Электрогенератор для ветроэнергетической установки
Владельцы патента RU 2423773:
Открытое акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" (RU)
Изобретение относится к электротехнике, используется для выработки электроэнергии в установках, имеющих малые обороты, в частности в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения. Предложен электрогенератор для ветроэнергетической установки, содержащий статор, ротор с основанием и крышкой, магниты и плоскую катушку. Магниты установлены на крышке и основании по кольцу с определенным зазором, а между магнитами с минимальным зазором установлена плоская катушка, которая с двух сторон закрыта кольцевыми пластинами. Плоская катушка выполнена из трех обмоток, расположенных в радиальных зазорах матрицы. Матрица состоит из наружной и внутренней частей. Кольцевые пластины и матрица выполнены из диэлектрического немагнитного материала, а основание с крышкой ротора сделаны из магнитопроводящего материала. Магниты на крышке и основании расположены чередующимися с разноименными полюсами, при этом магниты, расположенные на крышке и основании против друг друга, также имеют разноименные полюса. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в упрощении конструкции электрогенератора для ветроэнергетической установки при одновременном повышении его КПД. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к электротехнике, используется для выработки электроэнергии в установках, имеющих малые обороты, в частности в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения.
Известны ветроэнергетические установки с генераторами [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Известный безредукторный ветроагрегат с вертикальной осью вращения [1] содержит ротор с вертикальными лопастями, который установлен на ходовых опорных узлах и выполнен в виде тора. Относительно вертикальной оси каждого поперечного сечения тора расположены симметрично электромагниты и индукторы.
Недостатком этого изобретения является сложность конструкции и трудность его использования для получения электроэнергии большой мощности.
Более близким по технической сущности является электродинамическая машина [6], которая содержит в качестве катушек статора группу из двух змеевидных обмоток, каждая из которых описывает дугообразный сегмент круга. В каждом дугообразном сегменте, который образует секцию обмотки статора, появляется ток, как в отдельной фазе. Змеевидные обмотки охватывают пластины с магнитами.
Недостатком этой конструкции является сложность в изготовлении, так как змеевидные обмотки изготавливаются с щелевым зазором, где расположены магниты, при этом для повышения КПД генератора зазоры должны быть минимальными, что трудно выдержать, когда щель образована жгутами проводов. Кроме того, при таком расположении обмоток магнитный поток используется неэффективно, так как магнитные линии замыкаются через большой воздушный зазор, а также трудно выполнить электрический угол в 120° между фазами обмотки.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка электрогенератора более простой конструкции с высоким КПД.
Это достигается тем, что обмотки катушки выполнены кольцеобразной формы единым целым, причем плоская катушка обжата с двух сторон кольцевыми пластинами, а магниты охватывают катушку с двух сторон.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показаны:
фиг.1 - общий вид электрогенератора;
фиг.2 - вид на электрогенератор сбоку;
фиг.3 - вид на электрогенератор сверху;
фиг.4 - вид на статор сверху;
фиг.5 - катушка статора в сборе;
фиг.6 - обмотка одной фазы катушки;
фиг.7 - матрица в сборе;
фиг.8 - наружная часть матрицы;
фиг.9 - внутренняя часть матрицы.
Электрогенератор состоит из ротора 1 и статора 2. Ротор 1 содержит основание 3 и крышку 4, на которых жестко установлены магниты 5 и 6 соответственно. Основание 3 и крышка 4 выполнены из магнитопроводящего материала. Основание 3 с крышкой 4 соединено болтами 7 через резьбовые втулки 8. Внутренняя полость генератора закрыта кожухом 9. Магниты 5 на основании 3 и магниты 6 на крышке 4 установлены четко один против другого (фиг.2) с разноименными полюсами. На основании 3 и крышке 4 магниты установлены по кольцу с чередующимися полюсами (фиг.3).
Магниты 5 на основании 3 и магниты 6 на крышке 4 установлены с зазором, величина которых равна радиальному зазору «В» (фиг.7). Высота магнитов 5, 6 выполнена равной расстоянию «Е» между ними в окончательно собранном роторе (фиг.2). Магниты 5, 6 выполнены в плане в форме трапеции.
