PL233605B1

PL233605B1 - Wind generator

Info

Publication number: PL233605B1
Application number: PL423383A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Mortka
Original assignee: Mortka Tomasz Elektromix
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-11-29
Also published as: PL423383A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest generator wiatrowy, mający zastosowanie w turbinach wiatrowych VWAT o pionowej osi obrotu wirnika.The subject of the invention is a wind generator applicable in VWAT wind turbines with a vertical axis of rotation of the rotor.

Dotychczas powszechnie znane są cylindryczne turbiny wiatrowe, o pionowej osi obrotu, dzielone na niezależne wirniki, napędzające silniki elektryczne wbudowane w urządzenie.Until now, cylindrical wind turbines with a vertical axis of rotation, divided into independent rotors, driving electric motors built into the device, are widely known.

Z amerykańskiego opisu wynalazku za numerem US2016276916, pod tytułem „Liniowy generator indukcyjny wykorzystujący repulsję magnetyczną”, znane jest urządzenie zawierające stojan wyposażony w cewkę i w magnes podnośnikowy sprzężony dźwignią z magnesem indukcyjnym. Magnes indukcyjny jest ruchomy, zamontowany jest wzdłużnie w cewce, ruch tegoż magnesu wykonywany jest poprzez dźwignię. Urządzenie to posiada ruchomy względem stojana wirnik, przy czym wirnik zaopatrzony jest w magnes i magnes podnoszący, ustawione przeciwlegle do odpowiednich momentów magnetycznych. Ruch magnesu wirnika w kierunku magnesu podnoszącego powoduje odsunięcie magnesu podnoszącego od magnesu wirnika, co z kolei powoduje, za pomocą dźwigni, że magnes indukcyjny porusza się wewnątrz cewki w celu wytworzenia w nim siły elektromotorycznej.From the US description of the invention, under the title "Linear induction generator using magnetic repulsion", there is known a device comprising a stator fitted with a coil and a lifting magnet coupled to the induction magnet by a lever. The induction magnet is movable, it is mounted longitudinally in the coil, the movement of the magnet is performed by a lever. This device has a rotor that is movable in relation to the stator, the rotor being equipped with a magnet and a lifting magnet opposite to the respective magnetic moments. Movement of the rotor magnet towards the pick-up magnet causes the pick-up magnet to move away from the rotor magnet, which in turn causes the induction magnet to move inside the coil by means of a lever to create an electromotive force therein.

Następnie z innego amerykańskiego opisu wynalazku za numerem US2015167639, pod tytułem „Układ magnetyczny do lewitacji turbiny wiatrowej”, znana jest turbina wiatrowa mająca jeden lub więcej magnesów do zmniejszania tarcia między wspornikiem turbiny i wirnikiem turbiny. Zmniejszenie tarcia między wirnikiem turbiny a wspornikiem turbiny pozwala na zwiększenie produkcji energii i skali turbin wiatrowych. Konfiguracja magnesu wykorzystuje pierścień cylindrycznie ukształtowanych magnesów na dnie i przeciwstawiony odpowiedniej liczbie magnesów o zasadniczo prostokątnym kształcie. Magnesy łożyskowe są również wykorzystywane do osiowej stabilizacji.Further, from another US specification, US2015167639, entitled "Wind Turbine Levitation Magnetic System", a wind turbine is known having one or more magnets for reducing friction between the turbine support and the turbine rotor. Reducing the friction between the turbine wheel and the turbine support increases the energy production and scale of wind turbines. The magnet configuration employs a ring of cylindrically shaped magnets at the bottom and is opposed by a corresponding number of substantially rectangular shaped magnets. Bearing magnets are also used for axial stabilization.

Na uwagę zasługuje także rozwiązanie według opisu wynalazku za numerem RO131137, pod tytułem „Generator wiatrowy hybrydowy z radialnym magnetycznym strumieniem i rotorem wewnętrznym”, które zawiera metalową obudowę, która jest izolowana termicznie i składa się z cylindrycznej korony i dwóch identycznych osłon bocznych. Wirniki posiadają jedną lub kilka par stałego magnesu zamontowanego na niektórych rdzeniach magnetycznych wykonanych z litej stali i przymocowanych do głównego wału turbiny wiatrowej. Pary magnesów trwałych są naprzemiennie spolaryzowane promieniowo, aby utworzyć heteropolarną strukturę magnetyczną na obwodzie każdego z dwóch wirników, podczas gdy nieruchoma część generatora zawiera klasyczny stojan z synchronicznym przepływem promieniowym zawierający rdzeń magnetyczny, wykonany z izolowanych warstw stali inżynieryjnej. Cewki indukowane są napięciem elektrotermicznym. Stojan ma postać rury ze stali magnetycznej, przez którą krąży płyn będący nośnikiem ciepła.Also noteworthy is the solution according to the description of the invention with the reference RO131137, entitled "Radial Magnetic Flux Hybrid Wind Generator with Internal Rotor", which comprises a metal casing which is thermally insulated and consists of a cylindrical crown and two identical side shields. The rotors have one or more pairs of a permanent magnet mounted on certain magnetic cores made of solid steel and attached to the main shaft of the wind turbine. The pairs of permanent magnets are alternately polarized radially to form a heteropolar magnetic structure around the circumference of each of the two rotors, while the stationary part of the generator contains a classic radial flow synchronous stator containing a magnetic core made of insulated layers of engineering steel. The coils are induced by electrothermal voltage. The stator is in the form of a magnetic steel tube through which a heat transfer fluid circulates.

