RU2748225C1 - Вертикально-осевая трёхвходовая аксиальная генераторная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и предназначено для суммирования механической энергии ветра, световой энергии Солнца, с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока и тепловой Земли или Солнца, с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества, и может быть использовано для генерирования электрической энергии постоянного тока для нужд, например, фермерских хозяйств. Технический результат состоит в повышении эффективности использования энергии ветра и Солнца. Вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка содержит корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения основного генератора. Дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю. На валу ротора жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора. Корпус каждого датчика положения ротора установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора. Каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора. В нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, подключенный через блок управления к дополнительной многофазной обмотке, которая подключена к внешнему тепловому преобразователю через блок управления. На верхней наружной части верхней секции корпуса жестко закреплен конусообразный купол. На всей поверхности установлены фотоэлектрические преобразователи. На боковой наружной части верхней секции корпуса жестко закреплены в три яруса направляющие воздушного потока с аэродинамическими гребнями, на которых между аэродинамическими гребнями также установлены фотоэлектрические преобразователи, подключенные к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя. Внутри верхней секции корпуса на валу ротора жестко закреплены три ветроколеса. Диаметр основания каждой направляющей воздушного потока нижерасположенного яруса на одну треть больше диаметра основания направляющей воздушного потока предыдущего вышерасположенного яруса. 5 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрическим машинам и предназначено для суммирования механической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца, с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Земли или Солнца, с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества и может быть использовано для генерирования электрической энергии постоянного тока для нужд локальных объектов, например, фермерских хозяйств и др.

Известен аксиальный бесконтактный двигатель-генератор (патент РФ №2529210, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащий корпус и ротор, на котором установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальные вращающиеся магнитопроводы возбудителя и основного генератора, при этом в корпусе со стороны постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя установлен боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцевой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с датчиками положения ротора, причем каждый датчик положения ротора состоит из чувствительного элемента, закрепленного на постоянном многополюсном магните индуктора подвозбудителя по внешнему радиусу, и сигнальной обмотки, установленной посредством штанги на внутренней поверхности корпуса на линии пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через оси симметрии чувствительных элементов, с внутренней поверхностью корпуса, причем каждая сигнальная обмотка равноудалена от соседних сигнальных обмоток, а в нижней части корпуса установлен блок управления.

Однако, известный из пат. РФ №2529210 аксиальный бесконтактный двигатель-генератор не может суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только один механический вход - вал ротора.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является трехвходовая аксиальная генераторная установка (ТАГУ) (патент РФ №2589730, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащая корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. В верхней части корпуса ТАГУ установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, установлен магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, ведомый диск жестко закреплен на валу ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю.

Однако, известная из пат. №2589730 ТАГУ имеет ряд существенных недостатков:

1. Низкая эффективность использования световой энергии Солнца, обусловленная ограниченностью площади фотоэлектрического преобразователя.

2. Низкая эффективность использования энергии ветра, обусловленная горизонтальным положением оси вращения ротора.

Во-первых, горизонтальное расположение оси вращения ротора не позволяет устанавливать несколько ветроколес друг за другом на общем горизонтальном валу для повышения коэффициента использования энергии ветра, так как при таком расположении каждое следующее ветроколесо будет экранироваться предыдущим, не позволяя увеличить подводимую мощность. Во-вторых, максимальное использование энергии ветра возможно только при максимальной продольной составляющей горизонтальной скорости ветра, т.е. когда скорость ветра направлена вдоль оси вращения ротора установки.

3. Низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные износом подшипников качения, а также высокими потерями энергии на трение в подшипниках качения, снижающими коэффициент полезного действия (КПД) всей генераторной установки в целом, а также необходимостью выполнения дополнительных работ по техническому обслуживанию подшипников.

