UA137681U - Вітроелектрична установка - Google Patents

Abstract

Вітроелектрична установка складається з двох співвісних роторів, які мають рівнозначні поверхні обмаху і лопаті яких розгорнуті у протилежні сторони. Ротори встановлені кожен на своїх підшипниках на нерухомій вертикальній трубчастій опорі і жорстко з'єднані з роторами електрогенератора, на яких у свою чергу жорстко закріплені багатополюсиі кільцеві магніти, а статор, який виконаний у вигляді кільцевого осердя з електротехнічної сталевої стрічки, жорстко з'єднаний і вертикальною опорою і розташований поміж роторів електрогенератора. На обох торцевих поверхнях статора розташовані симетричні обмотки із з'єднаних між собою безкаркасних котушок, кінці обмоток виведені у внутрішню порожнину вертикальної трубчастої опори та з'єднані кожна з своїм навантаженням: одна через контролер, акумуляторну батарею та інвертор - з електропобутовими приладами, а друга - напряму з нагрівальними елементами.

Description

Корисна модель належить до вітроенергетики і може бути використана для забезпечення електроенергією та теплом будівель, споруд та приватних господарств.

Відома "Електрична машина" аналогічного застосування (деклараційний патентна винахід

Мо 60003 А опублікований 15, 09.2003 р., бюл. Ме9), що містить корпус з циліндричною стінкою і торцевими стінками, на яких жорстко закріплені постійні магніти, осердя з обмотками встановлені на валу з можливістю обертання між торцями магнітів в утвореному корпусом внутрішньому просторі, і щітковий вузол. При цьому на валу встановлено кілька осердь, осердя виконані у вигляді кілець і встановлені на валу на розпірках, на кільцях розташовані обмотки, витки яких проходять уздовж вала між розпірками, а по горцях кілець у осьовому напрямку внутрішній циліндричний простір розділений на кілька відсіків перегородками, на торцевих поверхнях яких також жорстко закріплені постійні магніти, осердя з обмотками розташовані в цих відсіках, а кінці обмоток виведені через канали у валу на щітковий вузол, що розміщений зовні корпусу. Конструкція містить два ротори: один ротор - це вал з осердями та обмотками, другий ротор - це корпус і перегородками та постійними магнітами. Ці ротори встановлені з можливістю обертання в протилежні сторони. В такому випадку відносна швидкість їхнього обертання має дорівнювати сумі швидкостей обертання обох роторів і бути у два рази вищою кутової швидкості одного ротора. Відповідно має подвоюватись і електрорушійна сила (ЕРС), що пропорційна швидкості обертання, і, як наслідок, збільшуватись потужність генератора, що пропорційна ЕРС.

Така конструкція має суттєвий недолік, який полягає в тому, що у відомій конструкції передбачається розташування роторів один за одним на відстані осьового габариту генератора.

Це означає, що перший ротор, який стоїть попереду вітроустановки може теоретично використати близько 60 95 енергії вітрового потоку, а на другий припадає лише близько 40 95 енергії, з якої може бути використано знов таки лише 60 95, тобто 0,4 х 60-24 95 від початкового потоку (див.Фатееєв Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М.: Госиздат сельскохозяйственной литературь, 1957. - С. 90). Зрозуміло, що і обертальний момент першого ротора буде більшим, а результуючий момент, що дорівнює алгебраїчній сумі складових моментів: моменту корпусу з перегородками та магнітами і моменту вала з осердями та обмотками, буде меншим. В результаті більшого значення моменту корпусу з перегородками та

Зо магнітами обидва ротори почнуть обертатися в одному напрямку, а саме в напрямку більшого значення моменту. Тому відносного обертання роторів не буде, не буде і ЕРС. В результаті не буде розвиватися і потужність.

З іншого боку відомо, що вітровий потік відновлюється на відстані 15-ти діаметрів ротора вітроустановки (див. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М. Госиздат сельскохозяйственной литературь), 1957. - С. 280). Цей факт знову ж таки призводить до зменшення обертального моменту ротора, що розташований за першим ротором. Якщо сюди ще додати той факт, що вітровий потік після проходження через перший ротор стає збуреним і турбулентним, то обертальний момент на другому роторі буде мати ще менше значення.

