ES2877353T3 - Módulos de imanes permanentes - Google Patents

Abstract

Un kit para un rotor de una máquina eléctrica que comprende un módulo de imanes permanentes (500) y una pieza de polo (501; 515), en el que el módulo de imanes permanentes (500) incluye: una carcasa que tiene una parte inferior configurada para montarse en un borde (510) del rotor, una primera pared lateral (504) y una segunda pared lateral (505), extendiéndose la parte inferior lateralmente más allá de la primera (504) y la segunda pared lateral (505), y un componente de imán permanente (502) dispuesto en el interior de la carcasa, teniendo el componente de imán permanente una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor; y en el que la pieza de polo (501; 515) incluye: un cuerpo principal metálico (509) configurado para fijarse a un borde (510) del rotor de tal manera que, en uso, una porción de la parte inferior que se extiende lateralmente del módulo de imanes permanentes se sujete entre la pieza de polo y el borde del rotor; y en el que la pieza de polo (501; 515) comprende un orificio axial adaptado para recibir una varilla de fijación (511) y una pluralidad de orificios radiales, de modo que la pieza de polo (501; 515) se pueda fijar a un borde del rotor por una pluralidad de pernos (514) insertados en los orificios radiales y fijados a la varilla de fijación (511).

Description

DESCRIPCIÓN

Módulos de imanes permanentes

[0001] La presente divulgación se refiere a módulos de imanes permanentes para un rotor, y, más en particular, a módulos de imanes permanentes que son especialmente adecuados para un rotor de generador de una turbina eólica.

Antecedentes

[0002] Son conocidas máquinas eléctricas que tienen un rotor que lleva imanes permanentes. En general, se considera que son fiables y requieren menos mantenimiento que otras topologías.

[0003] Las turbinas eólicas modernas se usan comúnmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbinas eólicas de esta clase, en general, comprenden una torre y un rotor dispuesto en la torre. El rotor, que comprende típicamente un buje y una pluralidad de palas, se pone en rotación bajo la influencia del viento en las palas. Esta rotación se transmite normalmente a través de un eje de rotor a un generador, directamente ("accionado directamente") o bien a través del uso de una multiplicadora. De esta forma, el generador produce electricidad que se puede suministrar a la red eléctrica.

[0004] En particular, para las turbinas eólicas en alta mar, normalmente se eligen sistemas de accionamiento directo que emplean imanes permanentes. Un generador de turbina eólica de accionamiento directo de este tipo puede tener, por ejemplo, un diámetro de 6 - 8 metros y una longitud de, por ejemplo, 2 - 3 metros. Se pueden necesitar fijar cientos de imanes, por ejemplo, por atornillamiento o encolado, a la circunferencia del rotor. Este procedimiento de fabricación puede resultar engorroso.

[0005] Además, si uno o más imanes están dañados y se necesitan reemplazar, el acceso a estos imanes puede ser complicado (especialmente con generadores de gran tamaño), de modo que el mantenimiento puede resultar ser muy costoso.

[0006] Este tamaño y tipo de generador no se limita a las aplicaciones en alta mar y ni siquiera solo al campo técnico de las turbinas eólicas. También se pueden encontrar generadores de dimensiones considerables, por ejemplo, en turbinas de vapor y turbinas de agua.

[0007] Los ejemplos de rotores de imanes permanentes que pretenden resolver el problema previo de la fijación de grandes números de imanes pueden comprender una pluralidad de módulos de imanes permanentes dispuestos en una circunferencia externa o interna de un borde del rotor.

[0008] Un módulo de imanes permanentes se puede definir como una unidad que tiene una pluralidad de imanes permanentes, de modo que la pluralidad de imanes se puedan montar y desmontar juntos. Un módulo de este tipo puede tener una base de módulo con una forma adecuada para alojar una pluralidad de imanes permanentes. Los imanes se pueden fijar a la base de diversas maneras. La base se puede configurar para fijarse a un borde del rotor de tal manera que la pluralidad de imanes se fijen juntos al borde del rotor a través de la base de módulo. El uso de módulos de imanes permanentes puede facilitar la formación de un rotor de generador.