Задачей изобретения является усовершенствование трехвходовой аксиальной генераторной установки с целью улучшения ее эксплуатационных характеристик, энергетических показателей и повышения КПД.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности использования энергии ветра и световой энергии Солнца, повышение КПД установки.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установке, содержащей корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, жестко закрепленный посредством диска в корпусе, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус каждого датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт нижней крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, выполненному с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения через блок управления к дополнительной многофазной обмотке, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему тепловому преобразователю через блок управления, который содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки при этом корпус содержит верхнюю секцию с верхней крышкой и нижнюю секцию со средней и нижней крышками, а на верхней наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют конусообразный купол, на всей поверхности которого устанавливают фотоэлектрические преобразователи, на боковой наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют в три яруса направляющие воздушного потока с аэродинамическими гребнями, на направляющих воздушного потока между аэродинамическими гребнями также устанавливают фотоэлектрические преобразователи, при этом фотоэлектрические преобразователи подключают к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, а внутри верхней секции корпуса на валу ротора жестко закрепляют три ветроколеса, при этом диаметр основания каждой направляющей воздушного потока нижерасположенного яруса выполняют на одну треть больше диаметра основания направляющей воздушного потока предыдущего вышерасположенного яруса, при этом вал ротора устанавливают вертикально, выходящим за пределы корпуса с верхней стороны верхней секции корпуса, и дополнительно закрепляют его в верхнем подшипниковом узле, при этом нижний, средний и верхний подшипниковые узлы выполняют на радиальных магнитных подшипниках, внутренние магниты которых закрепляют на валу, наружные магниты закрепляют в центрах нижней и верхней крышек нижней секции, а также в центре верхней крышки верхней секции корпуса соответственно, а с нижней стороны нижней секции корпуса вал закрывают нижней крышкой, в центре внутренней части которой выполняют опорное углубление полусферической формы, при этом аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора устанавливают в нижней части нижней секции корпуса, аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой устанавливают в верхней части нижней секции корпуса, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя устанавливают в средней части нижней секции корпуса, при этом все аксиальные магнитопроводы, закрепленные в нижней секции корпуса и на валу ротора, устанавливают торцевыми поверхностями параллельно нижней и верхней частям корпуса.

Повышение эффективности использования энергии ветра и световой энергии Солнца обеспечивается тем, что вал ротора устанавливают вертикально, а корпус содержит верхнюю секцию с верхней крышкой и нижнюю секцию со средней и нижней крышками, вал ротора выходит за пределы корпуса с верхней стороны верхней секции. При этом вертикальная установка вала ротора возможна за счет того, что аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора устанавливают в нижней части нижней секции корпуса, аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой устанавливают в верхней части нижней секции корпуса, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя устанавливают в средней части нижней секции корпуса, при этом все аксиальные магнитопроводы, закрепляемые в нижней секции корпуса и на валу ротора, устанавливают торцевыми поверхностями параллельно нижней и верхней части корпуса.

Повышение эффективности использования энергии ветра достигается тем, что на верхней наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют конусообразный купол, на всей поверхности которого устанавливают фотоэлектрические преобразователи, а на боковой наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют в три яруса направляющие воздушного потока с аэродинамическими гребнями, на направляющих воздушного потока между аэродинамическими гребнями также устанавливают фотоэлектрические преобразователи, при этом фотоэлектрические преобразователи подключают к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, а внутри верхней секции корпуса на валу ротора жестко закрепляют три ветроколеса. Набегающий с любой стороны воздушный поток по направляющим воздушного потока с аэродинамическими гребнями попадает внутрь верхней секции и разделенными воздушными потоками направляется на ветроколеса. При этом эффективность использования энергии ветра не зависит от направления скорости ветра.

Повышение эффективности использования световой энергии Солнца достигается за счет того, что на верхней наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют конусообразный купол, на всей поверхности которого устанавливают фотоэлектрические преобразователи, а на боковой наружной части верхней секции корпуса жестко закрепляют в три яруса направляющие воздушного потока с аэродинамическими гребнями, на направляющих воздушного потока между аэродинамическими гребнями также устанавливают фотоэлектрические преобразователи, при этом фотоэлектрические преобразователи подключают к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя. Размещение фотоэлектрических преобразователей на всей поверхности конусообразного купола и нанаправляющих воздушного потока позволяет увеличить занимаемую фотоэлектрическими преобразователями площадь, вследствие чего повышается эффективность использования световой энергии Солнца без ухудшения массогабаритных показателей всей установки. Выполнение диаметра основания каждой направляющей воздушного потока нижерасположенного яруса на одну треть больше диаметра основания направляющей воздушного потока предыдущего вышерасположенного яруса позволяет установить фотоэлектрические преобразователи таким образом, что фотоэлектрические преобразователи, установленные на нижних ярусах, не попадают в тень, отбрасываемую верхними ярусами. Благодаря этому эффективность использования световой энергии Солнца повышается без ухудшения массогабаритных показателей установки в целом.

