ITMI20131548A1

ITMI20131548A1 - Statore di una macchina elettrica rotante di un aerogeneratore

Info

Publication number: ITMI20131548A1
Application number: IT001548A
Authority: IT
Inventors: Matteo Casazza; Daniele Franco; Emanuele Gelmini
Original assignee: Wilic Sarl
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-03-20
Also published as: WO2015040586A2; WO2015040586A3

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“STATORE DI UNA MACCHINA ELETTRICA ROTANTE DI UN AEROGENERATORE”

La presente invenzione riguarda uno statore di una macchina elettrica rotante di un aerogeneratore.

In particolare, la presente invenzione riguarda uno statore facente parte di una macchina elettrica rotante per la produzione di energia elettrica, la quale è installata a bordo di un aerogeneratore e comprende una parete di supporto e una parte attiva statorica, disposta a contatto della parete di supporto.

La parte attiva statorica genera, in uso, calore che deve esser evacuato perché l’efficienza della macchina elettrica rotante cresce al crescere della capacità di raffreddare la macchina elettrica rotante e, in particolare, i suoi componenti principali come lo statore e il rotore.

A questo proposito sono stati predisposti dei sistemi di raffreddamento per macchine elettriche rotanti di due tipi: a gas, generalmente ad aria, e a liquido, generalmente ad acqua.

I sistemi di raffreddamento a gas sono più semplici da realizzare ma meno efficaci dei sistemi di raffreddamento a liquido.

Nelle domande di brevetto WO 2012/040,535, EP 2,395,629, EP 2,043,233, EP 2,320,540, EP 2,320,080, EP 2,182,570, e WO 99/17422 sono stati proposti diversi statori di macchine elettriche raffreddati a liquido. Gli statori descritti nelle sopra citate domande di brevetto presentano diversi gradi di complessità.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare uno statore raffreddato a liquido che ovvii agli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione è realizzato uno statore di una macchina elettrica rotante di un aerogeneratore; lo statore comprendendo una parete di supporto; una parte attiva statorica disposta a contatto della parete di supporto; e un circuito di raffreddamento che si estende in parte nella parete di supporto e comprende una pluralità di fori estendentisi attraverso la parete di supporto.

Grazie alla presente invenzione, la parete di supporto svolge la funzione di raffreddare la parte attiva statorica grazie al liquido di raffreddamento circolante nei fori. I fori sono rettilinei e, in quanto tali, sono facili da realizzare e da ispezionare, una volta rimosse eventuali otturazioni delle estremità degli stessi.

Preferibilmente, la parete di supporto e la parte attiva statorica sono di forma anulare, preferibilmente cilindrica.

Inoltre, la parte attiva statorica comprende una pluralità di segmenti statorici affiancati, ciascuno dei quali è affacciato ad un numero determinato di rispettivi fori.

In sostanza, il dimensionamento del circuito di raffreddamento prevede di selezionare il passo di distribuzione dei fori lungo la parete di supporto, e di disporre i fori in relazione ai segmenti statorici in modo da ottimizzare l’evacuazione del calore prodotto dai segmenti statorici stessi.

Ciascun segmento statorico comprende una pluralità di avvolgimenti elettrici, ciascuno dei quali, in uso, genera calore. Preferibilmente, i fori sono posizionati in corrispondenza di un avvolgimento elettrico.

La parete di supporto presenta una faccia configurata per essere disposta a contatto della parte attiva. Preferibilmente, i fori si estendono in prossimità della detta faccia in modo da rendere maggiormente efficace l’asporto del calore dalla parte attiva.

La parete di supporto presenta due facce anulari, opposte. Ciascun foro si estende da una faccia anulare all’altra faccia anulare ed è, di fatto, un foro rettilineo passante. Preferibilmente, i fori sono paralleli a un asse di simmetria dello statore.

Preferibilmente, il circuito di raffreddamento comprende dei raccordi per collegare fra loro fori adiacenti.

In questo modo, è possibile realizzare dei percorsi a serpentina.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione, ciascun raccordo è formato da un incavo ricavato nella parete di supporto e da una piastra configurata per chiudere ermeticamente l’incavo.

In questo modo, il raccordo è completamente integrato nella parete di supporto.

Preferibilmente, il circuito di raffreddamento comprende due collettori ricavati nella parete di supporto per drenare dai fori e rispettivamente alimentare ai fori il liquido di raffreddamento.

Preferibilmente, ciascun collettore è formato da una scanalatura ricavata nella parete di supporto e da una piastra configurata per chiudere ermeticamente la scanalatura.

Anche i collettori sono vantaggiosamente integrati nella parete di supporto.

Preferibilmente, il circuito di raffreddamento comprende una pluralità di fori di collegamento, ciascuno dei quali interseca un foro, preferibilmente i fori di collegamento si estendono in direzione radiale.

I fori di collegamento consentono di collegare i fori con i raccordi e con i collettori, i quali sono preferibilmente realizzati in corrispondenza di un livello radiale diverso rispetto al livello radiale dei fori.

