RU2211949C2

RU2211949C2 - Wind-driven generator

Info

Publication number: RU2211949C2
Application number: RU2001129416/06A
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 in wind-driven generators for generating electric energy. According to invention, wind-driven generator installed on tower and containing rotary windwheel, segment rotor with winding and stator, additional windwheel, and device for setting the windwheel to wind. Stator of generator is made in form of segments, segments of rotor and stator being installed on ends of blades of two windwheels mounted on one base and equipment with flexible coupling. Zone of interaction of segments is located between centers of rotation of windwheels. EFFECT: reduced mass and overall dimensions of wind-driven generator. 6 dwg

Description

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

Известен ветрогенератор, 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. SU 861716 A, кл. F 03 D 1/00, 07.09.1981), по совокупности существенных признаков изобретения, принятый за ближайший аналог (прототип). A known wind generator containing a rotary wind wheel, a magnetic system with windings, in the gap of which the rotor moves, the magnetic system is located on a 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, plates pass through the air gap of the magnetic system (see SU 861716 A, class F 03 D 1/00, 09/07/1981), by the set of essential features of the invention, adopted as the closest analogue (prototype).

Недостатком ветрогенератора является увеличенная масса ротора, который фактически имеет диаметр, равный диаметру самого ветроколеса, что в случае ветроколес большого диаметра практически неприемлемо. The disadvantage of the wind 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.

Технический результат, заключающийся в уменьшении массы и габаритов ветрогенератора, обеспечивается за счет того, что ветрогенератор, установленный на башне и содержащий поворотное ветроколесо, сегментный ротор с обмотками и статор, согласно изобретению содержит дополнительное поворотное ветроколесо, устройство установки на ветер, статор генератора выполнен в виде сегментов, причем сегменты ротора и статора установлены на концах лопастей двух ветроколес, которые расположены на одном основании и снабжены гибкой связью, а зона взаимодействия сегментов расположена между центрами вращения ветроколес. The technical result, which consists in reducing the weight and dimensions of the wind generator, is ensured by the fact that the wind generator mounted on the tower and containing a rotary wind wheel, a segmented rotor with windings and a stator, according to the invention, contains an additional rotary wind wheel, a wind installation device, and a generator stator made in segments, and the rotor and stator segments are installed at the ends of the blades of two wind wheels, which are located on the same base and are equipped with a flexible connection, and the interaction zone ystviya windwheels segments disposed between the rotation centers.

На фиг. 1 изображен ветроэлектрогенератор с находящимися друг напротив друга двумя подвижными парами полюсов, на фиг.2 - вид сверху на пары полюсов, на фиг.3 - общий вид установки (вид спереди), на фиг.4 - ветрогенератор (вид сверху), на фиг.5 и 6 показаны варианты без промежуточных магнитопроводов с одним воздушным зазором, соответственно вид сверху и вид спереди. In FIG. 1 shows a wind generator with two moving pairs of poles opposite each other, FIG. 2 is a top view of a pair of poles, FIG. 3 is a general view of the installation (front view), FIG. 4 is a wind generator (top view), FIG. .5 and 6 show variants without intermediate magnetic circuits with one air gap, respectively, a top view and a front view.

Ветроэлектрогенератор содержит установленные на концах лопастей 1 двухсекционные катушки 2 с сердечниками 3, на торцах сердечников 3 укреплены сегментные полюсные наконечники 4. Генератор содержит промежуточные магнитопроводы 5. Крепление осуществляется болтом 6, проходящим в канале между секциями катушки 2 и в магнитопроводе 5, который взаимодействует с гайкой 7, установленной в отверстии на конце лопасти 1. Для лучшего замыкания потока имеются два полюсных наконечника 4 на каждом из торцов сердечника 3, которые соединены перемычкой 8. The wind generator contains installed on the ends of the blades 1 two-section coils 2 with cores 3, segmented pole pieces 4 are mounted on the ends of the cores 3. The generator contains intermediate magnetic cores 5. The bolt 6 is mounted in the channel between the sections of the coil 2 and in the magnetic circuit 5, which interacts with a nut 7 installed in the hole at the end of the blade 1. For better closure of the flow, there are two pole pieces 4 at each of the ends of the core 3, which are connected by a jumper 8.

