UA113379C2

UA113379C2 - WIND GENERATOR

Info

Publication number: UA113379C2
Application number: UAA201608489A
Authority: UA
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2017-01-10
Also published as: WO2018026343A1

Abstract

Вітрогенератор належить до галузі відновлюваної енергетики. Більш детально заявлене технічне рішення стосується засобів перетворення кінетичної енергії вітру в енергію інших типів, зокрема для одержання механічної та електричної енергії, вітрогенератор з вертикальною віссю обертання містить ротор, вітроколесо, статор, опору, контролер, акумуляторну батарею, інвертор. За допомогою заявленого рішення здійснюється перетворення кінетичної енергії вітру в електричну енергію зі збільшенням робочого діапазону швидкості вітру, при якому забезпечується робота вітрогенератора на низьких швидкостях вітру та коригується швидкість обертання вітроколеса на високих швидкостях вітру, а також зменшення впливу ефекту обтискання.Wind turbines belong to the field of renewable energy. More specifically, the claimed technical solution relates to the means of converting wind kinetic energy into energy of other types, in particular for obtaining mechanical and electrical energy, a wind generator with a vertical axis of rotation contains a rotor, wind wheel, stator, resistance, controller, battery, inverter. The claimed solution converts the kinetic wind energy into electrical energy with an increase in the working speed range of the wind, which ensures the operation of the wind generator at low wind speeds and adjusts the wind speed at high wind speeds, as well as reducing the effect of the crimp effect.

Description

Вітрогенератор належить до галузі відновлюваної енергетики. Більш детально заявлене технічне рішення стосується засобів перетворення кінетичної енергії вітру в енергію інших типів, зокрема для одержання механічної та електричної енергії Ще більш конкретніше вітрогенератор належить до енергогенераторів, зокрема до вітрових електричних установок з вертикальною віссю. Заявлене технічне рішення може бути використаним для забезпечення електричною енергією електромереж побутового та промислового призначення, що споживають електроенергію малої та середньої потужності.The wind generator belongs to the field of renewable energy. The technical solution declared in more detail concerns the means of converting the kinetic energy of the wind into energy of other types, in particular for obtaining mechanical and electrical energy. Even more specifically, the wind generator belongs to energy generators, in particular to wind electric installations with a vertical axis. The stated technical solution can be used to provide electrical energy for household and industrial power grids that consume low and medium power.

З рівня техніки відома турбіна Дар'є з вертикальною віссю обертання ротора (розкрита і описана в патенті США 51835018 від 08.12.1931), яка має ротор, що складається зі щонайменше двох аеродинамічних крил, які виконані у вигляді лез переважно напівкруглої форми. Кінці кожного леза нерухомо закріплені на роторі.From the state of the art, a Darier turbine with a vertical axis of rotation of the rotor is known (disclosed and described in US patent 51835018 dated 08.12.1931), which has a rotor consisting of at least two aerodynamic wings, which are made in the form of blades of mainly semicircular shape. The ends of each blade are immovably fixed on the rotor.

Дане технічне рішення є хрестоматійним і в подальшому підлягало вдосконаленню.This technical solution is textbook and was subject to further improvement.

Недоліком даної турбіни є високі динамічні навантаження на вертикальну вісь та помітний шум.The disadvantage of this turbine is high dynamic loads on the vertical axis and noticeable noise.

З рівня техніки відомий патент Канади СА2812401А1, в якому розкрита конструкція вітротурбіни з вертикальною віссю містить множину крил, ротор, модуль контролю та акумуляторну батарею та магнітну систему. Дане рішення є простим у виготовленні і дозволяє виконувати перетворення кінетичної енергії вітру при середніх значеннях його швидкості.From the prior art, Canadian patent CA2812401A1 discloses a vertical-axis wind turbine structure comprising a plurality of blades, a rotor, a control module, and a storage battery and magnetic system. This solution is easy to manufacture and allows you to convert the kinetic energy of the wind at average values of its speed.

Недоліками даного винаходу є утворений траверсами опір вітру, що потребує більш високу швидкість вітру для запуску вітротурбіни.The disadvantages of this invention are the wind resistance created by the traverses, which requires a higher wind speed to start the wind turbine.

Ще одним прикладом з рівня техніки є патент Грузії СЕР20О043207 В, в якому описана вітрова силова установка, яка включає електричний генератор, вітрове колесо з вертикальними крилами, які закріплено на рамі. Вітрове колесо виконано з можливістю обертання навколо своєї осі, що співпадає з вертикальною віссю основи. Установка містить генератор на постійних магнітах. Генератор поєднаний з двигуном. Недоліками даного рішення є вузький діапазон швидкості вітру, при якій виконується перетворення кінематичної енергії. При високих швидкостях вітру спостерігається надмірне навантаження на генератор, що впливає на зменшення циклів зарядка/розрядка акумулятора.Another example from the state of the art is the Georgian patent CEP20O043207 B, which describes a wind power plant that includes an electric generator, a wind wheel with vertical wings that are fixed to a frame. The windmill is made with the possibility of rotation around its axis, which coincides with the vertical axis of the base. The installation includes a permanent magnet generator. The generator is connected to the engine. The disadvantages of this solution are the narrow range of wind speed at which kinematic energy conversion is performed. At high wind speeds, there is an excessive load on the generator, which affects the reduction of battery charge/discharge cycles.

