Энергопреобразователь (варианты)

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в лопастных устройствах. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) преобразователя и расширении его функциональных возможностей. Энергопреобразователь содержит подвижные элементы, включая ротор с лопастями, источник света и электрогенератор, электрически связанный с источником света и посредством индуктора механически связанный с ротором. Выход электрогенератора электрически связан с одним источником света, который оптически связан с частью объема подвижных элементов преобразователя, выполненных из светопроводящего материала. Указанный энергопреобразователь реализуется в соответствующем варианте исполнения, содержащем флюгер с управляющим крылом. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 24 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к установкам, преобразующим силу света или свет от малогабаритного источника в светящиеся подвижные элементы лопастных установок.

Известен энергопреобразователь, содержащий подвижные элементы, включая ротор с лопастями, или флюгер с управляющим крылом, а также стакан с лопастями, источник света и, по меньшей мере, один электрогенератор, электрически связанный с источником света и посредством индуктора механически связанный с ротором (см., например, GB, 2246173 А, кл. F03D 9/00, 22.01.1992, по совокупности существенных признаков принятый за ближайший аналог изобретения) (прототип).

Недостатком известного преобразователя является достаточно узкие функциональные возможности.

Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента полезного действия преобразователя (КПД) и расширении его функциональных возможностей, обеспечивается за счет того, что в энергопребразователе, содержащем подвижные элементы, включая ротор с лопастями, источник света и, по меньшей мере, один электрогенератор, электрически связанный с источником света и посредством индуктора механически связанный с ротором, согласно изобретению выход электрогенератора электрически связан с, по меньшей мере, одним источником света, который оптически связан с, по меньшей мере, частью объема подвижных элементов преобразователя, выполненных из светопроводящего материала.

По меньшей мере, часть объема лопастей выполнена из светопроводящего материала, оптически связанного с, по меньшей мере, одним источником света. Лопасти полностью выполнены из светопроводящего материала и оптически связаны с, по меньшей мере, одним источником света.

По меньшей мере, один источник света установлен с возможностью совместного перемещения с, по меньшей мере, одним подвижным элементом энергопреобразователя. По меньшей мере, один источник света установлен кинематически независимо от подвижных элементов энергопреобразователя. В, по меньшей мере, одном подвижном элементе выполнены отверстия, оптически связанные с, по меньшей мере, одним источником света. По меньшей мере, часть подвижных элементов кинематически связана с приводом, а на неподвижной части его корпуса установлен постоянный крепежный магнит.

Вариант исполнения энергопреобразователя содержит подвижные элементы, включая флюгер с управляющим крылом и вращающийся стакан с лопастями, источник света и, по меньшей мере, один электрогенератор, электрически связанный с источником света, при этом электрогенератор установлен в стакане, выход электрогенератора электрически связан с, по меньшей мере, одним управляющим крылом, по меньшей мере, часть объема которого выполнена из светопроводящего материала. По меньшей мере, одно управляющее крыло выполнено полностью из светопроводящего материала и оптически связано с, по меньшей мере, одним источником света. Управляющее крыло выполнено в форме стрелки и указывает направление ветра.

На фиг.1 изображен энергопреобразователь, общий вид;

на фиг.2 - преобразующий узел;

на фиг.3 - привод преобразующего узла;

на фиг.4 - преобразующий узел (вариант);

на фиг.5 - энергопреобразователь с флюгером и управляющим крылом (общий вид);

на фиг.6 - преобразующий узел (вариант);

на фиг.7 изображены подвижные элементы преобразователя со светопроводящим материалом из тонкого слоя стекла;

на фиг.8 - подвижные элементы с лопастями (частью их объема) из светопроводящего материала;

на фиг.9 - ротор преобразователя;

на фиг.10, 11, 12 изображена принципиальная электрическая схема преобразующего узла;

на фиг.13 изображен вариант крепления лопастей (с дополнительными отверстиями в стакане);

на фиг.14 - вариант крепления лопастей (в стороне от стакана);

