RU2381956C1

RU2381956C1 - Adjustable propeller

Info

Publication number: RU2381956C1
Application number: RU2008138336/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Литвиненко (RU); Александр Михайлович Литвиненко; Алексей Александрович Свистунов (RU); Алексей Александрович Свистунов
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-02-20

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: proposed propeller is attached to base (1), for example with the help of rotary support (2) and comprises rotary hub accommodating blades (12) running in bearings (11), said blades being furnished with turning mechanisms. The latter comprise motors with face rotors (14) running shafts (13) and reduction gears representing worm (8) and worm wheel (9). The latter is fitted on face part (10) of blade (12). Aforesaid motors comprise common outer (3) and inner (4) face segmented stators fitted on rotary support (2). To vary pitch of blade (12), segments of stators (3) and (4) are switched in that or this direction so that torque acts in required direction on rotor (14). Thus, contactless force transfer from stators to rotary part is effected via gap between stators and rotors. Note here that stator elements arranged on rotary base and possessing increased weight do not revolve together with propeller. ^ EFFECT: higher reliability, reduced weight. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к регулируемым воздушным винтам.The invention relates to wind energy, in particular to adjustable propellers.

Известны различные регулируемые ветроколеса [1], такие, например, как выводящиеся из-под ветра, с воздушными тормозами. Однако наибольшее распространение получили ветроколеса с поворотными лопастями (или части лопастей). Применяются схемы со стабилизаторами, с инерционными (центробежными) регуляторами, с поворотом лопасти под давлением ветра.Various adjustable wind wheels are known [1], such as, for example, those that are pulled out from under the wind with air brakes. However, the most common are wind wheels with rotary blades (or parts of the blades). Circuits are used with stabilizers, with inertial (centrifugal) regulators, with rotation of the blade under wind pressure.

Наиболее распространены центробежные регуляторы [2, 3], однако им присущи серьезные недостатки, связанные, например, с возникновением автоколебаний (под воздействием порывов ветра), недостаточной диссипацией энергии в системе, а также с необходимостью наличия грузов, что утяжеляет подвижную лопасть, негативно влияя на массогабаритные показатели ветроколеса.The most common are centrifugal regulators [2, 3], but they have serious drawbacks associated, for example, with the occurrence of self-oscillations (due to gusts of wind), insufficient dissipation of energy in the system, and also with the need for loads, which makes the moving blade heavier, negatively affecting on the overall dimensions of the wind wheel.

Наиболее близким к заявленному является регулируемый воздушный винт [4] с электрическим приводом поворота лопастей, при этом двигатель с передачей установлен в ступице, ветроколесо закреплено на основании, которое может быть поворотным, имеются соответственно лопасти с механизмом поворота, редуктор.Closest to the claimed one is an adjustable propeller [4] with an electric drive to rotate the blades, while the engine with the transmission is installed in the hub, the wind wheel is fixed to the base, which can be rotary, there are accordingly blades with a rotation mechanism, gearbox.

Существенным недостатком данного устройства является необходимость в наличии вращающихся токосъемников со щетками, что усложняет конструкцию и понижает надежность из-за необходимости периодического обслуживания.A significant drawback of this device is the need for rotating current collectors with brushes, which complicates the design and reduces reliability due to the need for periodic maintenance.

Изобретение направлено на устранение вращающегося токосъема и повышение надежности.The invention is aimed at eliminating rotating current collection and improving reliability.

Это достигается тем, что регулируемый воздушный винт с вращающимся валом, закрепленным на основании, содержащий ступицу, поворотные лопасти с механизмами их поворота, редукторы, электродвигатели, установленные во вращающейся на валу ступице, согласно изобретению, роторы электродвигателей снабжены общими круговыми торцевыми статорами, установленными на основании.This is achieved by the fact that an adjustable propeller with a rotating shaft mounted on the base, containing a hub, rotary blades with their rotation mechanisms, gearboxes, electric motors installed in a hub rotating on the shaft, according to the invention, the rotors of the electric motors are equipped with common circular end stators mounted on basis.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен заявленный воздушный винт, разрез в вертикальной плоскости, на фиг.2 условно показано расположение приводов поворота лопастей, на фиг.3 приведен вид на статоры со стороны воздушного зазора.The invention is illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows the claimed propeller, a section in the vertical plane, Fig. 2 conditionally shows the location of the rotary drives of the blades, Fig. 3 shows a view of the stators from the air gap side.

