Низкооборотный генератор для ветросиловой установки



Низкооборотный генератор для ветросиловой установки
Низкооборотный генератор для ветросиловой установки

 


Владельцы патента RU 2531841:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в низкооборотных ветросиловых установках для преобразования ветровой энергии в электрическую. Низкооборотный генератор для ветросиловой установки в бескорпусной конструкции содержит соединенный с валом ветросиловой установки ротор в виде диска и несколько статоров, состоящих из постоянных магнитов с катушками и полюсными наконечниками, расположенными по окружности диска. Дополнительно введен немагнитный диск ротора с радиально расположенными отверстиями. В этих отверстиях размещены в несколько рядов постоянные магниты с чередующейся по окружности полярностью их полюсов. Статоры снабжены ползунами, обеспечивающими их радиальное перемещение в направляющих относительно дисков. Дополнительно введены компенсирующие статоры с магнитами противоположной полярности, установленные диаметрально относительно диска статорам с катушками. Число магнитов в рядах выбрано четным. Изобретение направлено на повышение надежности работы генератора за счет уменьшения эффекта «залипания», а также на обеспечение модульного принципа подбора параметров генератора под требуемые характеристики конкретной ветросиловой установки. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в низкооборотных ветросиловых установках для преобразования ветровой энергии в электрическую. Скорость вращения вала ветроустановки зависит от постоянно изменяющейся скорости ветра, поэтому выходные параметра электрического генератора необходимо оперативно регулировать.

Известен генератор в составе ветросиловой установки [1], например, по патенту РФ №2064082 «Ветросиловая установка», автора Николаева Г.С. и др., содержащий ротор в виде диска из непроводящего материала, на периферии которого выполнены пазы для обмоток, соединенных с токосъемными кольцами, а обмотки ротора охвачены электромагнитами статора, причем ротор генератора подключен к валу ветросиловой установки.

Недостатком данной конструкции является наличие токосъемных колец и эффекта «залипания» - торможения ротора при вхождении обмотки между полюсами электромагнитного статора, обусловленного взаимодействием электромагнитных полей.

Известен также «Торцевой генератор переменного тока», автора Лисейкина и др., приводимый в действие ветровым лопастным колесом [2], по патенту №1835116 СССР, содержащий ротор в виде двух дисковых магнитопроводов, на которых размещены аксиально намагниченные постоянные магниты и статор с катушками рабочей обмотки, выполненных в виде полых цилиндров и размещенных в отверстиях диска статора.

Недостатком данной конструкции является также наличие эффекта «залипания», что увеличивает начальный стартовый крутящий момент при пуске генератора. Это особенно актуально при трогании с места ветросиловых установок при слабых ветрах. Кроме того, данная конструкция не предполагает изменение параметров ее узлов и подстраивание их под параметры конкретной ветроустановки.

Известен генератор в составе ветроустановки, в котором эффект «залипания» значительно снижен, см., например, «Безредукторный ветроагрегат», автора Строганова В.И. [3] по патенту СССР №1787206.

Генератор содержит ротор, связанный с ветроколесом и выполненный в виде стальных колец с постоянными магнитами, статор - в виде расположенных между кольцами шихтованных секций с обмотками, причем стальные кольца расположены коаксиально друг к другу с зазорами между одноименными полюсами магнитов, а магниты расположены с наружных и внутренних сторон колец.

Недостатком данной конструкции является ее сложность, особенно в части технологии изготовления, последующей сборки и обслуживания. В конструкции не предусматривается подстройка или регулирование каких-либо параметров.

Ближайшим аналогом (прототипом) является генератор в составе «Безредукторного ветроэнергоагрегата» автора Попова А.И. и др. [4] по патенту РФ на полезную модель №33410.

Генератор содержит ротор, соединенный с валом ветроагрегата, и несколько статоров, состоящих из постоянных магнитов с катушками и полюсными наконечниками, причем ротор выполнен в виде диска с ферромагнитными зубцами и впадинами между ними по периферии диска, размещенными между полюсными наконечниками статоров. Необходимое количество дисков и роторов и количество статоров определяется требуемым количеством фаз и частотой выходного напряжения.