на фиг.15 изображено крепление постоянного магнита к корпусу энергопреобразователя;

на фиг.16 изображен выключатель, соединенный последовательно с нагрузкой (лампочкой);

на фиг.17 изображено расположение лампочки относительно подвижных элементов;

на фиг.18 изображены лопасти преобразователя чашкообразной формы;

на фиг.19 - вид А-А по фиг.18;

на фиг.20 изображен преобразующий узел (вариант);

на фиг.21 - энергопреобразователь на воздушном шаре и с управляющим крылом;

на фиг.22 - преобразующий узел (вариант) с источником света и управляющим крылом;

на фиг.23 - энергопреобразователь, крепящийся к воздушному шару непосредственно (в свободном полете с ним);

на фиг.24 - пример фиксации энергопреобразователя.

Энергопреобразователь состоит из лопастей 1, выполненных из светопроводящего материала, основание 2 которых, например их комль, установлено в боковых отверстиях 3 горизонтально расположенного стакана 4, в открытой части которого запрессован подшипник 5, во внутреннее кольцо которого запрессован патрон 6, в который ввернута лампочка 7. Патрон 6 установлен в переходнике 8, который закреплен на штативе 9, заканчивающемся подпятником 10. Подпятник 10 может быть установлен на основании 11 строения, например на крыше здания или на другом устройстве.

В целях укрепления конструкции устройства основание 2 лопастей 1 может крепиться на втулках 12, например при помощи резьбового соединения, установленных, например при помощи сварки, на боковинах стакана 4 аксиально отверстиям 3, а стакан 4 может крепиться на трубке 13 через подшипники 5, а патрон 6 закреплен на конце этой трубки 13 и в данном случае не является несущим. Таким образом, стакан 4 с установленными на нем лопастями 1 установлен на патроне 6 или на трубке 13 с возможностью вращения вокруг своей оси. От патрона 6 электропровода 14 проходят по трубке 13 к переходнику 8 и штативу 9 и затем к источнику электрического тока.

Подвижная часть устройства может быть связана с вспомогательным приводом. Например, на стакане 4 может быть закреплена, например запрессована, шестеренка 15, соединенная с другой шестеренкой 16, закрепленной на валу 17 двигателя 18, например электродвигателя, который может быть установлен на переходнике 8 при помощи станины 19 с фланцами 20.

Источником электрического тока в заявленном устройстве может быть электрический генератор 21, установленный в стакане 4 и состоящий из якоря 22, являющегося его ротором, размещенного в корпусе 23, соединенного с корпусом 24 индуктора 25 через подшипники 5 с возможностью вращения относительно оси последнего, который в данном случае является статором. Корпус 24 индуктора 25 при помощи фланцев 26 закреплен на штоке 27, противоположный конец которого зафиксирован при помощи фиксирующего болта 28 во втулке 29, которая приварена к штативу 9. Между якорем 22 и индуктором 25 выполнен зазор 30. На корпусе 23 установлены патроны 6, электрически связанные с выходом якоря 22, в которых установлены лампочки 7, размещенные в полости 31 и выполненные в основании 2 светопроводящих лопастей 1, которые при помощи своих фланцев 32 закреплены на стакане 4. Таким образом, якорь 22, его корпус 23, стакан 4, патрон 6, лампочка 7 и лопасти 1 связаны друг с другом с возможностью совместного вращения вокруг оси корпуса 24 индуктора 25.

Энергопреобразователь может быть выполнен в виде флюгера. В этом случае с противоположной стороны по отношению к установленному на нем стакану 4 запрессована обойма 33, соединенная с управляющим крылом 34, например приваренная к нему, а штатив 9 разделен на две части, верхнюю и нижнюю, между которыми установлен подшипник 35. В этом конкретном примере стакан 4 с установленным в нем генератором 21, шток 27, крыло 34 и верхняя часть штатива 9 установлены на нижней части штатива 9 через подшипники 35 с возможностью вращения вокруг оси нижней части штатива 9.

