ES2378716B2 - Módulo de placa de cubierta de imanes para generadores, disposición, procedimiento de montaje y desmontaje del mismo. - Google Patents

Módulo de placa de cubierta de imanes para generadores, disposición, procedimiento de montaje y desmontaje del mismo. Download PDF

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Abstract

La presente invención describe un módulo de placa de cubierta de imanes para colocar y proteger imanes permanentes individualmente sobre una horquilla de rotor para generadores eólicos de turbina. Dicho módulo de imanes comprende una placa de cubierta de imanes hecha de un material magnético blando para cubrir dichos imanes permanentes individualmente, una placa no magnética está permanentemente fijada a dicha placa de cubierta de imanes, dicha placa no magnética comprende medios para fijar dicho módulo de placa de cubierta de imanes a una superficie externa de dicha horquilla de rotor, siendo dichos medios de fijación amovibles para permitir el montaje y el desmontaje de dicho módulo de placa de cubierta individualmente. Además, un extensor magnético configurado para guiar el flujo magnético y evitar el escape de flujo está dispuesto sobre una superficie interna de la horquilla del rotor. Procedimientos relacionados de montaje, desmontaje y reparación de imanes permanentes también se describen.

Description

MÓDULO DE PLACA DE CUBIERTA DE IMANES PARA GENERADORES, DISPOSICiÓN, PROCEDIMIENTO DE MONTAJE Y DESMONTAJE DEL MISMO
5 CAMPO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a conjuntos o disposiciones de imanes y a procedimientos de montaje o desmontaje para generadores en turbinas eólicas, especialmente imanes permanentes (2) montados sobre una
10 superficie de horquilla (6).
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
15 Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en energía mecánica que se convierte posteriormente en electricidad. Los tamaños siempre en aumento de los niveles de energía de salida necesarios " resultan en un tamaño aumentado de los componentes de las turbinas eólicas, que finalmente hacen que se requieran procedimientos de fabricación
" o '" ~ 1\1 ..
2 o complicados y costosos. Son necesarios sistemas robustos. Además, las horquillas (6) del rotor de las turbinas eólicas deben rotar a una velocidad siempre en aumento. Esto resulta necesariamente en fuerzas centrífugas aumentadas para dichos imanes permanentes y la necesidad de anclaje, fijación y retención de los imanes firmemente sobre dicha horquilla (6).
25 Los procedimientos convencionales de montaje o desmontaje de imanes se basan en el montaje de las unidades magnéticamente directamente sobre las horquillas (6) del rotor o estatores. Los soportes de las horquillas (6) del rotor y el imán del estator son generalmente de sección transversal circular
o curvada. El montaje de los imanes permanentes individuales sobre las
3 o superficies del eje curvado habitualmente requiere estaciones de trabajo dedicadas, e intrínsicamente consume tiempo. Esto resulta en una baja eficiencia en términos de tiempo y capacidad de montaje. Además, la fijación de dichos imanes sobre una superficie curvada, o concretamente una superficie que tiene una curvatura, también complica una fijación firme,
35 permanente y estable. La técnica anterior incluye la solicitud de patente japonesa publicada JP-2009-171736 que describe una placa de cubierta donde los imanes permanentes están insertados en posiciones regulares una superficie del rotor de un motor. Dicha placa de cubierta constituye una capa que cubre varios imanes al mismo tiempo.
5 El documento publicado DE102005048731 describe una horquilla laminada con salientes de retención alineados radialmente. Dichos salientes sujetan las porciones de extremo de los imanes permanentes.
Además, la patente US2006220483 describe capas y separadores flexibles que proporcionan tensión mecánica entre una disposición de imanes 10 permanentes sobre un rotor. La patente IT8467083 describe imanes permanentes que tienen orificios para pernos fijados y roscados sobre el rotor. Además, las soluciones convencionales encontradas en la técnica anterior incluyen el uso de resinas de unión y otros materiales entre la
o'"
15 superficie de la horquilla y el imán permanente. Un objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto de imán que proporciona una operación de fácil montaje y también un procedimiento de montaje y desmontaje para reparación y un procedimiento de reparación que sea rápido, barato y preciso.
