CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a un aerogenerador accionado directamente y, en particular, al generador de un aerogenerador accionado directamente.

ANTECEDENTES Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de orientación mediante los que se gira la góndola, varios controladores y un freno. El rotor soporta varias palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado - directamente o a través de un dispositivo de multiplicación- un generador eléctrico. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la energía del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.

Se conocen en la técnica tres conceptos básicos de trenes de potencia de aerogeneradores sin multiplicadoras.

En el primer concepto básico el generador está posicionado entre el rotor y la estructura de soporte. US 7,084,522 (ver Fig. 1) describe un ejemplo. Uno de sus problemas es que el entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador está influenciado por las cargas del rotor. Los momentos de rotación y vuelco del rotor ocasionan deflexiones en el eje principal lo que produce un acercamiento el rotor del generador al estator del generador. En el segundo concepto básico el generador está posicionado delante del rotor. DE 102004020929 (ver Fig. 2) describe un ejemplo. El entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador está menos influenciado por las cargas de rotor ya que tanto el estator del generador como el rotor del generador se mueven conjuntamente con las deflexiones del eje principal. Pero el juego interno en los cojinetes principales ocasiona variaciones del entrehierro debidas a las cargas del rotor.

En el tercer concepto básico el generador está posicionado detrás de la torre y conectado al rotor por un eje principal. WO 01/94779 (ver Fig. 3) describe un ejemplo. Un problema de este concepto es que el eje principal puede flectar ante grandes cargas del rotor causando variaciones en el entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador.

Las soluciones propuestas en la técnica anterior están basadas en la incorporación de medios específicos para evitar o limitar las variaciones del entrehierro del generador, del tipo de cojinetes adicionales o entrehierros incrementados con la consiguiente reducción de eficiencia, que aumentan la complejidad y coste del aerogenerador.

La presente invención está orientada a la eliminación del riesgo de un colapso del entrehierro, manteniendo la eficiencia o minimizando las pérdidas de un aerogenerador accionado directamente sin necesidad de ningún medio específico para evitar variaciones del entrehierro del generador.

SUMARIO DE LA INVENCION Es un objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador altamente eficiente.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador capaz de afrontar deflexiones del buje del rotor y/o del eje principal.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aerogenerador accionado directamente con un generador que permite reducir su coste. Estos y otros objetivos se consiguen proporcionando un aerogenerador comprendiendo una torre, una estructura de soporte montada sobre la torre, un tren de potencia incluyendo un generador que está accionado directamente por un rotor eólico, comprendiendo un buje de rotor y al menos una pala, soportado por un eje principal rotatorio o no rotatorio unido a la estructura de soporte por al menos un cojinete, estando el rotor del generador unido rígidamente al buje de rotor y el estator del generador unido rígidamente al eje principal, en el que el rotor del generador y el estator del generador están configurados con una distancia variable predeterminada del entrehierro entre ellos, a lo largo de al menos parte de su longitud, apropiada para compensar modificaciones de la distancia del entrehierro debidas a fuerzas internas y externas actuantes sobre el generador y el buje del rotor, de manera que pueda mantenerse una distribución aceptable para el funcionamiento del generador en cualquier situación operacional.

En una realización preferente, el generador está posicionado aguas arriba del buje del rotor. Se consigue con ello un generador altamente eficiente para una configuración de un aerogenerador accionado directamente que está sujeto a deflexiones significativas del buje del rotor.

En otra realización preferente, el generador está posicionado aguas abajo el buje del rotor. Se consigue con ello un generador altamente eficiente para una configuración de un aerogenerador accionado directamente que está sujeto a deflexiones significativas del buje del rotor/eje principal.

En otra realización preferente, el generador es un generador de imanes permanentes. Se consigue con ello una configuración optimizada de un generador de imanes permanentes para un aerogenerador accionado directamente.

En otra realización preferente, el generador es un generador de inducción. Se consigue con ello una configuración optimizada de un generador de inducción para un aerogenerador accionado directamente.

