ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к нетрадиционным источникам энергии, и может быть использовано для зарядки аккумуляторных батарей и питания различных потребителей электрической энергии.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, связанную с ней с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения поплавковую камеру, электрогенератор и преобразователь поступательного перемещения поплавковой камеры во вращательное движение вала генератора.

Наличие в известном устройстве многоступенчатой зубчатой передачи, преобразующей поступательное перемещение поплавковой камеры во вращательное движение вала генератора, предопределяет неудовлетворительные массогабаритные показатели волновой энергетической установки и недостаточно высокий уровень ее удельных энергетических характеристик.

Известна также волновая энергетическая установка [1] рассматриваемая как прототип предлагаемого изобретения, содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, связанную с ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковую камеру, электрогенератор с сердечниками статора и ротора, обмоткой и корпусом, установленным на поплавковой камере, шариковинтовой преобразователь, винт которого соединен со стойкой, а гайка жестко связана с сердечником ротора.

Известное устройство, обладая приемлемыми массогабаритными показателями, характеризуется недостаточно высокими удельными энергетическими показателями, а также низким качеством генерируемого напряжения вследствие нестабильности его величины и частоты.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей при одновременном повышении качества генерируемого напряжения волновой энергетической установки.

Цель достигается тем, что известная волновая энергетическая установка, содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, связанную с ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковую камеру, электрогенератор с сердечниками статора и ротора, обмоткой и корпусом, установленным на поплавковой камере, шариковинтовой преобразователь, винт которого соединен со стойкой, а гайка связана с сердечником ротора, снабжена двумя обгонными муфтами, а шариковинтовой преобразователь дополнительной гайкой, связанной с сердечником статора, последний установлен с зазором в корпусе, а обмотка электрогенератора жестко закреплена на корпусе, сердечники статора и ротора жестко сочленены посредством обгонных муфт с гайками с обеспечением вращения во встречных направлениях.

В результате анализа известных решений заявителем выявлено, что такая совокупность отличительных признаков, как отделение зазором сердечника статора от корпуса, жесткое крепление обмотки к корпусу генератора, выполнение шариковинтового преобразователя с двумя гайками, жесткое сочленение их посредством обгонных муфт с сердечниками статора и ротора с обеспечением их вращения во встречных направлениях, неизвестна.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

На чертеже изображена предлагаемая волновая энергетическая установка с, например, однофазным индукторным генератором.

Волновая энергетическая установка содержит стойку 1, соединенную с винтом 2 шариковинтового преобразователя поступательного движения во вращательное, поплавковую камеру 3, на которой жестко установлен корпус 4 генератора. Кольцевая обмотка 5 генератора жестко закреплена в корпусе 4 генератора. Винт 2 шариковинтового преобразователя снабжен гайками 6 и 7, жестко соединенными посредством обгонных муфт 8 и 9 с сердечниками статора 10 и ротора 11. Сердечник 11 ротора снабжен постоянными магнитами 12, сердечник статора выполнен с плюсными выступами 13. Сердечник статора 10 отделен от корпуса 4 зазором 14.

Установка работает следующим образом.

Волновые колебания уровня водоема вызывают периодические колебания поплавквой камеры 3 относительно стойки 1, закрепленной на дне водоема. Генерирование электроэнергии происходит за счет энергии волны при ее подъеме (первый полупериод колебания) и за счет потенциальной энергии поплавковой камеры 3 с размещенным на ней генератором при опускании волны (второй полупериод колебания).

Периодические колебания поплавковой камеры 3 с установленным на ней генератором относительно винта 2, сочлененного со стойкой 1, приводят к синхронному периодическому вращению гаек 6 и 7 то в одну (при подъеме волны), то в другую (при опускании волны) сторону. Так как гайки 6 и 7 шариковинтового преобразователя поступательного движения жестко сочленены посредством самоуправляемых (обгонных) муфт 8 и 9 с сердечниками статора 10 и ротора 11, периодические вращения вышеуказанных гаек приводят к вращению сердечников 10 и 11. С учетом того, что обгонные муфты 8 и 9 передают вращающий момент во встречных направлениях, сердечники статора и ротора будут вращаться стабильно в одну сторону, но встречно относительно друг друга. При этом муфта 8 передает вращающий момент на сердечники статора 10 лишь в течение одной (активной для муфты 8) половины периода (например, при подъеме волны). Во вторую (пассивную для муфты 8) половину периода (например, при опускании волны) муфта 8 работает в режиме холостого хода и сердечник статора 10 продолжает вращаться в ту же сторону по инерции. Муфта 9 установлена таким образом, что передает вращающий момент на сердечник 11 ротора лишь в течение второй (активной для муфты 9) половины периода (при опускании волны). При подъеме волны, когда гайка 6 начинает вращаться в противоположную сторону, муфта 9 работает в режиме холостого хода (пассивный полупериод для муфты 9) и сердечник 11 ротора продолжает вращаться в ту же сторону за счет инерции.