З рівня техніки відома заявка США 0520150322918 АТ, в якій розкрита п'єзоелектрична вітрова турбіна, в якій крило має в поперечному перерізі симетричну форму відносноFrom the state of the art, US application 0520150322918 JSC is known, in which a piezoelectric wind turbine is disclosed, in which the wing has a symmetrical shape in cross-section with respect to

Зо подовжньої осі, де один край поперечного перерізу крила має еліпсоподібну форму, яка рівномірно сходиться до точки на іншому краю поперечного перерізу. Сила вітру спричиняє крила повертатися навколо вертикальної осі. Недоліком даного рішення є висока стартова швидкість вітру, необхідна для запуску вітрової турбіни, яка викликана опором траверс, а також конструкцією вітроколеса.From the longitudinal axis, where one edge of the wing cross-section has an elliptical shape that uniformly converges to a point on the other edge of the cross-section. The force of the wind causes the wings to rotate around a vertical axis. The disadvantage of this solution is the high starting wind speed required to start the wind turbine, which is caused by the resistance of the traverses, as well as the design of the wind wheel.

З рівня техніки відомий патент Кореї КА101293053 ВІ, в якому описана вітрова турбіна з вертикальною віссю, в якій застосовано генератор на постійних магнітах. Недоліком даного рішення є високий вплив ефекту обтискання, викликаний безпосереднім розташуванням постійних магнітів ротора та статора.From the state of the art, Korean patent KA101293053 VI is known, which describes a wind turbine with a vertical axis, in which a permanent magnet generator is used. The disadvantage of this solution is the high impact of the crimping effect caused by the direct location of the permanent magnets of the rotor and stator.

Отже, існує потреба у створенні такого вітрогенератора, в якому реалізована можливість збільшення діапазону робочих допустимих значень швидкості вітру.Therefore, there is a need to create such a wind generator, which realizes the possibility of increasing the range of working permissible values of wind speed.

Як найближчого аналог вибрана конструкція вітрогенератора з патенту України на винахідThe design of the wind generator from the patent of Ukraine for the invention was selected as the closest analogue

ОАВ86126 С2, в якому описано вітрогенератор, що містить ротор, встановлений на одному валу з вітроколесом, і статор, електромагнітна система якого складається з обмоток, установлених на кільцевому магнітопроводі. Протилежні магніти мають однакову полярність, на середній пластині між відповідними парами магнітів закріплені модулі, що складаються із шихтованих осердь з котушками індуктивності й утворюють круговий ланцюжок з полюсним діленням, співпадаючим з полюсним діленням системи магнітів. Магнітні потоки статора замикаються через систему магнітопроводів, які служать елементами опорної конструкції генератора.ОАВ86126 С2, which describes a wind generator containing a rotor mounted on the same shaft as a wind wheel, and a stator whose electromagnetic system consists of windings mounted on an annular magnetic conductor. Opposite magnets have the same polarity, modules consisting of charged cores with inductance coils are fixed on the middle plate between the corresponding pairs of magnets and form a circular chain with pole division coinciding with the pole division of the magnet system. The magnetic fluxes of the stator are closed through a system of magnetic conductors, which serve as elements of the supporting structure of the generator.

До недоліків цього рішення належать застосування вітрогенератора в обмеженому діапазоні значень швидкості вітру без адаптації до зміни цієї швидкості вітру.The disadvantages of this solution include the use of the wind generator in a limited range of wind speed values without adaptation to changes in this wind speed.

Дане рішення вибрано як найближчий аналог заявленого вітрогенератора. Спільними ознаками відомого рішення із заявленим є ротор, вітроколесо, статор, причому вісь обертання ротора і вітроколеса співпадає з вертикальною віссю обертання.This solution was chosen as the closest analogue of the declared wind generator. Common features of the known solution with the claimed one are the rotor, the wind wheel, the stator, and the axis of rotation of the rotor and the wind wheel coincides with the vertical axis of rotation.

Враховуючи вищенаведене, існує нагальна потреба у забезпеченні розширеного робочого діапазону швидкості вітру, при якому забезпечується робота вітрогенератора на низьких швидкостях вітру та коригується швидкість обертання вітроколеса на високих швидкостях вітру, а також зменшення впливу ефекту обтискання.In view of the above, there is an urgent need to provide an extended wind speed operating range, in which the operation of the wind generator is ensured at low wind speeds and the rotation speed of the wind wheel is adjusted at high wind speeds, as well as reducing the impact of the crimping effect.

