Трехвходовая двухмерная ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор
Владельцы патента RU 2707963:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – повышение выходного напряжения. Трехвходовая двухмерная ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор содержит корпус, в верхней части которого установлен фотоэлектрический преобразователь, полый вал, закрепленный в корпусе, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, возбудитель и основной генератор. Внутри полого вала установлен дополнительный генератор, содержащий вал, установленный соосно с полым валом, радиальный постоянный магнит индуктора, жестко закрепленный на валу, и якорь. Радиальный магнитопровод якоря дополнительного генератора установлен на внутренней поверхности полого вала так, что магнитный поток радиального магнита индуктора дополнительного генератора направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой якоря дополнительного генератора, а в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора дополнительно уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения основного генератора. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения, подаваемой на механические входы электрической машины, и световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователем в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию.
Известен стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока (пат. РФ №2649913, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащий корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, вал, закрепленный в подшипниковых узлах, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, причем внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями жестко связан с валом посредством диска, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, многофазная обмотка якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а регулятор напряжения содержит измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовую часть, при этом измеритель отклонений напряжения включен на выходное напряжение генератора. Индуктор возбудителя содержит постоянный аксиальный многополюсный магнит, вал выполнен полым, а в корпусе установлена неподвижная ось, расположенная соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовая часть образуют электронный блок регулятора напряжения, при этом регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора.
Входом электронного блока регулятора напряжения является вход измерителя отклонений напряжения, подключенный к выходу основного генератора - к многофазной обмотке якоря основного генератора, с которой снимается выходное напряжение генератора, а его выходом - выход его силовой части.
Радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения.
Однако, известная из пат. РФ №2649913 электрическая машина не может суммировать энергию разного вида (механическую и световую), поступающую от двух различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только один вход: механический вход - вал ротора. Это ограничивает область его применения: не позволяет получать дополнительную электроэнергию в районах, где интенсивность светового излучения высока.
Указанных недостатков лишена стабилизированная двухвходовая ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор (Патент РФ №2685424, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), которая является наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности и принята авторами за прототип. Известная стабилизированная двухвходовая ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор содержит корпус, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах, неподвижную ось, расположенную соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а регулятор напряжения содержит электронный блок, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения. В верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, а индуктор возбудителя содержит боковой аксиальный магнитопровод индуктора возбудителя, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя.
Генерируемое в известной стабилизированной двухвходовой ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машине-генераторе за счет преобразования механической энергии вращения напряжение пропорционально скорости вращения внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и уложенными в его пазы однофазной обмотки возбуждения основного генератора и многофазной обмотки якоря возбудителя относительно неподвижного корпуса:
где С - конструктивный коэффициент, w1 - скорость вращения внутреннего аксиального магнитопровода относительно неподвижного корпуса, прямо пропорциональная продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока; Ф - магнитный поток возбуждения.
При малой продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока, а соответственно, малой скорости вращения внутреннего аксиального магнитопровода с установленными на нем элементами магнитной системы генератора относительно неподвижного корпуса выходное напряжение известной стабилизированной двухвходовой ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машины-генератора существенно ниже номинального.
Недостаток этой машины-генератора - низкое выходное напряжение при малой продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока обусловлено наличием только одной степени свободы, т.е установленные на валу элементы магнитной системы генератора, образующие вращающуюся часть - ротор (внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, а со стороны индуктора возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя), вращаются относительно продольной оси (оси вращения ротора) в одну сторону с угловой скоростью, прямо пропорциональной продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока.
Корпус известной двухвходовой ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машины-генератора с жестко закрепленными в нем неподвижной осью, боковым аксиальным магнитопроводом якоря основного генератора с многофазной обмоткой якоря основного генератора и боковым аксиальным магнитопроводом индуктора возбудителя, с основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя неподвижен. Это не позволяет увеличить взаимную скорость вращения элементов магнитной системы генератора, установленных на роторе (внутреннем аксиальном магнитопроводе), относительно элементов магнитной системы, установленных в корпусе, при неизменной по величине продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока, и, следовательно, снижает его энергоэффективность из-за снижения выходного напряжения при малой продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока.