Таким образом, сердечники статора 10 и ротора 11 вращаются в противоположных направлениях, причем их активные и пассивные полупериоды чередуются.

Представленный на чертеже в качестве примера однофазный индукторный генератор включает в себя сердечник ротора с однополярными аксиально ориентиро- ванными постоянными магнитами 12 в качестве полюсов и сердечник статора с аксиальными выступами 13. Униполярный магнитный поток Φ, создаваемый постоянными магнитами ротора, замыкается вдоль пути, указанного на чертеже, охватывая кольцевую обмотку 5 генератора (возможность замыкания магнитного потока через винт 2 устраняется посредством магнитной развязки внутренних частей ротора и статора, например, путем выполнения винта 2 из немагнитного материала). При вращении ротора относительно статора проводимость пути замыкания магнитного потока Φ периодически изменяется от максимального значения (когда полюс ротора находится против полюса статора) до минимального значения (когда полюс ротора находится против впадины межполюсного пространства статора). Следствиями периодического изменения величины магнитной проводимости пути замыкания потока Φ является периодическое изменение величины униполярного потока Φ, пронизывающего кольцевую обмотку 5, и как результат, наведение в ней ЭДС. Величина индукцированной в обмотке 5 ЭДС пропорциональна частоте изменения магнитного потока Φ, т.е. частоте изменения проводимости. Так как в предложенном решении сердечники статора и ротора вращаются в противоположных направлениях, частота изменения магнитной проводимости, а следовательно, и частота изменения потока Φ, пронизывающего обмотку 5 генератора, вдвое выше, чем в прототипе. Вдвое выше будет и наведенная в обмотке ЭДС при тех же массогабаритных показателях, что и в известном решении, и, как результат, выше удельные энергетические показатели заявляемой волновой энергетической установки по сравнении с прототипом.

При подъеме и опускании волны гайки 6 и 7 шариковинтового преобразователя поступательного движения во вращательное работают в режиме разгона, торможения и реверсирования направления вращения. Наличие обгонных муфт 8 и 9, встречность вращения сердечников статора и ротора позволяют существенно стабилизировать относительную скорость вращения статора и ротора, причем стабилизация скорости тем выше, чем значительнее инерционность (масса и диаметр) сердечников статора и ротора.

Таким образом, уровень и частота индуцированного напряжения в обмотке генератора заявляемой волновой энергетической установки имеют большую стабильность и, как следствие, более высокое качество, чем в известной волновой энергетической установке.

Сущность изобретения: на дне бассейна закреплена стойка, с которой связана с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковая камера. Корпус электрогенератора с сердечниками статора и ротора, обмоткой установлен на камере. Винт шариковинтового преобразователя соединен со стойкой. Гайка связана с сердечником ротора. Преобразователь снабжен дополнительной гайкой, связанной с сердечником статора, установленного с зазором в корпусе. Сердечники жестко сочленены обгонными муфтами с гайками с обеспечением вращения во встречных направлениях. 1 ил.

ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, связанную с ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковую камеру, электрогенератор с сердечниками статора и ротора, обмоткой и корпусом, установленным на поплавковой камере, шариковинтовой преобразователь, винт которого соединен со стойкой, а гайка связана с сердечником ротора электрогенератора, отличающаяся тем, что она снабжена двумя обгонными муфтами, а шариковинтовой преобразователь - дополнительной гайкой, связанной с сердечником статора, последний установлен с зазором в корпусе, сердечники ротора и статора жестко сочленены посредством обгонных муфт с гайками с обеспечением вращения во встречных направлениях.