ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2003 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии.

Известен ветрогенератор, содержащий поворотное ветроколесо, магнитную систему с обмотками, в зазоре которой перемещается ротор, причем магнитная система расположена на основании, размещенном в зоне нижнего положения лопастей, а лопасти снабжены ферромагнитными зубчатыми пластинами, составляющими ротор, ротор таким образом охватывает концы лопастей, пластины проходят через воздушный зазор магнитной системы (см. SU 861716 A, кл. F 03 D 1/00, 07.09.1981), по совокупности существенных признаков изобретения, принятый за ближайший аналог (прототип).

Недостатком ветрогенератора является увеличенная масса ротора, который фактически имеет диаметр, равный диаметру самого ветроколеса, что в случае ветроколес большого диаметра практически неприемлемо.

Технический результат, заключающийся в уменьшении массы и габаритов ветрогенератора, обеспечивается за счет того, что ветрогенератор, установленный на башне и содержащий поворотное ветроколесо, сегментный ротор с обмотками и статор, согласно изобретению содержит дополнительное поворотное ветроколесо, устройство установки на ветер, статор генератора выполнен в виде сегментов, причем сегменты ротора и статора установлены на концах лопастей двух ветроколес, которые расположены на одном основании и снабжены гибкой связью, а зона взаимодействия сегментов расположена между центрами вращения ветроколес.

На фиг. 1 изображен ветроэлектрогенератор с находящимися друг напротив друга двумя подвижными парами полюсов, на фиг.2 - вид сверху на пары полюсов, на фиг.3 - общий вид установки (вид спереди), на фиг.4 - ветрогенератор (вид сверху), на фиг.5 и 6 показаны варианты без промежуточных магнитопроводов с одним воздушным зазором, соответственно вид сверху и вид спереди.

Ветроэлектрогенератор содержит установленные на концах лопастей 1 двухсекционные катушки 2 с сердечниками 3, на торцах сердечников 3 укреплены сегментные полюсные наконечники 4. Генератор содержит промежуточные магнитопроводы 5. Крепление осуществляется болтом 6, проходящим в канале между секциями катушки 2 и в магнитопроводе 5, который взаимодействует с гайкой 7, установленной в отверстии на конце лопасти 1. Для лучшего замыкания потока имеются два полюсных наконечника 4 на каждом из торцов сердечника 3, которые соединены перемычкой 8.

Ветроэлектрогенератор установлен на башне 9, причем на основании 10 закреплены хвост 11, гибкая связь 12, охватывающая шкивы (звездочки) 13, закрепленные на валах поворотного ветроколеса 14 и дополнительного поворотного ветроколеса 15. При этом ветроколеса 14 и 15 оборудованы токосъемниками 16 (конструкции типа "вращающееся кольцо - щетка", аналогичной контактным кольцам асинхронного двигателя с фазным ротором). Основание 10 закреплено на вращающейся платформе 17.

В варианте с одним зазором ветроколеса 14, 15 могут устанавливаться с небольшим сдвигом по оси, а магнитопроводы 5 имеют полюсные наконечники 18. Варианты крепления, показанные на фиг.5, 6, включают в себя стержни 19, в торцах которых перпендикулярно оси нарезана резьба, в нее заходят болты 6, проходящие через отверстия вблизи полюсных наконечников 4. Стержни 19 как и гайка 7 вставляются в отверстия, выполненные в лопастях 1. При этом магнитопроводы 5 расположены между ротором 20 и статором 21.

Первый вариант ветроэлектрогенератора с двумя воздушными зазорами (фиг. 1, 2) предназначен для лопастей обычного типа, допускающих изгиб в плоскости вращения. Второй вариант с одним зазором (фиг.5, 6) может быть использован с лопастями повышенной жесткости, когда изгиб не превышает величины зазора.

Активные элементы (катушки 2 с магнитопроводами 5) однотипны и унифицированы, однако одна из катушек 2 (ротора 20) является возбуждающей, наматывается тонким проводом или же заменяется шайбами (не показаны) из постоянных магнитов. Другая катушка 2 (статора 21 или "контрротора") наматывается более толстым проводом, с нее осуществляется основной токосъем. Катушки 2 и токосъемы 16 соединены проводами, проходящими в продольных каналах лопастей и валах 1 (не показаны).

В качестве гибкой связи 12 применяется цепь или зубчатый ремень, чтобы исключить проскальзывание ветроколес 14, 15 и стабилизировать зону взаимодействия сегментов ротора 20 и статора 21, расположенную посередине между центрами вращения ветроколес 14, 15.

Во втором варианте крепления (фиг.5, 6) болты 6 немагнитные или же целесообразно выполнять немагнитным стержень 19. Катушку 2 необходимо выполнять двухсекционной для прохода крепежного болта 6.

Работа устройства.

При воздействии ветрового потока ветроколеса 14 и 15 приходят во вращение в одном направлении, причем синфазно (из-за наличия гибкой связи 12 и зубчатых шкивов (звездочек) 13). При этом в зоне взаимодействия, расположенной посередине между центрами вращения колес 14, 15, наблюдается перемещение торцов лопастей 1 во взаимно-противоположных направлениях. Поскольку на торцах лопастей 1 установлены электромеханические элементы - катушки 2 с сердечниками 3, то при возбуждении одного из элементов - ротора 20 током возбуждения во втором элементе - статоре 21 будет наводиться эдс вследствие взаимного перемещения элементов, периодически вступающих в магнитную связь (два раза за оборот для случая двухлопастных колес). Поэтому в обмотке статора 21, замкнутой на какую-либо нагрузку, будет протекать ток по цепи: катушка 2 статора 21 - проводник внутри лопасти 1 и вала (не показан) - токосъемное устройство 16 - нагрузка.

При изменении направления ветра верхняя часть башни 9 вместе с хвостом 11 поворачивается в подшипнике поворотной части (не показан). Одновременно с этим поворачиваются магнитные системы генератора. Таким образом, воздушный зазор магнитных систем при любой ориентации колес 14, 15 на ветер сохраняет свои параметры, а генератор - работоспособность. Полученная таким образом электроэнергия преобразуется в любые другие виды энергии: механическую, тепловую и т. п. и подается к потребителю.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветрогенераторах для выработки электроэнергии. Технический результат, заключающийся в уменьшении массы и габаритов ветрогенератора, обеспечивается за счет того, что ветрогенератор, установленный на башне и содержащий поворотное ветроколесо, сегментный ротор с обмотками и статор, согласно изобретению содержит дополнительное поворотное ветроколесо, устройство установки на ветер, статор генератора выполнен в виде сегментов, причем сегменты ротора и статора установлены на концах лопастей двух ветроколес, которые расположены на одном основании и снабжены гибкой связью, а зона взаимодействия сегментов расположена между центрами вращения ветроколес. 6 ил.

Ветрогенератор, установленный на башне и содержащий поворотное ветроколесо, сегментный ротор с обмотками и статор, отличающийся тем, что генератор содержит дополнительное поворотное ветроколесо, устройство установки на ветер, статор генератора выполнен в виде сегментов, причем сегменты ротора и статора установлены на концах лопастей двух ветроколес, которые расположены на одном основании и снабжены гибкой связью, а зона взаимодействия сегментов расположена между центрами вращения ветроколес.