DESCRIPCIÓN

Campo de la invención

La invención se refiere a un aerogenerador de accionamiento directo (AAD) que consta de una torre con una góndola en su extremo superior, un buje con unas palas que gira en torno a un eje de giro (que define una dirección axial, una dirección radial que es perpendicular a la dirección axial y una dirección circunferencial que es tangencial al giro de dicho eje de giro), donde cada una de dichas palas define un eje longitudinal, y un bastidor montado en la góndola.

Estado de la técnica

Los aerogeneradores modernos se usan comúnmente para inyectar electricidad a la red eléctrica. Los aerogeneradores de accionamiento directo (AAD), es decir, aquellos que no tienen ningún mecanismo de engranajes (ningún multiplicador) intercalado entre el eje de giro de las palas y el eje de giro del rotor eléctrico, de manera que ambos ejes de giro giran a la misma velocidad angular) comprenden generalmente un buje y una pluralidad de palas. El buje gira por la acción del viento sobre las palas. El par generador es transmitido de forma directa a una pluralidad de polos eléctricos que giran a la misma velocidad angular que el buje.

En los aerogeneradores de accionamiento directo el estator del generador eléctrico está solidariamente relacionado al bastidor. El rotor del generador eléctrico, que es a su vez solidario al buje, gira en torno del centro del estator del generador gracias a uno o dos rodamientos dispuestos entre el buje y el bastidor. Un sistema de orientación permite girar el bastidor respecto de la torre para mantener el rotor orientado al viento.

En aerogeneradores de accionamiento directo es conveniente reducir y mantener estable el espacio de entrehierro entre el estátor y el rotor. El aumento del espacio de entrehierro obliga a aumentar a su vez la inducción generada por las bobinas, lo que repercute muy negativamente en mayores costes de fabricación, en un menor rendimiento y en un mayor peso del sistema. La variación del espacio de entrehierro por su parte tiene consecuencias en la calidad de la energía producida y genera fuerzas magnéticas indeseadas. En grandes aerogeneradores de accionamiento directo la distancia del entrehierro queda muy alejada del centro de giro del generador. Con ello se consigue aumentar la velocidad de deslizamiento entre el estátor y el rotor y así maximizar el rendimiento del campo eléctrico generado por las bobinas. Por el contrario, los rodamientos que soportan los esfuerzos del buje y del generador suelen ser de mucho menor diámetro por cuestiones de fabricación y funcionamiento.

En ciertas condiciones de viento, las palas transmiten al buje grandes esfuerzos que deben ser soportados por los rodamientos. Tales esfuerzos producen inevitablemente deformaciones que se traducen en desplazamientos del rotor y con ello en variaciones del espacio que hay en el entrehierro. A fin de minimizar y mantener estable el entrehierro en todas las condiciones de operación previstas es necesario aumentar de forma severa la rigidez de las estructuras tanto del rotor como del estátor y dotar al sistema de una configuración de rodamientos robusta que minimice los movimientos relativos, ambos resultando en mayores costes y aumentando el peso del sistema.

El documento EP 2 157 314 B2 muestra una disposición convencional de los elementos de un generador de accionamiento directo. Se proponen uno o dos rodamientos y se dispone el entrehierro del generador en el plano medio del rodamiento a fin de minimizar las fluctuaciones del entrehierro. Sin embargo, no resuelve completamente el problema y requiere de grandes estructuras que relacionen los rodamientos y el generador.

El documento WO 2012/138725 propone un ensamblaje mecánico para mantener el espacio de entrehierro entre el estator y el rotor en una máquina rotativa eléctrica mediante el uso de una pluralidad de sectores que son acoplados de forma flexible al buje. Sin embargo, esos sistemas pueden ser costosos y pesados.

El documento US 2011/0193349 dispone una configuración de rodamientos en torno a un generador de muy grandes dimensiones cuyo rotor integra las palas. Pero esta solución plantea muy grandes retos tecnológicos y constructivos de difícil solución.

El documento EP 3001 540 dispone de una configuración de rodamientos que relacionan el buje y el bastidor central, y de unos carritos conectados entre sí que circulan por unos raíles situados en el estátor y que son accionados por el buje. Sin embargo, es un sistema complejo y de elevado coste. El documento US 8786 124 B2 emplea un rodamiento independiente para el generador y un elemento elástico entre el buje y el rotor del generador. También es un sistema costoso y pesado.

En el documento WO 2004/068678 se describe una máquina eléctrica giratoria, en la que el rotor está articulado rotativamente al estator por medio de dispositivos de cojinete dispuestos en o adyacentes a un entrehierro entre el rotor y el estator.

