RU33410U1 - Безредукторный ветроэнергоагрегат - Google Patents

Description

.;г,:;:, о-,;: 0;,,v. эг о,71 ::::,; ;,:Я; о-;гт ;йг.«1РОЗД1/00 РОЗ Д 9/00 РОЗД 1/06 РОЗД 5/00 РОЗВЗ/12

БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ВЕТРОЭНЕРГОАГРЕГАТ

Предлагаемая полезная модель относится к ветрогидроустановкам для получения путем преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию.

Известны конструкции аналогичного назначения, содержащие ветроколесо, вал которого связан с вращающимся ротором на постоянных магнитах и - обмотки статора, неподвижно закрепленные в корпусе генератора 1,2,3.

Такие конструкции имеют сложные и дорогие многополюсные магнитные системы, низкий КПД, обусловленный малой окружной скоростью вращения магнитных систем.

Известны также конструкции с разнесенными в пространстве ротором и статором, причем магниты устанавливаются, например, на ветроколесе, а статорные обмотки - рядом в плоскости вращения ветроколеса 4, 5,6.

В таких устройствах можно получить высокую окружную с корость вращения магнитных систем, однако невозможно обеспечить малый и равномерный воздущный зазор между сегментами статора и ротора, поскольку лопасти под действием переменных ветровых потоков имеют значительные изгибные деформации.

Кроме того, в подобных устройствах возникают значительные аэродинамические потери и затруднена ориентация - переустановка их по направлению ветрового потока.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа «Ветрогенератор 7, в котором ротор выполнен в виде аэродинамических щайб, представляющих собой

двояковогнутые диски, закрепленные на концах лопастей и перемещающиеся около полюсных наконечников статора, содержащего обмотку и постоянный магнит.

Однако прототипу присущи те же недостатки: невозможно обеспечить малый и стабильный воздушный зазор между торцами полюсов статора и роторной щайбой, т.к. лопасти, реагируя на изменчивые ветровые потоки, имеют значительные изгибные деформации. Это снижает КПД устройства.

Кроме того, в прототипе невозможно получить синусоидальную по форме и стабильную частоту, например, 50 Гц. Наличие роторной щайбы в ветровом потоке создает торможение, ухудщает аэродинамические параметры ветроколеса и является источником дополнительного шума ультразвуковых частот. Наличие двух колес при необходимости иметь также устройство ориентации на ветер (хвостовой руль), усложняет устройство. Поскольку ветроколеса находятся на своих независимых осях и их вращение не синхронизируется, то и сигналы со статора будут хаотичны и не стабильны во времени.

Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключается в следующем:

-Ферромагнитные зубцы диска ротора размещены между полюсными наконечниками статора, поэтому колебания в зазорах, и, следовательно, выходное напряжение, дифференциально компенсируются, а для получения больщей мощности используется несколько статоров, размещаемых по окружности диска;

-Использование нескольких дисков, смещенных по фазе их оси

вращения со своими статорами, что позволяет получить «ш фазное

напряжение;

-Получить «т фазное напряжение можно также с одним диском разместив, определенным образом со сдвигом фаз полюсные наконечники статоров;

- . При использовании двух ветроколес их размещают на общей оси на разном расстоянии от центра поворотной башни, одно или оба ветроколеса оснащают ободом с ферромагнитными зубцами ротора, а статор размещают непосредственно на башне. Это позволяет исключить хвостовой руль и механическим путем суммировать мощности обоих ветроколес.

Это делает возможным получать с ветроагрегата стабильные по параметрам частоты, сдвигу фаз, амплитуде ммого{|)азные выходные напряжения.

Совокупность указанных технических преимуществ заявляемого объекта обеспечит положительный эффект, заключающийся в увеличении коэффициента использования ветра и расширении фу1н цио шльиых возможностей устройства.

На фиг. 1 изображен вариант роторного безредукторного ветроагрегата, типа Савониуса, вид сверху, на фиг. 2 он же, вид сбоку, на фиг. 3-е тремя дисками - роторами, а на фиг. 4 показано смещение по фаче дисков на 120° (вид сверху) для получения трехфазного выходного напряжения. На фиг. 5 демонстрируется вариант получения 3-х фазного напряжения при одном диске и заданном сдвиге по фазе полюсных наконечников статоров. На фиг. 6 изображен вариант использования лвук. ветроколес, расположенных на общем валу.