При этом, угол падения солнечных лучей на фотоэлектрические преобразователи, панели которых расположены на наклонных направляющих воздушного потока и на боковых поверхностях конусообразного купола, позволяет более эффективно использовать световую энергию Солнца по сравнению с размещением фотоэлектрических преобразователей на верхней или боковых поверхностях известной из пат. РФ №2589730 ТАГУ.

Повышение коэффициента полезного действия достигается за счет снижения потерь энергии на трение путем закрепления вала ротора не в подшипниках качения, а в нижнем, среднем и верхнем подшипниковых узлах, выполненных на радиальных магнитных подшипниках, внутренние магниты которых закрепляют на валу, а наружные магниты закрепляют в центрах нижней и верхней крышек нижней секции, а также в центре верхней крышки верхней секции корпуса соответственно. С нижней стороны нижней секции корпуса вал закрывается нижней крышкой, в центре внутренней части которой выполняется опорное углубление полусферической формы. Опорное углубление, в которое упирается вал, предотвращает отклонение оси вращения ротора от вертикали.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 2 - внешний вид конусообразного купола и направляющих воздушного потока с аэродинамическими гребнями (вид сверху) и фрагмент направляющих воздушного потока с аэродинамическими гребнями и фотоэлектрическими преобразователями, на фиг. 3 - электрическая схема блока управления, на фиг. 4 - электрическая схема предлагаемой вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 5 - график напряжений на выходе блоков формирования импульсов.

Вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка (ВО ТАГУ) содержит корпус 1 и ротор. В корпусе 1 установлены блок управления 40, датчики положения ротора 28, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка 29 и обмотка возбуждения, аксиальный магнитопровод 3 с многофазной обмоткой 2 якоря основного генератора, аксиальный магнитопровод 15 с дополнительной многофазной обмоткой 14, внутренний аксиальный магнитопровод 11 с многофазной обмоткой 10 якоря подвозбудителя, жестко закрепленный посредством диска 9 на корпусе 1, основной однофазной обмоткой 8 возбуждения возбудителя и дополнительной однофазной обмоткой 7 возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю (на фиг. 1-4 не показан) посредством контактов 50 (фиг. 4). На валу 34 ротора посредством дисков 12 и 36 жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит 13 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 6 с многофазной обмоткой 5 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 4 возбуждения основного генератора. Постоянный аксиальный многополюсный магнит 13 индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами 30 положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу. Корпус каждого датчика положения ротора 28 с сигнальной обмоткой 29 и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов 30 положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора. Каждый датчик положения ротора 28 закреплен на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 27 и равноудален от соседних датчиков положения ротора 28. Вал 34 ротора закреплен в подшипниковых узлах 16-17, 21-22, 31-33, закрыт крышкой 32 с одной стороны и выходит за пределы корпуса 1 с другой стороны. Однофазная обмотка 4 возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке 5 якоря возбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель 39. Основная однофазная обмотка 8 возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке 10 якоря подвозбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 37. Многофазная обмотка 2 якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю 38, выполненному с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии -аккумуляторной батарее. В нижней части корпуса 1 установлен тепловой преобразователь 41, выполненный с возможностью подключения через блок управления (БУ) 40 к дополнительной многофазной обмотке 14, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему тепловому преобразователю 44 через БУ 40.

Корпус 1 содержит верхнюю секцию 19 с верхней крышкой 20 и нижнюю секцию 24 со средней 23 и нижней 32 крышками.

На верхней наружной части верхней секции 19 корпуса 1 жестко закреплен конусообразный купол 51, на всей поверхности которого установлены фотоэлектрические преобразователи 25. На боковой наружной части верхней секции корпуса 1 жестко закреплены в три яруса направляющие воздушного потока 26 с аэродинамическими гребнями 42. На направляющих воздушного потока 26 между аэродинамическими гребнями 42 также установлены фотоэлектрические преобразователи 25, которые подключены к дополнительной однофазной обмотке 7 возбуждения возбудителя. Внутри верхней секции 19 корпуса 1 на валу 34 ротора жестко закреплены три ветроколеса 18. Диаметр основания каждой направляющей воздушного потока 26 нижерасположенного яруса, на одну треть больше диаметра основания направляющей воздушного потока 26 предыдущего вышерасположенного яруса.

