprende hojas de laminación apiladas divulgadas en las figuras 4 y 5
La ilustración en los dibujos es esquemática. Se destaca que en diferentes figuras, elementos o características idénticos se proporcionan con los mismos signos de referencia. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, elementos o características que ya se han aclarado con respecto a una realización descrita anteriormente no se aclaran de nuevo en una posición posterior de la descripción.
La fig. 1 muestra una vista parcial en corte de principio de una turbina eólica 1. La turbina eólica 1 es una turbina eólica de accionamiento directo lista para ser utilizada para aplicaciones en costa o en alta mar y comprende un cubo de rotor giratorio 2 que tiene un número de palas de rotor 3 unidas al mismo. El cubo de rotor 2 está adaptado para transferir movimientos de giro a un rotor 4. El rotor 4 está soportado de manera giratoria con respecto a un estátor 5 y comprende imanes permanentes 11 montados en su superficie interior y enfrentados al estátor 5. Por lo tanto, el rotor 6 está soportado en una respectiva unidad de cojinete 7 dispuesta en un árbol hueco no giratorio 8, por lo que el estátor 5 está soportado en un bastidor de estátor 9. El bastidor de estátor 9 está soportado directamente en el árbol hueco central 8 que se extiende en un ángulo redondeado de 90° y que está conectado a una torre vertical 20 de turbina eólica.
Un entrehierro 10 se extiende entre el estátor 5 y los imanes permanentes del rotor 4 en dirección axial 404. Las dimensiones radiales del entrehierro 10 son aprox. 6 mm. Tanto estátor 5 como rotor 4 construyen la unidad de generación de potencia, es decir, generador 12 de la turbina eólica 1. El generador 12 tiene una configuración de "rotor exterior 4 - estátor interior 5". El eje central del generador 12 se indica como A. En el extremo de no accionamiento del rotor 4, se monta un disco de freno de rotor 22. En el extremo de accionamiento, el rotor 4 está conectado al cubo 2.
Uno o varios ventiladores 600 situados en el estátor 5 o en la góndola 21 funcionan para crear un flujo de fluido de refrigeración en el generador para proporcionar una diferencia de presión entre las aberturas 317, 318 (Fig. 7) de los conductos de refrigeración del segmento de estátor 5'.
Como se puede discernir a partir de la fig. 2 que muestra una vista de corte de principio a lo largo de la línea II-II en la fig. 1, el estátor 5 está segmentado circunferencialmente, es decir, comprende, dispuestos circunferencialmente, segmentos de estátor con forma de segmento de anillo 5'. El rotor 4 sostiene un número de imanes permanentes 11 en su lado enfrentado al estátor. Cada uno de los segmentos de estátor 5' sostiene un número de devanados de estátor 22 (mostrados en la fig. 1). Los segmentos de estátor adyacentes 5' están fijados unos a los otros y están fijados al bastidor de estátor 9 o a una placa de estátor 90 en cada extremo axial del estátor 5.
La fig. 3 ilustra una vista en 3D de una hoja de laminación 100, que puede apilarse para formar una disposición de estátor como el segmento de estátor 5' del generador 12 en la Fig. 1 o una parte de la disposición de pila según la figura 7. Las hojas de laminación 100 no divulgan aberturas pasantes como medios de refrigeración que se muestran en las siguientes figuras.
La hoja de laminación 100 ilustrada en la Fig. 3 forma un sector de 60° de un círculo y se extiende en dirección circunferencial 101 y también se extiende en dirección radial 103. El espesor T de la placa 100 que se mide perpendicular a la dirección circunferencial 101 y también perpendicular a la dirección radial 103 puede ser entre 0,1 y 2 mm, preferentemente entre 0,5 y 0,8 mm, por ejemplo.
La primera placa comprende, además, salientes plurales 111 que, al apilar hojas de laminación plurales 100 unas encima de las otras, forman dientes plurales 111 del segmento de estátor 5'. Unas ranuras de estátor 113 se formarán entre los dientes 111 al apilar hojas de laminación plurales 100 unas encima de las otras. Los salientes plurales 111 y
las ranuras de estátor 113 se extienden en dirección radial desde la parte de base 114 de la hoja de laminación 100 que forma el yugo de estátor 114.