Задачею, на вирішення якої спрямоване заявлене технічне рішення, полягає у створенні такої конструкції вітрогенератора, в якій здійснюється перетворення кінетичної енергії вітру в бо електричну енергію зі збільшенням робочого діапазону швидкості вітру, при якому забезпечується робота вітрогенератора на низьких швидкостях вітру та коригується швидкість обертання вітроколеса на високих швидкостях вітру, а також зменшення впливу ефекту обтискання.The problem to be solved by the stated technical solution is to create such a design of the wind generator, in which the kinetic energy of the wind is converted into electrical energy with an increase in the working range of wind speed, in which the operation of the wind generator is ensured at low wind speeds and the speed of rotation of the wind wheel is adjusted to high wind speeds, as well as reducing the influence of the crimping effect.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що вітрогенератор з вертикальною віссю обертання включає ротор, вітроколесо, статор. При цьому вісь обертання ротора і вітроколеса співпадає з вертикальною віссю обертання. Згідно з технічним рішенням вітрогенератор містить опору, контролер, акумуляторну батарею, інвертор.The task is solved due to the fact that a wind generator with a vertical axis of rotation includes a rotor, a wind wheel, and a stator. At the same time, the axis of rotation of the rotor and the windmill coincides with the vertical axis of rotation. According to the technical solution, the wind generator contains a support, a controller, a battery, and an inverter.

При цьому ротор розміщено в центрі симетрії вітроколеса. Вітроколесо містить щонайменше три траверси, кожна з яких нерухомо прикріплена одним кінцем до ротора. Траверси мають однакову довжину та однаковий кут, через який траверси прикріплені до ротора. При цьому траверси розміщені в одній площині, яка співпадає або є паралельною з віссю обертання вітроколеса, а на кожному з других кінців траверси закріплено одне крило.At the same time, the rotor is placed in the center of symmetry of the windmill. A windmill contains at least three cross members, each of which is fixedly attached at one end to the rotor. The sleepers have the same length and the same angle through which the sleepers are attached to the rotor. At the same time, the traverses are placed in one plane, which coincides with or is parallel to the axis of rotation of the windmill, and one wing is fixed at each of the other ends of the traverse.

При цьому крило має в поперечному перерізі симетричну форму відносно подовжньої осі, де один край поперечного перерізу крила має еліпсоподібну форму, яка рівномірно сходиться до точки на іншому краю поперечного перерізу, а крило виконано з алюмінію, скловолокна, склотекстоліту, текстоліту, склопластик, епоксидної смоли або комбінації щонайменше двох наведених матеріалів.At the same time, the wing has a symmetrical cross-sectional shape relative to the longitudinal axis, where one edge of the wing cross-section has an elliptical shape that uniformly converges to a point on the other edge of the cross-section, and the wing is made of aluminum, fiberglass, glass-textolite, textolite, fiberglass, epoxy resin or combinations of at least two of the above materials.

При цьому на одному кінці опори розміщено ротор, який виконано з можливістю обертання на опорі та статор, який нерухомо закріплений на опорі. При цьому ротор містить щонайменше одну пару постійних магнітів, звернених один до одного сторонами з різною полярністю, де пара постійних магнітів виконана з можливістю обертання разом з ротором. При цьому статор виконаний у вигляді котушки індуктивності, яка має товщину в діапазоні від 2 до 4 мм. При цьому між котушкою індуктивності та магнітами ротора наявний зазор, величина якого забезпечує можливість замикання магнітного потоку.At the same time, at one end of the support, there is a rotor, which is designed to rotate on the support, and a stator, which is immovably fixed on the support. At the same time, the rotor contains at least one pair of permanent magnets facing each other with different polarities, where the pair of permanent magnets is designed to rotate together with the rotor. At the same time, the stator is made in the form of an inductance coil, which has a thickness in the range from 2 to 4 mm. At the same time, there is a gap between the inductor and the rotor magnets, the size of which ensures the possibility of closing the magnetic flux.

Крім того, контролер має корпус, який містить входи та виходи, у тому числі інформаційні входи та виходи, та процесор, на якому записаний програмний код, виконаний з можливістю обробки вхідних сигналів та надання вихідних команд. При цьому контролер виконаний з можливістю надавати команди для - визначення швидкості обертання вітроколеса і ротора шляхом визначення значенняIn addition, the controller has a housing that contains inputs and outputs, including information inputs and outputs, and a processor on which the program code is written, made with the ability to process input signals and provide output commands. At the same time, the controller is made with the ability to provide commands for - determining the speed of rotation of the windmill and the rotor by determining the value

Зо генерованого струму, - визначення рівня заряду та рівня споживання електроенергії акумуляторної батареї шляхом визначення значення напруги на виході акумулятора, - порівняння значення рівня генерованого струму з попередньо заданими збереженими рівнями струму для зменшення або збільшення величини подаваного струму на акумуляторну батарею для її зарядження в залежності від швидкості вітру.From the generated current, - determining the level of charge and the level of electricity consumption of the battery by determining the voltage value at the output of the battery, - comparing the value of the level of the generated current with the preset stored current levels to reduce or increase the amount of current supplied to the battery for charging depending on wind speed

Крім того, акумуляторна батарея сполучена з контролером та інвертором. При цьому акумуляторна батарея виконана з можливістю зарядження від генерованого обертанням вітроколеса та ротора струму. Вихід інвертора підключено до зовнішньої електромережі, яка містить пристрої споживання.In addition, the battery is connected to the controller and the inverter. At the same time, the battery is made with the possibility of charging from the current generated by the rotation of the windmill and the rotor. The output of the inverter is connected to an external power grid that contains consumer devices.