Następnie z opis wynalazku międzynarodowego WO2013046134 pod tytułem „Turbina kierunkowa” znane jest urządzenie do skutecznego zwiększania mocy wirnika w przepływie powietrza. W turbinie zastosowano wirnik umieszczony w pozycji pionowej, zamknięty w statycznym dyfuzorze w kształcie odwróconego skrzydła. Nieruchoma konstrukcja znajduje się pod wpływem dwóch połączonych strumieni, zwiększających energię wytwarzaną przez wirnik. Wirnik jest połączony z elementem transformacji energii mechanicznej zintegrowanej w strukturze, o aerodynamicznym kształcie odwróconego skrzydła. System nie ma mechanizmu orientacji z kierunkiem wiatru, ponieważ turbina jest wielokierunkowa i posiada tylko jeden ruchomy element, wirnik z łopatkami. Turbina może zawierać deflektor aerodynamiczny na krawędzi, w górnej części konstrukcji i jest podzielona na wiele elementów, jest powtarzalna i może się składać z co najmniej dwóch elementów aerodynamicznych. Wynalazek ma zastosowanie w produkcji energii z mikro-generatorów, jak również w dużych systemach elektroenergetycznych.Further, from the description of the international invention WO2013046134 under the title "Directional turbine", a device is known for effectively increasing the power of the rotor in the air flow. The turbine uses a rotor placed in a vertical position, enclosed in a static diffuser in the shape of an inverted wing. The stationary structure is influenced by two connected jets, increasing the energy generated by the rotor. The rotor is connected to a mechanical energy transformation element integrated in the structure, with the aerodynamic shape of an inverted wing. The system does not have an orientation mechanism with the wind direction because the turbine is multi-directional and has only one moving element, a rotor with blades. The turbine may include an edge aerodynamic deflector at the top of the structure and is multi-element, repeatable, and may consist of at least two aerodynamic elements. The invention has applications in the production of energy from micro-generators as well as in large power systems.

Elektrownie o pionowej osi obrotu są produktem przygotowanym dla specjalnych warunków i dla klientów, którym zależy głównie na zaletach tych elektrowni. Klienci ci muszą się liczyć z mniejszą wydajnością. W zamian za to mogą montować elektrownie bezpośrednio na budynku czy w najbliższym sąsiedztwie zabudowań jak również w miejscach, gdzie nie uzyskaliby zgody na postawienie klasycznej elektrowni. Oczywistym jest, że z powierzchni jaką posiada elektrownia o pionowej osi obrotu połowa (w praktyce nawet zaledwie 45%) pracuje na wytworzenie energii a druga połowa stanowi opór uniemożliwiający uzyskanie większej sprawności. Stąd wydajność takiej elektrowni jest na poziomie 40%. Moc uzyskiwana jest z energii wiatru, a ta jest liczona w trzeciej potędze prędkości. Energia jaką wytworzy generator jest wprost proporcjonalna do powierzchni łopat wirnika pomnożonej przez prędkość wiatru do trzeciej potęgi. Elektrownie wiatrowe VAWT posiadują dużą bezwładność, stąd porywy wiatru nie są w stanie zwiększyć chwilowej mocy wytwarzanej przez elektrownię. Nagłe porywy wiatru liczy sięPower plants with vertical axis of rotation are a product prepared for special conditions and for customers who care mainly about the advantages of these power plants. These customers must reckon with less efficiency. Instead, they can install power plants directly on the building or in the immediate vicinity of buildings, as well as in places where they would not be allowed to erect a classic power plant. It is obvious that from the surface of a power plant with a vertical axis of rotation, half (in practice even as little as 45%) works to generate energy, and the other half is a resistance that prevents obtaining greater efficiency. Hence, the efficiency of such a power plant is at the level of 40%. Power is obtained from wind energy, which is calculated in the third power of speed. The energy that the generator will produce is directly proportional to the area of the rotor blades multiplied by the wind speed to the third power. VAWT wind farms have high inertia, hence wind gusts are unable to increase the instantaneous power generated by the plant. Sudden gusts of wind count