Задачей изобретения является усовершенствование ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машины-генератора с целью расширения области ее применения.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности увеличения выходного напряжения машины-генератора за счет увеличения взаимной скорости вращения элементов ее магнитной системы, установленных на роторе, относительно элементов магнитной системы машины-генератора, установленных в корпусе, при неизменной величине продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока.
Технический результат достигается тем, что в трехвходовой двухмерной ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машине-генераторе, содержащей корпус, в верхней части которой установлен фотоэлектрический преобразователь, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах с возможностью свободного вращения, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель и основной генератор, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а индуктор возбудителя состоит из бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная ко входу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и основной однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом внутри полого вала устанавливают дополнительный генератор, содержащий вал, установленный соосно с полым валом в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения подшипниковых узлах, радиальный постоянный магнит индуктора дополнительного генератора, жестко закрепленный на валу, и якорь дополнительного генератора, состоящий из радиального магнитопровода якоря дополнительного генератора и уложенной в его пазы многофазной обмотки якоря дополнительного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря дополнительного генератора устанавливают на внутренней поверхности полого вала таким образом, что магнитный поток радиального магнита индуктора дополнительного генератора направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой якоря дополнительного генератора, а в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора дополнительно укладывают дополнительную однофазную обмотку возбуждения основного генератора, подключенную через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря дополнительного генератора.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию суммирования и преобразования механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическим преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) в электрическую энергию, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет повысить энергоэффективность за счет увеличения выходного напряжения путем создания дополнительного магнитного потока возбуждения основного генератора, возникающего при протекании электрического тока по дополнительной однофазной обмотке возбуждения основного генератора, дополнительно уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора. К этой дополнительной однофазной обмотке возбуждения основного генератора прикладывается выпрямленное напряжение, снимаемое с выхода второго многофазного двухполупериодного выпрямителя, посредством которого дополнительная однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря дополнительного генератора. Это напряжение генерируется дополнительным генератором.
Установка внутри полого вала дополнительного генератора, содержащего вал, установленный соосно с полым валом в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения и жесткого закрепления на этом валу радиального постоянного магнита индуктора дополнительного генератора позволяет подсоединять к этому валу источник механической энергии вращения, который может вращать вал с радиальным постоянным магнитом индуктора дополнительного генератора в сторону, противоположную вращению элементов магнитной системы основного генератора, установленных на полом валу, генерируя дополнительное напряжение, которое выпрямляется вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем и подается на дополнительную однофазной обмотку возбуждения основного генератора, увеличивая суммарный магнитный поток возбуждения основного генератора и соответственно увеличивая выходное напряжение.
Соосная установка вала дополнительного генератора с полым валом в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения подшипниковых узлах обеспечивает возможность увеличения взаимной скорости вращения элементов магнитной системы, установленных на полом валу, относительно элементов магнитной системы, установленных на валу дополнительного генератора. Это позволяет увеличить суммарный магнитный поток возбуждения основного генератора, а соответственно увеличить выходное напряжение при неизменной величине продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой трехвходовой двухмерной ветро-солнечной аксиально-радиальной электрической машины-генератора в разрезе, на фиг. 2 - ее электрическая схема.
Трехвходовая двухмерная ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор, содержит: корпус 1, в верхней части которого установлен фотоэлектрический преобразователь 16, полый вал 9, закрепленный в корпусе 1 в подшипниковых узлах 12 и 19 с возможностью свободного вращения, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом 9 посредством диска 22, возбудитель и основной генератор.
Возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки 4 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя.
Индуктор возбудителя состоит из бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода 3 уложены основная однофазная обмотка 14 возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 24, и дополнительная однофазная обмотка 15 возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя 16.
Основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода 18 якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка 17 якоря основного генератора, подключенная ко входу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 24, и основной 5 и дополнительной 6 однофазных обмоток возбуждения основного генератора, уложенных в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 18 с многофазной обмоткой 17 якоря основного генератора.
Основная однофазная обмотка 5 возбуждения основного генератора подключена через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель 13 к многофазной обмотке 4 якоря возбудителя. Дополнительная однофазная обмотка 6 возбуждения основного генератора подключена через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 23 к многофазной обмотке 8 якоря дополнительного генератора.
Внутри полого вала 9 установлен дополнительный генератор, содержащий вал 21, установленный соосно с полым валом 9 в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения подшипниковых узлах 11 и 20, радиальный постоянный магнит 10 индуктора дополнительного генератора, жестко закрепленный на валу 21, и якорь дополнительного генератора, состоящий из радиального магнитопровода 7 якоря дополнительного генератора и уложенной в его пазы многофазной обмотки 8 якоря дополнительного генератора.
Радиальный магнитопровод 7 якоря дополнительного генератора установлен на внутренней поверхности полого вала 9 таким образом, что магнитный поток радиального магнита 10 индуктора дополнительного генератора направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой 8 якоря дополнительного генератора.
Трехвходовая двухмерная ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор устанавливается в устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения и может вращать полый вал 9 и вал 21 в противоположные стороны (например, модульное ветроколесо (пат. РФ №2649166, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Яковенко А.А).
Предлагаемая машина-генератор работает следующим образом.
Механическая энергия вращения поступает в машину-генератор от внешнего источника (например, модульного ветроколеса) через полый вал 9, закрепленный в корпусе 1 машины-генератора в подшипниковых узлах 12 и 19 и через вал 21, установленный соосно с полым валом 9 в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения подшипниковых узлах 11 и 20.
Одновременно напряжение постоянного тока, полученное путем преобразования световой энергии Солнца с фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 16 подается на дополнительную однофазную обмотку 15 возбуждения возбудителя, подключенную к ФЭП 16 и уложенную в пазы бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя с одной активной торцовой поверхностью. Под действием этого напряжения по дополнительной однофазной обмотке 15 возбуждения возбудителя протекает электрический ток, который создает магнитный поток.
По принципу суперпозиции магнитных полей магнитный поток, созданный током, протекающим дополнительной однофазной обмотке 15 возбуждения возбудителя, суммируется с остаточным магнитным потоком бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя.
Этот суммарный магнитный поток пересекает витки многофазной обмотки 4 якоря возбудителя. При вращении полого вала 9 с установленным на его внутренней поверхности радиальным магнитопроводом 7 якоря дополнительного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка 8 якоря дополнительного генератора, и жестко связанным с полым валом 22 посредством диска 22 внутренним аксиальным магнитопроводом 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого уложены многофазная обмотка 4 якоря возбудителя, основная 5 и дополнительная 6 однофазные обмотки возбуждения основного генератора, суммарный магнитный поток наводит в многофазной обмотке 4 якоря возбудителя многофазную ЭДС. Эта ЭДС выпрямляется первым многофазным двухполупериодным выпрямителем 13 и подается на основную однофазную обмотку 5 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 18 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка 17 якоря основного генератора. При этом в основной однофазной обмотке 5 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает основной магнитный поток возбуждения основного генератора.
Одновременно магнитный поток радиального постоянного магнита 10 индуктора дополнительного генератора, жестко закрепленный на валу 21, направленный вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой 8 якоря дополнительного генератора, пересекает ее и наводит в ней многофазную ЭДС, которая выпрямляется и через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 23 подается на дополнительную однофазную обмотку 6 возбуждения основного генератора. Протекающий под действием этой ЭДС по дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения основного генератора создает дополнительный магнитный поток возбуждения основного генератора, который суммируется с основным магнитным потоком возбуждения основного генератора.
Суммарный магнитный поток возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 17 якоря основного генератора. В результате этого взаимодействия в многофазной обмотке 17 якоря основного генератора наводится многофазная ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 24 и подается в сеть и на основную однофазную обмотку 14 возбуждения возбудителя.