Далі буде наведено причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак заявленого рішення конструкції вітрогенератора та технічним результатом. Враховуючи те, що заявлене технічне рішення може бути модифіковане та мати альтернативні варіанти виконання, наведений далі опис приведено як приклад для характеристики його суті та можливості здійснення. Має бути очевидним, що наданий детальний опис не призначений для обмеження заявленого рішення наведеними окремими варіантами втілення, а навпаки, включає всі модифікації, еквіваленти та альтернативи, які підпадають під суть та обсяг патентної охорони, визначеної формулою заявленого рішення конструкції вітрогенератора.Next, the cause-and-effect relationship between the set of signs of the declared design solution of the wind generator and the technical result will be given. Given that the claimed technical solution can be modified and have alternative implementation options, the following description is given as an example to characterize its essence and possibility of implementation. It should be clear that the detailed description provided is not intended to limit the claimed solution to the given individual variants of embodiment, but on the contrary, includes all modifications, equivalents and alternatives that fall under the essence and scope of patent protection defined by the formula of the claimed solution of the wind generator design.

Суть заявленого технічного рішення пояснюється схематичними кресленнями, які жодним чином не обмежують можливість реалізації заявленого рішення конструкції вітрогенератора та ймовірні інші варіанти його втілення в межах розкритого у формулі технічного рішення. Наведені креслення пояснюють суть реалізації рішення за допомогою умовного матеріального об'єкта, якому властиві включені до формули ознаки.The essence of the declared technical solution is explained by schematic drawings, which in no way limit the possibility of implementing the declared wind generator design solution and possible other options for its implementation within the limits of the technical solution disclosed in the formula. The given drawings explain the essence of the implementation of the solution using a conditional material object, which is characterized by the features included in the formula.

На Фіг. 1 зображено схематичне виконання вітрогенератора.In Fig. 1 shows the schematic design of the wind generator.

На Фіг. 2 зображено схематичне виконання частини вітрогенератора, яке включає ротор та статор.In Fig. 2 shows a schematic design of a part of a wind generator, which includes a rotor and a stator.

Під наведеними позиціями на кресленнях слід розуміти наступне 1 - крило, 2 - траверса, З - ротор, 4 - статор, 5 - опора, 6 - контролер, 7 - акумуляторна батарея, 8 - інвертор, 9 - сполучний елемент, 10 - опора траверси, 11 - диск верхньої частини ротора, 12 - магніт, 13 - втулка, 14 - диск нижньої частини ротора, 15 - кріплення, 16 - стрижень, 17 - маточина, 18 - кронштейн.The following positions should be understood under the following positions on the drawings: 1 - wing, 2 - traverse, Z - rotor, 4 - stator, 5 - support, 6 - controller, 7 - battery, 8 - inverter, 9 - connecting element, 10 - support of the traverse , 11 - disk of the upper part of the rotor, 12 - magnet, 13 - sleeve, 14 - disk of the lower part of the rotor, 15 - fastening, 16 - rod, 17 - hub, 18 - bracket.

Під вертикальною віссю в подальшому слід розуміти таке розташування ротора, що вісь його обертання є перпендикулярною до потоку вітру. Вісь обертання може бути розміщеною як перпендикулярно до основи або поверхні землі, так і під іншим кутом. Наприклад, в турбініIn the future, the vertical axis should be understood as the arrangement of the rotor such that the axis of its rotation is perpendicular to the wind flow. The axis of rotation can be placed both perpendicular to the base or the surface of the earth, and at another angle. For example, in a turbine

Горлова вісь обертання ротора є паралельною земній поверхні.The throat axis of rotation of the rotor is parallel to the earth's surface.

Заявлене технічне рішення може бути застосоване в установках електричних вітрових, визначених в, ДСТУ 4037-2001. Вітроенергетика. Установки електричні вітрові. Загальні технічні вимоги (ДСТУ 4037-2001. Вітроенергетика. Установки електричні вітрові. Загальні технічні вимоги), ДСТУ 4051-2001. Вітроенергетика. Станції електричної вітрові. Загальні технічні вимоги. Зі зміною Мо 1 (ДСТУ 4051-2001. Вітроенергетика. Станції електричні вітрові. Загальні технічні вимоги. Зі зміною Мо 1). Градація параметрів вітру для України може бути взятою зThe declared technical solution can be applied in electric wind installations, defined in DSTU 4037-2001. Wind energy. Electric wind installations. General technical requirements (DSTU 4037-2001. Wind energy. Electric wind installations. General technical requirements), DSTU 4051-2001. Wind energy. Electric wind stations. General technical requirements. With the change of Mo 1 (DSTU 4051-2001. Wind energy. Electric wind stations. General technical requirements. With the change of Mo 1). Gradation of wind parameters for Ukraine can be taken from

ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 Будівельна кліматологія.DSTU-N B V.1.1-27:2010 Building climatology.