Регулируемый воздушный винт (для примера двухлопастный) содержит неподвижное основание 1 (башню в случае ветроколеса), поворотное основание 2 (также в случае ветроколеса), на котором укреплены внешний 3 и внутренний 4 торцевые статоры привода поворота лопастей. Воздушный винт содержит корпус 5, в передней части которого размещен аэродинамический колпак 6, в корпусе на подшипниках 7 установлен червяк 8 червячного редуктора, червяк находится в зацеплении с червячным колесом 9, которое закреплено на торце 10 поворотной лопасти, которая вращается в подшипниках 11. На фиг.1 показана только концевая часть лопасти 12, внешние части лопастей не показаны, чтобы не загромождать чертеж. На одном валу 13 расположены червяк 8 и торцевой ротор 14 привода поворота лопастей, который находится в магнитном контакте со статорами 3 и 4 см. фиг.2 и 3. Вал 15 воздушного винта вращается в подшипниках 16 и 17. Статоры 3 и 4 выполнены секционированными, что показано на фиг.3. Таким образом, например, на фиг 3. в верхней части верхнего ротора находятся секции 18 и 19, в нижней части верхнего ротора - секции 20 и 21. Естественно при вращении ветроколеса в зоне ротора будут поочередно находиться другие секции.The adjustable propeller (for example, two-blade) contains a fixed base 1 (a tower in the case of a wind wheel), a rotary base 2 (also in the case of a wind wheel), on which the external 3 and internal 4 end stators of the rotor blades drive are mounted. The propeller contains a housing 5, in the front of which an aerodynamic cap 6 is placed, a worm 8 of the worm gear is mounted on the bearings 7, the worm is engaged with the worm wheel 9, which is mounted on the end face 10 of the rotary blade, which rotates in the bearings 11. On figure 1 shows only the end part of the blade 12, the outer parts of the blades are not shown, so as not to clutter the drawing. On one shaft 13 there is a worm 8 and an end rotor 14 of the rotor blade drive, which is in magnetic contact with the stators 3 and 4 see FIGS. 2 and 3. The propeller shaft 15 rotates in the bearings 16 and 17. The stators 3 and 4 are sectioned as shown in figure 3. Thus, for example, in FIG. 3, sections 18 and 19 are located in the upper part of the upper rotor, sections 20 and 21 are in the lower part of the upper rotor. Naturally, when the wind wheel rotates, other sections will be alternately located in the rotor zone.

Регулируемый воздушный винт работает следующим образом. Если на статоры 3 и 4 напряжение не подается (источник питания на чертеже не показан, чтобы не загромождать чертеж), то роторы 14, а следовательно, и вал 13 с червяком 8, а также колесо 9 и торец 10 лопасти 12 неподвижны вследствие самотормозящих свойств червячной передачи. Если же по каким-либо причинам, включая аварийные режимы, нужно изменить угол наклона лопастей, то в зависимости от знака поворота секции статоров 3 и 4 коммутируются в том или ином направлении, при этом направление коммутации статоров 3 и 4 противоположно. Например, если рассмотреть фиг.3 и для примера рассмотреть режим, при котором ротор 14 поворачивается по часовой стрелке, его зона взаимодействия условно показана на фиг.3 штрихпунктирным линиями, то направление коммутации секции внешнего статора - по часовой стрелке, т.е. от секции 18 к секции 19 и далее по всем остальным секциям, которые не обозначены на фиг.3. Направление же коммутации секции внутреннего статора - противоположное, т.е. против часовой стрелки, например, от секции 21 к секции 20. Таким образом, на верхнюю часть статора действует момент, направленный по часовой стрелке, а на нижнюю часть ротора - вращающий момент, направленный против часовой стрелки. В результате ротор 4 придет во вращение по часовой стрелке. Такая же ситуация складывается и по отношению к противоположно расположенному ротору 2-й лопасти или к другим роторам в случае многолопастных ветроколес. Роторы 14, вращаясь, с помощью вала 13 приводят во вращение червяка 8, а те, в свою очередь, через колеса 9 и торцы 10 поворачивают лопасти 12. При необходимости поворота в другую сторону направление коммутации секций статоров 3 и 4 меняется на противоположное.Adjustable propeller operates as follows. If no voltage is supplied to the stators 3 and 4 (the power supply is not shown in the drawing so as not to clutter the drawing), then the rotors 14, and therefore the shaft 13 with the screw 8, as well as the wheel 9 and the end face 10 of the blade 12 are stationary due to self-braking properties worm gear. If, for some reason, including emergency modes, it is necessary to change the angle of inclination of the blades, then, depending on the rotation sign, sections of stators 3 and 4 are switched in one direction or another, while the direction of switching of stators 3 and 4 is opposite. For example, if we consider Fig. 3 and for example, consider a mode in which the rotor 14 rotates clockwise, its interaction zone is conventionally shown in Fig. 3 by dash-dotted lines, then the direction of switching of the external stator section is clockwise, i.e. from section 18 to section 19 and on for all other sections that are not indicated in FIG. 3. The direction of switching of the section of the internal stator is the opposite, i.e. counterclockwise, for example, from section 21 to section 20. Thus, the moment directed clockwise acts on the upper part of the stator and the torque counterclockwise acts on the lower part of the rotor. As a result, the rotor 4 will come into rotation clockwise. The same situation arises with respect to the opposite rotor of the 2nd blade or to other rotors in the case of multi-blade wind wheels. The rotors 14, rotating, with the help of the shaft 13, rotate the worm 8, and those, in turn, turn the blades 12 through the wheels 9 and the ends 10. If necessary, turn the direction of switching of the sections of stators 3 and 4 to the opposite.

