CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a un aerogenerador y, en particular, a un aerogenerador con un tren de potencia 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 el aerogenerador, 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 diversas configuraciones de trenes de potencia sin multiplicadoras.

En una de estas configuraciones, la torre está situada entre el buje del rotor y el generador. Un ejemplo de esas configuraciones está descrito en WO 01/94779 A1 en la que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador es un eje dividido en dos partes y soportado por dos unidades de cojinetes. Otro ejemplo se describe en WO 02/33254 A1 en el que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador es un eje principal soportado por dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la torre. En otra de esas configuraciones, el generador, con un rotor y un estator de gran diámetro, está situado entre el buje del rotor y la torre y la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en un eje hueco soportado por cojinetes en un miembro tubular (interior al eje hueco) unido a la estructura de soporte del aerogenerador. Un ejemplo de estas configuraciones se describe en US 2004/0108733 A1 en la que el eje hueco está soportado por medio de un único cojinete que asimismo transmite momentos al miembro tubular. Esta configuración está orientada a la reducción del tamaño y el peso de los elementos del aerogenerador que se montan encima de la torre pero tiene el inconveniente de un mantenimiento costoso, particularmente cuando se necesita desmontar componentes.

DE 102004030929 B3 describe otra configuración en la que el generador está situado aguas arriba del rotor. Se indica que esta configuración supone varias ventajas respecto a las configuraciones con el generador situado entre el buje del rotor y la torre tal como, particularmente, la de permitir el cambio del generador sin desmontar el rotor eólico, reducir las cargas y los riesgos de rayos en el generador y facilitar el acceso al buje del rotor para tareas de mantenimiento. No se conoce sin embargo ninguna implementación comercial porque esta configuración tiene varios problemas.

Uno de ellos se refiere a las conexiones entre generador, rotor y estructura de soporte que no aseguran una transferencia eficiente del par motor y del momento flector estático creado por la masa del generador

Esta invención está orientada a la solución de ese problema. SUMARIO DE LA INVENCION

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico y con una configuración que permita una transferencia eficiente de cargas a la estructura de soporte.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico y con una configuración que permita optimizar el funcionamiento del generador. Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico y con una configuración que facilite el mantenimiento del generador.

Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende una torre, una estructura de soporte montada sobre la torre, un tren de potencia incluyendo un generador de imanes permanentes situado delante del rotor eólico que está accionado directamente por el rotor eólico y una cubierta frontal cubriendo el frente abierto del generador, comprendiendo el rotor eólico un buje de rotor y al menos una pala y estando soportado por un eje hueco no rotatorio unido a la estructura de soporte por medio de al menos un cojinete frontal cercano al generador, estando situado el rotor del generador, que comprende una carcasa de rotor y una placa trasera de rotor, exteriormente al estator y unido rígidamente al frente del buje del rotor, estando el estator del generador, que comprende una carcasa de estator y una placa trasera de estator, unido rígidamente al eje principal.

En una realización preferente, la unión entre el rotor del generador y el buje del rotor se hace atornillando la placa trasera del rotor al frente del buje del rotor con los tornillos montados desde el lado del buje del rotor. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico que aprovecha las ventajas de una configuración abierta del generador con pocos componentes lo que permite una conexión simplificada entre el buje del rotor y el rotor del generador a los efectos de su montaje/desmontaje y de su funcionamiento.

En otra realización preferente, la unión entre el estator del generador y el eje principal se hace atornillando la placa trasera del estator al extremo frontal del eje principal. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico que aprovecha las ventajas de una configuración abierta del generador con pocos componentes lo que permite una conexión simplificada entre el eje principal y el estator del generador a los efectos de su montaje/desmontaje y de su funcionamiento.

En otra realización preferente, la cubierta frontal tiene una toma de aire para usar el aire exterior para refrigerar el generador. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico que aprovecha las ventajas de una configuración abierta del generador para mejorar su refrigeración.

En otra realización preferente, el rotor eólico está soportado por el eje principal por medio de un cojinete de doble hilera de rodillos cónicos próximo al generador y un cojinete de rodillos cilindricos próximo a la estructura de soporte. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico con una configuración de cojinetes que no es sensible a movimientos axiales porque el cojinete de rodillos cilindricos no está fijado en la dirección axial.

En otra realización preferente, el rotor eólico está soportado por el eje principal por medio de un cojinete de una hilera de rodillos cónicos próximo al generador y un cojinete de una hilera de rodillos cónicos próximo a la estructura de soporte. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico con una configuración de cojinetes que permite minimizar el entrehierro entre el rotor del generador y el estator del generador para un rango dimensional medio-alto.

En otra realización preferente, el rotor eólico está soportado por el eje principal por medio únicamente de un cojinete de doble hilera de rodillos cónicos próximo al generador. Se consigue con ello un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico con una configuración de cojinetes simplificada.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con la figura que se acompaña.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un aerogenerador según una primera realización de la presente invención.

La Figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de un aerogenerador según una segunda realización de la presente invención. La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de un aerogenerador según una tercera realización de la presente invención.