20 Otro objeto es proporciona un conjunto modular donde los imanes permanentes se puedan reemplazar individualmente. Otro objeto es proporcionar un procedimiento de reemplazo de imanes individuales que no requiera el desmontaje del eje del rotor o la horquilla del generador.
25 Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento y una disposición que pueda aumentar la precisión o exactitud de los imanes montados. El posicionamiento regular de las unidades de imanes es importante para el posterior rendimiento eléctrico y electromagnético sobre los rotores y estatores. Así, se puede conseguir un
3 o tiempo de montaje reducido u optimizado y se puede disminuir el esfuerzo en mano de obra y costes. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento y una disposición simples capaces de hacer estaciones de trabajo dedicadas redundantes y así también capaces de ahorrar capacidad
35 de montaje. Otro objeto es proporcionar una disposición que no perjudique o disminuya las propiedades de flujo magnético del circuito magnético, que guíe el flujo magnético a confinar en el circuito magnético o electromagnético deseado y así evitar fugas magnéticas.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
La presente invención soluciona por lo menos uno de los objetos o problemas de la técnica anterior. Los imanes permanentes (2) pueden ser de 10 cualquier tipo, en particular los hechos de neodimio, samario o materiales terrestres raros. La presente invención describe un módulo de placa de cubierta de imanes (1, 4) para posicionar y proteger los imanes permanentes
(2) individualmente sobre una horquilla del rotor (6) en un generador de turbina eólica, comprendiendo dicho módulo de placa de cubierta de los .
H
15 imanes (1, 4) una placa de cubierta de imanes (1) hecha de un material magnético blando configurada para cubrir dichos imanes permanentes (2) individualmente, en el que una placa no magnética (4) está fijada de manera permanente a dicha placa de cubierta de imanes (1), en el que dicha placa no magnética (4) comprende medios para fijar dicho módulo de placa de cubierta
20 de los imanes (1, 4) a una superficie externa (9) de dicha horquilla del rotor, siendo dichos medios de fijación amovibles para permitir el montaje y el desmontaje de dicho módulo de placa de cubierta (1,4) individualmente. Particularmente ventajosa es una disposición para una horquilla del rotor (6) que utiliza dicho módulo de placa de cubierta de los imanes (1, 4).
25 Muestra además un extensor magnético (3) configurado para guiar el flujo magnético del generador de la turbina eólica, en el que dicho extensor magnético (3) está fijado a una superficie interna (8) de la horquilla del rotor (6). Otra realización tiene una disposición para la horquilla del rotor (6)
3 O en la que el extensor magnético (3) está fijado en la superficie interna (8) de la horquilla (6) simétricamente alrededor de un primer eje (A), en el que dicho primer eje (A) está definido por una dirección radial de la forma cilíndrica conjunta de la horquilla, atravesando dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6) a través de unos primeros (7) y segundos (11) orificios
35 seleccionados. Otra realización tiene por lo menos dos extensores magnéticos (3)
dispuestos simétricamente alrededor de un segundo eje (B), estando definido dicho segundo eje lB) por una dirección radial de la forma cilíndrica de la horquilla, atravesando dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6) a través del centro de la anchura (W) de la cubierta del imán. Preferiblemente, 5 se utilizan pernos que son capaces de introducirse a través de los primeros (7)
o segundos (11) orificios de la horquilla (6) y se pueden fijar o enroscar sobre los mismos. La disposición puede hacerse de varios módulos, a saber, por lo
menos dos módulos de placa de cubierta de imanes (1, 4) colocados uno al 10 lado del otro sobre la superficie de la horquilla del rotor (9). Dicha disposición
0"
puede parecerse así a un mosaico o a una superficie completamente cubierta con baldosas, concretamente el número de módulos de placa de cubierta de imanes (1, 4) colocados uno al lado del otro es tal que cubren toda la superficie externa (8) sobre la horquilla del rotor.
