19© OFICINA ESPAÑOLA DEPATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

11© Número de publicación: 2 322 01221© Número de solicitud: 20070284551© Int. Cl.:

F03D 9/00 (2006.01)

F03D 11/00 (2006.01)

12© SOLICITUD DE PATENTE A1

22© Fecha de presentación: 29.10.2007

43© Fecha de publicación de la solicitud: 15.06.2009

43© Fecha de publicación del folleto de la solicitud:15.06.2009

71© Solicitante/s:GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.Parque Tecnológico de Bizkaia, Edificio 100 - 148170 Zamudio, Vizcaya, ES

72© Inventor/es: Christensen, Mogens

74© Agente: Elzaburu Márquez, Alberto

54© Título: Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador.

57© Resumen:Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador conuna torre (11) y una estructura de soporte (41) que inclu-ye un buje de rotor (13), un eje principal (21) soportadopor un cojinete frontal (43) y un cojinete trasero (45), ungenerador (31) situado en un lado opuesto al buje del ro-tor (13) respecto a la torre (11), con un eje de generador(23) rígidamente conectado al eje principal (21), y un ele-mento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) delgenerador y la estructura de soporte (41) colocado en unplano sustancialmente coincidente con un plano perpen-dicular (Y-Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centrodel cojinete trasero (45) y realizado de manera que per-mite desplazamientos del alojamiento (33) del generadoren la dirección del eje (X) del eje principal (21) pero im-pide desplazamientos giratorios del alojamiento (33) delgenerador respecto al eje (X) del eje principal (21).

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Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, 75 – 28071 Madrid

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DESCRIPCIÓN

Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un aerogenerador y, en particular, al tren de potencia de un aerogenerador sin multipli-cadora que usa un generador accionado directamente por un eje principal.

Antecedentes

Son bien conocidas configuraciones del tren de potencia de aerogeneradores con y sin multiplicadora.

En el primer caso la multiplicadora y el generador están dispuestos sucesivamente como componentes individualesó integrados en una misma unidad. Un ejemplo del último caso se describe en US 2006/0104815 A1 en el que elgenerador está construido como un anillo que abraza concéntricamente a la multiplicadora siendo ambos elementosdesmontables axialmente y estando conectados a un soporte de la máquina de manera desmontable individualmente.

En el segundo caso, particularmente en el caso de aerogeneradores que tienen un generador de imanes permanentesque está accionado directamente por una estructura conectora entre el buje del rotor y el generador, son conocidasdistintas configuraciones del tren de potencia.

En una de estas configuraciones descrita en WO 01/94779 A1 dicha estructura conectora entre el buje del rotor yel generador consiste en un eje dividido en dos partes y soportado por dos unidades de cojinetes.

En otra de esas configuraciones dicha estructura conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en uneje hueco soportado por cojinetes en un miembro tubular (interior al eje hueco) unido a la estructura de soportedel aerogenerador. En estas configuraciones, la estructura de soporte del aerogenerador montada sobre la torre estádiseñada para permitir que la unidad del generador -que tiene un rotor y un estator de gran diámetro- pueda estarsituada entre el buje del rotor y la torre. Un ejemplo de estas configuraciones se describe en US 2004/0108733 A1en la que el eje hueco está soportado por medio de un único cojinete que asimismo transmite momentos al miembrotubular. Esta configuración está orientada a la reducción del tamaño y el peso de los elementos del aerogenerador quese montan encima de la torre pero tiene el inconveniente de un mantenimiento costoso, particularmente cuando senecesita desmontar componentes.

En otra de esas configuraciones, la torre está situada entre el buje del rotor y la unidad del generador. Un ejemplode esas configuraciones se describe en WO 02/33254 A1 en la que la estructura conectora entre el buje del rotor y elgenerador es un eje principal soportado por dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la torre.

