Вітрогенератор
Номер патенту: 107247
Опубліковано: 10.12.2014
Автори: Тарасов Сергій Васильович, Скосар Вячеслав Юрійович, Дорош Ігор Олександрович, Буряк Олександр Афанасійович, Дзензерський Віктор Олександрович
Формула / Реферат
Вітрогенератор, встановлений на багатоярусній станині, що містить вітроколесо, укріплене на спільному валу з електрогенератором, що має ротор, виготовлений з діамагнітного матеріалу, і статор, магнітозв'язані елементи якого нерухомо закріплені на площинах ярусів, який відрізняється тим, що станина має два яруси, виконані у вигляді горизонтальних полиць, магнітозв'язані елементи статора розміщені на прямій і протилежній площинах верхньої і нижньої полиць станини, причому магніти збудження є масивами Хальбаха, орієнтованими на кожному ярусі активними полюсами у бік ротора, а модулі, що генерують струм, виконані у вигляді котушок індуктивності з шихтованими сердечниками, магніти та модулі розміщені на обох полицях станини у вигляді кругових рядів однакового радіуса, зміщених до периферії несучих площин полиць із спільною віссю симетрії, співпадаючою з валом ротора, причому в рядах кожного ярусу модулі і магніти регулярно чергують, а відносно один одного ряди зміщені на один крок так, що навпроти магнітів верхнього ярусу встановлені модулі нижнього ярусу, а навпроти модулів верхнього ярусу - магніти нижнього, в обох рядах сердечники модулів сполучені спільними магнітопроводами, а масиви Хальбаха, мінімальне число зіставлених магнітів в яких не менше п'яти, механічно закріплені на тих же магнітопроводах через діелектричні шайби, в повітряному зазорі між полицями станини розміщений ротор генератора, який виконаний у вигляді одиночного радіального кільця, виготовленого з будь-якого немагнітного матеріалу з великою електропровідністю, кільце сполучено з валом за допомогою траверс, в кільці виконана регулярна кругова система вирізів, радіус розміщення якої рівний радіусу кругових рядів статора, розміри ж самих вирізів однакові і рівні габаритам активних полюсних граней масивів Хальбаха, а відстань між вирізами рівна діаметру вирізів.
Текст
Реферат: Вітрогенератор, встановлений на багатоярусній станині, містить вітроколесо, укріплене на спільному валу з електрогенератором, що має ротор, виготовлений з діамагнітного матеріалу, і статор, магнітозв'язані елементи якого нерухомо закріплені на площинах ярусів. Станина має два яруси, виконані у вигляді горизонтальних полиць, магнітозв'язані елементи статора розміщені на прямій і протилежній площинах верхньої і нижньої полиць станини, причому магніти збудження є масивами Хальбаха, орієнтованими на кожному ярусі активними полюсами у бік ротора, а модулі, що генерують струм, виконані у вигляді котушок індуктивності з шихтованими сердечниками. Магніти та модулі розміщені на обох полицях станини у вигляді кругових рядів однакового радіуса, зміщених до периферії несучих площин полиць із спільною віссю симетрії, співпадаючою з валом ротора, причому в рядах кожного ярусу модулі і магніти регулярно чергують, а відносно один одного ряди зміщені на один крок так, що навпроти магнітів верхнього ярусу встановлені модулі нижнього ярусу, а навпроти модулів верхнього ярусу - магніти нижнього. В обох рядах сердечники модулів сполучені спільними магнітопроводами, а масиви Хальбаха, мінімальне число зіставлених магнітів в яких не менше п'яти, механічно закріплені на тих же магнітопроводах через діелектричні шайби. В повітряному зазорі між полицями станини розміщений ротор генератора, який виконаний у вигляді одиночного радіального кільця, виготовленого з будь-якого немагнітного матеріалу з великою електропровідністю. Кільце сполучено з валом за допомогою траверс. В кільці виконана UA 107247 C2 (12) UA 107247 C2 регулярна кругова система вирізів, радіус розміщення якої рівний радіусу кругових рядів статора, розміри ж самих вирізів однакові і рівні габаритам активних полюсних граней масивів Хальбаха, а відстань між вирізами рівна діаметру вирізів. UA 