Безредукторный ветроагрегат содержит преобразователь 1 текучей среды во вращение вала 2, например, ротор Савониуса на фиг. 1 и 2, или - с

пропеллерными ветроколесами на фиг. 6. Вал связан с ротором ввиде диска

или обода 3, по периферии которого имеются ферромагнитные зубцы 4, чередующиеся с впадинами (зазорами) между ними. Зубцы ротора располагаются в зазоре между полюсными наконечниками 5 и 6 статора 7, который также содержит постоянный магнит 8 и катушку 9. Для получения «т -фазного напряжения, например, трехфазного используется три аналогичных диска 3, со своими статорами 7 (см. фиг. 3), однако диски

.

сдвинуты относительно общей оси вращения таким образом, чтобы расстояние между их зубцами 10, 11, 12 составляло 120 угловых градусов (см. фиг. 4). На фиг. 5 показан вариант получения с устройства «т -фазного напряжения, например, трехфазного с использованием одного диска 3 и определенном смещении по окружности полюсных наконечников 13, 14, 15 относительно зубцов 16, 17, 18 диска. На фиг. 6 представлен вариант использования в преобразователе текучей среды второго ветроколеса 19, расположенного на большем расстоянии от центра поворота башни и, имеющего общий вал 2, свой диск-обод 3 с зубцами 4 и статор 7, закрепленный на бащне.

Безредукторный ветроэнергоагрегат работает следующим образом. Под воздействием текучей среды (ветер, вода, пар и т.д.) приходит во вращение вал 2 преобразователя I текучей среды и связанный с валом диск-обод 3. Ферромагнитные зубцы 4 при вращении диска входят в статор 7 и перемещаются между полюсными наконечниками 5 и 6, вызывая переменное магнитное сопротивление в зазоре и, как следствие, - наведенную индукцию и напряжение . на обмотке 9, изменяющееся с частотой, зависящей от угловой скорости и числом периодов (один период по длине окружности это зубец плюс впадина до начала следующего зубца):

где / - частота в Гц;

О) - угловая скорость в оборотах/секунду; К- число периодов

Таким образом, если угловая скорость диска 120 оборотов в минуту,

t т.е. 2 оборота в секунду, то при наличии по окружности 25 периодов (зубцов)

получим однофазную промышленную частоту 50 Гц.

Понятно, что для увеличения выходной мощности количество статоров 7, размещенных по окружности диска, может быть увеличено, а выходные обмотки 9 соединены между собой параллельно или последовательно.

/(оЛ-.

По сравнению с прототипом такое исполнение статора и ротора обеспечивает более стабильное выходное напряжение, т.к. возможные смещения зубцов 4 в зазоре ближе к полюсному наконечнику 5 или 6 взаимно дифференциально компенсируются.

Форма выходного напряжения будет зависеть от геометрических параметров зубцов и полюсных наконечников. Если те и другие имеют прямоугольную форму, то на выходе получим форму напряжения близкую к меандру. Если полюсные наконечники имеют форму круга, а зубцы закругленную форму, то можно получить напряжение близкое к синусоидальной форме. Зубцы на периферии диска могут быть выполнены разными по форме, в т.ч. ввиде выштампованных отверстий и т.д.

Для получения «т -фазного напряжения надо использовать «т дисков 3 со своими симметрично располо5кенными статорами 7, причем диски д.б. сдвинуты один относительно другого по направлению вращения на градусов, где п- период (360) образованный зубцом и впадиной диска (фиг. 3 и фиг. 4). Для получения 3-х фазного напряжения используется три

диска, три статора, а диски сдвигаются на 120, где 360 это полный период по длине окружности от начала зубца (О и до конца его впадины 360°, т.е. до начала следующего зубца). На фиг. 4 показано (вид сверху) расположение по фазам зубцов 10, 11, 12, принадлежащих разнымдискам (для удобства изображения размеры зубцов выполнены разными). На выходных обмотках статоров 7, объединенных в блок, будет генерироваться 3-х фазное напряжение. Так же, как и в предыдущем случае для увеличения

мощности количество таких блоков, расположенных по окружности, может

t быть достаточно большим.

