Двухроторный зубцовый ветрогенератор
Владельцы патента RU 2435983:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Двухроторный зубцовый ветрогенератор содержит неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала. Роторы имеют форму дисков и расположены соосно. На каждом роторе равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов. Неподвижная статорная обмотка соленоидного типа намотана вдоль оси ветрогенератора и расположена между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала. Больший по диаметру сердечник закреплен наружной стороной в корпусе. Оба ротора размещены на одном валу. Вал соединен с ветроколесом и выполнен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе. Постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены однополярно друг другу. Каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников. Торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным числу постоянных магнитов. Зубцы одного торца цилиндрических сердечников соосны пазам другого торца цилиндрических сердечников. В каждом пазу расположена перемычка из ферромагнитного материала, соединяющая оба сердечника. Техническим результатом является увеличение наводимой в статорной обмотке ЭДС и упрощение технологии изготовления статорной обмотки. 4 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.
Известен двухроторный ветрогенератор (патент РФ №2366829, опубл. 10.09.2009, Бюл. №25), принятый в качестве прототипа, который содержит два ветроколеса, вращающихся в разные стороны, и имеющий неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, намотанную вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закрепленную наружной стороной в корпусе, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое количество постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, причем полюса магнитов, расположенных на каждом из роторов, имеют одинаковую полярность, а расположенных на разных роторах - направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения полюсов вокруг половины незакрепленной в корпусе обмотки, а каждый ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, вращающегося в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе.
Недостатком изобретения является то, что магнитное поле статора является пульсирующим, т.е. меняющимся от нуля до максимального значения, следовательно, величина действующего значения ЭДС в обмотке статора в два раза меньше по сравнению с ЭДС, наводимой синусоидальным магнитным полем. Вторым недостатком является то, что при вращении постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, ЭДС не будет наводиться в части обмотки, закрепленной наружной стороной в корпусе, что снижает величину наведенной ЭДС. Третьим недостатком является сложность технологии изготовления статорной обмотки ветрогенератора, требующей применения специального челнока, позволяющего осуществлять намотку вокруг кольцевого сердечника.
Задачей изобретения является увеличение наводимой в статорной обмотке ЭДС и упрощение технологии изготовления статорной обмотки.
Данная задача достигается тем, что двухроторный зубцовый ветрогенератор так же как в прототипе содержит неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов.
Согласно изобретению двухроторный зубцовый ветрогенератор имеет неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, намотанную вдоль оси ветрогенератора и расположенную между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала, причем больший по диаметру сердечник закреплен наружной стороной в корпусе, а оба ротора размещены на одном валу, соединенном с ветроколесом и выполненном с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, при этом постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены однополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников. Торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным числу постоянных магнитов, так что зубцы одного торца цилиндрических сердечников соосны пазам другого торца цилиндрических сердечников, при этом в каждом пазу расположена перемычка из ферромагнитного материала, соединяющая оба сердечника.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Применение неподвижной статорной обмотки соленоидного типа, намотанной вдоль оси ветрогенератора и расположенной между двумя цилиндрическими сердечниками, изготовленными из ферромагнитного материала, позволяет осуществлять намотку статорной обмотки без применения специального челнока, что значительно упрощает технологию изготовления статорной обмотки.
2. Применение на каждом роторе одинакового количества постоянных магнитов, имеющих П-образную форму, выполненных с возможностью вращения полюсами соосно с торцами цилиндрических сердечников, позволяет генерировать ЭДС во всей статорной обмотке и повысить ее величину.
3. Изготовление торцов цилиндрических сердечников зубчатой формы с числом зубцов, равным числу постоянных магнитов, так что зубцы одного торца цилиндрических сердечников соосны пазам другого торца цилиндрических сердечников, при этом в каждом пазу расположена перемычка из ферромагнитного материала, соединяющая оба сердечника, при вращении роторов, размещенных на одном валу и имеющих четное количество постоянных магнитов П-образной формы, полюса которых расположены соосно на каждом из роторов и направлены однополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, позволяет генерировать в статорной обмотке ЭДС синусоидальной формы, действующее значение которой в два раза превышает ЭДС в устройстве прототипа, создаваемой пульсирующим магнитным полем.