107247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області вітроенергетики, а саме до розробки вітроенергетичних установок (ВЕУ), призначених для заряду акумуляторних батарей і електроживлення споживачів, і може бути використаний при розробці ВЕУ великої потужності з полегшеними роторами електрогенераторів. Ротори ВЕУ великої потужності мають відносно великий діаметр, унаслідок чого їм притаманна велика вага та інерція. Це зменшує чутливість ВЕУ до вітрового тиску, що, в свою чергу, погіршує технічні параметри вітрогенераторів. Потужність вітрогенераторів можна підвищити, якщо зменшити масу цих вузлів. Тоді зросте чутливість ВЕУ до вітрового тиску, стане менше мінімальна пускова (робоча) швидкість вітру, при якій вже виробляється електроенергія, і знизиться номінальна швидкість вітру, при якій виробляється електроенергія номінальної потужності. Тобто ротор почне працювати при менших швидкостях вітру (Дзензерський В.О., Тарасов С.В., Костюков І.Ю. Вітроустановки малої потужності. - К.: Наукова думка, 2011. - 592 стор., див. С. 31). Тому проблема зменшення маси ротора набуває особливої актуальності. Спроби зняття проблеми містять лише часткові технічні рішення. Відомий безредукторний вітрогенератор (за а.с. СРСР № 1737151, МКВ6 F03D 9/00) має двох'ярусний ротор, виконаний у вигляді двох з'єднаних силовою арматурою феромагнітних кілець, на яких встановлені кругові ряди постійних магнітів. Ротор насаджений на вал вітроколеса. В зазорі між кільцями ротора розміщений статор, в диск якого вмонтовані нерухомі котушки з шихтованими сердечниками. Котушки встановлені так, що їх сердечники є концентраторами потоку від магнітної системи збудження. В описаній схемі генератора досягнуте отримання сильного поля в зазорі, але ціною значного збільшення маси ротора. Ця обставина і є основним недоліком аналога. Відомий також вітрогенератор (за пат. РФ № 2168062, МПК6 F03D 9/00), який містить ротор, виготовлений з немагнітного матеріалу, в який вмонтовані постійні магніти. Ротор встановлений на одному валу з вітроколесом. Статор виконаний подвійним. Магнітна система кожного складається з обмоток, встановлених на кільцевих магнітопроводах. При обертанні вітроколеса поле обох полюсів постійних магнітів генерує ЕДС індукції в нерухомих обмотках. Технічний результат винаходу полягає крім всього іншого в зменшенні маси ротора. Цей ротор легше за ротор попереднього аналога. Але для отримання сильного потоку індукції магнітна енергія джерел поля повинна бути збільшена, що можна здійснити тільки за рахунок збільшення маси магнітів. Питома щільність матеріалу постійних магнітів велика. Таким чином, надмірна маса ротора є недоліком і цієї конструкції. Найближчим технічним рішенням, прийнятим як прототип, є вітрогенератор (Патент № 86126 України, МПК (2009) F03D 9/00, 1/00, 3/00. Вітрогенератор. Дзензерський В.О., Тарасов С.В., Костюков І.Ю., Буряк О.А. Заявник ІТСТ НАН України "Трансмаг", заявл. 02.07.2007, опубл. 25.03.2009, Бюл. № 6), що містить ротор, виконаний з діамагнітного матеріалу і встановлений на одному валу з вітроколесом, і статор. Магнітна система статора складається з обмоток, встановлених на кільцевому магнітопроводі, причому статор виконаний з трьох, сполучених багатоканальними магнітопроводами феромагнітних пластин, укріплених на естакаді із спільною центральною віссю симетрії, співпадаючою з валом вітроколеса, і однаковими повітряними зазорами між їх площинами. На верхній і нижній пластинах ротора рівномірно по колу встановлені однакові ланцюжки постійних магнітів, кожна пара яких розміщена одна проти одної і магніти, що є протилежними, мають однакову полярність. На середній між відповідними парами магнітів закріплені модулі, що складаються з сердечників з котушками індуктивності. Вони утворюють круговий ланцюжок з полюсним розподілом, рівним полюсному розподілу системи магнітів. При цьому магнітні потоки статора замикаються через систему магнітопроводів. Ротор виконаний у вигляді двох тонких дисків, закріплених на