Крыло 34 может быть выполнено так же, как и лопасти 1 из светопроводящего материала, и в его основании может быть установлена лампочка 7. В этом случае якорь 22 может быть установлен непосредственно в трубке 13, закрепленной во втулке 29, и выполнять функции статора генератора 21. С противоположной стороны трубки 13 установлен патрон 6, к которому с выхода якоря 22 подходят электропровода 14, с установленной на патроне 6 лампочкой 7. При этом на конце трубки 13 установлена обойма 36, например запрессованная на ней, а в обойму 36 вставлено основание 37 управляющего крыла 34, например запрессовано в ней, а корпус 24 индуктора 25 соединен со стаканом 4 с возможностью совместного вращения, выполняя функции ротора генератора 21. Крыло 34 может называться также хвостом.

Светопроводящий материал, из которого могут быть сделаны подвижные элементы, включая лопасти 1 и управляющее крыло 34, может быть реализован различными способами. Например, лопасти 1 или крыло 34 могут быть выполнены из тонкого слоя прозрачного материала, например из стекла 38, внутри которого выполнена полость 31, охватывающая большую часть их объема, а на внутренней поверхности нанесен, например напылен, тонкий слой плавленого кварца, или без напыления они сделаны из кварцевого стекла, или они могут быть выполнены сплошными из кварцевого стекла, или в полости 31 установлены оптоволокна без оболочки, начало которых выполнено вблизи лампочек 7, при этом они могут быть не полностью выполнены из светопроводящего материала, а, по меньшей мере, часть их объема может быть выполнена из светопроводящего материала, что достаточно для функционирования энергопреобразователя.

Лопасти 1 вместе со стаканом 4 или штоком 27, на котором они установлены, могут называться ротором устройства, который может иметь совершенно различную форму, например форму шнекоротора или ротора с винтовыми лопастями 39, установленными на валу 40, основание которых закреплено в стакане 4 со стороны заглушенного торца, в котором для этой цели выполнено отверстие для его запрессовки и подведения к нему лампочки 7.

На Фиг.10, 11, 12 показаны примеры электрической схемы устройства генератора. Например, функции якоря 22 могут выполнять электрообмотки 41, а роль индуктора 25 могут выполнять постоянные магниты 42, одновременно эту же функцию может выполнять и обмотка возбуждения 43.

Лопасти 1 могут быть закреплены на стакане 4, например приварены к нему, в стороне от отверстий 3 и могут быть выполнены не из светопроводящего материала, а, например, из металла, или эти лопасти 1 выполнены из светопроводящего материала и оптически связаны с источником света. Тогда выполняют дополнительные отверстия 44 в стакане 4, при этом в целях герметизации стакана 4 его отверстия 3 в данном случае могут быть закрыты стеклом, вставленным в них, или стакан 4 может быть выполнен из полупрозрачного материала с более прозрачными участками по форме круга или эллипса, совпадающие, например, по форме с отверстиями 44.

Лопасти 1 могут крепиться в стороне от стакана 4. В этом примере стакан 4 крепится непосредственно при помощи подшипников 5 на штативе 9 с возможностью вращения вокруг своей и его оси, а с внешней стороны в нижней части стакана 4 установлена шестерня 45, например запрессована на нем. Перпендикулярно оси штатива 9 на нем установлена обойма 46, например приварена к нему, в ней закреплен при помощи подшипника 5 шток 27 с возможностью вращения вокруг своей оси и оси обоймы 46, с противоположной стороны на этом штоке 27 закреплены лопасти 1, например приварены к нему при условии выполнения их из металла, между ними и подшипниками 5 установлено колесо 47 конической передачи, например запрессовано на штоке 27, и кинематически соединено с другой частью передачи 47 шестеренкой 45.

На подпятнике 10 может быть закреплен постоянный магнит 48, например приклеен к нему, что позволяет закрепить энергопреобразователь на любую поверхность, сделанную из железа (например, крышку автомобиля), используя лишь силу магнитного притяжения. В общем можно считать, что на неподвижной части корпуса энергопреобразователя установлен крепежный постоянный магнит.