Unos devanados de estátor 22 (mostrados en la fig. 1) están situados en las ranuras de estátor 113 entre los dientes de estátor 111.
La fig. 4 ilustra una vista en 3D de una parte ampliada P1 de la hoja de laminación 100 de la Fig. 3 (más tarde también llamada tercera hoja de laminación) que comprende un diente de estátor 111 que se extiende en dirección radial 103 desde un yugo de estátor 114 que se extiende en dirección circunferencial 101. El diente de estátor 111 se basa en el yugo de estátor 114. El diente de estátor 111 está rodeado por ranuras de estátor 113 en ambos lados. Una cuña de estátor 112 está situada en la parte superior del diente de estátor 111.
La fig. 5 ilustra otra realización de la hoja de laminación 100 de la figura 3 que muestra una parte ampliada P2 de la hoja de laminación 100 que da como resultado una primera hoja de laminación 200. La primera hoja de laminación 200 comprende un diente de estátor 211, también llamada primera zona de diente de estátor 211, que se extiende en dirección radial 203 y está rodeada por ranuras de estátor 213 en ambos lados. La primera hoja de laminación 200 comprende, además, una primera zona de yugo de estátor 214 como base del diente de estátor 211. La zona de yugo de estátor 214 se extiende en dirección circunferencial 201. Una cuña de estátor 212 está situada en la parte superior de lado de entrehierro del diente de estátor 211.
La primera zona de diente de estátor 211 y la primera zona de yugo de estátor 214 de la primera hoja de laminación 200 comprenden una primera abertura pasante cerrada central 215 que se extiende en dirección radial 203 con una longitud de abertura pasante L2 y una anchura de abertura pasante W2 y una zona de extremo de primera abertura pasante preferentemente redondeada E1 situada en la zona exterior radial (dirección de la flecha 203, lado de entrehierro) y una zona de extremo de segunda abertura pasante preferentemente redondeada E2 situada en la zona interior radial (dirección opuesta de la flecha 203, lado no de entrehierro).
La fig. 6 ilustra otra realización de la hoja de laminación 100 de la figura 3 que muestra una parte ampliada P3 de la hoja de laminación 100 que da como resultado una segunda hoja de laminación 300. La segunda hoja de laminación 300 comprende una zona de diente de estátor 311 que se extiende en dirección radial 303 desde una zona de yugo de estátor 314 que es la base del diente de estátor 311 y que se extiende en dirección circunferencial 301. El diente de estátor 311 está rodeado por ranuras de estátor 313 en ambos lados. Una cuña de estátor 312 está situada en la parte superior de lado de entrehierro del diente de estátor 311.
La zona de diente de estátor 311 comprende una segunda abertura pasante 315 con una longitud de abertura pasante L3 y una anchura de abertura pasante W3 que se extiende en dirección radial 303. La segunda abertura pasante 315 comprende una abertura 317 en su extremo de lado de entrehierro y una zona de extremo cerrado E4 en el extremo opuesto de la segunda abertura pasante 315 en dirección radial 303.
La relación de la anchura W5 de la primera zona de diente de estátor 311 en relación con la anchura de abertura pasante W3 de la segunda abertura pasante 315 es entre 5 y 20, preferentemente entre 8 y 14.
La anchura W2 de la primera abertura pasante 215 (Fig. 5) y/o la anchura W3 de la segunda abertura pasante 315 es entre 1 mm y 20 mm, más preferentemente entre 2 mm y 5 mm.
La relación de la longitud L2 de la primera abertura pasante 215 de la primera hoja de laminación 200 en relación con la longitud L3 de la segunda abertura pasante 315 de la segunda hoja de laminación 300 es entre 2 y 5, preferentemente entre 3 y 4.
La zona de yugo de estátor 314 de la segunda hoja de laminación 300 comprende una segunda abertura pasante 316 que se extiende en dirección radial 303 con una longitud de abertura pasante L2 y una anchura de abertura pasante W2. La segunda abertura pasante 316 comprende una abertura 318 en su lado de árbol/extremo no de entrehierro, también llamado extremo de estátor interior. Asimismo, la segunda abertura pasante 316 comprende una zona de extremo cerrado E3 en el extremo opuesto de la primera abertura pasante 315 en dirección radial 303.
