Торцевой двухроторный ветрогенератор
Владельцы патента RU 2395715:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей. Ветрогенератор содержит два ветроколеса, каждое из которых соединено с независимым валом, выполненным с возможностью вращения в разные стороны в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, при этом один вал соединен с ротором из ферромагнитного материала. Два соосно расположенных ротора выполнены в форме дисков с одинаковым четным количеством полюсных выступов на каждом. На первом роторе вокруг полюсных выступов размещена однофазная обмотка, выводы которой подключены к контактным кольцам, расположенным на валу ротора, причем контактные кольца через щетки подключены к выводам, закрепленным на корпусе. На втором роторе на полюсных выступах размещены постоянные магниты так, что диаметрально расположенные магниты направлены разнополярно относительно друг друга, при этом второй ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, а ветроколеса расположены по торцам ветрогенератора. Изобретение направлено на упрощение конструкции, уменьшение габаритов, уменьшение потерь энергии и увеличение надежности работы ветрогенератора. 1 ил.
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей, например электроосветительных приборов, радио- и телеприемников и др., на объектах без электроснабжения.
Известно, что в различных устройствах ветрогенераторов применяется обычный генератор постоянного тока, приводимый во вращение одним ветроколесом. Недостатком такой конструкции является то, что при малых скоростях ветра, энергия, получаемая от генератора очень незначительна, и, следовательно, уменьшается область применения таких ветрогенераторов.
Известна ветроэлектростанция (Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. - М.: изд. Министерства сельского хозяйства, 1957, с.104-105), принятая в качестве прототипа, которая состоит из ветродвигателя, имеющего два соосных ветроколеса, вращающихся в разные стороны. Одно ветроколесо соединено со статором, а другое ветроколесо соединено с ротором генератора постоянного тока. Статор так же, как и ротор, имеет возможность вращаться в своих подшипниках. Ротор и статор генератора постоянного тока приводятся во вращение от валов ветроколес через редуктор, состоящий из зубчатых колес и двух шестерен одинакового размера, помещенных на валах статора и ротора.
Недостатком такого устройства является конструктивная сложность узлов для механической передачи энергии от ветроколес к генератору постоянного тока - валы ветроколес находятся внутри друг друга и вал, вращающий статор, должен иметь подшипниковые опоры; статор должен иметь другие подшипниковые опоры для своего вращения; для передачи механической энергии от ветроколес к статору и ротору применяется редуктор. Все это значительно усложняет конструкцию устройства, увеличивает габариты, снижает надежность его работы и увеличивает механические потери при передаче энергии.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов, уменьшение потерь энергии, увеличение надежности работы устройства.
Данная задача достигается тем, что торцевой двухроторный ветрогенератор так же, как и прототип, содержит два ветроколеса, каждое из которых соединено с независимым валом, выполненным с возможностью вращения в разные стороны в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, а один вал соединен с ротором из ферромагнитного материала.
Согласно изобретению торцевой двухроторный ветрогенератор имеет два соосно расположенных ротора из ферромагнитного материала, имеющих форму дисков с одинаковым четным количеством полюсных выступов на каждом роторе. На первом роторе вокруг полюсных выступов размещена однофазная обмотка, выводы которой подключены к контактным кольцам, расположенным на валу ротора, а контактные кольца через щетки подключены к выводам, закрепленным на корпусе. На втором роторе на полюсных выступах размещены постоянные магниты, так что диаметрально расположенные магниты направлены разнополярно относительно друг друга, при этом второй ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, а ветроколеса расположены по торцам ветрогенератора.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа.
Использование двух соосно расположенных роторов из ферромагнитного материала, имеющих форму дисков с одинаковым четным количеством полюсных выступов на каждом роторе и вращающихся в разные стороны, позволяет так же, как и в устройстве прототипа, получить вращающееся с удвоенной скоростью относительно рабочей обмотки магнитное поле, однако в заявляемом устройстве каждый ротор имеет свой независимый механический вал, нет необходимости в дополнительных подшипниковых опорах для вращения статора и отсутствует редуктор для передачи механической энергии от ветроколес. Все это значительно упрощает конструкцию устройства, уменьшает габариты, повышает надежность его работы и уменьшает механические потери при передаче энергии.
Применение на первом роторе однофазной обмотки, размещенной вокруг полюсных выступов, позволяет максимально упростить технологию изготовления ротора и избавиться от лобовых частей обмотки, что позволяет уменьшить габариты и упростить конструкцию заявляемого устройства, а также значительно уменьшить магнитный поток рассеяния и индуктивность рассеяния обмотки, что приводит к уменьшению потерь энергии в обмотке.
В предлагаемом устройстве ветроколеса расположены не вплотную, как в устройстве прототипа, а расположены по торцам ветрогенератора, т.е. разнесены на достаточное расстояние относительно друг друга, что позволяет уменьшить их вредное аэродинамическое влияние друг на друга и увеличить надежность работы устройства.
На чертеже показано главное продольное сечение торцевого двухроторного ветрогенератора.
Устройство содержит первый ротор 1 и второй ротор 2, выполненные из ферромагнитного материала и имеющие форму дисков с одинаковым четным количеством полюсных выступов. Вокруг полюсных выступов первого ротора 1 размещена однофазная обмотка 3, выводы которой подключены к контактным кольцам 4, расположенным на валу 5, а контактные кольца 4 через щетки 6 подключены к выводам 7, закрепленным на корпусе 8. Второй ротор 2 имеет на полюсных выступах постоянные магниты 9, размещенные таким образом, что диаметрально расположенные магниты направлены разнополярно относительно друг друга, создавая замкнутое магнитное поле, проходящее через полюсные выступы ротора 1. Второй ротор 2 посажен на вал 10 соосно с первым ротором 1. Оба вала 5, 10 закреплены в корпусе 8 с помощью подшипниковых узлов 11, 12. На валах 5, 10 посажены также два ветроколеса 13, 14, лопасти которых ориентированы таким образом, что при одинаково набегающем потоке ветра они будут вращаться в разные стороны.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколеса 13, 14 вращают роторы 1, 2 в разные стороны с угловой скоростью ω. Постоянные магниты 9, расположенные на роторе 2, создают замкнутое магнитное поле, вращающееся относительно полюсных выступов ротора 1 со скоростью 2·ω. В однофазной обмотке 3 генерируется рабочее напряжение, которое через контактные кольца 4 и щетки 6 подается к выводам 7.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно упростить конструкцию, уменьшить габариты, уменьшить потери энергии и увеличить надежность его работы.
Торцевой двухроторный ветрогенератор, содержащий два ветроколеса, каждое из которых соединено с независимым валом, выполненным с возможностью вращения в разные стороны в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, а один вал соединен с ротором из ферромагнитного материала, отличающийся тем, что два соосно расположенных ротора выполнены в форме дисков с одинаковым четным количеством полюсных выступов на каждом, при этом на первом роторе вокруг полюсных выступов размещена однофазная обмотка, выводы которой подключены к контактным кольцам, расположенным на валу ротора, причем контактные кольца через щетки подключены к выводам, закрепленным на корпусе, а на втором роторе на полюсных выступах размещены постоянные магниты так, что диаметрально расположенные магниты направлены разнополярно относительно друг друга, при этом второй ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, а ветроколеса расположены по торцам ветрогенератора.