El documento EP 1 394406 describe un sistema de energía eólica que tiene un rotor de viento conectado directamente a un anillo de rotor de un generador que lleva un imán. Las paletas del rotor eólico están dispuestas en el anillo del rotor y/o en una extensión axial del anillo del rotor. El rotor eólico puede girar sobre varios cojinetes separados una determinada distancia axial o un solo cojinete, preferiblemente en la transición a la extensión del anillo del rotor.

El documento EP1657437 divulga un generador eléctrico de accionamiento directo diseñado para turbina eólica que cuenta con un rodamiento independiente para el generador formado por una pluralidad de bogíes con bobinas y con ruedas sobre las que circulan los imanes permanentes alojados sobre el rotor.

La EP1657437propone integrar un generador, provisto de cojinetes de rotor adyacentes al entrehierro, en una planta de energía eólica de manera que las fuerzas de la turbina eólica sean absorbidas por cojinetes de turbina dedicados y se caracteriza porque la turbina eólica está dispuesta en el bastidor mediante una disposición de cojinetes de turbina, separada de la disposición de rodamientos del generador.

El diseño propuesto en la EP1657437 implica que las fuerzas y el momento de la turbina eólica, excepto el par motor, son absorbidos por el cojinete de la turbina. El par motor se transmite desde el aerogenerador al rotor del generador mediante una serie de elementos elásticos. La elasticidad de los elementos puede provenir del uso de caucho u otro material elastomérico. La razón de la necesidad de la propiedad resiliente es que es una forma de evitar que las fuerzas no deseadas de la deformación de la turbina eólica y el generador entren en la disposición de cojinetes de turbina del generador.

El documento WO2011065893 describe una máquina eléctrica rotativa con cojinete de rotor mejorado y a semejanza de la invención divulgada en la EP1657437 referida anteriormente cuenta con unos bogíes en este caso conectados entre sí, y pretensados radialmente mediante unos elastómeros que permiten absorber las deformaciones del rotor y las tolerancias de fabricación garantizando la estabilidad de la distancia del entre hierro. La máquina eléctrica de la WO2011065893 comprende: un estator con una abertura, un rotor esencialmente circular montado en la abertura del estator, en el que el rotor está acoplado al estator mediante unas ruedas y caracterizado porque el rotor comprende al menos cuatro secciones de rotor, integrando cada sección de rotor al menos un par de ruedas, en las que las secciones de rotor adyacentes están interconectadas pivotantemente en la dirección periférica del rotor.

La presente invención propone una estructura alternativa, a la descrita en los documentos anteriormente detallados, para un aerogenerador de accionamiento directo y tiene por objeto superar los inconvenientes que se presentan en las soluciones técnicas anteriores. Esta finalidad se consigue mediante un aerogenerador como el descrito en la reivindicación 1.

El aerogenerador propuesto, según se describe en la reivindicación 1, comprende, de un modo en sí conocido: una torre con una góndola en su extremo superior, y con un bastidor montado en dicha góndola, un buje con unas palas que gira en torno a un eje de giro, dicho eje de giro definiendo una dirección axial, una dirección radial que es perpendicular a dicha dirección axial y una dirección circunferencial que es tangencial a un círculo concéntrico a dicho eje de giro, donde cada uno de dichas palas define un eje longitudinal, unos primeros medios de guiado y unos segundos medios de guiado, fijados uno al bastidor y otro al buje, siendo los primeros medios de guiado y los segundos medios de guiado concéntricos, coaxiales con el eje de giro, y complementarios para un giro guiado alrededor del eje de giro del buje respecto al bastidor; un generador eléctrico, apto para generar energía eléctrica a partir del giro del buje respecto al bastidor, que comprende una pluralidad de primeros medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética, fijados al bastidor y dispuestos circularmente alrededor del eje de giro configurando así un estátor, una pluralidad de segundos medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética, fijados al buje y dispuestos circularmente alrededor del eje de giro, constituyendo un rotor que gira solidariamente con dicho buje alrededor del eje de giro. Los primeros medios de guiado pueden estar fijados al bastidor, en cuyo caso los segundos medios de guiado estarán fijados al buje, o bien los primeros medios de guiado estarán unidos al buje, en cuyo caso los segundos medios de guiado estarán fijados al bastidor. En cualquier caso, los primeros y segundos medios de guiado proporcionan un guiado circular entre el buje y el bastidor, permitiendo su rotación.

La presente invención propone además, de un modo no conocido en el estado de la técnica, que el aerogenerador incluya además unos medios elásticos de fijación pre-comprimidos que producen un empuje de los primeros medios de guiado y los segundos medios de guiado unos contra otros en la dirección radial, modificando elásticamente la distancia en la dirección radial entre los primeros medios generadores y el bastidor y/o entre los segundos medios generadores y el buje.

Dichos medios elásticos de fijación pre-comprimidos garantizan un guiado preciso del buje respecto al bastidor, y una máxima proximidad, en la dirección radial, entre los primeros medios generadores y los segundos medios generadores.