Недостатком данного устройства является ограниченная мощность из-за наличия однополярного сигнала в катушках статоров, обусловленная постоянной составляющей магнитной индукции в магнитопроводах. Кроме того, в данной конструкции присутствует также нежелательный эффект «залипания», приводящий к необходимости прилагать дополнительные усилия при начале движения ветроагрегата.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков.

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:

- увеличена эффективность устройства за счет размещения в радиально расположенных отверстиях диска постоянных магнитов с чередующейся по окружности диска полярностью, что позволяет получать с выходных катушек разнополярные сигналы большей мощности;

- увеличена эффективность устройства за счет размещения рабочих или дополнительных без обмоток статоров с противоположной полярностью магнитов, совпадающих по фазе со съемом сигнала с обмоток рабочих статоров;

- упрощена конструкция устройства, которая может выполняться в сборно-разборном варианте: изменять количество статоров, диаметр и количество зубцов с магнитами на роторе и т.д., что позволяет без дополнительного мультипликатора подбирать режимы работы генератора под конкретную конструкцию ветроагрегата.

Технический результат достигается также за счет того, что на немагнитном диске ротора размещены постоянные магниты в отверстиях нескольких радиальных рядов с чередующейся полярностью, а статоры снабжены ползунами, позволяющими перемещать статоры в радиальном направлении. Технический результат достигается также за счет установки напротив рабочих статоров на диаметрально противоположной стороне диска компенсирующих статоров с противоположной полярностью магнитов.

Технический результат достигается также за счет возможности выполнения устройства в блочном сборно-разборном безкорпусном варианте, обеспечивающем необходимые регулировки и настройки генератора.

Предложенное техническое решение может найти применение в ветроэнергетике в качестве универсального низкооборотного бескорпусного генератора, параметры которого можно подстраивать под конкретные технические характеристики разнотипных ветроэнергетических установок.

На фиг.1 изображен вариант размещения на диске ротора постоянных магнитов в два ряда, одного рабочего и одного компенсирующего статора.

На фиг.2 изображен упрощенный вариант компоновки низкооборотного генератора в составе ветросиловой установки с ортогональной осью вращения.

Устройство содержит немагнитный диск 1 ротора, соединенный с валом 2 ветросиловой установки, причем в отверстиях диска радиально по окружности расположены, например, в два ряда постоянные магниты 3 с чередующейся полярностью их полюсов. Число магнитов в рядах выбрано четным. На чертеже изображен упрощенный вариант генератора, содержащего один рабочий статор 4 с обмотками и один компенсирующий статор 5, который может не содержать рабочей обмотки 6. Кроме того, в состав статоров входят постоянные магниты 7 и полюсные наконечники 8.

Статоры имеют возможность радиально относительно диска перемещаться с помощью ползунов (не показано на чертеже) в направляющих 9.

Низкооборотный генератор для ветросиловой установки работает следующим образом.

Диск 1 получает вращение от связанного с ним вала 2 ветроустановки, причем постоянные магниты 3, например, крайнего (наружного) ряда периодически проходят между полюсными наконечниками 8 статоров 4 и 5.

Поскольку полярность полюсов магнитов 3 чередуется, то при прохождении через статоры их магнитные поля либо суммируются с магнитным полем магнитов 7 статоров, либо вычитаются, при этом с обмотки 6 рабочего статора снимается напряжение «U» обеих полярностей. Для увеличения выходного сигнала магниты располагаются не на поверхности, а в радиально расположенных отверстиях диска 1.

В отличие от прототипа, в котором вырабатывается выходное напряжение одной полярности с постоянной составляющей, приводящей к замагничиванию магнитоприводов, во вновь предложенном устройстве в рабочей обмотке 6 генерируется квазисинусоидальное напряжение с формой, зависящей от конфигурации магнитов 3 и полюсных наконечников 8.

Для уменьшения эффекта «залипания» диаметрально напротив рабочего статора может быть установлен компенсирующий статор 5 с обмоткой или без обмотки. Число магнитов в отверстиях рядов диска должно быть четным. Таким образом, при возникновении эффекта залипания (торможения), например, в рабочем статоре одновременно присутствует эффект отталкивания в компенсирующем противоположно расположенном статоре. Это уменьшает величину момента, необходимого для начала движения (страгивания с места) ветросиловой установки при слабых стартовых ветрах. На чертеже изображен вариант генератора с одним рабочим статором 4, однако их число, так же как и в прототипе, определяется числом фаз и необходимой мощностью на его выходных обмотках.