Технико-экономическим преимуществом заявляемого воздушного винта является бесконтактность передачи усилия со статора на вращающуюся часть через воздушный зазор между статорами и роторами, что резко повышает надежность по сравнению с воздушными винтами, поворот лопастей которых осуществляется редукторами с электродвигателями, которые в свою очередь требуют наличия питания, подводящегося через скользящие токосъемы, которые обладают пониженной надежностью, вызванной износом щеток и контактных колец. Вторым важным технико-экономическим преимуществом заявляемого винта является облегчение подвижной вращающейся части за счет того, что статорные элементы, обладающие увеличенной массой и габаритами по сравнению с роторами, расположены на основании 2 и не вращаются вместе с винтом. Это преимущество особенно заметно по сравнению с центробежными регуляторами, поскольку позволяют отказаться от грузов, т.е. облегчить подвижную часть ветроколеса.The technical and economic advantage of the inventive propeller is the non-contact transmission of force from the stator to the rotating part through the air gap between the stators and rotors, which dramatically increases reliability compared to propellers, the rotation of the blades of which is carried out by gearboxes with electric motors, which in turn require power, fed through sliding current collectors, which have reduced reliability caused by wear of brushes and slip rings. The second important technical and economic advantage of the inventive screw is to facilitate the moving rotating part due to the fact that the stator elements having increased mass and dimensions compared with the rotors are located on the base 2 and do not rotate together with the screw. This advantage is especially noticeable in comparison with centrifugal regulators, since they allow to refuse cargo, i.e. lighten the moving part of the wind wheel.

Источники информацииInformation sources

1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели. - ГНТИ, Москва, 1962, с.67.1. Fateev E.M. Wind turbines. - GNTI, Moscow, 1962, p. 67.

2. Патент РФ №2205292 - Ветроэнергетическая установка / А.В.Околов, С.А.Авраменко.2. RF patent №2205292 - Wind power installation / A.V. Okolov, S.A. Avramenko.

3. Патент РФ №2235902 - Ветроколесо ветроэнергетической установки горизонтально-осевого типа / А.Е.Веремеенко и др.3. RF patent No. 2235902 - Wind wheel of a horizontal-axial type wind power plant / A.E. Veremeenko and others.

4. Александров В.Л. Воздушные винты. - Оборонгиз, Москва, 1951, стр.59, фиг.37.4. Alexandrov V.L. Propellers. - Oborongiz, Moscow, 1951, p. 59, Fig. 37.

Claims

Adjustable propeller with a rotating shaft mounted on the base, containing a hub, rotary blades with mechanisms for their rotation, gearboxes, electric motors installed in a hub rotating on the shaft, characterized in that the rotors of the electric motors are equipped with common circular end stators installed on the base.