Los medios elásticos de fijación ejercen una fuerza que tiende a comprimir, en dirección radial, los primeros medios de guiado y los segundos medios de guiado entre sí.

En el aerogenerador de acuerdo con la invención la distancia del entrehierro (es decir, la distancia entre los primeros medios generadores y los segundos medios generadores) viene determinada por la distancia entre los primeros medios de guiado y los segundos medios de guiado los cuales, a su vez, están comprimidos entre sí por los medios elásticos de fijación. De esta manera se puede conseguir una elevada precisión en la distancia de entrehierro sin obligar a fabricar piezas de grandes dimensiones con tolerancias muy pequeñas y, además, esta distancia se mantiene muy constante durante el funcionamiento del aerogenerador, a pesar de las deformaciones que puedan sufrir los diversos elementos del mismo al estar sometidos a las cargas de trabajo.

Los medios elásticos de fijación absorben y compensan tanto las tolerancias de fabricación (que, de esta manera, no tienen por qué ser tan estrictas) como las deformaciones de las estructuras provocadas por las cargas de trabajo (que de este modo no tienen por qué ser tan robustas).

Los primeros y segundos medios de guiado pueden ejercer también una función de rodamientos convencionales, por lo que pueden complementarse con los mismos o incluso sustituirlos. Preferentemente los medios generadores de corriente eléctrica por inducción magnética son bobinas, por un lado, e imanes permanentes, por el otro lado. De este modo, se tienen dos posibles alternativas ventajosas de un aerogenerador de acuerdo con la invención.

Según una realización, los primeros medios generadores son bobinas y los segundos medios generadores son imanes. En este caso, las bobinas son el componente fijo del generador y los imanes son el componente móvil.

Según otra realización alternativa, los primeros medios generadores son imanes y los segundos medios generadores son bobinas. En este caso los imanes con el componente fijo de generador y las bobinas son el componente móvil. La presente invención es compatible con cualquiera de estas dos alternativas.

Ventajosamente los medios elásticos de fijación están circunferencialmente separados entre sí, es decir distribuidos a en distintas posiciones angulares lo largo de una circunferencia concéntrica con el eje de giro, conformando una pluralidad de unidades elásticas de fijación (preferentemente hay un mínimo de 3 unidades elásticas de fijación, si bien en la práctica serán preferentemente muchas más).

Cada una de las unidades elásticas de fijación produce un empuje, en la dirección radial, independiente del empuje producido por las otras unidades elásticas de fijación, siendo por lo tanto cada unidad elástica de fijación apta para desplazarse elásticamente, en la dirección radial, con independencia del desplazamiento de las otras unidades elásticas de fijación. De esta manera cada una de las unidades elásticas de fijación puede desplazarse de acuerdo con “sus necesidades” sin que su posición radial se vea afectada por los posibles desplazamientos radiales de las otras unidades elásticas de fijación. También se facilitan los posibles trabajos de reparación y mantenimiento, ya que se puede desmontar y reparar únicamente la unidad elástica de fijación que lo requiera.

Cada unidad elástica de fijación produce un empuje en una dirección principal de trabajo y presenta un centro geométrico. La dirección principal de trabajo forma, de acuerdo con una realización, un ángulo no nulo con un plano formado por una dirección radial que pasa por el centro geométrico y la dirección axial.

Asimismo es ventajoso que, alternativa o adicionalmente, el eje principal de trabajo forme un ángulo no nulo con un plano formado por una dirección radial que pasa por dicho centro geométrico y su correspondiente dirección tangencial. Se contempla también una alternativa posible consistente en posicionar las unidades elásticas de fijación de manera que su dirección principal de trabajo se extienda en la dirección radial que pase por el centro geométrico. En este caso las unidades elásticas de fijación trabajarán de manera óptima en su función principal, que es ejercer un empuje que tienda a comprimir (precisamente en dirección radial) los primeros medios de guiado y los segundos medios de guiado entre sí. Sin embargo, las unidades elásticas de fijación también estarán sometidas a esfuerzos que no son radiales, sino que tendrán componentes en las direcciones tangenciales y/o axiales. Por ello puede ser ventajoso inclinar las unidades elásticas de fijación de manera que puedan absorber mejor estos esfuerzos no radiales.