5 DESCRIPCION DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERENTES

En la realización preferente mostrada en la Figura 1 el aerogenerador comprende una torre 1 1 soportando, como medio para convertir la energía rotacional del rotor eólico 15 en energía eléctrica, un generador 41 de imanes i o permanentes accionado directamente con los imanes montados en la superficie del rotor del generador y los devanados alrededor de cada uno de los dientes laminados del estator. Toda la producción del generador 41 se procesa y entrega a, usualmente, una red eléctrica por medio de un completo sistema de electrónica de potencia.

15 Los generadores accionados directamente son ventajosos porque eliminan la necesidad de multiplicadora, un componente sujeto a una significativa fatiga acumulada por la carga del par motor y a los costes de mantenimiento asociados. Por otra parte la configuración de imanes permanentes accionados directamente es particularmente ventajosa porque

20 supone una reducción significativa en tamaño, peso y coste comparado con un tren de potencia que lleva un rotor de generador con bobinas.

El rotor eólico 15 comprende un buje de rotor 17 y, típicamente, tres palas (no mostradas en las Figuras). El buje del rotor 17 está situado sobre dos cojinetes 21 , 23, estando situado el primer cojinete 21 , un cojinete de doble

25 hilera de rodillos cónicos, cerca de la parte frontal del buje del rotor 25 y el segundo cojinete 23, un cojinete de rodillos cilindricos, cerca de la parte trasera del buje del rotor 27. Ambos cojinetes 21 , 23 están posicionados sobre un eje principal no-rotatorio 29 conectado con la estructura de soporte 13 del aerogenerador.

30 El generador 41 está situado delante el buje del rotor 17, es decir aguas arriba.

El estator del generador 43 con los devanados está rígidamente conectado al eje principal no-rotatorio 29. La energía producida se conduce a través de cables fijos (no mostrados en la Figura 1 ) montados dentro del eje principal 29.

El rotor del generador 45 con los imanes está unido rígidamente al buje del rotor 17 en un sector del mismo cercano al primer cojinete 21 .

Desde un punto de vista estructural el rotor del generador 45 comprende dos componentes básicos: una carcasa cilindrica 51 y una placa trasera 53. La carcasa cilindrica es el componente en el que se montan los imanes y la placa trasera es el componente unido al rotor eólico 15.

La placa trasera 53 está centrada en un hueco cercado al primer cojinete 21 y se atornilla a la parte frontal del buje del rotor 25 con tornillos (no mostrados en las Figuras) montados desde el lado del buje del rotor 17 porque cuando el generador está montado estos tornillos son los primeros a ser atornillados y, al contrario, cuando el generador se desmonta, estos tornillos son los últimos a ser desatornillados. Esto es importante por razones de seguridad ya que nadie puede permanecer dentro del generador cuando está colgando de una grúa.

Análogamente los componentes del estator del generador 43 son una carcasa cilindrica 55 en la que están montados los devanados y una placa trasera 57 centrada y unida al extremo frontal del eje principal 26. La configuración del estator del generador también incluye placas rigidizadoras (no mostradas en las Figuras) entre la carcasa del estator 55 y la placa trasera 57 para cumplir con los requerimientos resistentes.

La parte frontal 49 del generador 41 es por tanto una parte abierta pero el generador 41 está protegido contra las incidencias atmosféricas por una cubierta frontal 59 unida firmemente al frente del generador. La cubierta frontal 59 puede ser considerada como una parte de la totalidad de la góndola del aerogenerador

(no mostrada en las Figuras). En una realización preferente, la cubierta frontal 59 tiene una toma de aire para finalidades de refrigeración.

Como será fácilmente entendido por el experto en la materia esta configuración abierta del generador tiene varias características relevantes respecto a las configuraciones conocidas de generador:

- Permite una fácil inspección ya que la construcción es menos cerrada su interior más visible. - Tiene menos componentes y por tanto menos requerimientos de mecanización y menos disposiciones atornilladas

- Tiene menos peso debido a la reducción de componentes.

- Tiene un paso más directo de las fuerzas y momentos que van desde el 5 campo magnético a la estructura de soporte.

En la segunda realización mostrada en la Figura 2 el buje del rotor 17 está situado sobre dos cojinetes 21 , 23, estando situado el primer cojinete 21 , un cojinete de una hilera de rodillos cónicos, cerca de la parte frontal del buje del rotor 25 y el segundo cojinete 23, un cojinete de una hilera de rodillos cónicos, i o cerca de la parte trasera del buje del rotor 27.

En la tercera realización mostrada en la Figura 3 el buje del rotor 17 está soportado únicamente por un cojinete de doble hilera de rodillos cónicos 21 situado cerca de la parte frontal del buje del rotor 25.

En todas las realizaciones el entrehierro entre el estator del generador 43

15 y el rotor del generador 45 está menos influenciado por las cargas del rotor eólico que en aerogeneradores con el generador situado detrás del rotor eólico porque tanto el estator del generador 43 como el rotor del generador 45 se mueven conjuntamente con las deflexiones del eje principal 29. Sin embargo las holguras en los cojinetes que soportan el rotor eólico debidas a las cargas del

20 rotor pueden causar variaciones del entrehierro. Consecuentemente pueden considerarse diferentes configuraciones de los cojinetes teniendo en cuenta los distintos tipos de cojinetes.

Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas

25 modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.