15 La presente invención también describe un procedimiento de .'.: ,', o montaje de imanes permanentes (2) individualmente sobre una horquilla del rotor (6) para un generador de turbina eólica que comprende las etapas de colocar un imán permanente individual (2) sobre una superficie externa (9) de una horquilla de rotor, colocar el módulo de placa de cubierta del imán
. .
',0>10 ..... "
20 permanente (1, 4) sobre dicho imán permanente (2), alinear unos segundos orificios (11) sobre la placa no magnética (4) con al menos dichos primeros orificios (7) de la horquilla del rotor (6), y fijar el módulo de placa de cubierta del imán permanente (1,4) sobre la horquilla del rotor (6). Otra realización también muestra la fijación de un extensor
25 magnético (3) sobre la superficie interna (8) de dicha horquilla del rotor (6)
..... "0
para minimizar el escape de flujo cuando el rotor está en funcionamiento.
Además, la presente invención no está solamente limitada a un procedimiento de montaje. Realizaciones de la presente invención describen un procedimiento de desmontaje de módulos, especialmente para trabajos de
3 O reparación o mantenimiento sobre imanes individuales. Dicho procedimiento comprende las etapas de acceder a una sección de la superficie de la horquilla del rotor (9), y separar por lo menos un módulo de placa de cubierta del imán permanente (1, 4) individualmente de la superficie de la horquilla del rotor. Dicho procedimiento puede tener la etapa adicional de separar
35 individualmente por lo menos un extensor magnético (3) sobre la superficie interna (8) de dicha horquilla del rotor.
FIGURAS
La Figura 1 muestra una realización preferida con un módulo de 5 placa de cubierta (1, 4) montado sobre la superficie externa (9) de una horquilla
(6) y que tiene un extensor magnético (3).
La Figura 2 muestra una vista isométrica que muestra la disposición de una pluralidad de orificios (7) sobre una horquilla (6) para la fijación de los módulos de placa de cubierta individuales (1,4).
10 La Figura 3 muestra el flujo magnético aumentado del circuito
."'<
magnético resultante y dos extensores magnéticos consecutivos (3) montados
sobre la superficie interna (8) de una horquilla del rotor (6).
15 DESCRIPCION DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La Figura 1 y la Figura 2 muestran diferentes realizaciones de la " presente invención. Una placa no magnética (4) está permanentemente unida a una placa de cubierta de imanes (1). Está preferentemente dispuesta en un
20 lado de la placa de cubierta de imanes (1), donde dicho lado puede ser el lado longitudinal (L) de la placa de cubierta de imanes. Dicha unión permanente se consigue preferentemente mediante soldadura, encolado, unión u otros medios de fijación adecuados. La placa no magnética (4) comprende medios para fijar dicha
25 placa no magnética (4) sobre una superficie externa (9) de una horquilla (6), preferentemente estos medios de fijación son unos segundos orificios (11) que corresponden a unos primeros orificios (7) sobre la horquilla. Pueden introducirse pernos con tornillos a través de los primeros (7) y segundos (11) orificios. La parte roscada de un perno puede atornillarse directamente sobre
3 O las correspondientes partes roscadas en los primeros (7) o segundos (8) orificios. Alternativamente, el perno puede fijarse mediante una tuerca. La superficie externa (9) de una horquilla (6) debe entenderse como la superficie que encarada con el estator, bobinas o serpentines del estator. De hecho, la forma tridimensional global de un rotor es sustancialmente
35 un cilindro. La superficie interna (8) de una horquilla (6) se entiende como la superficie encarada con el eje de dicho cilindro en su dirección radial.