Preferentemente, uno de los primeros y segundos medios de guiado son unos carriles dispuestos circunferencialmente alrededor del eje de giro y el otro de los primeros y segundos medios de guiado son una pluralidad de ruedas que ruedan sobre los carriles, o una pluralidad de patines que se deslizan sobre los carriles. En este caso, y cuando los medios elásticos de fijación están circunferencialmente separados entre sí conformando una pluralidad de unidades elásticas de fijación y cada una de las cuales comprende por lo menos una de las unidades elásticas de fijación, de manera que cada una de las unidades elásticas de fijación es apta para desplazarse elásticamente radialmente independientemente las otras unidades elásticas de fijación, es ventajoso que las unidades elásticas de fijación sean unos carros que comprenden las ruedas y que llevan montados los primeros medios generadores o los segundos medios generadores. Esta última alternativa ventajosa puede realizarse de dos maneras:

- los primeros medios de guiado son los carriles y los segundos medios de guiado son los carros donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas dispuestas entre los carriles y los segundos medios generadores son imanes montados sobre los carros. Es decir, los carriles son fijos y los carros giran alrededor del eje de giro.

- los primeros medios de guiado son los carros y los segundos medios de guiado son los carriles donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas montadas sobre los carros y los segundos medios generadores son imanes dispuestos entre los carriles. Es decir, los carros son fijos y son los carriles los giran alrededor del eje de giro.

Preferentemente cada carro tiene por lo menos cuatro ruedas. Preferentemente los carros tienen juntas dinámicas. Estas juntas dinámicas se extienden entre los carros y los carriles y tienen por objeto evitar que cualquier partícula o cuerpo extraño se introduzca en el entrehierro.

Por lo que se refiere a las ruedas, la presente invención contempla diversas alternativas ventajosas (en general, se ha de tener presente que cada una de las ruedas define un eje de rodadura):

- los ejes de rodadura forman un ángulo no nulo con la dirección axial. Preferentemente los ejes de rodadura forman un ángulo comprendido entre los 31° y los 45° con la dirección axial. De esta manera las ruedas pueden soportar mejor los esfuerzos axiales.

- en un primer grupo de la pluralidad de ruedas los ejes de rodadura son paralelos a la dirección axial y en un segundo grupo de la pluralidad de ruedas los ejes de rodadura son perpendiculares a la dirección axial.

- en un primer grupo de la pluralidad de ruedas los ejes de rodadura son paralelos a la dirección axial y en un segundo grupo de la pluralidad de ruedas los ejes de rodadura son perpendiculares a la dirección axial, donde el segundo grupo de ruedas está fijado al bastidor. Es decir, en esta alternativa no todas las ruedas están montadas sobre los carros sino que el segundo grupo de ruedas está montado sobre el bastidor. De hecho, es ventajoso que el segundo grupo de ruedas esté fijado al bastidor en el caso que los carriles sean los segundos medios de guiado (es decir, los que giran alrededor del eje de giro) mientras que es ventajoso que el segundo grupo de ruedas esté fijado al rotor en el caso que los carriles sean los primeros medios de guiado (es decir, los que están fijados al bastidor y, por lo tanto, son estáticos). En general, este segundo grupo de ruedas ya no participa en el mantenimiento de la distancia de entrehierro, por lo que pueden desvincularse de los medios elásticos de fijación y, en cambio, al ser más rígidas, evitan oscilaciones de las palas en la dirección axial y así una eventual colisión de éstas contra la torre.

Otro grupo preferente de alternativas se tiene cuando se sustituyen los primeros y segundos medios de guiado basados en unos carriles y una pluralidad de ruedas por unos primeros y segundos medios de guiado basados en el concepto de cojinetes de deslizamiento. Así, preferentemente, los primeros medios de guiado comprenden al menos una primera superficie de guiado, dispuesta circunferencialmente alrededor del eje de giro, y los segundos medios de guiado comprenden al menos una segunda superficie de guiado, dispuesta circunferencialmente alrededor del eje de giro, encarada a la primera superficie de guiado, en contacto con la primera superficie de guiado y apta para deslizarse sobre la primera superficie de guiado al girar alrededor del eje de giro, donde la primera y segunda superficies de guiado conforman un cojinete de deslizamiento. Esta solución puede incluir diversas mejoras preferentes:

- en el caso que los medios elásticos de fijación estén circunferencialmente separados entre sí conformando una pluralidad de unidades elásticas de fijación, comprendiendo cada una de ellas por lo menos una de las piezas de material elastómero, de manera que cada una de las unidades elásticas de fijación es apta para desplazarse elásticamente radialmente independientemente las otras unidades elásticas de fijación, es ventajoso que las unidades elásticas de fijación sean unos carros que comprenden las primeras superficies de guiado o las segundas superficies de guiado y que llevan montados los primeros medios generadores o dichos segundos medios generadores. En una alternativa preferente los segundos medios de guiado son los carros donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas y los segundos medios generadores son imanes montados sobre los carros. En otra alternativa preferente los primeros medios de guiado son los carros donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas montadas sobre los carros y los segundos medios generadores son imanes.

Al igual que en el caso de medios de guiado con ruedas, preferentemente los carros tienen juntas dinámicas que se extienden entre los carros y los carriles para evitar que cualquier partícula o cuerpo extraño se introduzca en el entrehierro.