спільному валу і встановлених в зазорах між пластинами статора. У кожному диску в зонах ортогональних проекцій магнітних полюсів на його площину виконані отвори, що чергують з суцільними ділянками, причому розміри тих та інших в круговому напрямі рівні розмірам полюсних граней магнітів. Диски зсунуті один відносно одного на кут, при якому отвори на одному диску ротора знаходяться навпроти суцільних ділянок між отворами на іншому. У вітрогенераторі-прототипі максимально зменшена маса ротора, оскільки на роторі взагалі не встановлюють активних деталей генератора, а якір і індуктор в даній схемі нерухомі. Це його найбільш важлива перевага. До недоліків слід віднести те, що потужність вітрогенератора в сучасних умовах вже недостатня, як і недостатня чутливість ВЕУ до вітрового тиску. При малому вітрі швидкість обертання ротора мала. При цьому відносно малий рівень наведених вихрових струмів в його матеріалі дає незначний ефект екранування магнітного поля (скінефект), що призводить до відсутності переполюсування магнітного поля в цьому режимі. А 1 UA 107247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оскільки лише при переполюсуваннях магнітного поля вітрогенератор-прототип виконує свою функцію, то вироблення електроенергії при малих вітрах стає неможливим. Другий недолік полягає в тому, що для виготовлення ротора використовується досить вузьке коло матеріалів - тільки діамагнітні метали. Але для вирішення задачі потрібно використовувати лише електропровідні матеріали, виключаючи феромагнітні матеріали, оскільки феромагнетики усилюватимуть магнітне поле нерухомих магнітів статора, а не екрануватимуть, що зразу ж не дозволить працювати всій конструкції вітрогенератора. Використання діамагнітних, але неелектропровідних, матеріалів також не дозволить екранувати магнітне поле нерухомих магнітів, адже в таких матеріалах не зможуть протікати вихрові струми. Крім того, існує загальна проблема, що стосується товщини диска ротора. По-перше, вона лімітована величиною діапазону товщини скін-шару на різних швидкостях обертання ротора. Товщина диска не може бути менше товщини скін-шару. По-друге, завищення товщини веде до збільшення маси диска, а заниження - до падіння механічної міцності, що спричиняє появу небезпечних деформацій площини диска під дією односторонньо направлених сил електродинамічного тиску з боку магнітного поля. В основу запропонованого технічного рішення поставлена задача мінімізації порога пускової і робочої швидкості вітру, при якій починає вироблятися електроенергія, розширення кола матеріалів, що використовуються для виготовлення ротора електрогенератора, а також задача компенсації поперечних моментів сил, діючих на ротор з боку магнітів збудження. Поставлена задача вирішується тим, що станина вітрогенератора має два яруси, виконані у вигляді горизонтальних полиць, магнітозв'язані елементи статора розміщені на прямій і протилежній площинах верхньої і нижньої полиць станини, причому магніти збудження є масивами Хальбаха, орієнтованими на кожному ярусі активними полюсами у бік ротора, а модулі, що генерують струм, виконані у вигляді котушок індуктивності з шихтованими сердечниками, магніти та модулі розміщені на обох полицях станини у вигляді кругових рядів однакового радіуса, зміщених до периферії несучих площин полиць із спільною віссю симетрії, співпадаючою з валом ротора, причому в рядах кожного ярусу модулі і магніти регулярно чергують, а відносно один одного ряди зміщені на один крок так, що навпроти магнітів верхнього ярусу встановлені модулі нижнього ярусу, а навпроти модулів верхнього ярусу магніти нижнього, в обох рядах сердечники модулів сполучені спільними магнітопроводами, а масиви Хальбаха, мінімальне число зіставлених магнітів в яких не менше п'яти, механічно закріплені на тих же магнітопроводах через діелектричні шайби, в повітряному зазорі між полицями станини розміщений ротор генератора, який виконаний у вигляді одиночного радіального кільця, виготовленого з будь-якого