Вместо нескольких дисков ротора, предлагаемых в прототипе, в рассматриваемом генераторе постоянные магниты 3 (см. фиг.1) располагаются радиально в отверстиях диска по окружности в несколько рядов, в данном примере в два ряда. Радиально расположенные магниты соседних рядов имеют одинаковую угловую скорость, но разную линейную. Поэтому при большей скорости вращения вала 2 ветроустановки полюсные наконечники 8 статоров 4 и 5 находятся в зоне действия ряда крайних магнитов 3 диска 1. Если обороты ветроустановки снизились, то статоры по направляющим 9 перемещаются радиально к центру диска, чтобы полюсные наконечники находились над вторым внутренним рядом магнитов диска ротора.

Статоры перемещаются с помощью ползунов (не показано на чертеже) в пазах направляющих 9 и крепятся винтами по примеру, описанному [5], либо другим известным способом.

В предлагаемом устройстве целесообразно использовать сменные диски 1 разных диаметров с необходимым числом постоянных магнитов 3, а также числом противоположно расположенных пар статоров 4 и 5, причем для низкооборотных ветроустановок с вертикальным ротором диаметр диска конструктивно практически не ограничен (Фиг.2).

Предлагаемая конструкция позволяет компоновать узлы низкооборотного генератора под параметры ветросиловых установок с разными заявленными характеристиками числа оборотов в зависимости от скорости ветра.

Кроме того, в предложенном устройстве представляется возможность регулировать параметры выходного сигнала генератора, перемещая статоры в радиальном направлении.

В отличие от известных корпусных конструкций генераторов, предложенное устройство может быть выполнено в сборно-разборном варианте и монтажом на месте установки ветросиловой установки под ее конкретные параметры. Последнее особенно актуально для низкооборотных ветроэнергетических установок большой мощности.

Низкооборотный генератор для ветросиловой установки в бескорпусной конструкции, содержащий соединенный с валом ветросиловой установки ротор в виде диска и несколько статоров, состоящих из постоянных магнитов с катушками и полюсными наконечниками, расположенными по окружности диска, отличающийся тем, что использован немагнитный диск ротора с радиально расположенными отверстиями, в которых размещены в несколько рядов постоянные магниты с чередующейся по окружности полярностью их полюсов, а статоры снабжены ползунами, обеспечивающими их радиальное перемещение в направляющих относительно дисков, причем дополнительно введены компенсирующие статоры с магнитами противоположной полярности, установленые диаметрально относительно диска статорам с катушками, и число магнитов в рядах выбрано четным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Способ управления лопастями ротора ветряка с вертикальной осью вращения заключается в расположении лопастей ротора ветряка, создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с максимальным аэродинамическим сопротивлением и в расположении лопастей ротора ветряка, не создающих под действием ветрового напора крутящий момент относительно вертикальной оси ротора, с минимальным аэродинамическим сопротивлением.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Способ размещения роторной ветроэнергетической установки (РВЭУ) с вертикальной осью вращения на дымовой трубе предусматривает наличие: вертикальных лопастей аэродинамического профиля и горизонтальных лопастей улучшенного аэродинамического качества, тонкого алюминиевого кольца, верхнего вращающегося кольца с внешним зубчатым венцом, силового стержня, нижнего неподвижного профильного кольца, не менее двух симметрично расположенных магнитоэлектрических генераторов (МЭГ), опоры МЭГ и зубчатого колеса.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и, в частности, может быть использовано, как ветроэлектроэнергетическая установка. Ветродвигатель содержит лопасти, выполненные вогнутой формы, аэродинамические поверхности, вертикальный вал.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для создания новых преобразователей энергии ветра в электрическую. .

Изобретение относится к механизмам парусной установки. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для генерирования энергии воздушного потока. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. .