Ветроэлектрогенератор установлен на башне 9, причем на основании 10 закреплены хвост 11, гибкая связь 12, охватывающая шкивы (звездочки) 13, закрепленные на валах поворотного ветроколеса 14 и дополнительного поворотного ветроколеса 15. При этом ветроколеса 14 и 15 оборудованы токосъемниками 16 (конструкции типа "вращающееся кольцо - щетка", аналогичной контактным кольцам асинхронного двигателя с фазным ротором). Основание 10 закреплено на вращающейся платформе 17. The wind generator is installed on the tower 9, with the tail 11 fixed on the base 10, a flexible link 12 covering the pulleys (sprockets) 13, mounted on the shafts of the rotary wind wheel 14 and the additional rotary wind wheel 15. At the same time, the wind wheels 14 and 15 are equipped with current collectors 16 (type designs rotating ring - brush, "similar to the contact rings of an asynchronous motor with a phase rotor). The base 10 is mounted on a rotating platform 17.

В варианте с одним зазором ветроколеса 14, 15 могут устанавливаться с небольшим сдвигом по оси, а магнитопроводы 5 имеют полюсные наконечники 18. Варианты крепления, показанные на фиг.5, 6, включают в себя стержни 19, в торцах которых перпендикулярно оси нарезана резьба, в нее заходят болты 6, проходящие через отверстия вблизи полюсных наконечников 4. Стержни 19 как и гайка 7 вставляются в отверстия, выполненные в лопастях 1. При этом магнитопроводы 5 расположены между ротором 20 и статором 21. In the variant with one clearance, the wind wheels 14, 15 can be mounted with a slight axis shift, and the magnetic cores 5 have pole pieces 18. The fastening options shown in FIGS. 5, 6 include rods 19, at the ends of which a thread is cut perpendicular to the axis, bolts 6 enter it, passing through holes near the pole pieces 4. The rods 19, like the nut 7, are inserted into the holes made in the blades 1. In this case, the magnetic cores 5 are located between the rotor 20 and the stator 21.

Первый вариант ветроэлектрогенератора с двумя воздушными зазорами (фиг. 1, 2) предназначен для лопастей обычного типа, допускающих изгиб в плоскости вращения. Второй вариант с одним зазором (фиг.5, 6) может быть использован с лопастями повышенной жесткости, когда изгиб не превышает величины зазора. The first version of the wind generator with two air gaps (Fig. 1, 2) is designed for conventional blades that allow bending in the plane of rotation. The second option with one gap (Fig.5, 6) can be used with blades of increased stiffness, when the bend does not exceed the size of the gap.

Активные элементы (катушки 2 с магнитопроводами 5) однотипны и унифицированы, однако одна из катушек 2 (ротора 20) является возбуждающей, наматывается тонким проводом или же заменяется шайбами (не показаны) из постоянных магнитов. Другая катушка 2 (статора 21 или "контрротора") наматывается более толстым проводом, с нее осуществляется основной токосъем. Катушки 2 и токосъемы 16 соединены проводами, проходящими в продольных каналах лопастей и валах 1 (не показаны). The active elements (coils 2 with magnetic cores 5) are of the same type and unified, however, one of the coils 2 (rotors 20) is exciting, wound with a thin wire or replaced with washers (not shown) of permanent magnets. Another coil 2 (stator 21 or "counter-rotor") is wound with a thicker wire, the main current collector is carried out from it. Coils 2 and current collectors 16 are connected by wires passing in the longitudinal channels of the blades and shafts 1 (not shown).