Электрическая схема энергопреобразователя может содержать выключатель 49, контакты которого установлены последовательно нагрузке источника электрического тока, к которой может быть причислен и электрический генератор 21, например к источнику света - лампочке 7, на проводах 14.

Источник света, например лампочка 7, не обязательно может находиться у основания подвижных элементов, выполненных из светопроводящего материала, он может быть расположен в любой их точке, например в их центре, а к нему через канал 50 подведены провода 14.

Лампочку 7 может заменить любой источник света, поэтому ее в общем можно назвать источником света. Лопасти 1 вместе с подвижными частями устройства, на которых источник 7 установлен, можно в общем назвать ротором энергопреобразователя или его лопастным ротором. Стакан 4 может быть выполнен из прозрачного, полупрозрачного и непрозрачного материала, или комплексного материала.

Вспомогательный привод, двигатель 18 или электродвигатель кинематически связан с подвижными элементами энергопреобразователя, например с его ротором, основными деталями которого являются лопасти 1 различной формы.

Светопроводящий материал, из которого изготовлена, по меньшей мере, часть объема подвижных элементов энергопреобразователя, например лопастей 1, управляющего крыла 34 может быть назван световодом, т.е. можно назвать, что эти подвижные части изготовлены из световодов. Под понятием световоды подразумевается прежде всего материал, обладающий повышенной светопроводностью, например с затуханием от 100 дБ/км до 10 дБ/км. Такими свойствами обладают материалы на основе боросиликатного стекла или "кварц-полимера", возможно и использование волоконно-оптической техники. Эти подвижные элементы могут быть выполнены целиком из светопроводящего материала. В общем, можно применить выражение - источник света, например лампочка 7, оптически связана с, по меньшей мере, частью объема подвижных элементов, например ротором с лопастями 1, выполненным из светопроводящего материала, а при выполнении энергопреобразователя в форме флюгера этот источник света 7 оптически связан с, по меньшей мере, частью объема управляющего крыла 34, выполненного из светопроводящего материала.

При использовании в конструкции энергопреобразователя генератора 21, обмотка 41 якоря 22 которого электрически связана с источником света, например с лампочкой 7, образуя с ней замкнутую цепь, можно в общем применять выражение, что выход электрического генератора 21 электрически связан с источником света, например с лампочкой 7, которая оптически связана с, по меньшей мере, частью объема подвижных элементов энергопреобразователя, например, его ротора с лопастями 1, выполненного из светопроводящего материала. Энергопреобразователь может содержать несколько источников света, несколько электрических генераторов и несколько управляющих крыльев, но для его функционирования достаточно по одному из перечисленных элементов, поэтому к ним подходит выражение "по меньшей мере".

Можно также сказать, что часть подвижных элементов энергопреобразователя кинематически связана с приводом (например, стакан 4, являющийся подвижным элементом энергопреобразователя, через шестеренчатую передачу связан с электродвигателем 18).

Энергопреобразователь работает следующим образом.

При включении источника света, например лампочки 7, свет проходит от основания до, по меньшей мере, части объема лопастей 1, и они начинают светиться, выполняя функции светильника. Под влиянием ветра лопасти 1 вместе со стаканом 4 начинают вращаться, продолжая светиться, создавая тем самым дополнительный эффект. При наличии в конструкции энергопреобразователя привода, кинематически связанного с ротором преобразователя, например электродвигателя 18, кинематически связанного с лопастями 1, при его включении вращение от вала 17 через шестеренки 15 и 16 и стакан 4 передается светящимся лопастям 1, тем самым создавая светоэффект и одновременно выполняя функции вентилятора.