[0009] Independientemente de si los imanes permanentes están agrupados en módulos o no, los imanes normalmente están dispuestos de manera que provoquen un flujo magnético que sigue una trayectoria que cruza un entrehierro entre el rotor y un estator de tal manera que se alcance el estator y el estator esté influido por el flujo magnético.

[0010] Normalmente se requiere un gran número de imanes, y también se necesitan grandes cantidades de material/elementos de sujeción (por ejemplo, cuñas, tornillos, cola, soldadura, etc.) para fijar los imanes directamente al borde del rotor o a la base de módulo correspondiente. En configuraciones basadas en la agrupación de imanes en módulos, se pueden requerir otros elementos de sujeción para fijar los módulos (es decir, la base de módulo con imanes fijados) al borde del rotor.

[0011] El procesamiento de dichas grandes cantidades de material/elementos de sujeción también puede complicar el ensamblaje del rotor y las operaciones de mantenimiento del mismo. Otra desventaja puede ser que puedan estar presentes materiales/elementos adicionales en exceso en el rotor en el sentido de que dichos materiales/elementos no se necesitan para propósitos electromagnéticos, sino solo para propósitos de fijación. Estos materiales/elementos adicionales pueden afectar negativamente al comportamiento electromagnético del rotor.

[0012] También son conocidas otras máquinas eléctricas de dimensiones relativamente grandes, tales como motores eléctricos que comprenden grandes cantidades de imanes permanentes, en el contexto, por ejemplo, del accionamiento de compresores o bombas, o en aplicaciones de tracción o marinas. Estos grandes motores eléctricos pueden presentar problemas similares a los descritos antes en relación con los generadores.

[0013] El documento EP1777795 A2 divulga un conjunto de polos para un rotor, el conjunto de polos incluye un polo de imán permanente que incluye al menos un bloque de imán permanente, una pluralidad de chapas estampadas que incluyen una expansión polar acoplada mecánicamente al polo, y una pluralidad de chapas estampadas que incluyen una placa base acoplada mecánicamente al polo.

[0014] El documento EP2658090 A1 describe un conjunto de acoplamiento de imán de rotor que comprende una placa base de rotor, un primer elemento interpolar magnético y un segundo elemento interpolar magnético.

[0015] Los ejemplos de la presente divulgación resuelven al menos parcialmente al menos algunos de los problemas previos.

Breve explicación

[0016] En un primer aspecto, se proporciona un módulo de imanes permanentes para un rotor de una máquina eléctrica. El módulo de imanes permanentes comprende una carcasa que tiene una parte inferior configurada para montarse en un borde del rotor, una primera pared lateral y una segunda pared lateral, y un componente de imán permanente dispuesto en el interior de la carcasa. El componente de imán permanente tiene una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor, y la parte inferior se extiende lateralmente más allá de la primera y la segunda paredes laterales.

[0017] Dicho módulo de imanes permanentes se combina con piezas de polo adecuadas para formar un rotor de generador. Debido a que la parte inferior se extiende lateralmente más allá de las primera y segunda paredes laterales, estas porciones de la parte inferior se sujetan entre el borde del rotor y las piezas de polo para montar el módulo de imanes permanentes en el borde del rotor. De esta manera, se puede lograr una fijación eficaz del módulo de imanes permanentes alternativo.

Breve descripción de los dibujos

[0018] En lo que sigue, se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la fig. 1 es una representación esquemática de una vista en sección transversal de un módulo de imanes permanentes y su fijación a un borde del rotor, de acuerdo con un ejemplo.

Descripción detallada de los ejemplos

[0019] La fig. 1 es una representación esquemática de una vista en sección transversal en un plano perpendicular a un eje de rotación del rotor de un módulo de imanes permanentes 500 y su fijación a un borde 510 del rotor, de acuerdo con un ejemplo. El módulo de imanes permanentes 500 para un rotor de una máquina eléctrica comprende una carcasa que tiene una parte inferior configurada para montarse en un borde 510 del rotor, una primera pared lateral 504 y una segunda pared lateral 505 y un componente de imán permanente 502 dispuesto en el interior de la carcasa. El componente de imán permanente 502 tiene una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor. La parte inferior se extiende lateralmente más allá de la primera 504 y la segunda pared lateral 505.

