Поплавковая волновая электростанция Российский патент 2019 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к производству электроэнергии, в частности без отрицательного воздействия на окружающую среду, путем преобразования энергии волн.

Известна поплавковая волновая электростанция (RU 2513070. F03B 13/18, 20.04.2014), содержащая обтекаемый герметичный поплавок и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус с размещенным в нем маятником. Маятник подвешен к концу троса, который переброшен через блок, установленный на вращающейся оси, а другой конец этого троса прикреплен к якорю, установленному на дне. К вращающейся оси блока присоединен ротор электрического генератора с постоянными магнитами, статор которого закреплен на цилиндрическом корпусе.

Возможность заедания механического блока при передаче энергии колебаний маятника ротору электрического генератора обуславливает низкую надежность работы поплавковой волновой электростанции.

Известен поплавковый волновой преобразователь (US 20070228736 А1, F03B 13/12; F03B 13/10; Н02Р 9/04. Oct. 4, 2007. с. 9, 10, Figs. 6а, 6в), выбранный в качестве прототипа и содержащий телескопическую ногу, с помощью якоря жестко закрепленную на дне и с помощью упорного подшипника соединенную с разъемным корпусом, на верхней части которого установлена платформа, к нижней поверхности которой жестко прикреплены вертикальные поддерживающие опоры, снабженные герметичными поплавками, в центре платформы расположен цилиндрический шарнир, к верхней части обоймы которого своим нижним концом жестко прикреплен вертикальный стержень, а к его верхнему концу прикреплен дугообразный ротор с постоянным магнитом, причем дугообразный ротор расположен во внутренней полости дугообразного статора с электрической обмоткой, который с помощью вертикальных стоек жестко прикреплен к верхней поверхности платформы, к нижней части обоймы цилиндрического шарнира жестко прикреплен рычаг, в своей нижней части разветвляющийся на два плеча, проходящих через прорези в боковой поверхности разъемного корпуса и заканчивающихся вогнутыми лопастями.

Следует отметить, что в одном из вариантов конструктивного исполнения (US 20070228736 A1, F03B 13/12; F03B 13/10; Н02Р 9/04. Oct. 4, 2007. Fig. 9), связь между якорем и поплавком осуществляется с помощью троса.

В конструкции прототипа используются два узла вращения: упорный подшипник, расположенный в воде, и цилиндрический шарнир, что обуславливает его низкую надежность работы.

В прототипе ширина электрической обмотки дугообразного статора равна ширине постоянного магнита ротора. Т.к. конец стержня, на котором расположен ротор с постоянным магнитом, не закреплен, имеется возможность смещения постоянного магнита относительно электрической обмотки статора в боковом относительно плоскости качания направлении, в результате этого смещения изменяется величина индуцированной ЭДС в электрической обмотке магнитным полем постоянного магнита, что понижает надежность работы устройства.

Цилиндрический шарнир маятника расположен выше уровня воды на подвижной платформе, что также понижает надежность работы устройства из-за того, что для получения большей величины, индуцируемой в электрической обмотке статора ЭДС, необходимо увеличивать амплитуду колебаний постоянного магнита, что, в свою очередь, приводит к увеличению длины вертикального стержня, т.е. к увеличению вертикального размера надводной части устройства и, следовательно, к увеличению его парусности. В связи с этим в штормовых условиях возникают значительные изгибающие моменты, действующие на телескопическую ногу. Сказанное также приводит к низкой надежности работы прототипа.

Возвратно-вращательное движение постоянного магнита обеспечивается двумя вогнутыми лопастями, поэтому это требует точной балансировки лопастей и рычага маятника. Нижние плечи рычага проходят через прорези в боковой поверхности разъемного корпуса, поэтому возможно их механическое касание и заедание во время сильного волнения. В результате понижается надежность работы прототипа.

Из-за инертности подвижной платформы в штормовых условиях возможен режим, при котором палец цилиндрического шарнира будет расположен под углом к горизонту, и вращение маятника будет проходить в условиях перекоса, что также приводит к снижению надежности работы.

Задача изобретения - повышение надежности работы поплавковой волновой электростанции за счет допустимого криволинейного движения постоянного магнита относительно электрической обмотки дугообразного статора, и жесткого крепления троса к нижнему концу поплавка.

Технический результат достигается следующим образом. В поплавковой волновой электростанции, содержащей якорь, установленный на дне и связанный тросом с герметичным поплавком, на верхнем конце которого закреплен вертикальный маятник, электрический генератор с вертикальными стойками, при этом статор с электрической обмоткой электрического генератора выполнен дугообразным, а дугообразный ротор, снабженный постоянным магнитом, расположен во внутренней полости статора и жестко закреплен на верхнем конце вертикального маятника, ширина электрической обмотки дугообразного статора, вертикальные стойки которого прикреплены ко дну, больше ширины постоянного магнита дугообразного ротора, а трос прикреплен к нижнему концу поплавка.