При использовании электрического генератора 21 в конструкции энергопреобразователя под влиянием ветра начинают вращаться лопасти 1 и вместе с ними начинает вращаться якорь 22, в котором индуктор 25 начинает возбуждать ЭДС (электродвижущую силу), в результате чего возникает электрический ток в цепи обмотки 41 якоря 22, нагрузка, например источник света, при этом лампочка 7, электрически связанная с выходом генератора 21 и установленная на подвижных элементах энергопреобразователя с возможностью совместного вращения с его частями, например с лопастями 1, загорается и передает свое свечение через основание 2 лопастям 1, и чем сильней ветер и вращение лопастей 1, тем ярче светятся лопасти 1, тем самым яркость их свечения является показателем силы ветра.

При установке якоря 22 неподвижно, а индуктора 25 подвижно и механически связанного с ротором энергопреобразователя с лопастями 1, при вращении последних индуктор 25 вращается вокруг якоря 22, возбуждая в нем ЭДС и ток в цепи обмотка 41 - источник света, например лампочка 7, которые в данном случае установлена неподвижно относительно ротора энергопреобразователя с лопастями 1.

При выполнении энергопреобразователя в форме флюгера появляется возможность не только вращения лопастей 1 вокруг оси штока 27, но и вращения штока 27 относительно оси штатива 9 совместно с лопастями 1 и управляющим крылом 34, который так же, как и ротору, энергопреобразователя с лопастями 1 может быть причислен к его подвижным элементам.

При выполнении, по меньшей мере, части объема управляющего крыла 34 из светопроводящего материала к нему может быть подведен источник света, связанный с выходом генератора 21, например лампочка 7, к его основанию 37, и крыло 34 начнет светиться при вращении лопастей 1. Это крыло 34 выполнено в форме стрелки, оно укажет направление ветра.

Энергопреобразователь может быть выполнен в виде сигнального устройства. В этом случае стакан 4 при вращении лопастей 1, с которым они механически связаны, также будет вращаться при вращении лопастей 1, и отверстия 44, вращаясь, создадут эффект мигания света.

Лопасти 1 могут быть разной формы.

Так, например в стакане 4, который может быть выполнен из светопроводящего материала, установлены стержни 51, или иначе их можно назвать трубками, которые могут быть выполнены также из светопроводящего материала, которые хотя бы частично, например запрессованы в отверстиях 3, расположенных в верхней его части, или отлиты заодно со стаканом 4 из светопроводящего материала. На конце стержней 51 установлены чашкообразные лопасти 52, которые могут быть названы также блюдцеобразными или тарельчатыми, которые могут быть выполнены также из светопроводящего материала, например отлиты целиком со стержнями 51 из светопроводящего материала. В остальном конструкция устройства может совпадать с конструкцией примеров, приведенных ранее, так в корпусе стакана 4 могут быть выполнены дополнительные отверстия 44, при этом стакан 4 установлен на штативе 9 через подшипники 5 с возможностью совместного вращения со стержнями 51 и лопастями 52, а внутри стакана 4 установлен источник света, например лампочка 7 на штативе 9.

В стакане 4 на штативе 9 может быть установлен генератор 21, электрически связанный с источником света, например лампочкой 7.

В целях использования потоков воздуха в верхней части атмосферы энергопреобразователь может быть закреплен на воздушном шаре 53 при помощи строп 54, которые соединены с подшипником 55, установленным на корпусе энергопреобразователя. С противоположной стороны корпуса установлен подшипник 56, на котором закреплено кольцо 57, к которому подсоединен трос 58, скрепленный своей нижней частью с крюком 59, установленным на подпятнике 10 и соединенным с основанием 11 строения или почвой. Но энергопреобразователь может быть скреплен с воздушным шаром 53 с возможностью совместного полета с ним. В этом случае фиксирующий трос 58 может быть отсоединен.

На штативе 9 может быть установлена обойма 60 через подшипники 5 с возможностью вращения вокруг его оси, выполняющая функции стакана 4 и независимая кинематически от него. Между подшипниками 5 обоймы 60, в разрыве штатива 9, может быть установлен источник света, например лампочка 7, корпус 61 которого находится между верхней и нижней частями этого разрыва. В обойме 60 может быть выполнено отверстие 3, в которое запрессовано основание 37 управляющего крыла 34, которое может быть выполнено из светопроводящего материала. В данном примере крыло 34 кинематически не связано с лопастями 52, и поэтому, строго говоря, оно не является управляющим, но условно заявитель обобщает название этих крыльев, приведенных в различных примерах. Электропитание к источнику света 7, расположенному в обойме 60, может подаваться от генератора 21 или от источника, расположенного вне энергоустановки.