PL 233 605 B1 do średniej pomiarowej prędkości, ale nie generują przyrostu mocy. Natomiast chwilowe zaniki wiatru powodują natychmiastowe wytracenie energii wirnika, który po prostu przyhamowuje. Stąd oczywistym musi być fakt, że w warunkach laboratoryjnych wynik pomiaru wytworzonej energii przy stałej prędkości wiatru będzie inny (wyższy) niż wynik pomiaru wytworzonej energii dla średniej prędkości wiatru w czasie pomiarów w środowisku naturalnym.PL 233 605 B1 to the average measurement speed, but do not generate a power increase. On the other hand, temporary wind decay causes immediate loss of rotor energy, which simply brakes. Hence, it must be obvious that in laboratory conditions, the measurement result of the generated energy at constant wind speed will be different (higher) than the measurement result of the generated energy for the average wind speed during measurements in the natural environment.

Rozwiązanie według wynalazku polepsza wydajność urządzenia, bowiem zastosowanie niezależnych wirników, przeciwbieżnych, zwielokrotnia ruch prądotwórczy i tym samym wydajność urządzenia. Ponadto rdzeń proszkowy cewek zwiększa ich indukcyjności, zarazem podnosząc sprawność prądnicy.The solution according to the invention improves the efficiency of the device, because the use of independent, counter-rotating rotors multiplies the power generating movement and thus the efficiency of the device. In addition, the powder core of the coils increases their inductance, while increasing the efficiency of the generator.

Generator wiatrowy, zamontowany do pionowej turbiny wiatrowej, o budowie cylindrycznej, wyposażonej, w osadzone na stojanie co najmniej dwa niezależne wirniki posiadające formowane, kątowe łopatki, oraz w kierunkowy statecznik i strumienicę, charakteryzuje się tym, że wirniki zaopatrzone są w przeciwbieżne dyski, wyposażone w magnesy. Dyski posiadają skierowane do siebie obwodowe zęby z trybami przymocowanymi do środkowego dysku. Środkowy dysk wyposażony jest w usytuowanie promieniście cewki. Korzystnie, dolny dysk z magnesami stanowi magneśnicę dolną, zaś górny dysk z magnesami stanowi magneśnicę górną.Wind generator mounted to a vertical cylindrical wind turbine, equipped with stator mounted at least two independent rotors with molded angular blades, and directional ballast and lance, characterized by the fact that the rotors are equipped with counter-rotating discs, in magnets. The disks have facing each other peripheral teeth with the modes attached to the center disk. The middle disk is provided with a radially coil location. Preferably, the lower magnet disc is the lower field magnet and the upper magnet disc is the upper field magnet.

Korzystnie, magnesy zamontowane są biegunowo przemiennie na dyskach, na planie okręgu tak, że magnesy dolnego dysku odpowiadają cewkom dysku środkowego i magnesom górnego dysku.Preferably, the magnets are mounted alternately on the disks on a circular plan so that the lower disk magnets correspond to the coils of the middle disk and the magnets of the upper disk.

Korzystnie, dyski dolny, środkowy, górny zamontowane są osiowo, na stojanie w połowie wysokości wiatrowej turbiny.Preferably, the lower, middle and upper discs are axially mounted on the stator at half the height of the wind turbine.

Korzystnie, tryby są krawędziowo przymocowane do dysku.Preferably, the modes are edge-attached to the disc.

Korzystnie, dyski dolny i górny przymocowane są trwale do przylegających do nich wirników. Korzystnie, dyski dolny i górny oddalone są od siebie w odległości równej średnicy trybów. Korzystnie, cewki posiadają rdzeń proszkowy.Preferably, the lower and upper disks are fixedly attached to adjacent rotors. Preferably, the lower and upper disks are spaced apart by the diameter of the modes. Preferably, the coils have a powder core.