Вид сбоку предлагаемого устройства приведен на фиг. 1, а на фиг. 2 показан вид сверху.

Поплавковая волновая электростанция содержит якорь 1 (фиг. 1), установленный на дне, к которому прикреплен трос 2, прикрепленный к нижнему концу герметичного поплавка 3, к другому концу которого закреплен вертикальный маятник 4, и электрический генератор. Статор 5 электрического генератора, выполненный из ферромагнитного материала, имеет дугообразную форму. Стрелкой показано направление колебаний герметичного поплавка 3. В пазах статора 5 (фиг. 2) расположена электрическая обмотка 6, выполненная, например, по петлевой или волновой схеме (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. С. 403-431). Электрическая обмотка 6 проводами соединена с потребителем электрической энергии (не показан) Статор 5 (фиг. 1) прикреплен ко дну с помощью вертикальных стоек 7. Дугообразный ротор 8, снабженный постоянным магнитом 9, расположен во внутренней полости статора 5 и жестко закреплен на верхнем конце вертикального маятника 4. Ширина ротора 8 меньше ширины статора 5.

Объем герметичного поплавка 5 выбирается с использованием закона Архимеда, достаточным для создания выталкивающей силы, чем суммарный вес герметичного поплавка 5, вертикального маятника 4 и ротора 8.

Устройство работает следующим образом. При возникновении волн герметичный поплавок 3 начинает совершать колебательные движения, которые через вертикальный маятник 4 передаются на дугообразный ротор 8. В результате постоянный магнит 9 ротора 4 колеблется в разных направлениях относительно электрической обмотки 6 и магнитный поток, созданный постоянным магнитом 9, пересекает стороны витков электрической обмотки 6. Согласно закону электромагнитной индукции в витках электрической обмотки 6 индуцируется электродвижущая сила, под действием которой по электрической обмотке 6 начинает протекать электрический ток, затем поступающий к потребителю электрической энергии. Из-за того, что ширина электрической обмотки 6 статора 5 больше ширины постоянного магнита 9, при его боковых смещениях величина ЭДС, индуцированной в электрической обмотке 6, остается неизменной.

Как можно заметить, работа заявляемого устройства не связана с использованием узлов вращения. Жесткое крепление якоря 1 ко дну без использования шарнира с помощью троса 2 обуславливает более высокую надежность работы.

В заявляемом же устройстве ширина электрической обмотки 6 статора 5 (фиг. 2) больше ширины ротора 8, снабженного постоянным магнитом 9, поэтому на его работу не сказывается смещение постоянного магнита 9 дугообразного ротора 8 в боковом (перпендикулярно движению волн) направлении и траектория движения постоянного магнита 9 дугообразного ротора 8 может иметь произвольную форму, что также приводит к повышению надежности работы.

По сравнению с прототипом точка, относительно которой осуществляется вращение маятника, расположена ниже, на жестком основании - на дне. Сказанное приводит к более высокой эффективности работы из-за того, что у заявляемого устройства длина маятника больше.

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит якорь 1, установленный на дне и связанный тросом 2 с герметичным поплавком 3, электрический генератор с вертикальными стойками 7. На верхнем конце поплавка 3 закреплен вертикальный маятник 4. Статор 5 с электрической обмоткой и ротор 8 электрического генератора выполнены дугообразными. Ротор 8 снабжен постоянным магнитом 9, расположен во внутренней полости статора 5 и жестко закреплен на верхнем конце маятника 4. Ширина электрической обмотки статора 5 больше ширины магнита 9. Стойки 7 прикреплены ко дну. Трос 2 прикреплен к нижнему концу поплавка 3. Изобретение направлено на повышение надежности работы. 2 ил.

Поплавковая волновая электростанция, содержащая якорь, установленный на дне и связанный тросом с герметичным поплавком, на верхнем конце которого закреплен вертикальный маятник, электрический генератор с вертикальными стойками, при этом статор с электрической обмоткой электрического генератора выполнен дугообразным, а дугообразный ротор, снабженный постоянным магнитом, расположен во внутренней полости статора и жестко закреплен на верхнем конце вертикального маятника, отличающаяся тем, что ширина электрической обмотки дугообразного статора, вертикальные стойки которого прикреплены ко дну, больше ширины постоянного магнита дугообразного ротора, а трос прикреплен к нижнему концу поплавка.