RU2442018C1 - Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator - Google Patents

Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator Download PDF

Info

Publication number
RU2442018C1
RU2442018C1 RU2010127015/06A RU2010127015A RU2442018C1 RU 2442018 C1 RU2442018 C1 RU 2442018C1 RU 2010127015/06 A RU2010127015/06 A RU 2010127015/06A RU 2010127015 A RU2010127015 A RU 2010127015A RU 2442018 C1 RU2442018 C1 RU 2442018C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
permanent magnets
rotors
stator winding
rotor
wind
Prior art date
Application number
RU2010127015/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Пустынников (RU)
Сергей Владимирович Пустынников
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2010127015/06A priority Critical patent/RU2442018C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2442018C1 publication Critical patent/RU2442018C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: device refers to the wind energy, pacifically to the wind-energy equipment, designed to charge accumulator batteries and power supply for various recipients. The device contains a motionless stator winding solenoid type and two rotors made of nonmagnetic materials. Rotors have disk form and are placed in axial alignment. The same even number of permanent magnets is distributed on each rotor. Stator winding is reeled on the wind powered generator's axis and is placed between the two cylindrical cores made of the ferromagnetic materials. Large-diameter core is fasten from the outside in the body frame. Both rotors are placed on a single spindle which is connected to the wind wheel and has the ability to rotate in the bearing assemblies. The permanent magnets have a Pi shape. Their poles are placed in axial alignment on each of the rotor and are directed in a heteropolar manner towards each other. Each of the permanent magnets is with heteropolar alternating poles on each rotor has the ability of axial alignment placement with cylindrical core ends. Cylindrical core ends have serrate shape with number of serratures half as less as a number of the permanent magnets. Serratures are placed in axial alignment to each other.
EFFECT: enhanced directed EMF in the stator winding and facilitated stator manufacturing technology.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей например, электроосветительных приборов, радио- и телеприемников и др., на объектах без электроснабжения.The invention relates to the field of wind energy, and in particular to wind power units intended for charging batteries and powering various consumers, for example, electric lighting devices, radio and television receivers, etc., at facilities without power supply.

Известен двухроторный ветрогенератор (патент РФ №2366829, опубл. 10.09.2009, Бюл. №25), принятый в качестве прототипа, который содержит два ветроколеса, вращающихся в разные стороны, и имеющий неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, намотанную вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закрепленную наружной стороной в корпусе, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, причем полюса магнитов, расположенных на каждом из роторов, имеют одинаковую полярность, а расположенных на разных роторах - направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения полюсов вокруг половины не закрепленной в корпусе обмотки, а каждый ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, вращающегося в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе.Known two-rotor wind generator (RF patent No. 2366829, publ. 09/10/2009, bull. No. 25), adopted as a prototype, which contains two wind wheels rotating in opposite directions, and having a fixed stator winding of the solenoid type wound around a ferromagnetic ring core material and fixed with the outer side in the housing, as well as two rotors of non-magnetic material, having the form of disks and located coaxially, on each of which the same even number of permanent magnets having -shaped, and the poles of the magnets located on each of the rotors have the same polarity, and located on different rotors - are directed opposite to each other, each of the permanent magnets is made with the possibility of rotation of the poles around half of the winding not fixed in the housing, and each rotor connected to the wind wheel by means of its shaft rotating in bearing bearings fixed in the housing.

Недостатком изобретения является то, что магнитное поле статора является пульсирующим, т.е. меняющимся от нуля до максимального значения, следовательно, величина действующего значения ЭДС в обмотке статора в два раза меньше по сравнению с ЭДС, наводимой синусоидальным магнитным полем. Вторым недостатком является то, что при вращении постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, ЭДС не будет наводиться в части обмотки, закрепленной наружной стороной в корпусе, что снижает величину наведенной ЭДС. Третьим недостатком является сложность технологии изготовления статорной обмотки ветрогенератора, требующей применения специального челнока, позволяющего осуществлять намотку вокруг кольцевого сердечника.The disadvantage of the invention is that the stator magnetic field is pulsating, i.e. varying from zero to the maximum value, therefore, the magnitude of the effective value of the EMF in the stator winding is two times less compared to the EMF induced by a sinusoidal magnetic field. The second disadvantage is that during the rotation of permanent magnets having an L-shaped shape, the EMF will not be induced in the part of the winding fixed by the outer side in the housing, which reduces the magnitude of the induced EMF. The third disadvantage is the complexity of the manufacturing technology of the stator winding of the wind generator, which requires the use of a special shuttle that allows winding around the annular core.

