ВЕТРОГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СНАБЖЕННОЕ ТАКИМ ВЕТРОГЕНЕРАТОРНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2020 года по МПК F03D7/02 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

[001] Предлагаемое изобретение относится в целом к ветрогенераторному устройству, а в частности - к устанавливаемому на транспортном средстве ветрогенераторному устройству, имеющему функцию торможения.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

[002] Для полезного использования энергии ветра разработано ветрогенераторное устройство для установки на транспортном средстве, например, на мотоцикле или автомобиле таким образом, что когда транспортное средство находится в движении, генерируемая под действием ветрового потока энергия может быть превращена в механическую энергию, которая затем может быть превращена в энергию электрическую.

[003] Конструкция ветрогенераторного устройства этого типа в качестве главных компонентов содержит крыльчатку, приводной вал и электрический генератор, при этом упомянутая крыльчатка приводится во вращение силой ветра с обеспечением, тем самым, превращения кинетической энергии ветра в механическую энергию приводного вала, приводящего во вращение ротор электрического генератора, который вырабатывает электрическую энергию.

[004] Но когда скорость перемещения транспортного средства становится настолько велика, что скорость ветрового потока становится слишком большой, крыльчатка и электрический генератор могут загореться и выйти из строя по причине слишком большой скорости вращения. Поэтому ветрогенераторное устройство, устанавливаемое на транспортном средстве, нуждается в усовершенствовании.

Краткое описание предлагаемого изобретения

[005] Целью предлагаемого изобретения является создание ветрогенераторного устройства, снабженного самонастраивающимся механизмом торможения.

[006] Для достижения вышеуказанной цели предлагается ветрогенераторное устройство, содержащее энергетический узел, в состав которого входят роторный компонент и тормозной компонент, причем упомянутый роторный компонент содержит крыльчатку и приводной вал, при этом упомянутая крыльчатка выполнена с возможностью воспринимать действующую спереди силу ветра для осуществления вращения, а упомянутый приводной вал механически соединен с крыльчаткой с возможностью восприятия от нее крутящего момента и передачи его. Упомянутый тормозной компонент содержит тормозной диск и тормозной привод, при этом упомянутый тормозной диск расположен за крыльчаткой и соединен с нею, так что обеспечено его совместное с крыльчаткой вращение, а упомянутый тормозной привод выполнен с возможностью качаться вокруг опоры рычага. Для того, чтобы принимать силу ветра спереди, тормозной привод снабжен ветроприемником с одной стороны от упомянутой опоры рычага и тормозной накладкой, соответствующей тормозному диску, с другой стороны от опоры рычага, так чтобы при отклонении ветроприемника назад под действием силы ветра, действующей спереди, тормозная накладка подавалась вперед для вступления в контакт с тормозным диском под действием тормозного привода, так чтобы тормозное усилие было приложено таким образом, чтобы был заторможен роторный компонент. Узел генерирования электрической энергии, содержащий генераторный элемент, устройство слежения за точкой максимальной мощности и элемент накопления энергии, которые электрически соединены друг с другом, при этом упомянутый генераторный элемент механически соединен с приводным валом с возможностью получения привода от последнего для генерирования электрической энергии для хранения ее в упомянутом элементе накопления энергии под управлением упомянутого устройства слежения за точкой максимальной мощности.

[007] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, тормозной компонент которого дополнительно снабжен элементом упругого восстановления, один конец которого соединен с базовым элементом, а другой его конец соединен с тормозным приводом, так что сила упругого восстановления, действующая на тормозной привод, заставляет ветроприемник тормозного привода отклоняться вперед с возвращением в первоначальное положение и заставляет тормозную накладку тормозного привода отклоняться назад, освобождая тормоз.

[008] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, тормозной компонент которого дополнительно снабжен регулирующим элементом, который установлен между базовым элементом и упомянутым элементом упругого восстановления, при этом упомянутый регулирующий элемент выполнен с возможностью менять свое относительное положение между элементом упругого восстановления и базовым элементом с обеспечением регулирования действующей на тормозной привод силы упругого восстановления элемента упругого восстановления.

[009] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, в котором с целью регулирования действующей на тормозной привод со стороны элемента эластичного восстановления силы эластичного восстановления упомянутый регулирующий элемент ввинчен в базовый элемент регулируемым образом с возможностью ввинчивания или вывинчивания с целью регулирования относительного положения регулирующего элемента между элементом упругого восстановления и базовым элементом.

[0010] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, в котором ветроприемник имеет форму плоской пластины.

[0011] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, в котором ветроприемник имеет форму черпака.

[0012] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, в котором крыльчатка снабжена лопатками спирального типа, или лопатками винтового типа, или сферическими лопатками, или жалюзиобразными лопатками.