Устройство автоматического регулирования угла лопасти содержит поворотную раму (4), внешняя сторона которой соединена при помощи шарнира с задней частью лопасти (1), а внутренняя сторона которой соединена с поддерживающим лопасть диском (5). Силовой агрегат соединен с нижним концом вала (180) ориентации для вращения вала (180) ориентации. Вращающийся коленчатый вал (190) соединен с верхним концом вала (180) ориентации и вращается с валом (180) ориентации синхронно. Эксцентриковый вал (110) установлен в эксцентриковом положении вращающегося коленчатого вала (190), эксцентриковый диск (111) установлен на эксцентриковом вале (110) и вращается вокруг эксцентрикового вала (110), действующего как центральный вал; и тяговый стержень (6) лопасти, внешний конец которого соединен с возможностью вращения с лопастью (1), и внутренний конец которого соединен с возможностью вращения с эксцентрическим диском (111). Устройство может автоматически приводить наветренную поверхность лопасти в оптимальное положение. Кроме того, раскрыта ветроэнергетическая генерирующая система с вертикальным валом, содержащая устройство автоматического регулирования угла лопасти. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к ветросиловой турбине. Горизонтальная ветросиловая турбина содержит раму и средство направления потока воздуха. На раме горизонтально установлен ротор с возможностью вращения на валу ротора. Ротор имеет три или более элементов радиальных лопаток, закрепленных на валу ротора при помощи средства крепления. Элементы радиальных лопаток расположены на равных расстояниях друг от друга. Каждый элемент радиальных лопаток содержит опорные кронштейны и ветровую лопасть, закрепленную на внешнем концевом участке опорных кронштейнов. Ветровая лопасть имеет такую форму, чтобы захватывать поток воздуха, направленный на нее, что вызывает перемещение лопасти и возникновение вращающей силы на валу ротора. В результате чего ротор вращается относительно своей продольной оси. Элементы радиальных лопаток жестко соединены между собой на своих внешних концевых участках при помощи растяжек с регулировкой натяжения. Средство направления потока воздуха предназначено для ускорения и направления потока воздуха в рабочий воздушный канал, чтобы воздействовать на ветровые лопасти, расположенные в рабочем воздушном канале. В результате чего ветровые лопасти смещаются под действием аэродинамического сопротивления. Изобретение направлено на уменьшение веса ветросиловой турбины и обеспечение способности работать при низких скоростях ветра. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения. Механизм трансформации лопасти турбины, содержащий основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями, шарнирно присоединенный к ней закрылок и кинематическую связь основной части лопасти и закрылка. Кинематическая связь основной части лопасти и закрылка содержит рычаг, скрепленный с закрылком соосно с его геометрической осью, и жесткую тягу, первый конец которой шарнирно связан с концом рычага, а второй шарнирно закреплен на роторе, при этом длина рычага равна 1-3 расстояния от оси поворота лопасти до точки закрепления тяги на роторе, а сумма длин рычага и тяги равна максимальному расстоянию от точки закрепления тяги на роторе до оси поворота закрылка. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения. Механизм трансформации лопасти турбины содержит основную часть лопасти, установленную на роторе турбины с возможностью поворота относительно вертикальной оси между механическими ограничителями. Связь основной части лопасти и закрылка состоит из первого зубчатого сегмента, жестко закрепленного на роторе соосно с осью вращения основной части лопасти, второго зубчатого сегмента, скрепленного с закрылком соосно с его геометрической осью, а также третьего зубчатого сегмента, установленного на основной части лопасти между первым и вторым зубчатыми сегментами, в зацеплении с ними, с возможностью поворота относительно вертикальной оси, проходящей через хорду основной части лопасти. Технический результат выражается в том, что каждая лопасть выполнена из двух жестких составных частей, связанных между собой механизмом согласованного поворота, и при свободном повороте лопастей под действием ветра их геометрия изменяется в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора и силы ветра, обеспечивая оптимальный выпукло-вогнутый аэродинамический профиль и, соответственно, увеличение тяговых характеристик ветродвигателя. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к установкам с вертикальной осью вращения ветроколеса для преобразования энергии ветрового потока в полезную энергию, в частности в электрическую или тепловую. Ветроэнергетическая система содержит первую структуру отклонения потока ветра (ОПВ), выполненную в виде тела вращения, ветроколесо с вертикальной осью вращения, средство фиксации ветроколеса в виде верхних и нижних поперечин, энергетический преобразователь, который соединен с ветроколесом, узел ориентирования для оптимального направления ОПВ на лопатки ветроколеса. Система также содержит вторую структуру ОПВ, которая расположена перед ветроколесом и первой структурой ОПВ таким образом, чтобы направление отклоненного потока ветра внешней поверхностью второй структуры ОПВ совпадало с направлением указанного отклонения потока ветра первой структурой ОПВ. Лопатки ветроколеса расположены в зазоре между первой структурой ОПВ и второй структурой ОПВ, причем верхние и нижние поперечины средства фиксации ветроколеса с одной стороны жестко соединены с лопатками ветроколеса, а с другой - соединены с вертикальным валом вертикальной оси вращения ветроколеса. Вторая структура ОПВ перекрывает спереди часть ветроколеса. Изобретение обеспечивает повышение эффективности использования ветрового потока за счет исключения возможности турбулизации результирующего потока на лопатках ветроколеса. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к турбинам на текучей среде и, в частности, к турбинам на текучей среде, имеющим вертикальную ось. Турбина (100) представляет собой имеющую вертикальную ось ветровую турбину, предназначенную для получения электроэнергии из энергии ветра. Система (100) имеет лопаточный узел (140). Узел (140) имеет лопатки (142, 144, 146, 148), выполненные с возможностью вращения вокруг оси (Y). Система (100) имеет концентратор (120), выполненный с возможностью размещения с наветренной стороны и перед возвратной стороной узла (140). Концентратор (120) может образовывать выпуклую поверхность, обращенную к ветру. Система (100) имеет регулируемый концентратор (110), выполненный с возможностью позиционирования с наветренной стороны по отношению к толкательной стороне узла (140). Концентратор (110) выполнен с возможностью перевода между первой позицией и второй позицией, причем концентратор (110) способен отклонять больше ветра к турбине (100) в первой позиции, чем во второй позиции. Изобретение направлено на увеличение КПД. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении ветровых электростанций. Ветровой энергетический агрегат содержит ортогональную турбину с полыми лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор. Лопасти установлены посредством полых траверс обтекаемого профиля на полом валу ортогональной турбины. Вал выполнен с возможностью вращения. Вал ортогональной турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину. Полости лопастей, траверс и вала сообщены между собой. Лопасти выполнены с сообщенными со стороны входа с полостью каждой лопасти выходными сопловыми отверстиями для выпуска струй газообразной среды по касательной вдоль поверхности лопасти в направлении ее выходной кромки. Выходные сопловые отверстия выведены в зону за точкой максимальной толщины профиля лопасти. Внутри полого вала коаксиально ему с образованием кольцевого зазора установлен неподвижный полый газораспределительный трубопровод. В стенке трубопровода выполнены отверстия, посредством которых полость трубопровода сообщена с полостями траверс. Газораспределительный трубопровод подключен к источнику непрерывной или импульсной подачи газообразной среды под давлением. В результате достигается повышение надежности работы ветрового энергетического агрегата. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ветровому генератору электрического тока. Ветровой генератор электрического тока содержит неподвижную вертикальную ось, внутренние лопасти и внешние лопасти. Внешние лопасти закреплены на внутренних лопастях. Внешние лопасти имеют изменяемый угол атаки. Внутренние лопасти удерживаются винтами и прикреплены своими кромками к дискам. Диски установлены выше и ниже неподвижной вертикальной оси. Внутренние лопасти имеют постоянный угол атаки. Изобретение обеспечивает постоянную скорость вращения генератора и защиту генератора от повреждений при больших скоростях ветра. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Заявленное изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Приливный и ветроэлектрический генератор содержит установочную раму (10), вертикальный вращающийся вал (20), установочные планки лопастей (30) и (30′), опорные кольца (40) и (40′), вертикальные опорные стержни (50); лопасти (60) и (60′), вертикальные опорные рамы (70), горизонтальные рамы (80), установочный элемент (20′), тросовую опору (50′), средство (90) регулирования степени развертывания лопастей, средство (100) повышения кпд генератора и генераторное средство (200), которое связано с нижним концом вертикального вращающегося вала. Приливный и ветроэлектрический генератор может использоваться даже в условиях слабого ветра или отлива независимо от направления ветра или приливного течения. 9 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к ветротехнике. Карусельный ветродвигатель содержит вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти. Опорная плита закреплена на вертикальном валу. Верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти. Верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите. На опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти. Вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя. Изобретение направлено на увеличение скорости и стабильности вращения, надежности в работе, уменьшение металлоемкости, мощности ветродвигателя. 5 ил.
Наверх