RU2770324C1

RU2770324C1 - Segment generator stator

Info

Publication number: RU2770324C1
Application number: RU2021118775A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Литвиненко; Роман Владиславович Прокудин
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-04-15

Abstract

FIELD: wind energy.SUBSTANCE: invention relates to the field of wind power and can be used to convert wind energy into electrical energy. The segment generator stator contains a base, electromechanical modules consisting of coils, cores and micro drives. The coils of the electromechanical modules are fixed on the base, and the micro drives are connected to the movable cores of the electromechanical modules.EFFECT: regulation of the magnetic field of permanent magnets is achieved.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.The invention relates to the field of wind energy and can be used to convert wind energy into electrical energy.

Известен статор ветроэлектроагрегата по патенту РФ №2379549, опубл., 20.01.2010, бюл. №2, заявка 2008128761/06, 14.07.2008, содержащий источник магнитного поля, магнитопроводы, катушки и крепежные элементы. Кроме того, статор снабжен прикрепленным кронштейном к подшипниковому узлу ветроколеса средним модулем с крепежным основанием и боковым модулем, закрепленным на подвижном основании, шарнирно прикрепленном к крепежному основанию модуля, а также термокомпенсирующим стержнем. Термокомпенсирующий стержень закреплен одним концом в подшипниковом узле ветроколеса, а другим в крайнем шарнире подвижного основания. Изобретение направлено на устранение влияния температуры на величину воздушного зазора, образуемого между статором и роторными элементами ветроколеса, что обеспечивает высокую адаптационную способность к удлинению лопастей.Known stator wind turbine according to the patent of the Russian Federation No. 2379549, publ., 20.01.2010, bul. No. 2, application 2008128761/06, 07/14/2008, containing a magnetic field source, magnetic circuits, coils and fasteners. In addition, the stator is equipped with a bracket attached to the bearing assembly of the wind wheel with a middle module with a mounting base and a side module mounted on a movable base, pivotally attached to the mounting base of the module, as well as a temperature-compensating rod. The temperature-compensating rod is fixed at one end in the bearing unit of the wind wheel, and at the other end in the extreme hinge of the movable base. The invention is aimed at eliminating the influence of temperature on the size of the air gap formed between the stator and the rotor elements of the wind wheel, which provides a high adaptive ability to lengthen the blades.

Также известен статор ветроэлектроагрегата по патенту РФ №2383780, опубл. 10.03.2010, бюл. №7, заявка 2008128747/06, 14.07.2008, который снабжен установленными на лопастях роторными элементами и содержит источник магнитного поля, магнитопроводы, катушку и крепежные элементы. Кроме того, он снабжен подвижным основанием с ползуном, взаимодействующим с поступательными направляющими, и термокомпенсирующим стержнем, шарнирно закрепленным одним концом в основании подшипникового узла ветроколеса, а другим - в ползуне основания. Преимуществом данного статора является его высокая адаптационная способность к удлинению лопастей и компенсации изменения величины воздушного зазора путем устранения влияния температуры на его величину. Совокупность магнитопроводов, катушек и крепежных элементов является модулем статора, модулей может быть несколько.Also known is the stator of a wind turbine according to the patent of the Russian Federation No. 2383780, publ. 10.03.2010, bul. No. 7, application 2008128747/06, 07/14/2008, which is equipped with rotor elements mounted on the blades and contains a magnetic field source, magnetic circuits, a coil and fasteners. In addition, it is equipped with a movable base with a slider interacting with the translational guides, and a temperature-compensating rod, hinged at one end in the base of the wind turbine bearing assembly, and with the other end in the base slider. The advantage of this stator is its high adaptive ability to lengthen the blades and compensate for changes in the air gap by eliminating the effect of temperature on its value. The set of magnetic circuits, coils and fasteners is a stator module, there can be several modules.

Недостатком данного статора является то, что он лишь адаптируется к изменению температуры окружающей среды, но не позволяет осуществлять в широком диапазоне регулирование магнитного поля постоянных магнитов.The disadvantage of this stator is that it only adapts to changes in ambient temperature, but does not allow for a wide range of regulation of the magnetic field of permanent magnets.

Наиболее близким по технической сущности является статор сегментного генератора по патенту РФ №2571996, опубл. 27.12.2015, бюл. №36, заявка 2013150777/06 от 14.11.2013. Статор содержит электромеханические модули, включающие в себя катушки, сердечники, закрепленные винтами. Модули установлены на дугообразном основании, при этом один конец основания установлен в подшипниковом узле. Статор контактирует в магнитном отношении с постоянными магнитами П-образной формы, которые закреплены на основании, которое в свою очередь укреплено на лопастях ветроколеса, другой конец основания статора прикреплен к выходному звену микропривода, который закреплен в подшипнике. Подшипниковый узел и микропривод установлены на общем кронштейне, который установлен на подвижном основании, соединенном с головкой ветроколеса.The closest in technical essence is the stator of the segment generator according to the patent of the Russian Federation No. 2571996, publ. December 27, 2015, bul. No. 36, application 2013150777/06 dated 11/14/2013. The stator contains electromechanical modules, including coils, cores fixed with screws. The modules are mounted on an arcuate base, with one end of the base mounted in a bearing assembly. The stator is in magnetic contact with U-shaped permanent magnets, which are fixed on the base, which, in turn, is fixed on the wind turbine blades, the other end of the stator base is attached to the output link of the microdrive, which is fixed in the bearing. The bearing assembly and the microdrive are mounted on a common bracket, which is mounted on a movable base connected to the wind turbine head.