фазное напряжение может быть получено при одном диске, но при определенном расположении по его окружности полюсных наконечников 13, 14, 15 (фиг. 5). Чтобы не происходило замыкание магнитного потока между соседними статорами, они должны быть смещены не менее чем на один или большее число периодов (п-к) и, кроме того,

сдвинуты по фазе на соответствующий угол ( ), т.е. должно выполняться

условие: (пК + ,),

где п - период (360), образованный одним зубцом и одной впадиной;

К - целое число периодов;

ш - число фаз многофазного напряжения.

Таким образом, для трехфазного напряжения (фиг. 5) k 1; п 360. При вращении диска против часовой стрелки в момент времени to зубец 16 приблизился к полюсному наконечнику 13 и выходное напряжение будет близко к нулю. В этот же момент времени зубец 17, принадлежащий уже другому периоду находится под полюсным наконечником 14 со сдвигом по фазе выходного напряжения на 120 угловых градусов. Аналогично, в этот же момент времени 1„ полюсный наконечник 15 будет смещен на 240 градусов относительно зубца 18, принадлежащего третьему периоду.

Преобразователь текучей среды, выполненный на двух ветроколесах с общим горизонтальным валом 2 (фиг. 6) в отличии от прототипа не требует механической синхронизации ветроколес и не требует наличия хвостового оперения (руля). Это достигается тем, что одно из ветроколес расположено с подветренной стороны на большем расстоянии от башни. Одно ветроколесо 19 или оба оснащены диском-ободом 3, на периферии которого размещены зубцы 4, взаимодействующие со статором 7.

Принципиальное отличие предлагаемого рещения от известных в том, что сравнительно простым путем и при меньщих затратах можно изготавливать технологически несложные конструкции безредукторных

ветроэнергоагрегатов. В предлагаемой конструкции значительно уменьшено

количество применяемых постоянных магнитов, а значит снижается цена изделия. В предлагаемой конструкции легко получить требуемую частоту выходного напряжения, изменив количество ферромагнитных зубцов на периферии диска и т.д.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1.Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1737151, кл.РОЗД 9/00 Безредукторный ветроагрегат. (аналог)

2.Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1787206, кл. РОЗД 1/00. Безредукторный ветроагрегат. (аналог)

3.Описание патента РФ №2168062, кл. РОЗД 9/00. Ветрогенератор. (аналог)

4.Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №861716 кл.РОЗД 1/00 Безредукторный ветроагрегат. (аналог)

5.Описание изобретения к авторскому свмдстельс гву СССР №868105 кл.РОЗД 9/00 Безредукторный ветроагрегат. (аналог)

6.Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №969948, кл.РОЗД 1/00 Безредукторный ветроагрегат. (аналог)

7.Описание изобретения к патенту РФ №2184267, кл.РОЗД 9/00 Ветрогенератор. (прототип).

Авторы: Х/чЗК.Х Попов А.И.

.(Ь

Попов М.А. Попов Д.А.

Claims (4)

1. Безредукторный ветроэнергоагрегат, содержащий преобразователь текучей среды во вращение вала, соединенного с ротором генератора, статор генератора, состоящий из постоянного магнита с катушкой и полюсными наконечниками, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска-обода с ферромагнитными зубцами и впадинами между ними по периферии диска, введены несколько аналогичных статоров, расположенных по окружности диска, а ферромагнитные зубцы диска входят в статор и размещены между полюсными наконечниками статоров.

2. Безредукторный ветроэнергоагрегат по п.1, отличающийся тем, что для получения m-фазного напряжения введены m дисков, между которыми расположены принадлежащие им статоры, причем диски сдвинуты один относительно другого по направлению вращения на

угловых градусов, где m - число фаз, n - период (360°), образованный зубцом и впадиной диска.

3. Безредукторный ветроэнергоагрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для получения m-фазного напряжения с одним диском статоры сгруппированы в m групп, в каждой из которых полюсные наконечники сдвинуты по окружности на

угловых градусов, где К - целое число периодов, укладывающееся между полюсными наконечниками соседних статоров.

4. Безредукторный ветроэнергоагрегат по п.1, отличающийся тем, что преобразователь текучей среды выполнен в виде двух ветроколес на общем валу поворотной башни, причем одно из ветроколес расположено с подветренной стороны на большем расстоянии от башни, содержащей статор, а одно из ветроколес или оба оснащены ободом, на котором закреплены ферромагнитные зубцы ротора.