Preferibilmente, la parete di supporto è realizzata tramite un processo di calandratura di una piastra piana di alluminio oppure in ghisa tramite un processo di fusione.

Successivamente, la parete di supporto è sottoposta a lavorazioni meccaniche ad asportazione di truciolo come la foratura dei fori e dei fori di collegamento e la fresatura degli incavi e delle scanalature per realizzare il circuito di raffreddamento all’interno della parte di supporto stessa.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- la figura 1 è una vista in sezione longitudinale, con parti asportate per chiarezza, di uno statore di una macchina elettrica rotante;

- la figura 2 è una vista prospettica esplosa, con parti asportate per chiarezza e in scala ridotta, di una porzione dello statore della figura 1;

- la figura 3 è una vista di uno sviluppo piano, con parti asportate per chiarezza e in scala ingrandita, della porzione di statore della figura 2;

- la figura 4 è una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza e in scala ingrandita, della porzione di statore della figura 2; e

- la figura 5 è una vista schematica di uno sviluppo piano di uno statore provvisto di un circuito di raffreddamento realizzato secondo una variante della presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato uno statore di una macchina elettrica di un aerogeneratore. In particolare, lo statore 1 definisce parte di una struttura portante dell’aerogeneratore e ha la funzione di supportare oltre ad un rotore, non illustrato, della macchina elettrica, anche un gruppo pale, non illustrato, e collegato direttamente al rotore della macchina elettrica.

Nella fattispecie illustrata, lo statore 1 comprende una parete di supporto 2, un telaio 3 per collegare la parete di supporto 2 al rotore e al gruppo pale, non illustrati, ed elementi di collegamento 4 e 5 disposti dalla banda opposta del telaio 3 e configurati per collegare la parete di supporto 2 alla navicella, non illustrata nelle figure allegate.

Lo statore 1 comprende una parte attiva statorica 6, la quale preferibilmente è suddivisa in segmenti statorici 7, ciascuno dei quali è definito da un circuito magnetico e almeno un avvolgimento elettrico, non illustrati nelle figure allegate. La parte attiva statorica 6 è disposta a contatto con la parete di supporto 2.

Lo statore 1 nel suo complesso presenta una forma anulare attorno ad un asse A di simmetria. Nella fattispecie, la parete di supporto 2 e la parte attiva statorica 6 sono di forma anulare, preferibilmente cilindrica. La parete di supporto 2 comprende due facce 8 e 9 cilindriche e due facce anulari 10 e 11 di estremità. La parte attiva 6 è disposta a contatto della parete di supporto 2 lungo la faccia 8.

Lo statore 1 è attraversato da un circuito di raffreddamento 12 configurato per asportare il calore generato, in uso, dalla parte attiva statorica 6.

Il circuito di raffreddamento 12 comprende una pluralità di fori 13 realizzati nella parete di supporto 2.

La dimensione dei segmenti statorici 7 e la distribuzione dei fori 13 consente di disporre un numero determinato di fori 13 in corrispondenza di un rispettivo segmento statorico 7.

La configurazione preferibile prevede di avere un foro 13 in corrispondenza di un rispettivo avvolgimento elettrico, non illustrato nelle figure allegate.

Inoltre, i fori 13 si estendono in prossimità della faccia 8 a contatto con la parte attiva 6.

Ciascun foro 13 si estende da una faccia anulare 10 all’altra faccia anulare 11.

Preferibilmente, ciascun foro 13 è parallelo all’asse A.

Preferibilmente, i fori 13 sono collegati fra loro in corrispondenza di una delle estremità.

Nella configurazione illustrata, i fori 13 sono collegati fra loro due a due in corrispondenza delle estremità degli stessi. In pratica, il circuito di raffreddamento 12 comprende un raccordo 14 realizzato nella parete di supporto 2.

Il circuito di raffreddamento 12 comprende almeno due collettori 15 e 16 disposti rispettivamente in prossimità delle estremità dei fori 13 e ricavati nella parete di supporto 2 per drenare dai fori 13 e rispettivamente alimentare ai fori 13 il liquido di raffreddamento.

Dal punto di vista costruttivo e con riferimento alla figura 2, ciascun raccordo 14 è formato da un incavo 17, il quale è disposto in corrispondenza delle estremità di due fori 13 ed è ricavato nella parete di supporto 2 lungo la faccia 9, e da una piastra 18 configurata per richiudere ermeticamente l’incavo 17 e formare un vano che comunica con i fori 13 tramite due fori di collegamento 19 radiali, secondo quanto meglio illustrato nelle figure 3 e 4.

In modo analogo ai raccordi 14, i collettori 15 e 16 sono formati da rispettive scanalature 20 e 21, le quali sono disposte dalla banda opposta ai raccordi 14 e sono ricavate nella parete di supporto 2 lungo la faccia cilindrica 9, e da piastre 22 e 23 configurate per richiudere ermeticamente le rispettive scanalature 20 e 21 e formare due rispettivi vani che comunicano con i fori 13 tramite fori di collegamento 19 radiali, secondo quanto meglio illustrato nelle figure 3 e 4.