Задачей изобретения является увеличение наводимой в статорной обмотке ЭДС и упрощение технологии изготовления статорной обмотки.The objective of the invention is to increase induced in the stator winding EMF and simplify the manufacturing technology of the stator winding.

Данная задача достигается тем, что двухроторный зубцовый ветрогенератор так же как и прототип содержит неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов.This task is achieved in that the two-rotor tooth wind generator as well as the prototype contains a fixed stator winding of the solenoid type, as well as two rotors of non-magnetic material, having the form of disks and located coaxially, on each of which the same even number of permanent magnets is evenly distributed.

Согласно изобретению двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором имеет статорную обмотку, намотанную вдоль оси ветрогенератора и расположенную между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала, причем больший по диаметру сердечник закреплен наружной стороной в корпусе, а оба ротора размещены на одном валу, соединенным с ветроколесом и выполненным с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе. Постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, а зубцы расположены соосно друг другу.According to the invention, a two-rotor solenoidal wind generator with a gear stator has a stator winding wound along the axis of the wind generator and located between two cylindrical cores of ferromagnetic material, the larger core being fixed by the outer side in the housing, and both rotors are placed on the same shaft connected to the wind wheel and made with the possibility of rotation in bearing bearings fixed in the housing. Permanent magnets are U-shaped, and their poles are arranged coaxially on each of the rotors and directed opposite to each other, each of the permanent magnets with differently alternating poles on each of the rotors is made to rotate coaxially with the ends of the cylindrical cores, while the ends of the cylindrical The cores have a toothed shape with the number of teeth equal to half the number of permanent magnets, and the teeth are aligned with each other.

Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The invention has the following advantages over the prototype device:

1. Применение статорной обмотки, намотанной вдоль оси ветрогенератора и расположенной между двумя цилиндрическими сердечниками, изготовленными из ферромагнитного материала, позволяет осуществлять намотку статорной обмотки без применения специального челнока, что значительно упрощает технологию ее изготовления.1. The use of a stator winding wound along the axis of a wind generator and located between two cylindrical cores made of ferromagnetic material allows winding of the stator winding without the use of a special shuttle, which greatly simplifies its manufacturing technology.

2. Применение на каждом роторе одинакового четного количества постоянных магнитов, имеющих П-образную форму, выполненных с возможностью вращения полюсами соосно с торцами цилиндрических сердечников, позволяет генерировать ЭДС во всей статорной обмотке и за счет этого повысить ее величину.2. The use on each rotor of the same even number of permanent magnets having a U-shape, made with the possibility of rotation of the poles coaxially with the ends of the cylindrical cores, allows you to generate EMF in the entire stator winding and thereby increase its value.

3. Изготовление торцов цилиндрических сердечников зубчатой формы с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, с расположением зубцов соосно друг другу, при вращении роторов, размещенных на одном валу и имеющих четное количество постоянных магнитов П-образной формы, полюса которых расположены соосно на каждом из роторов и направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников позволяет генерировать в статорной обмотке ЭДС синусоидальной формы, действующее значение которой в два раза превышает ЭДС в устройстве прототипа, создаваемой пульсирующим магнитным полем.3. The manufacture of the ends of the cylindrical gear-shaped cores with the number of teeth equal to half the number of permanent magnets, with the teeth aligned coaxially with the rotation of the rotors placed on the same shaft and having an even number of permanent U-shaped magnets, the poles of which are aligned coaxially of rotors and directed opposite to each other, each of the permanent magnets with opposite polar alternating poles on each of the rotors is made to rotate coaxially with the ends of the cylindrical hearts chnikov allows to generate electromotive force in the stator winding of the sinusoidal current whose value is twice the voltage in the prior art device produced a pulsating magnetic field.

На фиг.1 показано главное продольное сечение двухроторного соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором в нулевой момент времени, имеющего для примера по четыре П-образных магнита на каждом из роторов и по 2 зубца на каждом из торцов цилиндрических сердечников.Figure 1 shows the main longitudinal section of a two-rotor solenoidal wind generator with a gear stator at a zero point in time, which has for example four U-shaped magnets on each of the rotors and 2 teeth on each of the ends of the cylindrical cores.

На фиг.2 показано продольное сечение двухроторного соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором после поворота роторов на девяносто градусов.Figure 2 shows a longitudinal section of a two-rotor solenoidal wind generator with a gear stator after the rotors rotate ninety degrees.