El número y posición de dichos primeros orificios (7) y dichos
segundos orificios (11) se selecciona para proporcionar un agarre y una
estabilidad mecánica suficientes durante todas las operaciones del rotor y/o los
diferentes regímenes de velocidad, las diferentes cargas eléctricas y
5
magnéticas, así como para prever circunstancias de desgaste y desgarro,
expectativas de vida útil y condiciones ambientales de campo.
El número de segundos orificios (11) puede ser entre 1 y 12,
preferentemente entre 2 y 9, Y preferentemente 7. Dichos intervalos han
mostrado que proporcionan una compensación óptima entre el agarre mecánico
10
y la complejidad del sistema.
El número de segundos orificios (11) no necesariamente se
corresponde con los primeros orificios (7) en la horquilla. De hecho, como los
segundos orificios (11) están dispuestos a intervalos separados regulares (1) y
éstos pueden atornillarse con pernos u otros medios de fijación a la horquilla
15
(6), no es necesario utilizar todos los primeros orificios (7) en la horquilla.
Estas disposiciones proporcionan flexibilidad al sistema. El
número de segundos orificios (11) se selecciona ventajosamente para"
minimizar la perturbación de las propiedades magnéticas del rotor o una fuga
de flujo magnético, ahorrar peso en el lado del rotor e incluso lograr un agarre
2 O
suficiente para las operaciones del rotor sin módulos de placa de cubierta de
imanes (1), aflojándose o separándose durante la operación.
La disposición de perno y orificio pueden ser avellanada. Las
dimensiones preferidas para los pernos son M8 x 40, donde M significa métrico
y los valores son el diámetro del perno y la longitud en milímetros,
25
respectivamente.
Las secciones transversales de los orificios avellanados pueden
mostrar varios ángulos achaflanados, preferentemente entre 60 grados y 120
grados.
Un extensor magnético (3) está convenientemente fijado a la
3 O
superficie interna (8) de la horquilla. El término extensor magnético (3) debe
entenderse como cualquier módulo o parte hecha de materiales magnéticos
blandos que ayudan en el guiado del flujo magnético y/o otros parámetros
magnéticos de interés para permanecer dentro de los límites de un circuito
magnético predeterminado. Dicho extensor magnético (3) ayuda así a evitar
35
pérdidas magnéticas o fugas de flujo. Puede hacerse de cualquier material
magnético blando, en particular de hierro magnético blando. Dicho hierro
especialmente simple de fabricar y fácil de colocar y fijar. Sin embargo, otras formas y secciones transversales son posibles, ya sean truncadas o no truncadas. Se pueden instalar extensores magnéticos (3) que tengan polígonos cuadriláteros o de cuatro lados. Otras secciones transversales adecuadas
HO
15 incluyen heptágonos, hexágonos y otros polígonos que tienen siete o más lados. La forma del extensor magnético, sin embargo, no está limitada a polígonos y pueden usarse igualmente formas de sección transversal curvada. La colocación adecuada del extensor magnético (3) en la superficie interior (8) de la horquilla proporciona propiedades magnéticas
2 o óptimas del generador eólico. Su sección transversal está preferentemente colocada de forma simétrica respecto al eje (A) definido por la dirección de inserción de los pernos, que coincide con la dirección radial del cilindro de la horquilla, tal como se muestra en la Figura 1. Así, el posicionamiento de dicho " extensor magnético (3) puede centrarse en el eje (A).
25 La figura 2 muestra una serie de primeros orificios (7) dispuestos a intervalos regulares (1) a lo largo de la dirección longitudinal (L). Estos también pueden disponerse en otros intervalos regulares a lo largo de la dirección perimetral de dicho cilindro. Aunque no se ha dibujado expresamente en la figura 2, dos o más
3 o módulos de placa de cubierta de imanes (1) con sus placas no magnéticas fijadas (5) se pueden colocar uno al lado del otro. Éstos pueden cubrir la totalidad del área alrededor de la superficie externa de la horquilla (9) y formar así un mosaico lleno o una estructura modular.