Preferentemente, la anchura de la segunda abertura pasante W6 aumenta constantemente en dirección no de entrehierro radial 303 (o dirección opuesta de la flecha 202, dirección radial al árbol 8) para formar un difusor de fluido 316 mostrado en la figura 7, fácilmente producido simplemente cortando la respectiva abertura pasante 315.
La forma y dimensiones exteriores de las primeras y las segundas hojas de laminación 200, 300 son prácticamente las mismas.
La primera hoja de laminación 200 (Fig. 5) representa un segmento anular de 60° que junto con la segunda placa 300 (Fig. 6) puede formar una pila 500 (Fig. 7) al laminar una pluralidad de estas placas 200, 300, con el fin de formar un segmento de estátor 5' que abarca un intervalo de ángulo de 60°. La dirección axial 105, 404 está indicada por la flecha 105 en la fig. 1 y la flecha 404 en la figura 7.
La fig. 7 ilustra un dibujo de ensamblaje en despiece de una parte ampliada P1, P2, P3 del segmento de estátor de laminación (apilado) 500, 5' (Fig. 2) que comprende las hojas de laminación 100, 200, 300 de las figuras 4, 5 y 6.
El segmento de estátor 500, 5' comprende el apilamiento de cinco primeras hojas de laminación 200 una encima de la otra. Asimismo, cinco segundas hojas de laminación 300 se apilan encima de las primeras hojas de laminación plurales 200 seguido del apilamiento de una o más primeras hojas de laminación 200 sobre las segundas hojas de laminación plurales 300.
De este modo, unas cinco de primeras hojas de laminación 200 se apilan adyacentes unas a las otras. Cinco de segundas hojas de laminación 300 se apilan adyacentes unas a las otras. Las cinco primeras hojas de laminación 200 y las cinco segundas y segundas hojas de laminación 300 están situadas adyacentes unas a las otras de una forma alterna en dirección axial 404.
La primera abertura pasante cerrada 215 de la primera hoja de laminación 200 se superpone con la segunda abertura pasante 315 de la segunda hoja de laminación 300 que está situada adyacente a la primera hoja de laminación 200, formando/construyendo, de este modo, una primera conexión de fluido 320, E1, E4 en dirección axial 404.
La primera abertura pasante cerrada 215 de la primera hoja de laminación 200 se superpone con la tercera abertura pasante 316 de la segunda hoja de laminación 300 que está situada adyacente a la primera hoja de laminación 200, formando una segunda conexión de fluido 321, E2, E3 en dirección axial 404.
Las primeras aberturas pasantes 215, las segundas aberturas pasantes 315 y las terceras aberturas pasantes 316 de las respectivas primeras y segundas hojas de laminación apiladas y adyacentes 200, 300 forman primeros, segundos y terceros conductos de fluido (de refrigeración) que se extienden en dirección radial 103, 203, 303.
Los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido están conectados mediante las respectivas primeras conexiones de fluido 320, E1, E4. Los primeros conductos de fluido y los terceros conductos de fluido están conectados mediante las respectivas segundas conexiones de fluido 321, E2, E3, formando, de este modo, una red de conductos de fluido 320, 321 que permiten el flujo de un fluido de refrigeración entre el entrehierro 10 y el lado no de entrehierro del estátor 5 o el segmento de estátor 5'.
La zona de no superposición de las aberturas pasantes 215, 315, 316 de primeras y segundas hojas de laminación adyacentes 200, 300 forman las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección circunferencial 101, 201, 301 y la dirección radial 203, 303.
La zona de superposición de las aberturas pasantes 215, 315, 316 de primeras o segundas hojas de laminación adyacentes 200, 300 forman las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección axial 105, 404 y la dirección radial 203, 303.
