Ветроэлектрический агрегат Советский патент 1992 года по МПК F03D1/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроэлектрическим агрегатам (ВЭА), содержащим ветроколесо с горизонтальной осью вращения, вал которого связан с ротором электрогенератора и расположен на поворотной головке, установленной с возможностью вращения относительно вертикальной оси опоры ВЭА.

Изобретение может быть использовано в ветроэнергетических установках автономного электроснабжения, в первую очередь в труднодоступных районах (горных, морских, северных, пустынных, отдаленных сельскохозяйственных), где исключена возможность технического обслуживания установки на высоте и поэтому требуется ее высокая надежность.

В настоящее время слабым местом ВЭА (с точки зрения надежности) является передача энергии с поворотной головки ВЭА, поднятой на опоре, на землю.

Известны аналоги, решающие техническую задачу передачи энергии с поворотной головки на неподвижную часть ВЭА, т.е. на

землю. В устройстве(авторское свидетельство СССР № 1404680. кл. F 03 D 41/00, 23.06.88 № 23) для этой цели использован закручивающийся кабель вместе со средствами контроля угла закручивания. Главный недостаток применения закручивающегося кабеля - недостаточная надежность: изготовители кабелей рекомендуют не допускать скручивающих или изгибающих деформаций. Кроме того, введение механизма конт- роля закручивания кабеля и его последующего раскручивания усложняет и удорожает ветроагрегаты и одновременно снижает их надежность. Более предпочтительной считается передача энергии с головки ВЭА посредством контактных колец со щетками. /Ветроэнергетика /Под ред. Д. де Рензо: пер. с англ.: под ред, Я.И.Шефтера. - М.: Энергоиздат, 1982 - 272 с., рис. 5.30 и с. 259/.

В качестве прототипа выбран ветроэлектрический агрегат с горизонтальной осью вращения ветроколеса, описанный в заявке ФРГ № 3629872, кл. F 03 D 9/00.

сл

с

-ч о о

сл го

10.03.88 № 10. В прототипе ветроколесо соединено непосредственно с электрогенератором, ротор которого включает в себя постоянные магниты и закреплен непосредственно на ветроколесе. Достоинство такого решения состоит в исключении из конструкции редукторов и сцеплений между ветроколесом и генератором. Вместе с тем, согласно п. 3 формулы заявки № 3629872 статор электрогенератора укреплен на поворотной головке и вместе с ней вращается вокруг вертикальной оси башни установки. Поэтому в прототипе, согласно п. 4 формулы заявки № 3629872 имеется узел токосьем- ных колец в опорной части вала между вращающейся головкой и башней, который соединяет провода, подходящие от статора электрогенератора ВЭА, с кабелем, отходящим к потребителю. Наличие этого узла усложняет конструкцию установки и снижает ее надежность.

Цель изобретения - повышение надежности ветроэлектрического агрегата путем передачи энергии от ветроколеса к потребителю бесконтактным путем.

Поставленная цель достигается тем, что для передачи энергии с вращающейся головки ВЭА на его опору используется переменное электромагнитное поле, представляющее собой неизнашиваемую субстанцию. Для достижения цели на валу яетрокояеаа укрепляется ротор электрогенератора, выполненный в виде радиально намагниченной сферы, центр которой размещен на пересечении осей вала и опоры, а неподвижно на опора ВЭА закреплен статор электрогенератора, выполненный в виде соосных кольцевых витков, перпендикулярных вертикальной оси опоры.

На чертеже изображен предложенный й 1розлектрический агрегат.

Устройство имеет ветроколесо 1, соединенное с валом 2, вращающимся в подшипниках 3. установленных в рамке 4. В свою очередь, рамка 4 с помощью подшипников 5 соединяется с неподвижной опорой 6 установки. На валу 2 укреплен ротор 7, выполненный из иагнитотвердого материала в виде радиально намагниченной сферы. В данном конкретном исполнении показан двухполюсный сферический ротор с полюсами N и S, расположенными по направлению вращения. Центр сферы ротора совпадает с точкой пересечения оси 00 вала 2 и вертикальной оси О О агрегата.

Непосредственно на опоре 6 агрегата закреплен статор 8 электрогенератора, выполненный из кольцевого витка. В показанном частном исполнении виток крепится к опоре посредством несущей детали 9, изготовленной в форме воронки из непроводящего материала. Плоскость витка статора 8 перпендикулярна вертикальной оси О О опоры.

От статора 8 вниз по опоре проложены неподвижные и нескручивающиеся провода 10 для подключения внешних потребителей электроэнергии.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в ВЭА с расположением ветроколеса как перед опорой, так и за ней. В качестве примера на чертеже показана компоновка ВЭА с расположением ветроколеса за опорой.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении ветра рамка 4, свободно поворачиваясь в подшипниках 5, ориентируется по ветру. Ветроколесо 1

приходит во вращение вместе с валом и ротором 7. При вращении ротора его магнитное поле с полюсами N и S наводит в витке статора 8 электродвижущую силу Е в соответствии с законом электромагнитной

, где Ф - поток магиндукции: Е

нитного поля, создаваемого ротором и сцепленного с витком статора. При замыкании витка статора 8 на нагрузку по внешним

цепям 10 под действием электродвижущей силы Е проходит ток, и таким образом энергия передается от ветроколеса к потребителю. Работа предлагаемой электромагнитной передачи энергии не зависит от

ориентации ВЭА по азимуту, поскольку ее принимающая часть - статор 8 - выполнена симметричной по отношению к вертикальной оси О О вращения головки ВЭА по азимуту.

Использование изобретения позволяет осуществить надежную бесконтактную передачу энергии от ветроколеса ВЭА к потребителю на земле. В отличие от прототипа и аналогов в предложенном решении отсутствуют изнашивающиеся механические элементы (кольца и щетки, скручивающиеся жгуты проводов, упоры), а надежность и долговечность головки в целом определяются применяемыми подшипниками. Это открывает возможность при использовании

0 надежных ветроколес создавать ВЭУ, не требующие технического обслуживания на верху несущей опоры в течение всего периода эксплуатации (40-50 лет) при непрерывной работе установки.

5 Формула изобретения

Ветроэлектрический агрегат, содержащий ветроколесо с горизонтальной осью вращения, вал которого связан с ротором

электрогенератора и расположен на поворотной головке, установленной с возможностью вращения относительно вертикальной оси опоры, и статор электрогенератора, о т- личающийся тем, что. с целью повышения надежности агрегата путем передачи энергии потребителю бесконтактным путем, ротор выполнен в виде радиально намагниченной сферы, центр которой размещен на пересечении осей вала и опоры, а статор закреплен на опоре и выполнен в виде соосных кольцевых витков, перпендикулярных вертикальной оси опоры.

Использование: преобразование энергии ветра в электрическую и передача ее потребителю бесконтактным путем. Генерирование и передача электроэнергии осуществляются посредством электрогенератора, у которого ротор, выполненный в виде ради- ально намагниченной сферы, укреплен на валу и вращается вместе с ним, а статор закреплен на опоре и выполнен в виде кольцевых витков, перпендикулярных вертикальной оси опоры. 1 ил.