En una forma preferente de realización de la invención se combina el hecho de emplear unos primeros y segundos medios de guiado basados en el concepto de cojinetes de deslizamiento, como se ha comentado en los párrafos anteriores, con el hecho de que, adicionalmente, el aerogenerador comprenda una pluralidad de ruedas cada una de las cuales define un eje de rodadura, donde los ejes de rodadura son perpendiculares a la dirección axial, y donde las ruedas están fijadas al bastidor (en el caso que los carriles sean los segundos medios de guiado) o están fijadas al rotor (en el caso que los carriles sean los primeros medios de guiado). Otra forma preferente de realización de la invención se tiene en el caso inverso: los primeros y segundos medios de guiado están basados en el concepto de carriles y ruedas y, adicionalmente, el aerogenerador comprende una pluralidad de cojinetes de deslizamiento cuyas superficies de deslizamientos son paralelas a la dirección axial, estando una de ellas fijadas al bastidor y la otra fijada al rotor.

Otras alternativas y opciones preferentes compatibles con cualquiera de las anteriores son: - que la distancia de entrehierro esté comprendida entre 4 y 20 mm.

- que el eje de giro sea horizontal.

- que las piezas de material elastómero sean pre-comprimidas.

- que las piezas de material elastómero sean elastómeros hidráulicos. - que el buje defina un espacio interno dispuesto alrededor del eje de giro y alrededor de la intersección de los ejes longitudinales de las palas y que el generador eléctrico, los primeros medios de guiado y coaxiales con el eje de giro, fijados al bastidor, y los segundos medios de guiado y coaxiales con el eje de giro, fijados al rotor y que giran en torno al eje de giro juntamente con el buje, están alojados en el espacio interno. Como se verá en una forma preferente de realización explicada más abajo, esta alternativa permite un diseño del aerogenerador con un substancial ahorro en peso. En esta alternativa preferente es ventajoso que, adicionalmente, o bien los primeros medios de guiado son los carriles y los segundos medios de guiado son los carros donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas dispuestas entre los carriles y los segundos medios generadores son imanes montados sobre los carros, o bien los primeros medios de guiado son los carros y los segundos medios de guiado son los carriles donde, preferentemente, los primeros medios generadores son bobinas montadas sobre los carros y los segundos medios generadores son imanes dispuestos entre los carriles.

Breve descripción de los dibujos Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relatan unos modos preferentes de realización de la invención, mencionando los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:

Fig. 1, una vista isométrica general de un aerogenerador de accionamiento directo de acuerdo con la invención. Fig. 2, una vista isométrica detallada del aerogenerador de la Fig. 1.

Fig. 3, una vista isométrica de una sección longitudinal del aerogenerador de la Fig. 1.

Fig. 4, una vista en detalle de la zona correspondiente a los medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética de la vista isométrica de la Fig. 3. Fig. 5, una vista de detalle de una sección longitudinal de la zona correspondiente a los medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética del aerogenerador de la Fig. 1.

Fig. 6, una vista isométrica de los elementos que giran juntamente con el buje en el aerogenerador de la Fig. 1.

Fig. 7, una vista isométrica del bastidor y los elementos fijados al mismo en el aerogenerador de la Fig. 1.

Fig. 8, una vista isométrica de carro de acuerdo con la invención.

Fig. 9, una sección transversal del carro de la Fig. 8. Fig. 10, una sección longitudinal del carro de la Fig. 8.

Fig. 11, un gráfico en cuyo eje de abscisas viene representada una revolución completa del generador en grados y en cuyo eje de ordenadas se muestran distancias en mm.

Fig. 12, un gráfico en cuyo eje de abscisas viene representada una revolución completa del generador en grados y en cuyo eje de coordenadas se muestran fuerzas en kN. Fig. 13, una vista isométrica general de una segunda forma de realización de un aerogenerador de accionamiento directo de acuerdo con la invención.

Fig. 14, una vista isométrica detallada de la zona de unión entre el buje y el bastidor del aerogenerador de la Fig. 13.

Fig. 15, una vista isométrica de una sección longitudinal de la zona de unión de la Fig. 14. Fig. 16, una vista en detalle de la zona correspondiente a los medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética de la vista isométrica de la Fig. 15.

Fig. 17, una vista de detalle de una sección longitudinal de la zona correspondiente a los medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética del aerogenerador de la Fig. 13. Fig. 18, una vista isométrica de los elementos que giran juntamente con el buje en el aerogenerador de la Fig. 13. Fig. 19, una vista isométrica del bastidor y los elementos fijados al mismo en el aerogenerador de la Fig. 13.