немагнітного матеріалу з великою електропровідністю, кільце сполучено з валом за допомогою траверс, в кільці виконана регулярна кругова система вирізів, радіус розміщення якої рівний радіусу кругових рядів статору, розміри ж самих вирізів однакові і рівні габаритам активних полюсних граней масивів Хальбаха, а відстань між вирізами рівна діаметру вирізів. Розкриємо суть технічного рішення, що патентується. Відмінна ознака, що стосується ролі матеріалу, з якого виготовлене кільце ротора, пояснюється наступним чином. Використовуючи електропровідні неферомагнітні матеріали, тобто діамагнітні, парамагнітні та інші немагнітні матеріали, можна істотно розширити конструктивні можливості по створенню рентабельного вітрогенератора. Адже парамагнітні матеріали несуттєво змінюють зовнішнє магнітне поле у бік збільшення, а діамагнітні матеріали ледве зменшують його. Крім того, немагнітні матеріали мають складну залежність величини магнітної сприйнятливості від температури, але і вони трохи впливають на зовнішнє магнітне поле. І перший, і другий, і третій варіанти однаково придатні для ВЕУ, що патентується. Важливо і те, що дані матеріали електропровідні, а значить, здатні підтримувати вихрові струми, що екранують магнітне поле нерухомих магнітів статора. Наприклад, в прототипі пропонувалося використовувати алюміній або його сплави. Ці матеріали електропровідні, до того ж алюміній - парамагнетик і має магнітну проникність (1+23·10-6) (Кошкін Н.І., Ширкевіч М.Г. Довідник по елементарній фізиці. Вид. 6-е. - М.: Наука, 1974. - 256 стор., див. С. 166). Але якби в прототипі спробували використати для ротора такі діамагнітні матеріали, як скло, що має -6 магнітну проникність (1-12,6·10 ) (див. там же), то через неелектропровідні властивості скла, прототип не працював би. Отже, в заявленому винаході пропонується використовувати для ротора широке коло електропровідних неферомагнітних матеріалів. 1) парамагнетики: алюміній, ванадій, марганець, вольфрам, олово, хром, титан, міднокобальтові сплави (якщо кобальту не більше 2 мас. %), латунь, β-латуні із залізом (якщо заліза не більше 0,1 мас. %), лужні і лужноземельні метали, а також сплави цих металів, деякі метали 2 UA 107247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перехідних груп з незаповненими d- або f-електронними оболонками, наприклад титан, сплави цих металів, тверді розчини перехідних елементів в діамагнітних матрицях. 2) діамагнетики: мідь, вісмут, кадмій, свинець, сурму, цинк, срібло, золото, мідно-цинкові сплави (в γ-фазі) та ін. (там же, С. 167; див. також Журавльов Л.Г., Філатов В.І. Фізичні методи дослідження металів і сплавів. Навчаль. посіб. для студентів металургіч. спец. - Челябінськ: ЮУрДУ, 2004. - 157 с. http://supermetalloved.narod.ru/Books/Fiz_metod_isledov_metal_i_splav/Fiz_metod_isledov_met al_і_splav.pdf), 3) немагнітні матеріали, наприклад, немагнітні сталі та чавуни з аустенітною структурою, що містять багато нікелю та марганцю (Немагнітні матеріали. Енциклопедія сучасної техніки. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-3/73.htm). Великий вибір матеріалів, придатних з боку чисто електричних параметрів, дає можливість підбирати їх також по механічних (міцність, пружність, зносостійкість), масових (питома вага) і вартісних (ціна) характеристиках. Відмінна ознака, що стосується ролі збільшення інтенсивності скін-ефекту, пояснюється наступними доказами. Як і в прототипі, принцип роботи вітрогенератора визначається тим, що вузол, що рухається, за фізичними ознаками є електродинамічним екраном. У конкретному виконанні він виконаний з електропровідного неферомагнітного матеріалу у вигляді тонкого радіального кільця і при відносному русі в полі постійних магнітів статора. В матеріалі кільця ротора, що перетинає при русі лініїмагнітного поля статора наводяться вихрові струми, нейтралізуючі поле, що викликало їх (скін-ефект). Якщо в прототипі на початку розгону диск пропускає магнітний потік в повному об'ємі, а потім із зростанням швидкості