ITVI20110013U1 - Generatore elettrico - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Campo di applicazione

Il presente trovato è generalmente applicabile al settore tecnico delle macchine elettriche ed ha particolarmente per oggetto un generatore di elettrico per la conversione di energia cinetica proveniente da una fonte di energia rinnovabile, ad esempio eolica, in energia elettrica iniettabile in una rete locale o di distribuzione remota.

Stato della Tecnica

Com’è noto, i noti generatori elettrici comprendono essenzialmente una macchina elettrica rotante per la conversione dell’energia prelevata da una fonte di energia rinnovabile, ad esempio di tipo eolico, idraulico o geotermico in energia elettrica da immettere in una rete locale o di distribuzione remota.

Il generatore è inoltre provvisto di mezzi di controllo per controllare i parametri elettrici di funzionamento della macchina elettrica e i parametri associati all’elettrica generata in modo da permetterne l'immissione nella rete.

La FIG. 1 illustra schematicamente un impianto eolico E il quale comprende un generatore elettrico G di tipo noto con una macchina rotante A collegata direttamente o mediante un moltiplicatore meccanico, non illustrato in figura, alla turbina eolica B e connessa elettricamente a mezzi di controllo M attraverso mezzi di collegamento elettrico L.

I mezzi di controllo M comprendono uno o più inverter I ed uno o più converter C, di tipo in sé noto, generalmente alloggiati all’interno di un unico involucro P. I conventer C sono generalmente collegati ad un quadro di distribuzione elettrico D a sua volta connesso alla rete elettrica locale e/o di distribuzione R mediante opportuni conduttori elettrici S.

Nel caso in cui il generatore G abbia una potenza superiore ad alcuni kilowatt, i mezzi di controllo M devono essere in grado di regolare parametri elettrici con valori nominali relativamente elevati. In questo caso, il calore generato per effetto Joule dai mezzi di controllo M, in particolare dagli inverter I e dai converter C è notevole e deve essere smaltito mediante opportuni dissipatori o scambiatori termici associati ai circuiti elettrici degli inverter I o dei converter C.

Un inconveniente di tale soluzione nota è rappresentato dal fatto che i circuiti elettrici degli inverter I e dei converter C presentano dispositivi elettronici di potenza con complessi cablaggi, i quali aumentano considerevolmente le dimensioni e l’ingombro complessive dei mezzi di controllo M.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che i dissipatori e/o scambiatori termici associati ai mezzi di controllo M hanno dimensioni e pesi considerevoli che rendono particolarmente difficile il loro posizionamento in particolari tipi di installazioni, ad esempio nelle navicelle dei generatori eolici.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che gli ingombri dei mezzi di controllo M sono tali da rendere necessario l'utilizzo di mezzi di connessione L di notevole lunghezza, tale da generare emissioni elettromagnetiche di frequenza indesiderata durante il funzionamento del generatore G.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che, particolarmente in impianti di media ed elevata potenza, i mezzi di controllo M sono alloggiato in vani difficilmente raggiungibili da operatori addetti alla loro manutenzione.

Presentazione dell’invenzione

Uno scopo principale del presente trovato è quello di superare gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un generatore elettrico che presenti caratteristiche di elevata efficienza e relativa economicità.

Un ulteriore scopo particolare del trovato è quello di mettere a disposizione un generatore elettrico che consenta di ridurre l’ingombro ed il peso dei mezzi di controllo anche per specifiche configurazioni richieste daN’utente.

Uno scopo particolare del trovato è quello di mettere a disposizione un generatore elettrico che presenti mezzi elettronici di controllo agevolmente accessibili durante le operazioni di manutenzione.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un generatore che consenta di ridurre la lunghezza delle connessioni elettriche con la macchina rotante in maniera da ridurre le emissioni elettromagnetiche indesiderate.

Un ulteriore scopo particolare del trovato è quello di mettere a disposizione un generatore elettrico che consenta di ridurre il peso e l'ingombro dei mezzi di raffreddamento.