Як показано на Фіг. 1, вітрогенератор з вертикальною віссю обертання містить ротор 3, вітроколесо, статор 3, опору 5, контролер 6, акумуляторну батарею 7, інвертор 8.As shown in Fig. 1, a wind generator with a vertical axis of rotation contains a rotor 3, a wind wheel, a stator 3, a support 5, a controller 6, a battery 7, an inverter 8.

При цьому ротор розміщено в центрі симетрії вітроколеса. Тобто вісь обертання ротора суміжна з віссю симетрії вітроколеса і, переважно, співпадає з вертикальною віссю основи.At the same time, the rotor is placed in the center of symmetry of the windmill. That is, the axis of rotation of the rotor is adjacent to the axis of symmetry of the windmill and, preferably, coincides with the vertical axis of the base.

Розташування цих осей на паралельних лініях призведе до нерівномірного розподілу відцентрової сили, що призведе до додаткового навантаження на основу та подальшого її виходу з ладу. Вітроколесо містить щонайменше три траверси 2, кожна з яких нерухомо прикріплена одним кінцем до ротора 3. Більша кількість траверс збільшує опір вітру і уповільнює обертання вітроколеса, що в свою чергу зменшує значення генерованого струму.The location of these axes on parallel lines will lead to an uneven distribution of centrifugal force, which will lead to an additional load on the base and its subsequent failure. The windmill contains at least three traverses 2, each of which is immovably attached at one end to the rotor 3. A larger number of traverses increases wind resistance and slows down the rotation of the windmill, which in turn reduces the value of the generated current.

Траверси 2 мають однакову довжину та однаковий кут, через який траверси прикріплені до ротора 3. Це дозволяє рівномірно розподілити навантаження на ротор, утворене при обертанні вітроколеса, і спрямоване у напрямку, перпендикулярному до осі обертання ротора та вітроколеса. Вітроколесо переважно включає ротор, траверси та крила. При цьому траверси 2 розміщені в одній площині, яка співпадає або є паралельною з віссю обертання вітроколеса, а на кожному з других кінців траверси закріплено одне крило 1. Крило 1 закріплено нерухомо на траверсі 2 і за наявністю вітру повертається за напрямком, що співпадає з напрямком вітру.The traverses 2 have the same length and the same angle through which the traverses are attached to the rotor 3. This allows for an even distribution of the load on the rotor, generated by the rotation of the windmill, and directed in the direction perpendicular to the axis of rotation of the rotor and the windmill. A windmill mainly includes a rotor, traverses and wings. At the same time, the traverses 2 are placed in one plane, which coincides with or is parallel to the axis of rotation of the windmill, and one wing 1 is fixed at each of the other ends of the traverse. Wing 1 is fixed fixedly on the traverse 2 and, depending on the presence of the wind, turns in a direction that coincides with the direction the wind

Тобто крило ініціює рух вітроколеса за наявністю необхідно площі крила, що взаємодіє з вітром, та сили вітру. Поки одне крило рухається за вітром (фронтальне крило), інші два рухаютьсяThat is, the wing initiates the movement of the windmill according to the presence of the necessary area of the wing interacting with the wind and the force of the wind. While one wing is moving downwind (frontal wing), the other two are moving

Зо проти або поперек вітру, доки їх обертальний рух не співпаде з напрямком руху вітру, але вони теж приймають участь в обертальному моменті за рахунок форми, більш того, вони допомагають фронтальному крилу.Zo against or across the wind, until their rotational motion coincides with the direction of the wind, but they also participate in the rotational moment due to the shape, moreover, they help the frontal wing.

При цьому крило має в поперечному перерізі симетричну форму відносно подовжньої осі, де один край поперечного перерізу крила має еліпсоподібну форму, яка рівномірно сходиться до точки на іншому краю поперечного перерізу. Така аеродинаміка крила дозволяє рухатися проти напрямку вітру з меншим опором. Крило виконано з алюмінію, скловолокна, склотекстоліту, текстоліту, склопластику, епоксидної смоли або комбінації щонайменше двох наведених матеріалів. Кожен з цих матеріалів має меншу щільність, ніж зазвичай застосовані листи сплавів неалюмінієвих металів та листове залізо, в 2-3 рази. При цьому в заявлених матеріалах спостерігається більша міцність в 2-3 рази. Варто відмітити, що така конструкція крила дозволяє безшумне обертання вітроколеса, що попереджає акустичне забруднення території, на якій встановлено вітрогенератор, зокрема запобігає примусовому відлякуванню птахів.At the same time, the wing has a symmetrical shape in the cross-section relative to the longitudinal axis, where one edge of the cross-section of the wing has an elliptical shape that uniformly converges to a point on the other edge of the cross-section. Such aerodynamics of the wing allows it to move against the direction of the wind with less resistance. The wing is made of aluminum, fiberglass, glass textolite, textolite, fiberglass, epoxy resin or a combination of at least two of the above materials. Each of these materials has a lower density than commonly used sheets of non-aluminum metal alloys and sheet iron by 2-3 times. At the same time, 2-3 times greater strength is observed in the declared materials. It is worth noting that this design of the wing allows the wind wheel to rotate silently, which prevents acoustic pollution of the area where the wind generator is installed, in particular, it prevents birds from being forced to scare away.