Es de esta forma que la manipulación de los imanes permanentes 35 (2) durante cualquier operación de montaje, reparación o mantenimiento resulta muy mejorada. El número de imanes permanentes (2) montados puede
-9 -
seleccionarse en cualquier momento, el trabajo de reparación puede realizarse
en una única placa de cubierta de imanes permanente (1) sin desmontar o
retirar otros módulos.
Además, la posición de dos o más extensores magnéticos (3)
5
colocados en dos ejes consecutivos (A) pertenecientes a dos placas no
magnéticas consecutivas (4) puede igualmente cubrir la superficie interna
completa (8) de la horquilla (6).
El número de extensores magnéticos (3) también es modular. Una
realización muestra que éstos pueden cubrir la superficie interna completa (8)
10
de la horquilla. Dichos extensores magnéticos pueden retirarse individualmente,
si fuera necesarios trabajo de mantenimiento o reparación.
La figura 3 muestra las propiedades magnéticas de la disposición
del rotor cuando está en combinación con el estator (10) del generador eólico.
El flujo magnético está representado mediante líneas en el dibujo, que cruza los
15
imanes y las partes magnéticas blandas. Dichas líneas están dirigidas por el
extensor magnético (3) para formar un circuito magnético que muestra bajas
pérdidas. La fuga de flujo se minimiza guiando dicho flujo a través del extensor
magnético (3).
La figura 3 muestra además una colocación preferida de dos
2 o
extensores magnéticos diferentes consecutivos (3). Estos dos extensores
magnéticos consecutivos (3) están cercanos entre sí o en contacto. Muestran
además una disposición simétrica alrededor de un eje (B), donde dicho eje (B)
está definido por el eje radial de la sección transversal del imán permanente (2),
tal como se muestra en la Figura 3.
25
Los primeros (7) y segundos (11) orificios pueden ventajosamente
ser orificios pasantes y cooperar con unos terceros orificios correspondientes
realizados sobre una superficie del extensor magnético (3). Estos terceros
orificios pueden ser taladrados o perforados y estar provistos de una parte
roscada para fijarse al perno. Dicho perno y orificio con una parte roscada es
3 o
una disposición particularmente simple que no requiere ningún uso extra de
adhesivos.
Por lo tanto, la retirada de los medios de fijación o pernos de un
módulo sobre la superficie externa de la horquilla (9) preferentemente significa
la retirada de un extensor magnético (3) colocado sobre la superficie lateral
35
interna (8) de la horquilla.
Las realizaciones mostradas por las figuras no limitan de ninguna
manera. La presente invención está definida por el alcance de las reivindicaciones.
Nº solicitud31/10/2013F.OEPM31/10/2013F.Efectiva

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Módulo de placa de cubierta de imanes (1, 4) para colocar y proteger imanes permanentes (2) individualmente sobre una horquilla de un rotor (6) en un generador de turbina eólicas, comprendiendo dicho módulo de placa de cubierta de imanes (1,4):
    -
    una placa de cubierta de imanes (1) hecha de un material magnético blando configurado para cubrir dichos imanes permanentes (2) individualmente;
    caracterizado por
    -
    una placa no magnética (4) permanentemente fijada a dicha placa de cubierta de imanes (1), en el que dicha placa no magnética (4) comprende medios para fijar dicho módulo de placa de cubierta de imanes (1, 4), concretamente en el lado longitudinal (L) de la placa de cubierta de imanes (1), en una superficie externa (9) de dicha horquilla del rotor;
    -
    dichos medios de fijación son amovibles para permitir el montaje y el desmontaje de dicho módulo de placa de cubierta (1, 4) individualmente
    -
    dichos medios de fijación de la placa no magnética (4) son unos segundos orificios (11) adaptados para corresponder con unos primeros orificios (7) de la horquilla del rotor.