[0020] El componente de imán permanente puede incluir uno o más imanes permanentes. Específicamente, en algunos ejemplos, el componente de imán permanente puede incluir una fila de imanes permanentes.

[0021] En este ejemplo específico, la parte inferior comprende una porción inferior central 503 que define una pared inferior de la carcasa, una primera extensión inferior lateral 507 que se extiende desde un primer extremo de la porción inferior central, y una segunda extensión inferior lateral 508 que se extiende desde un segundo extremo de la porción inferior central.

[0022] En el ejemplo de la figura 1, la primera y la segunda extensiones inferiores laterales 507 y 508 son sustancialmente planas. Las piezas de polo 509, 515 vecinas también pueden ser sustancialmente planas. En otros ejemplos, las primera y segunda extensiones inferiores laterales pueden no ser planas y pueden incluir, por ejemplo, uno o más salientes, crestas o ranuras. En dicho caso, la parte inferior de las piezas de polo vecinas se puede adaptar para coincidir con dichas extensiones inferiores laterales.

[0023] La carcasa del módulo de imanes permanentes puede comprender además una pared superior. Un aspecto de la pared superior es que se puede proporcionar una protección buena en particular del componente de imán permanente contra, por ejemplo, la corrosión de los imanes, el aflojamiento de los imanes, etc.

[0024] En el ejemplo mostrado en la fig. 1, la pared superior 506 está formada integralmente con las primera y segunda paredes laterales 504, 505. En particular, la carcasa puede ser metálica.

[0025] En otros ejemplos, la pared superior puede comprender una cubierta no magnética fijada a las porciones superiores correspondientes de la primera pared lateral y la segunda pared lateral.

[0026] En algunos ejemplos, el componente de imán permanente se puede fijar al menos parcialmente en el componente de carcasa por una pared superior y/o con adhesivo y/o con resina y/o de una manera ajustada a presión. La resina se puede usar para llenar espacios vacíos entre el componente de imán permanente y cualquiera de las paredes del componente de carcasa.

[0027] En otro aspecto, se proporciona un kit (de elementos activos) para un rotor de una máquina eléctrica. Dicho kit comprende un módulo de imanes permanentes y una pieza de polo (“pole piece”). La pieza de polo 509, 515 comprende un cuerpo principal metálico configurado para fijarse a un borde 510 del rotor de tal manera que, en uso, una porción de la parte inferior del módulo de imanes permanentes se sujete entre la pieza de polo y el borde del rotor.

[0028] En el ejemplo mostrado en la fig. 1, la primera extensión inferior lateral 507 y la segunda extensión inferior lateral 508 se sujetan entre la pieza de polo y el borde.

[0029] En el ejemplo mostrado en la fig. 1, la pieza de polo comprende un orificio axial 511 adaptado para recibir una varilla de fijación, y la pieza de polo también comprende una pluralidad de orificios radiales. La pluralidad de orificios radiales, en diferentes posiciones axiales, se puede perforar o de otro modo proporcionar en la pieza de polo 509. La varilla de fijación 511 puede comprender una serie de orificios pasantes transversales, de modo que cuando se inserte la varilla, los orificios pasantes transversales estén alineados con los orificios radiales de la pieza de polo 509. Los pernos 514 con tuercas 512 se insertan en estos orificios radiales y se pueden extender en y más allá de los orificios transversales de la varilla 511, en una porción superior del cuerpo principal metálico 509. Se puede usar una arandela 513 compatible para distribuir la carga ejercida por la tuerca 512 en el borde 510 del rotor.

[0030] En otro aspecto, no cubierto por la invención reivindicada, se proporciona un procedimiento para montar un módulo de imanes permanentes en un borde del rotor. El procedimiento incluye situar un módulo de imanes permanentes 500 en el borde 510 del rotor y situar una pieza de polo 515 o 509 en el borde 510 del rotor. La pieza de polo 509, 515 comprende un orificio axial 511 adaptado para recibir una varilla de fijación y una pluralidad de orificios radiales. El procedimiento comprende además insertar pernos 514 en los orificios radiales y apretar los pernos 512 para fijar los pernos 514 a la varilla de fijación, y, de este modo, sujetar una porción del módulo de imanes permanentes sujeta entre la pieza de polo y el borde del rotor.