[0013] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено ветрогенераторное устройство, в котором тормозной привод выполнен с возможностью оставаться неподвижным, выдерживая силу ветра, когда скорость ветра менее 90 км/час.

[0014] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено транспортное средство, содержащее ветрогенераторное устройство согласно описанным выше вариантам.

[0015] Согласно предлагаемому изобретению, когда при скорости ветра, превышающей определенную величину, упомянутый роторный компонент совершает вращение, сила ветра толкает ветроприемник, отклоняя его назад, так что тормозная накладка совершает относительное перемещение с отклонением вперед, приходя в контакт с тормозным диском, который расположен перед тормозной накладкой, так что создается сила торможения, действующая на роторный компонент, и происходит его торможение. Кроме того, предусмотрено устройство слежения за точкой максимальной мощности, которое выполнено с возможностью обеспечивать поддержание подачи питания с максимальной эффективностью. Представляется предпочтительным такое решение, при котором предусмотрен регулирующий элемент с регулируемым относительным положением между элементом упругого восстановления и базовым элементом, так что обеспечено регулирование обеспечиваемой элементом упругого восстановления силы упругого восстановления, приложенной к тормозному приводу.

Краткое описание графических материалов

[0016] На фиг. 1 в аксонометрии изображено ветрогенераторное устройство согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 2 на виде сверху изображено предлагаемое ветрогенераторное устройство, тормозная накладка которого относительно отклонена вперед для контакта с тормозным диском.

На фиг. 3 в аксонометрии изображен ветроприемник ветрогенераторного устройства согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 4 схематично в разрезе изображен генераторный элемент предлагаемого ветрогенераторного устройства.

На фиг. 5 представлены таблица и график корреляции между скоростью ветра и скоростью транспортного средства для предлагаемого ветрогенераторного устройства.

На фиг. 6 представлены таблица и график корреляции между генерируемым электрическим напряжением и скоростью ветра для предлагаемого ветрогенераторного устройства.

На фиг. 7 представлены таблица и график корреляции между генерируемой силой электрического тока и скоростью ветра для предлагаемого ветрогенераторного устройства.

На фиг. 8 представлены таблица и график корреляции между генерируемой электрической мощностью и скоростью ветра для предлагаемого ветрогенераторного устройства.

На фиг. 9 представлен график корреляции между мощностью и скоростью ветра для предлагаемого ветрогенераторного устройства.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения

[0017] Далее предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретения описываются подробно со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 9. Описание служит только целям объяснения вариантов осуществления предлагаемого изобретения, но не ограничивает объема притязаний.

[0018] Как можно видеть на фиг. 1, ветрогенераторное устройство 100 согласно первому варианту осуществления предлагаемого изобретения содержит энергетический узел 1 и узел генерирования электрической энергии.

[0019] Предлагаемое ветрогенераторное устройство предназначено для использования на транспортном средстве, которое может представлять собой электромобиль, электроскутер, электровелосипед, электропоезд, плавсредство, летательный аппарат и т.д. Как видно на фиг. 1, упомянутый энергетический узел 1 содержит роторный компонент и тормозной компонент. Роторный компонент содержит крыльчатку 11 и приводной вал 12, при этом упомянутая крыльчатка 11 с лопатками спирального типа воспринимает силу ветра спереди для вращения, а упомянутый приводной вал 12 механически соединен с крыльчаткой 11 с возможностью передавать ее крутящий момент. Разумеется, объем предлагаемого изобретения не ограничивается этим решением. В других вариантах его осуществления крыльчатка может иметь лопатки винтового типа, или сферические лопатки, или жалюзиобразные лопатки. Тормозной компонент устройства содержит тормозной диск 13 и тормозной привод. Тормозной диск 3 расположен за крыльчаткой 11 и соединен с нею с возможностью совместного с нею вращения, при этом тормозной привод выполнен с возможностью качаться вокруг опоры рычага. Тормозной привод содержит рычаг 14 и базовый элемент 15, который расположен у узла генерирования электрической энергии и содержит опорный элемент 151, который имеет форму, близкую к Г-образной, и базовую пластину 152, которая находится под упомянутым опорным элементом 151 и соединена с ним. Рычаг 14 расположен на опорном элементе 151 базового элемента 15 горизонтально, при этом точка, в которой рычаг 14 соединен с опорным элементом 151 базового элемента 15, служит опорой рычага. С одной стороны от упомянутой опоры рычага тормозной привод снабжен ветроприемником 16, служащим для восприятия силы ветра спереди, а с другой стороны от опоры рычага тормозной привод снабжен тормозной накладкой 17, соответствующей тормозному диску 13, так чтобы, когда под действием силы ветра спереди ветроприемник 16 отклоняется назад, тормозная накладка 17 подавалась вперед для вступления в контакт с тормозным диском 13 под действием тормозного привода, так чтобы было приложено тормозное усилие для торможения роторного компонента. Кроме того, следует заметить, что тормозной привод выполнен с возможностью оставаться неподвижным под действием ветра, когда скорость ветра меньше 90 км/час. Когда скорость ветра больше 100 км/час, тормозной привод приходит в состояние готовности под действием ветра, так что ветрогенераторное устройство становится самотормозящимся таким образом, что чем больше сила ветра, тем больше сила торможения. Разумеется, объем предлагаемого изобретения не ограничивается этим решением. В других вариантах его осуществления тормозной привод может оставаться неподвижным под действием ветра, когда пороговая скорость ветра имеет другую величину, например, при скорости ветра меньше 60 км/час, или 70 км/час, или 80 км/час, или 100 км/час, или 110 км/час. Кроме того, опора рычага, относящаяся к рычагу 14, смещена в сторону ветроприемника 16. В рассматриваемом варианте ветроприемник 16 выполнен в виде плоской пластины. Разумеется, объем предлагаемого изобретения не ограничивается этим решением. В другом варианте его осуществления, проиллюстрированном на фиг.3, ветроприемник 16а выполнен в форме черпака, вогнутая поверхность которого обращена вперед.