В качестве гибкой связи 12 применяется цепь или зубчатый ремень, чтобы исключить проскальзывание ветроколес 14, 15 и стабилизировать зону взаимодействия сегментов ротора 20 и статора 21, расположенную посередине между центрами вращения ветроколес 14, 15. As a flexible connection 12, a chain or a gear belt is used to prevent slipping of the wind wheels 14, 15 and to stabilize the interaction zone of the segments of the rotor 20 and the stator 21 located in the middle between the centers of rotation of the wind wheels 14, 15.

Во втором варианте крепления (фиг.5, 6) болты 6 немагнитные или же целесообразно выполнять немагнитным стержень 19. Катушку 2 необходимо выполнять двухсекционной для прохода крепежного болта 6. In the second embodiment of fastening (FIGS. 5, 6), the bolts 6 are non-magnetic or it is advisable to carry out a non-magnetic rod 19. The coil 2 must be made two-section for the passage of the fixing bolt 6.

Работа устройства. The operation of the device.

При воздействии ветрового потока ветроколеса 14 и 15 приходят во вращение в одном направлении, причем синфазно (из-за наличия гибкой связи 12 и зубчатых шкивов (звездочек) 13). При этом в зоне взаимодействия, расположенной посередине между центрами вращения колес 14, 15, наблюдается перемещение торцов лопастей 1 во взаимно-противоположных направлениях. Поскольку на торцах лопастей 1 установлены электромеханические элементы - катушки 2 с сердечниками 3, то при возбуждении одного из элементов - ротора 20 током возбуждения во втором элементе - статоре 21 будет наводиться эдс вследствие взаимного перемещения элементов, периодически вступающих в магнитную связь (два раза за оборот для случая двухлопастных колес). Поэтому в обмотке статора 21, замкнутой на какую-либо нагрузку, будет протекать ток по цепи: катушка 2 статора 21 - проводник внутри лопасти 1 и вала (не показан) - токосъемное устройство 16 - нагрузка. Under the influence of the wind flow, the wind wheels 14 and 15 come into rotation in one direction, moreover, in phase (due to the presence of flexible coupling 12 and gear pulleys (sprockets) 13). Moreover, in the interaction zone located in the middle between the centers of rotation of the wheels 14, 15, there is a movement of the ends of the blades 1 in mutually opposite directions. Since electromechanical elements — coils 2 with cores 3 — are installed at the ends of the blades 1, then when one of the elements — the rotor 20 — is excited by the excitation current in the second element — the stator 21, the emf will be induced due to the mutual displacement of the elements periodically entering into magnetic coupling (twice per revolution for the case of two-blade wheels). Therefore, in the stator winding 21, closed to any load, current will flow through the circuit: the stator coil 2 21 is a conductor inside the blade 1 and the shaft (not shown) - collector 16 - load.

При изменении направления ветра верхняя часть башни 9 вместе с хвостом 11 поворачивается в подшипнике поворотной части (не показан). Одновременно с этим поворачиваются магнитные системы генератора. Таким образом, воздушный зазор магнитных систем при любой ориентации колес 14, 15 на ветер сохраняет свои параметры, а генератор - работоспособность. Полученная таким образом электроэнергия преобразуется в любые другие виды энергии: механическую, тепловую и т. п. и подается к потребителю. When the wind direction changes, the upper part of the tower 9 together with the tail 11 rotates in the bearing of the rotary part (not shown). At the same time, the magnetic systems of the generator are rotated. Thus, the air gap of the magnetic systems for any orientation of the wheels 14, 15 in the wind retains its parameters, and the generator - operability. The electric power thus obtained is converted into any other type of energy: mechanical, thermal, etc., and is supplied to the consumer.

Claims

A wind generator mounted on the tower and containing a rotary wind wheel, a segmented rotor with windings and a stator, characterized in that the generator contains an additional rotary wind wheel, a wind-mounted device, the generator stator is made in segments, and the rotor and stator segments are installed at the ends of the blades of two wind wheels , which are located on the same base and are equipped with a flexible connection, and the interaction zone of the segments is located between the centers of rotation of the wind wheels.