Вал 34 ротора установлен вертикально, выходит за пределы корпуса 1 с верхней стороны верхней секции 19 корпуса 1, дополнительно закреплен в верхнем подшипниковом узле (21-22). Нижний, средний и верхний подшипниковые узлы выполнены на радиальных магнитных подшипниках, внутренние магниты 33, 16 и 21 которых закреплены на валу 34, а наружные магниты 31, 17 и 22 закреплены в центре нижней и верхней части нижней секции 24, а также в крышке 20 верхней секции 19 корпуса 1 соответственно.

С нижней стороны нижней секции 24 корпуса 1 вал 34 закрыт нижней крышкой 32, в центре верхней части которой выполнено опорное углубление 35 полусферической формы.

Аксиальный магнитопровод 3 с многофазной обмоткой 2 якоря основного генератора установлен в нижней части нижней секции 24 корпуса 1.

Аксиальный магнитопровод 15 с дополнительной многофазной обмоткой 14 установлен в верхней части нижней секции 24 корпуса 1. Внутренний аксиальный магнитопровод 11 с многофазной обмоткой 10 якоря подвозбудителя, основной 8 и дополнительной 7 однофазными обмотками возбуждения возбудителя установлен в средней части нижней секции 24 корпуса 1.

Все аксиальные магнитопроводы, закрепленные в нижней секции 24 корпуса и на валу 34 ротора, установлены торцевыми поверхностями параллельно нижней и верхней части корпуса 1.

Дополнительная многофазная обмотка 14 выполнена с возможностью подключения через БУ 40 к внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 44 (фиг. 3, 4).

БУ 40 содержит дифференциально-минимальное реле (ДМР) 43, блок питания (БП) 46, выполненный с возможностью подключения посредством ДМР 43 к тепловому преобразователю (ТП) 41, к внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 44 или к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее (АБ) 45 и имеющий выходы высокого уровня (ВУ) и низкого уровня (НУ) напряжения (фиг. 3), и блоки формирования импульсов (ФИ) по одному для каждой фазы (ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49) дополнительной многофазной обмотки 14. Блоки ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49 идентичны по составу.

Низкий уровень (НУ) БП 46 обеспечивает работу электронных компонентов схемы, в частности, транзисторов и ДПР 28; высокий уровень (ВУ) обеспечивает возможность получения в дополнительной многофазной обмотке 14 большой силы тока, при протекании которого возникает магнитный поток, участвующий в создании вращающего электромагнитного момента, приводящего в движение ротор ВО ТАГУ.

Резервное питание БУ 40 осуществляется от АБ 45 (фиг. 3, 4) (в состав БУ 40 не входит).

ВО ТАГУ работает следующим образом. Воздушный поток (ветер) по жестко закрепленным в три яруса на боковой наружной части верхней секции 19 корпуса 1 направляющим 26 с аэродинамическими гребнями 42 (фиг. 2) поступает на лопасти трех жестко закрепленных внутри верхней секции 19 на валу 34 ветроколес 18. Ветроколеса 18 преобразуют энергию ветра в механическую энергию вращения, создавая вращающий момент, который передается на вал 34 ротора ВО ТАГУ, установленный вертикально и закрепленный в верхнем, нижнем и среднем подшипниковых узлах, которые выполнены на радиальных магнитных подшипниках, внутренние магниты 33, 16 и 21 которых закреплены на валу 34, а наружные магниты 31, 17 и 22 закреплены в центрах нижней 32 и средней 23 крышек нижней секции 24, а также в верхней крышке 20 верхней секции 19 корпуса 1 соответственно.

Вращающий момент вызывает вращение вала 34 и жестко закрепленных на нем посредством дисков 12 и 36 постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 6 с многофазной обмоткой 5 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 4 возбуждения основного генератора.

Благодаря тому, что вал 34 с нижней стороны нижней секции 24 корпуса 1 закрыт нижней крышкой 32, в центре верхней части которой выполнено опорное углубление 35 полусферической формы и установлен в верхнем, нижнем и среднем подшипниковых узлах, которые выполнены на радиальных магнитных подшипниках, потери механической энергии, связанные с трением в подшипниковых узлах сведены к нулю.