Недостатком статора является то, что он обладает узким диапазоном регулирования, не позволяет осуществлять подключение (в дискретном режиме) каждой из катушек поодиночке, что усложняет алгоритм регулирования.The disadvantage of the stator is that it has a narrow regulation range, does not allow connection (in a discrete mode) of each of the coils one by one, which complicates the regulation algorithm.

Изобретение направлено на осуществление регулирования магнитного поля постоянных магнитов в широком диапазоне, в том числе в дискретном режиме.The invention is directed to the implementation of the regulation of the magnetic field of permanent magnets in a wide range, including discrete mode.

Это достигается тем, что статор сегментного генератора, содержащий, основание, электромеханические модули, состоящие из катушек, сердечников и микроприводов, согласно изобретению выполнен таким образом, что катушки электромеханических модулей установлены неподвижно на основании, а микроприводы соединены с подвижными сердечниками электромеханических модулей.This is achieved by the fact that the stator of the segment generator, containing, the base, electromechanical modules consisting of coils, cores and microdrives, according to the invention, is made in such a way that the coils of the electromechanical modules are fixedly mounted on the base, and the microdrives are connected to the movable cores of the electromechanical modules.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где схематично изображен статор (вид спереди), причем для одного из этих модулей приведена кинематическая схема.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the stator (front view), and for one of these modules is a kinematic diagram.

На оголовке 1 башни ветроэлектроагретага, а точнее на поворотном узле 2, установлено основание 3 общее с основанием подшипникового узла ротора (этот узел не показан, чтобы не загромождать чертеж). На этом основании неподвижно укреплена дуга 4, на которой закреплены модули 5. Каждый модуль содержит катушку 6, установленную неподвижно на дуге, а, следовательно, и на основании. Микропривод включает в себя электродвигатель 7, на его валу закреплена гайка 8, входящая в зацепление с ходовым винтом 9, который соединен с сердечником 10, входящим в катушку. С ним может быть соединен шток 11 датчика положения 12, который, также как и двигатель 7 через токосъемный узел 13 присоединен к системе управления 14, в состав которой входит датчик скорости ветра. Со статором контактирует в магнитном отношении ротор, состоящий из лопастей-спиц 15, соединенных ободом 16, на котором установлены постоянные магниты 17 и наконечники 18 с помощью немагнитных болтов 19, пропущенных через отверстия в магнитах.On the head 1 of the wind turbine tower, or rather on the rotary assembly 2, a base 3 is installed common with the base of the rotor bearing assembly (this assembly is not shown so as not to clutter up the drawing). On this basis, the arc 4 is fixedly fixed, on which the modules 5 are fixed. Each module contains a coil 6, mounted motionlessly on the arc, and, consequently, on the base. The microdrive includes an electric motor 7, a nut 8 is fixed on its shaft, which engages with the lead screw 9, which is connected to the core 10 included in the coil. The rod 11 of the position sensor 12 can be connected to it, which, like the motor 7, is connected to the control system 14 through the current collection unit 13, which includes the wind speed sensor. With the stator in magnetic contact with the rotor, consisting of blades-spokes 15 connected by a rim 16, on which permanent magnets 17 and tips 18 are installed using non-magnetic bolts 19, passed through the holes in the magnets.

Работа устройства: при воздействии набегающего потока воздуха на лопасти 15, ветроколесо приходит во вращение. Магнитные силовые линии постоянных магнитов 17 пересекают витки катушек 6 с сердечниками 10 электромеханических модулей, установленных на дуге 4 основания 3. В катушках 6 наводится напряжение, передаваемое потребителю.Operation of the device: when exposed to the oncoming air flow on the blades 15, the wind wheel starts to rotate. The magnetic lines of force of the permanent magnets 17 cross the turns of the coils 6 with cores 10 of the electromechanical modules mounted on the arc 4 of the base 3. The voltage transmitted to the consumer is induced in the coils 6.

При ослаблении, или даже прекращении ветрового порыва, сигнал с систем управления 14 поступает на электродвигатель 7 (или на несколько электродвигателей), гайка 8 вращается, что приводит к поступательному перемещению винта 9, а, следовательно, и сердечника 10, в частности, к выводу сердечника из катушки на некоторое расстояние, контролируемое системой управления по показаниям датчика 12. В результате магнитное поле ослабляется, радиальное усилие снижается, что приводит к уменьшению момента на валу ротора. При увеличении скорости ветра процесс проходит в обратной последовательности.When the wind gust weakens or even stops, the signal from the control systems 14 goes to the electric motor 7 (or several electric motors), the nut 8 rotates, which leads to the translational movement of the screw 9, and, consequently, the core 10, in particular, to the output core from the coil for a certain distance, controlled by the control system according to the readings of the sensor 12. As a result, the magnetic field is weakened, the radial force is reduced, which leads to a decrease in the moment on the rotor shaft. With an increase in wind speed, the process takes place in the reverse order.

Технико-экономическим преимуществом данного статора является то, что становится возможным осуществлять регулирование магнитного потока постоянных магнитов и реализовать в одном устройстве как регулировочные функции, так и высокую надежность систем возбуждения с постоянными магнитами. Кроме того, воздействием на отдельные модули можно осуществлять оптимальное управление выработкой электроэнергии в широком диапазоне изменения скорости ветра.The technical and economic advantage of this stator is that it becomes possible to regulate the magnetic flux of permanent magnets and implement both regulatory functions and high reliability of excitation systems with permanent magnets in one device. In addition, by influencing individual modules, it is possible to optimally control the generation of electricity in a wide range of wind speed changes.

Claims

Segment generator stator containing a base, electromechanical modules consisting of coils, cores and microdrives, characterized in that the coils of the electromechanical modules are fixedly mounted on the base, and the microdrives are connected to the movable cores of the electromechanical modules.