Como un ejemplo, la distancia máxima dmáx entre cualquier punto o ubicación de la zona de diente de estátor 111, 211, 311 de las hojas de laminación apiladas 100, 200, 300 y el conducto de fluido (de refrigeración) y/o una conexión de fluido (de refrigeración) más cercanos 321, 320 es inferior a 10 mm, más preferentemente inferior a 5 mm o más preferentemente inferior a 3,5 mm se muestra como la distancia axial entre dos aberturas pasantes adyacentes 215. La distancia entre cualquier punto o ubicación de la zona de diente de estátor 111, 211, 311 de las hojas de laminación apiladas 100, 200, 300 y el conducto de fluido (de refrigeración) y/o una conexión de fluido (de refrigeración) más cercanos 321, 320 en el interior de la zona de dientes de estátor 111, 211, 311 es inferior a la distancia máxima en la mayoría de los puntos/ubicaciones de los dientes de estátor 111, 211, 311 debido al diseño de conducto de aire divulgado. De este modo, se reducirá la influencia negativa de sitios calientes térmicos en la zona de diente de estátor.
Una tercera hoja de laminación desprovista de abertura pasante 100 de la figura 4 termina el segmento de estátor 500, 5' en uno o ambos extremos axiales del segmento de estátor 500, 5'. Opcionalmente, la tercera hoja de laminación 100 comprende aberturas pasantes (no mostradas) correspondientes a la zona y el tamaño de las primeras y segundas conexiones de fluido 320, E1, E4; 321, E2, E3.
Opcionalmente, una o varias terceras hojas de laminación sin aberturas pasantes 100 están situadas entre las primeras y las segundas hojas de laminación 200, 300 o situadas entre dos primeras o dos segundas hojas de laminación 200, 300 en una secuencia más o menos regularmente. En la figura 7, dos terceras hojas de laminación adyacentes 100 están situadas entre primeras hojas de laminación 100.
Las primeras, segundas y terceras hojas de laminación 200, 300, 100 están cubiertas con un revestimiento no conductor eléctricamente 241, con el fin de evitar corrientes parásitas durante el funcionamiento de generador.
Las paredes paralelas al plano abarcado por la dirección radial 103, 203, 303 y la dirección axial 105, 404 de las primeras, segundas y terceras aberturas pasantes 215, 315, 316 están cubiertas con el mismo tipo de revestimiento no conductor eléctricamente 242 para evitar corrosión en la pared o están, opcionalmente, desprovistas de revestimiento para aumentar la conducción térmica.
Opcionalmente, las segundas hojas de laminación 300 comprenden una respectiva cuarta abertura pasante cerrada 319 que se superpone con las primeras aberturas pasantes 215 de primeras hojas de laminación 200 adyacentes a cada lado de las segundas hojas de laminación 300, formando/construyendo, de este modo, una tercera conexión de fluido 319, E5 en dirección axial 404 entre dos primeros conductos de aire adyacentes o dos primeras aberturas pasantes 215. La cuarta abertura pasante cerrada 319 se extiende en dirección radial 103, 203, 303.
En las aberturas 317 de la segunda abertura pasante 315 de las segundas placas 300, el fluido de refrigeración entra en el segmento de estátor 5' y en las aberturas 318 de la tercera abertura pasante 316 de las segundas placas 300, el fluido de refrigeración calentado sale del segmento de estátor 5' o viceversa.
Como sumario, el segmento de estátor 5' de la fig. 7 proporciona un alto rendimiento de refrigeración con una pérdida de presión bastante baja y una enorme superficie de refrigeración proporcionada por los conductos de refrigeración y las conexiones 320, 321. Adicionalmente, el flujo magnético en las hojas de laminación 200, 300 creado por los devanados de estátor 22 no se debilita significativamente por las aberturas pasantes 215, 315, 316.
La fig. 8 ilustra una cuarta hoja de laminación 400 que es una modificación de la primera hoja de laminación 200 de la figura 5 con una alternancia de la primera abertura pasante cerrada 215 que está dividida en dos aberturas pasantes cerradas 217 y 218 que comprenden la respectiva anchura W2 que se extiende en dirección radial 203. La primera abertura pasante 215 está separada en dos aberturas pasantes 217, 218 en la zona central 150 de la zona de diente de estátor 211 que da como resultado una quinta y una sexta abertura pasante 217, 218.