Відомий також "Вітроелектричний агрегат" (деклараційний патент на винахід Мо 59090 А опублікований 15. 08.2003 р., бюл. Мо 8), що містить поворотну основу, електрогенератор з двома роторами, встановленими з можливістю обертання один відносно одного, дволопатеві ротори, один з яких з'єднаний з першим ротором електрогенератора, а інший- з другим ротором електрогенератора, причому лопаті лопатевих роторів розвернуті у різні боки для обертання роторів у протилежних напрямках, а радіус одного лопатевого ротора приблизно дорівнює радіусу кола, на якому знаходяться нижні кінці лопатей другого лопатевого ротора, і лопатеві ротори розташовані один біля одного.

Основним недоліком такого технічного рішення є той факт, що один ротор розташований всередині другого, тому його площа значно менша площі зовнішнього ротора; потужність вітрового потоку пропорційна площі обмаху ротора, тому потужність зовнішнього ротора буде значно більша потужності внутрішнього ротора. При протіканні струму у обмотках між роторами, що обертаються у різних напрямках, виникне результуючий електромагнітний момент, що обумовлений різницею моментів зовнішнього і внутрішнього роторів. Так як момент зовнішнього ротора значно більше моменту внутрішнього ротора, то результуючий момент буде направлений у напрямку обертання зовнішнього ротора і обидва ротори почнуть обертатись у одному напрямку, а саме у напрямку обертання зовнішнього ротора. Таким чином, відносного обертання роторів не буде, не буде ЕРС обертання і результуюча потужність буде дорівнювати нулю.

Найбільш близьким за технічною суттю є вибраний як найближчий аналог "Вітрогенератор" (див. патент України на корисну модель Мо 24065, опублікований 11.06.2007 р., бюл. Мо 8). У бо наведених матеріалах вітрогенератор містить статор, розташований на валу на одній парі підшипників між ротором і статором, а ротор розташований на іншій парі підшипників, які перебувають на опорі, що несе всю конструкцію, причому на статорі розташовані одна або декілька ортогональних турбін, лопаті яких розгорнуті в одну сторону, а на роторі розташовані турбіни, лопаті яких розгорнуті в протилежну сторону, турбіни на статорі і роторі мають рівні поверхні обмаху, струмознімання здійснюється зі струмознімача, розташованого на валу ротора.

У наведеному вітрогенераторі передбачалось використання електричного генератора торцевого виконання, який містить статор, що виконаний у вигляді тороїдальнього осердя з обмотками, і ротор з постійними магнітами, полярність яких чергується, при цьому на горцях осердя виконані пази, в які вкладені одношарові або двошарові обмотки. (див. патент України на корисну модель Мо 26359 |, опублікований 10.09.2007 р., бюл. Ме14).

До недоліків такого пристрою належать: різниця діаметрів ротора і статора і, як наслідок, різниця їх обертових моментів, які пропорційні квадрату діаметрів і при включенні обмотки буде відбуватись їх взаємний вплив один на одний, що призводитиме до зменшення результуючого обертального моменту, так як обертальні моменти ротора і статора направлені за протилежними напрямками: наявність контактів ковзання для передачі енергії від пристрою до навантаження призводить до зниження надійності роботи всього пристрою.

В основу корисної моделі вітроелектричної установки поставлена задача підвищення надійності конструкції та забезпечення можливості одночасного живлення "якісною" електроенергією електропобутових пристроїв та незалежного живлення нагрівальних елементів, що призначені для обігріву приміщень.

Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроелектричній установці, що складається з двох співвісних роторів, які мають рівнозначні поверхні обмаху і лопаті яких розгорнуті у протилежні сторони, згідно з корисною моделлю, ротори встановлені кожен на своїх підшипниках на нерухомій вертикальній трубчастій опорі і жорстко з'єднані з роторами електрогенератора, на яких у свою чергу жорстко закріплені багатополюсні кільцеві магніти, а статор, який виконаний у вигляді кільцевого осердя з електротехнічної сталевої стрічки, жорстко з'єднаний з вертикальною опорою і розташований поміж роторів електрогенератора, при цьому

Зо на обох торцевих поверхнях статора розташовані симетричні обмотки із з'єднаних між собою безкаркасних котушок, кінці обмоток виведені у внутрішню порожнину вертикальної трубчастої опори та з'єднані кожна своїм навантаженням: одна через контролер, акумуляторну батарею та інвертор - з електропобутовими приладами, а друга напряму з нагрівальними елементами.