  2. 2. Disposición para una horquilla de rotor (6), que comprende: -un módulo de placa de cubierta de imanes (1, 4) según la reivindicación 1; -un extensor magnético (3) configurado para guiar el flujo magnético del generador de turbina eólica, en el que
    -
    dicho extensor magnético (3) está fijado a una superficie interna (8) de la horquilla del rotor (6) de manera simétrica alrededor de un primer eje (A);
    estando definido dicho primer eje (A) mediante una dirección radial de la forma cilíndrica conjunta de la horquilla, atravesando dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6) a través de üOOS los primeros
    (7) y segundos (11) orificios seleccionados
    estando los primeros orificios (7) realizados sobre la superficie exterior (6) de la horquilla (9), mientras que los segundos orificios (11) están realizados sobre la placa no magnética (4).
  3. 3. Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 2, en la que
    -
    el extensor magnético (3) tiene una sección transversal que tiene una forma bidimensional de un polígono.
  4. 4.
    Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 3, en la que dicho polígono es substancialmente un triángulo truncado.
  5. 5.
    Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 2 , que tiene por lo menos dos extensores magnéticos (3) dispuestos simétricamente alrededor de un segundo eje (B);
    estando definido dicho segundo eje (B) mediante una dirección radial de la forma cilíndrica de la horquilla, atravesando dicha dirección radial la superficie de la horquilla (6) a través del centro de la anchura de la cubierta de imán (yV).
  6. 6.
    Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 5, que comprende
    -
    pernos capaces de introducirse en los primeros (7) o los segundos (11) orificios de la horquilla (6) y fijarse o enroscarse en los mismos.
  7. 7. Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 2, que comprende
    -
    por lo menos dos módulos de placa de cubierta (1, 4) situados uno al lado del otro sobre la superficie de la horquilla del rotor (9).
  8. 8. Disposición para una horquilla de rotor (6) según la reivindicación 7, que comprende
    -
    una pluralidad de módulos de placa de cubierta de imanes (1, 4) situados uno al lado del otro de manera que cubren toda la superficie externa (8) sobre la horquilla del rotor.
  9. 9. Procedimiento para el montaje de imanes permanentes (2) individualmente sobre una horquilla de rotor (6) para un generador de turbina eólica, que comprende las etapas de:
    -
    colocar individualmente por lo menos un imán permanente (2) sobre una superficie externa (9) de una horquilla de rotor;
    -
    colocar individualmente por lo menos un módulo de placa de cubierta de imanes permanente (1, 4) sobre dichos imanes permanentes individuales (2);
    -
    alinear unos segundos orificios (11) sobre la placa no magnética (4) con al menos dichos primeros orificios (7) de la horquilla del rotor (6);
    -
    fijar el módulo de placa de cubierta de imanes permanente (1, 5 4) sobre la horquilla del rotor (6).
  10. 10. Procedimiento de montaje de imanes permanentes (2) individualmente según la reivindicación 9, que también comprende la etapa de:
    -
    fijar individualmente por lo menos un extensor magnético (3) 10 sobre la superficie interna (8) de dicha horquilla de rotor (6) para minimizar el escape de flujo cuando el rotor está en funcionamiento.
  11. 11. Procedimiento de desmontaje o reparación de imanes permanentes (2) individualmente sobre una horquilla de rotor (6) en un generador de turbina eólica, que comprende las etapas de:
    15 -acceder a una sección de una superficie de la horquilla del rotor (9); -separar individualmente por lo menos un módulo de placa de cubierta de imanes permanente (1,4) según la reivindicación 1 de la superficie de la horquilla del rotor (6).
    20 12. Procedimiento de desmontaje o reparación de imanes permanentes (2) individualmente según la reivindicación 11, que también comprende la etapa de:
    -
    separar individualmente por lo menos un extensor magnético
    (3) sobre la superficie interna (8) de dicha horquilla del rotor.
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