Обертання вітроколеса відбувається виключно за рахунок тиску на крило вітру. Це свідчить про екологічність вітрогенератора.The rotation of the windmill occurs solely due to the pressure on the wind blade. This indicates the environmental friendliness of the wind generator.

На одному кінці опори розміщено ротор, який виконано з можливістю обертання на опорі та статор, який нерухомо закріплений на опорі. Інший кінець опори закріплено на несучій поверхні, яка може бути, в залежності від місця встановлення, дахом, землею, бетонним або іншим фундаментом чи постаментом та інші.At one end of the support, there is a rotor, which is designed to rotate on the support, and a stator, which is immovably fixed on the support. The other end of the support is fixed on a bearing surface, which can be, depending on the place of installation, a roof, the ground, a concrete or other foundation or pedestal, and others.

Як видно на Фіг. 2, ротор містить щонайменше одну пару постійних магнітів, звернених один до одного сторонами з різною полярністю, яка виконана з можливістю обертання разом з ротором. Для цього ротор виконано таким, що має верхню частину, яка містить опору траверси 10, розміщену між сполучним елементом 9 та магнітним диском верхньої частини ротора 11. До іншої сторони магнітного диска верхньої частини ротора прикріплений щонайменше один постійний магніт 12. Нижня частина ротора містить магнітний диск нижньої частини ротора, на зверненій до верхньої частини ротора поверхні розміщено щонайменше один постійний магніт, полярність якого є протилежною до полярності магніту верхньої частини ротора. Кількість магнітів є пропорційно залежною від значення величини струму (а відповідно - потужності), який генерується. Це дозволяє адаптувати вітрогенератор відповідно до потреб користувача. Нижня та верхня частини ротора закріплені на маточині 17, який виконаний обертовим на основі 5. Між бо магнітами верхньої та нижньої частини наявний зазор. Верхня та нижня частини ротора скріплені між собою за допомогою стрижнів 16, зафіксованих кріпленнями, наприклад, гайками 15. Така фіксація дозволяє відрегулювати та підтримувати постійною величину зазору між верхньою та нижньою частиною ротора. Це запобігає стопорінню ротора під час його обертання.As can be seen in Fig. 2, the rotor contains at least one pair of permanent magnets facing each other with sides of different polarity, which is rotatable with the rotor. For this purpose, the rotor is made in such a way that it has an upper part that contains a support of the traverse 10, placed between the connecting element 9 and the magnetic disk of the upper part of the rotor 11. At least one permanent magnet 12 is attached to the other side of the magnetic disk of the upper part of the rotor. The lower part of the rotor contains a magnetic disk of the lower part of the rotor, on the surface facing the upper part of the rotor there is at least one permanent magnet, the polarity of which is opposite to the polarity of the magnet of the upper part of the rotor. The number of magnets is proportionally dependent on the value of the current (and, accordingly, the power) that is generated. This allows you to adapt the wind generator according to the needs of the user. The lower and upper parts of the rotor are fixed on the hub 17, which is made rotating on the base 5. There is a gap between the magnets of the upper and lower parts. The upper and lower parts of the rotor are fastened together with the help of rods 16, fixed with fasteners, for example, nuts 15. Such fixation allows you to adjust and maintain a constant gap between the upper and lower parts of the rotor. This prevents the rotor from stalling during its rotation.

Разом конструкція ротора та вітроколеса дозволяє встановити мінімальну швидкість вітру для ініціації спрацьовування вітрогенератора на рівні не більше ніж 2 м/с. Цей показник вказує на широку географію застосування даного технічного рішення.Together, the design of the rotor and the wind wheel allows you to set the minimum wind speed to initiate the operation of the wind generator at a level of no more than 2 m/s. This indicator indicates the wide geographical application of this technical solution.

Статор 4 виконаний у вигляді котушки індуктивності, яка має товщину в діапазоні від 2 до 4 мм. Статор встановлюється в зазор між верхньою та нижньою частинами ротора, точніше в зазор між магнітами верхньої та нижньої частинами ротора. На основі закріплено кронштейн 18, який за допомогою стрижнів та наявних на ньому кріпленнях дозволяє встановити статор нерухомо із збереженням необхідних зазорів між магнітами ротора. Кріплення дозволяють регулювати цей зазор та фіксують статор в певному положенні.Stator 4 is made in the form of an inductance coil, which has a thickness in the range from 2 to 4 mm. The stator is installed in the gap between the upper and lower parts of the rotor, more precisely in the gap between the magnets of the upper and lower parts of the rotor. A bracket 18 is attached to the base, which, with the help of rods and fasteners on it, allows you to install the stator stationary while maintaining the necessary gaps between the rotor magnets. Fasteners allow you to adjust this gap and fix the stator in a certain position.