На фиг.3 схематично показана развертка роторов с постоянными магнитами и статора двухроторного соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором в нулевой момент времени.Figure 3 schematically shows a scan of the rotors with permanent magnets and the stator of a two-rotor solenoidal wind generator with a gear stator at zero time.

Двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором содержит два цилиндрических сердечника 1, 2 (фиг.1, 2), выполненных из ферромагнитного материала. Сердечник 2, имеющий больший диаметр, закреплен наружной стороной в корпусе 3. Оба сердечника 1 и 2 жестко соединены между собой винтами 4. Между сердечниками 1 и 2 расположена статорная обмотка 5, выполненная по типу соленоида. Два ротора 6, 7 из немагнитного материала имеют форму дисков, расположенных соосно. На каждом из роторов 6 и 7 равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов 8, 9, имеющих П-образную форму, причем полюса магнитов на каждом из роторов разнополярно чередуются (фиг.3). Полюса постоянных магнитов 8, 9, расположенных соответственно на роторах 6 и 7, направлены соосно и разнополярно друг другу и выполнены с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников 1, 2. Оба ротора 6, 7 посажены на валу 10, который закреплен в корпусе 3 с помощью подшипниковых узлов 11, 12. На вал 10 посажено ветроколесо 13. Статорная обмотка 5 подключена к выводам 14, закрепленным на корпусе 3. Цилиндрические сердечники 1, 2 имеют зубцы 15 и пазы 16, при этом зубцы 15 цилиндрических сердечников 1, 2 расположены соосно друг другу.A two-rotor solenoidal wind generator with a gear stator contains two cylindrical cores 1, 2 (Fig. 1, 2) made of ferromagnetic material. The core 2, having a larger diameter, is fixed by the outer side in the housing 3. Both cores 1 and 2 are rigidly interconnected by screws 4. Between the cores 1 and 2 there is a stator winding 5, made in the form of a solenoid. Two rotors 6, 7 of non-magnetic material are in the form of disks arranged coaxially. On each of the rotors 6 and 7, the same even number of permanent magnets 8, 9, having a U-shape, is evenly distributed, with the poles of the magnets on each of the rotors alternating in different polarity (Fig. 3). The poles of the permanent magnets 8, 9, located respectively on the rotors 6 and 7, are directed coaxially and bipolar to each other and are made to rotate coaxially with the ends of the cylindrical cores 1, 2. Both rotors 6, 7 are mounted on a shaft 10, which is mounted in the housing 3 with the help of bearing assemblies 11, 12. A wind wheel 13 is planted on the shaft 10. The stator winding 5 is connected to the terminals 14 mounted on the housing 3. The cylindrical cores 1, 2 have teeth 15 and grooves 16, while the teeth 15 of the cylindrical cores 1, 2 are located coaxially to each other.

Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколесо 13 будет вращать ротора 6, 7 и закрепленные на них постоянные магниты 8, 9 с угловой скоростью ω. В нулевой момент времени (фиг.1) постоянные магниты 8 на роторе 6 и постоянные магниты 9 на роторе 7 будут расположены напротив зубцов 15 и магнитный поток будет замыкаться вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 в прямом направлении, индуктируя положительную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Постоянные магниты 8, 9, имеющие обратную полярность на роторах 6, 7, расположены напротив пазов 16, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока обратного направления и ЭДС в статорной обмотке 5 наводить не будут. При повороте роторов на девяносто градусов (фиг.2) постоянные магниты 8 на роторе 6 и постоянные магниты 9 на роторе 7, расположенные напротив зубцов 15, меняют свои полюса на противоположное направление и будут создавать магнитный поток вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 в обратном направлении, индуктируя отрицательную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Постоянные магниты 8, 9, имеющие прямую полярность на роторах 6, 7, будут расположены напротив пазов 16, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока прямого направления и ЭДС в статорной обмотке 5 наводить не будут. Индуктированная в обмотке 5 синусоидальная ЭДС через выводы 14 подается потребителю.The device operates as follows. Under the influence of the air flow, the wind wheel 13 will rotate the rotors 6, 7 and the permanent magnets 8, 9 attached to them with an angular velocity ω. At the zero point in time (Fig. 1), the permanent magnets 8 on the rotor 6 and the permanent magnets 9 on the rotor 7 will be located opposite the teeth 15 and the magnetic flux will be closed around the turns of the stator winding 5 through the cylindrical cores 1, 2 in the forward direction, inducing a positive half-wave sinusoidal EMF in the stator winding 5. Permanent magnets 8, 9 having reverse polarity on the rotors 6, 7 are located opposite the grooves 16 having a large air gap and a large magnetic resistance for reverse magnetic flux and electromotive force in the stator winding 5 will not direct. When the rotors rotate ninety degrees (figure 2), the permanent magnets 8 on the rotor 6 and the permanent magnets 9 on the rotor 7, located opposite the teeth 15, change their poles in the opposite direction and will create a magnetic flux around the turns of the stator winding 5 through the cylindrical cores 1 , 2 in the opposite direction, inducing a negative half-wave of the sinusoidal EMF in the stator winding 5. Permanent magnets 8, 9, having direct polarity on the rotors 6, 7, will be located opposite the grooves 16, which have a large air gap and a large The output magnetic resistance for the direct current magnetic flux and EMF in the stator winding 5 will not induce. Induced in the winding 5, a sinusoidal EMF through terminals 14 is supplied to the consumer.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить наводимую в статорной обмотке ЭДС и упростить технологию изготовления статорной обмотки.Thus, the proposed device allows to increase induced in the stator winding EMF and to simplify the manufacturing technology of the stator winding.