Кроме того, ротор приводится во вращение при возникновении электромагнитного вращающего момента, создаваемого за счет преобразования тепловой энергии в электрическую.

При этом, если напряжение на выходе теплового преобразователя ТП 41 (или на выходе внешнего теплового преобразователя ВТП 44 при его подключении) выше напряжения АБ 45 на 1 В, то ДМР 43 подключает выход ТП 41 (или соответственно выход ВТП 44) (тепловой вход ВО ТАГУ) к БП 46 блока управления 40 (фиг. 3, 4).

При этом от БП 46 на обмотку возбуждения (на фиг. 1, 3, 4 не показана) ДПР 28, закрепленных на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 27, подается напряжение постоянного тока низкого уровня (НУ) (фиг. 3). В результате протекания тока в обмотке возбуждения ДПР 28 вокруг сигнальных обмоток 29 в корпусе ДПР 28 возникает магнитный поток, который создает поперечное магнитное поле, и сигнальные обмотки 29 становятся чувствительными к магнитному потоку, создаваемому постоянными магнитами 30 положения ротора (фиг. 1, 4). При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя с закрепленными на нем по внешнему радиусу постоянными магнитами 30 положения ротора магнитный поток, создаваемый этими магнитами взаимодействует с созданным обмотками возбуждения ДПР 28 поперечным магнитным полем, в котором находятся сигнальные обмотки 29. В результате этого взаимодействия в сигнальных обмотках 29 возникает напряжение постоянного тока низкого уровня, причем напряжение на выходе сигнальных обмоток 29 возникает при наличии постоянных магнитов 30 положения ротора вблизи сигнальных обмоток 29 как при неподвижном состоянии ротора ВО ТАГУ, так и при его вращении. Сигналы с выхода сигнальных обмоток 29 каждого ДПР 28 поступают на вход соответствующего блока ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49, которые открывают силовые полупроводниковые ключи (на фиг. 3, 4 не показаны) в соответствующем блоке ФИ и обеспечивают протекание тока от высокоуровневого выхода (ВУ) БП 46 в виде импульсов постоянного тока.

При подаче импульсов от блоков ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49 БУ 40 на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 14, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 15, магнитный поток, создаваемый дополнительной многофазной обмоткой 14, взаимодействует с магнитным потоком, создаваемым постоянным аксиальным многополюсным магнитом 13 индуктора подвозбудителя, придавая ротору ВО ТАГУ (постоянный аксиальный многополюсный магнит 13 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 6 с многофазной обмоткой 5 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 4 возбуждения основного генератора) дополнительный момент вращения, который направлен согласно с моментом вращения от источника механической энергии и суммируется с ним.

Если напряжение на выходе ТП 41 (или на выходе ВТП 44 при его подключении) становится ниже напряжения АБ 45 на 1 В, то ДМР 43 переключает БП 46 на АБ 45. При этом формирование сигналов на входах блоков ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49 осуществляется так же, как и при подключении БП 46 через ДМР 43 к ТП 41 (или к ВТП 44 соответственно).

Формирование сигнала на выходе каждого из блоков ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49, возникающего при вращении ротора ВО ТАГУ (т.е. при прохождении постоянных магнитов 30 положения ротора мимо сигнальной обмотки 29 ДПР 28, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 14, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49 соответственно), представлено на фиг. 5.

При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 6 с многофазной обмоткой 4 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора магнитный поток постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 10 якоря подвозбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 11, жестко закрепленного в корпусе 1 посредством диска 9, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем 37 и подается на основную однофазную обмотку 8 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 11. При этом в основной однофазной обмотке 8 возбуждения возбудителя создается магнитный поток.

Одновременно в фотоэлектрических преобразователях 25, установленных по всей поверхности конусообразного купола 51 и на направляющих воздушного потока 26 между аэродинамическими гребнями 42 (и во внешнем фотоэлектрическом преобразователе (на фиг. 1, 3, 4 не показан)) (световой вход ВО ТАГУ) происходит преобразование световой энергии в электрическую энергию постоянного тока. Протекающий по дополнительной однофазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, подключенной к фотоэлектрическим преобразователям 25 (и/или к внешнему фотоэлектрическому преобразователю при его подключении к ней через контакты 50) (фиг. 4), постоянный ток создает магнитный поток, сонаправленный с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой 8 возбуждения возбудителя.