[0031] Por tanto, el ensamblaje del rotor y generador correspondiente, así como las operaciones de mantenimiento posteriores, pueden ser más simples, más baratos, llevar menos tiempo, etc., debido, por ejemplo, a la reducción de los materiales/elementos y procedimientos de sujeción. En el ejemplo de la figura 1, el módulo de imanes permanentes tiene una carcasa que tiene una parte inferior configurada para montarse en el borde del rotor, una primera pared lateral 504 y una segunda pared lateral 505, y un componente de imán permanente dispuesto en el interior de la carcasa. El componente de imán permanente tiene una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor, y la parte inferior se extiende lateralmente más allá de la primera y la segunda pared lateral, en el que la porción del módulo de imanes permanentes sujeta entre la pieza de polo y el borde del rotor es una porción de la parte inferior.

[0032] En particular, los componentes de imán permanente de los módulos de imanes permanentes pueden tener el mismo sentido de magnetización radial. Es decir, todos los componentes de imán permanente tienen su norte y sur en la misma localización, más cerca o bien más lejos de la disposición de estator.

[0033] En esta configuración, se promueve el flujo magnético entre una pieza de polo metálica y un componente magnético. En la fig. 1, se indican esquemáticamente líneas de flujo magnético.

[0034] Debido a la magnetización radial de los imanes permanentes, el flujo magnético que sigue una trayectoria que se extiende más allá de un lado superior de las piezas de polo y módulos de imanes permanentes, para alcanzar los devanados correspondientes en el lado del estator del generador completo. Estos principios permiten promover los flujos magnéticos entre las piezas de polo y los imanes permanentes en lugar de entre los imanes permanentes, desempeñando las piezas de polo un papel adicional como un ancla para el módulo de imanes permanentes. Por tanto, un rotor de generador puede estar provisto de cantidades más pequeñas de imanes permanentes y cantidades más pequeñas de módulos de imanes permanentes, en comparación con las configuraciones de la técnica anterior. La pieza de polo puede tener una sección transversal sustancialmente rectangular, tal como se muestra en la fig. 1. En otros ejemplos, se pueden usar formas alternativas para las piezas de polo.

[0035] En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un rotor de una máquina eléctrica que comprende una pluralidad de módulos de imanes permanentes y una pluralidad de piezas de polo. Las piezas de polo se montan en un borde del rotor, y los módulos de imanes permanentes se montan en el borde del rotor por una primera porción de los módulos de imanes permanentes que está sujeta entre una primera pieza de polo vecina de la pluralidad de piezas de polo y el borde del rotor y por una segunda porción de los módulos de imanes permanentes que está sujeta entre una segunda pieza de polo vecina de la pluralidad de piezas de polo y el borde del rotor.

[0036] Los módulos de imanes permanentes comprenden una carcasa que tiene una parte inferior, una primera pared lateral y una segunda pared lateral, y un componente de imán permanente dispuesto en el interior de la carcasa, y el componente de imán permanente tiene una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor.

[0037] En particular, todos los módulos de imanes permanentes pueden tener la misma magnetización radial.

[0038] En otro aspecto, se proporciona un rotor que comprende una pluralidad de módulos de imanes permanentes de acuerdo con cualquiera de los ejemplos divulgados en el presente documento, y una pluralidad de piezas de polo que comprenden un cuerpo principal metálico. Las piezas de polo se montan en un borde del rotor, y cada uno de los módulos de imanes permanentes se monta en el borde del rotor por una primera porción inferior de los módulos de imanes permanentes que está sujeta entre una pieza de polo de la pluralidad de piezas de polo y el borde y una segunda porción inferior del módulo de imanes permanentes que está sujeta entre otra pieza de polo de la pluralidad de piezas de polo y el borde.

[0039] Aún en otro aspecto, se proporciona un generador que comprende un rotor con módulos de imanes permanentes y piezas de polo de acuerdo con cualquiera de los ejemplos divulgados en el presente documento. Y aún en otro aspecto, se proporciona una turbina eólica, y, en particular, una turbina eólica de accionamiento directo que incluye dicho generador.