Между магнитами 5, 6 с воздушным зазором 10 установлена трехфазная катушка 11, выполненная из проводов. Катушка 11 расположена в матрице 12 и зажата между двумя кольцевыми пластинами 13, выполненными из диэлектрического материала. Катушка 11 выполнена из трех одинаковых кольцевых обмоток 14, которые уложены в пазы матрицы 12. Матрица 12 состоит из двух частей - наружная часть матрицы 15 и внутренняя часть матрицы 16, которые выполнены из диэлектрического материала. Внутренняя часть матрицы 15 и наружная часть матрицы 16 выполнены с радиальными пазами одинаковой ширины «В» и при совмещении этих частей матрицы зазоры между ними такой же ширины «В». Кроме того, в собранной матрице выполнены зазоры «Д» между внутренней частью матрицы 15 и наружной частью матрицы 16.
Первая из трех обмоток проложена в плоскости матрицы в зазорах «В» и «Д» (фиг.6). Другие обмотки уложены в зазорах «В» и в районе зазоров «Д» имеют загибы 17 на наружной части обмотки и загибы 18 на внутренней части обмотки.
Сборка электрогенератора осуществляется следующим образом.
Изготавливаются три одинаковые обмотки 14 из провода одинаковой длины. Затем каждая из обмоток 14 укладывается в следующие пазы «В» собранной матрицы. За счет того, что обмотки 14 укладываются в равномерно расположенные пазы одинаковой ширины «В» обеспечивается равномерный сдвиг между фазами катушки 11 в 120°. Для обеспечения более плотной укладки без выступов проводов концы обмоток загибают в зазоры «Д». Затем обмотки поджимают с двух сторон кольцевыми пластинами 13, пластины скрепляют с помощью клея под давлением, тем самым обеспечивается плотная укладка обмоток 14, благодаря чему обеспечивается равномерный зазор между магнитами 5, 6 и катушкой 11.
Затем собранная катушка 11 устанавливается на статор 2, выдерживая минимальный воздушный зазор 10 между магнитами 5 на основании, затем устанавливают крышку 4 с магнитами 6, выдерживая тот же воздушный зазор 10, после чего болтами 7 закрепляют крышку.
Благодаря предложенному расположению магнитов 5, 6, обеспечивается замкнутый магнитный поток через крышку 4 и основание 3, при пересечении которого обмотками катушки 11 в ней возникает переменный трехфазный ток с электрическим углом в 120° между фазами.
Электрогенератор, выполненный по предлагаемому изобретению, более прост по конструкции, кроме того, обладает высоким КПД.
Источники информации
1. Патент RU 2 037 070, Безредукторный ветроагрегат с вертикальной осью вращения, приоритет 13.03.1992 г.
2. Патент RU 2 064 082, Ветросиловая установка, приоритет 16.02.1993 г.
3. Патент RU 2 203 434, Ветродвигатель, приоритет 15.03.2000 г.
4. Патент RU 2331792, Магнитоэлектрический обращенный ветрогенератор, приоритет 19.09.2006 г.
5. Патент RU 80 516 U1, приоритет 11.09.2008 г.
6. Патент US 7646132, опубликованный 12 января 2010 г.
1. Электрогенератор для ветроэнергетической установки, содержащий статор, ротор с основанием и крышкой, магниты и плоскую катушку, отличающийся тем, что магниты на основании и крышке установлены по кольцу, а между ними с минимальным зазором расположена плоская катушка, выполненная из нескольких обмоток, и каждая обмотка расположена в радиальных зазорах матрицы, выполненной из наружной и внутренней частей, при этом плоская катушка с двух сторон закрыта кольцевыми пластинами, причем кольцевые пластины и матрица выполнены из диэлектрического немагнитного материала.
2. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.1, отличающийся тем, что магниты на основании и крышке расположены чередующимися с разноименными полюсами, при этом магниты на крышке и основании расположены друг против друга также с разноименными полюсами.
3. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.1, отличающийся тем, что радиальные зазоры матрицы, образованные наружной и внутренней частями, расположены равномерно по кругу и имеют одинаковые размеры.
4. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.2, отличающийся тем, что основание и крышка сделаны из магнитопроводящего материала.
5. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.2, отличающийся тем, что магниты выполнены в плане в форме трапеции.
6. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.5, отличающийся тем, что минимальные зазоры между чередующимися магнитами на крышке и основании выполнены равными радиальным зазорам матрицы.
7. Электрогенератор для ветроэнергетической установки по п.5, отличающийся тем, что высота магнитов выполнена равной размеру между магнитами, расположенными на основании и магнитами, расположенными на крышке.