Fig. 20, una vista isométrica de otra forma de realización de un carro de acuerdo con la invención. Fig. 21 , una vista isométrica de una rueda con su eje de rodadura perpendicular a la dirección axial del aerogenerador y su correspondiente soporte.

Fig. 22, una sección longitudinal de la zona de unión entre el buje y el bastidor de una tercera forma de realización de un aerogenerador de acuerdo con la invención.

Fig. 23, una vista en detalle de la zona correspondiente a los medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética de la vista de la Fig. 22.

Fig. 24, una sección transversal según el plano AA de la Fig. 22.

Fig. 25, una vista en detalle del extremo superior de la Fig. 24.

Fig. 26, una vista en alzado lateral del carro de la Fig. 8.

Fig. 27, una vista isométrica de una sección longitudinal del aerogenerador según una realización adicional.

Fig. 28, una vista en alzado frontal del aerogenerador de la Fig.27.

Descripción detallada de unas formas de realización de la invención

En las Figs. 1 a 10 y en la Fig. 26 se muestra una primera forma de realización de un aerogenerador de accionamiento directo de acuerdo con la invención. El aerogenerador consta de una torre 1 con una góndola 2 en su extremo superior, y un buje 10 con unas palas 11 que gira en torno a un eje de giro 80. La torre 1 define un eje de la torre 2 y el eje de giro 80 define, a su vez, una dirección axial, una dirección radial que es perpendicular a la dirección axial y una dirección circunferencial que es tangencial al eje de giro 80 (lo que sería la dirección angular en un sistema de coordenadas polares o cilindricas). Por su parte, cada pala 11 define un eje longitudinal, que se cortan entre sí en el eje de giro 80. El aerogenerador incluye un generador eléctrico con un estátor, fijado a un bastidor 20 dispuesto en el interior de la góndola 2, y un rotor que gira solidariamente con el buje 10.

El estátor comprende una pluralidad de primeros medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética 51 que, en presente ejemplo, son unas bobinas, y que están dispuestos circularmente alrededor del eje de giro 80.

Por su parte, el rotor comprende una pluralidad de segundos medios generadores de corriente eléctrica por inducción electromagnética 52 que, en el presente ejemplo, son unos imanes 52, que también están dispuestos circularmente alrededor del eje de giro 80. Entre los primeros y los segundos medios generadores 51 y 52 hay una distancia de entrehierro 53, como es conocido por un experto en la materia. En el presente ejemplo el rotor envuelve al estátor.

El giro entre el buje 10 y el bastidor 20 está guiado mediante unos primeros medios de guiado 31 y unos segundos medios de guiado 32 concéntricos y complementarios.

Los primeros medios de guiado son, de forma preferida, unos carriles 41, mientras que los segundos medios de guiado 32 son, preferiblemente, una sucesión de ruedas 42 o de patines.

Los carriles 41 serán preferiblemente son al menos un primer y un segundo carriles 41 simétricos.

En la presente realización, una sucesión de carros 70 están dispuestos alrededor del eje de giro 80, cada carro 70 soportando una porción de los primeros medios generadores 51, que en este ejemplo son bobinas, enfrentados a una porción de los segundos medios generadores 52, que en este ejemplo son imanes soportados en el buje 10.

Cada carro 70 lleva también una porción de los segundos medios de guiado 32, típicamente ruedas 42, y está fijado al bastidor 20 a través de unos medios elásticos de fijación 60 que producen un empuje en la dirección radial de cada uno de los carros 70, y de las ruedas 42 fijadas a los mismos, contra los primeros medios de guiado 31, típicamente los carriles 41 fijados al buje 10. Se contempla una realización alternativa según la cual los segundos medios de guiado 32 son patines que se deslizan sobre los carriles 41.

Preferiblemente, las ruedas 42 o patines están fijados en todos los carros 70, o solo en algunos carros 70, por ejemplo solo en carros 70 alternos de la sucesión de carros. Se propone también que distintos carros 70 de la sucesión de carros incluyan distinto número de ruedas 42 o patines, según las necesidades o esfuerzos soportados por los distintos carros 70. Por ejemplo, en aerogeneradores de eje apaisado u horizontal, es previsible que los carros situados en la zona superior soporten mayores cargas que los carros situados en otras zonas, por lo que al menos algunos de los carros de la mitad superior podrán tener mayor número de ruedas 42 que los carros de la mitad inferior.

Sin embargo, de acuerdo con la realización preferida mostrada en las Fig. 1 a 10, cada carro 70 incluye cuatro ruedas 42, correspondientes a dos primeras ruedas 42a en un costado, y que ruedan sobre un primer carril, y dos segundas ruedas 42b en otro costado simétrico, que ruedan sobre un segundo carril simétrico al primer carril.

Los imanes están dispuestos entre los dos carriles 41 simétricos, de manera que quedan encarados con las bobinas de los carros 70.