При застосуванні магнітної системи в роторі, має місце ефект обтискання, спричинений силами магнітного поля, який притягує один до одного магніти різної полярності. Цей ефект не може бути повністю усунений, оскільки його відсутність вказує на те, що обмотка статора не збуджується магнітним полем, і, відповідно, генерація струму не відбувається.When applying a magnetic system in the rotor, there is a clamping effect caused by the forces of the magnetic field, which attracts magnets of different polarities to each other. This effect cannot be completely eliminated, since its absence indicates that the stator winding is not excited by the magnetic field, and, accordingly, current generation does not occur.

Тому між котушкою індуктивності та магнітами ротора наявний зазор, величина якого забезпечує можливість замикання магнітного потоку. Переважно такий зазор становить приблизно 0,3 мм.Therefore, there is a gap between the inductor and the rotor magnets, the size of which ensures the possibility of closing the magnetic flux. Preferably, such a gap is approximately 0.3 mm.

Контролер 6 має корпус, який містить входи та виходи, у тому числі інформаційні входи та виходи, та процесор, на якому записаний програмний код, виконаний з можливістю обробки вхідних сигналів та надання вихідних команд. По суті контролер є блоком керування вітрогенератором, який виконаний з можливістю надавати команди для, зокрема, визначення швидкості обертання вітроколеса і ротора шляхом визначення значення генерованого струму.The controller 6 has a housing that contains inputs and outputs, including information inputs and outputs, and a processor on which the program code is written, designed to process input signals and provide output commands. In essence, the controller is a wind generator control unit, which is made with the ability to provide commands for, in particular, determining the speed of rotation of the wind wheel and rotor by determining the value of the generated current.

До контролера вносять дані, які відповідають попередньо визначеним значенням величини генерованого струму в залежності від швидкості вітру. При досягненні генерованого струму певного значення, контролер виконує автоматичне коригування, про яке буде наведено нижче.Data corresponding to predetermined values of the amount of the generated current depending on the wind speed are entered into the controller. When the generated current reaches a certain value, the controller performs an automatic adjustment, which will be described below.

Контролер виконаний з можливістю визначення рівня заряду та рівня споживанняThe controller is designed with the ability to determine the charge level and consumption level

Зо електроенергії акумуляторної батареї шляхом визначення значення напруги на виході акумулятора. Чим більша швидкість розрядження акумулятора, тим більша потреба в електроенергії у мережі. В залежності від залишку заряду акумулятора, контролер ініціює програмним шляхом процес зарядки акумулятора 7. Це дозволяє забезпечити автономність роботи вітрогенератора.From the electricity of the battery by determining the value of the voltage at the battery output. The higher the rate of battery discharge, the greater the need for electricity in the network. Depending on the remaining charge of the battery, the controller initiates the process of charging the battery 7 by software. This allows to ensure the autonomy of the wind generator.

Контролер також виконаний з можливістю порівняння значення рівня генерованого струму (генерованої напруги) з попередньо заданими збереженими рівнями струму для зменшення або збільшення величини подаваного струму на акумуляторну батарею для її зарядження в залежності від швидкості вітру. Під даною можливістю розуміється захист вітрогенератора від ураганного вітру. При досягненні високої швидкості вітру, наприклад більше 24-26 м/с, контролер програмним переводить роботу вітрогенератора в режим максимального завантаження, тобто вітроколесо буде обертатися дуже повільно. Таким чином, хоч контролер буде знімати мінімальне значення напруги, але при цьому струм буде зніматися та подаватися на акумулятор. Це запобігає аварійному стану для вітрогенератора, зокрема запобігає надмірному навантаженню на акумулятор, що значно продовжує строк його роботи.The controller is also made with the ability to compare the value of the level of generated current (generated voltage) with preset stored current levels to reduce or increase the amount of current supplied to the battery for charging depending on the wind speed. This possibility means protection of the wind generator from hurricane winds. When a high wind speed is reached, for example more than 24-26 m/s, the software controller switches the operation of the wind generator to the maximum loading mode, i.e. the wind wheel will rotate very slowly. Thus, although the controller will remove the minimum value of the voltage, but at the same time the current will be removed and supplied to the battery. This prevents an emergency condition for the wind generator, in particular prevents excessive load on the battery, which significantly extends its life.

Акумуляторна батарея 7 сполучена з контролером та інвертором 8. При цьому акумуляторна батарея виконана з можливістю зарядження від генерованого обертанням вітроколеса та ротора струму. Крім того, акумуляторна батарея запобігає потраплянню в електромережу імпульсів струму, викликаних через нерівномірність швидкості вітру. Крім того, вирівнюються значення подаваної з акумулятора до електромережі (через інвертор) миттєвих значень струму. Утворений струм потрапляє до контролера, де перетворюється зі змінного струму в постійний струм. Ступінь та умови заряджання керуються контролером програмним шляхом. Інвертор слугує для перетворення постійного струму в змінний. Вихід інвертора підключено до зовнішньої електромережі, яка містить пристрої споживання.The battery 7 is connected to the controller and the inverter 8. At the same time, the battery is made with the possibility of charging from the current generated by the rotation of the windmill and the rotor. In addition, the battery prevents current pulses caused by uneven wind speeds from entering the electrical network. In addition, the instantaneous values of the current supplied from the battery to the power grid (through the inverter) are equalized. The generated current goes to the controller, where it is converted from alternating current to direct current. The degree and conditions of charging are controlled by the controller by software. The inverter is used to convert direct current into alternating current. The output of the inverter is connected to an external power grid that contains consumer devices.