Таким чином одночасно здійснюється як забезпечення електроенергією побутових приладів, так і обігрівання приміщень.

Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями та схемами, які наведені на фіг. 1, фіг. 2 та фіг. 3.

На фіг. 1 зображена загальна схема вітроелектричної установки, яка складається з ортогональних роторів 1 та 2, роторів генераторів торцевої конструкції З та 4 з жорстко закріпленими постійними магнітами, груп підшипників 5 та 6, статора 7, який складається із осердя статора 8 та укладених на ньому обмоток 9 та 10, трубчастої опори 1 5, електропобутових пристроїв 11, контролера заряду акумуляторних батарей (АБ) 12, самих АБ 16, інвертора 13 та нагрівальних елементів 14. Ротори 1 та 2 закріплені на опорі 15 з можливістю обертання завдяки підшипникам 5 та б. До них жорстко прикріплені ротори генераторів З та 4. На цих роторах жорстко закріплені зі зміною полярності постійні магніти.

Поміж роторами генераторів З та 4 розташований статор 7 з укладеними у ньому обмотками 9 та 10. Статор виконаний нерухомим відносно землі, як і опора 15. Кінці обмоток виведені у внутрішню порожнину загальної трубчастої опори 15 та з'єднані кожна із своїм навантаженням: одна обмотка з електропобутовими пристроями 11 через контролер 12, акумуляторні батареї (в разі необхідності) 16 та інвертор 13, інша незалежна - з нагрівальними елементами 14.

На фіг. 2 зображений переріз А-А по фіг.1, а саме показаний ротор генератора, що виконаний у вигляді багатополюсного кільцевого магніту підшипник 5, лопаті вітроелектричної установки 18.

На фіг. З зображений переріз Б-Б по фіг. 1, а саме показаний статор 10, безкаркасні котушки 17, що є складовими обмотки 10, лопаті 18.

Працює вітроелектрична установка наступним чином. Під дією вітрового потоку його кінетична енергія перетворюється у обертальний рух роторів вітроелектричної установки 1 та 2.

Обертатись вони будуть у протилежних напрямках тому, що лопаті встановлені під різними кутами встановлення (атаки) до набігаючого потоку. Разом з роторами 1 та 2 почнуть бо обертатися багатополюсні ротори генераторів З та 4 також у протилежних напрямках. Магнітний потік при цьому буде пронизувати обмотки 9 та 10 і замикатись по осердю 8 статора. За таких умов у обмотках 9 та 10 буде наводитись електрорушійна сила (ЕРС), під дією якої в ній потече електричний струм. Від обмоток 9 через нагрівальні елементи 14, а від обмотки 10 - по електричному ланцюгу: контролер 12, інвертор 13, електропобутові пристрої 11.

Таким чином здійснюється розділення ланцюгів на "якісну" та неякісну енергію і одночасне забезпечення електроенергією як побутових приладів ("якісна") так і обігрівання приміщень (неякісна). А цей факт дозволяє економити ампер-години "якісної" енергії. Обертання роторів у протилежних напрямках дозволяє збалансувати вітроелектричну установку.

Отже досить простими засобами досягається поставлена задача.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Вітроелектрична установка, що складається з двох співвісних роторів, які мають рівнозначні поверхні обмаху і лопаті яких розгорнуті у протилежні сторони, яка відрізняється тим, що ротори встановлені кожен на своїх підшипниках на нерухомій вертикальній трубчастій опорі і жорстко з'єднані з роторами електрогенератора, на яких у свою чергу жорстко закріплені багатополюсні кільцеві магніти, а статор, який виконаний у вигляді кільцевого осердя з електротехнічної сталевої стрічки, жорстко з'єднаний і вертикальною опорою і розташований поміж роторів електрогенератора, при цьому на обох торцевих поверхнях статора розташовані симетричні обмотки із з'єднаних між собою безкаркасних котушок, кінці обмоток виведені у внутрішню порожнину вертикальної трубчастої опори та з'єднані кожна з своїм навантаженням: одна через контролер, акумуляторну батарею та інвертор - з електропобутовими приладами, а друга - напряму з нагрівальними елементами.