Un problema planteado por los trenes de potencia accionados directamente, especialmente cuando la torre estásituada entre el buje del rotor y la unidad del generador y consecuentemente requiere un eje principal largo radica enimpedir deformaciones dañinas en la unidad del generador cuando el eje principal flecta bajo grandes cargas en el bujedel rotor.

WO 02/033254 hace frente a ese problema mediante un acoplamiento no rotatorio entre el estator del generador yla base del aerogenerador. Sin embargo esta solución implica grandes cargas en los cojinetes.

Esta invención está orientada a la solución de ese inconveniente.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un generador conuna potencia superior a 500 kW accionado directamente por un eje principal con una configuración del tren de potenciaorientada a facilitar su montaje y su mantenimiento.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un generador conuna potencia superior a 500 kW accionado directamente por un eje principal y en el que la configuración del tren depotencia está orientada a minimizar las deformaciones de la unidad del generador y las cargas en los cojinetes cuandoel eje principal flecta bajo grandes cargas del buje del rotor.

Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende:

- Una torre.

- Una estructura de soporte montada sobre la cima de la torre.

- Un tren de potencia que incluye un buje de rotor, un eje principal y un generador con un eje del generadorrígidamente conectado al eje principal, en el que el buje del rotor y el generador están situados a distinto lado de la torre,

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el eje principal esta soportado por la estructura de soporte por medio de un cojinete frontal próximo al buje del rotory un cojinete trasero próximo al generador; el estator, rígidamente unido al alojamiento del generador, está soportadopor eje del generador por medio de dos cojinetes; el tren de potencia también comprende un elemento de acoplamientoentre el alojamiento del generador y la estructura de soporte que está colocado en un plano sustancialmente coincidentecon un plano perpendicular Y-Z al eje X del eje principal en el centro del cojinete trasero y está realizado de maneraque permite desplazamientos del alojamiento del generador en la dirección del eje X del eje principal pero impidedesplazamientos giratorios del alojamiento del generador respecto al eje X del eje principal.

En una realización preferente dicho elemento de acoplamiento es una placa metálica. Se consigue de esta maneraun acoplamiento flexible simplificado entre el generador y la estructura de soporte.

En una realización preferente el generador es un generador de imanes permanentes. Se facilita de esta manera eluso de este tipo de generadores en los aerogeneradores.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada deuna 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 parcial en sección transversal de un aerogenerador según esta invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La configuración del tren de potencia de un generador sin multiplicadora que usa un generador de imanes perma-nentes (PM) de baja velocidad accionado directamente por un eje principal depende de las características específicasde este tipo de generadores.

La configuración del tren de potencia según la presente invención está basada en un eje principal 21 que se extiendedesde el buje del rotor 13 hasta el generador PM 31, que tiene una potencia mayor de 500 kW, por encima de la torre11.

El tren de potencia comprende un buje de rotor 13, al que están unidas una o más palas 15 por medio de cojinetes depala 17, un eje principal 21 y un generador PM 31 que comprende un rotor 35 y un estator 27 dentro de un alojamiento33.

El eje principal 21 está acoplado al buje del rotor 13 y a eje del generador 23 para llevar a cabo la transferenciadirecta del par motor. La conexión entre el eje principal 21 y el eje del generador 23 se realiza por medio de un discode compresión 25 que proporciona una conexión rígida en flexión y torsión.

El eje principal 21 está soportado por la estructura de soporte 41 montada encima de la torre 11 por medio de uncojinete frontal 43 próximo al buje del rotor 13 y un cojinete trasero 45 próximo al generador 31. El generador 31 estásoportado por el eje del generador 23 por medio de cojinetes 27, 29.

La estructura de de soporte 41 está montada encima de la torre 11 entre el buje del rotor 13 y el generador 31 juntocon las interfases para los motores de los mecanismos de orientación 49 y sus soportes (no mostrados).

Para equilibrar el par producido por el generador 31, su alojamiento 33, al que el estator 37 está unido rígidamente,está acoplado con la estructura de soporte 41 por medio de un elemento de acoplamiento 39 situado en un planosustancialmente coincidente con un plano perpendicular Y-Z al eje X del eje principal 21 en el centro del cojinetetrasero 45.