Rozwiązanie wedle wynalazku pozwala na usprawnienie wydajności turbiny, zastosowanie zwielokrotnia ruch prądotwórczy, polepszając wydajność urządzenia.The solution according to the invention allows to improve the efficiency of the turbine, the application multiplies the generating movement, improving the efficiency of the device.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym na Fig. 1 przedstawiono generator wiatrowy w widoku ogólnym, na Fig. 2 uwidoczniono dyski generatora wiatrowego w postaci złożonej, zaś na Fig. 3 zaprezentowano dyski generatora wiatrowego w postaci rozłożonej, na Fig. 4 przedstawiono dysk dolny z uwidocznionymi magnesami, natomiast na Fig. 5 zaprezentowano wirnik dolny z zamontowanym dyskiem dolnym.The subject matter of the invention is shown in an embodiment in the attached drawing, in which Fig. 1 shows the wind generator in general view, Fig. 2 shows the wind generator disks in folded form, and Fig. 3 shows the wind generator disks in an unfolded form, Fig. 4 shows the lower disk with the magnets visible, while Fig. 5 shows the lower rotor with the lower disk mounted.

Generator wiatrowy, jest zamontowany do pionowej turbiny wiatrowej, o budowie cylindrycznej, wyposażonej w osadzone na stojanie dwa niezależne wirniki 1, 1' posiadające formowane, kątowe łopatki, oraz w kierunkowy statecznik i strumienicę. Wirniki 1, 1' zaopatrzone są przeciwbieżne dyski 2, 3 wyposażone w magnesy 4. Dyski 2, 3 posiadają skierowane do siebie obwodowe zęby 5 trybami 8 przymocowanymi do środkowego dysku 6. Środkowy dysk 6 wyposażony jest w usytuowane promieniście cewki 7. Dolny dysk 2 z magnesami 4 stanowi magneśnicę dolną, zaś górny dysk 3 z magnesami 4 stanowi magneśnicę górną. Magnesy 4 zamontowane są biegunowo przemiennie na dyskach 2, 3 na planie okręgu tak, że magnesy dolnego dysku 2 odpowiadają cewkom 7 dysku środkowego 6 i magnesom górnego dysku 3. Dyski 2, 3, 6 zamontowane są osiowo na stojanie 9, w połowie wysokości wiatrowej turbiny. Tryby 8 są krawędziowo przymocowane do dysku 6. Dyski 2, 3 przymocowane są trwale do przylegających do nich wirników 1, 1'. Dyski 2, 3 oddalone są od siebie w odległości równej średnicy trybów 8. Cewki 7 posiadają rdzeń proszkowy.The wind generator is mounted to a vertical cylindrical wind turbine equipped with two independent rotors 1, 1 'mounted on the stator having molded angular blades, and in a directional ballast and lance. The rotors 1, 1 'are equipped with counter-rotating disks 2, 3 equipped with magnets 4. The disks 2, 3 have circumferential teeth facing each other 5 modes 8 attached to the middle disk 6. The middle disk 6 is equipped with radially arranged coils 7. Lower disk 2 with magnets 4 is the lower field bar and the upper disc 3 with magnets 4 is the upper field bar. Magnets 4 are mounted alternately on disks 2, 3 on a circular plan so that the magnets of the lower disk 2 correspond to the coils 7 of the middle disk 6 and the magnets of the upper disk 3. The disks 2, 3, 6 are mounted axially on the stator 9, at half wind height turbines. The modes 8 are edge attached to the disk 6. The disks 2, 3 are firmly attached to the rotors 1, 1 'adjacent to them. The disks 2, 3 are spaced apart by the diameter of the modes 8. The coils 7 have a powder core.

Claims

Patent claims

1. Wind generator mounted to a vertical wind turbine, cylindrical in structure, equipped with at least two independent rotors mounted on the stator having molded angular blades, and with a directional ballast and lance, characterized in that the rotors (1, 1 ') are provided with there are counter-rotating disks (2, 3) equipped with magnets (4), while the disks (2, 3) have circumferential teeth (5) facing each other with at least two modes (8) attached to the central disk (6), and the middle disk (6) the disk (6) is provided with a radially positioned coil (7).

2. The generator according to claim A method according to claim 1, characterized in that the lower disc (2) with magnets (4) is the lower field magnet and the upper disc (3) with magnets (4) is the upper field magnet.

PL 233 605 Β1

3. The generator according to claim 1 or 2, characterized in that the magnets (4) are mounted alternately on the disks (2, 3) on a circular plan so that the magnets of the lower disk (2) correspond to the coils (7) of the middle disk (6) and the magnets of the upper disk ( 3).

4. The generator according to claim The method of claim 1, characterized in that the disks (2, 3, 6) are axially mounted on the stator (9), halfway up the wind turbine (1).

5. The generator according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the modes (8) are edge-attached to the disc (6).

6. The generator according to claim The method of claim 1, characterized in that the disks (2, 3) are fixedly attached to adjacent rotors (1, 1 ').

7. The generator according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the disks (2, 3) are spaced apart at a distance equal to the diameter of the modes (8).

8. The generator according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the coils (7) have a powder core.