En otra realización preferente la configuración del rotor exterior/interior del generador y/o del estator interior/exterior del generador incluye una sección no cilindrica a lo largo de al menos una parte de la longitud del generador para crear una distancia variable del entrehierro con una correspondiente sección cilindrica o no cilindrica, orientada en sentido contrario, del estator del generador y/o el rotor del generador, estando definidas dichas secciones teniendo en cuanta las deflexiones esperadas del buje del rotor/eje principal con formas tales como una forma lineal, una forma siguiendo una curva progresiva, una forma de escalones lineales, una forma de escalones siguiendo una curva progresiva o una combinación de una forma de escalones lineales y una forma de escalones siguiendo una curva progresiva

Se consiguen con ello configuraciones del generador apropiadas para implementar diferentes distribuciones predeterminadas de la distancia del entrehierro.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas y no limitativas de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figuras 1 , 2, 3 tomadas, respectivamente, de US 7,084,522, DE 102004020929 y WO 01/94779 ilustran los tres conceptos básicos conocidos de aerogeneradores sin multiplicadora.

La Figura 4a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador conocido en la técnica accionado directamente con el generador situado aguas arriba del rotor y la Figura 4b es una vista esquemática ilustrando una situación de colapso del entrehierro causada por una deflexión del rotor.

La Figura 5a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención con el generador situado aguas arriba del rotor y la Figura 5b es una vista esquemática ¡lustrando una situación de una deflexión extrema del rotor.

La Figura 6a es una vista esquemática lateral de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención con el generador situado aguas abajo del rotor y la Figura 6b es una vista esquemática ilustrando una situación de una deflexión extrema del rotor. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Esta invención se refiere a un tren de potencia accionado directamente de un aerogenerador con el generador situado aguas arriba o aguas abajo del buje del rotor.

Siguiendo la Figura 4a puede verse un aerogenerador con el generador situado delante (aguas arriba) del buje del rotor, comprendiendo una torre 11 soportando medios ubicados en el interior de una góndola (no mostrada) para convertir la energía rotacional del rotor eólico 15 en energía eléctrica por medio del generador 41. El rotor eólico 15 comprende un buje de rotor 17 y, típicamente, tres palas 19. El buje del rotor 17 está dispuesto sobre dos cojinetes principales 21 , 23, estando situado el primer cojinete 21 cerca de la parte frontal del buje del rotor y el segundo cojinete 23 cerca de la parte trasera del buje del rotor. Ambos cojinetes 21 , 23 están posicionados sobre un eje principal no-rotatorio 29 conectado con la estructura de soporte 13 del aerogenerador. El generador 41 del aerogenerador está situado delante del buje del rotor 17. El estator 43 del generador está conectado al eje principal no- rotatorio 29 y el rotor 45 del generador está conectado al buje del rotor 17.

En este aerogenerador, la eficiencia del generador está influenciada por, entre otros parámetros, la distancia del entrehierro 44 (la distancia entre el estator del generador 43 y el rotor del generador 45) y por el margen necesario para evitar una colisión entre rotor y estator.

La distancia del entrehierro 44 debe mantenerse pequeña para asegurar la eficiencia del generador. Si se incrementa la distancia del entrehierro 44 el campo magnético se debilita y una hipotética compensación añadiendo material magnético aumentaría los costes del generador.

En ausencia de medios específicos para su control, la distancia del entrehierro 44 puede llegar a desaparecer en su extremo más alejado como consecuencia de una deflexión del buje del rotor 17 como puede verse en la Figura 4b. Como ya hemos mencionado, la técnica anterior muestra configuraciones de generador con una distancia del entrehierro 44 uniforme a lo largo de toda la longitud del generador e incorpora medios específicos para evitar o al menos limitar variaciones de la distancia del entrehierro 44.

Según una realización preferente de la presente invención, como se muestra en la Figura 5a, el generador 41 está configurado con una distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 que está preparada para afrontar las deflexiones del buje del rotor 17 como se muestra en la Figura 5b.

Esta distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 depende de la deflexión esperada del buje del rotor 17 que es debida a deformaciones de los cojinetes 21 , 23 y que resulta típicamente en una menor deformación de la distancia del entrehierro 44 en su extremo próximo al cojinete 21 y en una mayor deformación de la distancia del entrehierro 44 en su extremo lejano.

La eficiencia del generador se incrementa en el área con una pequeña distancia del entrehierro y se decremento en el área con una gran distancia del entrehierro y en conjunto la eficiencia del generador puede ser similar a la de una configuración de generador con una distribución uniforme de la distancia del entrehierro.

La distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 a lo largo de la longitud del generador se implementa en esta realización combinando una forma cilindrica del rotor del generador 45 con una forma cónica hacia dentro del estator del generador 43 de manera que la distancia del entrehierro aumenta linealmente desde un valor mínimo en el extremo del generador cercano al cojinete 21 hasta un valor máximo en el extremo más alejado del generador. Esta distribución no uniforme se determina teniendo en cuenta las deflexiones esperadas del buje del rotor 17 en todas las situaciones operacionales del aerogenerador para optimizar la eficiencia global del generador.

Las Figuras 6a y 6b ilustran otra realización preferente de la presente invención para un aerogenerador con el generador situado aguas abajo del buje del rotor 17. El buje del rotor 17 está dispuesto sobre dos cojinetes principales 21 , 23, estando situado el primer cojinete 21 cerca de la parte trasera del buje del rotor y el segundo cojinete 23 cerca de la parte frontal del buje del rotor. Ambos cojinetes 21 , 23 están posicionados sobre un eje principal no-rotatorio 29 conectado con la estructura de soporte 13 del aerogenerador. El generador 41 del aerogenerador está situado detrás del buje del rotor 17. El estator 43 del generador está conectado al eje principal no-rotatorio 29 y el rotor 45 del generador está conectado al buje del rotor 17.

El generador 41 está configurado con una distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 que está preparada para afrontar las deflexiones del buje del rotor 17 como se muestra en la Figura 6b.

Esta distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 depende de la deflexión esperada del buje del rotor 17 y resulta típicamente en una menor deformación de la distancia del entrehierro 44 en su extremo próximo al cojinete 21 y en una mayor deformación de la distancia del entrehierro 44 en su extremo lejano.

Similarmente a la realización anterior, la distribución no uniforme de la distancia del entrehierro 44 a lo largo de la longitud del generador se implementa en esta realización combinando una forma cilindrica del rotor del generador 45 con una forma cónica hacia dentro del estator del generador 43 de manera que la distancia del entrehierro 44 aumenta linealmente desde un valor mínimo en el extremo del generador cercano al cojinete 21 hasta un valor máximo en el extremo más alejado del generador. Esta distribución no uniforme se determina teniendo en cuenta las deflexiones esperadas del buje del rotor 17 en todas las situaciones operacionales del aerogenerador para optimizar la eficiencia global del generador.

Las dos realizaciones preferentes que han sido descritas se refieren a un generador 41 configurado con un rotor del generador 45 exterior y un estator del generador 43 interior en las que la distancia variable del entrehierro 44 se implementa por medio de un rotor de generador 45 de forma cilindrica y un estator de generador 43 de forma cónica. En otra realización preferente la distancia variable del entrehierro 44 se implementa por medio de un rotor de generador 45 de forma cónica y un estator de generador 43 de forma cilindrica. En otra realización preferente la distancia variable del entrehierro 44 se implementa por medio de un rotor de generador 45 de forma cónica y un estator de generador 43 de forma cónica.

Como bien comprenderá el experto en la materia, la invención también es aplicable a un generador configurado con un rotor de generador interior y un estator de generador exterior en realizaciones similares para implementar una distancia variable del entrehierro:

- Rotor del generador de forma cilindrica y estator de generador de forma cónica.

- Rotor del generador de forma cónica y estator de generador de forma cilindrica.

- Rotor del generador de forma cónica y estator de generador de forma cónica.

El experto en la materia también entenderá fácilmente que las formas no cilindricas utilizadas para implementar un entrehierro variable entre el rotor del generador 45 y el estator del generador, dependiendo de las deflexiones esperadas del buje del rotor 17 y/o del eje principal, pueden seguir:

- una forma lineal;

- una forma siguiendo una curva progresiva;

- una forma de escalones lineales;

- una forma de escalones siguiendo una curva progresiva;

- una combinación de una forma de escalones lineales y una forma de escalones siguiendo una curva progresiva.

El experto en la materia también entenderá fácilmente que la presente invención es aplicable a varios tipos de generadores y en particular a generadores de ¡manes permanentes y a generadores de inducción.

Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.