[0020] Как можно видеть на фиг. 1 и фиг. 2, тормозной компонент устройства содержит также элемент 18 упругого восстановления. В рассматриваемом варианте этот элемент 18 упругого восстановления реализован в виде пружины. Один конец элемента упругого восстановления соединен с базовым элементом 15, а другой его конец соединен с рычагом 14 тормозного привода, так чтобы действующая на тормозной привод сила упругого восстановления заставляла ветроприемник 16 тормозного привода отклоняться вперед для возвращения в первоначальное положение и заставляла тормозную накладку 17 тормозного привода подаваться назад для отпускания тормоза. Представляется предпочтительным такое решение, при котором тормозной компонент дополнительно снабжен регулирующим элементом 19, который установлен между базовым элементом 15 и элементом 18 упругого восстановления, при этом упомянутый регулирующий элемент 19 выполнен с возможностью менять свое относительное положение между элементом упругого восстановления и базовым элементом с обеспечением регулирования действующей на тормозной привод силы упругого восстановления элемента упругого восстановления 18. В рассматриваемом варианте регулирующий элемент 19 с целью регулирования действующей на тормозной привод со стороны элемента 18 эластичного восстановления силы эластичного восстановления ввинчен в базовый элемент 15 регулируемым образом с возможностью ввинчивания и вывинчивания с целью регулирования относительного положения регулирующего элемента между элементом упругого восстановления и базовым элементом 15 таким образом, чтобы при ввинчивании в элементе 18 эластичного восстановления механическое напряжение относительно базового элемента 15 увеличивалось, а при вывинчивании уменьшалось с обеспечением, тем самым, регулирования прилагаемой к тормозному приводу силы упругого восстановления элемента 18 упругого восстановления.

[0021] Узел генерирования электрической энергии содержит генераторный элемент 2, устройство 3 слежения за точкой максимальной мощности и элемент накопления энергии (на чертежах не показан), которые электрически соединены друг с другом. Как можно видеть на фиг. 4, генераторный элемент 2, который представляет собой электрический генератор, механически соединен с приводным валом 12 и содержит внутренние статорные полюса 21, обмотки 22 и постоянные магниты 23, так что генераторный элемент 2 получает привод от приводного вала 12, в результате чего обмотки 22 генерируют электрическую энергию, которая запасается в элементе накопления энергии под управлением устройства слежения за точкой максимальной мощности. При этом выходное напряжение (постоянное) генераторного элемента 2 может составлять 12 В, или 24 В, или 36 В, или 48 В, или 60 В, или 72 В, или 84 В, или 96 В. Генераторный элемент 2 представляет собой единое устройство, которое работает независимо. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения генераторный элемент 2 может быть реализован в виде генераторной установки с несколькими электрическими генераторами, включенными параллельно, так что общая электрическая мощность, генерируемая такой установкой, может составлять от 100 Вт до более чем 36000 Вт.

[0022] Как можно видеть на прилагаемых чертежах с фиг. 5 по фиг. 9, предлагаемое ветрогенераторное устройство обеспечивает хорошую эффективность генерирования энергии, когда скорость транспортного средства составляет около 20 км/час, вызывая скорость ветра более 5 м/с.

