RU2211948C2

RU2211948C2 - Counter-rotor wind-driven generator

Info

Publication number: RU2211948C2
Application number: RU2001129415/06A
Authority: RU
Inventors: А.М. Литвиненко
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: wind power engineering. SUBSTANCE: invention can be used for generating electric energy. According to invention, counter-rotor wind-driven generator contains tower with base and windwheels. Segments of rotors of generator are made in form of magnets installed on ends of links which are secured on ends of blades of two windwheels mounted on one base turnable. Third windwheel with counterrotor is arranged between said windwheels. Counter-rotor is magnetically coupled with segments of rotors. Pulleys over which flexible ties are passed are installed on shafts of windwheels. EFFECT: reduced mass and overall dimensions of wind-driven generator. 7 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. The invention relates to the field of wind energy and can be used to generate electricity.

Известен контрроторный ветроэлектрогенератор, содержащий поворотное ветроколесо, магнитную систему с обмотками, в зазоре которой перемещается ротор, причем магнитная система расположена на основании, размещенном в зоне нижнего положения лопастей, а лопасти снабжены ферромагнитными зубчатыми пластинами, составляющими ротор, ротор таким образом охватывает концы лопастей, пластины проходят через воздушный зазор магнитной системы (см., например, SU 861716 А, кл. F 03 D 9/00, 07.09.1981), принятый по совокупности существенных признаков за ближайший аналог (прототип). Known counter-rotor wind generator containing a rotary wind wheel, a magnetic system with windings, in the gap of which the rotor moves, and the magnetic system is located on the base located in the zone of the lower position of the blades, and the blades are equipped with ferromagnetic gear plates making up the rotor, the rotor thus covers the ends of the blades, the plates pass through the air gap of the magnetic system (see, for example, SU 861716 A, class F 03 D 9/00, 09/07/1981), taken for the closest analo g (prototype).

Недостатком данного генератора является увеличенная масса ротора, который фактически имеет диаметр, равный диаметру самого ветроколеса, что в случае ветроколес большого диаметра практически неприемлемо и требует применения сегментных машин. The disadvantage of this generator is the increased mass of the rotor, which actually has a diameter equal to the diameter of the wind wheel itself, which is almost unacceptable in the case of large diameter wind wheels and requires the use of segmented machines.

Технический результат, заключающийся в уменьшении массы и габаритов, обеспечивается за счет того, что в контрроторном ветроэлектрогенераторе, содержащем башню с основанием и ветроколеса, согласно изобретению сегменты роторов генератора выполнены в виде магнитов, которые установлены на концах штанг, а последние закреплены на концах лопастей двух ветроколес, которые расположены на одном основании, выполненном поворотным, а между ними расположено третье ветроколесо с контрротором, который магнитосвязан с сегментами роторов, при этом на валах ветроколес установлены шкивы, охваченные гибкими связями. The technical result, which consists in reducing the weight and dimensions, is due to the fact that in the counter-rotor wind generator containing a tower with a base and wind wheels, according to the invention, the segments of the generator rotors are made in the form of magnets that are mounted at the ends of the rods, and the latter are fixed at the ends of the blades of two the wind wheel, which is located on one base, made rotary, and between them there is a third wind wheel with a counter-rotor, which is magnetically connected to the segments of the rotors, while Alah windwheels mounted pulleys covered by flexible links.

На фиг.1 изображен контрроторный ветроэлектрогенератор, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.3 изображен магнит, вид спереди; на фиг.4 -то же, вид сверху; на фиг. 5 - вид на магнитную систему контрротора спереди; на фиг.6 - разрез по катушке; на фиг.7 - контрротор, вид сверху. Figure 1 shows a counter-rotor wind generator, front view; in FIG. 2 - the same, top view; figure 3 shows a magnet, front view; figure 4 is the same, a top view; in FIG. 5 is a front view of the counter-rotor magnetic system; figure 6 is a section along the coil; 7 is a counterrotor, a top view.

Ветроэлектрогенератор устанавливается на башне 1, имеющей поворотную платформу 2, на ней укреплено основание 3, на котором в середине укреплен контрротор (статор) со своим ветроколесом, а по концам установлены ветроколеса 4 роторов со шкивами 5. На концах лопастей ветроколес 4 установлены штанги 6 обтекаемой (каплеобразной формы), на концах штанг 6 закреплены магниты 7. Основание 3 снабжено хвостом 8. В центре основания 3 закреплено вращающееся ветроколесо 9, приводящее в движение контрротор (вращающийся статор). Ветроколеса 4 (крайние) и 9 (центральное) снабжены шкивами 5, которые охватывают гибкие элементы 10 (цепи или зубчатые ремни). Крайние ветроколеса 4 закреплены во вращающихся узлах 11, а центральное 9 - во вращающемся узле 12, который, кроме этого, снабжен вращающимся токосъемом 13 типа "токоотводящие кольца - щетка", который известен и широко применяется для питания роторов асинхронных электродвигателей с фазным ротором. На валу центрального ветроколеса 9 установлены шкивы 14, которые через гибкий элемент 10 связаны со шкивами 5 крайних ветроколес 4, при этом контрротор 15 имеет две пары полюсов. The wind generator is installed on a tower 1 having a rotary platform 2, a base 3 is fixed on it, on which a counter-rotor (stator) is mounted in the middle with its own wind wheel, and 4 rotor wind wheels with pulleys 5 are installed at the ends. At the ends of the 4 wind turbine blades there are installed 6 streamlined rods 6 (drop-shaped), magnets 7 are fixed at the ends of the rods 6. The base 3 is equipped with a tail 8. In the center of the base 3 is fixed a rotating wind wheel 9, which drives the counter-rotor (rotating stator). Windwheels 4 (extreme) and 9 (central) are provided with pulleys 5, which cover flexible elements 10 (chains or timing belts). The extreme wind wheels 4 are fixed in the rotating nodes 11, and the central 9 - in the rotating node 12, which, in addition, is equipped with a rotary current collector 13 of the type "collector rings - brush", which is known and widely used for powering rotors of asynchronous motors with a phase rotor. Pulleys 14 are mounted on the shaft of the central wind wheel 9, which are connected through the flexible element 10 to the pulleys 5 of the extreme wind wheels 4, while the counter-rotor 15 has two pairs of poles.