La quinta abertura pasante 217 comprende una zona de extremo de segunda abertura pasante preferentemente redondeada E2 (como la abertura pasante 215 en la figura 5) situada en la zona de yugo de estátor de lado y una zona de extremo de tercera abertura pasante preferentemente redondeada E6 situada en la zona central 150.
La sexta abertura pasante 218 comprende una zona de extremo de segunda abertura pasante preferentemente redondeada E1 (como la abertura pasante 215 en la figura 5) situada de lado de entrehierro y una zona de extremo de cuarta abertura pasante preferentemente redondeada E7 situada en la zona central 150.
La figura 9 ilustra una quinta hoja de laminación 700 que es una modificación de la segunda hoja de laminación 300 de la figura 6 con una cuarta abertura pasante cerrada adicional 319 que comprende una anchura W10 y que se extiende en dirección radial 303 y situada en la zona central 150 de la zona de diente de estátor 311.
La cuarta abertura pasante 319 comprende una zona de extremo de quinta abertura pasante preferentemente redondeada E9 situada de lado de entrehierro en la zona de extremo de cuarta abertura pasante E7 de la cuarta hoja de laminación 400 (Fig. 8)
La cuarta abertura pasante 319 comprende una zona de extremo de sexta abertura pasante preferentemente redondeada E9 situada en la zona de yugo de estátor de lado en la zona de extremo de tercera abertura pasante E6 de la cuarta hoja de laminación 400 (Fig. 8).
La cuarta abertura pasante cerrada 319 de la quinta hoja de laminación 700 se superpone con la quinta abertura pasante cerrada 217 de la cuarta hoja de laminación 400 adyacente a la quinta hoja de laminación 700, formando/construyendo, de este modo, una cuarta conexión de fluido E6, E8 en dirección axial 404.
La cuarta abertura pasante cerrada 319 de la quinta hoja de laminación 700 se superpone con la sexta abertura pasante cerrada 218 de la cuarta hoja de laminación 400 adyacente a la quinta hoja de laminación 700, formando/construyendo, de este modo, una quinta conexión de fluido E7, E9 en dirección axial 404.
Las cuartas aberturas pasantes 319, las quintas aberturas pasantes 217 y unas sextas aberturas pasantes 218, las segundas aberturas pasantes 315 y las terceras aberturas pasantes 316 de las respectivas cuartas y quintas segundas hojas de laminación apiladas y adyacentes 400, 700 forman conductos de fluido (de refrigeración) 319, 217, 218, que se extienden en dirección radial 103, 203, 303 y que comprenden prácticamente la misma anchura W2, W10, W3 (excepto para el difusor 316, comenzando con la misma anchura W6 en la zona E3 y, luego, extendiéndose). Esto conduce a una zona de sección transversal igual o similar de los conductos de aire 319, 217, 218 y un flujo de fluido suave.
Los conductos de fluido 218 de las sextas aberturas pasantes 218 y los conductos de fluido 319 de las cuartas aberturas pasantes 319 están conectados mediante las respectivas conexiones de fluido E7, E9.
Los conductos de fluido 217 de las quintas aberturas pasantes 217 y los conductos de fluido 319 de las cuartas aberturas pasantes 319 están conectados mediante las respectivas conexiones de fluido E6, E8.
La combinación de las cuartas y quintas hojas de laminación 400, 700 según la figura 8 y la 9 proporciona en comparación con las primeras y segundas hojas de laminación 200, 300 según la figura 5 y la 6, conductos de aire radiales adicionales y más distribuidos 218, 217, 319 que distribuyen más igualmente el fluido de refrigeración en el estátor 500 reduciendo sitios calientes térmicos.
El fluido de refrigeración es preferentemente un medio gaseoso, p. ej., aire o dióxido de carbono (CO2).