[0040] El componente de carcasa en cualquiera de los ejemplos divulgados se puede formar como una pila de láminas metálicas, lo que puede ser ventajoso en el sentido de que se pueden reducir las pérdidas debidas a corrientes parásitas. El componente de imán permanente se puede alojar de manera fija en un orificio pasante axial del componente de carcasa, de modo que la pared superior mencionada anteriormente sea una parte integral del componente de carcasa. Esto puede proporcionar una protección incluso mejor de los imanes.

[0041] La presente descripción escrita ha usado ejemplos para divulgar la invención, incluyendo los modos de realización preferentes, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la técnica. Dichos otros ejemplos pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales de los lenguajes literales de las reivindicaciones. Los aspectos de los diversos modos de realización descritos, así como otros equivalentes conocidos para cada uno de dichos aspectos, se pueden mezclar y equiparar por un experto en la técnica para construir modos de realización y técnicas adicionales de acuerdo con los principios de la presente solicitud.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un kit para un rotor de una máquina eléctrica que comprende un módulo de imanes permanentes (500) y una pieza de polo (501; 515), en el que el módulo de imanes permanentes (500) incluye:

una carcasa que tiene una parte inferior configurada para montarse en un borde (510) del rotor, una primera pared lateral (504) y una segunda pared lateral (505), extendiéndose la parte inferior lateralmente más allá de la primera (504) y la segunda pared lateral (505), y

un componente de imán permanente (502) dispuesto en el interior de la carcasa, teniendo el componente de imán permanente una magnetización radial con respecto a un eje de rotación del rotor; y en el que la pieza de polo (501; 515) incluye:

un cuerpo principal metálico (509) configurado para fijarse a un borde (510) del rotor de tal manera que, en uso, una porción de la parte inferior que se extiende lateralmente del módulo de imanes permanentes se sujete entre la pieza de polo y el borde del rotor; y

en el que la pieza de polo (501; 515) comprende un orificio axial adaptado para recibir una varilla de fijación (511) y una pluralidad de orificios radiales, de modo que la pieza de polo (501; 515) se pueda fijar a un borde del rotor por una pluralidad de pernos (514) insertados en los orificios radiales y fijados a la varilla de fijación (511).

2. El kit de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la parte inferior comprende una porción inferior central (503) que define una pared inferior de la carcasa, una primera extensión inferior lateral (507) que se extiende desde un primer extremo de la porción inferior central y una segunda extensión inferior lateral (508) que se extiende desde un segundo extremo de la porción inferior central.

3. El kit de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la primera y la segunda extensiones inferiores laterales (507, 508) son sustancialmente planas.

4. El kit de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la carcasa comprende una pared superior (506).

5. El kit de acuerdo con la reivindicación 4, y la pared superior (506) está formada integralmente con las primera y segunda paredes laterales (504; 505).

6. El kit de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la carcasa es metálica.

7. El kit de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la pared superior (506) comprende una cubierta no magnética fijada a las porciones superiores correspondientes de la primera pared lateral (504) y la segunda pared lateral (505).

8. El kit de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, en el que la pieza de polo (501; 515) tiene una sección transversal sustancialmente rectangular.

9. Un rotor que comprende una pluralidad de kits de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que

las piezas de polo de los kits se montan en un borde (510) del rotor, y

cada uno de los módulos de imanes permanentes (500) de los kits se monta en el borde (510) del rotor por una primera porción inferior de los módulos de imanes permanentes que está sujeta entre una pieza de polo de los kits y el borde, y una segunda porción inferior del módulo de imanes permanentes que está sujeta entre otra pieza de polo de los kits y el borde, en el que las piezas de polo (501; 515) se fijan a un borde del rotor por una pluralidad de pernos (514) insertados en los orificios radiales y fijados a la varilla de fijación (511).

10. El rotor de acuerdo con la reivindicación 9, en el que los componentes de imán permanente de los módulos de imanes permanentes tienen el mismo sentido de magnetización radial.

11. Un generador que comprende el rotor de cualquiera de las reivindicaciones 9 - 10.

12. Una turbina eólica de accionamiento directo que incluye el generador de acuerdo con la reivindicación