Questi scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito,<'>sono raggiunti da un generatore di energia elettrica, in accordo con la rivendicazione 1 , il quale comprende una macchina elettrica rotante provvista di mezzi di prelievo di energia cinetica dalla fonte rinnovabile, primi mezzi di controllo per la regolazione dei parametri di funzionamento di detta macchina, secondi mezzi di controllo per la regolazione dei parametri deN’energia elettrica generata, mezzi per il collegamento elettrico di detti secondi mezzi di controllo alla rete, in cui detta macchina è posizionata in un vano posto ad una distanza predeterminata rispetto ad una base fissa o ancorabile rispetto al suolo.

Il generatore si caratterizza per il fatto che i primi mezzi di controllo sono alloggiati in un primo involucro posto all’interno di detto vano, detti secondi mezzi di controllo essendo alloggiati in un secondo involucro distinto e spazialmente distante rispetto al primo ed elettricamente connessi a detti primi mezzi di controllo, in modo da facilitare il montaggio e la manutenzione del generatore.

Grazie a questa particolare configurazione, il generatore elettrico presenta pesi ed ingombri ridotti e risulta facilmente accessibile da parte di un utilizzatore, specialmente nelle operazioni di manutenzione.

Le rivendicazioni dipendenti illustrano forme di realizzazione vantaggiose del trovato.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di - realizzazione preferita ma non esclusive di un generatore elettrico, illustrata a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG. 1 è una vista schematica di un generatore dello stato della tecnica;

la FIG. 2 è una vista schematica di un prima forma di realizzazione del generatore secondo il trovato;

la FIG. 3 è una vista schematica di una seconda forma di realizzazione del generatore secondo il trovato.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito Con riferimento alle figure citate, il generatore elettrico secondo il trovato, indicato generalmente con il numero di riferimento 1, potrà essere utilizzato per la produzione di energia elettrica a partire da sorgenti di energia rinnovabili quali, ad esempio, energia eolica, idroelettrica, geotermica o similare.

L’energia elettrica prodotta dal generatore 1 potrà essere immessa in una rete elettrica R di distribuzione locale o remota.

Il generatore elettrico 1 secondo il trovato comprende essenzialmente una macchina rotante 2 provvista di mezzi di prelievo di energia 3 dalla sorgente rinnovabile per generare energia elettrica e posizionata in un vano V posto ad una distanza da una base fissa B o ancorabile al suolo T.

Il generatore 1 comprende primi mezzi di controllo 4 per la regolazione dei parametri di funzionamento della macchina rotante 2 e secondi mezzi di controllo 5 per la regolazione dei parametri dell’energia elettrica generata dalla stessa.

Inoltre, il generatore 1 comprende primi mezzi di collegamento 6 per la connessione elettrica dei secondi mezzi di controllo 5 alla rete elettrica R.

Secondo una caratteristica peculiare del trovato i primi mezzi di controllo 4 sono alloggiati in un primo involucro 7 posto all’interno del vano V, in prossimità della macchina rotante 2.

I secondi mezzi di controllo 5 sono invece alloggiati in un secondo involucro 8, distinto e spazialmente distante rispetto al primo involucro 7 e collegati elettricamente ai secondi mezzi di controllo 5 in modo da facilitare il montaggio e la manutenzione del generatore 1.

Il primo 7 ed il secondo 8 involucro potranno presentare dimensioni differenziate per adattarsi, rispettivamente, alle dimensioni dei primi 4 e dei secondi 5 mezzi di controllo.

Opportunamente, gli involucri 7, 8 saranno elettricamente isolati dai rispettivi mezzi di controllo 4, 5 in modo da risultare elettricamente neutri.

I primi mezzi di controllo 4 potranno essere elettricamente collegati ai secondi mezzi di controllo 5 mediante secondi mezzi di collegamento elettrico 9, quali cavi elettrici, barre o conduttori similari.

Eventualmente, il primo 7 involucro potrà essere posti direttamente a contatto con superfici metalliche 10 presenti all’interno del vano V senza realizzare alcun tipo di contatto elettrico.

Vantaggiosamente, come illustrato nelle figure, il generatore 1 potrà essere di tipo eolico con un vano V posto all’interno di una navicella N • ancorata ad una torre W.