На фиг.1 показано главное продольное сечение двухроторного зубцового ветрогенератора, имеющего для примера по четыре П-образных магнита на каждом из роторов в нулевой момент времени.
На фиг.2 показано продольное сечение двухроторного зубцового ветрогенератора после поворота роторов на одно зубцовое деление.
На фиг.3 показаны четыре проекции сечений А, В, С, D двухроторного зубцового ветрогенератора.
На фиг.4 схематично показан вид сверху на цилиндрические сердечники и положение роторов с постоянными магнитами в нулевой момент времени.
Двухроторный зубцовый ветрогенератор содержит два цилиндрических сердечника 1, 2 (фиг.1, 2), выполненных из ферромагнитного материала. Сердечник 2, имеющий больший диаметр, закреплен наружной стороной в корпусе 3. Оба сердечника 1 и 2 жестко соединены между собой винтами 4. Между сердечниками 1 и 2 расположена статорная обмотка 5, выполненная по типу соленоида. Два ротора 6, 7 из немагнитного материала имеют форму дисков, расположенных соосно. На каждом из роторов 6 и 7 равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов 8, 9, имеющих П-образную форму. Полюса постоянных магнитов 8, 9, расположенных соответсвенно на роторах 6 и 7 направлены соосно и однополярно друг другу и выполнены с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников 1, 2. Оба ротора 6, 7 посажены на валу 10, который закреплен в корпусе 3 с помощью подшипниковых узлов 11, 12. На вал 10 посажено ветроколесо 13. Статорная обмотка 5 подключена к выводам 14, закрепленным на корпусе 3. Цилиндрические сердечники 1, 2 имеют зубцы 15 и пазы 16, в которых расположены перемычки из ферромагнитного материала 17, соединяющие ферромагнитные сердечники 1, 2 (фиг.3, 4), при этом зубцы 15 одного торца цилиндрических сердечников 1, 2 соосны пазам 16 другого торца цилиндрических сердечников 1, 2.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколесо 13 будет вращать роторы 6, 7 и закрепленные на них постоянные магниты 8, 9 с угловой скоростью ω. В нулевой момент времени (фиг.1) постоянные магниты 8 на роторе 6 будут расположены напротив зубцов 15 и магнитный поток будет замыкаться вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 и перемычку из ферромагнитного материала 17 в прямом направлении, индуктируя положительную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Магнитный поток постоянных магнитов 9 на роторе 7 будет замыкаться через воздушный зазор пазов 16 и перемычку из ферромагнитного материала 17, не индуктируя ЭДС в обмотке 5.
При повороте роторов на одно зубцовое деление (фиг.2) постоянные магниты 9 на роторе 7 будут расположены напротив зубцов 15 и магнитный поток замкнется вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 и перемычку из ферромагнитного материала 17 в обратном направлении, индуктируя отрицательную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Магнитный поток постоянных магнитов 8 на роторе 6 будет замыкаться через воздушный зазор пазов 16 и перемычку из ферромагнитного материала 17, не индуктируя ЭДС в обмотке 5. Индуктированная в обмотке 5 синусоидальная ЭДС через выводы 14 подается потребителю.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить наводимую в статорной обмотке ЭДС и упростить технологию изготовления статорной обмотки.
Двухроторный зубцовый ветрогенератор, содержащий неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов, отличающийся тем, что неподвижная статорная обмотка соленоидного типа намотана вдоль оси ветрогенератора и расположена между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала, причем больший по диаметру сердечник закреплен наружной стороной в корпусе, а оба ротора размещены на одном валу, который соединен с ветроколесом и выполнен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе, при этом постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены однополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным числу постоянных магнитов так, что зубцы одного торца цилиндрических сердечников соосны пазам другого торца цилиндрических сердечников, при этом в каждом пазу расположена перемычка из ферромагнитного материала, соединяющая оба сердечника.