En este ejemplo, los medios elásticos de fijación 60 están formados por una pluralidad de unidades elásticas de fijación 61, cada una de las cuales incluyendo pieza de material elastómero.

Cada unidad elástica de fijación es substancialmente un paralelepípedo rectángulo comprimido en la dirección de un eje principal de trabajo 82, que en este ejemplo está inclinado respecto a la dirección radial, aunque también se contempla que sea paralelo a dicha dirección radial.

Cada unidad elástica de fijación incluirá una superficie de trabajo perpendicular y centrada respecto al eje principal de trabajo 82.

Cada una de las unidades elásticas de fijación 61 está fijada al bastidor 20, por un lado, y al carro 70, por otro lado, de manera que la superficie principal de trabajo está orientada hacia el carro 70. De esta manera cada unidad elástica de fijación 60 ejerce una fuerza que tiende a desplazar el carro 70 en una dirección radial hacia afuera. Por lo tanto, esta fuerza tiende a comprimir las ruedas 42 contra los carriles 41 , asegurando así un contacto permanente entre ambos. De esta manera, la distancia entre los segundos medios generadores 52 fijados en los carros 70 y los primeros medios generadores 51 queda substancialmente independizado del soporte de dichos carros. En particular, desviaciones dimensionales del soporte de los carros (por tolerancias de fabricación y/o por deformaciones debidas a esfuerzos) no afectarán a la distancia de entrehierro 53, que viene determinada sustancialmente únicamente por las dimensiones, tolerancias y eventuales deformaciones de los carros 70, las ruedas 42 y los carriles 41. La presencia de estos medios elásticos de fijación 60 permiten modificar elásticamente la distancia en dirección radial entre el eje de giro 80 y las bobinas, por lo que esta distancia puede variar respecto de su valor nominal sin que ello influya en la distancia de entrehierro 53.

En la zona de unión entre la góndola 2 y la torre 1 hay un sistema de orientación 3 que permite la orientación de la góndola 2 hacia el viento.

En la Fig. 5 puede verse la realización en la que las unidades elásticas de fijación 61 están inclinadas, con el eje principal de trabajo 82 forma un ángulo no nulo con un plano formado por una dirección radial que pasa por el centro de la superficie principal de trabajo (que, en la Fig. 5 sería una línea vertical contenida en el papel) y su correspondiente dirección tangencial (que, en la Fig. 5 sería una línea que sale perpendicularmente del papel). Asimismo, las unidades elásticas de fijación 61 están inclinadas respecto de un plano formado por una dirección radial que pasa por el centro de la superficie principal de trabajo y la dirección axial (ver Fig. 26).

Las unidades elásticas de fijación 61 comprenden unos útiles de pretensado, de manera las piezas de material elastómero están pre-comprimidas. Así se garantiza que las piezas de material elastómero ejercen la fuerza de compresión requerida incluso en aquellos casos en los que las tolerancias y deformaciones tiendan a separar las ruedas 42 de los carriles 41 (ver Figs. 11 y 12).

Según una realización, mostrada en las Fig. 1 a 10, cada carril está dotado de una superficie de rodadura o de deslizamiento cuya sección transversal está inclinada respecto a la dirección axial, proporcionando una superficie de rodadura o deslizamiento con una geometría general troncocónica. Al ser los dos carriles simétricos, ambas superficies de rodadura o de deslizamiento con convergentes o divergentes y proporcionan un centrado de los segundos medios de guiado en la dirección axial.

En esta realización, al menos algunas de las ruedas 42 podrán ser primeras ruedas 42a que ruedan sobre el primer carril 41 y cuyo eje de rodadura 81 está inclinado respecto a la dirección axial, y algunas de las ruedas 42 podrán ser segundas ruedas 42b que ruedan sobre el segundo carril 41 y cuyo eje de rodadura 81 está inclinado respecto a la dirección axial, de forma simétrica a las primeras ruedas, las primeras y segundas ruedas proporcionando un centrado en la dirección axial.

Según otra realización, mostrada en las Fig. 13 a 20, los carriles 41 están dotado de una superficie de rodadura o de deslizamiento cuya sección transversal es paralela a la dirección axial, y sobre los que ruedan las ruedas 42 de los segundos medios de guiado 32 cuyo eje de rodadura 81 es paralelo a la dirección axial. En este caso el centrado en la dirección axial se obtiene mediante unos terceros medios de guiado 33 y unos cuartos medios de guiado 34.