Созданный основной 8 и дополнительной 7 однофазными обмотками возбуждения возбудителя суммарный магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 5 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального вращающегося магнитопровода 6, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется первым многофазным двухполупериодным выпрямителем 39 и подается на однофазную обмотку 4 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 6.

Магнитный поток однофазной обмотки 4 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 2 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 3, установленного в нижней части нижней секции 24 корпуса 1, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая подается в сеть, а также выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 38 и подается на АБ 45 для ее зарядки.

Постоянные магниты 30 положения ротора, закрепленные по внешнему радиусу постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя, служат для формирования управляющих сигналов в каждом из блоков ФИ «А» 47, ФИ «В» 48 и ФИ «С» 49. Полярность всех постоянных магнитов 30 положения ротора одинакова. Их количество и расположение выбирается таким образом, чтобы при их воздействии на сигнальную обмотку 29 ДПР 28 возникали управляющие сигналы, которые при вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 13 индуктора подвозбудителя с постоянными магнитами 30 положения ротора обеспечивали бы своевременное переключение направления протекания тока в соответствующих фазах дополнительной многофазной обмотки 14 для непрерывного создания нужного электромагнитного вращающего момента и придания ротору вращения в заданном направлении.

Таким образом, в предлагаемой вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установке благодаря вертикальной установке вала с жестко закрепленными на нем несколькими ветроколесами и использованию многоярусной системы направляющих воздушного потока с аэродинамическими гребнями повышается эффективность использования энергии ветра, благодаря установке многоярусной системы направляющих воздушного потока и установке на направляющих воздушного потока фотоэлектрических преобразователей увеличивается их полезная площадь без ухудшения массогабаритных показателей всей установки, а соответственно, повышается эффективность использования световой энергии Солнца, благодаря использованию радиальных магнитных подшипников снижаются потери энергии на трение, что в совокупности позволяет улучшить эксплуатационные характеристики, энергетические показатели и повысить КПД всей установки.

Claims (1)

1. Вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка, содержащая корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, жестко закрепленный посредством диска в корпусе, основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и дополнительной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус каждого датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт нижней крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, выполненному с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения через блок управления к дополнительной многофазной обмотке, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему тепловому преобразователю через блок управления, который содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки, отличающаяся тем, что корпус содержит верхнюю секцию с верхней крышкой и нижнюю секцию со средней и нижней крышками, при этом на верхней наружной части верхней секции корпуса жестко закреплен конусообразный купол, на всей поверхности которого установлены фотоэлектрические преобразователи, а на боковой наружной части верхней секции корпуса жестко закреплены в три яруса направляющие воздушного потока с аэродинамическими гребнями, на направляющих воздушного потока между аэродинамическими гребнями также установлены фотоэлектрические преобразователи, при этом фотоэлектрические преобразователи подключены к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, а внутри верхней секции корпуса на валу ротора жестко закреплены три ветроколеса, при этом диаметр основания каждой направляющей воздушного потока нижерасположенного яруса на одну треть больше диаметра основания направляющей воздушного потока предыдущего вышерасположенного яруса, при этом вал ротора установлен вертикально, выходит за пределы корпуса с верхней стороны верхней секции корпуса, дополнительно закреплен в верхнем подшипниковом узле, при этом нижний, средний и верхний подшипниковые узлы выполнены на радиальных магнитных подшипниках, внутренние магниты которых закреплены на валу, а наружные магниты закреплены в центрах нижней и верхней крышек нижней секции, а также в центре верхней крышки верхней секции корпуса соответственно, а с нижней стороны нижней секции корпуса вал закрыт нижней крышкой, в центре внутренней части которой выполнено опорное углубление полусферической формы, при этом аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора установлен в нижней части нижней секции корпуса, аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой установлен в верхней части нижней секции корпуса, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя установлен в средней части нижней секции корпуса, при этом все аксиальные магнитопроводы, закрепленные в нижней секции корпуса и на валу ротора, установлены торцевыми поверхностями параллельно нижней и верхней части корпуса.

Images