Claims (1)

Двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором, содержащий неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов, отличающийся тем, что статорная обмотка намотана вдоль оси ветрогенератора и расположена между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала, причем больший по диаметру сердечник закреплен наружной стороной в корпусе, а оба ротора размещены на одном валу, который соединен с ветроколесом и выполнен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, при этом постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, а зубцы расположены соосно друг другу. A two-rotor solenoidal wind generator with a tooth stator, containing a fixed stator winding of the solenoid type, as well as two rotors of non-magnetic material, disk-shaped and coaxially arranged, each of which is equally distributed with the same even number of permanent magnets, characterized in that the stator winding is wound along the axis a wind generator and is located between two cylindrical cores of ferromagnetic material, the larger core being fixed by the outer side to the case, and both rotors are placed on the same shaft, which is connected to the wind wheel and is made to rotate in the bearings mounted in the housing, while the permanent magnets are U-shaped, and their poles are coaxial on each of the rotors and directed opposite to each other each other, each of the permanent magnets with alternating poles alternating on each of the rotors, is made to rotate coaxially with the ends of the cylindrical cores, while the ends of the cylindrical cores have a toothed shape with the number of teeth equal to half the number of permanent magnets, and the teeth are aligned with each other.
RU2010127015/06A 2010-07-01 2010-07-01 Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator RU2442018C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127015/06A RU2442018C1 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127015/06A RU2442018C1 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2442018C1 true RU2442018C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010127015/06A RU2442018C1 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442018C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723540C1 (en) * 2019-11-27 2020-06-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Solenoid wind generator with a tooth stator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723540C1 (en) * 2019-11-27 2020-06-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Solenoid wind generator with a tooth stator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101011201B1 (en) Electromagnetic motor
CN106329859A (en) Dual-rotor counter-rotating permanent-magnet brushless wind driven generator
JP2021145544A (en) Pairs of complementary unidirectionally magnetic rotor/stator assemblies
CN106664004A (en) Washing machine
EP3726711A1 (en) Brushless motor-generator
RU2533886C1 (en) Brushless direct current motor
RU2429375C1 (en) Double-rotor solenoid wind-driven generator
JP6244598B2 (en) Wind turbine generator having variable magnetic flux field type synchronous generator
JP6860892B2 (en) Brushless motor
RU2442018C1 (en) Twin-rotor solenoid wind powered generator with a tooth stator
RU2435983C1 (en) Double-rotor tooth wind-driven generator
JPWO2003094329A1 (en) Power generator and torque multiplier
KR101023222B1 (en) Sporting apparatus which having a independent electricity generator
RU2366829C1 (en) Birotary windmill
GB2490816A (en) Electricity Generating Unit
WO2010126392A1 (en) Permanent-magnet generator
CN206364681U (en) A kind of electronic commutation brush DC motors
RU2723540C1 (en) Solenoid wind generator with a tooth stator
RU2406212C2 (en) Contact-free electrical machine
RU2507667C2 (en) Magnetic generator
JP4614641B2 (en) Momentum increasing device
RU2417505C1 (en) Electric motor of mining mill of direct drive system
WO2017118410A1 (en) Power generator for shortening rotational resistance moment arm
RU86811U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR
RU2751098C1 (en) Commutator-less dc electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120702