Nella prima forma di realizzazione illustrata in FIG. 2, i mezzi di prelievo di energia 3 costituiti da una turbina eolica F, sono fissati su un albero di potenza 11 a sua volta meccanicamente collegato, direttamente o mediante un riduttore/moltiplicatore, alla macchina rotante 2.

La macchina rotante 2 è alloggiata all’interno del vano V della navicella N. Anche il secondo involucro 8 potrà essere alloggiato all’interno del vano V, ad una distanza d dal primo involucro 7.

Vantaggiosamente, la distanza d sarà determinata in modo da ottimizzare la distribuzione complessiva del peso del generatore 1 nel vano V. Inoltre, la posizione del secondo involucro 8 potrà essere determinata in maniera da facilitare il passaggio dei primi mezzi di collegamento elettrico 6.

Nella seconda forma di realizzazione illustrata in FIG. 3, il secondo involucro 8 potrà essere posto all'esterno del vano V, ad esempio nella torre W in prossimità della base B, in posizione facilmente accessibile da parte di un operatore.

Inoltre, i secondi mezzi di collegamento 9 potranno essere posti all'interno della torre W.

Eventualmente, a prescindere dal posizionamento dei secondi mezzi di controllo 5, la macchina rotante 2 potrà essere alloggiata all’interno di un terzo involucro 12 posto quasi direttamente a contatto con il primo involucro 7 in modo da ridurre i collegamenti elettrici 13 tra la macchina rotante 2 e i primi mezzi di controllo 4.

Secondo la configurazione illustrata nelle FIGG. 2 e 3, la lunghezza I dei collegamenti elettrici 13 tra la macchina elettrica 2 e i primi mezzi di controllo 4 potrà essere scelta in maniera tale da ridurre l’emissione di onde elettromagnetiche, ovvero di contenere l’emissione indesiderata con valore inferiore ad un limite prestabilito.

I primi mezzi di controllo 4 potranno comprendere almeno un inverter 14 e i secondi mezzi di controllo 5 potranno comprendere almeno un converter 15.

Come chiaramente visibile in FIG. 3, all’interno del vano V della navicella N potranno essere posizionati solo gli inverter 14 mentre alla base B della torre di supporto W potranno essere alloggiati i converter 15.

Questa configurazione sarà particolarmente vantaggiosa nel caso di un generatore 1 posto all'interno di un vano V con ridotte dimensioni e/o destinato a supportare generatori 1 di peso limitato.

Opportunamente, l’inverter 14 potrà essere configurato per regolare i parametri elettrici associati alla macchina elettrica rotante 2.

Inoltre, come illustrato nelle figure, la macchina rotante 2, i primi mezzi di controllo 4 e i secondi mezzi di controllo 5 potranno comprendere mezzi di raffreddamento 16 per smaltire il calore generato durante il funzionamento.

Nel caso di un generatore 1 di potenza elettrica limitata, la quantità di calore da smaltire non sarà particolarmente elevata ed i mezzi di raffreddamento 16 potranno essere ad aria, di tipo lamellare o similare, non illustrati nelle figure.

Nel caso di un generatore 1 di potenza relativamente elevata, ad esempio maggiore di 5 kW, i mezzi di raffreddamento 16 potranno comprendere uno o più scambiatori termici, non illustrati nelle figure, con circuiti di raffreddamento percorsi da uno o più fluidi di raffreddamento.

In una configurazione alternativa non illustrata nelle figure, i mezzi di raffreddamento 16 potranno comprendere un circuito di raffreddamento comune alla macchina rotante 2, ai primi mezzi di controllo 4 ed ai secondi mezzi di controllo 5.

Ciò al fine di ridurre gli ingombri ed i pesi dei mezzi di raffreddamento 16, ad esempio nel caso in cui il generatore 1 debba essere posizionato in un vana V di dimensioni particolarmente ridotte.

Nella forma di realizzazione illustrata in FIG. 2, i mezzi di raffreddamento 16 ognuno dei componenti del generatore, ovvero la macchina rotante 2, i primi 4 ed i secondi 5 mezzi di controllo, potrà comprendere un rispettivo circuito di scambio termico 17, 17’, 17” percorso da rispettivi fluidi refrigeranti.