Cuando el eje principal 21 está cargado por el buje del rotor 13 con fuerzas y momentos flecta y cualquier puntodel generador 31 se desplaza en una trayectoria circular con centro en el cojinete trasero 45. Como el elementode acoplamiento 39 está situado en el mismo plano que el cojinete trasero, el borde exterior 51 del elemento deacoplamiento 39 se tiene que mover principalmente en la dirección del eje X del eje principal 21 para eliminar fuerzasextremas de reacción en los cojinetes del generador 27, 29.

El elemento de acoplamiento 39 debe ser un elemento rígido en el plano Y-Z y un elemento flexible en la direc-ción X. En el plano Y-Z el elemento de acoplamiento 39 debe ser lo suficientemente rígido como para transferir elpar del alojamiento 33 del generador a la estructura de soporte 41. No debe doblarse ni sufrir ninguna deformaciónpermanente.

En una realización preferente, el elemento de acoplamiento 29 es una placa metálica.

La conexión del elemento de acoplamiento 39 al alojamiento 33 del generador puede ser una conexión atornillada,soldada o de otro tipo. La conexión del elemento de acoplamiento 39 a la estructura de soporte 41 es preferentementeuna conexión atornillada. Es esencial que ambas conexiones sean rígidas, sin partes móviles, ya que en otro casoestarían expuestas a desgaste.

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La función básica del elemento de acoplamiento 39 es por tanto la de ser capaz de transmitir un par muy grande yal mismo tiempo permitir movimientos axiales (como resultado de una rotación del eje en el cojinete trasero 45) delelemento de acoplamiento 39 para minimizar las cargas en los cojinetes, tanto en los cojinetes 27, 29 del generadorcomo en los cojinetes principales 43, 45.

Una ventaja importante de la configuración del tren de potencia según la presente invención es que permite unbuen mantenimiento de los componentes del aerogenerador ya que pueden ser removidos fácilmente del eje principalsin perturbar otros componentes.

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

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REIVINDICACIONES

1. Un aerogenerador que comprende un tren de potencia que incluye un buje de rotor (13) soportando las palas delrotor (15), un eje principal (21) y un generador (31) de una potencia mayor de 500 kW con un eje de generador (23)rígidamente conectado al eje principal (21), una torre (11), y una estructura de soporte (41) montada sobre la cima dela torre (11), en el que:

a) el buje del rotor (13) y el generador (31) están situados a distinto lado de la torre (11);

b) el eje principal (21) esta soportado por la estructura de soporte (41) por medio de un cojinete frontal (43)próximo al buje del rotor (13) y un cojinete trasero (45) próximo al generador (31);

c) el estator (37), rígidamente unido al alojamiento (33) del generador, está soportado por eje del generador (23)por medio de dos cojinetes (27, 29);

caracterizado porque también comprende un elemento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) del ge-nerador y la estructura de soporte (41) que está colocado en un plano sustancialmente coincidente con un planoperpendicular (Y-Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centro del cojinete trasero (45) y está realizado de maneraque permite desplazamientos del alojamiento (33) del generador en la dirección del eje (X) del eje principal (21) peroimpide desplazamientos giratorios del alojamiento (33) del generador respecto al eje (X) del eje principal (21).

2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de acoplamiento (39) es una placametálica.

3. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el elemento de acoplamiento(39) está unido a la estructura de soporte (41) y al alojamiento (33) del generador con medios de unión rígidos.

4. Aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos medios de unión a la estructura desoporte (41) son tornillos.

5. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dicho generador (31) es ungenerador de imanes permanentes.