При выполнении энергопреобразователя согласно Фиг.17-22, возможно крепление его к воздушному шару 53 непосредственно через штатив 9, к которому подсоединено кольцо 57, например приварено к нему, и на котором установлены стропы 54. Энергопреобразователь может быть установлен на воздушном шаре в свободном полете вместе с ним или зафиксирован вместе с ним, в данном примере, через подшипник 56, установленный на конце стакана 4, и кольцо 57, закрепленное на этом подшипнике при помощи троса 58 согласно предыдущему примеру, соединенного с крюком 59 подпятника 10 (фиг.23-24).

Чашкообразные лопасти 52 начинают вращаться потому, что сопротивление ветру у лопастей 52, расположенных ему навстречу открытой частью, значительно больше, чем у лопастей 52, расположенных ему навстречу своим обтекаемым донышком, при этом возникает разность давления между лопастями 52, расположенными по разные стороны стакана 4, тем самым обуславливается сила, вращающая лопасти 52, стержни 51 и стакан 4. При вращении они могут светиться, если они сделаны из светопроводящего материала, как в данном случае светятся лопасти 1. Свет лопастям 52 передается от источника света, например лампочки 7, через стержни 51. Но лопасти 52 могут быть выполнены из непрозрачного материала. Тогда будут светиться только дополнительные сигнальные отверстия 44, выполненные на стакане 4 ниже.

Подшипники 55 и 56 при креплении энергопреобразователя на воздушном шаре 53 позволяют элементам преобразователя вращаться независимо от воздушного шара 53.

Скорость вращения лопастей 52 показывает силу ветра, а управляющее крыло 34 указывает его направление.

1. Энергопреобразователь, содержащий подвижные элементы, включая ротор с лопастями, источник света и, по меньшей мере, один электрогенератор, электрически связанный с источником света и посредством индуктора механически связанный с ротором, отличающийся тем, что выход электрогенератора электрически связан с, по меньшей мере, одним источником света, который оптически связан с, по меньшей мере, частью объема подвижных элементов преобразователя, выполненных из светопроводящего материала.

2. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть объема лопастей выполнена из светопроводящего материала, оптически связанного с, по меньшей мере, одним источником света.

3. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что лопасти полностью выполнены из светопроводящего материала и оптически связаны с, по меньшей мере, одним источником света.

4. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один источник света установлен с возможностью совместного перемещения с, по меньшей мере, одним подвижным элементом энегопреобразователя.

5. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один источник света установлен кинематически независимо от подвижных элементов энергопреобразователя.

6. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что в, по меньшей мере, одном подвижном элементе выполнены отверстия, оптически связанные с, по меньшей мере, одним источником света.

7. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть подвижных элементов кинематически связана с приводом.

8. Энергопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что на неподвижной части его корпуса установлен постоянный крепежный магнит.

9. Энергопреобразователь, содержащий подвижные элементы, включая флюгер с управляющим крылом и вращающийся стакан с лопастями, источник света и, по меньшей мере, один электрогенератор, электрически связанный с источником света, отличающийся тем, что электрогенератор установлен в стакане, выход электрогенератора электрически связан с, по меньшей мере, одним источником света, который оптически связан с, по меньшей мере, одним управляющим крылом, по меньшей мере, часть объема которого выполнена из светопроводящего материала.

10. Энергопреобразователь по п.9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно управляющее крыло выполнено полностью из светопроводящего материала и оптически связано с, по меньшей мере, одним источником света.

11. Энергопреобразователь по любому из п.9 или 10, отличающийся тем, что управляющее крыло выполнено в форме стрелки и указывает направление ветра.