[0023] Приведенное выше описание следует воспринимать только как объяснение предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения. Основываясь на формуле изобретения и данном описании, средний специалист соответствующего профиля способен сделать много различных модификаций предлагаемого изобретения. Однако эти модификации охватываются объемом предлагаемого изобретения.

Предложено ветрогенераторное устройство, содержащее энергетический узел и генераторный узел. Энергетический узел содержит тормозной диск и тормозной привод, выполненный с возможностью качаться вокруг опоры рычага, при этом для того чтобы принимать силу ветра спереди, тормозной привод снабжен ветроприемником с одной стороны от упомянутой опоры рычага и тормозной накладкой, соответствующей тормозному диску, с другой стороны от опоры рычага, так чтобы при отклонении ветроприемника назад под действием силы ветра, действующей спереди, тормозная накладка подавалась вперед для вступления в контакт с тормозным диском под действием тормозного привода, так чтобы тормозное усилие было приложено таким образом, чтобы роторный компонент был заторможен. Узел генерирования энергии содержит генераторный элемент, устройство слежения за точкой максимальной мощности и элемент накопления энергии, хранение которой в упомянутом элементе накопления энергии осуществляется под управлением упомянутого устройства слежения за точкой максимальной мощности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ветрогенераторное устройство, содержащее энергетический узел, включающий роторный компонент и тормозной компонент, причем упомянутый роторный компонент содержит крыльчатку и приводной вал, при этом упомянутая крыльчатка выполнена с возможностью воспринимать действующую спереди силу ветра для совершения вращения, а упомянутый приводной вал механически соединен с крыльчаткой с возможностью восприятия от нее крутящего момента и передачи его, при этом упомянутый тормозной компонент содержит тормозной диск и тормозной привод, при этом упомянутый тормозной диск расположен за крыльчаткой и соединен с нею с обеспечением его совместного с крыльчаткой вращения, а упомянутый тормозной привод выполнен с возможностью качаться вокруг опоры рычага, при этом для обеспечения восприятия силы ветра спереди тормозной привод снабжен ветроприемником с одной стороны от упомянутой опоры рычага и тормозной накладкой, соответствующей тормозному диску, с другой стороны от опоры рычага, при этом при отклонении ветроприемника назад под действием силы ветра, действующей спереди, тормозная накладка выполнена с возможностью подаваться вперед для вступления в контакт с тормозным диском под действием тормозного привода, для обеспечения приложения тормозного усилия таким образом, чтобы роторный компонент был заторможен, и узел генерирования энергии, содержащий генераторный элемент, устройство слежения за точкой максимальной мощности и элемент накопления энергии, электрически соединенные друг с другом, при этом упомянутый генераторный элемент механически соединен с приводным валом с возможностью получения привода от последнего для генерирования электрической энергии для хранения ее в упомянутом элементе накопления энергии под управлением упомянутого устройства слежения за точкой максимальной мощности.

2. Устройство по п. 1, в котором тормозной компонент дополнительно содержит элемент упругого восстановления, один конец которого соединен с базовым элементом, а другой его конец соединен с тормозным приводом с обеспечением возможности действующей на тормозной привод силе упругого восстановления вынуждать ветроприемник тормозного привода отклоняться вперед для возвращения в первоначальное положение и вынуждать тормозную накладку тормозного привода подаваться назад, освобождая тормоз.

3. Устройство по п. 2, в котором тормозной компонент дополнительно содержит регулирующий элемент, установленный между базовым элементом и элементом упругого восстановления, при этом упомянутый регулирующий элемент выполнен с возможностью изменять свое относительное положение между элементом упругого восстановления и базовым элементом для регулирования действующей на тормозной привод силы упругого восстановления.

4. Устройство по п. 3, в котором регулирующий элемент с целью регулирования действующей на тормозной привод со стороны элемента эластичного восстановления силы эластичного восстановления ввинчен в базовый элемент регулируемым образом с возможностью ввинчивания или вывинчивания с целью регулирования относительного положения регулирующего элемента между элементом упругого восстановления и базовым элементом.

5. Устройство по п. 1, в котором ветроприемник выполнен в форме плоской пластины.

6. Устройство по п. 1, в котором ветроприемник выполнен в форме черпака.

7. Устройство по п. 1, в котором крыльчатка снабжена лопатками спирального типа, или лопатками винтового типа, или сферическими лопатками, или жалюзиобразными лопатками.

8. Устройство по п. 1, в котором тормозной привод выполнен с возможностью оставаться неподвижным, выдерживая силу ветра, когда скорость ветра менее 90 км/ч.

9. Транспортное средство, снабженное ветрогенераторным устройством по любому из пп. 1-8.