все більше екранує його (аж до повного перекриття), то в заявленому рішенні вже на самому початку розгону диск починає екранувати магнітний потік. Генерація струму відбувається, коли при обертанні дисків періодично міняє полярність сумарне поле. Корисний результат досягається завдяки тому, що в заявленому рішенні скін-ефект набагато сильніше, ніж в прототипі, і вже малі швидкості обертання при розгоні дисків призводять до помітного екранування диском ротора магнітного потоку від масивів Хальбаха. Величина скін-ефекту (загасання електромагнітних хвиль у міру їх проникнення в провідник) сильно залежить від частоти ω електромагнітного поля. Наприклад, глибина скін-шару δ~с(2πωσ)-1/2, де σ - електропровідність при постійному струмі, с - швидкість світла у вакуумі. Чим більше частота ω, тим менше δ, тобто глибина, на яку поле ще поширюється в матеріалі, а глибше - затухає, скомпенсоване полем вихрових струмів. Якщо досягаються умови, коли глибина скін-шару δ мала, то значить магнітний потік ефективно екранується тонким диском ротора (товщина якого рівна δ і більше). А сама частота ω в заявленому винаході з'являється від регулярного переполюсування магнітного потоку унаслідок обертання перфорованого диска ротора в потоці магнітної індукції. Таким чином, дана схема дозволяє отримати пульсуюче магнітне поле в системі нерухомих активних елементів генератора - магнітів, організованих в масиви Хальбаха. Єдиний рухомий вузол (ротор) складається з тонкого диска, виконаного з металу, бажано - з малою питомою масою (алюмінію, титану, міді, їх сплавів) і великою електропровідністю. Крім того, він має безліч вирізів, тому його маса невелика. На відміну від прототипу, диск ротора ефективно екранує магнітні потоки і створює умови для генерації струму навіть при малих швидкостях обертання - на самому початку розгону. Відмітна ознака, що стосується використання масивів Хальбаха, як джерела магнітного поля, обґрунтована наступними фактами. В прототипі магніти збудження встановлені в два ряди із зустрічною орієнтацією полюсних граней для того, щоб в зазорі магнітне поле не розсіювалося і отримувало максимально можливу концентрацію. Саме тому вони не могли бути встановлені інакше. В пристрої, що патентується, конструктор одержує свободу монтажу, оскільки має справу з такими джерелами магнітного поля (масивами Хальбаха), в яких максимальний потік магнітної індукції вже виведений на одну з полюсних граней і цю ситуацію вже не потрібно організовувати конструктивними засобами. Використання цієї переваги дає можливість зменшити число ярусів в станині та кількість дисків в роторі. Друга властивість масивів Хальбаха - слабкий вихід потоку індукції за межі самого магнітного тіла (крім активного полюса) теж дає в конструкції, що патентується, позитивний результат. Він заснований на тому, що практично замкнуте на себе джерело поля можна поміщати серед інших активних елементів ротора, без небезпеки порушення їх режиму при спільній роботі. Таким чином, в пристрої, що патентується, за рахунок сумісної установки магнітів і модулів в спільних рядах досягнуто ефекту урівноваження сил електродинамічного тиску поля на кільце ротора, що усуває небезпеку його деформацій. Причому цей ефект сприяє 3 UA 107247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 і продуктивній роботі самих магнітів, поле якого від єдиного активного полюса має велику густину на меншому, в порівнянні з магнітами звичайного типу, відстані від полюсної грані і це потребує мінімізації повітряних зазорів між ротором та статором. Оскільки диск ротора не деформується, цю конструктивну вимогу легко реалізувати. Ще одна властивість масивів Хальбаха дає їм перевагу перед звичайними постійними магнітами. Потік індукції від активного полюса не однорідний, а складається з декількох максимумів. Тому при русі модуля уздовж площини полюсної грані він піддається впливу "пульсуючого" поля, що активізує виробництво струму. Масиви Хальбаха розташовані на протилежних ярусах так, що