Двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором
Владельцы патента RU 2442018:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей. Двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором содержит неподвижную статорную обмотку соленоидного типа и два ротора из немагнитного материала. Роторы имеют форму дисков и расположены соосно. На каждом роторе равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов. Статорная обмотка 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, который соединен с ветроколесом и выполнен с возможностью вращения в подшипниковых опорах. Постоянные магниты имеют П-образную форму. Их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены разнополярно друг другу. Каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников. Торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов. Зубцы расположены соосно друг другу. Изобретение позволяет увеличить наводимую в статорной обмотке ЭДС и упростить технологию изготовления статорной обмотки. 3 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 четное 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 не закрепленной 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 и прототип 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 соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором имеет статорную обмотку, 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, соединенным с ветроколесом и выполненным 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 разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, а зубцы расположены соосно друг другу.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Применение статорной обмотки, 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 ее изготовления.
2. Применение на каждом роторе одинакового четного 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 за счет этого повысить ее величину.
3. Изготовление торцов цилиндрических сердечников зубчатой формы с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, с расположением зубцов соосно друг другу, 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 разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов 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 соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором в нулевой момент времени, имеющего для примера по четыре П-образных магнита на каждом из роторов и по 2 зубца на каждом из торцов цилиндрических сердечников.
На фиг.2 показано продольное сечение двухроторного соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором после поворота роторов на девяносто градусов.
На фиг.3 схематично показана развертка роторов с постоянными магнитами и статора двухроторного соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором в нулевой момент времени.
Двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором 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, причем полюса магнитов на каждом из роторов разнополярно чередуются (фиг.3). Полюса постоянных магнитов 8, 9, расположенных соответственно на роторах 6 и 7, направлены соосно и разнополярно 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, при этом зубцы 15 цилиндрических сердечников 1, 2 расположены соосно друг другу.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколесо 13 будет вращать ротора 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 и постоянные магниты 9 на роторе 7 будут расположены напротив зубцов 15 и магнитный поток будет замыкаться вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 в прямом направлении, индуктируя положительную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Постоянные магниты 8, 9, имеющие обратную полярность на роторах 6, 7, расположены напротив пазов 16, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока обратного направления и ЭДС в статорной обмотке 5 наводить не будут. При повороте роторов на девяносто градусов (фиг.2) постоянные магниты 8 на роторе 6 и постоянные магниты 9 на роторе 7, расположенные напротив зубцов 15, меняют свои полюса на противоположное направление и будут создавать магнитный поток вокруг витков статорной обмотки 5 через цилиндрические сердечники 1, 2 в обратном направлении, индуктируя отрицательную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 5. Постоянные магниты 8, 9, имеющие прямую полярность на роторах 6, 7, будут расположены напротив пазов 16, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока прямого направления и ЭДС в статорной обмотке 5 наводить не будут. 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 соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором, 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 статорная обмотка 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 разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов, равным половине числа постоянных магнитов, а зубцы расположены соосно друг другу.