В начальный момент времени ЭДС якоря основного генератора, а соответственно и напряжение на выходе основного генератора, являющееся выходным напряжением предлагаемой машины-генератора, создает ток в основной однофазной обмотке 14 возбуждения возбудителя, усиливающий остаточный магнитный поток индуктора возбудителя. Усиление этого магнитного потока приводит к увеличению суммарного магнитного потока индуктора возбудителя и, соответственно, к дальнейшему увеличению ЭДС, наводимой в многофазной обмотке 4 якоря возбудителя, а, соответственно, к увеличению тока в однофазной обмотке 5 возбуждения основного генератора, что приводит к увеличению ЭДС в многофазной обмотке 17 якоря основного генератора, т.е. напряжения на выходе машины-генератора. Таким образом, машина-генератор самовозбуждается и начинает устойчиво работать.
Рост ЭДС при увеличении токов возбуждения в основной 14 и дополнительной 15 однофазных обмотках возбуждения возбудителя замедляется при насыщении магнитных цепей возбудителя и основного генератора.
В результате описанных процессов происходит суммирование механической энергии вращения (например, кинетической энергии ветра, преобразованной модульным ветроколесом в механическую энергию вращения) и световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическим преобразователем 16 в электрическую энергию постоянного тока, и преобразование суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока.
Благодаря тому, что вал 21 установлен соосно с полым валом 9 с возможностью свободного вращения, а предлагаемая машина-генератор установлена в устройстве, преобразующем кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения и может вращать полый вал 9 и вал 21 в противоположные стороны, то генерируемое дополнительным генератором за счет преобразования механической энергии вращения напряжение пропорционально сумме скорости вращения полого вала 9 и скорости вращения вала 21 дополнительного генератора относительно их общей оси симметрии (продольной оси вращения) и равно:
где Uд - напряжение, генерируемое дополнительным генератором и подаваемое через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 23 на дополнительную однофазную обмотку 6 возбуждения основного генератора, с - конструктивный коэффициент, ω1 - скорость вращения полого вала 9 относительно продольной оси вращения, прямо пропорциональная продольной составляющей скорости набегающего воздушного потока (ветра), ω2 - скорость вращения вала 21 дополнительного генератора относительно продольной оси вращения, прямо пропорциональная скорости набегающего воздушного потока (ветра), ФПМ - магнитный поток радиального постоянного магнита 10 индуктора дополнительного генератора.
Увеличение напряжения на дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения основного генератора за счет увеличения взаимной скорости вращения полого вала 9 с радиальным постоянным магнитом 10 индуктора дополнительного генератора и вала 21 с радиальным магнитопроводом 7 якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой 8 якоря дополнительного генератора друг относительно друга приводит к увеличению тока в дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения основного генератора и, соответственно, к увеличению суммарного магнитного потока возбуждения основного генератора и, соответственно, к увеличению выходного напряжения предлагаемой электрической машины-генератора при неизменной скорости набегающего воздушного потока (например, ветра).
Трехвходовая двухмерная ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор, содержащая корпус, в верхней части которого установлен фотоэлектрический преобразователь, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах с возможностью свободного вращения, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель и основной генератор, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а индуктор возбудителя состоит из бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная ко входу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и основной однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, отличающаяся тем, что внутри полого вала установлен дополнительный генератор, содержащий вал, установленный соосно с полым валом в закрепленных в нем с возможностью свободного вращения подшипниковых узлах, радиальный постоянный магнит индуктора дополнительного генератора, жестко закрепленный на валу, и якорь дополнительного генератора, состоящий из радиального магнитопровода якоря дополнительного генератора и уложенной в его пазы многофазной обмотки якоря дополнительного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря дополнительного генератора установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что магнитный поток радиального магнита индуктора дополнительного генератора направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря дополнительного генератора с многофазной обмоткой якоря дополнительного генератора, а в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора дополнительно уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения основного генератора, подключенная через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря дополнительного генератора.