Nella forma di realizzazione illustrata in FIG. 3, i mezzi di raffreddamento 16 comprendono un primo circuito di raffreddamento 18 comune alla macchina rotante 2 e ai primi mezzi di controllo 4 ed un secondo circuito di scambio termico 18’ per i secondi mezzi di controllo 5.

In tale forma di realizzazione, il primo circuito di scambio termico 18 comune riduce gli ingombri della porzione di generatore 1 posta all'interno del vano V e, allo stesso tempo, il secondo circuito di scambio 18’ potrà essere alloggiato in prossimità dei secondi mezzi di controllo 5.

Per completezza si osserva che la macchina rotante 2 potrà essere del tipo a riluttanza magnetica, in modo da presentare rendimenti energetici superiori ai generatori comprendenti macchine rotanti 2 di tipo noto.

II generatore secondo il trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito del trovato.

Anche se il generatore è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (12)

1. R I V E N D I C AZ I O N I 1. Un generatore elettrico (1) per la conversione di energia di una fonte di energia rinnovabile, quale ad esempio energia eolica, in energia elettrica da immettere in una rete (R) locale o remota, il quale generatore comprende: - una macchina elettrica rotante (2) provvista di mezzi di prelievo (3) di energia dalla fonte rinnovabile e di conversione in energia elettrica: - primi mezzi di controllo (4) per la regolazione dei parametri di funzionamento di detta macchina (2); - secondi mezzi di controllo (5) per la regolazione dei parametri dell’energia elettrica generata da detta macchina (2); - mezzi di collegamento (6) per collegare elettricamente detti secondi mezzi di controllo (5) alla rete (R); in cui detta macchina (2) è posizionata in un vano (V) posto ad una distanza (h) predeterminata rispetto ad una base fissa (B) o ancorabile rispetto al suolo (T); caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di controllo (4) sono alloggiati in un primo involucro (7) posto all’interno di detto vano (V), detti secondi mezzi di controllo (5) essendo alloggiati in un secondo involucro (8) distinto e spazialmente distante rispetto al primo ed elettricamente connessi a detti primi mezzi di controllo (4), in modo da facilitare il montaggio e la manutenzione del generatore.
2. 2. Generatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo involucro (8) è posto all’interno di detto vano (V).
3. 3. Generatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo involucro (8) è posto all’esterno di detto vano (V) in prossimità di detta base (B).
4. 4. Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta macchina rotante (2) è alloggiata all’interno di un terzo involucro (12) posto direttamente a contatto con detto primo involucro (7) per ridurre la lunghezza dei collegamenti elettrici (13) tra detta macchina (2) e detti primi mezzi di controllo (4).
5. 5. Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di controllo (4) comprendono almeno un inverter (14) e detti secondi mezzi di controllo (5) comprendono almeno un converter (15).
6. 6. Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta macchina rotante (2), detti primi mezzi di controllo (4) e detti secondi mezzi di controllo (5) comprendono mezzi di raffreddamento (16) per smaltire il calore generato durante il funzionamento.
7. 7. Generatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di raffreddamento (16) comprendono un circuito di raffreddamento comune a detta macchina rotante (2), detti primi mezzi di controllo (4) e detti secondi mezzi di controllo (5).
8. 8. Generatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che ognuno di detti macchina rotante (2), primi mezzi di controllo (4) e secondi mezzi di controllo (5) comprendono circuiti di raffreddamento distinti (17, 17’, 17”).
9. 9. Generatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di raffreddamento (16) comprendono un primo circuito (18) di raffreddamento comune a detta macchina rotante (2) e detti primi mezzi di controllo (4) ed un secondo circuito (18’) di scambio termico per detti secondi mezzi di controllo (5).
10. 10. Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto generatore è un generatore eolico, detto vano (V) essendo costituito da una navicella (N) ancorata ad una torre di supporto (W).
11. 11. Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta macchina elettrica (2) è del tipo a riluttanza magnetica.
12. 12. Generatore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta macchina elettrica (2) comprende magneti permanenti.