Nella fattispecie illustrata, le piastre 22 e 23 sono suddivise in due parti e presentano rispettivi connettori 24 e 25 per collegare i collettori 15 e 16 con una parte del circuito 12 esterna allo statore 2 e non illustrata nelle figure allegate.

Con riferimento alla figura 4, le piastre 18, 22 e 23 sono preferibilmente saldate alla parete di supporto 2.

La parete di supporto 2 presenta delle scanalature 26 longitudinali e configurate per supportare la parte attiva 6 (figura 1).

I fori 13 sono chiusi ermeticamente in corrispondenza delle estremità. Preferibilmente, i fori 13 sono chiusi tramite tappi 27 e 28 illustrati nella figura 3.

Con riferimento alla figura 1, il telaio 3 è disposto in battuta contro la parete di supporto 2 lungo la faccia anulare 2 in modo tale per cui, tramite l’impiego di guarnizioni non illustrate, il telaio 3 è in grado di fungere da tappo e, quindi, di sostituire i tappi 27 e 28.

In modo analogo, l’elemento di collegamento 4 è in grado, con l’ausilio di guarnizioni, di fungere da tappo e di sostituire i tappi 27 e 28.

Preferibilmente, la parete di supporto 2 è realizzata tramite un processo di calandratura di una piastra piana di alluminio.

In alternativa, la parete di supporto 2 è realizzata in ghisa tramite un processo di fusione.

I fori 13 e i fori di collegamento 19 sono realizzati tramite foratura, mentre gli incavi 17 e le scanalature 20 e 21 sono realizzati tramite fresatura.

Il circuito 12 all’interno della parete di supporto 2 può assumere una pluralità di configurazioni diverse da quella descritta con riferimento alle figure da 1 a 4 in funzione delle esigenze di raffreddamento.

Con riferimento alla figura 5, è illustrato un circuito 29, il quale si estende in parte nella parete di supporto 2, è privo di raccordi e presenta due collettori 15 e 16 disposti in corrispondenza rispettivamente delle facce anulari 10 e 11, e una pluralità di fori 13 che collegano i collettori 15 e 16. Nella configurazione della figura 8, il liquido refrigerante percorre tutti i fori 13 nello stesso verso.

Risulta infine evidente che al metodo e al sistema oggetto della presente invenzione possono essere apportate modifiche e varianti senza peraltro uscire dall’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Uno statore di una macchina elettrica rotante di un aerogeneratore; lo statore (1) comprendendo una parete di supporto (2); una parte attiva statorica (6) disposta a contatto della parete di supporto (2); e un circuito di raffreddamento (12; 29) che si estende in parte nella parete di supporto (2) e comprende una pluralità di fori (13) estendentisi nella parete di supporto (2).
2. Lo statore come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui la parete di supporto (2) e la parte attiva statorica (6) sono di forma anulare, preferibilmente cilindrica.
3. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la parte attiva statorica (6) comprende una pluralità di segmenti statorici (7) affiancati; ciascun segmento statorico (7) essendo affacciato a un numero determinato di rispettivi fori (13).
4. Lo statore come rivendicato nella rivendicazione 3, in cui ciascun segmento statorico (7) comprende una pluralità di avvolgimenti elettrici; ciascun avvolgimento elettrico essendo affacciato ad almeno un foro (13).
5. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la parete di supporto (2) presenta una faccia cilindrica (8), configurata per essere disposta a contatto della parte attiva statorica (6); i detti fori (13) estendentisi in prossimità della detta faccia (8).
6. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la parete di supporto (2) presenta due facce anulari (10, 11); ciascuno dei detti fori (13) estendentisi da una faccia anulare all’altra faccia anulare (10, 11).
7. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui i detti fori (13) sono paralleli a un asse (A) di simmetria dello statore (1).
8. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il circuito di raffreddamento (12; 29) comprende dei raccordi (14), i quali sono configurati per collegare fori (13) adiacenti.
9. Lo statore come rivendicato nella rivendicazione 8, in cui ciascun raccordo (14) è formato da un incavo (17) ricavato nella parete di supporto (2) e da una piastra (18) configurata per chiudere ermeticamente l’incavo (17).
10. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il circuito di raffreddamento (12; 29) comprende due collettori (15, 16) ricavati nella parete di supporto (2) per drenare dai fori (13) e rispettivamente alimentare ai fori (13) il liquido di raffreddamento.
11. Lo statore come rivendicato nella rivendicazione 10, in cui ciascun collettore (15; 16) è formato da una scanalatura (20; 21) ricavata nella parete di supporto (2) e da una piastra (22; 23) configurata per chiudere ermeticamente la scanalatura (20; 21).
12. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il circuito di raffreddamento (12; 29) comprende una pluralità di fori di collegamento (19), ciascuno dei quali interseca un foro (13), preferibilmente i fori di collegamento (19) si estendono in direzione radiale.
13. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la parete di supporto (2) è realizzata tramite un processo di calandratura di una piastra piana di alluminio.
14. Lo statore come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui la parete di supporto (2) è realizzata in ghisa tramite un processo di fusione.