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21© Nº de solicitud: 20070284522© Fecha de presentación de la solicitud: 29.10.2007

32© Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA

51© Int. Cl.: F03D 9/00 (2006.01)F03D 11/00 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría 56© Documentos citados Reivindicacionesafectadas

Categoría de los documentos citadosX: de particular relevanciaY: de particular relevancia combinado con otro/s de la

misma categoríaA: refleja el estado de la técnica

O: referido a divulgación no escritaP: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación

de la solicitudE: documento anterior, pero publicado después de la fecha

de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado

�5 para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe Examinador Página

29.05.2009 J. Galán Mas 1/4

X WO 0233254 A1 (ENERGIUTVIKLING AS; PETTERSEN TOROLF; WICKSTROEM 1-5ANDERS) 25.04.2002, página 3, línea 27 - página 4, línea 8;página 4, línea 25 - página 5, línea 5; figuras.

A ES 2277795 A1 (GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY) 16.07.2007, 1-5todo el documento.

A US 6781276 B1 (STIESDAL et al.) 24.08.2004, columna 5, 1-5líneas 30-56; figuras 2-4.

A US 2006104815 A1 (SIEGFRIEDSEN) 18.05.2006, párrafos [26-28]; 1-5figuras.

A WO 0194779 A1 (ABB AB; SIPI MARCO) 13.12.2001, resumen; 1-5página 10, líneas 25-30; figuras.

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA Nº de solicitud: 200702845

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F03D

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados)

INVENES, EPODOC,WPI

Informe sobre el Estado de la Técnica (hoja adicional) Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 200702845

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 29.05.2009

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones 1-5 SÍReivindicaciones NO

Actividad inventiva Reivindicaciones SÍ(Art. 8.1 LP 11/1986) Reivindicaciones 1-5 NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase deexamen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión:

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como ha sido publicada.

Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 200702845

1. Documentos considerados:

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la reali-zación de esta opinión.

Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 4/4

Documento Número Publicación o Identificación Fecha PublicaciónD01 WO 0233254 A1 25/04/2002

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo,de patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

El documento D01 describe un aerogenerador que comprende un tren de potencia que incluye un eje principal (8) y un gene-rador (11), que aunque no se menciona parece, a partir de la descripción y dibujos, del tipo mayor de 500 kW, con un eje (22)rígidamente conectado al eje principal (8), una torre (1), y una estructura de soporte (4) montada sobre la cima de la torre (1),en el que el buje del rotor y el generador están situados a distinto lado de la torre (1); el eje principal (8) está soportado porla estructura de soporte (4) por medio de un cojinete frontal (9), próximo al buje del rotor, y un cojinete trasero (10) próximo algenerador; el estator (19), rígidamente unido al alojamiento (17) del generador, está soportado por el eje del generador (22)por medio de dos cojinetes (15,16), y comprendiendo además un elemento de acoplamiento (20) entre el alojamiento (17) delgenerador y la estructura de soporte (4) que está colocado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicu-lar al eje del eje principal (8) y está realizado de manera que permite desplazamientos del alojamiento (17) del generador enla dirección del eje del eje principal (8) (página 4, línea 32, "increases the pliability in an axial direction") pero impide desplaza-mientos giratorios del alojamiento (17) del generador respecto al eje del eje principal (8) (página 4, línea 30-31 "A non-rotatablecoupling").

Difiere básicamente de la solución propuesta en la reivindicación 1 en que el presente documento sólo muestra, en las figuras,la colocación del elemento de acoplamiento (20) en un plano que pasa por un lateral del cojinete trasero (10) y no por el centro.Sin embargo, teniendo en cuenta que con esta característica no se obtendría un efecto inesperado respecto a la soluciónmostrada en el documento D01, se considera que está característica es una mera opción de diseño, propia de una realizaciónpráctica, al alcance de un experto en la materia, por lo que no implica actividad inventiva de acuerdo al artículo 8 de la Ley11/1986 de Patentes.

Igualmente, no se aprecia en las reivindicaciones dependientes 2 a 5 ninguna característica que, en combinación con lascaracterísticas de las reivindicaciones de las que dependen, implique actividad inventiva.