близька взаємодія їх поля можлива тільки з сердечниками протилежних модулів. Між собою вони знаходяться на відстані, яка перевищує зони дії їх полів. І таким чином, вони не створюють непотрібного в даній компоновці ефекту між'ярусного притягування. Проведений аналіз показав, що сукупність відмінних ознакдає не тільки позитивний ефект в порівнянні з прототипом, але і спрощує конструкцію вітрогенератора. За відомостями, які є у авторів, запропонована функціональна сукупність відмітних ознак, що характеризує суть винаходу, не відома в даному розділі техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використано при проектуванні генераторів для ВЕУ будь-якій потужності. Конструкція вітрогенератора, що патентується, ілюструється кресленнями, де на фіг. 1 наведено загальний вигляд установки, на фіг. 2 - структура масиву Хальбаха, на фіг. 3 - схема розміщення активних елементів статора, на фіг. 4 - схема ротора, на фіг. 5 - схема електрогенератора у фазі відкритого магнітного поля, на фіг. 6 - епюра сил, діючих на диск ротора у фазі екранування магнітного поля. Вітрогенератор (фіг. 1) встановлений на станині 1 і містить вітроколесо 2, розміщене на спільному валу 3 з електрогенератором. Станина 1 має два яруси, виконані у вигляді верхньої полиці 4 і нижньої полиці 5. На прямій і протилежній площинах полиць станини розміщені магнітозв'язані елементи статора - магніти 6 збудження та генеруючі електроенергію модулі 7. Магніти збудження виконані у вигляді масивів Хальбаха. Масивом Хальбаха (фіг. 2) є група постійних магнітів, зібраних в спільне тіло таким чином, що результуюче поле зіставного джерела поля, підсумоване з окремих потоків індукції кожного магніту (показані суцільними стрілками) втрачає природну двополюсну симетрію. Масив практично не випускає потік з боку пасивної (верхньої) полюсної грані, та проте створює посилений потік з боку активної (нижньої) грані. Масиви Хальбаха 6 орієнтовані на кожному ярусі активними полюсами у бік ротора. Модулі 7 виконані у вигляді котушок індуктивності 8 з шихтованими сердечниками 9. І магніти 6 і модулі 7 розміщені на обох полицях станини у вигляді кругових рядів (фіг. 3) однакового радіуса R, зсунутих до периферії несучих площин полиць із загальною віссю симетрії, співпадаючою з валом 3 ротора. В рядах кожного ярусу модулі 7 і магніти 6 регулярно чергують, утворюючи змішаний ланцюжок вузлів. Але відносно один одного ланцюги зміщені на один крок так, що навпроти магнітів верхньої полиці 4 розміщені модулі нижньої полиці 5, а навпроти модулів верхньої полиці - магніти нижньої (фіг. 5). В обох рядах сердечники 9 з тильної сторони модулів сполучені спільними кільцевими магнітопроводами 10 та 11, які закріплені безпосередньо на площинах ярусів станини. А масиви Хальбаха 6, мінімальне число зіставлених магнітів в яких не менше п'яти, механічно закріплені на цих же магнітопроводах через діелектричні шайби 12. В зазорі між ярусами 4 і 5 станини розміщений ротор (фіг. 4) генератора, який виконаний у вигляді одиночного радіального кільця 13 з будь-якого немагнітного матеріалу з великою електропровідністю. Кільце 13 сполучено з валом 3 за допомогою траверс 14. В кільці виконана регулярна кругова система вирізів 15, радіус R розміщення якої рівний радіусу кругових ланцюгів на статорі. Вирізи розділені суцільними ділянками, а відстань між вирізами d рівна діаметру вирізів D. Розміри ж самих вирізів однакові і рівні габаритам активних полюсних граней масивів Хальбаха, які, у свою чергу, рівні габаритам модулів. Описаний пристрій працює наступним чином. У спокої кільце 13 ротора пропускає магнітний потік до модулів 7 в повному об'ємі, але оскільки поле незмінне, то генерації електричного струму не відбувається. Створюваний вітроколесом 2 крутильний момент передається безпосередньо на кільце 13, яке насаджене на спільний з вітроколесом вал 3. При обертанні кільця в його матеріалі, що перетинає при русі лінії потоку індукції від магнітів 6 статора, наводяться вихрові струми, які