Принцип роботи електрогенератора пояснюється наступним прикладом. Даний приклад не є таким, що обмежує суть технічного рішення і слугує для розуміння фахівцем суті заявленого вітрогенератора.The principle of operation of the electric generator is explained by the following example. This example is not such as to limit the essence of the technical solution and serves for an expert's understanding of the essence of the claimed wind generator.

За наявності вітру, швидкість якого перевищує 2 м/с, починає обертатися вітрове колесо.In the presence of wind, the speed of which exceeds 2 m/s, the wind wheel begins to rotate.

Разом з вітроколесом обертається і ротор, при цьому магніти збуджують в котушці індуктивності магнітне поле, а на виході котушки з'являється напруга, а струм подається до контролера. бо Контролер визначає значення вхідного струму з котушки індуктивності, та визначає ступінь заряду акумуляторної батареї. Якщо споживання електроенергії є низьким, акумуляторна батарея розряджена, а швидкість вітру є сильною, то контролер програмно встановлює режим зарядки акумуляторної батареї. Якщо вітер є дуже сильним, акумуляторна батарея зарядженою, а споживання відсутнє, контролер програмно переводить роботу вітрогенератора в баластний режим, коли вітроколесо буде обертатися дуже повільно, буде мінімальне значення напруги але струм буде зніматися. Як баласт може бути резистор, акумуляторна батарея тощо.Together with the windmill, the rotor rotates, while the magnets excite the magnetic field in the inductor coil, and a voltage appears at the output of the coil, and the current is fed to the controller. because the Controller determines the value of the input current from the inductor, and determines the degree of charge of the battery. If the power consumption is low, the battery is discharged, and the wind speed is strong, the controller will programmatically set the battery charging mode. If the wind is very strong, the battery is charged, and there is no consumption, the controller will programmatically transfer the operation of the wind generator to ballast mode, when the wind wheel will rotate very slowly, there will be a minimum voltage value, but the current will be removed. A resistor, battery, etc. can be used as a ballast.

Для фахівців в даній галузі техніки очевидні можливі подальші модифікації заявленого об'єкта, що охоплюється суттю та межами заявленого об'єкта, як це розкрито у формулі.For those skilled in the art, possible further modifications of the claimed subject matter are apparent within the spirit and scope of the claimed subject matter as disclosed in the formula.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A wind generator with a vertical axis of rotation, which includes a rotor, a wind wheel, a stator, and the axis of rotation of the rotor and the wind wheel coincides with the vertical axis of rotation, which is characterized by the fact that the wind generator contains a support, a controller, a storage battery, an inverter, and the rotor is placed in the center symmetry of the windmill, wherein the windmill comprises at least three cross members, each of which is fixedly attached at one end to the rotor, and the cross members have the same length and the same angle through which the cross members are attached 20 to the rotor, and the cross members are located in a single plane that coincides with or is parallel to axis of rotation of the windmill, and one wing is fixed at each of the other ends of the traverse, and the wing has a symmetrical cross-sectional shape with respect to the longitudinal axis, where one edge of the cross-section of the wing has an elliptical shape that uniformly converges to a point on the other edge of the cross-section, and the wing made of aluminum, fiberglass, 25 glass textolite, textolite, fiberglass, epoxy resin, or a combination of at least two of the above materials, and at one end of the support there is a rotor, which is rotatable on the support, a stator, which is immovably fixed on the support, and the rotor contains at least one pair of permanent magnets facing each other side by side with different polarity, which is made of ZO with the possibility of rotation together with the rotor, the stator is made in the form of an inductance coil, which has a thickness in the range from 2 to 4 mm, and there is a gap between the inductance coil and the rotor magnets, the size of which ensures the closing of the magnetic flow, in addition, the controller has a housing that contains inputs and outputs, including information inputs and outputs, and a processor on which the program code is written, configured to process 35 input signals and provide output commands, and the controller is configured to provide commands to determine the speed of rotation of the windmill and the rotor by determining determining the value of the generated current, determining the level of charge and the level of electricity consumption of the battery by determining the value of the voltage at the output of the battery, comparing the value of the level of the generated current with the preset stored current levels to reduce or increase the amount of current supplied to the battery for charging depending on wind speed, in addition, the battery is connected to the controller and the inverter, and the battery 45 is made with the possibility of charging from the current generated by the rotation of the wind wheel and the rotor, the output of the inverter is connected to the external power grid, which contains the consumption devices.