Ċ
Claims (21)
1. Generador (12) para producir energía eléctrica con un estátor (5') y un rotor (4) preferentemente para su uso en una turbina eólica (1),
- comprendiendo el estátor (5, 5') hojas de laminación apiladas (100, 200, 300) y devanados de estátor (22), - comprendiendo el rotor (4) imanes (11) y pudiendo girar en dirección circunferencial (101, 201, 301),
- estando los imanes (11) y los devanados de estátor (22) enfrentados unos a los otros mediante un entrehierro (10) que se extiende en dirección circunferencial (101,201, 301),
- comprendiendo el estátor (5, 5') o un segmento de estátor (5') del estátor (5) primeras hojas de laminación (200) y segundas hojas de laminación (300) que están apiladas unas sobre las otras,
- comprendiendo la primera hoja de laminación (200) una primera zona de diente de estátor (211) que se extiende en dirección radial (213) desde una primera zona de yugo de estátor (214);
- comprendiendo la primera zona de diente de estátor (211) una primera abertura pasante cerrada (215) que se extiende en dirección radial (103, 203, 303),
- comprendiendo la segunda hoja de laminación (300) una segunda zona de diente de estátor (311) que se extiende en dirección radial (313) desde una segunda zona de yugo de estátor (314),
- comprendiendo la segunda zona de diente de estátor (311) una segunda abertura pasante (315) que se extiende en dirección radial (313) y que comprende una abertura de lado (317) de entrehierro (10) y un extremo cerrado de lado (E4) no de entrehierro en la zona de diente de estátor (311),
- comprendiendo la segunda zona de yugo de estátor (314) una tercera abertura pasante (316) que se extiende en dirección radial (313) y que comprende una abertura de lado (318) no de entrehierro (10) y un extremo cerrado de lado (E3) de entrehierro (10),
caracterizado por que
la primera abertura pasante cerrada (215) de la primera hoja de laminación (200) se superpone con la segunda abertura pasante (315) de la segunda hoja de laminación (300) que está situada adyacente a la primera hoja de laminación (200), formando/construyendo, de este modo, una primera conexión de fluido (320, E1, E4) en dirección axial (404, 105),
la primera abertura pasante cerrada (215) de la primera hoja de laminación (200) se superpone con la tercera abertura pasante (316) de la segunda hoja de laminación (300) que está situada adyacente a la primera hoja de laminación (200), formando/construyendo una segunda conexión de fluido (321, E2, E3) en dirección axial (404, 105).
2. Generador según la reivindicación 1, en donde
la primera abertura pasante cerrada (215) se extiende en dirección radial (103, 203, 303) en la primera zona de yugo (214) y el extremo cerrado de lado (E3) de entrehierro (10) de la tercera abertura pasante (316) que termina en la segunda zona de yugo de estátor (314).
3. Generador según las reivindicaciones 1 o 2, en donde
una primera pluralidad de primeras hojas de laminación (200) está apilada adyacentes unas a las otras, una segunda pluralidad de segundas hojas de laminación (300) está apilada adyacentes unas a las otras, en donde las primeras y segundas pluralidades de hojas de laminación (200, 300) están situadas adyacentes unas a las otras alternando en dirección axial (404), en donde
las primeras aberturas pasantes (215), las segundas aberturas pasantes (315) y las terceras aberturas pasantes (316) de las hojas de laminación apiladas (200, 300) forman primeros, segundos y terceros conductos de fluido en dirección radial (103, 203, 303),
estando los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido conectados mediante las respectivas primeras conexiones de fluido (320, E1, E4) y
estando los primeros conductos de fluido y los terceros conductos de fluido conectados mediante las respectivas segundas conexiones de fluido (321), formando, de este modo, una red de conductos de fluido (320, 321) que permiten el flujo de un fluido de refrigeración entre el entrehierro (10) y el lado no de entrehierro del estátor (5) o el segmento de estátor (5').
4. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la anchura (W2) de la primera abertura pasante (215) y/o la anchura (W3) de la segunda abertura pasante (315) son de entre 1 mm y 20 mm, más preferentemente de entre 2 mm y 5 mm.
5. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las primeras y segundas hojas de laminación (200, 300) están cubiertas con un revestimiento que no es conductor eléctricamente,
en donde las paredes de las primeras, segundas y terceras aberturas pasantes están desprovistas de revestimiento.
6. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la forma y las dimensiones exteriores de las primeras y las segundas hojas de laminación (200, 300) son idénticas.
7. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la anchura (W6) de la tercera abertura pasante (316) aumenta en dirección radial (303, 203) y no de entrehierro (10), formando un difusor (316).
8. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los primeros conductos de fluido y los segundos conductos de fluido tienen una sección transversal rectangular o cuadrática.
9. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el estátor (5) está segmentado en dirección circunferencial (101, 201, 301) en una pluralidad de segmentos de estátor (5').
10. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la potencia de salida nominal del generador es de más de 100 KW (kilovatios), preferentemente de más de 1,5 MW (megavatios).
11. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los imanes (11) son imanes permanentes (11), preferentemente del tipo NdFeB.
12. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde una tercera hoja de laminación desprovista de abertura pasante (100) termina el estátor (5) o el segmento de estátor (5') en uno o ambos extremos axiales del segmento de estátor (5').
13. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la distancia máxima (dmáx) entre cualquier punto de la zona de diente de estátor (111,211, 311) de las hojas de laminación apiladas (100, 200, 300) y el conducto de fluido (de refrigeración) y/o la conexión de fluido (de refrigeración) más cercanos (321, 320) es inferior a 10 mm, más preferentemente inferior a 5 mm o más preferentemente inferior a 3,5 mm.
14. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación de la longitud (L2) de la primera abertura pasante (215) de la primera hoja de laminación (200) en relación con la longitud (L3) de la segunda abertura pasante (315) de la segunda hoja de laminación (300) es entre 2 y 5, preferentemente entre 3 y 4.
15. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el espesor (T) de las hojas de laminación (100, 200, 300) es de entre 0,1 mm y 2 mm.
16. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la zona de no superposición de las aberturas pasantes (215, 315, 316) de primeras y segundas hojas de laminación adyacentes (200, 300) forma las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección circunferencial (101, 201, 301) y la dirección radial (203, 303), en donde la zona de superposición de las aberturas pasantes (215, 315, 316) de primeras o segundas hojas de laminación adyacentes (200, 300) forma las paredes de los primeros y segundos conductos de fluido que se extienden paralelos al plano abarcado por la dirección axial (105, 404) y la dirección radial (203, 303).
17. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las hojas de laminación (100, 200, 300) están fijadas y/o incrustadas unas en las otras mediante una resina (900).
18. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera pluralidad de primeras hojas de laminación (200) comprende entre una y ocho primeras hojas de laminación (200), preferentemente entre dos y seis, preferente entre tres y cinco primeras hojas de laminación (200),
en donde la segunda pluralidad de segundas hojas de laminación (300) comprende entre una y ocho segundas hojas de laminación (300), preferentemente entre dos y seis, preferente entre tres y cinco segundos hojas de laminación (300),
en donde el número de primeras hojas de laminación (200) puede diferir en dirección axial (105, 404), en donde el número de segundas hojas de laminación (300) puede diferir en dirección axial (105, 404).
19. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda hoja de laminación u hojas (300) comprenden una respectiva cuarta abertura pasante cerrada (319) que se superpone con la primera abertura pasante (215) de una primera hoja de laminación adyacente (200), formando/construyendo, de este modo, una tercera conexión de fluido (319, E5) en dirección axial (404, 105) entre dos primeros conductos de aire adyacentes o dos primeras aberturas pasantes (215), extendiéndose la respectiva cuarta abertura pasante cerrada (319) preferentemente en dirección radial (103, 203, 303).
20. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la anchura (W) de las aberturas pasantes que se extienden radiales () es prácticamente igual.
21. Generador según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera abertura pasante que se extiende radial (215) de la primera hoja de laminación (200, 400) está dividida en una quinta y una sexta abertura pasante que se extiende radial cerrada (217, 218) en la zona central (150) de la zona de diente de estátor (211), en donde la segunda hoja de laminación (300, 700) comprende una cuarta abertura pasante cerrada (319) que se extiende en dirección radial (303) y situada en la zona central (150) de la zona de diente de estátor (311),
en donde los dos respectivos extremos (E6, E7) de la quinta y una sexta abertura pasante (217, 218) se superponen respectivamente con los dos extremos (E8, E9) de la cuarta abertura pasante cerrada (319) para formar respectivas
conexiones de fluido (E7, E9, E6, E8) en dirección axial (404).
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