нейтралізують поле, що викликало їх (скін-ефект). Генерація ЕРС відбувається, коли періодично міняє полярність магнітне поле. Раціонально підібраний матеріал, з якого виготовлене кільце ротора, дає можливість отримати вихрові струми в ньому при мінімальних швидкостях обертання. Це зменшує і поріг продуктивної швидкості. Ротор містить одне кільце з вирізами (фіг. 5). Але 4 UA 107247 C2 5 10 15 20 25 30 35 оскільки магніти 6 і модулі 7 електрогенератора розміщені на обох ярусах по черзі через один крок, а суцільні проміжки на кільці між вирізами 15 мають такі ж розміри, як і вирізи, то при його обертанні поле від кожного магніту 6 періодично потрапляє на відповідні модулі 7 і періодично ж перекривається. Таким чином, дана схема дозволяє одержати пульсуюче магнітне поле в системі нерухомих активних елементів генератора - магнітів, організованих в масиви Хальбаха. У момент перекриття матеріалом кільця магнітних потоків від масивів Хальбаха в зонах перекриття диск піддається локальному тиску з боку поля (фіг. 6). Проте, кожна сила F1, діюча на кільце з боку одного магніту, компенсується рівною їй зустрічною силою F2 з боку іншого магніту. Таким чином, сума сил F1 і сума сил F2, зустрічно діючих на кільце 13 з боку протилежних полиць 4 і 5 синхронно зрівнюється, і кільце не деформується. Це дає можливість мінімізувати товщину зазорів між ротором і вузлами статорів. Застосування масивів Хальбаха спрощує конструкцію вітрогенератора та підвищує ефективність перетворення енергетичного потенціалу повітряних течій в електричний струм. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Вітрогенератор, встановлений на багатоярусній станині, що містить вітроколесо, укріплене на спільному валу з електрогенератором, що має ротор, виготовлений з діамагнітного матеріалу, і статор, магнітозв'язані елементи якого нерухомо закріплені на площинах ярусів, який відрізняється тим, що станина має два яруси, виконані у вигляді горизонтальних полиць, магнітозв'язані елементи статора розміщені на прямій і протилежній площинах верхньої і нижньої полиць станини, причому магніти збудження є масивами Хальбаха, орієнтованими на кожному ярусі активними полюсами у бік ротора, а модулі, що генерують струм, виконані у вигляді котушок індуктивності з шихтованими сердечниками, магніти та модулі розміщені на обох полицях станини у вигляді кругових рядів однакового радіуса, зміщених до периферії несучих площин полиць із спільною віссю симетрії, співпадаючою з валом ротора, причому в рядах кожного ярусу модулі і магніти регулярно чергують, а відносно один одного ряди зміщені на один крок так, що навпроти магнітів верхнього ярусу встановлені модулі нижнього ярусу, а навпроти модулів верхнього ярусу - магніти нижнього, в обох рядах сердечники модулів сполучені спільними магнітопроводами, а масиви Хальбаха, мінімальне число зіставлених магнітів в яких не менше п'яти, механічно закріплені на тих же магнітопроводах через діелектричні шайби, в повітряному зазорі між полицями станини розміщений ротор генератора, який виконаний у вигляді одиночного радіального кільця, виготовленого з будь-якого немагнітного матеріалу з великою електропровідністю, кільце сполучено з валом за допомогою траверс, в кільці виконана регулярна кругова система вирізів, радіус розміщення якої рівний радіусу кругових рядів статора, розміри ж самих вирізів однакові і рівні габаритам активних полюсних граней масивів Хальбаха, а відстань між вирізами рівна діаметру вирізів. 5 UA 107247 C2 6 UA 107247 C2 7 UA 107247 C2 8 UA 107247 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
Мітки: вітрогенератор
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-107247-vitrogenerator.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітрогенератор</a>
Попередній патент: Роздавальна головка для покапельної роздачі рідини та флакон
Наступний патент: Спосіб влаштування підземної конструкції заглибленої споруди
Випадковий патент: Спосіб формування газового середовища, призначеного для дихання