Магниты 7 (роторов) укреплены на концах лопастей крайних ветроколес 4. В конце лопасти 4 проделывается отверстие (не показано), в которое вставляется стержень 16 с двумя диаметральными отверстиями. Magnets 7 (rotors) are mounted on the ends of the blades of the extreme wind wheels 4. At the end of the blade 4, a hole (not shown) is made into which the rod 16 with two diametrical holes is inserted.

Сами элементы 7 представляют собой постоянный магнит 17, намагниченный по оси лопасти 4. К магниту 17 примыкают внутренний наконечник 18 и внешний наконечник 19. Оба наконечника 18 и 19 и магнит 17 стянуты подковообразной немагнитной стяжкой 20, концы которой проходят через диаметральные отверстия в стержне 16, на концах стяжки 20 нарезана резьба и завинчены гайки 21. Для уменьшения аэродинамического сопротивления гайки 21 частично утоплены в гнездах 22, выполненных в лопасти 4. Аналогичная конструкция может быть выполнена и с электромагнитным возбуждением. The elements 7 themselves are a permanent magnet 17 magnetized along the axis of the blade 4. An inner tip 18 and an outer tip 19 are adjacent to the magnet 17. Both tips 18 and 19 and the magnet 17 are pulled together by a horseshoe-shaped non-magnetic coupler 20, the ends of which pass through the diametrical holes in the rod 16 , at the ends of the coupler 20, a thread is threaded and nuts 21 are screwed. To reduce the aerodynamic drag, the nuts 21 are partially recessed in sockets 22 made in the blades 4. A similar design can be performed with electromagnetic excitation low.

Контрротор 15 имеет полюсные наконечники 23 с дугообразными выемками для магнитного контакта с магнитами 7, через наконечники 23 проходит вал 24 контрротора 15, между наконечниками 23 находится сердечник 25 с катушкой 26. На одном валу с описанной магнитной системой располагаются две звездочки 14, схваченные гибкой связью, и на конце опоры - токосъем 13. The counter-rotor 15 has pole tips 23 with arcuate recesses for magnetic contact with the magnets 7, a counter 24 rotor shaft 24 passes through the tips 23, a core 25 with a coil 26 is located between the tips 23. Two sprockets 14 are located on the same shaft with the described magnetic system, caught by a flexible connection , and at the end of the support - current collector 13.

Ветроэлектрогенератор работает следующим образом. Wind generator operates as follows.

Под воздействием набегающего потока воздуха ветроколеса 4 и 9 приходят во вращение. Ориентация на ветер при этом осуществляется хвостом 8. Все три колеса находятся в кинематической связи, осуществляемой шкивами (звездочками) 5 и 14 и гибкими элементами 10, при этом длины штанг 6 подобраны так, что магниты 7 циклически входят в магнитную связь с контрротором 15, так, например, при вращении ветроколес по часовой стрелке такой магнитный контакт наступит при повороте на 45^o от положения, показанного на фиг.1. При этом образуется магнитная цепь: магнит 17 - внутренний наконечник 18 - первый наконечник контрротора 23 - сердечник 25 с катушкой 26 - второй наконечник контрротора - внешний наконечник 19.Under the influence of the incoming air flow, the wind wheels 4 and 9 come into rotation. The orientation to the wind is carried out by the tail 8. All three wheels are in kinematic coupling, carried out by pulleys (sprockets) 5 and 14 and flexible elements 10, while the lengths of the rods 6 are selected so that the magnets 7 cyclically enter into magnetic coupling with the counter-rotor 15, so, for example, when the wind wheels are rotated clockwise, such magnetic contact will occur when turning 45 ^o from the position shown in figure 1. In this case, a magnetic circuit is formed: magnet 17 — inner tip 18 — first counter-rotor tip 23 — core 25 with coil 26 — second counter-rotor tip — outer tip 19.

Естественно, между наконечниками 23 и 18 и 19 имеется воздушный зазор. После прохождения лопастью углового деления, соответствующего дуге магнита, происходит разрыв магнитной цепи, в результате чего в катушке 26 индуктируется ЭДС, возбуждается ток, проходящий по катушке 26 и вращающемуся токосъемному устройству 13 к нагрузке. При этом магнитная цепь может быть облегчена как минимум вдвое за счет использования двух крайних ветроколес 4. С увеличением их числа возможно дальнейшее облегчение магнитов. Naturally, there is an air gap between the tips 23 and 18 and 19. After the blade passes through the angular division corresponding to the arc of the magnet, the magnetic circuit breaks, as a result of which the EMF is induced in the coil 26, the current passing through the coil 26 and the rotating current collector 13 is excited to the load. In this case, the magnetic circuit can be lightened at least twice by using two extreme wind wheels 4. With an increase in their number, further relief of the magnets is possible.

Claims

A counter-rotor wind generator containing a tower with a base and a wind wheel, characterized in that the segments of the generator rotors are made in the form of magnets that are mounted on the ends of the rods, and the latter are mounted on the ends of the blades of two wind wheels, which are located on the same base, made rotary, and between them is located the third wind wheel with a counter-rotor, which is magnetically connected to the segments of the rotors, while pulleys mounted on the shafts of the wind wheels are covered by flexible links.