Los terceros medios de guiado 33 y los cuartos medios de guiado 34, están fijados uno al bastidor 20 y otro al buje 10, siendo los terceros medios de guiado 33 y los cuartos medios de guiado 34 paralelos, coaxiales con el eje de giro 80, y complementarios para un centrado en la dirección axial del buje 10 respecto al bastidor 20. Por lo tanto, los terceros medios de guiado 33 pueden estar fijados al bastidor 20, en cuyo caso los cuartos medios de guiado 34 estarán fijados al buje 10, o por el contrario los terceros medios de guiado 33 pueden estar fijados al buje 10, en cuyo caso los cuartos medios de guiado 34 estarán fijados al bastidor 20.

Los terceros medios de guiado 33 podrán ser carriles 41 y los cuartos medios de guiado 34 podrán ser una pluralidad de ruedas 42 o patines que se desplazan o deslizan sobre dichos carriles 41. Típicamente dichas ruedas girarán en torno a un eje de rodadura paralelo a la dirección radial.

Según otra realización de la invención, los carros 70 comprenden unas juntas dinámicas 90 que aíslan el espacio del entrehierro del exterior, evitando la entrada de partículas extrañas, polvo (en particular, polvo metálico), etc. Dichas juntas dinámicas 90 constan de unas pletinas o escobillas fijadas a los carros 70 y con un extremo en contacto con una superficie anular complementaria, deslizándose una zona de contacto de dichas pletinas o escobillas sobre la superficie anular durante el giro del rotor respecto al estator, preferiblemente ejerciendo cierta presión, garantizando así un sellado del entrehierro frente a polvo y partículas.

La Fig. 11 es un gráfico que refleja una situación de deformación extrema de la parte del generador conectada al buje 10. En el eje de abscisas viene representada una revolución completa del generador en grados y en el eje de ordenadas se muestran desplazamientos en mm. La curva superior del gráfico muestra la variación de la distancia de entrehierro real a lo largo de una revolución, dicha distancia fluctuando ligeramente por encima y por debajo de la distancia de entrehierro nominal de 7 mm. Las curvas inferiores del gráfico muestran la variación de la posición del rotor y del estator respecto a su posición teórica, en la dirección radial, a lo largo de una revolución, respecto a una posición de referencia de valor 0. La diferencia entre ambas curvas de posición del rotor y del estator se corresponde con la variación del entrehierro 53, que se minimiza gracias al empleo de los medios elásticos de fijación 60. Entre las dos curvas del gráfico se muestra, de forma exagerada, un esquema de las deformaciones que experimenta el rotor en una vista frontal del rotor y el estator.

La Fig. 12 es un gráfico que refleja una situación de carga extrema del aerogenerador. En el eje de abscisas viene representada una revolución completa del generador en grados y el eje de ordenadas muestra las fuerzas de los carros en miles de Newtons. La curva de forma más irregular muestra los niveles de fuerza en las ruedas sin el uso de unidades elásticas de fijación 61 mientras que la curva sinusoidal muestra los niveles de fuerza en las ruedas 42 al incorporar unidades elásticas de fijación 61 pretensadas entre los carros 70 y el bastidor 20. El uso de unidades elásticas de fijación 61 pretensadas permite tanto evitar picos de cargas en las ruedas 42 como que se pierdan la fuerza de pretensión y con ello el contacto de las ruedas 42 con los carriles 41, como se aprecia que sucede en la curva irregular cuando alcanza el valor 0.

En las Figs. 13 a 21 se muestra otra forma de realización de un aerogenerador de acuerdo con la invención. Este aerogenerador comprende una pluralidad de elementos comunes con el de las Figs. 1 a 10, que han sido referenciados con los mismos números. Las diferencias más significativas entre esta forma de realización y la anterior son las siguientes:

- en esta forma de realización el buje 10 define un espacio interno 30 dispuesto alrededor del del eje de giro 80 en la zona donde se cortan los ejes longitudinales de las palas 11. En este espacio interno 30 se alojan los elementos principales del generador eléctrico (del estátor y del rotor), en particular los primeros medios generadores eléctrica 51 (las bobinas) y los segundos medios generadores eléctrica 52 (los imanes). También quedan alojados en el espacio interior los primeros medios de guiado 31 (los carros 70), los segundos medios de guiado 32 (los carriles 41) y los medios elásticos de fijación 60. De esta manera se obtiene un aerogenerador con un diseño mucho más compacto, con el consiguiente ahorro en peso y en coste.

Las ruedas 42 de los carros 70 tienen su eje de rodadura 81 paralelo a la dirección axial. Adicionalmente, podrá haber un segundo grupo de ruedas 42, correspondientes a los cuartos medios de guiado 34, que están fijadas directamente al estátor mediante un soporte 32 y que tienen su eje de rodadura 81 perpendicular a la dirección axial. Las ruedas 42 de este segundo grupo pueden ser ajustadas radialmente de forma independiente y de una forma particularmente rígida, con lo que se evitan giros del rotor en el plano perpendicular al eje de giro 80 y desplazamientos en la dirección del eje de giro 80.